СПОСОБ УЛАВЛИВАНИЯ И ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ Российский патент 2019 года по МПК B01D53/92 F01N3/08 

Изобретение относится к машиностроению, например, к автомобильному транспорту, специальной технике (трактора, экскаваторы, бульдозеры, военная техника и т.п.), суда (речные и морские), самолеты, тепловозы и др.

Проблема мирового масштаба состоит в том, что подобная техника при работе на бензине, дизельном или специальном топливе выделяет (как в движении, так и стационарно) в окружающую среду огромное количество канцерогенных газов, нанося непоправимый вред всему живому и природе (земле, воде, атмосфере). Жар и вред газовых выделений меняет температуру окружающей среды, вызывают появление озоновых дыр, парниковых эффектов и способствуют образованию кислотных дождей. Для людей ядовитые газы приводят к тяжелым заболеваниям и летальным исходам.

Известно большое количество изобретений, авторы которых пытаются максимально уменьшить выделения вредоносных газов в атмосферу и/или снизить количество вредных химических веществ или их соединений в газовых потоках. Вот некоторые сведения о технических разработках/изобретениях. Известные системы могут включать в себя средства для определения количества частиц сажи в фильтре, а при превышении количеством частиц определенного предела выдается сигнал регенерации.

Применяют добавку из экологической присадки в топливо, например, смесь ацетилацетоната железа (10…90% весовых) и ферроцена (остальное), делают контактную очистку и охлаждение отработавших газов водными растворами гидроксидов щелочных и/или щелочноземельных металлов.

- «Способ улавливания вредных примесей выхлопных газов» - патент №2058182. МПК B01D 47/05. Беларусь. Опубликован 20.04.1996. Обеспечивает пылеулавливание, насыщая поток парами.

- «Способ очистки газов» - патент RU №2504421. МПК B01D 53/14. Опубликован 27.01.2014. Использует пылеуловитель, увлажнитель воздуха, есть подогрев.

- «Способ очистки газов» - патент RU №2505341 С1. МПК B01D 47/05; B01D 53/14. Опубликован 27.01.2014, бюл. №3. Охлаждает поток до конденсации.

- «Разнотемпературная конденсационная камера» - патент RU №2483781. МПК B01D 47/05. Опубликован 10.06.2013, бюл. №16. Пылеулавливание происходит в камере с холодными и горячими стенками.

- «Уловитель аэрозольных частиц» - патент RU №2378038. МПК B01D 47/05; B01D 45/18. Опубликован 10.01.2010. Есть охлаждающие и нагревающие устройства.

- «Способ очистки воздуха» - патент RU №2365402. МПК B01D 47/05. Опубликован 27.08.2009. Улавливает высокодисперсные аэрозоли с охлаждением и конденсацией.

- «Способ очистки картерных газов» - патент RU №2128078. МПК B01D 47/00; В04С 5/04. Опубликован 27.03.1999. Смешивают газы с водой в эжекторе и далее направляют их в гидроциклон.

- «Способ управления работой системы нейтрализации отработавших газов и система нейтрализации отработавших газов» - патент RU №2494267. МПК F01N 3/023; F01N 3/18; F01N 9/00. Опубликован 27.09.2013. Используют сажевый фильтр и синхронизованный с ним в работе deNOx-каталитический нейтрализатор для уменьшения содержания оксида азота в отработавших газах двигателя.

- «Уловитель аэрозольных частиц» - патент RU №2476256. МПК B01D 47/05; B01D 45/18 от 27.02.2013. Имеет спиральный канал, сборник конденсата, охлаждающее и нагревающее устройства. Прототип.

В перечисленных работах/патентах используются стационарные громоздкие и дорогие установки/способы, которые в динамике работы (при движении) транспортных выше перечисленных машин не могут быть применены. Они комплексно не улавливают и достаточно полно не очищают канцерогенные газы от многих химических элементов или их компонентов, а также, как правило, не снижают заметно их температуру, хотя именно эксплуатационный режим работы для механических систем является доминирующим.

Цель изобретения - максимально уменьшить и очистить вредные выбросы в атмосферу газов от работающих моторов/двигателей различной техники, одновременно снижая температуру и скорость выхлопных газов.

Технически важная для сбережения чистоты экологии проблема решена в следующих вариантах с учетом защиты окружающей среды от наиболее канцерогенных химических веществ/элементов или их композиций и с учетом интенсивности потока ядовитых газов. При этом снижение скорости потока газов улучшает возможность эффективности их нейтрализации.

Вот некоторые общие известные примеры нейтрализации, которые могут быть использованы в данном изобретении.

