СПОСОБ И АППАРАТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНОГО ГАЗА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F01N3/28 B01D53/94 

Изобретение относится к очистке выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания.

В частности, изобретение относится к удалению оксидов азота, монооксида углерода, углеводородов и твердых частил путем пропускания газа через покрытые катализатором проволочные сетки и пористые стенки.

Изобретение может найти техническое и коммерческое применение для очистки выхлопного газа, в частности, для транспортных средств с дизельным приводом.

Уже известны многие способы и аппараты для очистки выхлопных газов.

Патент США №6845612 В2 относится к аппарату, в котором оксиды азота удаляются из выхлопного газа пропусканием газа через каналы, которые покрыты катализатором. Эти каналы образованы складками покрытых катализатором металлических пластин.

Другой аппарат для очистки представлен в заявке на патент США №2006/0096282. Выхлопной газ проходит в пространствах между плоскими пластинами, которые частично заполнены или покрыты одним или несколькими катализаторами. Поступающий газ проходит в каждое второе пространство, в конце устройства газ поступает в камеру, изменяет направление и проходит в обратную сторону через другие объемы. Содержащий горючее или кислород газ можно подавать в тот газ, который находится в камере, в соответствии с этим в пространстве на выходе может находиться катализатор окисления. При этом существуют осложнения с размещением катализатора, кроме того, надо создавать перепад давления или же работать с катализатором с ограниченной поверхностью.

В патенте США №6534021 представлен фильтр с чередующимися слоями непроницаемых для газа пластин и пластин из проволочной сетки. Непроницаемые для газа пластины могут быть плоскими, и тогда пластины из проволочной сетки могут быть складчатыми, или же непроницаемые для газа пластины являются складчатыми, и тогда пластины из проволочной сетки являются плоскими. Газ протекает перпендикулярно по каналам, образованным складками. Однако для такой конструкции требуется пространство. Как проволочная сетка, так и фильтрующий материал могут быть покрыты катализатором. В дополнение к этому между непроницаемыми пластинами может находиться только один складчатый слой.

Заявка на патент WO A 2007/122283 относится к субстрату для обработки выхлопного газа с чередующимися складчатыми листами, расположенными между плоскими листами из проволочной сетки. Форма углублений в складчатом листе соответствует форме углублений в плоском проволочном листе. Складчатые и плоские проволочные листы (2) проницаемы, а складки расположены только в одном направлении, в соответствии с этим должна быть исключена возможность падения чередующихся листов с V-образными складками (3) в другие такие листы. Складки в листах (3) не имеют перекрестного расположения, и только один из этих листов (3) может быть расположен между проницаемыми листами (2).

Объектом изобретения является разработка способа и аппарата для удаления оксидов азота, монооксида углерода, углеводородов и твердых частиц из выхлопного газа в аппарате небольшого размера, в котором обеспечивается хороший контакт между выхлопным газом и катализатором и в котором образуется лишь незначительный перепад давления, при этом конструкция является настолько гибкой, что в соответствующем изобретению аппарате можно проводить более чем один процесс, включая еще и теплообмен.

Изобретение относится к способу и к аппарату для очистки содержащего оксиды азота, монооксид углерода, углеводороды и твердые частицы выхлопного газа двигателей внутреннего сгорания. Процесс, протекающий в аппарате, включает стадию контактирования выхлопного газа с одним или с несколькими катализаторами на одном или на нескольких листах из проволочной сетки с перекрещивающимися складками, которые помещаются между двумя или несколькими непроницаемыми для газа листами с перекрещивающимися складками. Выхлопной газ контактирует с одним или с несколькими катализаторами, которые нанесены на разные участки на одном или на нескольких листах из проволочной сетки с перекрещивающимися складками. Твердые частицы в выхлопном газе задерживаются в зоне непроницаемых для газов листов там, где эта зона выполнена в пористом виде и в случае необходимости покрыта катализатором реакций окисления. Выхлопной газ из двигателей внутреннего сгорания может быть нагрет очищенным выхлопным газом.

В соответствии с этим улучшенная очистка выхлопного газа достигается в настоящем изобретении благодаря высокой турбулентности в газе, это обеспечивает тесный контакт между газом и катализатором в небольшом пространстве, следствием чего, в свою очередь, становится пониженный перепад давления, а также гибкость в выборе способов очистки.

Вследствие перекрещивающегося расположения складок стала возможной укладка нескольких листов из проволочной сетки между непроницаемыми для газа листами с перекрещивающимися складками.

Выхлопной газ двигателей внутреннего сгорания содержит токсичные загрязнения. В частности, дизельный выхлопной газ содержит оксиды азота, монооксид углерода, углеводороды, сажу и твердые частицы.

Оксиды азота должны быть восстановлены до свободного азота, частицы должны осесть на фильтре, а осевшие на фильтре твердые частицы, углеводороды и монооксид углерода должны быть окислены до диоксида углерода и воды. Эти процессы идут в присутствии катализаторов.

Изобретение относится к способу и к аппарату для удаления этих загрязнений, оно относится также к компактному многофункциональному устройству для выхлопных дизельных газов, которое может дополнительно включать теплообменник.

