Каталитический нейтрализатор для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: область машиностроения , в частности разработка тепловозных дизелей. Сущнрсть изобретения: нейтрализатор имеет две каталитические зоны - гранулированный и блочный катализаторы, а между ними в полости расположена водоподвбдящая трубка с, распиливающими отверстиями , направленными в сторону гранулированного каталйзатбра, для проведёйй;ярегенерации. Регенерация может проводиться горячей Ј6лрй или химическими растворами Разбрызгивание осуществляется fо л ь ко н а зону с гра йул й|рован ным катализатором, а регенерация блочного катализатбра - парами воды или химических растворов, подаваемых в каналы блока отработавшими газами. Гранулированный катализатор работает как зернистый фильтр для Улавливайия сажи 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Ј

., Я,„, 1749501 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 01 Й 3/04 — -7j тВ з

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ЛЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.З . льлР..з

1 .,з," «т а аф д "ата„ «.аза д 49 аа.оладтл.ли». ь. и Кз (21) 4892118/06 (22) 11.11.90 (46) 23.07.92, Бюл. N 27 (71) Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта им. ЯМ.Свердлова (72) В.Г.Булаев и Н,В.Чернозипунникова (56) Авторское свидетельство СССР

М 1320467, кл. F 01 N 3/04, 1985, затор имеет две каталитические зоны — гранулированный и блочный катализаторы, а между ними в полости рсасйоложена водоподводящая трубка с, распыливающими отверстиями. направленными в сторону гранулиреванного каталиаэаитора, для проведения регейерацтйи. Регенерация может проводиться горячей åïîÀ или химическими растворами Раэбрызгиваайие осуществляется toëüêî на зону с гранулированным катализатором. а регенерацйя блочного катализатора — парамй воды или химических растворов, йодавааемых в каналы блока отработавшими газами. Грайулированный катализатор работает как зернистый фильтр для улавливания сажи. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (54) КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР

ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГА ЗОВ

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Использование: область машиностроения, в частности разработка тепловозйыах дизелей. Сущность изобретения: нейтралиИзобретение относится к машинострое- ля. Конструкция фильтра не предусматриванию, а именно к "устройствам нейтрализа- ет защиты двигателя от разрушения, ции отработавших газов двигателей Известен способ и устройство для восвнхутреннего сгорания; в частности тепло- становлейия фильтра отработавших тазов. аоЗных дизелей. . - -:.-...:,; .... Выжигание сажй на маеталлическом каталиЙзавестен фильтр для отработавших га- заторе осуществляется за Счет горючего ма- 0 зов. в конструкции которого предусмотренот: териала, введенного в часть потока (Л прохождение отработавших газов через два: . отработавших газов, направляемых на ней- С) фильтрующих слоя, расположенных ггтрсле- - - тхралиэацию. — .. а довательнО в оадном корпусе. Фильтр разде- Недостатком данной конструкции являлен Hll дзе: зоны и имеет зззОО мааеиду ется необходимость дОлолнительнод лодзонами.: . .:. :::" ачи горючего материала в поток

Осйовнйм недостатком данного фильт - . отработавших газов, чтто приведет к увелира я@ляется то, что при интенсивнбй работа чению расхода топлива. двигателя-возможно забивание сажей и - . Йаиболее близкой по технйческой сущсмолообраэующими вещесатвами первого носотй к предлагаемой является комбинирофйльтрующего слоя {по потоку отработав- . . ванная системз нейтрализации отработавших -азов). При этом весь фильтр полдлВжита ших газов двигтаттвля вйутреннего сгорания, демонтажу, а в случае задержки замены. содержащая двв стлоя гранулированного кафильгра возможен выход из строя двига ге-: тализатора трубопровод для смывания са -;

1749501 жи с поверхности катализатора и трубопровод для смывания сажи с поверхности катализатора, который проходит через слои катализатора, который проходит через слои катализатора и раэбрызгивает воду под вторым слоем катализатора.

Недостатком данной конструкции является То, что регенерация верхнего слоя катализатора будет крайне низка, так как пары воды, подаваемые на регенерацию, в

10 основном, будут смывать сернистые соединения с нижнего слоя катализатора. Обьем воды для регенерации не регламентируется. поэтому она может быть осуществлена малым количеством воды, что приведет к 15 тому, что сернистые соединения с поверхности катализатора верхнего слоя не смоются.

Целью настоящего изобретения является увеличение долговечности катализатора 20 и повышение эффективности очистки.

Поставленная цель достигается тем, что нейтрализатор отработавших газов с впускным и выпускным патрубками и ра щеяенным полостью на две зоны реактором 25 содержит в нижней зоне гранулированный, а в верхней части блочный катализаторы. . Регенерация катализаторов осуществляется йутем разбрызгивания воды или химических растворов на гранулированный 30 катализатор навстречу потоку отработавших газов гаэоподводящей трубки, находящейся между зонами в полости, Регенерация блочного каталйзатора осуществляется восходящими с отработавшими 35 гаэамй парами воды или химическими растворами при работе двигателя.

