Способ удаления сажи из выхлопных газов дизельных двигателей
Изобретение относится к технологии каталитического удаления сажи из выхлопных газов, применяемой в дизельных двигателях и позволяющей снизить температуру воспламенения дизельной сажи. Выхлопные газы дизельных двигателей пропускают через фильтр с нанесенным на него катализатором. Уловленную сажу сжигают. Катализатор состоит из LI<SB POS="POST">2</SB>O или из CUCL, или из MVO<SB POS="POST">3</SB>, где M=LI, NA, K, или из 2CEO<SB POS="POST">2</SB><SP POS="POST">.</SP>V<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB><SP POS="POST">.</SP>NH<SB POS="POST">2</SB>O, или из V<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB> с примесью окиси щелочного металла в количестве 1,1-16,8% от массы V<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB>, или из V<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB> с примесью K<SB POS="POST">2</SB>O в смеси с CUCR<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">4</SB>, γ-AL<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">3</SB>, NIO и TIO<SB POS="POST">2</SB> при содержании ингредиентов, равном в мас.%, соответственно 42, 54, 1,32, 32,90, 10,96, 3,51 и 8,77, или из V<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB> с примесями K<SB POS="POST">2</SB>O в смеси с CUO и TIO<SB POS="POST">2</SB> при содержании ингредиентов, равном в мас.%, соответственно: 24,25, 0,75, 0,16 и 24,84, или из KVO<SB POS="POST">3</SB> в смеси с KREO<SB POS="POST">4</SB> при содержании их, равном 85,71 и 14,29 мас.% соответственно, или из KVO<SB POS="POST">3</SB>, KREO<SB POS="POST">4</SB> и CUCL при их содержании, равном 35,30, 5,88 и 58,82 мас.% соответственно. При использовании катализатора, состоящего из KVO<SB POS="POST">3</SB> или из V<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB> с примесью K<SB POS="POST">2</SB>O, очищаемый газ дополнительно пропускают через катализатор, состоящий из PT, PD и γ - AL<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">3</SB> при их содержании, равном 5,28, 2,64 и 92,08 мас.% соответственно. Этот катализатор нанесен на торец того же фильтра со стороны выхода выхлопного газа. Температура воспламенения сажи составляет 300-444°С и зависит от состава катализатора. Снижение температуры воспламенения составляет 61-205°С по сравнению с фильтром без катализатора. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (l9) !11) А3
1я1 4 В О1 Р 53/36
Л
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 3595950/23-26 (22) 20.05 ° 83 (31) Р 3232729 ° 3 (32) 03.09.82 (33) 11 (46) 15.12.89. Бюл. М 46 (71) Дегусса АГ (DE) (72) Райнер Домесле (DE), Эдгар Коберщтайн (AT), Ханс-Дитер Плетка (AT) и Херберт фелькер (DE) (53) 66 09" ° 37 (088.8) (56) Патент СССР h 1233786 °
В 01 D 53/3C, 1981.. (54) СПОСОБ УДАЛеНИЯ САЖИ ИЗ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к технологии каталитического удаления сажи из выхлопных газов, применяемой в дизельных двигателях и позволяющей снизить температуру воспламенения дизельной сажи. Выхлопные газы дизельных двигателей пропускают через фильтр с нанесенным на него катализатором. Уловленную сажу сжигают. Катализатор состоит из Li+0 или из
СиС1, или из МЧО, где И=Ь, Na К, или иэ 2 СеО Ч О пН О, или из V<0< с примесью окиси щелочного металла в количестве 1,1-16,83 от массы
Изобретение относится к способам удаления дизельной сажи из выхлопных газов дизельных двигателей, Цель изобретения - снижение температуры воспламенения дизельной сажи.
На фиг.1 представлен корпус фильтра,горизонтальная проекция; на фиг.2 сечение дизельного фильтра в форме
Ч О, или иэ Ч О с примесью К О в смеси с CuCr 04 $ — - Al 0 NiO и Т О при содержании ингредиентов, равном в мас.1, соответственно 42,54, 1,32, 32,90;10,96;3,51 и 8,77, или из Ч206 с примесью- Кхо в смеси с
Сио и TiO при содержании ингредиентов, равном в мас.Ф, соответственно
24 25; О,75; 0,16 и 24,84, или иэ
KVO> в смеси с ККе04 при содержании их, равном 85,71- и 14,29 мас.Ф соответственно,или из KVO>, KRe04 и СиС1 при их содержании, равном 35,30, 5,88 и 58,82 мас.4 соответственно.
