Устройство для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение может быть использовано при очистке выхлопных газов ДВС с целью снижения загрязнения атмосферы. Устройство состоит из корпуса, впускного и выпускного патрубков в виде усеченных концов, двух каталитических блоков из размещенных по спирали чередующимися слоями гофрированной и плоской металлических лент со сквозными отверстиями, термостойкой металлической сетки. Толщина каталитического слоя составляет 10-100 мкм при соотношении компонентов, маc.%: Блок 1: Fе 2,0 - 5,0; Ni 2,0 - 5,0; Zr 0,2 - 0,4; Pd 0,05 - 0,2; Ag 0,05 - 0,2; Ti 1,0 - 1,5; AI₂O₃ - остальное. Блок 2: Mn 1,0 - 2,0; Co 0,6 - 1,6; Си 1,0 - 2,5; Сr 0,5 - 1,5; Pd 0,5 - 1,1; Zr 2,0 - 3,0; Аl₂О₃ - остальное. Изобретение позволяет повысить каталитическую активность устройства и его способность преодолеть деформационные изменения при тепловом воздействии. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к химическому машиностроению и может быть использовано при очистке выхлопных газов от токсичных соединений с целью снижения загрязнения атмосферы. Устройство содержит корпус с впускным и выпускным патрубками, выполненными в виде усеченных конусов, расположенных внутри корпуса двумя блоками из гофрированных и плоских лент, соединенных в виде спиралей, термостойкой металлической сетки между корпусом и блоками для амортизации механических ударов, плетеной металлической сетки между блоками для компенсации теплового расширения, нанесенного на блоки катализатора с толщиной слоя 10 - 100 мкм следующего состава, мас.%: Блок 1 Fe - 2 - 5 Ni - 2 - 5 Zr - 0,2 - 0,4 Pd - 0,05 - 0,2 Ag - 0,05 - 0,2 TiO₂ - 1 - 1,5 Al₂O₃ - Остальное Блок 2
Мn - 1 - 2
Co - 0,6 - 1,6
Cu - 1 - 2,5
Cr - 0,5 - 1,5
Zr - 2 - 3
Pd - 0,5 - 1,1
Al₂O₃ - Остальное
Известно устройство для очистки выхлопных газов, состоящее из корпуса с впускным и выпускным патрубками, с размещенной в корпусе керамической вставкой каркасной конструкции /1/. Недостатком такого устройства является сложность изготовления, невысокая стабильность и активность катализатора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для очистки выхлопных газов ДВС, содержащее корпус с впускным и выпускным патрубками в виде усеченных конусов, расположенными в корпусе блоками с нанесенными на них катализаторами. /2/. Недостатком такого устройства является сложность изготовления и невозможность глубокой очистки всех компонентов токсичных соединений в выхлопных газах.

Достигаемый технический результат заключается в повышении каталитической активности устройства и его способности преодолеть деформационные изменения при тепловом воздействии.

Для достижения технического результата в устройстве для очистки выхлопных газов, содержащем корпус с впускным и выпускным патрубками, выполненными в виде усеченных конусов, расположены два металлических блока, состоящие из гофрированных и плоских лент, с размещенной между ними и корпусом металлической сеткой и с нанесенными на блоки носителем и катализаторами с толщиной слоя 10 - 100 мкм при следующем соотношении компоненов, мас.%:
Блок 1
Fe - 2 - 5
Ni - 2 - 5
Zr - 0,2 - 0,4
Pd - 0,05 - 0,2
Ag - 0,05 - 0,2
TiO₂ - 1,0 - 1,5
Al₂O₃ - Остальное
Блок 2
Mn - 1 - 2
Co - 0,6 - 1,6
Cu - 1 - 2,5
Cr - 0,5 - 1,5
Zr - 2 - 3
Pd - 0,5 - 1,1
Al₂O₃ - Остальное
Металлические блоки выполнены в виде гофрированных и плоских лент с отверстиями /d - 1,5-2,0 мм/, размещенными по спирали чередующимися слоями, закрепленными во внешние бандажи и пропущенными через блоки спицами. Между бандажами и корпусом размещается термостойкая металлическая сетка с целью компенсации теплового расширения и для амортизации механических ударов. Использование металлических гофрированных и плоских лент с отверстиями обеспечивает большую равномерность при протекании газа через продольные каналы и одновременно обеспечивает равномерность нагрузки на катализатор.

