Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей



Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей
Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей
Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей
Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей
Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей
Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей
Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей
Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей
Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей
Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей
Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей
Система для очистки выхлопного газа дизельных двигателей

 


Владельцы патента RU 2481146:

ХАЛЬДОР ТОПСЕЭ А/С (DK)

Изобретение обеспечивает систему для очистки выхлопного газа двигателей внутреннего сгорания от содержащихся в нем монооксида углерода, оксидов азота, не полностью сгоревших углеводородов и сажи; и содержит этапы каталитического окисления монооксида углерода выхлопного газа, задержки сажи и остающихся количеств углеводородов в окисленном выхлопном газе на фильтре, добавления восстанавливающего агента к газу и каталитического восстановления оксидов азота и получения очищенного выхлопного газа. Пропускают, по меньшей мере, часть газа от двигателя по первой стороне теплообменника и пропускают, по меньшей мере, часть очищенного выхлопного газа по второй стороне теплообменника, и проводят оставшееся количество газа от двигателя по обходному каналу через первую сторону теплообменника и оставшееся количество очищенного выхлопного газа по обходному каналу через вторую сторону теплообменника. Изобретение позволяет контролировать температуру в окислительном нейтрализаторе. 10 з.п. ф-лы, 10 ил., 3 табл.

 

Уровень техники

1. Область техники изобретения

Изобретение связано с областью очистки выхлопного газа.

Изобретение главным образом направлено на систему удаления оксидов азота, монооксида углерода, сажи и остатков углеводородов из выхлопного газа двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение применяется главным образом для транспортных средств, работающих от дизельных двигателей, которые часто запускаются с холодным двигателем, или в местах, где несколько холодных дизельных двигателей запускаются в течение дня.

2. Описание родственной области техники

В данной области техники известны способы очистки выхлопного газа, а также способы, включающие устройства, учитывающие необходимое и создаваемое тепло.

В заявке на патент США No. 2006/0096282 описана очистка выхлопного газа в устройстве с параллельными каналами, в котором входящий выхлопной газ проходит в каждый второй канал и выходящий газ в другие каналы. Газовый поток поворачивает в камеру, где тепло добавляется с помощью форсунки. Выхлопной газ очищается с помощью каталитических нейтрализаторов, размещенных в последней части каналов, предшествующих камере, и размещенных в первой части каналов, на выходе из камеры. В свободной части каналов осуществляется теплообмен между грязным выхлопным газом и очищенным выхлопным газом. Таким образом, технические характеристики устройства регулируются потреблением топлива форсункой в его середине.

Также в описании изобретения к патенту США US 20070059227 описывается очистка выхлопного газа, где выхлопной газ пропускается через дизельный сажевый фильтр, окислительный нейтрализатор и затем через систему очистки от NOx. Газ, входящий в систему очистки от NOx, обменивается теплом с газом, покидающим систему очистки от NOx, где тепло образуется путем сгорания. Таким образом, сохраняется некоторое количество энергии для получения нужной температуры на последнем из трех этапов очистки.

В способе по патенту США No. 6347511 выхлопной газ двигателя очищается в системе, содержащей нагреватель, теплоаккумулирующий теплообменник с жидкостным охлаждением, кроме того, очистительные каталитические нейтрализаторы. Во входной части системы, выхлопной газ частично или полностью проходит через теплообменник, в котором газ охлаждается или нагревается, в последнем случае в систему должна быть добавлена энергия.

В дизельном сажевом фильтре выхлопной газ очищается по способу, описанному в JP 2005299474. Часть газа, которая покидает фильтр, проходит через кольцеобразное пространство вокруг части трубопровода, подводящего к фильтру. Таким образом, весь входящий поток нагревается количеством тепла, которое может быть передано через эту часть подводящего трубопровода.

Другая система фильтрации выхлопного газа описана в US 2005/0098042. Этот поток выхлопного газа от двигателя может быть целиком или частично пропущен через теплообменник, предшествующий фильтру. Теплообменник обычно представляет собой воздушный/газовый теплообменник с газом в трубопроводах, что означает, что передача тепла зависит от окружающей среды.

Некоторые из способов известного уровня техники требуют дополнительной подачи энергии, чтобы получить необходимые температуры каталитической нейтрализации или сжигания сажи, в некоторых из способов тепло до определенной степени регенерируется путем передачи через поверхности ограниченной площади, и в некоторых способах тепло регенерируется в теплообменниках, которые создают относительно высокую потерю давления выхлопного газа.