Устройство для очистки состоит из расположенных в поперечном положении металлических листов, некоторые из этих листов являются газонепроницаемыми, а между этими газонепроницаемыми листами встроено несколько листов из проволочной сетки с перекрещивающимися складками. Часть газонепроницаемых листов может иметь пористое строение. Складчатая структура имеет зигзагообразное строение, и при накладывании листов один на другой в соответствии с изобретением все листы могут быть положены один на другой без какой-либо прокладки между ними и без возможности проваливания, но с обеспечением возможности образования каналов для газа.

В соответствии с этим между двумя или несколькими непроницаемыми листами с перекрещивающимся расположением складок можно установить не один, а несколько листов проволочной сетки с перекрещивающимися складками. Это делает конструкцию более гибкой и представляет возможность нанесения большего количества катализатора.

Следует понимать, что в отличие от складчатого листа (3) в соответствии с WO A 2007/122283, который имеет плоское строение, лист из проволочной сетки в соответствии с настоящим изобретением имеет перекрещивающиеся складки и поэтому его верхняя сторона не плоская, а складчатая. Зигзагообразные или волнистые складки листа расположены не только в одном направлении.

Одна или несколько зон листов с перекрещивающимися складками может быть покрыта катализаторами. Обычно катализаторы наносят на листы обрызгиванием.

Полученные листы из проволочной сетки идентичны. Когда каждый второй лист поворачивают верхней стороной вниз, скошенные каналы должны касаться друг друга, не будучи параллельными, в соответствии с этим они должны находиться на определенном расстоянии один от другого.

Листы укладывают так, как это представлено выше, после это помещают их в корпус и так получают устройство для очистки. Газ проходит по каналам, каналы образованы складками, однако зигзагообразное их расположение принуждает газ часто менять направление и расширяться. Это создает турбулентность в потоке и значительно улучшает контакт между катализатором и газом. В то же время, проход через проволочную сетку не сопровождается излишним падением давления.

Непроницаемые для газа листы могут быть плоскими с одной стороны и пористыми, а в каждом другом объеме они соединены вместе с помощью проволоки. Катализатор для сжигания сажи может быть нанесен на эту пористую часть листов. Эти пористые части листов образуют фильтр для сажи в устройстве для очистки. Газ проходит от каждого второго объема к другому объему в конце пластин. В этом варианте пористая часть непроницаемых листов может быть плоской.

Когда газ, как это представлено выше, протекает через каждое второе пространство между непроницаемыми для газа листами, устройство может быть снабжено камерой, в которую газ выходит, меняет направление потока и возвращается через другие пространства. В этом варианте соответствующее изобретению устройство для очистки может также выполнять функцию теплообмена между входящим и выходящим потоками. В таком случае зона листов на стороне входа и выхода устройства не покрывается катализатором и тепло проходит через металлические листы с гораздо более высоким коэффициентом теплопередачи в сравнении с листами с покрытием.

Непроницаемые для газа листы соединены вместе металлическими проволоками, проходящими вдоль сторон в направлении потока. Диаметр проволок имеет примерно то же самое значение, что и расстояние между непроницаемыми для газа листами.

В варианте, когда газ изменяет направление потока в камере, каждое второе пространство между непроницаемыми для газа листами на стороне входа и выхода также закрыто, а короткая часть соответствующей стороны остается открытой. Это отверстие служит для выхода газа. В соответствии с этим газ поступает в устройство с одного конца и выходит со стороны устройства на том же самом конце или на противоположном конце.

На том конце, где находится выход, листы из складчатой проволочной сетки немного короче, чем непроницаемые для газа листы.

В варианте, когда газ фильтруется перед входом в камеру поворота потока, пространства между непроницаемыми для газа листами с нефильтрованным газом также закрыты с помощью металлических проволок в конце камеры поворота потока.

В другом варианте углеводород может быть введен на входе в устройство для очистки и смешан с выхлопным газом в камере ввода. После этого смешанный газ поступает на часть проволочных сеток, которая покрыта катализатором окисления, и происходит экзотермическое окисление монооксида углерода и углеводородов. Это приводит к повышению температуры, которое необходимо для протекания процесса по ходу потока, например для сжигания сажи на фильтре или для повышения температуры при пуске холодного двигателя.

В представленную выше камеру для поворота потока можно впрыскивать или можно добавлять к окисленному газу такой восстановитель, как водный раствор мочевины, аммиак, водный раствор аммиака, циануровой кислоты, аммелида, аммелина, цианата аммония, биурета, карбамата аммония, карбоната аммония, формиата аммония, меламина или трицианомочевины, при этом оксиды азота могут быть избирательно каталитически восстановлены до свободного азота при пропускании их через зону с покрытием из катализатора для селективного каталитического восстановления. В случае необходимости возможные остатки восстановительного реагента, то есть его проскок, могут быть окислены в зоне с другим катализатором до выхода газа из устройства.