Конструкция нейтрализатора предполагает наличие-в нем разнородных катализаторов, имеющих разную природу и 40 структуру носителя каталитической массы.

Гранулированный катализатор выступает как массированнйй накопитель серыми сернистых соединений на своей поверхности.

При этом он защищает блочный катализа- 45 тор от эасаживанйя и отравления катализатора. Гранулированный катализатор работает в-псевдоожйженном слое, что позволяет даже при эасаживании его поверхности не увеличивать величину 50 противодавления, Блочный катализатор

: имеет малую величину противодзвления; а работая в щадящем режиме засажйвания, он не будет сильно засаживаться, т;е. величина противодавления в тракте не будет 55 увеличиваться вы ше допустимого уровйя даже в случае засаживания обеих каталитйческих эон.

Для снятия каталитических ядов с катализаторов между зонами находится подводящая трубка с распыливающими отверстиями для подачи воды или химических растворов для регенерации. Гранулированный катализатор, как наиболее отравленный,нуждается в более интенсивной регенерации, нежели блочный, Поэтому регенерирующая жидкость подается на гранулированный катализатор, причем количество ее должно быть более стезеометри- ческой величины, необходимой для регенерации. Это позволит наиболее полно провести смывание сажи с поверхности гранул катализатора.

Регенерация приводится в два этапа. сначала горячей водой или химическими растворами регенерируется гранулированный катализатор при неработающем двигателем, а затем проводится сушка гранулированного катализатора и регенерация блочного катализатора парами воды (или химических растворов), подаваемыми отработавшими газами двигателя при работающем с различной нагрузкой двигателе.

Причем двигатель должен постепенно набирать обороты, постепенно повйшая температуру отработавших газов, чтобы не произошло разрушения гранул катализатора за счет массированного парообразования при высокой температуре. Проведение предлагаемой регенерации возможно беэ разборки нейтрализатора при заходе трансО портного средства на технический осмотр.

В процессе эксплуатации каталитического нейтрализатора отработавших газов на поверхности катализатора происходит отложение продуктов неполного сгорания топлива (сажи, несгоревших частичек топлива и масла, смолообраэующих веществ).

Кроме того, на каталйэаторе отлагаются вещества, содержащие серу, вносимые в состав отработавших газов за счет присадок к топливу. Сажа,- неСгоревшее-масло и топливо механически блокируют поверхность ка- тализатбра, закрывая поры катализатора и снижая его активность. При достижении в реакторе температуры йорядка 430-450 С он и выгорают и активность катализатора практически восстанавливается до исходной. При осаждении на катализаторе соединений серы происходит его сульфатизация ;т.е. образование сульфидов каталитически активных металлов, которые по своей активностй значительно уступают активности окйслам каталитически активных металлов.

Кроме того, сернистые соедйнения образуют сульфат алюминйа, который содержится в носителе. Роль сернистых соединений в снижении активности превышает 50 .

Количество отложившихся на поверхности катализатора сернистых соединений за1749501 висит от вида каталитически активного металла, Так, содержание серусодержащих соединений на катализаторах, содержащих в своем составе медь, хром, значительно ниже (в 2 — 5 раз), чем на катализаторах, содержащих марганец. Кроме того, на катализаторе, который находится ближе к впускному отверстию, отлагается больше сернистых соединений, Для восстановления активности катализатора применяется регенерация. Регенерация катализатора может осуществляться t: разборкой нейтрализатора и извлечением катализатора из реактора и без разборки нейтрализатора, В качестве промывающей жидкости может использоваться горячая вода или химические растворы, После промывки катализатор промывается в специальных печах (проводится термическая регенерация) или просушивается горячими отработавшими газами при температуре свыше 450-500 С. Таким образом, регенерация трудоемка и длительна во времени.

На чертеже показан нейтрализатор, общий вид, Каталитический нейтрализатор для очистки отработавших газов состоит из корпуса нейтрализатора 1, реактора со слоями блочного 2 и гранулированного 3 катализаторов, водоподающей трубки 4 для подвода и разбрызгивания воды через распыливающие отверстия 5 или химических растворов для регенерации катализаторов, выпускного 6 и впускного 7 отверстий, сливного отверстия

8.

Слой гранулированного катализатора 3 находится ближе к впускному отверстию 7, а блочного 2 — к выпускному 6. Между зонами находится подводящая трубка 4 с распыливающими отверстиями 5 для пбдвода и разбрызгивания воды или химических растворов на зону гранулированного катализатора. Промывной раствор после прохождения через гранулированный катализатор должен сбрасываться через сливное отверстие, находящееся в корпусе нейтрализатора ниже входного отверстия. Гранулированный катализатор должен содержать в своем составе вещества, способствующие отложению сернистых соединений на его поверхности, например

- марганец, или же вещества, обезвреживающие или сорбирующие на своей поверхности сернистые соединения, В верхней зоне размещается блочный катализатор на металлическом или керамическом носителе.