Настоящее изобретение связано с системой очистки, обладающей высокой степенью очистки выхлопного газа и высокой степенью регенерации тепла во время всех режимов работы двигателя, в то же время создающей только минимальную потерю давления выхлопного газа.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение обеспечивает систему для очистки выхлопного газа двигателей внутреннего сгорания от содержащихся в нем монооксида углерода, оксидов азота, не полностью сгоревших углеводородов и сажи и содержит этапы окисления монооксида углерода выхлопного газа в присутствии окислительного нейтрализатора, задерживания сажи и осаждения некоторых количеств углеводородов в окисленном выхлопном газе на фильтре, контролируемого добавления восстанавливающего агента к газу из фильтра и восстановления оксида азота и диоксида азота до азота в присутствии селективно восстанавливающего каталитического нейтрализатора и получения очищенного выхлопного газа. Изобретение, кроме того, содержит этапы контролирования температуры в окислительном нейтрализаторе путем пропускания, по меньшей мере, части газа от двигателя по первой стороне теплообменника и пропускания, по меньшей мере, части очищенного выхлопного газа по второй стороне теплообменника, и пропускания оставшегося количества газа от двигателя по обходному каналу через первую сторону теплообменника и пропускания оставшегося количества очищенного выхлопного газа по обходному каналу через вторую сторону теплообменника.

Теплообменник содержит корпус, некоторое количество прямоугольных пластин, установленных в корпусе параллельно, множество проволок между пластинами, при этом проволоки между пластинами тесно сжаты, так что две соседние проволоки и прилегающие к ним пластины образуют каналы. Проволоки в каждом втором пространстве между пластинами размещены практически параллельно относительно друг друга и в S-образной форме, так что каналы проводят газовый поток от одного угла пластин к диаметрально противоположному углу. Проволоки в остальных пространствах между пластинами размещены таким образом, что каналы образуют форму, являющуюся зеркальным отображением формы других каналов, и впуски обоих потоков располагаются на одной и той же стороне корпуса, таким образом обеспечивая практически противоточный газовый поток через каналы в соседних пространствах между пластинами.

Изобретение может содержать контролируемое добавление топлива к выхлопному газу, выходящему из первой стороны теплообменника и/или из обходного канала, через первую сторону теплообменника, и затем окисление топлива в последующем этапе окисления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой схематический чертеж, показывающий химические процессы системы согласно изобретению.

Фиг.2 представляет собой схематический чертеж, показывающий систему согласно изобретению.

Фиг.3 представляет собой диаграмму, показывающую систему согласно одному варианту выполнения изобретения и принципы контроля этого варианта выполнения.

Фиг.4 представляет собой диаграмму, показывающую систему согласно другому варианту выполнения изобретения и принципы контроля этого варианта выполнения.

Фиг.5 представляет собой чертеж, показывающий 3-мерный вид теплообменника согласно изобретению.

Фиг.6 представляет собой чертеж, показывающий поперечное сечение теплообменника согласно изобретению.

Фиг.7 представляет собой чертеж, показывающий другое поперечное сечение теплообменника согласно изобретению.

Фиг.8 представляет собой чертеж, показывающий 3-мерный вид обходных каналов согласно изобретению.

Фиг.9 представляет собой чертеж, показывающий поперечное сечение обходных каналов согласно изобретению.

Фиг.10 представляет собой чертеж, показывающий 3-мерный вид обходных каналов, установленных на теплообменнике согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Дизельные двигатели работают при избытке воздуха, и их выхлопные газы содержат оксиды азота NOx, монооксид углерода СО, сажу и не полностью сгоревшие углеводороды, и все они представляют опасность для здоровья человека.

Эти примеси должны быть удалены, и в настоящем изобретении выбирается способ, состоящий в том, чтобы окислить СО, затем уловить сажу и не полностью сгоревшие углеводороды на фильтре, и, наконец, каталитически восстановить оксиды азота до свободного азота. Эти реакции протекают в оптимальном режиме, когда выхлопной газ и система нагреваются до температуры 300-400°C.

Изобретение обеспечивает способ и устройство, которые сокращают время от запуска холодного двигателя до тех пор, пока не будет достигнута требуемая температура. Это обеспечивается за счет установки теплообменника на входящем/выходящем потоках системы очистки. Теплообменник оборудуется обходным каналом как на стороне входа, так и на стороне выхода, и, по меньшей мере, одной лопастной заслонкой в каждом обходном канале.

Изобретение далее описывается при помощи чертежей.

Часть системы согласно изобретению, где происходит очистка, показана на Фиг.1.

Поток выхлопного газа 1 из двигателя поступает к дизельному окислительному нейтрализатору ДОН 2, в котором СО окисляется до CO2, который, по меньшей мере, не представляет опасности для здоровья. NO также окисляется в ДОН до NO2. Эти реакции протекают оптимально при температуре 300-350°C. Для того чтобы поддерживать эту температуру при всех условиях, некоторое количество топлива 3 может быть введено в поток, входящий в нейтрализатор 2, и может быть каталитически сожжено в процессе создания тепла. Это каталитическое сгорание возможно при температуре около 200°C и выше. Обычно газ, покидающий ДОН 2 в потоке 4, имеет температуру 350°C.

