Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания в каталитическом нейтрализаторе

 

Использование: изобретение относится к каталитическим нейтрализаторам. Сущность изобретения: при реализации способа по мере снижения степени очистки отработавших газов периодически производят перераспределение пространственного расположения каталитических элементов в реакторе таким образом, что одни и те же элементы размещают в новые для них места , например, путем поворота нейтрализатора относительно горизонтальной оси, путем изменения направления потока газов через реактор, путем перемешивания элементов в одном и том же реакторе или с пересыпкой их из одного реактора в другой. В результате этого обеспечивается перемещение каталитических элементов, теряющих активность, в зоны меньшей теплонапряженности, меньшей интенсивности потока отработавших газов и, наоборот, для элементов, сохраняющих активность катализатора, - в зоны большей интенсивности потока отработавших газов. 10 ил. LO G

союз coBETGKNx социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 F 01 N 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ. ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

< :, л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4762001/06 (22) 21.11,89 . (46) 30.08.92. Бюл. N 32 (71) Центральный научно-исследовательский институт по моторостроению (72) К).Е. Герасимов, В.Д. Евдокимов, И.Л.Каганович и А.М.Сайкин (56) Нейтрализаторы 12.1206010-00 и

13.120610-00. ТУ 37-02373.70. 1-84.

Френкель А.И, и др. Каталитические дизельные нейтрализаторы, НКД-241. — Безопасность труда в промышленности, 1976, N 3, с.17. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВЩИХ

ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В КАТАЛИТИЧЕСКОМ НЕЙТРАЛИЗАТОРЕ (57) Использование: изобретение относится к каталитическим нейтрализаторам. Сущность изобретения: при реализации спосо!

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к системам выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, в частности к каталитическим нейтралиэаторам.

Известен способ каталитической очистки гаэодвигателя в каталитических нейтрализаторах путем пропускания отработавших газов через слои насыпных каталитических элементов, размещенных по меньшей мере в двух плоских реакторах, расположенных горизонтально и параллельно друг другу.

Недостатком этого способа очистки, реализуемого в этих нейтралиэаторах, является быстрая потеря активности катализатора в верхних реакторах, на которые вектор га.. Ж 1758251 А1 ба по мере снижения степени очистки отработавших газов периодически производят перераспределение пространственного расположения каталитических элементов в реакторе таким образом, что одни и те же элементы размещают в новые для них места, например, путем поворота нейтрализатора относительно горизонтальной оси, путем изменения направления потока газов через реактор, путем перемешивания эле-. ментов в одном и том же реакторе или с пересыпкой йх из одного реактора в другой, B результате этого обеспечивается перемещение каталитических элементов, теряющих активность, в зоны меньшей теплонапряженности, меньшей интенсивности потока отработавших газов и, наоборот, для элементов, сохраняющих активность катализатора, — в зоны большей интенсивности потока отра-. ботавших газов. 10 ил.

I зодинамической силы воздействует против силы тяжести гранул каталитических элементов, Следовательно, быстрее снижается эффективность очистки газов нейтрализатором, что требует приостановки процесса очистки для осуществления регенерации катализатора или замены его на свежий.

Наиболее близким является способ очистки отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе путем пропускания газов через слои насыпных каталитических элементов по меньшей мере в одном реакторе с переменной величиной угла между векторами силы тяжести каталитических элементов и газодинамической силы от отработавших газов и периодического определения степени очистки последних, 1758251

Недостатком известного способа является относительно малое время активности насыпных каталитических элементов, э следовательно, и эффективной работы нейтрализатора вследствие того, что через слои каталитических. элементов практически пропускают неравномерный по обьему реактора и пульсирующий йоток отработавших газов.

Цель изобретения — увеличение времени эффективной работы каталитических элементов, Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания в каталитическом нейтрализаторе путем пропускания отработавших газов через слои насыпных каталитических элементов по меньшей мере в одном реакторе с переменной величиной угла между векторами силы тяжести каталитических элементов и газодинамической силы от отработавших газов и периодического определения степени очистки последних по мере снижения степени очистки периодически производят перераспре деление пространственного расположения каталитических элементов, В соответствии с первым вариантом реализации способа перераспределение каталитических элементов осуществляют путем повброта каталитическогб нейтрализатора относительно горизонтальной оси.