Состав катализатора первого блока обеспечивает процесс конверсии оксидов азота за счет окислительно-восстановительных реакций с оксидом углерода и органическими компонентами выхлопных газов, тогда как избыточные количества этих соединений при контакте с кислородом дожигаются до CO и H₂O. Предлагаемые каталитические системы регенирируются. Используемая в качестве подложки -A₂O₃ обладает высокой адгезией с металлической фольгой, обладает необходимой пористой поверхностью для получения высокоактивной каталитической системы. Роль Pd заключается в снижении температуры зажигания органических компонентов отработавших газов /в начальный период работы холодного двигателя/, стабилизации каталитической системы, а добавка TiO₂ и Zr улучшают термостабильность и снижают влияние серы на каталитическую активность.

Катализатор готовят следующим образом. На фехралевую ленту первого блока наносят Al₂O₃ /5-14% от веса металлического блока без бандажа/, затем пропитывают солями железа, восстанавливают при 550^oC, пропитывают смесью солей Ni, Zr, Pd, Ag и Ti. Сушат при 95 - 105^oC 5 - 6 часов, затем при 300^oC в течение 3 часов и прокаливают 5 часов при 500 - 550^oC. В этих условиях происходит разложение исходных солей, формирование каталитической поверхности.

На фехралевые ленты второго блока наносят Al₂O₃ /3 - 8% от веса блока/, пропитывают солями Cu и Cr, сушат при 95 - 105^oC 3 часа и при 350 - 380^oC - 4 часа. Пропитывают солями Mn и Co, сушат 3 часа при 95 - 105^oC и затем 3 часа при 300 - 350^oC, прокаливают 2 часа при 500 - 520^oC. По подобной же методике проводят пропитку, сушку и прокаливание блока солями Pd и Zr. Оба блока восстанавливают при 500 - 600^oC в атмосфере восстановительных газов в течение 4 - 5 часов.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство состоит из корпуса 1 с впускным усеченным конусом 2 и выпускным усеченным конусом 3. Внутри корпуса расположены первый 4 и второй 5 металлические блоки. Между бандажами 6 блоков и корпусом 1, а также между блоками проложена термостойкая металлическая сетка 7. На поверхность блоков нанесена подложка в виде -Al₂O₃, содержащая активные каталитические компоненты, причем каталитический слой имеет толщину 10 - 100 мкм, при следующем составе каталитических элементов, мас.%:
Блок 1
Fe - 2 - 5
Ni - 2 - 5
Zr - 0,2 - 0,4
Pd - 0,05 - 0,2
Ag - 0,05 - 0,2
TiO₂ - 1 - 1,5
Al₂O₃ - Остальное
Блок 2
Mn - 1 - 2
Co - 0,6 - 1,6
Cu - 1 - 2,5
Cr - 0,5 - 1,5
Pd - 0,5 - 1,1
Zr - 2 - 3
Al₂O₃ - Остальное
Устройство работает следующим образом. Выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания через впускной патрубок попадают на каталитический блок /1/, контактируя с катализатором при 170 - 650^oC. Протекающие при этом реакции превращают NO_x и часть CO и HC в NN₂, CO₂ и H₂O. При контакте со вторым блоком имеющийся в газе кислород окисляет CO и HC до CO₂ и H₂O. Предлагаемое устройство снижает содержание NO_x более чем на 90%, CO - на 96% и HC - не менее, чем на 93%.

/1/ Патент СССР, N 973001, кл. B 01 J 8/04, 1982
/2/ Заявка ФРГ N 2649825, кл. F 01 N 3/15, опубл. 1977т

Формула изобретения

1. Устройство для очистки выхлопных газов, содержащее корпус с впускным и выпускным патрубками в виде усеченных конусов, расположенными в корпусе блоками с нанесенными на них катализаторами, отличающееся тем, что толщина каталитического слоя составляет 10 -100 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: блок 1: Fe 2,0 - 5,0; Ni 2,0 - 5,0; Zr 0,2 - 0,4; Pd 0,05 - 0,2; Ag 0,05 - 0,2; TiO₂ 1,0 - 1,5; Al₂O₃ остальное; блок 2: Mn 1,0 - 2,0; Co 0,6 - 1,6; Cu 1,0 - 2,5; Cr 0,5 - 1,5; Zr 2,0 - 3,0; Pd 0,5 - 1,1; Al₂O₃ остальное.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блоки выполнены в виде гофрированных и плоских лент с отверстиями диаметром 1,5 - 2,0 мм, размещенных по спиралям чередующимися слоями.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между блоками, а также их бандажами и корпусом проложена термостойкая металлическая сетка.

РИСУНКИ

Рисунок 1