Сажа и не полностью сгоревшие углеводороды в виде частиц в потоке 4 улавливаются на дизельном сажевом фильтре ДСФ 5. Фильтр может быть покрыт слоем каталитического вещества, которое окисляет, то есть сжигает сажу при температуре 350°C и выше. Фильтр 5, таким образом, самовосстанавливается, и когда двигатель работает в стабильном режиме, выхлопной газ покидает фильтр с температурой 350°C. Поскольку ДСФ 5 устанавливается на выходящем потоке из ДОН, где образуется NO2, и поскольку NO2 является окислителем, NO2 из ДОН осуществляет самовосстановление ДСФ при температурах 250-350°C, в зависимости от содержания NO2.

Окисленный и отфильтрованный газ 6 все еще содержит NOx, который селективно каталитически восстанавливается (СКВ) аммиаком в присутствии СКВ-нейтрализатора 8. Наиболее часто аммиак добавляется в виде водного раствора мочевины 7, который разлагается при повышенной температуре и который легче, чем аммиак, сохраняется в отдельной емкости транспортного средства. Это разложение мочевины происходит при температуре 180-200°C и выше. В качестве альтернативы восстанавливающего агента может быть использован формиат аммония. Восстановление NOx оптимально проводится при температуре 350°C, и очищенный выхлопной газ 9 покидает СКВ нейтрализатор при температуре 350°C.

Когда запускается холодный дизельный двигатель и система для очистки выхлопного газа является в той же мере холодной, система, показанная на Фиг.1, имеет температуру около 180°C, как показано в Таблице 1.

В этом типичном случае работы при низкой температуре, мы имеем следующую ситуацию:

ДОН 2 имеет слишком низкую температуру для того, чтобы начать сжигание топлива для повышения температуры. Температура ДСФ 5 также представляется слишком низкой, чтобы сжечь сажу, которая собирается на фильтре, и перепад давления возрастает. Чем больше перепад давления, тем выше избыток топлива, то есть потребность в дополнительном топливе, которую будет испытывать дизельный двигатель. Если перепад давления достигает высоких уровней, система должна быть вынуждена работать при повышенной нагрузке, чтобы регенерироваться путем повышения температуры всей системы выпуска выхлопного газа в целом.

В этом случае это может быть сделано посредством изменения параметров работы двигателя. Низкая температура потока 6 препятствует полному превращению мочевины в аммиак, который необходим для нейтрализатора СКВ 8 для удаления NOx. Это создает риск образования отложений в трубах выхлопного газа и высокие уровни проскока аммиака, и, более того, нейтрализатор СКВ 8 не очень эффективно удаляет NOx при низких температурах.

По-прежнему, ссылаясь на Фиг.1, после запуска двигателя, когда ДОН 2 нагрет до 250°C выхлопным газом 1, выходящим из двигателя, экзотермическая реакция с топливом может начинаться в ДОН 2, и образовавшееся тепло поднимает температуру выхлопного газа. В ДСФ 5 уровень температуры в таком случае представляется достаточным, чтобы сжигать сажу с той же самой скоростью, с какой она оседает на фильтре. Постоянная пассивная регенерация представляет собой ключевой элемент изобретения. В этом случае фильтр не накапливает каких-либо количеств сажи, приводя к низкому устойчивому падению давления в системе очистки дизельного двигателя, и больше нет необходимости для принудительной регенерации сажевого фильтра. Температура выходящего потока из ДСФ 5 составляет 350°C, что представляет собой хорошую температуру для превращения мочевины в аммиак для каталитического нейтрализатора СКВ 8 без риска образования отложений в трубопроводах. Создается оптимальная рабочая температура для каталитического нейтрализатора СКВ 8 и тем самым достигается отличная конверсия NOx только с ограниченным проскоком аммиака.

Температуры, полученные с теплым двигателем, показаны в Таблице 1.

До тех пор, пока не будут достигнуты указанные выше температуры, неочищенный, ядовитый выхлопной газ выходит в атмосферу.

Таблица 1
Поток No. 1 4 6 9
Холодный двигатель 180°C 180°C 180°C 180°C
Теплый двигатель 250°C 350°C 350°C 350°C

Изобретение обеспечивает способ и устройство, которые сокращают время от запуска холодного двигателя до достижения в окислительном нейтрализаторе ДОН температуры 250°C и которые поддерживают в ДОН температуру 250°C или выше только с ограниченной подачей или даже без подачи топлива в ДОН. Это достигается путем установки теплообменника на входящем/выходящем потоках системы очистки, которая показана на Фиг.2.

