Система селективного каталитического восстановления окислов азота в отработавших газах дизельных двигателей

Авторы патента:

Панчишный Владимир Иванович (RU)

Самодуров Александр Викторович (RU)

Макаров Николай Алексеевич (RU)

Демидов Алексей Андреевич (RU)

F01N3/021 - с помощью фильтров

B01J35/04 - пористые, ситовые, решетчатые или сотовые структуры

Владельцы патента RU 2576758:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (RU)

Изобретение относится к очистке отработавших газов дизельного двигателя. Система содержит нейтрализатор 1 отработавших газов, катализатор 2, устройство 3 хранения и подачи мочевины, трубку 4 подачи мочевины через форсунку 5 в трубопровод 6 выпуска отработавших газов. Трубка 4 сделана из немагнитного материала и выполнена зигзагообразной с двумя коленами, между которыми расположено магнитное кольцо 7. Технический результатом изобретения является увеличение скорости термического разложения раствора мочевины, повышение эффективности восстановления NO_x, расширение температурного диапазона эффективного взаимодействия оксидов азота и аммиака, сокращение выбросов непрореагировавшего аммиака. 2 ил.

Техническое решение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к дизельным двигателям. Оно касается очистки отработавших газов дизельного двигателя от вредных веществ, а именно снижения выбросов с отработавшими газами (ОГ) вредных веществ СО, НС, NO_x.

Наиболее распространенным техническим решением по снижению выбросов оксидов азота является каталитическое восстановление оксидов азота продуктами разложения мочевины, подаваемой в поток нагретых отработавших газов перед селективным катализатором (см., например, патенты, выданные в США, №№6833272, 6996975, 7498010, 7264785, 8479497, заявка №2614231, опубликованная ЕР, заявки WO 2012031536, WO 2008122460, заявки №№20110146237, 20130115150, 20110146241, опубликованные в США).

Метод восстановления оксидов азота аммиаком в последние 10-15 лет получил широкое развитие в качестве базового метода обезвреживания NO_x в отработавших газах дизелей, в том числе на транспортных средствах большой грузоподъемности. В качестве селективных катализаторов наибольшее распространение получили катализаторы на основе оксидов титана и ванадия, легированных промоторами в виде оксидов переходных металлов. При этом обеспечивается достаточно надежное восстановление до 70% оксидов азота. В качестве восстанавливающего реагента используется 32,5% водный раствор карбамида NHCO (мочевины), который впрыскивается в поток ОГ в виде эмульсии с участием воздуха. Мочевина хорошо растворима в воде, основные свойства выражены крайне слабо. В водных растворах мочевина присоединяет молекулу воды. Раствор мочевины (в международной практике имеет название AdBlue) не токсичен и удобен в эксплуатации. Номинальный диапазон рабочих температур реагента составляет от - 11°C до 60°C.

В качестве прототипа принята система селективного каталитического восстановления окислов азота в отработавших газах дизельных двигателей, содержащая нейтрализатор отработавших газов, катализатор, устройство хранения и подачи мочевины, трубку подачи мочевины через форсунку в трубопровод выпуска отработавших газов. Эта система, представленная в заявке №2013/0255233, опубликованной в США, обеспечивает точную дозировку мочевины в зависимости от массового содержания NO_x в ОГ и позволяет выборочно (селективно) проводить восстановление окислов азота до свободного азота при умеренных температурах (300-400°C). Процесс (SCR-NO_x+NH₃-process) протекает непрерывно в течение длительного времени. Восстановление NO_x в ОГ при избытке кислорода осуществляется только в присутствии катализатора и реагента-восстановителя при оптимальных температурах и стехиометрическом соотношении NO_x и NH₃.

Однако в этой системе происходит относительно медленный процесс разложения мочевины в интервале температур ОГ 200-300°C, что приводит к необходимости увеличивать протяженность зоны между форсункой подачи мочевины и селективным катализатором или изыскивать другие методы интенсификации этого процесса, например путем установки специальных катализаторов гидролиза мочевины в присутствии кислот и щелочей, а также под действием фермента уразы.

Задача - увеличение скорости термического разложения раствора мочевины для повышения эффективности восстановления NO_x, расширение температурного диапазона эффективного взаимодействия оксидов азота и аммиака, сокращение выбросов непрореагировавшего аммиака.

