УЛУЧШЕННЫЕ РАМНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ МОНОЛИТОВ Российский патент 2022 года по МПК F01N13/00 F01N3/28 

Данное изобретение относится к улучшенному рамному элементу, который поддерживает монолиты, содержащие катализаторы, внутри рамы, где рамный элемент с катализатором сконфигурирован, чтобы быть размещенным в потоке выхлопных газов от двигателя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ДАННОМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ

Данное изобретение относится к рамным элементам, применяемым в каталитических модулях для обработки выхлопных газов от стационарных источников горения, имеющих систему выпуска выхлопных газов, пропускающую выхлопные газы через опорную конструкцию, содержащую один или более монолитов, каждый из которых содержит один или более катализаторов. Стационарная система сжигания может быть любой системой, которая сжигает топливо на углеводородной основе, которое не применяют в дорожных автомобилях, грузовиках или самолетах. Они могут являться, например, системами, работающими на угле, системами, работающими на жидком топливе (нефти) или газовыми турбинами. Стационарные системы сжигания могут также быть применены для морских судов, где системы сжигания, такие как дизельные двигатели, применяют для больших контейнерных или круизных судов. Стационарные системы сжигания обычно функционируют непрерывным образом при постоянной, статической нагрузке, в то время как мобильные системы сжигания обычно функционируют при переменных нагрузках.

Сжигание углеводородов в этих системах и в двигателях, применяемых в передвижной технике, образует выхлопные газы, которые должны быть обработаны, чтобы удалить загрязняющие вещества, такие как оксиды азота (NO_x), монооксид углерода (CO) или углеводороды (HC), которые образованы. NO_x известны как вызывающие ряд проблем со здоровьем у людей и животных, а также вызывающие ряд эффектов, вредных для окружающей среды, которые включают образование смога и кислотного дождя. CO является токсичным для людей и животных, и HC могут вызывать неблагоприятные воздействия на здоровье. Для того, чтобы уменьшить воздействие на людей и окружающую среду этих загрязняющих веществ, особенно NO_x, в выхлопных газах, желательно исключить эти нежелательные компоненты, предпочтительно посредством процесса, который не образует другие вредные или токсичные вещества.

Стационарные системы сжигания могут быть оснащены системой контроля выбросов, которая снабжена каталитическими модулями. Фиг. 1 представляет собой изображение каталитического модуля, известного в данной области техники. Каталитические модули являются структурами, содержащими множество рамных элементов, где каждый рамный элемент может включать множество монолитов, каждый из которых содержит носитель катализатора и один или более катализаторов. Каталитические модули устанавливают в канале для дымовых газов системы контроля выбросов, и дымовые газы, которые должны быть очищены, протекают через монолиты во время функционирования. Канал для дымовых газов может типично иметь площадь поперечного сечения, которая составляет несколько квадратных метров и может составлять от десятков до сотен квадратных метров. Размеры канала для дымовых газов могут в значительной степени зависеть от многих факторов, включая размер двигателя, условия, при которых двигатель функционирует, допустимое противодавление, и т.д. В некоторых случаях, канал для дымовых газов может иметь прямоугольное поперечное сечение с шириной и высотой канала, равными каждая несколько метров, например, 10 м x 10 м. Вся площадь поперечного сечения канала для дымовых газов покрыта одним или более каталитическими модулями. Каталитические модули располагают один рядом с другим, так что все дымовые газы проходят через монолиты, контактируют с катализатором(ами) на монолитах или в них и становятся очищенными. Множество каталитических модулей, например, от двух до пяти, могут быть расположены один рядом с другим в ряды и столбцы, часто включенные в несущий каркас, внутри канала для дымовых газов (Фиг. 2). Каталитические модули сами по себе обычно имеют прямоугольное поперечное сечение с длиной кромки в несколько метров.

В направлении потока дымовых газов, каталитические модули часто располагают в нескольких плоскостях, расположенных одна за другой. В некоторых видах применения, каталитические модули могут быть протянуты на несколько метров и даже вплоть до 10-15 метров в направлении потока (Фиг. 3). Для некоторых видов применения, таких как судовые или газовые турбины, сравнительно жесткие условия окружающей среды в отношении механических напряжений могут присутствовать для каталитических модулей. Например, на морских судах может иметь место подвергание воздействию усилий, в несколько раз превышающих силу тяжести. Кроме того, особенно для больших поперечных сечений каталитических модулей, применяемых с газовыми турбинами, должны приниматься во внимание механические напряжения вследствие землетрясений.

Каталитические модули могут быть сконструированы при применении рамы для штабелирования, в которую вставлено множество узлов рамных элементов, где рамные элементы включают монолиты, содержащие один или более катализаторов. Дымовые газы протекают через отдельные монолиты в направлении потока дымовых газов. Монолиты также известны как катализаторы сотового типа. Эти катализаторы сотового типа обычно изготавливают из керамического материала, и они имеют множество каналов для протекания через монолит в направлении протекания газового потока. В установленном, рабочем состоянии, дымовые газы протекают через проточные каналы в монолите, где они взаимодействуют с катализатором в монолите или в покрытии на поверхности монолита и становятся очищенными.

Типичной проблемой, с которой сталкиваются при применении этих систем для обработки, является то, что материал, размещенный между монолитами и частями рамных элементов, чтобы предоставлять уплотнение и, следовательно, газонепроницаемость, т.е. отсутствие байпасного обтекания катализатора, а также, чтобы действовать в качестве амортизатора против вибраций, не может оставаться в месте расположения в течение нормального применения, за исключением случаев, когда материал специально спроектирован и предоставлен в качестве специального типа мата, который имеет сравнительно высокую стоимость. Мат между рамным элементом и монолитом, содержащим один или более катализаторов, размещают в рамном элементе непосредственно перед свариванием рамного элемента. В ситуациях, когда имеют место периодические механические напряжения, которые являются типичными в условиях системы выпуска выхлопных газов, где вибрирование двигателя приводит к ударному и вибрационному воздействию, мат может перемещаться по отношению к раме и монолиту. Это перемещение может приводить к разрушению монолита вследствие сравнительно низкой механической стабильности системы в отношении ударного и вибрационного воздействия.

Современные рамные элементы имеют металлические закрылки или выступы, которые частично покрывают впускную и/или выпускную поверхности монолита, так что примерно 15% ячеек катализатора не подвергаются непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов.

Обычные элементные рамы также имеют блокирующие элементы в центе впускной и выпускной поверхности. Одной из функций блокирующего элемента является защита зазоров между монолитами от непосредственного протекания выхлопных газов. Блокирующий элемент приварен без предварительного напряжения, что приводит к относительно низкой механической стабильности в отношении ударного и вибрационного воздействия.

Современные конструкции рамных элементов не предоставляют механизм присоединения рамных элементов непосредственным образом один к другому. Возможность присоединения рамных элементов один к другому может устранять необходимость в каталитическом модуле, когда требуется лишь небольшое число рамных элементов.