Выхлопной газ 1 входит в теплообменник 10 на входящем/выходящем потоках. Когда теплый двигатель работает с теплым выхлопным газом очистительной системы, тепло потока 9, созданное очистительной системой, используется для нагревания входящего выхлопного газа 1 в теплообменнике 10 на входящем/выходящем потоках. Поток выхлопного газа 11 при этом нагревается до 320°C, что уменьшает потребность в топливе, которое должно быть добавлено к потоку, входящему в ДОН 2, для достижения оптимальных температур реакции. Очищенный выхлопной газ 9 с температурой 350°C поступает на другую сторону теплообменника 10, откуда газовый поток 12 выходит с температурой 230°C. Эти температуры показаны в Таблице 2.

Необходимое условие для достижения оптимальных характеристик системы с ограниченным расходом на дополнительное топливо состоит в том, чтобы включить в установку высокоэффективный теплообменник с противоточным течением. Теплообменник должен иметь высокую тепловую эффективность, чтобы возвращать большую часть тепла отходящих газов. В то же самое время, теплообменник должен создавать только минимальное падение давления. При этом оптимальное, эффективное очищение выхлопного газа происходит быстро.

Таблица 2
Поток No. 1 11 4 6 9 12
Система с теплообменником 200°C 320°C 350°C 350°C 350°C 230°C

Для дальнейшей оптимизации работы всей системы и снижения до минимума излишнего перепада давления в теплообменнике теплообменник оборудуется обходным каналом как на стороне входа, так и на стороне выхода. Теплообменник впоследствии можно будет обходить, когда нет необходимости для его работы. Предпочтительный образец системы показан на Фиг.3. У теплообменника со стороны выходящего от двигателя потока устанавливается обходной канал 14, оборудованный лопастной заслонкой 15, и со стороны теплого, очищенного выходящего потока устанавливается обходной канал 16, оборудованный лопастной заслонкой 17.

Позиция лопастных заслонок контролируется температурой газа, выходящего из двигателя, и температурой выхлопного газа, входящего в окислительный нейтрализатор ДОН.

Температура выхлопного газа 4, выходящего из ДОН, измеряется, и сигнал используется для автоматического контроля добавления топлива 3 для окисления, когда это возможно и необходимо.

Аналогично, измеряется температура выхлопного газа 6, входящего в каталитический нейтрализатор СКВ. Температурный сигнал используется для контроля того, чтобы раствор мочевины 7 не вводился, пока температура слишком низкая.

Другой вариант выполнения изобретения показан на Фиг.4. В этом способе очистки выхлопной газ 4 из ДОН поступает в СКВ и после этого в ДСФ. Это дает преимущество более легкого контролирования отношения NO2/NOx. ДСФ в этом варианте выполнения должен работать при более высокой температуре.

Когда теплообменник не требуется, газовый поток идет по обходному каналу, и нежелательный перепад давления исключается.

Когда температура выхлопного газа двигателя выше 350°C, нет необходимости добавлять больше тепла в систему, поскольку нейтрализаторы уже работают в оптимальном режиме. Ввод топлива останавливается, и газ обходит теплообменник по обеим сторонам, предотвращая падение давления, которое иначе создавалось бы в теплообменнике.

Когда температура в ДОН слишком низкая (ниже приблизительно 200°C, в зависимости от состава), ДОН не может сжигать дизельное топливо. Поэтому дизельное топливо не может быть добавлено прежде, чем ДОН достигнет своей, так называемой температуры первоначального зажигания. Поскольку во время такого случая не создается никакого тепла, теплообменник следует обходить по обеим сторонам, имея дополнительное преимущество, состоящее в том, что тепло выхлопного газа идет непосредственно в ДОН, чтобы быстро, насколько возможно, достичь температуры первоначального зажигания. Когда в ДОН достигается температура первоначального зажигания, тогда может быть добавлено дизельное топливо, и теплообменник должен быть введен в действие перекрыванием обеих лопастных заслонок в обходных каналах.

Теперь значительная часть тепла для окислительного нейтрализатора ДОН и остальной очистительной системы поступает из теплообменника за счет возврата тепла от очищенного выходящего потока 9, вместо тепла от реакции топлива в окислительном нейтрализаторе ДОН. Этот теплообмен снижает потребление топлива.

Позже, когда температура выхлопного газа двигателя становится выше 350°C, тогда нет больше никакой необходимости добавлять тепло в систему, поскольку нейтрализаторы уже работают в оптимальном режиме. Ввод дизельного топлива останавливается, и газ обходит теплообменник по обходным каналам.

Чтобы контролировать обход теплообменника, может быть применен следующий простой алгоритм:

Входная температура в ДОН < температура первоначального зажигания: в обходных каналах открыты лопастные заслонки,

Входная температура в ДОН ≥ температура первоначального зажигания: в обходных каналах закрыты лопастные заслонки,

Температура выхлопного газа двигателя <350°C: в обходных каналах закрыты лопастные заслонки,

Температура выхлопного газа двигателя ≥350°C: в обходных каналах открыты лопастные заслонки.

