Что говорят ученые о катализаторах горения?

Катализаторы горения топлива

Катализаторы горения топливаНаш мир не стоит на месте. Если посмотреть на сотовые телефоны начала 90-х годов и потом сравнить их с современными моделями, то разница будет очевидна! И это нормально воспринимается, так и должно быть. Но если речь идет о катализаторах горения — добавках в топливо для улучшения его качеств и характеристик, то большинство водителей почему-то опираются в своих суждениях на информации 80-х годов прошлого века.

Получается примерно так. Представьте, что у Вас нет сотового телефона, ну вот последние 15 лет Вы жили в тайге и не пользовались современными технологиями вообще. И вот к Вам подходит человек, предлагает купить телефон и рассказывает как он работает. Но для Вас это выглядит как сказка и Вы решаете посоветоваться с другом , с которым вместе жили в тайге. Он слышал об этом, служил в армии в войсках связи, а значит разбирается профессионально. И вот этот друг говорит следущее. Ни в коем случае нельзя брать сотовый телефон! Ведь он огромный, стоимость звонков за минуту 3 доллара, дорогущий. Сразу разоришься! Это тебя обмануть пытаются 100%.  

И Вы сразу понимаете, что сотовых телефонов меньше ладони   не бывает и это развод!

Примерно такая же ситуация с катализаторами горения топлива.  Последние современные разработки 4-х летней давности обладают совсем другими свойствами и характеристиками. Они не только безопасны, значительно экономят топливо, но и защищают двигатель автомобиля от некачественного топлива + значительно снижают вредные выбросы в атмосферу! Но некоторые водители сразу вспоминают тетраэтилсвинец и нафталин, которые добавляли в топливо в начале 90-х годков прошлого века :roll:  И начинают рассказывать популярные байки, что катализаторы вредят двигателю, что они загрязняют природу, что это ничего не работает … А наиболее активные еще будут говорить, что не надо их разводить! Чувствуете аналогию с предыдущем абзацем? Где про телефоны?

Поэтому сегодня я специально для Вас нашел статью про современные катализаторы горения топлива, что они из себя представляют, как работают, какие у них есть преимущества и недостатки. Автор статьи ученый — он не в курсе нашего продукта EnviroTabs®, который ещё эффективнее указанных в статье наименований. Поэтому здесь нет подвоха.

Перед статьей ученого отзыв живого человека из Израиля ( по катализаторам предыдущего поколения, т.к. называемому MPG)

Ребята, классные новости в Израиле!!! Оснат Бен Цви из моей организации предложила MPG- caps своему знакомому, который только что приобрел новый джип LAND CRUISER у официального диллера в Израиле. Понимаете- машина на гарантии 3 года. Он обратился в компанию Toyota Land Cruiser с вопросом : » А могу ли я применять этот биокатализатор и как это может повлиять на двигатель и отразится на условиях гарантии?» Сразу ответ дать не смогли. Но, какая чудесная для нас с вами ребята новость!!! Перезвонили из Toyota и сообщили:» Не только можно использовать, а РЕКОМЕНДУЕМ.»

Выдержки из статьи о катализаторах горения.

Полный вариант можно найти по ссылке  http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=125 на сайте про новые химические технологии. Там дается более качественный анализ, с формулами, с графиками, более интересно будет читать химикам. А здесь лишь основные выводы!

Технический прогресс, в результате которого создаются новые мощные и экономичные двигатели, турбины и котлы предъявляет всё более жёсткие требования к предназначенным для них топливам. Часто эти требования могут быть удовлетворены только путём введения в топлива тех или иных присадок. На разных этапах развития техники внимание разработчиков обращалось к присадкам, позволяющим полностью или частично решить возникающие проблемы. В настоящее время растет внимание к катализаторам горения топлив. Это хорошо видно на примере патентования модификаторов горения дизельных топлив, смотрите рисунок рис. 1.

 Анализ доли патентов по топливу

 Рис. 1. Патентование модификаторов горения дизельных топлив в 2001-2005 г.г. 

Среди представленных модификаторов горения наибольший интерес представляет новый класс присадок, а именно - катализаторы горения.

Катализаторы горения – это вещества, изменяющие процесс горения (окисления) топлив, которые могут быть отнесены к отдельному, самостоятельному классу присадок, изменяющих скорость и механизм горения топлив. Введение их в исходные топлива позволяет получить новые топлива с улучшенными свойствами.

Катализаторы горения предназначены для снижения энергии активации реакций окисления, происходящих в камере сгорания ДВС. Следствием снижения энергии активации является возможность проведения процесса окисления горючего и обеспечение полноты его сгорания при более низких температурах. Понижение температуры в камере сгорания приводит к уменьшению максимального давления в ней и, следовательно, к снижению жесткости работы двигателя, а также к уменьшению выбросов вредных веществ с отработавшими газами.