Варианты защиты от сероводорода H₂S: катализаторы, сорбенты, гидрофильтры. Как сероводород, так и двуокись углерода можно удалить использованием этаноламина или моноэтаноламина (при этом продувка воздухом обеспечивает десорбцию сероводорода). Наконец, минеральное масло нейтрализует сероводород, который растворяется в воде. При добавлении щелочей образуются сульфиты: 2NaOH+SO₂ -> Na₂SO₃+Н₂О. То есть, раствор щелочи в виде едкого натра удаляет сероводород.

При недостатке кислорода: 2H₂S^-2+O₂ -> 2S⁰+2Н₂О; при избытке кислорода: 2H₂S^-2+3O₂ -> 2S⁺⁴O₂+2Н₂О. Растворимые сульфиды получаются действием сероводорода на щелочи: H₂S+2КОН -> K₂S+2Н₂О. Растворять сероводород помогает гидроксид трехвалентного железа и природный бишофит. В составе бишофита есть следующие элементы: магний; йод; натрий; бром; калий; железо; кальций; медь и т.д. Для очистки газов от H₂S и от СО₂ также применяют метиловый эфир полиэтиленгликоля формулы СН₃-O(CH₂CH₂O)_х-Н, где х=2-5, при следующем содержании ингредиентов, мас. %: Алканоламин или смесь алканоламинов - 10-65 метиловый эфир полиэтиленгликоля - 5-15, вода - остальное.

Варианты защиты от оксида углерода: Оксид углерода (II) - СО является одним из основных кислородосодержащих соединений углерода. Оксид углерода (II) - угарный газ - соединение без запаха и цвета, горит голубоватым пламенем, легче воздуха и плохо растворим в воде, но растворим, как и бензапирен, в органических растворителях (например, в толуоле). Эффективно также применение каталитического окисления и нагревание (последнее не всегда допустимо для рассматриваемой техники). При эксплуатации дизелей концентрация СО в выхлопных газах невелика (примерно 0,1-0,2%), поэтому, как правило, концентрацию СО контролируют лишь для бензиновых двигателей.

Варианты защиты от фенола и формальдегида: поглощения жидким абсорбентом; нафталин; раствор щелочи (едкий натр), имеющий в своем составе нитраты, хлориды, сульфаты и др.

Варианты защиты от оксида азота NO: нагрев с окислением или каталитический метод. Двуокись азота удаляется использованием КаОН. Чем выше температура, тем выше концентрация NOx. Кроме того, чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота. Оксиды азота (NO, NO₂, N₂O, N₂O₃, N₂O₅, в дальнейшем NOx) в разной степени токсичны. Нейтрализация азотной кислоты делается пищевой или каустической содой. В воду надо добавлять немного, как только пузырьки перестали выделяться, то хватит. Или можно использовать гидроксид калия. Три из пяти оксидов азота реагируют с водой, образуя азотистую и азотную кислоты. Азотистая кислота является слабой и неустойчивой. Соли азотистой кислоты (нитриты) устойчивы; нитриты калия и натрия можно получать растворением оксида азота (IV) в щелочи: N₂O₄+2NaOH=NaNO₂+NaNO₃. Соли азотистой кислоты хорошо растворимы в воде.

Варианты защиты от сажи (технический углерод): высокодисперсный продукт; диаметр частиц дизельной сажи лежит в пределах 10…100 нм. Сажа состоит в основном из углерода (не менее 90%), содержит до 5% хемосорбированного кислорода О₂, до 0,8% Н₂, до 1,1% S и до 0,45% минеральных примесей. Удаления сажи заключаются в применении уксуса, лимонной кислоты и бытовых моющих средств. Более эффективно использовать средство от сажи и копоти DOCKER MAZBIT PLUS. Средство представляет собой концентрат на основе усиленных щелочных композитов и органических моющих присадок. Известно также, что применение теплой воды или подогрев раствора значительно увеличивают эффективность очистки. Оптимальная рабочая температура готового раствора от 20 до 60°С.

Таким образом, имеем порядка пяти вариантов неблагоприятных воздействий выхлопных газов на окружающую среду, от которых следует постараться максимально избавиться в период эксплуатации техники и даже в стационарных режимах при включенных моторах/двигателях.

Конструктивные решения реализуются в виде секционных блоков с использованием в каждом из них различных способов улавливания и очистки выхлопных газов. Все состыкованные секции в виде емкостей в отдельности быстросъемные, но одновременно прикрепленные к общей пластине, прикрепленной к кузову (обычно к днищу автомобиля). Каждая секция/блок выполняет свои основные функции нейтрализации и очистки выхлопных газов. При этом каждая следующая секция по отношению к предыдущей соединена трубой (для компактности размещения и прохода газа) в противоположном направлении, то есть в виде змеевика, то в сторону багажника, то в сторону носовой части автомобиля. Назначения секций/блоков (хотя последовательность порядка соединения секций может быть и иной):