Требования к конструкции этого теплообменника с входящим/выходящим потоком противоречивы. Теплообменник должен быть эффективным, то есть должна быть получена очень хорошая передача тепла, теплообменник должен быть маленьким, насколько возможно, и, с другой стороны, создаваемый перепад давления в теплообменнике должен быть очень низким.

Такие требования обеспечиваются в теплообменнике по изобретению. На Фиг.5 показан теплообменник с корпусом 21, где выхлопной газ 1, подающийся на очистку, поступает в теплообменник и покидает его нагретым в виде потока 11, в то же время очищенный поток 9 охлаждается в теплообменнике и покидает всю систему в виде потока 12.

На Фиг.6 показано, что теплообменник содержит ряд тонких металлических пластин 20, установленных параллельно, которые отделены друг от друга множеством металлических проволок. Когда пластины прямоугольные, корпус имеет форму короба.

На Фиг.7 показаны проволоки 25, которые толще, чем пластины. Проволоки размещаются параллельно друг другу, и каждая имеет S-образную форму. Когда проволоки сжаты между двумя пластинами, проволоки и пластины образуют множество каналов 26. В каждом втором слое каналы имеют форму S, и в других слоях форма каналов образует зеркальное отображение S. В прямой части каналов 26, входящий поток и выходящий поток на каждой стороне пластины текут в противоположных направлениях, делая теплообменник очень эффективным.

На Фиг.8 показан короб 28, который содержит проходы для двух обходных потоков, входящий поток 1 и очищенный выходящий поток 9 входят в обходной короб с одной и той же стороны и выходят в виде потоков 11 и 12, соответственно.

На Фиг.9 показаны обходные каналы, видимые сверху, откуда ясно видно, как проходят потоки. Для контроля количества газа, который течет в обходных каналах, в каждом канале устанавливаются по одной или более лопастных заслонок. На Фиг.9 показано по одной лопастной заслонке в каждом канале, лопастная заслонка 15 установлена в обходном канале 14, и лопастная заслонка 17 установлена в обходном канале 16, которые контролируют количества газа, идущего по обходным каналам с обеих сторон теплообменника.

Короб имеет удлиненную форму, и два входа расположены на одной длинной стороне, а два выхода расположены на противоположной стороне.

В коробе два канала отделяются друг от друга пластиной, идущей от одного конца к другому. В коробе, где потоки входят и выходят горизонтально, каналы отделяются на концах вертикальной частью пластины. Вся пластина повернута на 180°, так что, например, в середине короба пластина находится в горизонтальном положении. Таким образом, входы и выходы обходных каналов расположены сразу после соответствующих входов и выходов теплообменника.

На Фиг.10 показано, как обходные каналы установлены на теплообменнике, что экономит много места. Обходной короб 28 установлен на верху корпуса теплообменника 21. Поток 9 поступает в общий входной конус к теплообменнику и к обходному коробу, аналогично, из Фиг.10 видно, что также поток 1 входит, а потоки 11 и 12 выходят из общих входного и выходного конусов, соответственно.

В другом варианте выполнения изобретения поверхность входной стороны теплообменника покрыта слоем ДОН. Это дает возможность даже еще более быстрого нагревания системы очистки.

Еще в другом варианте выполнения дизельный сажевый фильтр, по меньшей мере, частично, покрывается слоем СКВ-катализатора, и отдельное устройство для СКВ не требуется.

Еще в другом варианте выполнения СКВ NOx устанавливается на входящем потоке в ДСФ.

Еще в другом варианте выполнения изобретения нейтрализатор проскока аммиака может быть установлен либо как отдельный нейтрализатор выходящего потока из нейтрализатора СКВ, либо как часть выходящего потока из нейтрализатора СКВ.

Способ и система согласно изобретению применяются для очистки выхлопных газов дизельных двигателей, особенно двигателей, которые часто запускаются с холодным мотором.

ПРИМЕР

Один вариант выполнения изобретения описан ниже. Он применяется для очистки 500 кг/ч выхлопного газа дизельного двигателя.

Система содержит ДОН с вводом топлива на входящем потоке, ДСФ, СКВ с вводом раствора мочевины на входящем потоке, теплообменник с входом/выходом для этой секции очистки, обходной канал на входной и на выходной стороне теплообменника и лопастные заслонки в каждом обходном канале. Эта система показана на Фиг.3.

Диаметр трубы для выхлопного газа составляет 4'' (100 мм), который увеличивается до 10''-12'' (250 мм - 300 мм) там, где устанавливаются ДОН, ДСФ и нейтрализатор СКВ.