В соответствии с вторым вариантом реализации способа перераспределение каталитических элементов осуществляют путем изменения направления потока отработавших газов через реактор.

В соответствии с третьим вариантом реализации способа перераспределение каталитических элементов осуществляется путем механического перемещения их в реакторе.

В собтветствии с четвертым вариантом реализации способа распределение катали" тических элементов осуществляют пересыпкой последних из одного реактора в другой и наоборот.

В соответствии с пятым вариантом реализации способа перераспределение каталитических элементов осуществляют путем поворота каталитического нейтрализатора относительно горизонтальной оси и одновременного изменения направления потока отработавших газов через реактор.

На фиг.1 изображена схема каталитического нейтрализатора с осесимметричным реактором; на фиг.2 — сечение А-А нэ фиг.1 (поперечное сечение каталитического нейтрализатора с осесимметричным реактором, состоящим из двух прямоугольных камер, расположенных параллельно, одна из которых наверху, а другая внизу); на фиг.3 — то же, но когда нейтрализатор повернут на

180 относительно горизонтальной оси; на фиг.4 — то же, при повороте нейтрализатора на 90 относительно положений реакторов, изображенных на фиг,2 и 3; на фиг.5 — то же. но при повороте нейтрализатора относительно горизонтальной оси на 180 по срав10 нению с положением реакторов на фиг.4; на фиг.6 — поперечное сечение каталитического нейтрализатора с осесимметричным реактором кольцевого типа; на фиг,7 — то же, с перераспределением каталитических эле15 ментов путем поворота нейтрализатора относительно горизонтальной оси на 90О; на фиг,8 — поперечное сечение нейтрализатора с осесимметричным реактором кольцевого типа, рабочая полость которого разделена

20 перегородками на три продольные секции; на фиг.9 — то же, с изменением располбжения секций путем поворота нейтрализатора относительно горизонтальной оси на 120О; на фиг,10 — то же, при повороте нейтрализа25 тора на 240 .

Способ очистки отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе илл юстрирует конструктивная схема нейтрализатора на фиг.1;

30 Кейтрализатор содержит корпус 1, реактор, заполненный кэталитическими элементами 2, входной 3 и выходной 4 патрубки. Объем корпуса ограничен торцовыми стенками — фланцами 5 и 6. Фланец 5

35 снабжен окнами 7 и 8 для засыпки или высыпки каталитических элементов из двух камер реактора 9 и 10, Объем камер реактора ограничивается внешними 11 и 12 и внутренними 13 и 14 решетками, фланцем 5 и

40 глухой стенкой 15. Для отбора проб газов до и после реактора пэтрубки 3 и 4 снабжены специальными штуцерами или трубками 16 и 17. На фиг,1, 2, 4 и 6 сплошными линиями со стрелками показано направление движе45 ния ОГ последовательно через входной патрубок 3, соединенный с входным каналом

18, через слои каталитических элементов в камерах или секциях реактора, где происходит каталитическое дожигание продуктов

50 неполного сгорания, содержащихся в газах, далее через внутренний объем 19 корпуса

1 и выходной патрубок 4 в атмосферу или в последующую ступень очистки. Пунктирными линиями со стрелками представлено воз55 можное противоположное направление потока газов. Конкретные примеры осуще-. ствления перераспределения каталитических элементов в и ространстве представлен ы на фиг.2-10. Показано поперечное сечение нейтрализатора с двумя прямоугольными

1758251

15

25

40

Предлагаемый способ осуществляют сп следующим образом, ро.камерами реактора: камера 9 расположена наверху, камеру 10 внизу (фиг.2), Здесь же нанесены направления действия силы тяжести каталитических элементов и газодинамических сил со стороны отработавших газов при прямом и обратном направлениях потока отработавших газов. На фиг,3 представлено то же сечение с измененным расположением камер, а следовательно, с перераспределением в них каталитических. элементов и воздействия на них газодинамических сил: камера 10 — наверху, камера

9 — внизу. Совершенно иное расположение векторов силы тяжести и газодинамических сил сî стороны газов представлено на фиг.4 и 5 — вариантах расположения камер 9 и 10 в поперечном сечении нейтрализатора, Здесь воздействие потоков отработавших газов на каталитические элементы остается стабильным. угол между векторами действующих сил составляет 90, При изменении расположения камер 9 и 10 — слева и справа или наоборот — нижние слои каталитических элементов становятся соответственно верхними и наоборот.