Известно, чем выше температура воспламенения горючего, тем меньше скорость его горения, катализаторы горения увеличивают скорость горения таких топлив. При прочих равных условиях ускоряющее действие катализатора будет тем больше, чем медленнее протекает некатализируемый процесс горения. Следовательно, наибольшее действие катализаторы будут оказывать на горение высококипящих углеводородов топлива, т.е. процесс догорания топлив. При повышении давления влияние катализатора на скорость горения будет уменьшаться в соответствии с принципом Ле-Шателье.

Катализаторы горения применяются в концентрации от 0,001 до 0,01%, фактически не изменяют физико-химические свойства базового топлива, но обеспечивают изменение процесса его горения, переводя топливо в новый класс, соответствующий выполнению норм выбросов ЕВРО-2, ЕВРО-3, ЕВРО-4, при работе на исправном двигателе.

К катализаторам горения относятся органические соединения металлов первой, второй и переходной групп, применяемые в рабочей концентрации порядка нескольких ppb (parts per billion - частей на миллиард, например, мкг/кг или 1·10-7%) в пересчете на металл. Столь ничтожная концентрация катализаторов горения практически не влияет на загрязнение ими камеры сгорания и свечей зажигания.

Катализаторы горения могут выполнять частично роль каталитических нейтрализаторов. Например, в бензин вводят соединения платины, палладия, рения, родия, которые, пройдя камеру сгорания, отлагаются в виде металлов на стенках выхлопной системы и действуют как обычные катализаторы дожига. В более тяжелых топливах хороший эффект достигается введением соединений железа, например ферроцена в количестве 0,001-0,003%.

Присадки, в состав которых входят органические соединения металлов, применяют с 1950 г. и интерес к ним не ослабевает. Наиболее широко известны присадки ферроцена (дициклопентадиенилжелеза) и его производных, соединений марганца, меди, никеля, лития и других органических соединений металлов, а в некоторых случаях даже их оксиды. Бензины с такими присадками, в сравнении с бензинами без них, дают некоторое изменение эмиссии углеводородов, оксидов азота, оксида углерода, особенно на автомобилях с большим пробегом (более 60 тыс. км), и повышают эффективность работы каталитических преобразователей отработавших газов, уменьшая нагрузку на них за счет догорания топлива в камере сгорания.

Введение ферроцена в концентрации 15 ppm (parts per million - частей на миллион, например, мг/кг или 0,0001%) не оказывает отрицательного воздействия на работу двигателя, но положительно влияет на работу катализаторов дожига и увеличивает октановое число бензинов. Более того, ферроцен оказывает еще и каталитическое воздействие на процесс горения топлива, частично уменьшая нагар в камере сгорания и улучшая некоторые экологические характеристики двигателя, при одновременном небольшом снижении расхода топлива.

Для предотвращения возможного образования отложений, при использовании металлсодержащих органических соединений в составе катализаторов горения, широко используются присадки-выносители, способствующие удалению металла из камеры сгорания и со свечей зажигания.

Применение некоторых композиций металлорганических соединений позволяет существенно улучшить работу каждой присадки в отдельности, проявляя, в некоторых случаях, синергетический эффект.

В последнее время широко распространяются зольные присадки к автомобильным топливам содержащие металлокомплексные соединения, в которых в качестве лиганда используются соединения хелатного типа. Одним из достоинств металлокомплексных присадок является их многофункциональность. Широко используются композиции металлорганических соединений хелатного типа в растворителях -кетонах, дикетонах, оксимах, эфирах и т.д. Такие присадки являются универсальными многофункциональными перспективными катализаторами горения топлив. Среди них наиболее эффективны и наименее токсичны соли железа, которые были допущены в России к применению в топливах.

В результате давних споров о влиянии на каталитическое действие присадки металла и органического радикала в настоящее время считается общепринятым, что решающее влияние оказывает природа металла, входящего в состав присадки. Влияние лигандов -органической составляющей в формуле присадки незначительно.

ОРМЕКС - это системы новейшего поколения их принцип работы кардинально отличается от всех ныне существующих. В их основе лежат катализаторы горения топлив. В результате применения ОРМЕКС повышается эффективность ГСМ за счет увеличения длительности топливной подготовки в процессе транспортировки, утилизации части радиационной и звуковой энергии в процессе горения, обеспечивается более полное сгорание, глубокое окисление, за счет уменьшения температуры горения, но повышения скорости распространения волны горения по объему, обеспечивается уменьшение синтеза NO2. Эффект достигается за счет наиболее полного сгорания топливной смеси и выравнивания скорости горения у стенки со скоростью горения по объему, что дает значительное снижение детонационного эффекта. Топливная аппаратура работает исправно и надежно, ресурс ее работы увеличивается минимум в 2 раза. Отсутствуют нагары в камере сгорания и на клапанах.

