Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Использование: автомобильная промышленность , очистка отработавших газов дизеля. Сущность изобретения: способ очистки отработавших газов включает мокрую очистку газов от сажи, окислов углерода, азота, углеводорода на фильтрующем элементе , выполненном из колец Рашига, изготовленных из композиционного материалаприродный шлам и кокс. На фильтрующий элемент подается активированная вода, имеющая высокую сорбционную способность . Активация воды производится в электрическом поле высокого напряжения . Устройство для очистки отработавших газов дополнительно оснащено вентилятором, установленным после глушителя , корпусом с фильтрующими элементами для контактной очистки, электролизером для активации воды, а также снабжено насосом с баком для циркуляции и подачи активированной воды на первый фильтрующий элемент. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.. ч Чя е

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ АЛ И СТИЧ Е С КИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 01 N 3/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4909193! 06 (22) 07;02.91 (46) 07,02.93. Бюл, ¹ 5 (75) P.Â. Дарбинян и А.P.Äàðáèíÿí (73) Научно-производственное малое предприятие "Ваган" (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1320467; кл. F 01 N 3/04, 1985. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: автомобильная промышленность, очистка отработавших газов дизеля, Сущность изобретения: способ очистки отработавших газов включает мокрую очистку газов от сажи, окислов углерода, азота, углеводорода на фильтрующем элеИзобретение относится к автомобильной промышленности, в частности к очистке отработавших газов дизеля.

Известен способ очистки отработавших газов, когда зти газы поступают в скрубер с водой, расширяются, охлаждаются, смешиваются с водой через эжектор и после циклонного отделения выбрасываются в атмосферу, Известно также устройство дпя очистки газов, содержащее закрытую емкость в выхлопной трубе двигателя,. которая заполнена керамичеСкими гранулами;

Основной недостаток вышеприведенных способа и устройства заключается в том, что абсорбционная способность воды по газовым компонентам отработавших газов ограничена, поэтому степень очистки

„„5U„„1794197 АЗ

2 менте, выполненном из колец Рашига, изготовленных из композиционного материалаприродный шлам и кокс. На фильтрующий элемент подается активированная вода, имеющая высокую сорбционную способность. Активация воды производится в электрическом поле высокого напряжения. Устройство для очистки отработавших газов дополнительно оснащено вентилятором, установленным после глушителя, корпусом с двумя фильтрующими элементами для контактной очистки, электролизером для активации воды, а также снабжено насосом с баком для циркуляции и подачи активированной воды на первый фильтрующий элемент. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. газов водой достаточна мала, и при этом возникает проблема по нейтрализации контактной воды, что приводит к дополйитель. ным затратам и усложняет конструкцию VQ I устройства.. - ф

Устройства для сухой фильтрации и д окислений отработавших газов имеет большое гидравлическое сопротивление, которое снижает эффективную мощность двигателя, Кроме того, возможен вторичный выброс отложиашаися сажи и ыахаиичасхих ) примесей, (,Д

Известен способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания путем их пропускания через фильтр из активированного угля, в частности кокса,и затем перед выпускам в атмосферу — пропускание через рыхлую насадку.

1794197

Известны способ и устройство из авт.св.

И 1320467, кл, F 01 N 3/04, 1985. Способ заключается в том, что отработавшие газы обрабатывают водным раствором, который подают на фильтрующий элемент, а газы пропускают через два фильтрующих элемента и затем выпускают их в атмосферу.

Устройство для реализации описанного способа содержит корпус с впускным, выпускным и сливным патрубками и два фильтрующих элемента, а также подводящую трубку с рапыливающими отверстиями, связанную с источником водного раствора.

Известные способ и устройство не обеспечивают высокой эффективности очистки отработавших газов, Указанные решения приняты за прототип.

Цель изобретения — повышение эффективности, Поставленная цель достигается тем. что способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания путем получения водного раствора. подачи его на первый фильтрующий элемент, выполненный в виде колец Рашига из природного шлама с коксом„последовательного пропускания газов через первый и второй, фильтрующие элементы и выпуска их в атмосферу, при этом водный раствор получают путем добавления в воду электролита„осуществления электролиза воды и выделения щелочной основы, причем водный раствор подают перед пропусканием отработавших газов, В качестве. электролита используют сульфат алюминия или хлористый натрий, для коагуляции и осаждения солей, при.этом используют сажу; содержащуюся в отработавших газах, для абсорбции токсичных их компонентов.