В результате такого интегрированного дизайна в компактном устройстве может быть реализован представленный далее процесс: впрыск углеводородов-каталитическое окисление дизельного топлива-удержание частиц на покрытом катализатором фильтре-впрыск мочевины-избирательное каталитическое восстановление оксидов азота-каталитическое окисление проскока аммиака;

или в другом варианте: нагревание питающего потока в результате теплообмена-впрыск углеводородов-каталитическое окисление дизельного топлива-удержание частиц на покрытом катализатором фильтре-впрыск мочевины-избирательное каталитическое восстановление оксидов-каталитическое окисление проскока аммиака-теплообмен с участием газа на выходе.

В другом варианте изобретения процесс включает стадии: впрыск мочевины-избирательное каталитическое восстановление оксидов азота-каталитическое окисление проскока аммиака-впрыск углеводородов-каталитическое окисление дизельного топлива-удержание частиц на покрытом катализатором фильтре

или

нагревание питающего потока теплообменом-впрыск мочевины-избирательное каталитическое восстановление оксидов азота-каталитическое окисление проскока аммиака-впрыск углеводородов-каталитическое окисление дизельного топлива-удержание частиц на покрытом катализатором фильтре-теплообмен с участием газа на выходе.

В этом случае газ поступает в устройство сбоку.

В другом варианте изобретения процесс включает стадии: впрыск мочевины-избирательное каталитическое восстановление оксидов азота-каталитическое окисление проскока аммиака-удержание частиц на покрытом катализатором фильтре-впрыск углеводородов-каталитическое окисление дизельного топлива

или

нагревание питающего потока теплообменом-впрыск мочевины-избирательное каталитическое восстановление оксидов азота-каталитическое окисление проскока аммиака-удержание частиц на покрытом катализатором фильтре-впрыск углеводородов-каталитическое окисление дизельного топлива-теплообмен с участием газа на выходе.

Листы из проволочной сетки с перекрещивающимися складками покрыты катализатором, который наносят отдельными зонами.

Катализатор окисления включает платину и/или палладий на промотированном редкими землями оксиде алюминия или же платину и/или палладий оксиде кремния или на промотированном оксиде титана. Он может также представлять собой платину и/или палладий на промотированном оксидом циркония оксиде церия, или же он может представлять собой смеси оксидов меди и марганца, он может также представлять собой палладий на смеси оксидов меди и марганца.

Пористый фильтр покрыт смешанными оксидами редких земель, алюминия и циркония, в случае необходимости с палладием и/или с платиной.

Катализатор для селективного каталитического восстановления представлен оксидом ванадия на оксиде титана с возможными добавками оксидов вольфрама или молибдена. Он может также представлять собой цеолитный катализатор, включающий медь и/или железо на цеолите, который модифицирован бета-цеолитом, ZSM-5 или шабазитом. Он может представлять собой также функционализированный кислотно-основный катализатор из смешанных оксидов металлов, включающий кислые смеси оксидов церия и циркония и смеси оксидов циркония и титана.

Катализатор для окисления возможных остатков восстановителя, «катализатор для удаления проскока аммиака», представляет собой такой благородный металл, как платина или палладий на оксиде алюминия, оксиде церия, оксиде циркония или на их смесях, промотированных в случае необходимости цеолитом, цеолитами для селективного каталитического восстановления, оксидами алюминия.

Тем не менее, чаще всего для окисления применяют катализатор с платиной и/или с палладием на оксиде алюминия, промотированном редкими землями, и катализатор для селективного каталитического восстановления с оксидом ванадия и/или оксидом вольфрама на оксиде титана или же железо и/или медь на цеолите. В качестве катализатора для проскока аммиака применяют платину и/или палладий на цеолите, а катализатором на фильтре служит обычно палладий и/или платина на смешанных оксидах редких земель и циркония.

В качестве цеолитов чаще всего применяют цеолит ZSM-5, β-цеолит и шабазит.

В рамках соответствующего изобретению способа можно получить степень превращения от 80 до 99,9% для углеводородов, монооксида углерода, окислов азота и твердых частиц.

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение поперечного разреза одного из вариантов изобретения.

На фиг.2 представлено схематическое изображение слоев соответствующего изобретению устройства для очистки, показывающее положение складок в двух направлениях.

Фиг.3 представляет собой фотографию соответствующего изобретению листа из проволочной сетки.

Фиг.4а, 4б и 4в представляют собой схематические изображения поперечного разреза двух вариантов изобретения.

Фиг.5а и 5б представляют собой схематические изображения соответствующих изобретению непроницаемых листов с проволочным уплотнением.

Фиг.6 представляет собой схематическое изображение организации внутреннего пространства в соответствии с изобретением.

Фиг.7 представляет собой схематическое изображение внешнего вида соответствующего изобретению устройства.

Один из вариантов изобретения представлен на фиг.1, где выхлопной газ 1 из двигателя сгорания поступает в корпус 3 устройства для очистки и выходит в виде чистого выхлопного газа 2. Внутри корпуса 3 параллельно один к другому установлены непроницаемые для газа металлические листы 4. В каждом пространстве между непроницаемыми листами 4 установлено несколько листов из проволочной сетки 5 с перекрещивающимися складками.