Являлось бы также желательным иметь каталитический модуль, который предоставляет возможность экономически эффективному материалу быть размещенному между монолитами и металлической рамой рамного элемента, чтобы предоставлять уплотнение и чтобы предоставлять возможность действия в качестве амортизатора против вибраций, который может оставаться на месте в течение нормального применения и также обеспечивать наибольшее возможное поперечное сечение катализатора, все это при условиях жестких механических напряжений.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В первом аспекте данное изобретение относится к рамному элементу для поддержания монолитов, содержащих катализаторы, в потоке выхлопных газов от источников горения, данный рамный элемент содержит две пары противоположных стенок, где стенки образуют прямоугольную или квадратную форму, внутреннее пространство, образованное стенками, впускной конец, выпускной конец, по меньшей мере один блокирующий элемент, по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит, содержащий впуск, выпуск, четыре стороны и по меньшей мере один катализатор, эффективный в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах, где по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит расположены во внутреннем пространстве рамного элемента так, что по меньшей мере один мат расположен между монолитом и каждой смежной стенкой, каждый блокирующий элемент расположен поперек впускного конца или выпускного конца рамного элемента и соединен с двумя противоположными сторонами рамного элемента, причем части рамного элемента на впуске и выпуске рамного элемента содержат один или более вырезов и/или блокирующие элементы содержат один или более вырезов.

Согласно одному варианту осуществления менее чем 10%, предпочтительно менее чем 8%, более предпочтительно менее чем 7%, еще более предпочтительно менее чем 6%, наиболее предпочтительно менее чем 5% секций катализатора не подвержены непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов.

Согласно одному варианту осуществления блокирующий элемент содержит вырез, где вырез выполнен с возможностью обеспечения увеличения числа секций в монолите, которые подвержены непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов при воздействии на каталитический модуль выхлопными газами от источника выхлопных газов.

Согласно одному варианту осуществления менее чем 10%, предпочтительно менее чем 8%, более предпочтительно менее чем 7%, еще более предпочтительно менее чем 6%, наиболее предпочтительно менее чем 5% секций катализатора не подвержены непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов.

Согласно одному варианту осуществления два монолита или более расположены во внутреннем пространстве рамного элемента, по меньшей мере два монолита расположены смежным образом друг с другом, и по меньшей мере один мат расположен между монолитами, которые расположены смежным образом друг с другом.

Согласно одному варианту осуществления по меньшей мере два блокирующих элемента расположены на впускном конце рамного элемента, и по меньшей мере два блокирующих элемента расположены на выпускном конце рамного элемента.

Согласно одному варианту осуществления, когда элемент содержит по меньшей мере два монолита, пространство образовано между смежными монолитами, и по меньшей мере один из блокирующих элементов расположен поверх, и предпочтительно в центре, пространства между двумя монолитами.

Согласно одному варианту осуществления каждая стенка содержит множество выступов, проходящих во внутреннее пространство.

Согласно одному варианту осуществления толщина мата выбрана так, что мат выполнен с возможностью заполнения зазора между монолитом и рамным элементом и обеспечения амортизации, что делает возможным противостояние монолита поверхностному давлению по меньшей мере 100 Н/мм² поверхностного давления, при сжатии рамного элемента во время сборки.

Согласно одному варианту осуществления монолит имеет номинальную ширину N и фактическую ширину A, толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину A, равную номинальной ширине N, составляет B, и желательная толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, составляет:

a) B+(A-C) когда C < A;

b) B когда C=A; и

c) B - (C-A) когда C > A,

в котором фактическая толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, является наиболее близкой толщиной коммерчески доступного мата материала шириной B.

Согласно одному варианту осуществления монолит содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR); катализатор окисления; или фильтр.

Согласно одному варианту осуществления рамный элемент содержит множество монолитов, где два монолита или более расположены так, что выпуск одного монолита является смежным с впуском другого монолита, и поток выхлопных газов проходит последовательно через по меньшей мере два монолита.

Согласно одному варианту осуществления два монолита или более расположены так, что выпуск одного монолита является смежным с впуском другого монолита, и монолиты содержат катализаторы, обладающие одной и той же или различной функциональностью.

Во втором аспекте данное изобретение относится к системе выпуска выхлопных газов, содержащей рамный элемент в соответствии с первым аспектом данного изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 является трехмерным изображением каталитического модуля.

Фиг. 2 является схемой, показывающей расположение модулей в поперечном сечении выпускного канала.

Фиг. 3 является схемой, показывающей вид сверху расположения пяти групп модулей, размещенных один за другим в направлении протекания газа внутри выпускного канала.

Фиг. 4 является трехмерным изображением рамного элемента.

Фиг. 5 является трехмерным изображением рамного элемента с четырьмя монолитами в рамном элементе.

Фиг. 6 представляет собой изображение части рамного элемента, показанной с впускной и/или выпускной стороны, показывающее две части, каждая со смежными стенками и вырезами с впускной и/или выпускной стороны.

Фиг. 7 изображает вид с торца рамного элемента с присоединенным блокирующим элементом.

Фиг. 8 изображает вид сбоку рамного элемента.

Фиг. 9 изображает вид поперечного сечения рамного элемента с двумя монолитами в поперечном сечении рамного элемента.

Фиг. 10 изображает вид поперечного сечения выступа на рамном элементе.

Фиг. 11 изображает вид сбоку рамного элемента, содержащего четыре монолита.

Фиг. 12 изображает вид сбоку рамного элемента, содержащего шесть монолитов.

Фиг. 13 является трехмерным изображением рамного элемента, имеющего на каждой из сторон выступающую часть для соединения данного рамного элемента с другими рамными элементами.

Фиг. 14 представляет собой изображение двух соединенных блокирующих элементов с вырезами.

Фиг. 15 является трехмерным изображением трех рамных элементов со сторонами, имеющими выступающую часть для соединения рамного элемента с другими рамными элементами, где рамные элементы содержат монолиты.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как использовано в данном описании и в прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа подразумевают включение формы множественного числа, если только из контекста ясно не следует иное. Соответственно, например, ссылка на «катализатор» включает смесь двух катализаторов или более, и т.п.

Термин «по существу весь» означает по меньшей мере 90%, предпочтительно по меньшей мере 95%, предпочтительно по меньшей мере 97%.

Термин «носитель» означает инертный материал, на котором закреплен катализатор.

Термин «рамный элемент» означает структуру, содержащую четыре стенки, каждая стенка содержит множество выступов, где четыре стенки образуют прямоугольную или квадратную форму и определяют внутреннее пространство рамного элемента таким образом, что содержат множество монолитов, каждый из которых имеет по меньшей мере один мат, покрывающий часть каждой стороны монолита. Рамный элемент может также содержать блокирующий элемент на впускной стороне поперечного сечения, который применяют для защиты материала мата от непосредственного воздействия кинетической энергии прямого потока и чтобы действовать в качестве поперечины для высокой механической стабильности. Рамный элемент может быть изготовлен из стали, где сталь является любой из различных марок стали.

