Evaluation of catalytic converter aging for vehicle operation with ethanol

ABSTRACT

As the automotive catalytic converter must perform its function independent of the fuel used in flexible fuel vehicles, this paper aims to analyze how operation with ethanol influence catalytic converter performance. To conduct the study, three catalytic converters were aged in a vehicle operating on a chassis dynamometer by 30,000 km. During aging of the first catalytic converter the vehicle was fueled with gasoline containing 22% v/v of anhydrous ethanol, while the second and third catalytic converters were aged using hydrous ethanol (4.9% v/v of water) as fuel, but with different operating temperatures of the catalytic converters. Different tests were performed for each catalytic converter: determination of the degradation factor, surface area analysis by the Brunauer Emmett Teller method (BET), evaluation of oxygen storage capacity (OSC), and determination of conversion efficiency using synthetic gas. The results revealed that the operating temperature is the primary parameter to influence catalytic converter aging.

INTRODUCTION

Catalytic converter deactivation occurs with aging by either chemical or thermal reason, or, to a lesser extent, by mechanical reason. The chemical deactivation of a catalytic converter causes incrustation in the washcoat surface, pore obstruction, modified aluminum oxide (Al2O3) structure by aluminum phosphate (AlPO4) formation, reduced rates of oxidizing and reducing reactions and loss of conversion efficiency due to chemisorption of impurities in the active phase . Chemical compounds present in fuels and lubricating oils, such as lead (Pb), sulfur (S), phosphorus (P), zinc (Zn), calcium (Ca) and magnesium (Mg) are known to cause chemical deactivation of catalytic converters . Catalytic converter poisoning by P, Pb and S is one of the main aging and deactivation mechanisms . Increased P concentration causes obstruction, incrustation of palladium (Pd) particles, deactivation of components and decreased surface area . Thermal deactivation is the main deactivation mechanism of a catalytic converter , causing loss of specific surface area, pore obstruction and Pd dispersion, preventing the precious metals to interact with the exhaust gas . In addition, high operating temperature can promote the interaction between the precious metals and the Al2O3 support, thus reducing conversion efficiency and oxygen storage capacity (OSC).

چکیده

همانطور که مبدل کاتالیزوری خودرو باید عملکرد خود را مستقل از سوخت مورد استفاده در وسایل نقلیه انعطاف پذیر انجام دهد، این مقاله به بررسی نحوه عملکرد با اثر اتانول بر عملکرد کاتالیزوری تاثیر می گذارد. برای انجام این مطالعه، سه مبدل کاتالیزوری در یک وسیله نقلیه با دینامومتر شاسی 30 هزار کیلومتری سن داشتند. در طول پیرایش اولین مبدل کاتالیزوری، خودرو با بنزین حاوی 22٪ V / V از اتانول بی آب تهیه شد، در حالی که مبدل کاتالیست دوم و سوم با استفاده از اتانول آبدار (9/9٪ V / V از آب) به عنوان سوخت، دمای کار مبدل های کاتالیزوری. برای هر مبدل کاتالیزوری، آزمون های مختلف برای هر مبدل کاتالیزوری انجام شد: تعیین عامل تخریب، تجزیه و تحلیل سطح با روش Brunauer Emmett Teller (BET)، ارزیابی ظرفیت ذخیره سازی اکسیژن (OSC) و تعیین بازده تبدیل با استفاده از گاز مصنوعی. نتایج نشان داد که دمای عملیاتی یک پارامتر اصلی برای تأثیر گذاردن سنسور کاتالیستی می باشد.

مقدمه

غیر فعال کردن کاتالیزور مبدل کاتالیستی با پیری به علت علت شیمیایی یا حرارتی یا به دلایلی مؤثرتر به نظر می رسد. غیرفعال کردن شیمیایی یک مبدل کاتالیزوری باعث ایجاد انسداد در سطح شستشوی، انسداد منافذ، ساختار آلومینیوم اکسید آلومینیوم (Al2O3) با تشکیل آلومینیوم فسفات (AlPO4)، کاهش میزان واکنش های اکسید کننده و کاهش و کاهش بازده تبدیل به علت شبیه سازی ناخالصی ها در فاز فعال مواد شیمیایی موجود در سوخت و روغن های روان کننده مانند سرب (Pb)، گوگرد (S)، فسفر (P)، روی (Zn)، کلسیم (Ca) و منیزیم (Mg) شناخته شده هستند که باعث غیر فعال کردن کاتالیزوری های شیمیایی می شوند. مسمومیت کاتالیستی توسط P، Pb و S یکی از مکانیسم های اصلی پیری و غیر فعال سازی است. افزایش غلظت P سبب انسداد، ایجاد ذرات پالادیوم (Pd)، غیرفعال سازی اجزا و کاهش سطح آن می شود. غیرفعال کردن حرارتی مکانیسم اصلی غیر فعال کردن یک مبدل کاتالیستی است که باعث از بین رفتن سطح خاصی از آب، انسداد منافذ و پراکندگی Pd می شود و مانع از استفاده از فلزات گرانبها با گاز خروجی می شود. علاوه بر این، دمای کار بالا می تواند تعامل بین فلزات گرانبها و حمایت Al2O3 را ارتقا دهد، در نتیجه کاهش کارایی تبدیل و ظرفیت ذخیره سازی اکسیژن (OSC) را افزایش می دهد.

Year: 2014

Publisher : ELSEVIER

By : Poliana Rodrigues de Almeida , Akira Luiz Nakamura , Jose Ricardo Sodr