Эти листы более детально представлены на фиг.2, где можно видеть, что пластины из проволочной сетки 5 расположены в каждом из пространств между непроницаемыми листами 4. Складчатая структура образует каналы 6. В то же время каждый канал состоит из двух полуканалов, каждый из которых имеет зигзагообразную форму, но они перекрещиваются по отношению друг к другу и поэтому поддерживают друг друга, и одновременно они создают турбулентный режим в потоке газа. Штрихованные линии показывают перекрещивающееся расположение складок в нижнем слое.

Фиг.3 представляет собой рисунок листа из проволочной сетки, при этом стрелки показывают направление потока газа. Здесь можно видеть, что складки на листах перекрещиваются так, что это приводит к образованию параллельных каналов, при этом каждый канал имеет повторяющуюся форму. Эта форма представлена первым прямым каналом, переходящим во второй прямой канал, который образует первый угол с первым каналом, далее идет третий канал, который параллелен первому каналу, и продолжается это четвертым каналом, образующим с первым каналом второй угол той же величины, но направленный в противоположную по отношению к первому углу сторону. Перекрещивающиеся складки складчатых листов сформированы в двух направлениях, образующих углы по отношению друг к другу.

Один из вариантов изобретения представлен на фиг.4а. Выхлопной газ 1 от двигателя проходит в камеру входа 10, из которой он поступает в каждое второе пространство между непроницаемыми листами с перекрещивающимися складками 4 в корпусе 3. Углеводород 11 впрыскивают в камеру ввода 10. В каждом пространстве между непроницаемыми листами 4 установлено несколько листов 5 из проволочной сетки с перекрещивающимися складками, через которые проходит смесь газов. Зона проволочной сетки покрыта катализатором окисления дизельного топлива 21, на котором идет окисление углеводородов, монооксида углерода и твердых частиц. Концы (12) листов имеют поры, они покрыты катализатором горения 2:2, который образует фильтр для газа; здесь идет каталитическое сжигание задержанных твердых частиц. В камеру 14 подают восстановительный реагент 15, который смешивается с окисленным отфильтрованным выхлопным газом, после этого смесь газов поступает в зону с проволочными сетками, которые покрыты катализатором 23 для селективного каталитического восстановления оксидов азота до азота. Далее по ходу потока листы из проволочной сетки 5 могут быть покрыты катализатором для проскока 24, который окисляет остатки восстановителя 15. Газ выходит из устройства сбоку устройства и покидает его в виде очищенного выхлопного газа 2.

В другом варианте изобретения, представленном на фиг.4б, реализуется другой способ. Выхлопной газ 1 от двигателя смешивается с восстановительным реагентом 15, поступает в устройство для очистки через боковой ввод и проходит в зону с проволочными сетками, которые покрыты катализатором 23 для селективного каталитического восстановления оксидов азота до азота. Далее следуют листы из проволочной сетки 5, покрытые катализатором для проскока 24, на которых идет окисление остатков восстановительного реагента 15. В камеру 14 впрыскивают углеводород 11 и смешивают его с выхлопным газом перед пропусканием через зону листов из проволочной сетки с перекрещивающимися складками, которая покрыта катализатором окисления дизельного топлива 21, где идет окисление углеводородов, монооксида углерода и возможных остатков восстановительного реагента. Далее по ходу протекания потока через катализатор окисления 21 непроницаемые листы имеют поры, покрытые катализатором горения 22, который образует фильтр для газа; здесь идет каталитическое сжигание удержанных твердых частиц.

В еще одном варианте изобретения, показанном на фиг.4в, представлен другой способ. Выхлопной газ 1 от двигателя смешивается с восстановительным реагентом 15, поступает в устройство для очистки через боковой ввод и проходит в зону теплообмена 25, где листы не имеют каталитического покрытия. В зоне 25 поступающий газ нагревается очищенным газом, выходящим из устройства для очистки. После этого подогретый смешанный выхлопной газ проходит через листы из проволочной сетки, которые покрыты катализатором 23 для селективного каталитического восстановления оксидов азота до азота. Далее следует зона листов из проволочной сетки 5, которая покрыта катализатором (24) для проскока, на котором идет окисление остатков восстановительного реагента 15. Далее по ходу потока за катализатором для проскока 24 следует зона 12 из пористых непроницаемых листов, которые покрыты катализатором горения 22, образующим фильтр для газа; здесь идет каталитическое сжигание удержанных твердых частиц. В камеру 14 подают углеводород 11 и смешивают его с выхлопным газом перед пропусканием через зону складчатых проволочных сеток, покрытых катализатором окисления дизельного топлива (21), где идет окисление углеводородов, монооксида углерода и возможных остатков восстановительного реагента. Это окисление генерирует тепло, и нагретый очищенный выхлопной газ нагревает выхлопной газ 1 из двигателя в зоне теплообмена 25 перед выходом его из устройства в виде очищенного выхлопного газа 2.