Термин «блокирующий элемент» означает структуру, которая поддерживает монолит в рамном элементе. Блокирующий элемент обычно изготовлен из того же самого материала, что и рамный элемент, т.е. из любой стали из различных марок.

Термин «вырез» означает часть или секцию рамного элемента или блокирующего элемента, которая не присутствует и предоставляет уменьшение в площади поверхности рамного элемента или блокирующего элемента по отношению к потоку выхлопных газов, когда рамный элемент или блокирующий элемент установлен в потоке выхлопных газов. Вырез увеличивает число ячеек в монолите, которые подвергаются непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов. Термин «подвергаются непосредственным образом» означает, что выхлопные газы поступают в ячейки в монолите на отверстиях на впускной стороне монолита.

«Мат» следует понимать как означающий комбинацию минеральных стеклянных или металлических волокон, например, в форме тканого материала, вязаного материала, нерегулярного слоя или т.п. Мат может также относится к ткани, ваточному холсту или нетканому материалу. Применяемые волокна включают материал, который может противостоять высоким температурам и устойчив к коррозии. Они могут включать, в частности, материал на основе железа, к которому добавлены легирующие элементы, при присутствующем выгодным образом по меньшей мере одном легирующем элементе, выбранном из никеля (8-11 масс.%) или хрома (17-24 масс.%). Один из примеров подходящих волокон содержит 70 масс.% железа, 17 масс.% хрома и 8 масс.% никеля, хотя обычные примеси могут, разумеется, также присутствовать. Мат может быть изготовлен посредством применения волокон, которые являются одинаковыми или различными (например, в отношении длины волокна и диаметра волокна). Применяемые волокна могут также содержать материал на основе минерала или стекла. Мат может находиться в форме единой части или может находиться в форме полос, где полосы покрывают всю сторону или часть одной или более сторон монолита или же окружают лишь часть монолита.

Термин «каталитический модуль» означает структуру, образованную множеством рамных элементов или содержащую множество рамных элементов.

В первом аспекте данного изобретения рамный элемент для поддержания монолитов, содержащих катализаторы, в потоке выхлопных газов от источников горения содержит две пары противоположных стенок, где стенки образуют прямоугольную или квадратную форму, внутреннее пространство, образованное стенками, впускной конец, выпускной конец, по меньшей мере один блокирующий элемент, по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит, содержащий впуск, выпуск, четыре боковых стороны и по меньшей мере один катализатор, эффективный в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах, где по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит расположены внутри рамного элемента при по меньшей мере одном мате между монолитом и каждой смежной стенкой, каждый блокирующий элемент расположен поперек впускного конца или выпускного конца рамного элемента и соединен с двумя противоположными сторонами рамного элемента. По меньшей мере одна стенка, предпочтительно каждая стенка, может содержать множество выступов, которые вытянуты во внутреннее пространство рамного элемента. Множество выступов могут быть сконфигурированы, чтобы контактировать с матом и поддерживать мат на монолите, содержащем один или более катализаторов, когда монолит расположен во внутреннем пространстве рамного элемента.

Фиг. 4 является трехмерным изображением рамного элемента. Рамный элемент содержит четыре стенки и для одной или более, предпочтительно для всех стенок, может содержать множество выступов, вытянутых во внутреннее пространство, образованное четырьмя стенками. Рамный элемент может поддерживать множество монолитов во внутреннем пространстве, образованном четырьмя стенками, как показано на Фиг. 5, 11 и 12. Рамный элемент может поддерживать монолиты в различных конфигурациях, таких как 1 к 2, 1 к 3, 3 к 3 и т.д. Длина (глубина) рамного элемента основана на длине монолитов и числе монолитов, которые могут быть размещены последовательно в рамном элементе.

Когда два монолита или более находятся во внутреннем пространстве рамного элемента, и по меньшей мере два монолита расположены смежным образом друг с другом, по меньшей мере один мат может быть расположен между монолитами, которые расположены смежным образом один рядом с другим. Предпочтительно по меньшей мере часть одного или более матов расположена: (a) между каждой стороной монолита и смежного монолита; и (b) между каждым монолитом и смежной стенкой рамного элемента.

Рамный элемент может быть сформирован посредством соединения четырех стенок одна с другой, чтобы образовать прямоугольную или квадратную форму, имеющую внутреннее пространство. Предпочтительно, рамный элемент может быть сформирован посредством соединения двух частей, каждая из которых содержит две стенки, совместно. Фиг. 6 показывает вид от впускного конца или выпускного конца двух частей (A и B), каждая из которых содержит две стенки, образованные посредством изгибания единой части. Стенки не показаны, поскольку они вытянуты на фигуре и скрыты посредством частей рамного элемента на входе и/или выходе, которые изогнуты к внутренней стороне рамного элемента. Части рамного элемента на входе и выходе рамного элемента предпочтительно содержат один или более вырезов, которые могут увеличивать площадь подвергания воздействию монолитов, расположенных внутри рамного элемента. Вырезы рамного элемента на входной и выходной стороне могут уменьшать число ячеек в монолите, которые не открыты для воздействия непосредственным образом потока выхлопных газов. Предпочтительно менее чем 10%, более предпочтительно менее чем 8%, еще более предпочтительно менее чем 7%, еще более предпочтительно менее чем 6%, наиболее предпочтительно менее чем 5% ячеек катализатора не подвергаются непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов.

Уменьшение числа ячеек в монолите, которые не подвергаются непосредственным образом воздействию газового потока, может приводить к более низкому противодавлению, увеличению подвергания выхлопных газов воздействию катализаторов и более высокой степени преобразования соединений в выхлопных газах в другие, более желательные соединения.

Части, содержащие стенку, могут быть соединены совместно, предпочтительно посредством сваривания.

Фиг. 7 изображает вид рамного элемента с впускного или выпускного конца с двумя присоединенными блокирующими элементами. Монолиты с их боковой стенкой, по меньшей мере частично покрытой матами, размещены внутри стенок рамного элемента. Каждый блокирующий элемент может быть соединен с каждой из четырех сторон посредством сваривания. Блокирующие элементы, показанные на Фиг. 7, не имеют вырезов. Предпочтительно блокирующие элементы будут содержать один или более вырезов.

Фиг. 8 изображает вид сбоку рамного элемента, где стенка рамного элемента имеет длину, которая является примерно такой же, что и длина монолита. Ширина стенки рамы зависит от того, имеется ли единственный монолит, или более монолитов, предпочтительно два или три, расположены смежным образом один с другим напротив стенки. Когда лишь единственный монолит располагают напротив стенки, ширина стенки примерно эквивалентна размеру монолита напротив стенки плюс толщины двух матов. Когда множество монолитов располагают напротив стенки, ширина стенки примерно эквивалентна сумме размеров монолитов вдоль стенки плюс число монолитов, умноженное на толщины двух матов. В зависимости от того, как соединяют стенки, может потребоваться сделать поправку в отношении толщины стенки и производственного допуска монолитов.