Устройство для очистки отработавших газов, содержащее корпус с впускным, выпускным ui сливным патрубками и первым и вторым фильтрующими элементами и подводящую трубку с распыливающими отверстиями, связанную с источником водного раствора, дополнительно содержит вентилятор, электролизер с подводящим и отводящим трубопроводами, насос, установленный в подводящем трубопроводе; и перепускной патрубок. Вентилятор установлен на впускном патрубке и сообщен с двигателем, электролизер подключен через отводящий и подводящий трубопроводы к источнику водного раствора, а через перепускной патрубок связан с размещенной между фильтрующими элементами подводящей трубкой с возможностью подачи в последнюю водного раствора и корпус через сливной патрубок сообщен с источни ком водного раствора. Первый

20 творителе. Кроме того, активированный

35

45 а газ, находящийся в порах, растворяется в

55

10 фильтрующий элемент выполнен в виде колец

Рашига из природного шлама с коксом, а второй — в виде каплеотделительной рыхлой насадки.

При пропускании отработавших газов через фильтр из активированного угля, в частности кокса, происходит адсорбция токсичных компонентов в микропорах кокса, где их концентрация достигает более высокого содержания, чем в исходном газе; По мере достижения максимальной концентрации токсичных компонентов таза в порах кокса его поглотительная способность снижается, Для восстановления поглотительной способности сорбента необходимо или снизить концентрацию компонентов газа в микропорах сорбента или удалить адсорбированные газы, что достигается регенерацией путем продувки сорбента острым паром или промывкой в специальном расуголь, в частности кокс, является восстановителем, и поэтому в его среде происходит окисление окиси углерода СО в диоксид углерода COz, а окиси азота NO — в диоксид азота МО2, который, соединяясь с водой, образует азотную и азотистую кислоты, наносящие значительный ущерб окружающей среде.

В продуктах сгорания жидкого топлива присутствует сера, которая приводит к образованию в атмосфере серной и сернистой кислоты. Таким образом, существующие способы очистки отработавших газов, снижая концентрацию отдельных.его компонентов, например СО, сажи, усиливают токсическое влияние других компонентов, таких как NO, ЯО2, и требуют периодической регенерации насадок, что усложняет конструкцию устройства и условия эксплуатации.

В предлагаемом способе и устройстве для очистки отработавших газов их очистка производится мокрым способом. На микропористую насадку подают активированную воду, смачивающую поверхность микропор, этой воде, которая постоянно смывается.

Таким образом, поглотительная способность сорбента практически не снижается.

Одновременно диоксиды азота и серы активно соединяются с водой и не выбрасываются в атмосферу. Образовавшиеся кислоты нейтрализуются активированной водой.

При активации воды в электрическОм поле высокого напряжения и отборе воды с отрицательного электрода, ее щелочность по показателю рН увеличивается с 6 до 13-14, поэтому образовавшаяся кислота нейтрализуется щелочной водой, отчего отпадает необходимость в химических нейтрализаторах.

Вода, циркулирующая в системе очистки от1794197 работавших газов, переносит содержащуюся в них сажу на поверхность насадки, что увеличивает адсорбционную способность устройства. Злектролизер изготовлен такй образом, что вода, проходя через него, разделяется на два потока, положительно заряженный поток (от катода) подается на насадку, а отрицательно заряженный поток возвращается в сливной бак, Насадка первого фильтра изготовлена из композиционного материала, шлама и кокса в форме колец Рашига. В химической промышленности и энергетике широко применяются керамические кольца, так называемые кольца Рашига, которые используются для увеличения поверхности контакта двух сред. Кольца Рашига представляют собой полые втулки, у которых отношение внешнего диаметра к высоте составляет 0,8 — 1,0.

Форма колец обеспечивает при максимальной поверхности контакта в единице объема сравнительно небольшое гидравлическое сопротивление, Отличие предлагаемых колец Рашига от известных состоит в том, что они изготовлены из композиционных материалов — шлама с коксом. Такое сочетание макро- и микропористого материала найдено экспериментальной селекцией. Критерием подбора материала были сравнительная степень очистки выхлопных газов и стабильность адсорбционной способности насадки; т.е. восстанавливаемость насадки в результате омывания пор насадки активированной водой, а также ее химическая и тепловая стойкость.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для очистки отработавших газов, Устройство для очистки отработавших газов содержит вентилятор 1, установленный после глушителя, корпус 2 с впускным патрубком 3. Внутри устройства размещены первый и второй фильтрующие элементы 4, 5, элемент 5 соединен с выпускным патоубком 6, на конце которого установлен эжектор 7, Активированная вода подается на элемент 4 насосом 8 через электроли-.-ep 9 по перепускному патрубку с подводящей трубкой 11 с распыливающими отверстиями. Вода с фильтра 4 стекает в поддон устройства 2, объединенного сливным патрубком 12 с баком 13 воды. Бак 13 оснащен горловиной 14 для заливки воды и подводящим и отводящим трубопроводами 15 и 16. Трубопровод 15 служит для соединения бака 13 с насосом 8, а трубопровод 16— для соединения с электролизе ром 9 по отделенному потоку. Злектролизер 9 содержит два патрубка 17 и 18, размещенных один в