Для нейтрализатора с реактором кольцевого типа картина перераспределения каталитических элементов сложнее (фиг.б — 10), Осесимметричный реактор кольцевого типа состоит из внешней и внутренней цилиндрических решеток 20 и 21, объем между ними ограничен фланцеM и глухой стенкой (фиг.1). РазДелив с помощью условных перегородок 22 объем реактора на четыре условные продольные секции 23 — 26 (фиг.б и 7), можно представить перераспределение каталитических элементов при повороте нейтрализатора относительно горизонтальной осй последовательно на 90 (фиг.7). Таким. образом, реакторы, представленные на фиг.б — 10, характеризуются плавным изменением углов между векторами упомянутых сил воздействия на каталитические элементы — от полного совпадения направлений сил в секции 23 (фиг.б) и в секции 2б (фиг.7) до противоположных — в секции 25 (фиг.б) и секции 24 (фиг,7). При изменении направления потока газов (обозначено пунктирными линиями) углы воздействия в укаэанных

:примерах изменяются на обратные, На фиг.8 — 10 представлен аналогичный реактор кольцевого типа, разделенный реальными перегородками 27 на три равные по объему продольные секции 28-30, и перераспределение секций, а следовательно, и каталитических элементов, при повороте нейтрализатора относительно горизонтальной оси на 120 .

Отработавшие газы поступают в реактор нейтрализатора, заполненный каталитическими элементами, на которых происходит очистка отработавших газов от окиси углерода и углеводородов. При длительной работе нейтрализатора происходит постепенное снижение эффективности очистки газов вследствие отравления каталиэатора окислами серы; смолами, сажей и другими компонентами, содержащимися в отработавших газах. Вследствие всегда имеющейся неравномерности расхода отработавших газов по площади (объему) каждого реактора, а также между отдельными реакторами, в большей степени отравлению подвергаются объемы каталитических элементов, через которые осуществляется наибольший расход отработавших газов, Рассмотрены зоны реакторов и причины этой неравномерности, которая приводит к преждевременному снижению активности каталитических элементов, а следовательно, снижению эффективности очистки отработавших газов нейтрализатором в целом, В момент достижения заданной величины снижения эффективности очистки, определяемой экспериментально путем измерения содержания токсичных компонентов в отработавших газах до и после нейтрализа- тора, или задаваемыми наработкой двигателя в моточасах или величиной пробега транспортного средства, полученных при эксплуатационных испытаниях, производят перераспределение каталитических элементов в реакторе, его секциях или камерах (в зависимости от конструкции нейтрализатора), отодвигая по времени проведения регенерации каталитических элементов, а также замены их на свежие. Перераспределение каталитических элементов производят таким образом, чтобы для одних и тех же элементов были изменены углы между векторами сил тяжести и гаэодинамической со стороны отработавших газов, При этом из45 меняются точки или зоны контактов как между самими элементами с одной стороны, так и между ними и внутренними поверхно стями реакторов с другой.

Реализация способа связана с демонтажом нейтрализатора с транспортного или технологического средства, разборкой с целью открытия окон 7 и 8 для высыпки и последующей засыпки каталитических эле- ментов. При этом те каталитические элементы, которые находились в верхнем реакторе или в его верхней части (для реакторов кольцевого типа), помещают вниз, а находившиеся внйзу — наверх; ранее находившиеся рава перемещают налево, а для реактов кольцевого типа перед перемещением, 1758251 например, налево в верхнюю или в нижнюю . часть реактора, При этом также необходимо, чтобы каталитические элементы, которые находились у глухой стенки 15, были перемещены к торцовой стенке-фланцу 5, соединенному с входным патрубком 3, и наоборот. Высыпку каталитических элементов осуществляют в противни — для каждого реактора или секции реактора должен быть. свой противень.