Фиг. 9 изображает вид поперечного сечения рамного элемента, показывающий каналы через монолиты и выступы в стенках рамного элемента. На этом чертеже два монолита расположены один рядом с другим при их проточных каналах, имеющих одно и то же направление потока. Секция на чертеже, обозначенная «Z», показана увеличенной на Фиг. 10, чтобы показать детали выступов.

Два монолита или более могут быть расположены последовательно внутри рамного элемента, как показано на Фиг. 11 и 12. Рамный элемент может содержать множество монолитов, где два монолита или более располагают таким образом, что выпуск первого монолита является смежной с впуском второго монолита, и поток выхлопных газов проходит последовательно через по меньшей мере два монолита. Когда применяют три монолита или более, выхлопные газы, выходящие из второго монолита, могут поступать в третий монолит. В этих конфигурациях, один или более монолитов могут быть расположены ниже по течению потока от одного или более монолитов в направлении протекания выхлопных газов через монолиты в рамном элементе.

Рамный элемент может содержать множество монолитов, где два монолита или более расположены таким образом, что выпуск одного монолита является смежной с впуском другого монолита, и монолиты содержат катализаторы, обладающие одной и той же функциональностью. Термин «обладающие одной и той же функциональностью» означает, что катализаторы, смежные один с другим, выполняют один и тот же тип химических реакций, таких как селективное каталитическое восстановление (SCR), окисление аммиака, окисление углеводородов, окклюдирование NO_x, окклюдирование кислорода, и т.д.

Рамный элемент может содержать множество монолитов, где два из двух или более монолитов расположены таким образом, что выпуск одного монолита является смежной с впуском другого монолита, и монолиты содержат катализаторы, обладающие различной функциональностью. Термин «обладающие различной функциональностью» означает, что катализаторы, расположенные смежным образом один рядом с другим, выполняют разные типы химических реакций. Возможны многочисленные виды конфигурации. Например, за монолитом, содержащим катализаторы для селективного каталитического восстановления (SCR), может следовать монолит, содержащий катализаторы для окисления аммиака. За монолитом, содержащим катализаторы для окисления углеводородов, может следовать монолит, содержащий катализаторы для селективного каталитического восстановления (SCR). За монолитом, содержащим катализатор, предоставляющий окклюдирование NO_x, может следовать монолит, содержащий катализаторы для селективного каталитического восстановления (SCR). Другие возможные комбинации катализаторов, известны специалистам в данной области техники.

По меньшей мере одна стенка рамного элемента может содержать вытянутую секцию, данная вытянутая секция содержит множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.

По меньшей мере две стенки рамного элемента могут содержать вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.

Каждая из четырех сторон рамного элемента может содержать вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.

Вытянутые секции могут присутствовать на впускной стороне, выпускной стороне или как на впускной, так и на выпускной сторонах рамного элемента. Фиг. 13 показывает рамный элемент, где каждая из сторон (30) содержит вытянутую секцию (34), содержащую множество отверстий. Два типа отверстий, круглые отверстия и щелевые отверстия, показаны на Фиг. 13. Могут быть использованы другие формы или комбинации форм.

Выступы

Одна из множества стенок, предпочтительно каждая стенка, может содержать множество выступов, вытянутых во внутреннее пространство.

Число и размер выступов на стенке могут варьироваться в зависимости от нескольких факторов, включающих, однако не ограниченных ими, физические свойства мата, размер мата и число матов, примененных в расчете на стенку, и размер стенки рамного элемента. Фиг. 7 показывает рамный элемент с каждой стенкой, имеющей 25 выступов в виде матрицы 5×5.

Функцией выступов является поддерживание мата между стенкой и монолитом, чтобы препятствовать разрушению или повреждению монолита посредством сдвиговых усилий. Когда единственный мат применяют, чтобы покрывать все четыре стороны монолита, меньшее число выступов может требоваться, чем когда два или более мата применяют, чтобы покрывать каждую сторону монолита. Если мат находится в форме полос, где две полосы или более применяют на стороне монолита, больше выступов может потребоваться, чем когда единственный мат применяют, чтобы покрыть все четыре стороны монолита. Фиг. 9 изображает вид поперечного сечения выступа на рамном элементе, где выступ имеет высоту (h) и ширину основания (w). Чем больше высота выступа по отношению к площади основания выступа, тем более вероятно, что выступ может нарушать целостность мата в течение нормального применения вследствие вибраций. Однако выступ, имеющий небольшую высоту по сравнению с площадью основания выступа, может менее вероятным образом нарушать целостность мата в течение нормального применения, и сравнительно большое основание способствует улучшению контактирования с большей площадью поверхности мата. Высота выступа может составлять примерно 1 мм и выступ может иметь ширину примерно 6 мм. В зависимости от свойств мата, толщины стенки рамного элемента и материала, могут быть использованы выступы, имеющие другую высоту и величины ширины, такие как, например, 2 мм x 10 мм или 1 мм x 10 мм. Мат может быть разделен на большие полосы, имеющие ширину примерно такую же, что и толщина монолита. Мат может быть затем обернут вокруг монолита, и затем монолит, покрытый матом, может быть расположен в рамном элементе. Мат может также присутствовать в качестве двух или более полос, где суммарная ширина полос составляет менее чем или равна толщине монолита. Когда применяют две полосы, и суммарная ширина полос менее чем толщина монолита, предпочтительно, чтобы полосы были расположены со смещением относительно центра. Рамный элемент сжимают и затем стороны сваривают вместе и блокирующий элемент присоединяют посредством сваривания к четырем стенкам рамного элемента на впускном конце и выпускном конце.

Рамный элемент в соответствии с данным изобретением имеет улучшенные открытые передние поверхности для применения катализатора выхлопных газов, при одновременном предоставлении улучшенной механической стабильности в отношении ударного и вибрационного воздействия.

Монолит

Термин «монолит», также известный как катализатор «сотового» типа, означает носитель, имеющий множество тонких, параллельных каналов для протекания газа, протянутых от впускной до выпускной поверхности монолита таким образом, что каналы открыты для протекания текучей среды. Монолит может иметь прямоугольное, предпочтительно квадратное, поперечное сечение и поверхность для втекания потока. Поверхность монолитов может быть любых размеров, предпочтительно между 10 см и 30 см, включительно. Длина монолита в направлении потока обычно находится в интервале от 15 см до 150 см, хотя и другие длины могут быть применены. Ширина рамного элемента в направлении протекания выхлопных газов примерно равна длине монолита.

Монолит имеет впуск, выпуск, четыре стороны и множество каналов для протекания (или «ячеек»). Монолиты могут содержать вплоть до примерно 700 или более каналов на квадратный дюйм поперечного сечения, хотя гораздо меньше может быть использовано. Например, для стационарных видов применения носитель типично может иметь от примерно 9 до 600, более обычно от примерно 35 до 300, ячеек на квадратный дюйм («ячеек/кв.дюйм»). Каналы, которые являются по существу прямыми путями от их впускного отверстия для текучей среды до их выпускного отверстия для текучей среды, определены стенками, которые покрыты одним или более катализаторами, эффективными для обработки выхлопных газов, в качестве «покрытия из пористого оксида», так что газы, протекающие через каналы, контактируют с каталитическим материалом.

