Каталитический нейтрализатор для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F01N3/04 

. Изобретение относится к машиносгрое- нйю, а именно к устройствам нейтрализации от аботавш их газов двигателей внутреннего сгорания, в частности тепло- возных дизелей. , г/; ;с;;

Известен фильтр для отработавших газов, в конструкции кбтброго предусмотрено прохождение отработавших газов через два фильтрующих слоя, расположённых последовательно в одном корпусе. Ф|мьтр.рвздё- Лен,:на дбё зоны и имеет между зонами. : ;-Л - :: .,- , : :;- :;-;;л

Основным недостатком данного фйяьт- ра является то, что при интенси1айой работе двигателя возможно забивание сажей и смолообразующими веществами первого фильтрующего Слоя (по потоку отработавших -азов). При этом весь фильтр подлежит демонтажу, а в случае задержки замены фильтра возможен выход из Строя двигателя. Конструкция фильтра не предусматривает защиты двигателя от разрушения.

Известен способ и устройство для восстановления фильтра бтработавщих тазов. Выжигание сажи на металлическом катализаторе осуществляется за счёт горючего материала, введённого в часть потока отработавших газов, направляемых на нейтрализацию.

Недостатком данной конструкции является необходимость дополйительной подачи горючего материала в поток отработавших газов, что приведет к увёли- чён)ию расхрда топлива.;..-. :

Йаибрлее близкой по технической сущности к предлагаемой является комбинированная система нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащая два слоя гранулированного катализатора трубопровод для смывания ей-.

2.

Ю

сл о

жи с поверхности катализатора и трубопровод для смывания сажи с поверхности катализатора, который проходит через слои катализатора, который проходит через слои катализатора и разбрызгивает воду под вторым слоем катализатора.

Недостатком данной конструкции явля- ет с я То, что регенерация верхнего слоя катализатора будет крайне низка, так как пары воды, подаваемые на регенерацию, в основном, будут смывать сернистые соединения с нижнего слоя катализатора. Объем воды для регенерации не регламентируется, поэтому она может быть осуществлена малым количеством воды, что приведет к тому, что сернистые соединения с поверхности катализатора верхнего слоя не смоются.

Целью настоящего изобретения является увеличение долговечности катализатора и повышение эффективности очистки.

Поставленная цель достигается тем, что нейтрализатор отработавших газов с впускным и выпускным патрубками и ра де1ен- ным полостью на две зоны реактором содержит в нижней зоне гранулированный, а в верхней части блочный катализаторы. Регенерация катализаторов осуществляется путем разбрызгивания воды или химических растворов на гранулированный катализатор навстречу потоку отработавших газов газоподводящей трубки, находящейся между зонами в полости. Регенерация блочного катализатора осуществляется восходящими с отработавшими гйзами парами воды или химическими растворами при работе двигателя.

Конструкция нейтрализатора предполагает наличие в нем разнородных катализаторов, имеющих разную природу и структуру носителя каталитической массы. Гранулированный катализатор выступает как массированный накопитель серы и сернистых соединений на своей поверхности. При этом он защищает блочный катализатор от засаживания и отравления катализатора. Гранулированный катализатор работает в псевдоожиженном слое, что позволяет даже при засаживании его поверхности не увеличивать величину противодавления, Блочный катализатор имеет малую величину противодавления,а работая в щадящем режиме засаживания, он не будет сильно засаживаться, т.е. величина противодавления в тракте- не будет увеличиваться выше допустимого уровня даже в случае засаживания обеих каталитических зон.

Для снятия каталитических ядов с катализаторов между зонами находится подводящая трубка с распиливающими отверстиями для подачи воды или химических растворов для регенерации. Гранулированный катализатор, как наиболее отравленный,

нуждается в более интенсивной регенерации, нежели блочный. Поэтому регенерирующая жидкость подается на гранулированный катализатор, причем количество ее должно быть более стезеомет0 ри- ческой величины, необходимой для регенерации. Это позволит наиболее полно провести смывание сажи с поверхности гранул катализатора.