При использовании катализатора, состоящего из KVO или иэ Ч 0+ с примесью К О, очищаемый газ дополнительно пропускают через катализатор, состоящий из Pt Pc u g - А1 0 з при их содержании, равном 5,28; 2,64 и С
92,08 мас. соответственно. Этот катализатор нанесен на торец того же фильтра со стороны выхода выхлопного газа. Температура воспламенения сажи о составляет 300-444 С и зависит от состава катализатора. Снижение температу- ры воспламенения составляет 61-205 С по сравнению с фильтром беэ катализатора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил,.1 табл. монолитного структурного упрочнителя катализатора иэ кордиерита с пористыми стенками проточных каналов, в котором со стороны входящего и выходя- (,р щего потоков каналы заперты керамической пробкой (эти пробки распределены таким образом, что при необходимости запертому концу канала противостоит открытый канал).
1530083
Каталитически активное вещество может быть нанесено на вещество-носитель или перемешано с ним. В качестве материалов-носителек используются окись алюминия, двуокись кремния, двуокись титана, окись циркония и окислы редкоземельных металлов, а также хромит меди, окислы никеля и железа. фильтр может быть выполнен в виде набивки из металлического или минерального волокон с нанесенными на нее каталитически активными веществами или перемешано с этими веществами.
Каталитически активное вещество содержится в количестве 4 г/м2 геометрической поверхности Фильтрующе о элемента. На монолитное фильтрующее тело из кордиерита диаметром 11,85 см, длиной 15,25 см и !5,5 ячеек/см2 может быть нанесено 10-100, предпочтительно 20-60 г/м2.
Так как дизельная сажа состоит не только из частичек углерода, но также содержит до 20-301 адсорбированного летучего углеводорода, то может оказаться выгодным наносить на фильтры с входной стороны катализатор из благородного металла группы платины, иногда в сочетании с окислом металла, например $ =А1 0 . Сбразовавшаяся при сжигании дизельной сажи окись углерода превращается на катализаторе из благородного металла в безвредную двуокись углерода.
Пример 1 ° 20 r LiOH 75 r щавелевой кислоты растворяют в 500 мл деионизированной воды. Полученный раствор оксалата лития наносят за две операции пропитки с промежуточной сушкой при 110 С на корпус фильтра иэ кордиерита (фиг.1) диаметром
11,85, длиной 15,25 см и содержащим
15,6 ячеек/см-". После заключительной сушки при 110 С оксалат лития эа счет двухступенчатой выдержки при
600 С разлагают с образованием Li О.
Пример 2. 100 г СиС1 размалывают со 140 мл деионизированной воды в шаровой мельнице в течение 24 ч.
Затем раствор доливают деионизированной водой до объема 560 мл и половиной этого объема (280 мл) заливают фильтр, как в примере 1, со стороны торца, затем 4 ч сушат в шкафу при 100 С.
Поглощение СиС1 достигает 50 г, Пример 3. В химическом стакане растворяют 25 r Ч О „ и 6,6 г LiOH в 250 мл деионизированной воды при нагревании. Этим раствором пропитывают корпус фильтра, как в примере 1, Затем осуществляют сушку при 200 С и
2-часовую выдержку при 70С С для обо разования метаванадата лития.
Пример 4. 40 г NaVC> растворяют в 250 мл деионизированной воды при перемешивании. Раствор ванадата натрия проливают с торцовой стороны сквозь корпус фильтра по примеру 1, всасывающий при этом все количество раствора.
Последующую сушку осуществляют при
150 0.
Пример 5. Готовят раствор 40 г
KVO3 в 5С мл деионизированной воды, Этим раствором по примеру 1 дважды подвергают пропитке корпус фильтра со стороны торца с промежуточной 2часовой сушкой при 250 С. Окончательо ная сушка через 2 ч также при 250 дает готовый каталитическик фильтр.
Пример 6. 10С r (NH4)z Cl(NO>)+
25 растворяют в 4 л деионизированной воды и 20С мл концентрированнок азотной кислоты. Добавляют 28 г NaVG Н О, раствореннык в 5СС мл горячей воды, и смесь нагревают до 80-1СС С. Выпав30 ший в осадок ванадат церия (IV) (2СеО V<0< ° ïÍ2Î) путем многократного декантирования промывают теплой водок и освобождают от нитратов, затем перемешивают с 40С мл воды в шаровой мельнице в течение ночи, Измельченную массу заливают водой до 550 мл и эток смесью покрывают одну сторону дизель-ного фильтра по примеру 1, а избыточную суспензию выдувают, После 3-часовой сушки при 30С С повторяют дейст40 вие с той же стороной фильтра ° Поглощение ванадата церия (IV) достигает
30 г.
Пример 7. 40 г Ч О помещают в химический стакан с 600 мл деиони4 зированной воды и размешивают 15 мин.