Среднему специалисту в данной области техники известны применение и выбор одного или более катализаторов для уменьшения выбросов оксидов азота, монооксида углерода, углеводородов, аммиака и других загрязняющих веществ, чтобы образовывать азот, воду и диоксид углерода, которые являются сравнительно безвредными соединениями. Монолит может содержать один или более катализаторов из катализатора селективного каталитического восстановления (SCR), катализатора окисления аммиака, катализатора окисления углеводородов, катализатора для окклюдирования NO_x, катализатора для окклюдирования кислорода, и т.д. Монолит может являться фильтром, таким как керамический фильтр. Могут присутствовать другие виды катализатора. Каналы для протекания в монолитной основе являются тонкостенными каналами, которые могут иметь любую подходящую форму поперечного сечения, такую как трапецеидальную, прямоугольную, квадратную, треугольную, синусоидальную, гексагональную, овальную, круговую, и т.д. Данное изобретение не ограничивается конкретным типом, материалом или геометрией основы. Монолит является обычно экструдированным материалом, предпочтительно керамической основой.

Керамические основы могут быть изготовлены из любого подходящего огнеупорного материала, такого как кордиерит, кордиерит-α-глинозем, α-глинозем, карбид кремния, нитрид кремния, диоксид циркония, муллит, сподумен, глинозем-кремнезем-оксид магния, силикат циркония, силлиманит, силикаты магния, циркон, петалит, алюмосиликаты и их смеси. Керамическая основа может обладать каталитической активностью сама по себе. В некоторых случаях, дополнительный каталитический материал не размещают на керамических основах, обладающих каталитической активностью.

Маты

Один или более маты могут образовывать уплотнение, ограничивающее перемещение выхлопных газов вокруг монолита. Маты могут предотвращать непосредственный физический контакт между монолитом и рамным элементом и предоставлять демпфирование в отношении ударного и вибрационного воздействия, приложенного к рамному элементу внешними усилиями. Маты, которые могут быть применены в этом изобретении, известны в данной области техники.

Единственный мат может покрывать по существу все четыре стороны монолита. По меньшей мере большая часть каждой из четырех сторон монолита может быть покрыта матом. Единственный мат может покрывать по существу все четыре стороны монолита. Одна или более частей мата может окружать весь или почти весь монолит. Мат может быть в форме полос, и полосы могут окружать лишь часть монолита.

По меньшей мере большая часть площади по меньшей мере одной стороны монолита может быть покрыта одним или более матами.

По меньшей мере большая часть площади каждой из по меньшей мере двух сторон монолита может быть покрыта одним или более матами.

По меньшей мере большая часть площади каждой из четырех сторон монолита может быть покрыта одним или более матами.

Толщина мата может быть выбрана таким образом, что мат заполняет зазор между монолитом и рамным элементом и предоставляет амортизацию, что делает возможным противостояние монолита поверхностному давлению по меньшей мере примерно 100, предпочтительно примерно 150, более предпочтительно примерно 200 Н/мм² поверхностного давления, когда рамный элемент сжимают во время сборки.

Толщина одного или более матов, которые применяют с монолитом, может быть определена на основании размера монолита, с которым мат контактирует. Монолиты коммерчески доступны в различных размерах, при производственном допуске каждого размера монолита, зависящем от производителя. Монолит, имеющий поперечное сечение 150×150 мм, может иметь производственный допуск ±3 мм. Посредством наличия матов разной толщины, для монолита, имеющего фактическое поперечное сечение 149×149 мм, может быть применен мат, который толще, чем тот, что применяют для монолита, имеющего поперечное сечение 153×153 мм. Мат, применяемый для монолита, имеющего фактическое поперечное сечение 153×153 мм, может быть тоньше, чем мат, применяемый для монолита, имеющего фактическое поперечное сечение 150×150 мм.

Когда монолит имеет номинальную ширину N и фактическую ширину A, толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину A, равную номинальной ширине N, составляет B, и желательная толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, составляет:

a) B+(A-C) когда C < A;

b) B когда C=A; и

c) B - (C-A) когда C > A,

где фактическая толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, является наиболее близкой толщиной коммерчески доступного мата материала шириной B.

Два мата могут быть использованы, чтобы получить желательную толщину.

Блокирующий элемент

Рамный элемент содержит один или более блокирующих элементов, где каждый блокирующий элемент вытянут вдоль впускного конца и/или выпускного конца рамного элемента и соединен с противоположными стенками рамного элемента. Блокирующие элементы поддерживают монолиты внутри рамного элемента и предотвращают перемещение противоположных стенок рамного элемента. Фиг. 5 и 13 показывают каждая рамный элемент, содержащий четыре монолита в конфигурации 2 на 2 с двумя блокирующими элементами, где каждый блокирующий элемент расположен поверх сторон двух смежных монолитов и зазора между монолитами. В случае рамного элемента с 1 до 3 монолитов, каждая из впускной стороны и выпускной стороны может содержать два блокирующих элемента, при том, что каждый блокирующий элемент расположен поверх зазора между двумя смежными монолитами.

Блокирующие элементы предпочтительно содержат один или более вырезов. Вырез предоставляет увеличение в числе секций в монолите, которые подвергаются непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов, когда каталитический модуль подвергается воздействию выхлопных газов от источника выхлопных газов. Когда блокирующий элемент не содержит вырезы, большее число секций в монолитах покрыто блокирующим элементом, и это уменьшает число секций, которые вступают в непосредственный контакт с выхлопными газами. Ширина выреза блокирующего элемента является такой, что зазор между монолитами является покрытым. При определении ширины выреза, необходимо учитывать производственный допуск величин ширины монолитов. Блокирующие элементы, расположенные на рамном элементе на впуске и выпуске (впускной и выпускной стороне), могут содержать вырезы таким образом, что предпочтительно менее чем 10%, более предпочтительно менее чем 8%, еще более предпочтительно менее чем 7%, еще более предпочтительно менее чем 6%, наиболее предпочтительно менее чем 5% секций катализатора, не подвергаются непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов. Это приводит к более низкому противодавлению и более высокой степени использования монолитов с катализаторами и поэтому к более высокой конверсии.

Когда по меньшей мере один элемент из (a) стенок рамного элемента на входной стороне и выходной стороне рамного элемента (как показано на Фиг. 6, 7 и 13) и (b) блокирующего элемента (как показано на Фиг. 13 и 14), содержит вырез, величина конверсии по меньшей мере одного из соединения из NH₃, NO_x, углеводородов и монооксида углерода больше, чем величина для сравнительного рамного элемента, не имеющего вырезов.

