Способ очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания

 

Использование: касается охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки выхлопных газов автомобилей от углеводородов и оксидов углерода и азота. Сущность изобретения: способ включает контактирование выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания с катализатором, в качестве которого используют диоксид марганца и оксид калия, нанесенные на оксид алюминия, при следующем соотношении, мас.%: диоксид марганца 6,0-12,0, оксид калия 3,5-7,0, оксид алюминия 81,0-90,5. 2 табл.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки выхлопных газов автомобилей от углеводородов и оксидов углерода и азота.

Известен способ обработки углеводородов и других загрязнителей, образующихся в выхлопных газах двигателей над слоем цеолита с последующим пропусканием потока газов над катализатором, содержащим металл из группы платины, палладия, радия, рутения и их смесей (Патент США 5078979, 1992).

Недостатком данного способа очистки является сложность использования двухслойного катализатора и необходимость применения дорогостоящих металлов.

Известен способ очистки выхлопных газов с применением катализатора денитрации для высокотемпературных выхлопных газов, содержащий соединения церия или железа, нанесенные на цеолит. Однако указанный катализатор позволяет очищать выхлопные газы автомобиля в основном от оксидов азота (Патент США 5271913, В 01 D 53/34, 1993).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки выхлопных газов от оксидов азота, монооксида углерода и углеводородов на катализаторе, на цеолите (SiO₂/Al₂O₃) с нанесенными на него ионами меди и редкоземельного, щелочно-земельного и/или металла переменной валентности (Патент США 5270024, 1993).

Недостатком данного способа является сложность в изготовлении и использовании катализатора.

Технической задачей изобретения является возможность очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, использующих отечественные и импортные марки бензина, от оксидов азота, монооксида углерода и углеводородов с применением более дешевого и простого в изготовлении катализатора.

Поставленная задача решается тем, что в качестве катализатора используют катализатор состава, мас. диоксид марганца 6,0-12,0; оксид калия 3,5-7,0; оксид алюминия 81,0-90,5.

Использование катализатора указанного состава для очистки выхлопных газов автомобилей в литературе не описано.

Опыты по примерам осуществляют с использованием модельной газовой смеси следующего исходного состава, об. СО 0,1; Н₂ 0,033; С₃Н₆ 0,04; NO 0,05; NO₂ 0,017; O₂ 4,0; СО₂ 10,0; Н₂О 3,0; N₂ остальное.

Пример 1. В смеситель загружают 600 г активной окиси алюминия. Готовят 6%-ный водный раствор перманганата калия (9 мас.), который подают в смеситель для пропитки окиси алюминия. Смесь выдерживают 1 ч при 20-30^oС, затем раствор сливают, а пропитанную окись алюминия выгружают из смесителя и сушат в течение 2 ч при 110-120^oС.

Испытания приготовленного катализатора проводят на пилотной установке проточного типа, моделирующей выхлопную трубу автомобиля с каталитической коробкой.

Объемная скорость модельной смеси выхлопных газов 3000 ч^-1, температура окисления 200-500^oС. При указанной температуре перманганат калия, нанесенный на развитую поверхность окиси алюминия, восстанавливается до диоксида марганца и оксида калия и обеспечивает процесс каталитического окисления выхлопных газов. Качественный и количественный состав катализатора определяют методом атомно-абсорбционной спектроскопии (Уолтер Славин. Атомно-абсорбционная спектроскопия. М. Химия, 1971).

Полученный катализатор имеет следующий состав, мас. диоксид марганца 12,0; оксид калия 7,0; оксид алюминия 81,0.

Состав газовой смеси до и после каталитической очистки определяют: хроматографическим методом содержание углеводородов; колориметрическим методом содержание оксидов углерода и азота.

Результаты испытаний представлены в табл.1.

Пример 2 (по прототипу). На цеолит (SiO₂/Al₂O₃ 20) наносят медь, погружая его в водный раствор тетрааммиаката меди и оставляя на ночь. Содержание меди 2,8 мас. Затем цеолит промывают водой и сушат на воздухе при 100^oС в течение 5 ч, после чего полученный катализатор погружают в водный раствор нитрата марганца с целью нанесения на катализатор 0,1 мас. марганца. Затем нитрат марганца подвергают пиролизу на воздухе при 300^oС, промывают 1%-ной аммиачной водой. Катализатор сушат на воздухе при 100^oС.

Испытания приготовленного катализатора проводят, как описано в примере 1.

Результаты представлены в табл. 1.

Пример 3.

а) Опыт проводят, как описано в примере 1, с тем отличием, что используемый катализатор имеет следующий состав, мас. диоксид марганца 6,0; оксид калия 3,5; оксид алюминия 90,5.

б) Опыт проводят, как в примере 3а, с тем отличием, что окисление идет при более низкой температуре.

Результаты представлены в табл.1.

Пример 4. Опыт проводят, как описано в примере 1, с тем отличием, что используемый катализатор имеет следующий состав, мас. диоксид марганца 7,5; оксид калия 5,5; оксид алюминия 87,0.

Результаты представлены в табл.1.

Известно, что некоторые марки отечественного бензина содержат в своем составе антидетонационную присадку тетраэтилсвинец (0,3-0,4 г/л), который при 200^oС кипит с разложением (Химический энциклопедический словарь. М. Советская энциклопедия, 1983, с.575). При разложении тетраэтилсвинца выделяется свинец, являющийся сильным каталитическим ядом. При осуществлении заявляемого способа не происходит снижения эффективности очистки газовой смеси даже в присутствии тетраэтилсвинца.

Пример 5. Опыт проводят, как описано в примере 1, с тем отличием, что в исходную газовую смесь добавляют тетраэтилсвинец в количестве 0,3 г/л.

Результаты представлены в табл.2.

Пример 6. Опыт проводят, как описано в примере 2, с тем отличием, что в исходную газовую смесь добавляют тетраэтилсвинец в количестве 0,3 г/л.

Результаты представлены в табл.2.

Пример 7. Способ осуществляют на пилотной установке, как описано в примере 1, которая работает в непрерывном режиме в течение 720 ч, по истечении чего определяют эффективность способа по изменению конверсии составляющих модельной газовой смеси.

Данные представлены в табл. 1 и 2.

Как видно из данных, приведенных в примерах 1-4 и табл. 1 и 2, способ позволяет повысить эффективность очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания с применением более дешевого и простого в изготовлении катализатора.

Формула изобретения

Способ очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания контактированием их с катализатором, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют диоксид марганца и оксид калия, нанесенные на оксид алюминия, при следующем соотношении, мас.

Диоксид марганца 6,0 12,0 Оксид калия 3,5 7,0 Оксид алюминия 81,0 90,5и

РИСУНКИ

Рисунок 1