Корпус фильтра по примеру 1 заливают с лобовой стороны полученной таким образом суспенэией, а избыточную суспенэию выдувают воздухом. Госле сушки в течение 1,5 ч при 3СС С пропитку повторяют ° В заключение проводят 5о часовую сушку при 12С С. Теперь фильтр покрыт с одной стороны примерно 37 r
V 55 стороны 250 мл С,2i-ным раствором КОН, Госле одночасовой сушки при 300 C и термообработкй в течение тао. кого же времени в муфельной печи при 400 С каталитический фильтр с нанесенным покрытием готов к эксплуатации. Катализатор состоит из V О с примесью 1,1 мас.4 Кг0. Пример 8 ° Фильтр готовят аналогично примеру 7, но используют 14ную концентрацию КОН. Катализатор состоит из ЧгО с примесью 5,4 мас.ь КР. Пример 9. 10 r оксалата натрия NazC<04 растворяют в 250 мл 114ного раствора оксалата ванадия (ТЧ) ЧОС О . Полученным раствором пропитывают корпус фильтра по примеру 1. После сушки при 150 С ведут 3-часовую выдержку при 380 С для разложения исходных соединений в ЧгО и ХагО. Получают Ч О с примесью 16,8 мас.4 1 !а гО, Пример 10. 50 г смеси иэ хромита меди и (-окиси алюминия (75 и 25 мас,ч.), 4 г NiO, 10 г Т Ог и 50 r Ч О, (последний с примесью 3 мас.4 К 0) измельчают в шаровой мельнице г с 4,5 мл концентрированной азотной кислоты и 400 мл деиониэированной воды в течение 24 ч. Затем измельченную массу разбавляют деиониэированной водой до 1 л общего объема и аналогично примеру 1 фильтр покрывают с одной стороны 400 мл это" смеси. "àòåì ведут 3-часовую сушку при 300 С. Гоглощение твердых веществ достигает 45,6 г. Сторона, покрытая слоем смеси, является входной стороной для выхлопных газов. Катализатор содержит, мас.4: V 0 42,54; КгО 1,32; хромит меди (II) 32,90; II -А1гО q 10,96; NiO 3,51; Т1О, 8,77. Пример 11. В раствор 1,2 г Cu(NOg)g ЗЕ О на 100 мл деиониэированной воды добавляют 50 г Т10г и смесь высушивают 2 ч в сушильном шкафу. Из полученного продукта берут 25 г и перемешивают с 25 r V<0, последний с примесью 3 К О и 200 мл деионизированной воды, содержащей 0,45 г КОН, в течение 24 ч в шаровой мельнице. Затем разбавляют водой до 280 мл и аналогично примеру 1 дизельный фильтр покрывают слоем смеси на торце. После 2-часовой сушки в сушильном шкафу при 300 С получают о фильтр, покрытый слоем смеси с входной стороны для выхлопных газов. Сос тав катализатора, мас. o. V Oq 24,25; К О 0,75; СиО 0,16; TiO, 24,84. 30083 6 5 ! О Пример 12. 30 г КЧО и 5 г KReO растворяют в 500 мл деиониэированной воды и делят раствор на две 1 1 равные по объему части. Монолитный корпус фильтра, как в примере 1, сначала путем обливания пропитывают первой половиной раствора. Госле промежуточной сушки при 250 С аналогичным образом на корпус фильтра наносят вторую половину раствора, Вслед за новой сушкой при 250 С осуществляют о выдержку при 450 С. Катализатор содержит, мас."4: KVO> 85 71; ККеО+ 14,29. Пример 13. Корпус фильтра, покрытый СиС1 аналогично примеру 2 пропитывают эа две операции раствором 30 г KVO> и 5 r KRe04 в 500 мл воды. Промежуточную и окончательную сушку ведут при 100 С. Голучают катализатор, g содержащий, мас.ь: КЧО 35,30; KReO< 5,88; с с1 58,82, Пример l4, Дизельный фильтр . аналогично примеру 1 со стороны торца покрывают 45 г g-A1 0> из 104-ной дисперсии (-А1 0, содержащей благородные металлы (платину и палладий) в весовом соотношении 2:1 в виде l-l 250 С и термического разложения соединений благородных металлов при 600 С в течение 2 ч в муфельной печи эти соединения восстанавливают в течение 2 ч при 550 С в потоке водорода, о Голучают нанесенный катализатор, содержащий, мас.4: Pt 5,28; Pd 2,64, 1 -A1 О остальное. После охлаждения г другую, еще не покрытую сторону фильтра подвергают пропитке как в примере 5 метаванадатом калия и используют затем как входную сторону, фильтра для выхлопного газа. Пример 15. Дизельный фильтр, как в примере 1, покрывают аналогично примеру !4 с одной стороны половиной состава, содержащего благородный металл, а с другой стороны - 40 г ЧгО с примесью 5 мас. K Пример 16. Была проведена проверка изготовленных по примерам 1-15 катализаторов. Фильтры устанав ливали в потоке выхлопного газа дизельного двигателя и проверяли их 1530083 функционирование по снижению температуры воспламенения сажи. Использовали 4-цилиндровый двигатель с непосредственным впрыском топлива дизель. Ра1 5 бочий объем цилиндра 1,6 л, мощность двигателя 40 кВт. В фазе загрузки фильтра сажей число оборотов составляло 2900 в минуту, нагрузка 33 Н, содержание кислорода в выхлопном газе 10 ч 14,2 об.