Регенерация приводится в два этапа:

5 сначала горячей водой или химическими растворами регенерируется гранулированный катализатор при неработающем двигателем, а затем проводится сушка гранулированного катализатора и регенера0 ция блочного катализатора парами воды (или химических растворов), подаваемыми отработавшими газами двигателя при работающем с различной нагрузкой двигателе. Причем двигатель должен постепенно наби5 рать обороты, постепенно повышая температуру отработавших газов, чтобы не произошло разрушения гранул катализатора за счет массированного парообразования при высокой температуре. Проведение

0 предлагаемой регенерации возможно без разборки нейтрализатора при заходе транспортного средства на технический осмотр. В процессе эксплуатации каталитического нейтрализатора отработавших газов

5 на поверхности катализатора происходит отложение продуктов неполного сгорания топлива (сажи, несгоревших частичек топлива и масла, смолообразующих веществ). Кроме того, на катализаторе отлагаются ве0 щества, содержащие серу, вносимые в состав отработавших газов за счет присадок к топливу. Сажа, несгоревшее масло и топливо механически блокируют поверхность ка-1 тализатора, закрывая поры катализатора и

5 снижая его активность. При достижении в реакторе температуры порядка 430-450°С они выгорают и активность катализатора практически восстанавливается до исходной. При осаждении на катализаторе соеди0 нений серы происходит его сульфатизация; т.е. образование сульфидов каталитически активных металлов, которые по своей активности значительно уступают активности окислам каталитически активных металлов.

5 Кроме того, сернистые соединения образуют сульфат алюминия, который содержится в носителе. Роль сернистых соединений в снижении активности превышает 50%.

Количество отложившихся на поверхности катализатора сернистых соединений зависит от вида каталитически активного металла. Так, содержание серусодержащих соединений на катализаторах, содержащих в своем составе медь, хром, значительно ниже (в 2-5 раз), чем на катализаторах, содержащих марганец. Кроме того, на катализаторе, который находится ближе к впускному отверстию, отлагается больше сернистых соединений,

Для восстановления активности катализатора применяется регенерация. Регенерация катализатора может осуществляться с разборкой нейтрализатора и извлечением катализатора из реактора и без разборки нейтрализатора. В качестве промывающей жидкости может использоваться горячая вода или химические растворы. После промывки катализатор промывается в специальных печах (проводится термическая регенерация) или просушивается горячими отработавшими газами при температуре свыше 450-500°С Таким образом, регенерация трудоемка и длительна во времени. ,.

На чертеже показан нейтрализатор, общий вид.

Каталитический нейтрализатор для очистки отработавших газов состоит из корпуса нейтрализатора 1, реактора со слоями блочного 2 и гранулированного 3 катализаторов, водоподающей трубки 4 для подвода и разбрызгивания воды через распыливающие отверстия 5 или химических растворов для регенерации катализаторов, выпускного 6 и впускного 7 отверстий, сливного отверстия 8.

Слой гранулированного катализатора 3 находится ближе к впускному отверстию 7, а блочного 2 - к выпускному 6. Между зонами находится подводящая трубка 4 с распы- ливающими отверстиями 5 для пбдвода и разбрызгивания воды или химических растворов на зону гранулированного катализатора. Промывной раствор после прохождения через гранулированный катализатор должен сбрасываться через сливное отверстие, находящееся в корпусе нейтрализатора ниже входного отверстия.

Гранулированный катализатор должен содержать в своем составе вещества, способствующие отложению сернистых соединений на его поверхности, например марганец, или же вещества, обезвреживающие или сорбирующие на своей поверхности сернистые соединения. В верхней зоне размещается блочный катализатор ма металлическом или керамическом носителе.

Основное назначение катализатора в нижней зоне - адсорбировать на своей поверхности сернистые соединения и тем самым уменьшить отравление блочного катализатора Кроме того, при прохождении отработавших газов через слой катализатора на его поверхности происходит отложение

смолообразующих веществ, т.е. происходит защита размещенного выше блочного катализатора (зона работает как зернистый фильтр). В блочном катализаторе в качестве каталитически активной массы используют0 ся более активные компоненты, например платина или смесь платины и палладия , и другие каталитически активные компоненты,

Регенерация осуществляется водным

5 или химическим раствором, причем разбрызгивание осуществляется только на нижней части реактора. Горячая, вода или химические растворы подаются в достаточном количестве, чтобы смыть за 10-30 мин

0 сернистые соединения, сажу и часть несгоревших частичек топлива и масла с поверхности катализатора. Использованная вода отводится через сливное отверстие.