45 Таким образом происходит циркуляция воды, которая переносит отделившуюся са50

40 другом. На перфорированной поверхности внутреннего патрубка 17 установлена полупроницаемая мембрана 19. Внутри каждого патрубка установлены электроды 20 и 21, На внешнем патрубке 18 смонтирован штуцер

22 для слива воды; На электроды 20 и 21 электролизера 9 подается напряжение от блока питания, содержащего прерйватель

23, индукционную катушку 24, вйпрямитель

25 и регулятор напряжения 26, Принцип работы устройства заключается в следующем.

Отработавшие газы после тлущителя подаются вентилятором 1 в корпус 2 через патрубок 3. Газы, проходя через элемент 4,. смоченный активированной водой, очищаются от твердых включений и сажи, а также от.токсичных компонентов СО, СН, которые адсорбируются материалом насадки, мелкопористым коксом с шламом и водой.

Одновременно снижается температура отработавших газов, что вызывает конденсацию влаги. Очищенный газ после элемента 4 пропускают через элемент 5 для отделения влаги и через патрубок 6 и эжектор 7 выбрасывают в атмосферу.

Зжектор 7 служит для создания разряжения в корпусе 2 при движении автомобиля, Вода на элемент 4 подается насосом 8 из бака 13 через электролизер 9 и перепускной патрубок 10 с подводящей трубкой 1 l. Вода, проходя через электролизер 9, активируется в результате образования диполей и ориентации потока. В электролизере. производится разделение активированной воды на два потока, Поток от катода подается на фильтрующий элемент 4, и поток от анода возвращается в бак 13 по трубопроводу 16. Активированная вода, подаваемая на фильтрующий элемент 4, стекает в поддон и вместе с сажей поступает в бак 13, а оттуда забирается насосом 8 и подается через электролизер 9 на фильтрующий элемент 4. жу с поддона на элемент 4, Одновременно активируется не только вода, но и сажа, которая является хорошим адсорбентом.

Активация воды происходит в электролизере 9 при подаче напряжения 16 — 18 кВ на электроды 20 и 21. Под действием электростатического поля образуются диполи молекул, которые под действием того же поля приобретают определенную ориентацию.

Одновременно происходит диссоциация молекул воды. У катода группируется щелочная основа воды, а у анода — кислотная.

Последняя выводится из электролизера через штуцер 22. Щелочная основа воды, сма- .

1794197 чивая насадку, абсорбирует сажу, окиси углерода, азота, углеводород альдегидов, которые затем выносятся водой из зоны очистки, При это образующиеся кислоты нейтрализуются щелочной основой воды, а 5 соли осаждаются в поддоне устройства электролитом сульфатом алюминия или поваренной соли, предварительно добавленного в воду бачка 13, Прерыватель 23 применяется в том 10 случае, когда источником пйтания является постоянный ток для получения высокого напряжения в индукционной катушке 24. В том случае, когда источником питания является переменный ток, необходимость в пре- 15 рывателе отпадает, Выпрямитель 25 служит для получения постоянного тока высокого напряжения. Регулятором напряжения 26 устанавливают оптимальное значение напряжения B зависимости оТ молекулярно- 20 примесного состава воды.

Пример выполнения способа, применительно к дизельному двигателю Раба-Ман от автобуса "Икарус".