На фиг.5а представлен непроницаемый лист с уплотнением из металлической проволоки 7 на каждой кромке вдоль направления потока. Между двумя листами с таким уплотнением газ проходит через очищающее устройство по прямой. На фиг.5б показана уплотнительная проволока 8 вдоль кромки по направлению потока и один конец, а также уплотнительная проволока 9 вдоль большей части остальных кромок по направлению потока, в соответствии с этим в конце остается пустое пространство. Между двумя непроницаемыми листами с таким уплотнением между ними газ входит с одного конца и выходит сбоку с другой стороны.

Также на фиг.6 показаны эти уплотнительные проволоки 7, 8 и 9, но между несколькими из непроницаемых листов 4, которые, в свою очередь, также включают несколько листов 5 из проволочной сетки с поперечными складками. Это перспективное изображение показывает, как поступающий газ 1 может входить между каждым вторым пространством и как газ на выходе 2 отводится из остальных проходов на том же самом конце, но через боковую сторону устройства.

Все листы установлены в корпусе, который показан на фиг.7. Изображения относятся к варианту изобретения, в соответствии с которым вход и выход газа находятся на одной и той же стороне.

Далее приводятся отличительные признаки изобретения.

1. Способ очистки содержащего оксиды азота, монооксид углерода, углеводороды и твердые частицы выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, включающий стадию

контактирования выхлопного газа с одним или с несколькими катализаторами на одном или на нескольких листах из проволочной сетки с перекрещивающимися складками, расположенными между двумя или несколькими непроницаемыми для газа листами с перекрещивающимися складками.

2. Способ в соответствии с отличительным признаком 1, где выхлопной газ контактирует с одним или с несколькими катализаторами, нанесенными на различные зоны одного или нескольких листов с перекрещивающимися складками.

3. Способ в соответствии с отличительным признаком 1 или 2, где твердые частицы в выхлопном газе задерживаются в зоне непроницаемых для газа листов, при этом эта зона имеет поры и в случае необходимости она может быть покрыта катализатором окисления.

4. Способ в соответствии с отличительными признаками от 1 до 3, где выхлопной газ 1:3 двигателя сгорания и очищенный выхлопной газ находятся в состоянии теплообмена между ними.

5. Способ в соответствии с отличительными признаками от 1 до 4, где выхлопной газ из двигателя сгорания очищают в соответствии с последовательностью стадий:

- впрыскивание углеводорода в выхлопной газ,

- каталитическое окисление выхлопного газа и углеводорода,

- пропускание выхлопного газа через покрытый катализатором фильтр и окисление твердых частиц,

- впрыскивание восстановительного реагента,

- селективное каталитическое восстановление оксидов азота восстановительным реагентом до азота в окисленном отфильтрованном выхлопном газе,

- каталитическое окисление остатков восстановительного реагента и

- вывод потока очищенного выхлопного газа.

6. Способ в соответствии с отличительными признаками от 1 до 4, где выхлопной газ из двигателя сгорания очищают в соответствии с последовательностью стадий:

- впрыскивание восстановительного реагента,

- селективное каталитическое восстановление оксидов азота до азота в окисленном отфильтрованном выхлопном газе восстановительным реагентом,

- каталитическое окисление остатков восстановительного реагента,

- впрыскивание углеводорода в выхлопной газ,

- каталитическое окисление выхлопного газа и углеводорода,

- пропускание выхлопного газа через покрытый катализатором фильтр и окисление твердых частиц и

- вывод потока очищенного выхлопного газа.

7. Способ в соответствии с отличительными признаками от 1 до 4, где выхлопной газ из двигателя сгорания очищают в соответствии с последовательностью стадий:

- впрыскивание восстановительного реагента,

- селективное каталитическое восстановление оксидов азота до азота в выхлопном газе восстановительным реагентом,

- каталитическое окисление остатков восстановительного реагента,

- пропускание выхлопного газа через покрытый катализатором фильтр и окисление твердых частиц,

- впрыскивание углеводорода в выхлопной газ,

- каталитическое окисление выхлопного газа и углеводорода и

- вывод потока очищенного выхлопного газа.

8. Способ в соответствии с отличительными признаками от 5 до 7, где углеводородом является топливо двигателя, а восстановительным реагентом является водный раствор мочевины, аммиак, водный раствор аммиака.

9. Способ в соответствии с отличительными признаками от 5 до 8, где окисление протекает в присутствии катализатора, представляющего собой платину и/или палладий на промотированном редкими землями оксиде алюминия,

фильтр покрыт катализатором, представляющим собой палладий и/или платину на смешанных оксидах редких земель и циркония,

селективное каталитическое восстановление протекает в присутствии катализатора, представляющего собой оксид ванадия и/или вольфрама на оксиде титана или же железо и/или медь на цеолите, и

остатки восстановительного реагента окисляют с помощью катализатора, представляющего собой платину на цеолите, палладий на цеолите или же платину и палладий на цеолите.