Решение этой задачи обеспечено тем, что в системе селективного каталитического восстановления окислов азота в отработавших газах дизельных двигателей, содержащей нейтрализатор отработавших газов, катализатор, устройство хранения и подачи мочевины, трубку подачи мочевины через форсунку в трубопровод выпуска отработавших газов, согласно решаемой задаче, трубка подачи мочевины сделана из немагнитного материала и выполнена зигзагообразной с двумя коленами, между которыми расположено магнитное кольцо.

При выполнении трубки подачи мочевины зигзагообразной с двумя коленами, между которыми расположено магнитное кольцо, создаются условия для ускорения гидролиза уже при температурах 100-150°C и тем самым более раннего высвобождения аммиака NH₃ за счет значительной активации мочевины путем интенсивного воздействия на нее магнитными полями, меняющими свое направление.

На фигуре 1 представлена система селективного каталитического восстановления окислов азота в отработавших газах дизельных двигателей.

На фигуре 2 показано магнитное кольцо и трубка подачи мочевины.

Представленная на фигуре 1 система селективного каталитического восстановления окислов азота в отработавших газах дизельных двигателей содержит нейтрализатор 1 отработавших газов, катализатор 2, устройство 3 хранения и подачи мочевины, трубку 4 из немагнитного материала подачи мочевины через форсунку 5 в трубопровод 6 выпуска отработавших газов. Трубка 4 подачи мочевины расположена в магнитном кольце 7. Устройство 3 хранения и подачи мочевины состоит из бака 8 с мочевиной, узла 9 подачи раствора, узла 10 подачи воздуха, дозирующего устройства 11. Кроме того, система содержит CAN-шину 12, электронный блок 13 управления, датчики 14, 15 температуры отработавших газов, датчик 16 содержания окислов азота (NO_x) в отработавших газах дизельного двигателя 17.

При работе дизельного двигателя 17 отработавшие газы проходят по трубопроводу 6 выпуска отработавших газов через нейтрализатор 1 и катализатор 2. В трубопровод 6 выпуска отработавших газов на участке между нейтрализатором 1 и катализатором 2 по трубке 4 из немагнитного материала подается через форсунку 5 мочевина. При подаче к форсунке 5 мочевины она проходит через магнитное поле, создаваемое магнитным кольцом 7 (фигура 2). Вследствие выполнения трубки 4 зигзагообразной с двумя коленами и расположения магнитного кольца между двумя коленами, магнитный поток, воздействующий на мочевину, несколько раз меняет свое направление, усиливая активацию мочевины.

Перемешиваясь с горячими отработавшими газами, мочевина разлагается на воду и аммиак, который затем попадает в катализатор 2. В катализаторе аммиак NH₃ взаимодействует с окислом азота NO_х с образованием азота и воды, которые выбрасываются в атмосферу.

Вследствие интенсивного воздействия на мочевину магнитными полями, меняющими свое направление, увеличена скорость термического разложения раствора мочевины, в результате чего повышается эффективность восстановления NO_x, расширяется температурный диапазон эффективного взаимодействия оксидов азота и аммиака и тем самым сокращаются выбросы непрореагировавшего аммиака.

Система селективного каталитического восстановления окислов азота в отработавших газах дизельных двигателей, содержащая нейтрализатор отработавших газов, катализатор, устройство хранения и подачи мочевины, трубку подачи мочевины через форсунку в трубопровод выпуска отработавших газов, отличающаяся тем, что трубка подачи мочевины сделана из немагнитного материала и выполнена зигзагообразной с двумя коленами, между которыми расположено магнитное кольцо.

Настоящее изобретение относится к конструкции для установки модуля очистки выхлопных газов в выпускном канале. Конструкция для установки модуля (2) очистки выхлопных газов в выпускном канале содержит устройство (13) крепления, с помощью которого можно закреплять с возможностью отсоединения модуль (2) очистки выхлопных газов в требуемом положении установки в выхлопном канале через отверстие (1a) со съемно устанавливаемой крышкой (9).

Способ и устройство для сокращения частиц сажи в отработанном газе двигателя внутреннего сгорания // 2561953

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для сокращения частиц сажи в отработанном газе (ОГ), прежде всего ОГ в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), имеющему по меньшей мере одну первую, по меньшей мере, частично электропроводную структуру (1), вторую, по меньшей мере, частично электропроводную структуру (2), промежуточное пространство (3) между первой структурой (1) и второй структурой (2), источник (11) высокого напряжения для создания электрического потенциала между первой структурой (1) и второй структурой (2), причем в промежуточном пространстве (3) расположена по меньшей мере одна, по меньшей мере, частично электропроводная промежуточная структура (8), на которой может быть создан промежуточный потенциал.