Хорошо зарекомендовало себя семейство катализаторов горения Энергия-3000 французского производства. Катализаторы горения являются зольными присадками, однако концентрация металла содержащегося в них и, соответственно, в топливе ничтожна. Так, например, концентрация каталитических присадок «0010» и «0011» в дизельных топливах и бензинах составляет 0,01%. Содержание органических солей металла в таком количестве присадки менее 1% от общего содержания присадки. Суммарное количество ионов металла, вносимое в камеру сгорания с присадкой, составляет примерно 1 грамм на 50 тыс. л топлива или, примерно, на 500 тыс. км пробега автомобиля, что явно ниже концентрации естественных примесей в топливе, которая достигает 5-6 ppm. При этом основная масса металла, входящего в состав катализатора горения, выносится с отработавшими газами.

Для гарантированного выноса из камеры сгорания такого ничтожно малого количества металла в присадках «0010» и «0011» дополнительно в составе присадок предусмотрен выноситель в концентрации, обеспечивающей содержание камеры сгорания и свечей зажигания в чистоте.

Катализаторы горения по-разному действуют на сгорание бензинов и дизельных топлив, что объясняется разным составом топлив и состоянием горючей смеси в камере сгорания. При добавление катализатора горения в топливо ускоряются процессы окисления, что приводит в дизельном двигателе к более полному сгоранию тяжелых остаточных фракций в основной фазе сгорания и снижению доли топлива, сгорающего в фазе догорания. Это приводит к уменьшению удельного расхода топлива. В присутствии катализаторов горения на последней стадии процесса происходит догорание топлива практически до конца, что приводит к более высокому давлению на поршень в заключительной стадии его движения. В целом топливо сгорает быстрее, хотя и снижается максимальная скорость сгорания топлива. Т.е. на стадии начала горения катализатор тормозит скорость окисления топлива, а на второй при догорании за фронтом пламени ускоряет процесс горения и делает его более полным. В результате двигатель начинает работать «мягче», что снижает напряженность деталей и увеличивает ресурс двигателя.

Предполагается, что в бензиновом двигателе работа на топливе с катализатором горения приводит к более углубленному пиролизу неиспарившейся части топлива, т.к. сгореть эта часть топлива не может из-за недостатка кислорода, вызванного тем, что бензиновый двигатель работает с коэффициентом избытка воздуха близким к единице.

Катализаторы горения способствуют уменьшению нагрузки на каталитические нейтрализаторы и сажевые фильтры, так как происходит более полное сгорание топлива и количество вредных веществ в отработавших газах существенно снижается, в зависимости от марки автомобиля, его состояния и качества исходного топлива.

Таблица 1. Снижение содержания вредных веществ в отработавших газах ДВС при использовании каталитических присадок (0,01% об.)

Вредный компонент ОГ Присадка
«0010» «0011»

Дымность

до 90

Оксиды азота

до 50

до 55

Оксид углерода

до 85

до 85

Углеводороды

до 65

до 80

Бенз(a)пирен

до 40

до 90

Альдегиды

до 60

до 16

Аэрозоль

до 20

Масляный туман

до 20

до 100

Применение катализаторов горения в концентрации от 0,002-0,01% в составе базовых топлив позволяет получить следующие ПРЕИМУЩЕСТВА:

  • - увеличить КПД и мощность двигателя за счет более полного сгорания топлива;
  • - очистить камеру сгорания, свечи и газовыхлопной тракт от нагаров и отложений;
  • - уменьшить удельный расход топлива до 6%;
  • - повысить экономичность эксплуатации автотранспорта;
  • - увеличить мощность двигателя за счет увеличения полноты сгорания топлива;
  • - снизить чувствительность двигателя к качеству топлива;
  • - использовать топливо с более низким октановым числом;
  • - получить большую эффективность на менее качественном топливе;
  • - ускорить регенерацию катализаторов дожига;
  • - уменьшить нагрузку на катализаторы дожига и сажевые фильтры;
  • - снизить содержание вредных примесей в отработавших газах;
  • - сохранить физико-химические свойства топлива;
  • - снизить жесткость работы двигателя;
  • - несколько увеличить октановое число бензинов;
  • - возможность вводить их в баки автотранспорта, автоцистерны, танки судов, цистерны хранения, хранилища АЗС перед их заливкой топливом;

Катализаторы горения имеют и некоторые НЕДОСТАТКИ:

  • - увеличивают стоимости топлива менее чем на 1%;
  • - при применении присадок на базе щелочных металлов возможна коррекция угла опережения зажигания.

Еще об отличии присадок и катализаторов горения топлива можно почитать в статье на нашем блоге.