После водной регенерации гранулиро5 ванного катализатор а начинается его просушка горячими отработавшими газами при работающем двигателе При этом температура газов за счет нагружения двигателя поднимается постепенно, так как резкий

0 приросттемпературы мбЖ т привести к разрушению (разрыву) зерен катализатора парами воды

Образовавшиеся гфи сушке катализатора пары воды или химического раствора яв5 ляются регенерирующими для вышележащего блока катализатора. Пары доставляются в каналы блока катализатора отработавшими газами, т.е исключается необходимость в применении специальных

0 подающих устройств (насосов), сокращается расход регенерирующей жидкости, так как происходит повторное использование

Блочный катализатор сорбирует на своей поверхности образовавшийся пар

5 При этом сернистые соединения вступают в реакцию и выносятся с поверхности блочного катализатора потоками отработавших газов. Одновременно с блока смываются сажа и смолообразующие вещества Время пол0 ной регенерации катализатора, используемого в нейтрализаторе, составляет 30 мин. Нейтрализатор работает следующим образом.

При наработке катализатором опреде5 ленного количества часов, обычно это 700- 750 ч, проводится его регенерация. Нейтрализатор снимается (можно без снятия) с транспортного средства для регенерации катализатора. К водоподводящей трубке 4 подсоединяется шланг с горячей водой или

с химическими растворами и под давлением через отверстия 5 начинается орошение гранулированного катализатора в зоне 3. Количество подаваемой на промывку горячей воды должно быть в 6-7 раз больше объема катализатора. Если для регенерации применяется химический раствор, например водный раствор аммиака, то его количество не должно превышать объем катализатора. Необходимо, чтобы зона катализатора только пропиталась химическим раствором. Регенерирующая жидкость сливается через отверстие 8. Запускается двигатель и за счет тепла отработавших газов происходят подсушка регенерированного катализатора и регенерация блочного катализатора. Увлажненные отработавшие газы проходят через каналы блочного катализаторе и регенерируют его. Причем вынос активной фазы будет минимален, т.е. обработка блока осуществляется не жидкой средой, а паром. Для наиболее полной регенерации и исключения прокола гранул двигатель работает на различных режимах, начиная с минимальных оборотов коленва- ла.

Использование каталитического нейтрализатора предлагаемой конструкции и проведение регенерации позволит продлить срок службы катализатора до 8-10 тысяч часов наработки. Систематическое проведение регенерации водным раствором или химическими растворами позволит поддерживать эффективность работы катализатора на приемлемом уровне для эффективной работы нейтрализатора. Исключение необходимости разработки нейтрализатора для ревизии состояния катализатора

и его регенерации позволит значительно уп- роситтьэксплуатацию нейтрализатора. Конструкция нейтрализатора полностью исключает увеличение противодавления и в

выхлопном тракте транспортных средств, а значит исключается возможность ухудшения режима работы двигателя. Применение предлагаемой конструкции нейтрализатора позволит исключить выброс неочищенных

отработавших газов от транспортного средства, оснащенного системой нейтрализации.

Формула изобретения

1. Каталитический нейтрализатор для

очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий вертикально установленный корпус со сливным отверстием в его нижней части, впускным и выпускным патрубками и реактором с двумя

слоями катализатора, размещенными последовательно с образованием между ними полости, и установленную в корпусе водо- ч проводящую трубку с распыливающими отверстиями, выполненными со стороны

впускного патрубка, отличающийся тем, что с целью увеличения долговечности и повышения эффективности очистки, водо- подводящая трубка расположеяа горизонтально с размещением ее части в полости, а

распыливающие отверстия выполнены на части трубки, размещенной в полости, первый по потоку отработавших газов слой катализатора выполнен гранулированным, а второй - блочным.

2. Нейтрализатор по п. 1,отличаю - щ и и с я тем, что первый слой катализатора выполнен из материала, адсорбирующего сернистые соединения,

7/L

Использование: область машиностроения, в частности разработка тепловозных дизелей. Сущнрсть изобретения: нейтрализатор имеет две каталитические зоны - гранулированный и блочный катализаторы, а между ними в полости расположена водо- подвбдящая трубка с, распиливающими отверстиями, направленными в сторону гранулированного каталйзатбра, для прове- дёйй;я- регенерации. Регенерация может проводиться горячей Ј6лрй или химическими растворами Разбрызгивание осуществляется fо л ь ко н а зону с гра йул й|рован ным катализатором, а регенерация блочного ка- тализатбра - парами воды или химических растворов, подаваемых в каналы блока отработавшими газами. Гранулированный катализатор работает как зернистый фильтр для Улавливайия сажи 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Ј