Способ и устройство для ограничения выхода форсированного двигателя // 2556057

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом. Способ эксплуатации двигателя (10) с турбокомпрессором заключается в регулировании работы двигателя (10) в зависимости от превышения турбиной (164) турбокомпрессора предела степени расширения турбины.

Держатель для крепления нескольких электродов в выпускном трубопроводе // 2554396

Изобретение относится к держателю для крепления нескольких электродов. Держатель (1) для крепления нескольких электродов (2), а именно коронирующих электродов, пригодных для формирования коронного разряда, в выпускном трубопроводе (3), содержит проходимое для потока отработавших газов (ОГ) тело (4), имеющее каналы и удерживающее электроды (2), и по меньшей мере один интегрированный в тело (4) электрический контакт (7) для электродов (2).

Способ эксплуатации системы дизельного двигателя и управляющее устройство // 2552879

Изобретение может быть использовано в дизельных двигателях с турбонаддувом. Способ эксплуатации системы дизельного двигателя предназначен для дизельного двигателя (1), содержащего впускной трубопровод (2) для подачи воздуха в дизельный двигатель (1), выхлопной трубопровод (3) для выпуска выхлопного газа из дизельного двигателя (1), дизельный сажевый фильтр (31), расположенный в выхлопном трубопроводе (3), и систему (50, 60) рециркуляции отработавших газов для возврата выхлопного газа в дизельный двигатель (1).

Сажевый фильтр отработавших газов дизельного двигателя, обладающий улучшенными характеристиками создаваемого им противодавления // 2508154

Изобретение касается сажевого фильтра отработавших газов (ОГ) дизельного двигателя, имеющего керамический фильтрующий элемент с проницаемыми стенками каналов и нанесенное во входных каналах на их стенки покрытие из тугоплавкого материала.

Способ и устройство для распознавания сгорания в фильтре частиц // 2484266

Изобретение относится к очистки от загрязнений двигателей внутреннего сгорания. .

Устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания // 2467180

Изобретение относится к очистке выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также дизельных и бензиновых двигателей автотранспортной техники. .

Взрывобезопасная силовая установка // 2464430

Устройство оценки количества накопления твердых частиц в дизельном фильтре твердых частиц // 2432469

Изобретение относится к устройству оценки количества накопления Твердых Частиц (ТЧ) в Дизельном Фильтре Твердых Частиц (ДФТЧ). .

Тройной катализатор, содержащий экструдированную твердую массу // 2574404

Изобретение относится к тройному катализатору для обработки выбросов отработанных газов из двигателей внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, установленных на транспортных средствах, фильтру для сажи с тройным катализатором, способу получения катализатора, способу обработки выбросов отработанных газов, выхлопной системе для двигателя внутреннего сгорания и транспортному средству.

Химически активный фильтрующий элемент и способ его изготовления // 2573013

Изобретение относится к области химической технологии. Химически активный фильтрующий элемент, содержащий химически активный материал в виде порошка или гранул, распределенный по каркасу из пористого инертного металлического носителя, размещенного в пористой оболочке.

Катализатор на основе молекулярного сита, не содержащий связующего, и способ его получения // 2565599

Изобретение относится к катализатору на основе молекулярного сита и способу его получения. Описан катализатор на основе молекулярного сита для применения в реакторе с неподвижным слоем или в реакторе с псевдоожиженным слоем.

Носитель, способ его приготовления (варианты), способ приготовления катализатора риформинга (варианты) и способ риформинга бензиновых фракций // 2560161

Изобретение относится к способу приготовления носителя Sn(Zr)-γ-Al2O3 для катализатора риформинга бензиновых фракций, при этом носитель готовят осаждением раствора азотнокислого алюминия водным раствором аммиака, с последующими стадиями фильтрации суспензии и промывки осадка, его пептизации кислотой с одновременным введением модифицирующей добавки Sn(Zr) жидкофазным формованием псевдозоля в виде гранул сферической формы, с последующей промывкой сферических гранул, сушкой и термической обработкой, при этом получают сферический носитель диаметром 1,7±0,1 мм, характеризующийся мономодальным распределением пор по размерам с величиной удельной поверхности, равной (265÷326) м2/г, объемом пор - (0,6÷0,68) см3/г, средним диаметром пор - (8,0÷9,6) нм, насыпным весом - (0,53÷0,59) г/см3 и механической прочностью на раздавливание - (148÷205) кг/см2.