Фиг. 7 изображает вид рамного элемента с впускного или выпускного конца с двумя присоединенными блокирующими элементами. Монолиты с их боковой стенкой, по меньшей мере частично покрытой матами, размещены внутри стенок рамного элемента. Каждый блокирующий элемент может быть соединен с противоположными стенками посредством сваривания. Блокирующий элемент предпочтительно приваривают к рамному элементу при предварительном напряжении, которое минимизирует или предотвращает вздутие рамного элемента. Вздутие рамного элемента может приводить к более низкому поверхностному давлению и тем самым к более высокому риску перемещения монолитов под воздействием периодических механических напряжений, таких как ударные и вибрационные воздействия при типичных условиях функционирования системы выпуска выхлопных газов.

Каталитический модуль

В другом аспекте данного изобретения каталитический модуль может содержать рамный элемент в соответствии с первым аспектом данного изобретения.

Каталитические модули по данному изобретению могут относиться к одной из двух групп: имеющие периферийную раму и без периферийной рамы.

Каталитические модули с периферийной рамой известны в данной области техники, как показано, например, на Фиг. 1. Каталитические модули периферийной рамой могут иметь две стороны 10, верхнюю часть 11, нижнюю часть 12 и некоторое число пространств 15, образованных горизонтальными перегородками 13 и вертикальными перегородками 14. Рамный элемент в соответствии с первым аспектом данного изобретения, содержащий множество монолитов, содержащих один или более катализаторов, может быть вставлен в каждое из пространств 15. Предпочтительно рамные элементы содержат один или более блокирующих элементов, как описано выше.

Каталитический модуль без периферийной рамы может быть сформирован посредством комбинирования множества рамных элементов один с другим посредством размещения рамных элементов смежным образом один рядом с другим и расположения рамных элементов поверх других рамных элементов и соединения рамных элементов со смежными рамными элементами (см. Фиг. 15). Каталитический модуль без периферийной рамы является особенно применимым, когда требуется лишь небольшое число монолитов, и возможно избежать чрезмерного веса и сложности в применении каталитического модуля с периферийной рамой.

Предпочтительно рамные элементы соединяют со смежными рамными элементами. Смежные рамные элементы могут иметь уплотнительный элемент, такой как мат, расположенный между ними. Рамный элемент может быть соединен со смежными рамными элементами посредством сваривания, адгезивов, которые могут противостоять температурам, вибрациям и ударным воздействиям, которым каталитические модули подвергаются, когда они расположены в потоке выхлопных газов, или механических средств, таких как болты, гайки, анкеры и т.д. Предпочтительно, одна или более сторон рамных элементов содержит выступающую часть.

Рамные элементы в каталитическом модуле могут быть расположены, чтобы минимизировать прохождение выхлопных газов обходным образом вокруг рамных элементов, когда каталитический модуль установлен в системе выпуска выхлопных газов.

Каталитический модуль может содержать множество рамных элементов, где по меньшей мере одна стенка рамного элемента содержит вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом, и каждый рамный элемент соединен с одним или более рамными элементами на протяжении вытянутой секции рамных элементов.

Каталитический модуль содержит множество рамных элементов, где по меньшей мере одна стенка рамного элемента содержит вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом, и рамные элементы расположены таким образом, что имеет место минимальное прохождение выхлопных газов обходным образом вокруг рамных элементов.

Каталитический модуль может содержать множество рамных элементов, где по меньшей мере две стенки рамного элемента содержат вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом, и рамные элементы расположены таким образом, что имеет место минимальное прохождение выхлопных газов обходным образом вокруг рамных элементов.

Каталитический модуль может содержать множество рамных элементов, где по меньшей мере каждая из четырех сторон рамного элемента содержит вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом, и рамные элементы расположены таким образом, что имеет место минимальное прохождение выхлопных газов обходным образом вокруг рамных элементов.

Каждый из рамных элементов в каталитическом модуле может быть соединен со смежным рамным элементом, когда рамные элементы содержат вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.

Каждый из рамных элементов в каталитическом модуле может быть соединен со всеми смежными рамными элементами, когда рамные элементы содержат вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.

Каталитический модуль может дополнительно содержать множество пространств, образованных горизонтальными перегородками и вертикальными перегородками, где рамный элемент, содержащий монолит и один или более матов, расположенных между каждой стороной каждого монолита, присутствует внутри пространства.

Каталитические модули могут быть закреплены непосредственно в выпускном канале или в большем реакционном пространстве, называемым реактором, в потоке выхлопных газов.

Система выпуска выхлопных газов может содержать рамный элемент в соответствии с первым аспектом данного изобретения.

Система выпуска выхлопных газов может содержать каталитический модуль, содержащий рамный элемент в соответствии с первым аспектом данного изобретения.

Когда монолит в рамном элементе, отдельно или в каталитическом модуле, содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), система выпуска выхлопных газов может дополнительно содержать средство для инжектирования восстановительной текучей среды, например, углеводородного или азотсодержащего восстановителя или их предшественника, в выхлопные газы выше по течению потока от рамного элемента. Предпочтительно данное средство содержит инжектор. Обычному специалисту в данной области понятно, что аммиак или некоторые другие виды восстановителя требуются, когда катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) применяют для конвертирования оксидов азота в азот. Такому специалисту будет понятно, каким образом добавлять реагент в выхлопные газы и применять катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) в данной системе. Такому специалисту также будет понятно, что средства для инжектирования восстановительной текучей среды в выхлопные газы выше по течению потока хорошо известны в данной области техники.

В еще одном аспекте данное изобретение относится к способу изготовления рамного элемента в соответствии с первым аспектом данного изобретения. Способ получения рамного элемента в соответствии с первым аспектом данного изобретения включает обертывание каждого монолита матом, размещение обернутого монолита внутри внутреннего пространства рамного элемента перед тем, как блокирующий элемент соединен с рамным элементом, и соединение блокирующих элементов с рамным элементом, наряду с тем, что рамный элемент, содержащий монолит, обернутый матом, подвергают сжимающему усилию. Предпочтительно рамный элемент сжимают при давлении по меньшей мере примерно 100 Н/мм², предпочтительно по меньшей мере примерно 150 Н/мм², более предпочтительно по меньшей мере примерно 200 Н/мм², в зависимости от природы мата.

В другом аспекте данное изобретение относится к способу изготовления каталитического модуля, содержащему множество рамных элементов в соответствии с первым аспектом данного изобретения. Данный способ включает формирование рамного элемента, содержащего один или более монолитов, один или более матов и один или более блокирующих элементов посредством обертывания каждого монолит матом, размещение обернутого монолита внутри рамного элемента, соединение одного или более блокирующих элементов с рамным элементом, наряду с тем, что рамный элемент, содержащий монолит, обернутый матом, подвергают сжимающему усилию, и (a) соединение одного или более рамных элементов один с другим, чтобы сформировать каталитический модуль, или (b) введение рамного элемента, содержащего один или более блокирующих элементов, в перегородку в раме в каталитическом модуле. Предпочтительно рамный элемент сжимают при давлении по меньшей мере примерно 100 Н/мм², предпочтительно по меньшей мере примерно 150 Н/мм², более предпочтительно по меньшей мере примерно 200 Н/мм², в зависимости от природы мата. Обычному специалисту в данной области будут понятны технологии и процедуры, применяемые для изготовления каталитического модуля, имеющего периферийную раму, где рамные элементы, описанные выше, могут быть расположены внутри перегородок в рамном элементе. Таким специалистам будут также понятны технологии и процедуры, применяемые для соединения рамных элементов, содержащих выступающую часть, как описано выше, один с другим при применении механических крепежных элементов.

