Способ дожигания отработанных газов двигателя внутреннего сгорания

 

Сущность: отработанные газы двигателя внутреннего сгорания пропускают через катализатор в заданной последовательности через чередующиеся кипящие слои ката .2 лизатора,состоящие из 47-49% окисленного ферромарганца фракцией 4-5 мм и 51-53% платиносодержащего дунита фракцией 10- 12 мм, статические слои катализатора, состоящие из 83-87% дунита, активированного 5-6% окислов марганца, 5- 6% окислов меди и 3-4% окислов никеля фракцией 10-12 мм. Для повышения эффективности дожигания сначала производят форсаж, путем электронагрева катализатора более 400°С, и дренаж отработанных газов до установления рабочего режима, характеризующегося процессом увеличения температуры катализатора до 450- 500°С, за счет дополнительного тепла экзотермической реакции. .Время контакта газов с катализатором 0,6-1,0 с. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я>5- F 23 G 7/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4882868/33 (22) 19.11.90 (46) 30.03.93. Б юл. Q 12 (71) Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола (72) П.П.Болдышев и Н.Г,Шумов (56) Патент СССР М 1530083, кл. F 23 G 7/06, . 1989. (54)СПОСОБ ДОЖИГАНИЯ ОТРАБОТАН Н ЫХ

ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ (57) Сущность: отработанные газы двигателя внутреннего сгорания пропускают через катализатор в заданной последовательности через чередующиеся кипящие слои катаИзобретение относится к способам очистки газообразных промышленных отходов, а именно к катализу для очистки отработавших газов, и может быть использовано в схеме утилизации выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания на ремонтных заводах и заводах изготовителях во время горячей обкатки двигателей.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса за счет использования теплосодержания отработавших газов и экзотермичоской реакции на катализаторе.

Поставленная цель достигается тем, что отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания пропускают через катализатор и сжигают на нем. Для этого их пропускают последовательно через чередующиеся ки„„Я3,щ 18О5267 А1 лизатора,состоящие из 47-49% окисленного ферромарганца фракцией 4 — 5 мм и 51-53% платиносодержащего дунита фракцией 1012 мм, статические слои катализатора, состоящие из 83-87% дунита, активированного 5-6% окислов марганца, 56% окислов меди и 3-4% окислов никеля фракцией 10-12 мм. Для повышения эффективности дожигания сначала производят форсаж, путем электронагрева катализатора более 400 С, и дренаж отработанных газов до установления рабочего режима, характеризующегocA процессом увеличения температуры катализатора до 450500 С, за счет дополнительного тепла экзотермической реакции..Время контакта газов с катализатором 0,6-1,0 с. 2 ил. ииЪ пящие слои катализатора в течение 0,6-1 с, QQ при этом кипящие слои состоят из 47-49% и ("

51-53% окисленного ферромарганца фрак- (у цией 4-5 мм, платиносодержащего дунита фракцией 10-12 мм, а статические слои катализатора состоят из 84-87% дунита, активированного 5-6% окислов марганца, 5-6% скислое меди и 34й никеля фракцией 10-12 мм, гта фиг. 1 лредстаелен каталитияескии а реактор, продольный разрез, в котором реализован предложенный способ; на фиг. 2— то же, поперечный разрез.

В качестве примера выполнения способа приведен каталитический реактор (фиг.1;2), позволяющий выполнять операции в заданной последовательности, охарактеризованные в формуле изобретения:

1805267 — отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания пропускают через катализатор в заданной последовательности, — пропускают отработавшие газы через чередующиеся кипящие слои катализатора, состоящие из смеси зерен окисленного ферромарганца фракцией 4-5 мм с платиносодержащим дунитом фракцией 10-12 мм, — статические слои катализатора, состоящие из дунита.активированного окислами марганца, меди и никеля фракцией 10-12 мм, — для этого сначала производят форсаж путем электронагрева катализатора более

400OС, и дренаж отработавших газов до установления рабочего режима, характеризующегося процессом увеличения .температуры катализатора до 450-500 С за счет дополнительного тепла экзотермической реакции и времени контакта с катализатором 0,6-1,0 секунды газа, проходящего в нем по току с направлением газа в трубчатых каналах.

