Катализаторный блок для очистки отработанных газов от окиси углерода

 

<п> 456398

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимый от патента (22) Заявлено 22.09.71 (21) 1701059/

/1924145/23-4 (51) М. Кл. В 013 11/32 (32) Приоритет 13,10.70 (31) 90297 (33) Япония

Опубликовано 05.01.75. Бюллетень Ме 1

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 66.094.382 (088.8) Дата опубликования описания 27.02.75 (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Есихиро Куниясу, Тосиюки Сакаи и Хирото Сакаи (Япония) Иностранная фирма

«Мицуи Майнинг, рид Смелтинг Ко., Лтд.» (Япония) (71) Заявитель (54) КАТАЛИЗАТОРНЫЙ БЛОК ДЛЯ ОЧИСТКИ

ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ ОТ ОКИСИ УГЛЕРОДА

Изобретение относится к катализаторам, используемым для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от окиси углерода.

Известен катализаторный блок для очистки отработанных газов от окиси углерода на основе окислов марганца и окислов свинца или окислов висмута.

К недостаткам известного катализаторного блока относятся высокое сопротивление потоку отработанных газов (образование обходных путей для выхлопных газов из-за вибраций, возникающих при движении автомобиля, и истирания таблеток катализатора) и короткий срок службы катализатора (разрушение таблеток катализатора из-за истирания и неравномерного распределения температур).

Кроме того, существует опасность выброса катализатора наружу вместе с отработанными газами.

Цель изобретения — уменьшение сопротивления потоку газа и увеличение срока службы катализатора — достигается тем, что прессованные элементы катализатора, имеющие в поперечном сечении форму кольца, четырехугольника или сектора, собирают в катализаторный блок таким образом, чтобы он имел в поперечном сечении форму многоугольника, круга или сектора.

Элементы катализатора готовят путем горячего прессования порошкообразной смеси ком5 понентов катализатора при температуре 200—

700, преимущественно 300 — 600 С, и давлении

1 — 10, предпочтительно 2 — 5 т/см .

Весовое процентное соотношение между окислами марганца и окислами свинца обыч10 но составляет 75: 25 — 25: 75, предпочтительно

60: 40 — 40: 60, а между окислами марганца и окислами висмута 95: 5 — 50: 50, предпочтительно 90: 10 — 70: 30.

Кроме основных компонентов в катализатор

15 можно вводить 5 — 10, предпочтительно 7—

8 вес. /о, добавки, выбранной из группы, содержащей окислы щелочноземельных металлов, таких, как магний, кальций или барий, окислы редкоземельных элементов, таких, как

20 иттрий, лантан, церий или неодим, окислы алюминия, кремния и висмута, окислы переходных металлов, таких, как медь, железо, никель и кобальт.

В катализатор, состоящий из окислов марган25 ца и окислов свинца, обычно вводят 5 — 40, предпочтительно 5 — 30 вес. %, окислов висмута или переходных металлов.

456398

В катализатор, содержащий окислы марганца и окислы висмута, предпочтительно добавляют 5 — 60, лучше 10 — 30 вес. /о, переходных металлов.

В качестве связующего при приготовлении элементов катализатора используют порошкообразные металлы, например порошкообразные медь, железо, никель, олово, алюминий или их сплавы, которые хорошо прессуются и повышают механическую прочность готовых

Применение предлагаемого катализаторного блока позволяет увеличить площадь контакта с отработанными газами; исключить образование обходных путей для них, предотвратить опасность выброса катализатора наружу вместе с отработанными газами; уменьшить сопротивление потоку отработанных газов при прохождении через катализатор и увеличить срок службы катализатора.

Предлагаемый катализаторный блок может производиться в массовом масштабе, легко собирается и эксплуатируется.

Кроме того, он может одновременно служить глушителем в автомобиле.

6D

65 элементов катализатора.

Количество элементов катализатора, устанавливаемых в контейнере в автомобиль, зависит от объема выхлопных газов.