Способ обработки выхлопных газов включает прохождение выхлопных газов через монолит внутри рамного элемента в соответствии с первым аспектом данного изобретения, где монолит содержит один или более катализаторов, эффективных в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах.

Способ увеличения количества катализатора, контактирующего с выхлопными газами, включает прохождение выхлопных газов через рамный элемент в соответствии с первым аспектом данного изобретения, где рамный элемент содержит вырез.

Данное изобретение может также быть определено в соответствии с одним или более из следующих определений:

1) Рамный элемент для поддержания монолитов, содержащих катализаторы, в потоке выхлопных газов от источников горения, данный рамный элемент содержит две пары противоположных стенок, где стенки образуют прямоугольную или квадратную форму, внутреннее пространство, образованное стенками, впускной конец, выпускной конец, по меньшей мере один блокирующий элемент, по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит, содержащий впуск, выпуск, четыре боковых стороны и по меньшей мере один катализатор, эффективный в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах, где по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит расположены внутри рамного элемента при по меньшей мере одном мате между монолитом и каждой смежной стенкой, каждый блокирующий элемент расположен поперек впускного конца или выпускного конца рамного элемента и соединен с двумя противоположными сторонами рамного элемента.

2) Рамный элемент по пункту 1), где два монолита или более находятся во внутреннем пространстве рамного элемента, по меньшей мере два монолита расположены смежным образом друг с другом, и по меньшей мере один мат расположен между монолитами, которые расположены смежным образом один рядом с другим.

3) Рамный элемент по пункту 1) или 2), где по меньшей мере два блокирующих элемента расположены на впускном конце рамного элемента, и по меньшей мере два блокирующих элемента расположены на выпускном конце рамного элемента.

4) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 3), где, когда рамный элемент содержит по меньшей мере два монолита, пространство образовано между смежными монолитами, и по меньшей мере один из блокирующих элементов расположен поверх, и предпочтительно в центре, пространства между двумя монолитами.

5) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 4), где каждый блокирующий элемент соединен с противоположными стенками посредством сваривания.

6) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 5), где блокирующий элемент содержит вырез, где вырез обеспечивает увеличение числа секций в монолите, которые подвергаются непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов, когда каталитический модуль подвергается воздействию выхлопных газов от источника выхлопных газов.

7) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 6), где по меньшей мере один элемент из (a) стенок рамного элемента на впуске и выпуске рамного элемента и (b) блокирующего элемента, содержит вырез, и величина конверсии по меньшей мере одного из соединения из NH₃, NO_x, углеводородов и монооксида углерода больше, чем величина для сравнительного рамного элемента, не имеющего вырезов.

8) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 7), где каждая стенка содержит множество выступов, вытянутых во внутреннее пространство.

9) Рамный элемент по пункту 8), где множество выступов сконфигурированы, чтобы контактировать с волокнистым матом и поддерживать волокнистый мат на монолите, содержащем один или более катализаторов, когда монолит расположен во внутреннем пространстве рамного элемента.

10) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 9), где по меньшей мере одна стенка рамного элемента содержит вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.

11) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 10), где по меньшей мере две стенки рамного элемента содержат вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.

12) Рамный элемент по пунктам 1) - 11), где каждая из четырех сторон рамного элемента содержит вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.

13) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 12), где по меньшей мере большая часть площади по меньшей мере одной стороны монолита покрыта одним или более матами.

14) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 13), где по меньшей мере большая часть площади каждой из по меньшей мере двух сторон монолита покрыта одним или более матами.

15) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 14), где по меньшей мере большая часть площади каждой из четырех сторон монолита покрыта одним или более матами.

16) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 15), где мат находится в форме полос, и полосы окружают лишь часть монолита.

17) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 16), где толщина мата выбрана таким образом, что мат заполняет зазор между монолитом и рамным элементом и предоставляет амортизацию, что делает возможным противостояние монолита поверхностному давлению по меньшей мере примерно 100, предпочтительно по меньшей мере примерно 150, более предпочтительно по меньшей мере примерно 200 Н/мм² поверхностного давления, когда рамный элемент сжимают во время сборки.

18) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 17), где монолит имеет номинальную ширину N и фактическую ширину A, толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину A, равную номинальной ширине N, составляет B, и желательная толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, составляет:

a) B+(A-C) когда C < A;

b) B когда C=A; и

c) B - (C-A) когда C > A,

где фактическая толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, является наиболее близкой толщиной коммерчески доступного мата материала шириной B.

19) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 18), где один или более матов образуют уплотнение, ограничивающее перемещение выхлопных газов вокруг монолита.

20) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 19), где монолит содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR).

21) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 20), где монолит содержит катализатор окисления.

22) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 21), где монолит является фильтром.

23) Рамный элемент по любому из пунктов 1)- 22), где рамный элемент содержит множество монолитов, и два или более монолитов расположены таким образом, что выпуск одного монолита является смежной с впуском другого монолита, и поток выхлопных газов проходит последовательно через по меньшей мере два монолита.

24) Рамный элемент по пункту 23), где два монолита или более расположены таким образом, что выпуск одного монолита является смежной с впуском другого монолита, и монолиты содержат катализаторы, обладающие одной и той же функциональностью.

25) Рамный элемент по пункту 23), где два из двух или более монолитов расположены таким образом, что выпуск одного монолита является смежной с впуском другого монолита, и монолиты содержат катализаторы, обладающие различной функциональностью.

26) Каталитический модуль, содержащий множество рамных элементов по любому одному из пунктов 1) - 25).

27) Каталитический модуль по пункту 26), где рамные элементы расположены, чтобы минимизировать прохождение выхлопных газов обходным образом вокруг рамных элементов, когда каталитический модуль установлен в системе выпуска выхлопных газов.

28) Каталитический модуль, содержащий множество рамных элементов по одному или нескольким пунктам из 10), 11) и 12), где каждый рамный элемент соединен с одним или более рамными элементами на протяжении вытянутой секции рамных элементов.

29) Каталитический модуль, содержащий множество рамных элементов по одному или нескольким пунктам 10), 11) и 12), где рамные элементы расположены таким образом, что имеет место минимальное прохождение выхлопных газов обходным образом вокруг рамных элементов.

30) Каталитический модуль по любому одному из пунктов 26) - 29), где каждый из рамных элементов соединен со смежным рамным элементом.

31) Каталитический модуль по любому одному из пунктов 26) - 29), где каждый из рамных элементов соединен со всеми смежными рамными элементами.