Каталитический реактор содержит корпус, изготовленный в виде цилиндрической оболочки 1 с крышкой 2 и днищем 3. В корпус вварен штуцер 4 выхода очищенной газовой фазы, в днище 3 вварен штуцер 5 ввода неочищенной газовой фазы, а в крышке 2 размещен патрубок 6 ввода и вывода фаз к каналам "а" и."б", на выходе которых соответственно установлены распределительные перекрывные газовые вентили 7 и 8. Между перфорированными решетками 9 на них уложены слои катализатора,.из которых два слоя ожиженные (кипящие) 10 и два слоя — стационарные 11. Через слои катализатора проходят, газопроводящие трубчатые каналы 12, равномерно расположенные по поперечному сечению (фиг.2) гильзы 13, установленной соосно с корпусом 1 и вставленной в него и зафиксированной в нем кольцевым буртом 14. Гильза 13 имеет свою свободно установленную внутреннюю крышку 14, отделяющую входную и выходную фазы.

Крышка 2 корпуса 1 герметизируется термостойкой прокладкой и стягивается с корпусом болтами по фланцевому сочленению, В верхней цилиндрической оболочке внутренней крышки 14 выполнены газовые отверстия, а в нижней цилиндрической оболочке этой крышки стыковочной с гильзой

13 кольцевой бурт 14, Такая конструкция каталитического реактора делает его разборным.

Внутри реактора размещен катализатор — дунит — природный минерал. Он заключен между перфорированными решетками. Катализатор размещен чередующимися кипящими и стационарными слоями в гильзе, установленной в теплоизолированном корпусе, Толщина ки-.

5 пящих слоев составляет 20-25 мм. Их два.

Толщина стационарных слоев составляет

10-15 диаметров отдельной гранулы, т.е. 5075 мм. Их тоже два. Между слоями катализатора необходимы газовые замеры, "0 примерно по 30-35 мм. Через катализатор проходят шесть газопроводных трубок, pagположенных равномерно по сечению, Между корпусом и гильзой находятся распределительные перекрываемые газо15 вые каналы "а" и "б", соединяющие патрубки ввода и вывода фаз.

Экспериментально по результатам химического анализа конечного продукта—

20 двуокиси углерода . установлено, что наибольшая чистота 99,76 получается, когда в кипящих слоях катализатора использована смесь зерен окисленного ферромарганца

Ре Оз, МпО фракцией 4-5 мм с платиносодержащим дунитом SION 34, Ре20з 4,75 «(»

Mg 43,36, Т102 0,06, NiO 3,15, Мо Оз

0,2, СаО 0,19 фракцией 10- l2 мм, AlzOa

0,01., МпО 0,15o К О 0,14, СТО 0,47, Pt — остальное, а в статистических слоях—

30 дунит an.ивирован окислами марганца, меди и никеля фракцией 10-12 мм, Оптимальная указанная дисперсность зерен шаровидной формы, по-видимому, обьясняется минимальными путевыми потерями в

35 слоях катализатора, сокращающими длительность прохождения газом слоев катализатора до 0,6-1,0 секунды; а кроме того, шаровая поверхность зерен повышает активность катализатора, т.к. отношение объ40 ема зерна к его поверхности при данных фракциях становится оптимальным и составляет 1/3 диаметра, т.е, здесь использована максимальная поверхность окисления.

45 Химический анализ показал, что бензопирины в конечном продукте не обнаружены. По-видимому, они разлагаются при каталитическом горении и при химическом анализе конечного продукта — двуокиси уг50 лерода — при взаимодействии с 4-нитрофинилдиазонийхлоридом красного осадка не набл юдалось.