Элементы катализатора должны иметь та- 1 кую форму, которая позволит увеличить площадь контакта с отработанными газами при компактной упаковке элементов катализатора в катализаторном блоке. Для увеличения площади контакта с отработанными газами на поверхности элементов катализатора делают канавки и/или создают перфорированные участки с заданной площадью поперечного сечения внутри элемента.

Из отдельных элементов катализатора собирают катализаторный блок, в котором отдель.ные элементы расположены оптимальным образом.

Так, при упаковке катализаторного блока в контейнер цилиндрической формы отдельные gp элементы катализатора имеют в поперечном сечении форму кольца, причем диаметр внешней окружности первого элемента равен диаметру контейнера, диаметр внешней окружности второго элемента равен диаметру внутренней окружности первого элемента и т. д.

При использовании отдельных элементов катализатора, имеющих в поперечном сечении форму сектора, радиус окружности, ограничивающей сектор, должен быть равен радиусу 4О контейнера. Собранные таким образом блоки устанавливаются в контейнере друг на друга до его заполнения.

Контейнеры, имеющие в поперечном сечении форму четырехугольника, заполняют одинако- 4 выми по конфигурации и размеру плоскими четырехугольными пластинами, поверхность которых снабжена канавками, причем поперечные сечения пластины и контейнера подобны по форме и равны по площади. 50

На фиг. 1 изображен поперечный разрез катализаторного блока, собранного из нескольких элементов; на фиг. 2 — поперечный разрез цилиндрического контейнера с помещенным в него катализаторным блоком; на фиг. 3— контейнер, заполненный несколькими катализаторными блоками, изображенными на фиг. 2; на фиг. 4 и фиг. 5 — способы упаковки элементов катализатора в блок внутри контейнеров для катализатора; на фиг. 6 — продольный разрез контейнера, заполненного катализаторными блоками, показанными на фиг. 4 и фиг. 5 и расположенными в несколько этажей.

Из отдельных элементов 1 катализатора с необходимым числом канавок 2 и отверстий 3 собирают катализаторный блок и помещают его в контейнер 4, предварительно защитив торцевые поверхности блока сеткой 5. Элементы 1 катализатора могут иметь в поперечном сечении форму сектора (см. фиг. 1), кольца (см. фиг. 2) и четырехугольника (см. фиг. 4).

Пример 1. В течение 24 час 7 кг электролитической двуокиси марганца (Мп02) и 3 кг свинцового сурика (Pbq04) измельчают в шаровой мельнице до размера частиц меньше

200 меш, вводят в гнездо матрицы, нагретой до 400 С, нагревают до 400 С и прессуют 5 мин под давлением 4 т/см2, получая элементы катализатора (см. фиг. 1), сопротивление которых сжатию составляет 200 — 300 кг/см2 (сопротивление сжатию обычных таблеток катализатора

100 кг/см2) .

Из элементов катализатора собирают блок (см. фиг, 1), в количестве -3 кг вносят в контейнер, помещают его в автомобиль «Керол

360 » и пропускают через него отработанные газы с температурой 600 С. Через 400 час работы катализатора очищенный газ содержит более 1 /о окиси углерода и менее 100 ррт углеводородов, степень превращения 90 /о, Через указанный промежуток времени,наблюдается снижение концентрации окислов азота, незначительное изменение конфигурации элементов катализатора и не наблюдается никакого снижения к.п.д.

Пример 2. После измельчения в шаровой мельнице аналогично примеру 1 прессуют смесь из 5 кг химически чистой двуокиси марганца (МпО ) и 3 кг свинцового сурика (Р404) с размером частиц меньше 200 меш и

2 кг порошкообразной электролитической меди (Cu) с размером частиц 100 меш. Сопротивление сжатию полученных элементов — 400—

500 кг/см . Через 300 час работы катализатора степень превращения окиси углерода и углеводородов 80 . Кроме того, наблюдается снижение концентрации окислов азота.