10. Аппарат для очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания в соответствии с одним из предыдущих пунктов, когда в корпусе аппарата находятся

- два или несколько непроницаемых для газа металлических листов с перекрещивающимися складками, установленных в корпусе параллельно на определенном расстоянии друг от друга,

- один или несколько покрытых катализатором листов из проволочной сетки с перекрещивающимися складками, установленных в каждом из пространств между непроницаемыми для газа металлическими листами.

11. Аппарат в соответствии с отличительным признаком 10, где каждое пространство между непроницаемыми для газа металлическими листами с перекрещивающимися складками включает множество установленных один над другим покрытых катализатором листов из проволочной сетки с перекрещивающимися складками.

12. Аппарат в соответствии с отличительными признаками 10 или 11, где непроницаемые металлические листы с перекрещивающимися складками имеют складки, расположенные под углом друг к другу.

13. Аппарат в соответствии с отличительными признаками от 10 до 12, где перекрещивающиеся складки на листах расположены так, что они образуют параллельные каналы и при этом каждый канал образует регулярно повторяющуюся конфигурацию, в соответствии с которой

первый прямой канал находит свое продолжение во втором прямом канале, который образует первый угол с первым каналом и переходит в параллельный первому каналу третий канал, который переходит в четвертый канал, образуя при этом второй угол той же по отношению к первому каналу величины, но направленный в другую сторону по отношению к первому углу.

14. Аппарат в соответствии с отличительными признаками от 10 до 13, где два или три края каждого непроницаемого металлического листа соединены вместе с помощью уплотнительных проволок вдоль краев в направлении потока, при этом в случае необходимости в каждом втором пространстве уплотнительная проволока расположена вдоль одного края и прилегающего края по направлению потока, тогда как другая уплотнительная проволока расположена по направлению потока на части другой стороны, отставляя пространство между этой проволокой и проволокой, которая перпендикулярна направлению потока в аппарате.

15. Аппарат в соответствии с отличительными признаками от 10 до 14, где корпус включает камеру для ввода и камеру для выхлопа.

16. Аппарат в соответствии с отличительными признаками от 10 до 14, где корпус включает камеру для ввода и камеру для выхлопа на одном конце корпуса и камеру для поворота потока на другом конце корпуса, при этом газ проходит в одном направлении в каждое второе пространство между непроницаемыми для газа листами, а в противоположном направлении он проходит через другие пространства.

17. Аппарат в соответствии с отличительными признаками от 10 до 16, где листы из проволочной сетки и в случае необходимости непроницаемые металлические листы покрыты катализатором в зонах, при этом каждая зона покрыта другим катализатором.

18. Аппарат в соответствии с отличительными признаками от 10 до 17, где непроницаемые для газа листы в каждом втором пространстве на определенном отрезке длины на одном из концов являются плоскими и пористыми и соединенными уплотнительными проволоками, при этом в случае необходимости пористая часть листов покрыта катализатором, активирующим горение твердых частиц.

19. Аппарат в соответствии с отличительными признаками от 10 до 18, где зона листов на конце входа/выхода устройства не покрыта катализатором и служит в качестве зоны теплообмена.

20. Аппарат в соответствии с отличительными признаками от 18 до 19, включающий представленную далее последовательность:

- устройство для впрыскивания углеводорода в выхлопной газ,

- первый катализатор, проявляющий активность по отношению к каталитическому окислению выхлопного газа и углеводорода,

- фильтрующая часть непроницаемых для газа листов, покрытая вторым катализатором, проявляющим активность по отношению к сжиганию твердых частиц,

- устройство для впрыскивания восстановительного реагента в камеру поворота потока,

- третий катализатор, проявляющий активность по отношению к селективному каталитическому восстановлению окисленного профильтрованного выхлопного газа восстановительным реагентом, и

- четвертый катализатор, проявляющий активность по отношению к каталитическому окислению остатков восстановительного реагента.

21. Аппарат в соответствии с отличительными признаками от 18 до 19, включающий представленную далее последовательность:

- устройство для впрыскивания восстановительного реагента в выхлопной газ,

- первый катализатор, проявляющий активность по отношению к селективному каталитическому восстановлению выхлопного газа восстановительным реагентом,

- второй катализатор, проявляющий активность по отношению к каталитическому окислению остатков восстановительного реагента,

- устройство для впрыскивания углеводорода в камеру поворота потока,

- третий катализатор, проявляющий активность по отношению к каталитическому окислению выхлопного газа и углеводорода, и

- фильтрующая часть непроницаемых для газа листов, покрытая четвертым катализатором, который активен по отношению к сжиганию твердых частиц.

22. Аппарат в соответствии с отличительными признаками от 18 до 19, включающий представленную далее последовательность:

- устройство для впрыскивания восстановительного реагента в выхлопной газ,

- первый катализатор, проявляющий активность по отношению к селективному каталитическому восстановлению выхлопного газа восстановительным реагентом,

- второй катализатор, активный по отношению к каталитическому окислению остатков восстановительного реагента,

- фильтрующая часть непроницаемых для газа листов, покрытая третьим катализатором, который активен по отношению к сжиганию твердых частиц,

- устройство для впрыскивания углеводорода в камеру поворота потока,

- четвертый катализатор, проявляющий активность по отношению к каталитическому окислению выхлопного газа и углеводорода.