Теплообменник, который установлен около очистительной системы большого фургона с 12 л двигателем, содержит 200 пластин, каждая из которых имеет площадь 200 мм × 800 мм и толщину 0.2 мм. Между пластинами размещены проволоки диаметром 1 мм S-образной формы, как показано на Фиг.7, расстояние между двумя проволоками составляет 19 мм. Поэтому размер этого теплообменника приблизительно равен 200 мм × 800 мм × 240 мм, а пластины и проволоки изготовлены из отвечающей требованиям Cr стали SS 409.

На верху этого теплообменника установлен короб обходных каналов, как показано на Фиг.10. Этот обходной короб имеет высоту 120 мм, тогда как длина и ширина его такая же, как и у теплообменника.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

Испытания проводились с выхлопным газом от 12 л дизельного двигателя большого фургона.

Выхлопной газ пропускался по одной стороне теплообменника, затем вводилось топливо перед окислением посредством ДОН, и окисленный выхлопной газ охлаждался на другой стороне теплообменника, нагревая тем самым газ от двигателя к ДОН. Теплообменник был оборудован обходным каналом на каждой стороне.

Теплообменник и трубопроводы вокруг него были изолированы, однако более тонким слоем изоляции, чем слой, который будет применяться в транспортном средстве.

Результаты испытаний даны в Таблице 3, где ΔР представляет собой перепад давления на холодной стороне теплообменника, Т1, Т2, Т3 и Т4 представляют собой температуры входа на холодной стороне теплообменника, выхода на холодной стороне теплообменника, входа на теплой стороне теплообменника и выхода на теплой стороне теплообменника, соответственно; и где «перед ДОН» означает температуру входа в ДОН, «после ДОН» означает температуру выхода из ДОН и позиция HEX (режим работы) определяется как С, когда клапан сброса избыточного давления закрыт, или как О, когда клапан сброса избыточного давления открыт. Ясно видно, что нагреватель создает некоторый перепад давления, по сравнению с работой с открытым клапаном сброса избыточного давления.

Испытания показывают, что даже при очень холодном выхлопном газе двигателя, то есть когда его температура намного ниже, чем в случае, когда топливо может быть каталитически окислено и создано тепло, ДОН будет функционировать, когда установлен нагреватель.

В частности, испытание, проведенное в 14:56 показало, что в случае с выхлопным газом, выходящим из двигателя с температурой 171°C, и, в присутствии нагревателя на линии на выходе из ДОН получается температура 348°C, которая является оптимальной температурой для Дизельного Сажевого Фильтра, который наиболее часто располагается после ДОН, для сжигания твердых примесей.

Это является противоположностью испытанию, проведенному в 15:04, где выхлопной газ из двигателя имеет температуру 243°C, но где этот газ идет по обходным каналам, минуя теплообменник, в результате чего температура на выходе из ДОН составляет 272°C, при которой ни сажа, ни другие остатки твердых углеводородов не могут быть сожжены в расположенном за ним дизельном сажевом фильтре.

1. Система для очистки выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания, где система содержит последовательно
- теплообменник;
- устройство для ввода топлива;
- дизельный окислительный нейтрализатор;
- дизельный сажевый фильтр;
- устройство для ввода восстанавливающего агента; и
- селективно восстанавливающий каталитический нейтрализатор;
и где теплообменник имеет
- первую сторону, сообщающуюся с входной стороной дизельного окислительного нейтрализатора и оборудованную обходным каналом через первую сторону теплообменника;
- вторую сторону, сообщающуюся с выходной стороной селективно восстанавливающего каталитического нейтрализатора и оборудованную обходным каналом через вторую сторону теплообменника;
- по меньшей мере, одну лопастную заслонку, установленную в обходном канале через первую сторону теплообменника, предназначенную для контроля количества выхлопного газа, проходящего по первой стороне теплообменника; и
- по меньшей мере, одну лопастную заслонку, установленную в обходном канале через вторую сторону теплообменника, предназначенную для контроля количества выхлопного газа, проходящего по второй стороне теплообменника.

2. Система по п.1, где температура в окислительном нейтрализаторе контролируется посредством лопастной заслонки в обходном канале через первую сторону теплообменника, пропускающего, по меньшей мере, часть газа от двигателя по первой стороне теплообменника, и посредством лопастной заслонки в обходном канале через вторую сторону теплообменника, пропускающего, по меньшей мере, часть очищенного выхлопного газа по второй стороне теплообменника.

3. Система по п.1, где устройство для добавления восстанавливающего агента и селективно восстанавливающий каталитический нейтрализатор устанавливаются между дизельным окислительным нейтрализатором и дизельным сажевым фильтром.

4. Система по п.1, где, по меньшей мере, часть поверхности первой стороны теплообменника покрывается дизельным окислительным нейтрализатором.

5. Система по п.1, где, по меньшей мере, часть поверхности фильтра покрывается окислительным нейтрализатором.