Реализация способа по первому варианту не требует полного демонтажа и разборки нейтрализатора. Практически поворот нейтрализатора относительно горизонтальной оси осуществляется на величинууглового шага отверстий в соединительных фланцах для крепежных элементов. Возможен также поворот нейтрализатора на любой угол при наличии накидного фланца.

Реализация способа по второму варианту возможна без демонтажа и разборки нейтрализатора, так как обеспечивается конструкцией системы выпуска отработавших газов с возможностью подвода и выпуска последних к обоим патрубкам с применением системы запорных органов, в частности заслонок, имеющих только два крайних положения — открыто или закрыто — и соответствующим образом сблокированных между собой.

Реализация способа по третьему варианту требует демонтажа и разборки нейтрализатора: каталитические элементы высыпаются в противни и перемешиваются.

Из каждого реактора или секции реактора каталитические элементы высыпаются в отдельный противень и перемешиваются в нем отдельно, после чего засыпаются в реакторЫ или их секции, откуда были высыпаНЫ ДО ЭТОГО.

Реализация способа по четвертому варианту осуществляется при демонтаже и разборке нейтрализатора, высыпка катали тических элементов из реактора или секций производится в отдельные противни, после чего засыпку производят уже в другой реактор или секцию, например, элементы из верхнегь реактора засыпают в нижний, а из нижнего в верхний, из правого — в левый, а иэ левого — в правый. Засыпку следует проводить таким образом, чтобы элементы, находившиеся у глухой стенки реактора, попали ближе к фланцу 5.

Реализация способа по пятому варианту не требует полного демонтажа нейтрализатора и может быть осуществлена конструктивно путем применения быстросъемных фланцевых или других соединений патрубков, а также соответствующей конструкции системы выпуска отработавших га25 зов транспорта или технологического средства, Таким образом, при реализации предлагаемого способа очистки, отработавших газов обеспечивается перемещение каталитических элементов, теряющих активность, в зоны меньшей теплонапряженности, меньшей интенсивности потока отработавших газов и, наоборот, для элементов, сохраняющих активность катализатора, в зоны большей интенсивности потока газов.

В результате этого увеличивается время эффективной работы каталитических элементов и, как следствие, увеличивается время их работы до регенерации или замены. При этом сокращаются расходы на эксплуатацию и технологическое обслуживание, Формула изобретения

1.Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания в каталитическом нейтрализаторе путем пропускания отработавших газов через слои сыпных каталитических элементов по меньшей мере в одном реакторе с переменной величиной угла между векторами силы тяжести каталитических элементов и газодинамической силы от отработавших газов и периодического определения степени очистки последних, отличающийся тем, что, с целью

30 увеличения времени эффективной работы каталитических элементов, по мере снижения степени очистки периодически производят перерасп редел ение и рост ранствен ного расположения каталитических элементов, 35 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перераспределение каталитических элементов осуществляют путем поворота каталитического нейтрализатора относительно горизонтальной оси, 40 3. Способ по п.1, отличающийся тем, чтоо перераспределение каталитических элементов осуществляют путем изменения направления потока отработавших газов через реактор.

45 4.Способпоп.1.отличающийся тем, что перераспределение каталитических элементов осуществляют путем механического перемешивания их в реакторе, 5. Способ по п.1, отличающийся

50 тем, что перераспределение каталитических элементов осуществляют пересыпкой последних из одного реактора в другой и наоборот.

6, Способ по п1, отл ич а ю щи и с я

55 тем, что перераспределение каталитических элементов осуществляют путем поворота каталитического нейтрализатора относительно горизонтальной оси и одновременного изменения направления потока отработавших газов через реактор, :1758251

Фиг, I

Ю

Фог. 2

1758251

1758251,4- A

Ф4 8 ° 10

Редактор Е, Копча

Заказ 2981 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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

О 29

Фиг.8

Составитель О, Немцов

Техред M,Ìoðãeíòàë Корректор С. Пекарь