Примеры

Соответствующее изобретению фильтрующее устройство имеет представленные далее характеристики:

складчатые листы имеют толщину от 0,1 до 0,2 мм,

толщина проволоки в проволочной сетке составляет от 40 до 60 мкм,

листы из проволочной сетки имеют обычно шаг сетки 100×100 на 6,45 см³;

высота складчатого листа составляет от 1,0 до 1,5 мм,

размер пор в пористой зоне составляет от 5 до 25 мкм,

толщина пластины корпуса составляет от 0,7 до 1,0 мм,

объем фильтра для автомобиля составляет от 2 до 5 л и от 5 до 20 л для автофургона.

В частности, непроницаемые для газа металлические листы с перекрещивающимися складками и металлические листы из проволочной сетки с перекрещивающимися складками укладывают друг на друга так, чтобы листы из проволочной сетки не проваливались в складки. Листы 10×10 см укладывают в стопки так, чтобы листы из проволочной сетки находились между непроницаемыми для газа листами. Проволока в листах из проволочной сетки имеет толщину 56 мкм, и шаг сетки в листах составляет 100×100 на 6,45 см². Волны, образованные складчатой структурой, имеют высоту 1,1 мм.

Изобретение относится к очистке выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Способ очистки содержащего оксиды азота, монооксид углерода, углеводороды и твердые частицы выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания включает стадию контактирования выхлопного газа с одним или с несколькими катализаторами на одном или на нескольких листах из проволочной сетки с перекрещивающимися складками, расположенными между двумя или несколькими непроницаемыми для газа листами с перекрещивающимися складками. Изобретение также относится к аппарату для очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом изобретения является обеспечение контакта между выхлопным газом и катализатором при незначительном перепаде давления. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ очистки содержащего оксиды азота, монооксид углерода, углеводороды и твердые частицы выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, включающий стадию
контактирования выхлопного газа с одним или с несколькими катализаторами на одном или на нескольких листах из проволочной сетки с перекрещивающимися складками, расположенными между двумя или несколькими непроницаемыми для газа листами с перекрещивающимися складками.

2. Способ по п.1, где выхлопной газ контактирует с одним или с несколькими катализаторами, нанесенными на различные зоны одного или нескольких листов с перекрещивающимися складками.

3. Способ по п.1, где твердые частицы в выхлопном газе задерживаются в зоне непроницаемых для газа листов, при этом эта зона имеет поры и в случае необходимости она может быть покрыта катализатором окисления.

4. Способ по п.1, где выхлопной газ из двигателя сгорания и очищенный выхлопной газ находятся в состоянии теплообмена между ними.

5. Способ по одному из пп.1-4, где выхлопной газ из двигателя сгорания очищают в соответствии с последовательностью стадий:
- впрыскивание углеводорода в выхлопной газ,
- каталитическое окисление выхлопного газа и углеводорода,
- пропускание выхлопного газа через покрытый катализатором фильтр и окисление твердых частиц,
- впрыскивание восстановительного реагента,
- селективное каталитическое восстановление оксидов азота восстановительным реагентом до азота в окисленном отфильтрованном выхлопном газе,
- каталитическое окисление остатков восстановительного реагента и
- вывод потока очищенного выхлопного газа.

6. Способ по одному из пп.1-4, где выхлопной газ из двигателя сгорания очищают в соответствии с последовательностью стадий:
- впрыскивание восстановительного реагента,
- селективное каталитическое восстановление оксидов азота до азота в окисленном отфильтрованном выхлопном газе восстановительным реагентом,
- каталитическое окисление остатков восстановительного реагента,
- впрыскивание углеводорода в выхлопной газ,
- каталитическое окисление выхлопного газа и углеводорода,
- пропускание выхлопного газа через покрытый катализатором фильтр и окисление твердых частиц и
- вывод потока очищенного выхлопного газа,

7. Способ по одному из пп.1-4, где выхлопной газ из двигателя сгорания очищают в соответствии с последовательностью стадий:
- впрыскивание восстановительного реагента,
- селективное каталитическое восстановление оксидов азота до азота в выхлопном газе восстановительным реагентом,
- каталитическое окисление остатков восстановительного реагента,
- пропускание выхлопного газа через покрытый катализатором фильтр и окисление твердых частиц,
- впрыскивание углеводорода в выхлопной газ,
- каталитическое окисление выхлопного газа и углеводорода и
- вывод потока очищенного выхлопного газа.

8. Способ по п.5, где углеводородом является топливо двигателя, а восстановительным реагентом является водный раствор мочевины, аммиак, водный раствор аммиака.

9. Способ по п.5, где окисление протекает в присутствии катализатора, представляющего собой платину и/или палладий на промотированном редкими землями оксиде алюминия,
фильтр покрыт катализатором, представляющим собой палладий и/или платину на смешанных оксидах редких земель и циркония,
селективное каталитическое восстановление протекает в присутствии катализатора, представляющего собой оксид ванадия и/или вольфрама на оксиде титана или же железо и/или медь на цеолите, и
остатки восстановительного реагента окисляют с помощью катализатора, представляющего собой платину на цеолите, палладий на цеолите или же платину и палладий на цеолите.