Основные технические характеристики каталитического реактора. П ри внутреннем

55 диаметре дожигателя, равным 0,3 м, его эквивалентный диаметр с учетом шести газопроводящих трубок составляет 0,29 м.

При этом; — площадь поперечного сечения катализатора 0,071 мз, 1805267 — площадь каналов газа в сечении

0,0367 м2, — скорость газа в реакторе при расходе

163 нм /ч 1,23 м/с, — высота дожигателя 0,738; — объем дунита 0,052 м, 3

- время контакта газа с дунитом, разогретом до температуры более 400 С, 0,6-1,0 секунд, — масса дунита 43,8 кг при удельном насыпном весе 840 кгlм . з

Работа дунитного катализатора происходит в два этапа:

I-ый этап — разогрев катализатора отработавшими газами без контакта с ним, а в условиях форсажного разогрева дополнительным включением электронагревательных элементов 15. ! 1-й этап — работа каталитического реак тора на режиме при температуре катализатора более 400 С.

На 1-м этапе газовый разогрев катализатора происходит одновременно с прогреsQM двигателя внутреннего сгорания, при этом отработавшие газы проходят последовательно через штуцер 4, газопроводящие .трубчатые каналы 12, открытый вентиль 8 и канал "в в атмосферу. Часть теплосодержания отработавших газов передается катализатору теплопроводностьа материала реактора. В случае форсажного разогрева включаются электронагревательные элементы 15 и лучевой поток от них передается корпус реактора 1 и гильзе 13, а от последних теплопроводностью к катализатору.

На I I-м этапе при разогреве катализатора более 400ОС.открывают газовый вентиль

7, вентиль 8 закрывают. В этом случае газы проходят через кольцевой канал между обечайкой корпуса 1 и гильзой 13 и через нижние отверстия в гильзе 13 и поступают в слои катализатора и двигаются по току газа в канале 12. На катализаторе продукты неполного сгорания СО, К2 и др. окисляются соответственно до COz и КгО, дожигаются бензопирены и сажа и очищаются. Таким образом, смесь газа и пара поступает на выход из реактора через штуцер 4. Реакция двигателя, надежность в эксплуатации и . расширить область применения, 30

5

25 окисления экзотермическая, поэтому температура повышается до 450-500"С и поддерживается в процессе работы реактора, Сравнительный анализ показал следующие преимущества предложенного способа: — он обеспечивает оптимальные условия работы катализатора за счет размещения в нем чередующихся кипящих и стационарных слоев, а также использования в кипящих слоях окиси смеси окисленного ферромарганца фракцией 4-5 мм с платиносодержащим дунитом фракцией 10-12 мм, а в статических — дунита активированного окислами марганца, меди и никеля 10-12 мм, — способ обладает повышенной актив- ностью, позволяет обезвредить отработавшие газы с высокой степенью не только от окиси углерода, но и от бензопиренов, . — система форсажа обеспечивает выход

его на рабочий режим в короткое время, не более 6-7 мин, — длительность контакта газа с дунитом, разогретым до температуры более 400 С, составляет 0,6-1,0 секунд, — использование его позволяет повысить качество очистки отработавших газов

Формула изобретения

Способ дожигания отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, включающий пропускание их через катализатор и сжигание на нем, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, отработанные газы пропускают последовательно через чередующиеся кипящие и статические слои катализатора в течение 0,6-1 с, при этом кипящие слои состоят из 47-49 g, окисленного ферромарганца с крупностью зерен 4-5 мм и 51-53), платиносодержащего дунита с крупностью зерен 10-12 мм, а статические слои состоят из 84-87 / дунита,активированного 5-6$ окислов марганца, 5-6 окислов меди и 34 / окислов никеля с крупностью зерен 1012 мм.

1805267

1805267

Составитель Л.Мощук

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор А.Мотыль

Редактор

Произеодстеенно-издательскии комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 933 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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