6. Система по п.1, где, по меньшей мере, часть поверхности фильтра покрывается селективно восстанавливающим нейтрализатором.

7. Система по п.1, где теплообменник, кроме того, содержит:
- корпус;
- ряд прямоугольных пластин, установленных в корпусе параллельно;
- множество проволок между пластинами, при этом проволоки тесно сжаты между пластинами так, что две соседние проволоки и прилегающие к ним пластины образуют каналы;
- проволоки в каждом втором пространстве между пластинами размещены практически параллельно друг другу и в S-образной форме так, что каналы проводят газовый поток от одного угла пластин к диаметрально противоположному углу;
- проволоки в оставшихся пространствах между пластинами размещены так, что каналы образуют форму, являющуюся зеркальным отображением формы других каналов; и
- входы обоих потоков размещены на одной и той же стороне корпуса, обеспечивая, таким образом, противоточный газовый поток по каналам в соседних пространствах между пластинами.

8. Система по п.7, где корпус имеет форму короба.

9. Система по любому одному из пп.1-8, где
- каждый обход образует канал;
- два канала образуют короб;
- входы для двух обходных потоков размещаются на общей стороне;
- выходы для двух обходных потоков размещаются на общей стороне; и
- каждый из двух потоков входит с одной стороны короба и выходит с противоположной стороны короба.

10. Система по п.9, где
- короб имеет удлиненную форму;
- входы и выходы расположены на двух противоположных длинных сторонах;
- каналы в коробе отделяются друг от друга пластиной, располагающейся от одной маленькой стороны до другой противоположной маленькой стороны; и
- пластина повернута на 180° вокруг оси, параллельной длинной стороне.

11. Система по п.9, где
- короб с обходными каналами размещается на корпусе теплообменника;
- входы для одного и того же потока в теплообменник и в короб обходного канала размещаются рядом друг с другом; и
- выходы для одного и того же потока из теплообменника и из короба обходного канала размещаются рядом друг с другом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к составу композитного фотокаталитически активного материала, применяемого преимущественно для фотокаталитической и адсорбционной очистки газовых и водных сред, загрязненных органическими и неорганическими веществами, представляющими опасность для жизнедеятельности живых организмов и человека, в частности.

Изобретение относится к способу обезвреживания закиси азота, в том числе и низкоконцентрированных выбросов закиси азота, например, в отходящих газах производства азотной кислоты с использованием катализатора на основе железосодержащего цеолита.

Изобретение относится к катализатору и к способу удаления NOx из высокотемпературных дымовых газов, имеющих температуру 500°С или выше и содержащих оксид азота. .

Изобретение относится к способу выделения диоксида углерода (CO2) из дымовых газов. .
Изобретение относится к способу конверсии в H 2S серосодержащих соединений, присутствующих в газе, содержащем H2S и серосодержащие соединения. .

Изобретение относится к устройству с электронагреваемым сотовым элементом. .

Изобретение относится к каталитическим композициям для восстановления сернистых соединений, содержащихся в газовом потоке. .

Изобретение относится к устройству и способу обработки дымового газа, основано на использовании растворителя и предназначено для извлечения СО2 из потока дымового газа

Настоящее изобретение относится к катализатору окисления ртути (варианты) и способу его приготовления (варианты). Описан катализатор окисления ртути в отходящем газе до водорастворимого соединения ртути, предотвращающий улетучивание МоО3, который содержит: TiO3 в качестве носителя; V2O5 и МоО3 в качестве активных компонентов, нанесенных на носитель, и по меньшей мере один из элементов, выбранных из группы, состоящей из W, Cu, Со, Ni, Zn и их соединений, в качестве компонента, предотвращающего улетучивание МоО3, нанесенного на носитель. Описан катализатор, который не содержит пика МоО3 в рентгенодифракционных анализах. Описан способ приготовления катализатора, включающий стадии: приготовление раствора А катализаторного материала, содержащего МоО3 в качестве активного компонента и компонент, предотвращающий улетучивание МоО3; нанесение компонентов из раствора на подложку, содержащую TiO3 - носитель, сушку и прокаливание. Предложен способ приготовления катализатора, предусматривающий нанесение на носитель V2O5 и МоО3 в качестве активных компонентов и по меньшей мере одного из элементов или их соединений, выбранных из группы, состоящей из W, Cu, Со, Ni, Zn и их соединений, нанесенных на носитель, в качестве предотвращающего улетучивание МоО3 компонента. Технический эффект - увеличение долговечности катализатора, способного предотвращать улетучивание МоО3. 4 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 ил., 4 пр.

