Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: каталитическая очистка выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, очистка газовых выбросов промышленных предприятий для создания экологически чистой среды. Цель: повышение эффективности нейтрализации отработавших газов. Сущность изобретения: каталитический нейтрализатор двигателя внутренного сгорания содержит корпус в виде металлической оболочки с впускным и выпускным патрубками. Внутри корпуса размещен катализатор, выполненный из благородного металла, нанесенного на грунтовочное покрытие из оксида алюминия. Грунтовочное покрытие нанесено на подложку из жаропрочного высокопористого открытоячеистого материала типа кордиерит, нихром, нержавеющая сталь, никелид алюминия, никель чистый с пористостью 85 - 95%. Положительный эффект: снижение токсичности отработавших газов (по окиси углерода - в 4 раза, по углеродам - в 10 раз), возможность уменьшения габаритных размеров устройства в зависимости от требуемого уровня очистки газов, обеспечение ресурса его работы и компактности размещения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к каталитической очистке отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и может быть применено в двигателестроении, автотракторной технике, нефтеперерабатывающей, химической промышленности при очистке газовых выбросов промышленных предприятий для создания экологически чистой среды.

Известны каталитические нейтрализаторы отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащие металлический корпус из нержавеющей стали, прокладку, подложку из керамики, покрытие на подложке из каталитически активных веществ (платина, родий и т.д.) [1].

Использование каталитических блоков цилиндрической формы или в виде насыпных (шарики, кольца) керамических элементов не дает преимуществ по степени очитки выхлопных газов, так как эта конструкция обладает незначительной удельной поверхностью и малоэффективным поперечным сечением. Керамические элементы имеют низкую теплопроводность и требуют длительного времени разогрева. Низкие показатели ударной вязкости керамики требуют использования специальной демпфирующей и изолирующей прокладки между корпусом нейтрализатора и керамической подложкой, в результате чего понижается техническая надежность нейтрализатора. В случае перебоя в зажигании двигателя остатки несгоревшего топлива сгорают в канале нейтрализатора. В этих условиях в отдельных точках керамического канала возникают перегревы, губительно воздействуя на материал покрытия, тем самым значительно снижая каталитическую ак- тивность покрытия из благородных металлов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащий металлическую оболочку, подложку из металла с грунтовым покрытием из оксида алюминия, слоя каталитически активных веществ, нанесенных на грунтовое покрытие [2].

Недостатками известного устройства являются недостаточная степень обезвреживания выхлопных газов от токсичных компонентов из-за неравномерности распределения газового потока, ограничение по форме конструкции.

Цель изобретения - повышение эффективности нейтрализации отработавших газов.

Цель достигается тем, что в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус с впускным и выпускным патрубками и катализатор, размещенный в корпусе и выполненный из благородного металла, нанесенного на грунтовочное покрытие из оксида алюминия, нанесенное на подложку, подложка выполнена из жаропрочного открытоячеистого высокопористого материала. При этом в качестве жаропрочного открытоячеистого высокопористого материала использован кордиерит или нихром, или никелид алюминия или нержавеющая сталь с пористостью, равной 85-95%.

Использование в качестве подложки высокопористого открытоячеистого жаропрочного материала за счет упорядоченности ячеистой структуры, малого гидравлического сопротивления и большой удельной поверхности (100 м²/г) и благодаря турбулентности потока обеспечивает интенсивный массообмен по всему объему катализатора, позволяет увеличить время контакта газов с катализатором и достичь равномерной газодинамической и тепловой нагрузки. Сложный рельеф поверхности перемычек ВПЯМ обеспечивает высокую адгезионную прочность подложки с грунтовым покрытием (Al₂O₃) до 0,7 МПа, достаточную, чтобы обеспечить длительный ресурс работы катализатора.

Использование высокопористого ячеистого материала в качестве подложки обеспечивает возможность изготовления корпуса любой конфигурации в соответствии с оптимальным вариантом для определенной модели автомобиля, компактно, без ущерба эффективности и надежности действия системы каталитического преобразования.

На фиг. 1 представлен каталитический нейтрализатор отработавших газов, общий вид; на фиг. 2 показан вариант нейтрализатора; на фиг. 3 - вариант нейтрализатора; на фиг. 4 - внутреннее строение катализатора.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателей внутреннего сгорания содержит корпус 1, выполненный в виде металлической оболочки с впускным и выпускным патрубками. Внутри корпуса 1 размещена подложка 2 из жаропрочного высокопористого открытоячеистого материала типа кордиерит (муллит с γ-Al₂O₃), нихром, нержавеющая сталь, никелид алюминия, никель чистый с пористостью 85-95%. На подложку 2 химическим осаждением из раствора алюмината натрия нанесено грунтовочное покрытие 3 из оксида алюминия (γ-Al₂O₃), которое покрыто слоем каталитически активного вещества 4 (платина, родий и т.д.).

Устройство работает следующим образом.

Каталитический нейтрализатор, закрепленный на выходе двигателей внутреннего сгорания, пропускает через себя поток выхлопных газов. Газы из двигателя поступают во внутренний объем нейтрализатора при температуре 400-800^оС в зависимости от типа двигателя. В соответствии с температурой выхлопных газов подбирается материал подложки: для низкотемпературных - никель чистый, высокотемпературных - нихром, нержавеющая сталь, кордиерит, никелид алюминия. При прохождении первых рядов ячеек ВПЯМ 2 поток турбулизуется и равномерно распределяется по всему объему нейтрализатора, обеспечивая интенсивный массообмен и равномерную газодинамическую и тепловую нагрузку на каталитически активное вещество 4 при минимальном гидравлическом сопротивлении.

За счет большой эффективной площади носителя (подложка 2 с покрытием 3) увеличиваются время и площадь контакта газов с каталитически активным веществом 4, содействующим окислению не сгоревших в двигателе углеводородов, окисей углерода и азота до двуокиси углерода, воды и азота.

Формула изобретения

1. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками и катализатор, размещенный в корпусе и выполненный из благородного металла, нанесенного на грунтовочное покрытие из оксида алюминия, нанесенное на подложку, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, подложка выполнена из жаропрочного открытоячеистого высокопористого материала.

2. Нейтрализатор по п.1, отличающийся тем, что в качества жаропрочного открытоячеистого высокопористого материала использован кордиерт, или нихром, или никелид алюминия, или нержавеющая сталь, с пористостью 85 - 95%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4