Основное назначение катализатора в нижней зоне — адсорбировать на своей поверхности сернистые соединения и тем са5

10 ся более активные компоненты, например

40

45 При этом сернистые соединения вступают в

35 мым уменьшить отравление блочного катализатора, Кроме того, при прохождении отработавших газов через слой катализатора на его поверхности происходит отложение смолообразующих веществ, т.е. происходит защита размещенного выше блочного катализатора (зона работает как зернистый фильтр), В блочном катализаторе в качестве каталитически активной массы используютплатина или смесь платины и палладия, и другие каталитически активные компоненты, Регенерация осуществляется водным или химическим раствором, причем разбрызгивание осуществляется только на нижней части реактора, Горячая вода или. химические растворы подаются в достаточном количестве, чтобы смыть за 10-30 мин сернистые соединения, сажу и часть несгоревших частичек топлива и масла с поверхности катализатора. Йспользованная вода отводится через ели вное отверстие.

После водной регенерации гранулированного катализатора начинается его просушка горячими отработавшими газами при работающем двигателе, При этом температура газов за счет нагружения двигателя поднимается постепенно; так как резкий приросттемпературы1 мбжет йривести к разрушеййю (разрыву) зерен катализатора парами воды, Образовавшиеся при сушке катализатора пары воды илйхимического раствора являются регенерируЮ@ими для вышележащего блока катализатора. Пары доставля- ются в каналы блока катализатора отработавшими газами, т,е. исключается необходимость в применении специальных подающих устройств (насосов), сокращается расход регенерирующей жидкости, так как происходит повторное использование.

Блочный катализатор сорбирует на своей поверхности образовавшийся пар. реакцию л выносятся с поверхности блочного каталлзатора потоками отработавших газов. Одновременно с блока смываются сажа и смолообразующие вещества. Время полной регенерации катализатора, используемого в нейтрализаторе. составляет 30 мин..

Нейтрализатор работает следующим образом.

При наработке катализатором определенного количества часов, обычно это 700750 ч, проводится его регенерация, Нейтрализатор снимается (можно без снятия) с транспортного средства для регенерации катализатора. " водоподводящей трубке 4 подсоедйняется Шланг с горячей водой или

1749501 с химическими растворами и под давлением через отверстия 5 начинается орошение

° гранулированного катализатора в зоне 3.

Количество подаваемой на промывку горячей воды должно быть в 6-7 раэ больше объема катализатора. Если для регенерации применяется химический раствор, например водный раствор аммиака, то его количество не должно превышать объем катализатора. Необходимо, чтобы эона катализатора только пропиталась химическим раствором. Регенерирующая жидкость сливается через отверстие 8, Запускается двигатель и за счет тепла отработавших газов происходят подсушка регенерированного катализатора и регенерация блочного катализатора. Увлажненные отработавшие газы проходят через каналы блочного катализаторе и регенерируют его. Причем вынос активной фазы будет минимален, т.е. обработка блока осуществляется не жидкой средой, а паром. Для наиболее полной регенерации и исключения йрокола гранул двигатель работает на различных режймах, начиная с минимальных оборотов коленвала, Использование каталитического. нейтрализатора предлагаемой конструкции и проведенйе регенерации позволит продлить срок службы катализатора до 8-10 тысяч часов наработки. Систематическое проведение регенерации водным раствором или химическими растворами позволит поддерживать эффектйвность работы катализатора йа приемлемом уровне для эффективной работы нейтрализатора. Исключение необходимости разработки нейтрали. затора для ревизии состояния катализатора и его регенерации позволит значительно упроситть эксплуатацию нейтрализатора, Конструкция нейтрализатора полностью исключает увеличение противодавления и в

5 выхлопном тракте транспортных средств, а значит исключается возможность ухудшенйя режима работы двигателя. Применение предлагаемой конструкции нейтрализатора позволит исключить выброс неочищенных

10 отработавших газов от транспортного средства, оснащенного системой нейтрализации..

Формул а изобретен и я

1. Каталитический нейтрализатор для

15 очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. содержащий вертикально,установленный корпус со сливным отверстием в его нижней части, впускным и выпускным патрубками и реактором с двумя

20 слоями катализатора, размещенными последовательно с образованием между ними полости, и установленную в корпусе водо-, проводящую трубку с распйливающими отверстиями, выполненными со стороны

25 впускного патрубка, отличающийся тем, что с целью увеличения долговечности и повышения эффективности очистки, водоподводящая трубка расположена горизон- . тально с размещением ее части в полости, а

30 распыливающие отверстия выполнены на части трубки, размещенной в полости, первый по потоку отработавших газов слой ка-: тализатора выполнен гранулированным, а второй — блочным.

35 2. Нейтрализатор по п.1, о т л и ч а ю - .. шийся тем, что первый слой катализатора выполнен из материала, адсорбирующего сернистые соединения;

1749501

Составитель С.Андреева

Редактор Н.Лазаренко ТехредМ.Моргентал Корректор А.Осауленко

В

Заказ 2677 Тираж Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4 6

Производственно- издательский комбинат."Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101