32) Каталитический модуль по любому одному из пунктов 26) - 31), где каталитический модуль дополнительно содержит множество пространств, образованных горизонтальными перегородками и вертикальными перегородками, где рамный элемент, содержащий монолит и один или более матов, расположенных между каждой стороной каждого монолита, присутствует внутри пространства.

33) Система выпуска выхлопных газов, содержащая рамный элемент по любому одному из пунктов 1)-25).

34) Система выпуска выхлопных газов, содержащая каталитический модуль по любому одному из пунктов 26)-32).

35) Система выпуска выхлопных газов по пункту 33) или 34), дополнительно содержащая средство для образования NH₃ в выхлопных газах, где данное средство для образования NH₃ расположено перед рамным элементом или каталитическим модулем.

36) Способ получения рамного элемента по любому одному из пунктов 1) -25), данный способ включает обертывание каждого монолита матом, размещение обернутого монолита внутри внутреннего пространства рамного элемента перед тем, как блокирующий элемент соединен с рамным элементом, и соединение блокирующих элементов с рамным элементом, наряду с тем, что рамный элемент, содержащий монолит, обернутый матом, подвергают сжимающему усилию.

37) Способ по пункту 36), где рамный элемент сжимают при давлении по меньшей мере примерно 100 Н/мм², предпочтительно по меньшей мере примерно 150 Н/мм², более предпочтительно по меньшей мере примерно 200 Н/мм².

38) Способ получения каталитического модуля по любому одному из пунктов 26)-32), данный способ включает формирование рамного элемента, содержащего один или более монолитов, один или более матов и один или более блокирующих элементов посредством обертывания каждого монолит матом, размещение обернутого монолита внутри рамного элемента, соединение одного или более блокирующих элементов с рамным элементом, наряду с тем, что рамный элемент, содержащий монолит, обернутый матом, подвергают сжимающему усилию, и (a) соединение одного или более рамных элементов один с другим, чтобы сформировать каталитический модуль, или (b) введение рамного элемента, содержащего один или более блокирующих элементов, в перегородку в раме в каталитическом модуле.

39) Способ по пункту 38), где сжимающее усилие составляет по меньшей мере примерно 100 Н/мм², предпочтительно по меньшей мере примерно 150 Н/мм², более предпочтительно по меньшей мере примерно 200 Н/мм².

40) Способ обработки выхлопных газов, данный способ включает прохождение выхлопных газов через монолит внутри рамного элемента по любому одному из 1)-25), где монолит содержит один или более катализаторов, эффективных в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах.

41) Способ увеличения количества катализатора, контактирующего с выхлопными газами, данный способ включает прохождение выхлопных газов через рамный элемент по пункту 6) или 7).

Предлагается элемент для поддержания монолитов, содержащих катализаторы, в потоке выхлопных газов от источников горения, содержащий две пары противоположных стенок, в котором стенки образуют прямоугольную или квадратную форму, внутреннее пространство, образованное стенками, впускной конец, выпускной конец, по меньшей мере один блокирующий элемент, по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит, содержащий впуск, выпуск, четыре боковые стороны и по меньшей мере один катализатор, эффективный в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах, в котором по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит расположены внутри рамного элемента таким образом, что по меньшей мере по меньшей мере один мат расположен между монолитом и каждой смежной стенкой, каждый блокирующий элемент расположен поперек впускного конца или выпускного конца рамного элемента и соединен с двумя противоположными сторонами рамного элемента. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Рамный элемент для поддержания монолитов, содержащих катализаторы, в потоке выхлопных газов от источника горения, рамный элемент содержит две пары противоположных стенок, где стенки выполнены с возможностью образования прямоугольной или квадратной формы, внутреннее пространство, образованное стенками, впускной конец, выпускной конец, по меньшей мере один блокирующий элемент, по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит, содержащий впуск, выпуск, четыре стороны и по меньшей мере один катализатор, эффективный в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах, где по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит расположены во внутреннем пространстве рамного элемента так, что по меньшей мере один мат расположен между монолитом и каждой смежной стенкой, каждый блокирующий элемент проходит поперек впускного конца или выпускного конца рамного элемента и соединен с двумя противоположными сторонами рамного элемента, причем части рамного элемента на впуске и выпуске рамного элемента содержат один или более вырезов и/или блокирующие элементы содержат один или более вырезов.

2. Элемент по п. 1, в котором менее чем 10%, предпочтительно менее чем 8%, более предпочтительно менее чем 7%, еще более предпочтительно менее чем 6%, наиболее предпочтительно менее чем 5% секций катализатора не подвержены непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов.

3. Элемент по п. 1, в котором блокирующий элемент содержит вырез, где вырез выполнен с возможностью обеспечения увеличения числа секций в монолите, которые подвержены непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов при воздействии на каталитический модуль выхлопными газами от источника выхлопных газов.

4. Элемент по п. 3, в котором менее чем 10%, предпочтительно менее чем 8%, более предпочтительно менее чем 7%, еще более предпочтительно менее чем 6%, наиболее предпочтительно менее чем 5% секций катализатора не подвержены непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов.

5. Элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором два монолита или более расположены во внутреннем пространстве рамного элемента, по меньшей мере два монолита расположены смежным образом друг с другом, и по меньшей мере один мат расположен между монолитами, которые расположены смежным образом друг с другом.

6. Элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере два блокирующих элемента расположены на впускном конце рамного элемента, и по меньшей мере два блокирующих элемента расположены на выпускном конце рамного элемента.

7. Элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором, когда элемент содержит по меньшей мере два монолита, пространство образовано между смежными монолитами, и по меньшей мере один из блокирующих элементов расположен поверх, и предпочтительно в центре, пространства между двумя монолитами.

8. Элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором каждая стенка содержит множество выступов, проходящих во внутреннее пространство.

9. Элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором толщина мата выбрана так, что мат выполнен с возможностью заполнения зазора между монолитом и рамным элементом и обеспечения амортизации, что делает возможным противостояние монолита поверхностному давлению по меньшей мере 100 Н/мм² поверхностного давления, при сжатии рамного элемента во время сборки.

10. Элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором монолит имеет номинальную ширину N и фактическую ширину A, толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину A, равную номинальной ширине N, составляет B, и желательная толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, составляет:

a) B+(A-C), когда C < A;

b) B, когда C=A; и

c) B-(C-A), когда C > A,

в котором фактическая толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, является наиболее близкой толщиной коммерчески доступного мата материала шириной B.

11. Элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором монолит содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR); катализатор окисления; или фильтр.

12. Элемент по любому из предшествующих пунктов, содержащий множество монолитов, в котором два монолита или более расположены так, что выпуск одного монолита является смежным с впуском другого монолита, и поток выхлопных газов проходит последовательно через по меньшей мере два монолита.

13. Элемент по п. 11, в котором два монолита или более расположены так, что выпуск одного монолита является смежным с впуском другого монолита, и монолиты содержат катализаторы, обладающие одной и той же или различной функциональностью.

14. Система выпуска выхлопных газов, содержащая рамный элемент по любому одному из пп. 1-13.