Ф. В фазе загрузки сажи фильтр находился в потоке выхлопного газа до тех пор, пока не установилась разность давления на фильтре 150. мбар. Для установления температуры воспламенения нагрузка при постоянном числе 2900 об/мин непрерывно повышалась до тех пор, пока не прекращалось повышение дифференциального давления на фильтр. Достигнутая при этом температура в потоке выхлопного газа перед фильтром определяется как температура ,воспламенения, так как при неизменяющемся дифференциальном давлении не происходит дальнейшего накопления 25 сажи, это означает, что между отфильтрованной и сожженной сажей устанавливается равновесие. В таблице приведены температуры воспламенения вместе с соответствующей нагрузкой и содержанием кислорода в выхлопном газе при установке фильтра на расстоянии = 1 м от двигателя при числе 2900 o6/мин. Как следует иэ таблицы, в предложенном способе достигается снижение 35 температуры воспламенения сажи на 61-205ОС по сравнению с использованием фильтра беэ катализатора, в то время как в известном способе темпе40 ратура воспламенения сажи снижается лишь на 50 С. Ц Формула изобретения 1. Способ удаления сажи иэ выхлопных газов дизельных двигателей, включающий пропускание выхлопных газов через фильтр с нанесенным на него катализатором и сжигание уловленной сажи, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры воспламенения дизельной сажи, используют катализатор, состоящий из окиси лития или из хлорида меди (I), или иэ метаванадата - лития, натрия, калия или церия, или из пятиокиси ванадия, содержащей примесь окиси щелочного металла в количестве 1,116,8 мас. от массы пятиокиси ванадия, или из пятиокиси ванадия с примесью окиси калия в смеси с хромитом меди (ZZ), 15 -окисью алюминия, окисью никеля и двуокисью титана при следующем содержании ингредиентов, мас.Ф: Пятиокись ванадия 42,54 Окись калия 1,32 Хромит меди (?1) 32,90 -Окись алюминия 10,96 Окись никеля 3,51 Двуокись титана 8,77 или из пятиокиси ванадия с примесями. окиси калия в смеси с окисью меди (Т?) и двуокисью титана при следующем содержании ингредиентов, мас.т: Пятиокись ванадия 24,25 Окись калия 0,75 Окись меди (ZZ) 0,16 Двуокись титана 24,84 или из метаванадата калия в смеси с перренатом калия при следующем содержании ингредиентов, мас.ь: Метаванадат калия 85,71 Перренат калия 14,29 или метаванадата калия в смеси с перренатом калия и хлоридом меди (I) при следующем содержании ингредиентов, мас.4; Метаванадат калия 35,30 Перренат калия 5,88 Хлорид меди (1) 58,82 2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что при использовании катализатора, состоящего из метаванадата калия или пятиокиси ванадия с примесью окиси калия, очищаемый гаэ дополнительно пропускают через катализатор, состоящий из платины, палладия и -окиси алюминия при следующем содержании ингредиентов, мас.Ф: Платина 5,28 Палладий 2,64 -Окись алюминия Остальное 1О 1530083 Нагрузка, Н Содержание О в выхлопном газе, Температура воспламенения, Ос Пример 413 422 326 431 406 462 505 63 63 56 63 77 69 10,0 10,0 11,6 8,1 10,3 7,8 8,8 7,8 е.1 Состав катализатора 2 СиС1 3 LiV01 4 NaVO> 5 КЧО, 6 2Сеог Ч20 -и Его 7 V Î- (+1,14 К О) 8 Ч О (+5,4 K О) 9 VzO < (+16,8 hla<0) 10 1 Ч О (+К О)+СиСг о +||-Alzоз+ +М10 + Т10 11 (V О (+К С)+Сио+Т10 12 КЧО> +ЕКеО 13 KVO +KRe0<+CuC1 14 КЧО; Pt, Pd/f -Al zO 15 К О (+К20); Pt, Pd/LI-А1 0 16 ККеО 17 АцКеО 18 Фильтр без катализатора 444 406 416 383 412 412 67 63 64 64 54 56 62 9,4 10,1 9, Е 9,8 10,0 11,3 11,3 10,0 10,0 1530083 Составитель Г.Винокурова Редактор М,Келемеш Техред Л,Олийнык Корректор О.Кравцова Заказ 7765/58 Тираж 600 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 101