10. Аппарат для очистки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания в соответствии с одним из пп.1-9, когда в корпусе аппарата находятся
- два или несколько непроницаемых для газа металлических листов с перекрещивающимися складками, установленных в корпусе параллельно на определенном расстоянии друг от друга,
- один или несколько покрытых катализатором листов из проволочной сетки с перекрещивающимися складками, установленных в каждом из пространств между непроницаемыми для газа металлическими листами.

11. Аппарат по п.10, где каждое пространство между непроницаемыми металлическими листами с перекрещивающимися складками включает множество покрытых катализатором листов из проволочной сетки с перекрещивающимися складками, установленных один над другим.

12. Аппарат по п.10, где непроницаемые металлические листы с перекрещивающимися складками имеют складки, расположенные под углом друг к другу.

13. Аппарат по п.10, где перекрещивающиеся складки на листах расположены так, что они образуют параллельные каналы и при этом каждый канал образует регулярно повторяющуюся конфигурацию, в соответствии с которой
первый прямой канал находит свое продолжение во втором прямом канале, который образует первый угол с первым каналом и переходит в параллельный первому каналу третий канал, который переходит в четвертый канал, образуя при этом второй угол той же по отношению к первому каналу величины, но направленный в другую сторону по отношению к первому углу.

14. Аппарат по п.10, где два или три края каждого непроницаемого металлического листа соединены вместе с помощью уплотнительных проволок вдоль краев в направлении потока, при этом в случае необходимости в каждом втором пространстве уплотнительная проволока расположена вдоль одного края и прилегающего края по направлению потока, тогда как другая уплотнительная проволока расположена по направлению потока на части другой стороны, оставляя пространство между этой проволокой и проволокой, которая перпендикулярна направлению потока в аппарате.

15. Аппарат по п.10, где корпус включает камеру для ввода и камеру для выхлопа.

16. Аппарат по п.10, где корпус включает камеру для ввода и камеру для выхлопа на одном конце корпуса и камеру для поворота потока на другом конце корпуса, при этом газ проходит в одном направлении в каждое второе пространство между непроницаемыми для газа листами, а в противоположном направлении он проходит через другие пространства.

17. Аппарат по п.10, где листы из проволочной сетки и в случае необходимости непроницаемые металлические листы покрыты катализатором в зонах, при этом каждая зона покрыта другим катализатором.

18. Аппарат по п.10, где непроницаемые для газа листы в каждом втором пространстве на определенном отрезке длины на одном из концов являются плоскими и пористыми и соединенными уплотнительными проволоками, при этом в случае необходимости пористая часть листов покрыта катализатором, активирующим горение твердых частиц.

19. Аппарат по одному из пп.10-18, где зона листов на конце входа/выхода устройства не покрыта катализатором и служит в качестве зоны теплообмена.

20. Аппарат по п.18, включающий представленную далее последовательность:
- устройство для впрыскивания углеводорода в выхлопной газ,
- первый катализатор, проявляющий активность по отношению к каталитическому окислению выхлопного газа и углеводорода,
- фильтрующая часть непроницаемых для газа листов, покрытая вторым катализатором, проявляющим активность по отношению к сжиганию твердых частиц,
- устройство для впрыскивания восстановительного реагента в камеру поворота потока,
- третий катализатор, проявляющий активность по отношению к селективному каталитическому восстановлению окисленного профильтрованного выхлопного газа восстановительным реагентом, и
- четвертый катализатор, проявляющий активность по отношению к каталитическому окислению остатков восстановительного реагента.

21. Аппарат по п.18, включающий представленную далее последовательность:
- устройство для впрыскивания восстановительного реагента в выхлопной газ,
- первый катализатор, проявляющий активность по отношению к селективному каталитическому восстановлению выхлопного газа восстановительным реагентом,
- второй катализатор, проявляющий активность по отношению к каталитическому окислению остатков восстановительного реагента,
- устройство для впрыскивания углеводорода в камеру поворота потока,
- третий катализатор, проявляющий активность по отношению к каталитическому окислению выхлопного газа и углеводорода, и
- фильтрующая часть непроницаемых для газа листов, покрытая четвертым катализатором, который активен по отношению к сжиганию твердых частиц.

22. Аппарат по п.18, включающий представленную далее последовательность:
- устройство для впрыскивания восстановительного реагента в выхлопной газ,
- первый катализатор, проявляющий активность по отношению к селективному каталитическому восстановлению выхлопного газа восстановительным реагентом,
- второй катализатор, проявляющий активность по отношению к каталитическому окислению остатков восстановительного реагента,
- фильтрующая часть непроницаемых для газа листов, покрытая третьим катализатором, проявляющим активность по отношению к сжиганию твердых частиц,
- устройство для впрыскивания углеводорода в камеру поворота потока,
- четвертый катализатор, проявляющий активность по отношению к каталитическому окислению выхлопного газа и углеводорода.