секция 1 (в основном защита от сероводорода H₂S и от СО₂) содержит минеральное масло (или иное, например, синтетическое, полусинтетическое, всесезонное и др., а в периоды весна-лето-осень можно вместо масла использовать воду), едкий натр, бишофит, вода; либо алканоламин (10-70%), метиловый эфир (5-10%), полиэтиленгликоль (5-15%) и остальное вода;

секция 2 (в основном защита от оксида углерода СО) содержит в примерно равном соотношении толуол и воду;

секция 3 (в основном защита от фенола и формальдегида) содержит раствор щелочи в виде едкого натра;

секция 4 (в основном защита от оксида азота и общего NOx) содержит гидроксид калия и воду;

секция 5 (в основном защита от сажи - технического углерода) содержит щелочные композиты и органические моющие присадки.

Работа многосекционной/каскадной блочной системы по очистке и нейтрализации выхлопных газов происходит следующим образом.

От работающего двигателя газ попадает по трубе в первую секцию, где в основном очищается от сероводорода и углекислого газа. Далее газ попадает по соединительной трубе во вторую секцию, где в основном нейтрализуется оксид углерода. Затем по соединительной трубе газ попадает в следующую третью секцию, где очищается от фенола и формальдегида. В четвертой секции газ в основном очищается от NOx. Наконец в пятой секции происходит очистка газа от сажи.

Естественно, что вместо, или в дополнение к перечисленным способам, можно осуществлять нейтрализацию и очистку вредных химических компонентов выхлопных газов и иными известными способами, также встраиваемыми друг за другом в блоки змеевидного вида (для компактности размещения), то есть в секционную цепочку. Например, используя сажевый фильтр или систему DOCKER MAZ, теплую воду, нафталин, гидрофильтры, кальцинированную или пищевую соду, гели, глицерин и иные способы и составы. Однако на сегодняшний день предложенный вариант является, пожалуй, наиболее простым и эффективным с позиции комплексной защиты экологии. Кроме того, изложенный способ позволяет также почти полностью уменьшить температуру выхлопного газа до температуры окружающей среды (особенно при движении транспорта и обдуве его окружающим воздухом) и может быть применен на судах, самолетах и в иной специальной технике.

Изобретение относится к машиностроению, например к автомобильному транспорту, специальной технике (трактора, экскаваторы, бульдозеры, военная техника и т.п.), суда (речные и морские), самолеты, тепловозы и др. Способ улавливания и очистки выхлопных газов характеризуется тем, что очистку и нейтрализацию выхлопных газов осуществляют в установленных на общей пластине, прикрепленной к днищу кузова транспортного средства, быстросъемных секциях/сборниках в виде емкостей, соединенных в виде змеевика между собой трубами поблочно, содержащих в каждом блоке улавливающие и нейтрализующие средства от сероводорода, оксида углерода, фенола и формальдегида, оксида азота (и NOx), от сажи. Секции/сборники расположены в любом порядке. Секция, в которой осуществляют очистку от сероводорода H₂S и от СО₂, содержит минеральное масло, или щелочь (едкий натр), или бишофит, или полиэтиленгликоль. Секция, в которой осуществляют очистку от оксида углерода СО, содержит толуол и воду. Секция, в которой осуществляют очистку от фенола и формальдегида, содержит раствор щелочи в виде едкого натра или нафталин. Секция, в которой осуществляют очистку от оксида азота и общего NOx, содержит гидроксид калия и воду. Секция, в которой осуществляют очистку от сажи, содержит щелочные компоненты и органические моющие присадки. Технический результат: максимально уменьшить и очистить вредные выбросы в атмосферу газов от работающих моторов/двигателей различной техники, одновременно снижая температуру и скорость выхлопных газов.

Способ улавливания и очистки выхлопных газов, характеризующийся тем, что очистку и нейтрализацию выхлопных газов осуществляют в установленных на общей пластине, прикрепленной к днищу кузова транспортного средства, быстросъемных секциях/сборниках в виде емкостей, соединенных в виде змеевика между собой трубами поблочно, содержащих в каждом блоке улавливающие и нейтрализующие средства от сероводорода, оксида углерода, фенола и формальдегида, оксида азота (и NOx), от сажи, при этом секции/сборники расположены в любом порядке, причем секция, в которой осуществляют очистку от сероводорода H₂S и от СО₂, содержит минеральное масло, или щелочь (едкий натр), или бишофит, полиэтиленгликоль; секция, в которой осуществляют очистку от оксида углерода СО, содержит толуол и воду; секция, в которой осуществляют очистку от фенола и формальдегида, содержит раствор щелочи в виде едкого натра или нафталин; секция, в которой осуществляют очистку от оксида азота и общего NOx, содержит гидроксид калия и воду; секция, в которой осуществляют очистку от сажи, содержит щелочные компоненты и органические моющие присадки.