Перед пуском двигателя заполняют бак 25

13 водой и добавляют электролит (раствор сульфата алюминия) в количестве 1 мг/л, Включают центробежный вентилятор 1 и насос 8 устройства. Подают напряжение на электроды 20 и 21 электролизера 9, регуля- 30 тором 26.устанавливают напряжение 16 кВ, Таким образом происходит смачивание элемента 4 активированной водой и ее продув-. ка воздухом от вентилятора 1. Пускают двигатель. Отработавшие газы после глуши- 35 теля всасываются вентилятором 1 и нагнетаются в устройство 2, у которого площадь проходного сечения в зоне очистки на порядок больше, чем площадь сечения патрубка на выходе из глушителя, поэтому- скорость 40 потока отработавших газов в устройстве 2 на порядок меньше, чем на выходе глушителя,— около 1 м/с, Отработавшие газы поступают на смоченный элемент, изготовленный из композиционного материала шлама и кокса в ви- 45 де колец Рашига, При контакте газов с мокрым фильтрующим элементом их температура снижается с 350 до 40-45 С, Токсичные компоненты газа окиси углерода, азота, углеводорода адсорбируются материалом 50 насадки. В его микропорах происходит растворение этих компонентов в пленке активированной воды. При растворении укаэанных компонентов образуются кислоты и соли, которые смываются поступающей 55 водой с поверхности элемента 4 в поддон устройства, Растворенные соли под действием электролита коагулируют и выпадают осадок. На нижней поверхности элемента 4 осаждаются мелкие частицы сажи вместе с конденсированным над ней бензоапиреном, Адсорбированная сажа смывается водой и сливается в поддон устройства 2, оттуда забирается насосом 8 и через электролизер 9 подается на элемент 4, на которой постепенно накапливается слой сажи, являющийся хорошим адсорбентом токсичных компонентов газа и их восстановителем.

Очищенные отработавшие газы пропускают через второй фильтрующий элемент, являющийся одновременно каплеотделителем, где отделяют и удерживают мелкие частицы влаги и выбрасывают в атмосферу.

При пропускании воды через злектролизер 9 в электрическом поле высокого напряжения образуются ориентированные диполи молекул вод, При этом у разноименных электродов ориентация диполей противоположная. У катода образовавшиеся диполи воды имеют щелочную характеристику, а у анода — кислотную.

Так, при напряжении электрическоготока 16-20 кВ показатель щелочности воды у катода 12 — 13 ед., тогда как показатель щелочности в исходной воде 6 ед. При увеличении напряжения электрического тока свыше

20 кВ не наблюдается заметного роста показателя щелочности воды, а при снижении напряжения тока ниже 16 кВ щелочность активированной воды уменьшается до 10 ед, Ориентированные диполи воды с катода подают на элемент 4, а диполи воды с анода сливают в бак 13. Ориентированные диполи воды с катода обладают высокой сорбционной способностью к газам, почти на порядок выше по сравнению с необработанной водой, Активированная вода, смачивая поры насадки, активно поглощает адсорбированные газы, О, СО, О, СН, которые диссоции-. руют в пленке воды, окисляются, образуя кислоты. Последние нейтрализуются щелочной основой активированной воды, в результате чего получаются нерастворимые соли, осаждаемые с помощью электролита в поддоне устройства.

По мере накопления сажи на элементе 4 и увелйчения ее гидравлического сопротивления до 1200 Па, при котором начинает снижаться полезная мощность двигателя, что соответствует пробегу автомобиля 700—

1000 км, вскрывают устройство 2, удаляют сажу и отдельно осевшие соли, а насадку промывают. После этого собирают устройство, в бачок 13 заливают воду и продолжают эксплуатацию очистного устройства.

Полученную высококачественную сажу можно использовать как сырье для получения красителей, в резинотехнической промышленности и т д

1794197

Составитель Р,Дарбинян

Техред М.Моргентал . Корректор И.Шмакова

Редактор

Заказ 530 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

Формула изобретения

1. Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания путем получения водного раствора, подачи его на первый фильтрующий элемент, 5 последовательного пропускания отработавших газов через первый и второй фильтрующие элементы и выпуска. их в атмосферу, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, водный рас- 10 . твор получают путем добавления в воду электролита, осуществления электролиза воды и выделения щелочной основы, а водный раствор подают перед пропусканием отработавших газов. 15

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электролита используют сульфат алюминия или хлористый натрий.

3, Устройство для очистки отработавших газов двигателя. внутреннего сгорания, 20 содержащее корпус с впускным, выпускным и сливным патрубками и первым и вторым фильтрующими элементами и подводящую трубку с распыливающими отверстиями, связанную с источником водного раствора, 25 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности, . оно дополйительно содержит вентилятор, электролизер с подводящим и отводящим трубопроводами, насос. установленный в подводящем трубопроводе,и перепускной патрубок, вентилятор установлен на впускном патрубке и сообщен с двигателем, электролизер подключен через отводящий и подводящий трубопроводы к источнику водного раствора, а через перепускной патрубок связан с размещенной между фильтрующими элементами подводящей трубкой с возможностью подачи в последнюю водного раствора, корпус через сливной патрубок сообщен с источником водного раствора.

4, Устройство по п.3, от л и ч а ю ще е-. с я тем, что первый фильтрующий элемент выполнен в виде колец Рашига из природного шлама с коксом, 5. Устройство по пп.3и4,,о т л и ч à ющ е е с я тем, что второй фильтрующий элемент выполнен е виде каплеотдвлительной рыхлой насадки.