Пример 3. Тщательно смешивают 1,5 кг электролитической двуокиси марганца (МпО ), 1,0 кг полуторной окиси марганца (Мп20З) и

7 кг свинцового сурика (Р404) с размером частиц меньше 200*меш и 3 кг порошкообразного железа (Fe) с размером частиц 100 меш, прессуют, как в примере 1, и получают элемен. ты катализатора с канавками, сопротивление

456398 которых сжатию составляет 600 — 700 кг/см .

Из элементов катализ":òîðà собирают блок (c». фиг. 5) и в количестве 4 кг помещают в контейнер, который устанавливают в автомобиле. Через 400 час работы катализатора степень превращения окиси углерода и углеводородов -70%. При работе на холостом ходу и при езде со скоростью 60 км/час отработанный газ содержит 4,5 и 0,3 р окиси углерода и 220 и 80 ppm углеводородов соответственно.

После очистки в контейнере с катализатором газ содержит 1,2 и 0,05% окиси углерода и 60 и 25 ppm углеводородов при соответствующем режиме работы автомобиля.

Пример 4. Смешивают 9,5 кг полуторной окиси марганца (Мп О ), 500 г полуторной окиси висмута (BiqO ), 500 г извести и 500 r полуторной окиси лантана (LaqOq) с размером частиц меньше 200 меш, изготовляют элементы катализатора той же конфигурации, что и в примере 3, собирают их в блок (см. фиг. 5) и в количестве 4 кг помещают в цилиндрический контейнер. Через 300 час работы катализатора степень превращения окиси углерода и углеводородов превышает 80%.

При работе на холостом ходу и при езде со скоростью 60 км/час отработанные газы содержат 4,6 и 0,4 окиси углерода и 230 и 90 ррт углеводородов соответственно.

Очищенный в контейнере с катализатором отработанный газ содержит 0,8 и 0,08% окиси углерода и 45 и 15 ppm углеводородов при соответствующем режиме работы автомобиля.

Пример 5. Смешивают 5 кг электролитической двуокиси марганца (MnO>), 5 кг пятиокиси висмута (Bi>O„.-), 200 г окиси магния (NgO) и 300 г окиси трехвалентного железа (Fe O ) с размером частиц меньше 200 меш и

1 кг порошкообразного железа (Ге) с размером частиц 100 меш, изготовляют элементы катализатора той же конфигурации, что и в примере 3, собирают их в блоки (см. фиг. 4) и в количестве 4 кг помещают в контейнер.

5 Через 400 час работы катализатора степень превращения окиси углерода и углеводородов

80%.

При работе на холостом ходу и при езде со скоростью 60 км/час отработанные газы содер10 жат 4,8 и 0,5% окиси углерода и 250 и 90 ppm углеводородов соответственно.,После очистки отработанный газ содержит 0,9 и 0,1 окиси углерода и 50 и 15 ррт углеводородов при соответствующем режиме работы автомобиля.

15 Пример 6. Из элементов катализатора, имеющих в поперечном сечении форму кольца, с канавками,на периферии, собирают блок (см. фиг. 2), помещают его в контейнер (см. фиг. 3) и используют для очистки отработан20 ных газов автомобилей.

Пример 7. Из элементов катализатора, имеющих в поперечном сечении форму четырехугольника, с канавками с одной стороны собирают блок (см. фиг. 4), помещают его в

25 контейнер и используют для очистки отработанных газов автомобилей.

Предмет изобретения

Катализаторный блок для очистки отрабоЗО таиных газов от окиси углерода на основе окислов марганца и окислов свинца или окислов висмута, отличающийся тем, что, с целью уменьшения сопротивления потоку газа и увеличения срока службы катализатора, ка35 тализаторный блок имеет в поперечном сечении форму многоугольника, круга или сектора и собран из прессованных элементов катализатора, имеющих в поперечном сечении форму кольца, четырехугольника или сектора.

456398

<иЕ 4

Фиг,5

Составитель Ю. Петров

Корректор Н. Аук

Техред А, Камышннкова

Редактор Т. Шарганова

Типография, пр, Сапунова, 2

Заказ 320/14 Изд. № 289 Тираж 782 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская нэб., д. 4/5