Группа изобретений относится к методам очистки воздушных потоков с использованием фотохимических реакций. Устройство содержит последовательно расположенные секции электростатической очистки, фотоокисления, фотокатализа и увлажнения. В секциях фотоокисления и фотокатализа используют источники излучения узких спектральных участков с максимумами длин волн 120 нм - 360 нм. Способ включает проведение стадий электростатической очистки, фотоокисления, фотокатализа и увлажнения воздушного потока в отдельных секциях устройства. На воздушный поток воздействуют излучением двух излучателей с различными максимумами спектров излучения в секциях фотоокисления и фотокатализа. Техническим результатом группы изобретений является повышение эффективности очистки воздушных потоков. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к катализаторам сжигания водорода. Описан катализатор сжигания водорода, включающий каталитически активный металл, нанесенный на носитель катализатора, образованный неорганическим оксидом, при этом носитель включает органический силан по меньшей мере с одной алкильной группой из трех или менее атомов углерода, путем замещения присоединенной к концу каждой из определенной части или ко всем гидроксильным группам на поверхности носителя; и каталитически активный металл нанесен на носитель катализатора, включающий присоединенный к нему органический силан. Описан способ получения указанного выше катализатора и его использование в сжигании водорода, в частности, в реакторе каталитического окисления, размещенном в установке извлечения трития. Технический результат - увеличение активности катализатора. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл., 5 пр.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ удаления серо-, азот- и галогенсодержащих примесей, присутствующих в синтез-газе, таких как H2S, COS, CS2, HCN, NH3, HF, HCl, HBr и HI, содержит: а) этап совместного гидролиза COS и HCN и улавливания галогенированных соединений с использованием катализатора на основе TiO2, содержащего от 10 вес.% до 100 вес.% TiO2 и от 1 вес.% до 30 вес.% по меньшей мере одного сульфата щелочноземельного металла, выбранного из кальция, бария, стронция и магния, b) этап промывки по меньшей мере одним растворителем, с) этап обессеривания на улавливающей массе или адсорбенте. Изобретение позволяет получить очищенный синтез-газ, который содержит менее 10 весовых частей на миллиард сернистых примесей, менее 10 весовых частей на миллиард азотсодержащих примесей и менее 10 весовых частей на миллиард галогенированных примесей. 21 з.п. ф-лы, 8 табл., 6 пр.

Изобретение относится к области воздухоочистки и вентиляции и может найти применение в быту, лечебных учреждениях, в производственных помещениях и т.д. Фотокаталитический воздухоочиститель включает корпус, который выполнен в виде закрученной в спираль постоянной по площади поперечного сечения трубки, образующей фотокаталитический блок, внутренняя поверхность которого покрыта слоем фотокатализатора, насос-вентилятор и пылевой фильтр с органическим или неорганическим адсорбентом. При этом на внутренней поверхности трубки корпуса, расположенной ближе к центру фотокаталитического блока, на всем его протяжении прикреплена светодиодная лента с ультрафиолетовыми светодиодами. Изобретение обеспечивает более интенсивное очищение воздуха, экономичный расход электроэнергии, надежность и долговечность работы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к фильтру для улавливания твердых частиц с гидролизующим покрытием, который может быть использован, главным образом, в системах выпуска отработавших газов, образующихся при работе нестационарных двигателей внутреннего сгорания, например на автомобилях. Фильтр для улавливания твердых частиц имеет образованные пористыми стенками каналы, проходящие между его первым торцом и вторым торцом. На первом торце предусмотрены первые закупоривающие средства для перекрытия каналов, образующие своими передними поверхностями часть первого торца фильтра. Первый торец имеет гидролизующее покрытие вне каналов, причем гидролизирующим покрытием снабжены все образующие первый торец компоненты. Устройство для реализации метода селективного каталитического восстановления имеет, по меньшей мере, один выпускной трубопровод, по которому в направлении своего потока могут проходить отработавшие газы, сопло для подачи содержащего или образующего аммиак восстановителя и фильтр для улавливания твердых частиц. Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания содержит систему выпуска отработавших газов, которая имеет, по меньшей мере, один фильтр для улавливания твердых частиц или, по меньшей мере, одно устройство для реализации метода селективного каталитического восстановления. Техническим результатом является обеспечение полноты реакции селективного каталитического восстановления, соответственно, полноты гидролиза восстановителя. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области химии. Серу получают методом каталитического прямого окисления сероводорода кислородом в две или более стадии в условиях отвода тепла реакции из объема катализатора. Начальные стадии окисления проводят при 250-300°C и объемной скорости 12000-36000 сек-1, а конечную стадию окисления проводят при 250-280°C и объемной скорости 900-3600 сек-1. Сероводородсодержащий газ подают на первую стадию окисления, а кислородсодержащий газ подают на каждую стадию окисления, причем на конечную стадию окисления кислородсодержащий газ подают в стехиометрическом соотношении кислорода к сероводороду. Изобретение позволяет получать серу из высококонцентрированных газов, снизить энергозатраты. 1 ил., 3 пр.
Наверх