Состав катализатора для селективного каталитического восстановления выхлопного газа // 2556207

Изобретение относится к композиции катализатора для селективного каталитического восстановления газа. Каталитическая композиция содержит ванадат, представленный формулой XVO4/S, где XVO4 обозначает ванадат Bi, Sb, Ga и/или Al, необязательно в смеси с одним или несколькими ванадатами редкоземельных металлов, или в смеси с одним или несколькими ванадатами переходных металлов, или в смеси с одним или несколькими ванадатами переходных металлов и одним или несколькими ванадатами редкоземельных металлов, и S представляет носитель, включающий TiO2.

Катализатор для ограничения выброса отработанных газов // 2549880

Изобретение относится к катализатору для ограничения выброса отработанных газов. Катализатор содержит подложку, каталитический родийсодержащий слой и каталитический платиносодержащий слой.

Способ получения катализаторов на цеолитной основе для преобразования оксигенатов в низшие олефины // 2548916

Изобретение относится к способу получения катализатора на основе кристаллического алюмосиликата типа пентасил, включающему стадии: (a) обработка гидрата оксида алюминия водным содержащим кислоту средством, (b) смешивание обработанного водным содержащим кислоту средством гидрата оксида алюминия со стадии (a) с H-цеолитом со средним диаметром первичных кристаллитов от 0,01 мкм и меньше 0,1 мкм, (c) формование смеси, полученной на стадии (b), путем экструзии, и (d) кальцинирование полученной на стадии (c) смеси, причем по меньшей мере 95 об.% частиц гидрата оксида алюминия (в пересчете на средний диаметр) меньше или равно 100 мкм.

Катализатор селективного гидрирования ацетиленовых и диеновых углеводородов в с2-с5+-углеводородных фракциях // 2547258

Настоящее изобретение относится к химической технологии производства катализаторов селективного гидрирования ацетиленовых и диеновых углеводородов в C2-C5+-углеводородных фракциях.

Каталитическое активное покрытие керамических ячеистых тел, металлических поверхностей и других носителей катализаторов для систем очистки отработанного воздуха и систем горения // 2546115

Изобретение относится к способу получения катализатора путем покрытия ячеистых тел кристаллическим слоем металла с каталитическими свойствами. Перед нанесением покрытия на поверхности ячеистых тел кристаллического слоя металла упомянутые поверхности предварительно покрывают порошком из драгоценных металлов, имеющим размер частиц <10 мкм.

Сотовый элемент для системы снижения токсичности отработавших газов // 2540129

Изобретение относится к сотовому элементу для системы снижения токсичности отработавших газов (ОГ). Сущность изобретения: сотовый элемент (1) имеет каналы (2), осевое основное направление (3), плоскую переднюю поверхность (4), плоскую концевую поверхность (5) и окружную боковую поверхность (6), расположенную параллельно осевому основному направлению (3), наклонно к которому при этом расположена по меньшей мере передняя поверхность (4) или концевая поверхность (5), и выполненный из по меньшей мере двух составляющих его секций (9), каждая из которых имеет по меньшей мере одну плоскую и перпендикулярную осевому основному направлению (3) торцевую поверхность (10) и у которых эти их перпендикулярные торцевые поверхности (10) обращены друг к другу.

Улучшенные катализаторы для использования в автомобилях // 2583054

Предложен улучшенный катализатор по настоящему изобретению. Улучшенный катализатор включает сотовую структуру с по меньшей мере одной наночастицей на сотовой структуре. Улучшенный катализатор, используемый в дизельных двигателях, является двухкомпонентным нейтрализатором. Как в двухкомпонентном нейтрализаторе, так и в трехкомпонентном нейтрализаторе по меньшей мере одна наночастица включает активный наноматериал и наноноситель. Наноноситель обычно представляет собой оксид алюминия. В двухкомпонентном нейтрализаторе активный наноматериал представляет собой платину. В трехкомпонентном нейтрализаторе активный наноматериал представляет собой платину, палладий, родий или сплав. Сплав представляет собой сплав платины, палладия и родия. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 7 ил.