Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания в каталитическом нейтрализаторе Советский патент 1992 года по МПК F01N3/00 

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к системам выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, в частности к каталитическим нейтрализаторам.

Известен способ каталитической очистки газодвигателя в каталитических нейтрализаторах путем пропускания отработавших газов через слои насыпных каталитических элементов, размещенных по меньшей мере в двух плоских реакторах, расположенных горизонтально и параллельно друг другу.

Недостатком этого способа очистки, реализуемого в этих нейтрализаторах,является быстрая потеря активности катализатора в верхних реакторах, на которые вектор газодинамической силы воздействует против силы тяжести гранул каталитических элементов. Следовательно, быстрее снижается эффективность очистки газов нейтрализатором, что требует приостановки процесса очистки для осуществления регенерации катализатора или замены его на свежий.

Наиболее близким является способ очистки отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе путем пропускания газов через слои насыпных каталитических элементов по меньшей мере в одном реакторе с переменной величиной угла между векторами силы тяжести каталитических элементов и газодинамической силы от отработавших газов и периодического определения степени очистки последних,

ы ел

00 О СЛ

Недостатком известного способа является относительно малое время активности насыпных каталитических элементов, а следовательно, и эффективной работы нейтрализатора вследствие того, что через слои каталитических- элементов практически пропускают неравномерный по объему реактора и пульсирующий поток отработавших газов.-

Цель изобретения - увеличение времени эффективной работы каталитических элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания в каталитическом нейтрализаторе путем пропускания отработавших газов через слои насыпных каталитических элементов по меньшей мере в одном реакторе с переменной величиной угла между векторами силы тяжести каталитических элементов и газодинамической силы от отработавших газов и периодического определения степени очистки последних по мере снижения степени очистки периодически производят перераспределение пространственного расположения каталитических элементов.

В соответствии с первым вариантом реализации способа перераспределение каталитических элементов осуществляют путем поворота каталитического нейтрализатора относительно горизонтальной оси.

В соответствии с вторым вариантом реализации способа перераспределение каталитических элементов осуществляют путем изменения направления потока отработавших газов через реактор.

В соответствии с третьим вариантом реализации способа перераспределение каталитических элементов осуществляется путем механического перемещения их в реакторе.

В соответствии с четвертым вариантом реализации способа распределение каталитических элементов осуществляют пересыпкой последних из одного реактора в другой и наоборот.

В соответствии с пятым вариантом реализации способа перераспределение каталитических элементов осуществляют путем поворота каталитического нейтрализатора относительно горизонтальной оси и одновременного изменения направления потока отработавших газов через реактор.

На фиг,1 изображена схема каталитического нейтрализатора с осесимметричным реактором; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 (поперечное сечение каталитического нейтрализатора с осесимметричным реактором, состоящим из двух прямоугольных камер,

расположенных параллельно, одна из которых наверху, а другая внизу); на фиг.З - то же, но когда нейтрализатор повернут на 180° относительно горизонтальной оси; на

фиг.4 - то же, при повороте нейтрализатора на 90° относительно положений реакторов, изображенных на фиг.2 и 3; на фиг.5 - то же. но при повороте нейтрализатора относительно горизонтальной оси на 180° по срав0 нению с положением реакторов на фиг.4; на фиг.б - поперечное сечение каталитического нейтрализатора с осесимметричным реактором кольцевого типа; на фиг,7 - то же, с перераспределением каталитических эле5 ментов путем поворота нейтрализатора относительно горизонтальной оси на 90°; на фиг.З - поперечное сечение нейтрализатора с осесимметричным реактором кольцевого типа, рабочая полость которого разделена

0 перегородками на три продольные секции; на фиг.9 -то же, с изменением расположения секций путем поворота нейтрализатора относительно горизонтальной оси на 120°; на фиг.10 -то же, при повороте нейтрализа5 тора на 240°.

Способ очистки отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе иллюстрирует конструктивная схема нейтрализатора на фиг.1.

0 Нейтрализатор содержит корпус 1, реактор, заполненный каталитическими элементами 2, входной 3 и выходной 4 патрубки. Объем корпуса ограничен торцовыми стенками - фланцами 5 и б. Фланец 5

5 снабжен окнами 7 и 8 для засыпки или высыпки каталитических элементов из двух камер реактора 9 и 10. Объем камер реактора ограничивается внешними 11 и 12 и внутренними 13 и 14 решетками, фланцем 5 и

0 глухой стенкой 15. Для отбора проб газов до и после реактора патрубки 3 и 4 снабжены специальными штуцерами или трубками 16 и 17. На фиг.1, 2, 4 и 6 сплошными линиями со стрелками показано направление движе5 ния ОГ последовательно через входной патрубок 3, соединенный с входным каналом 18, через слои каталитических элементов в камерах или секциях реактора, где происходит каталитическое дожигание продуктов

0 неполного сгорания, содержащихся в газах, далее через внутренний объем 19 корпуса 1 и выходной патрубок 4 в атмосферу или в последующую ступень очистки. Пунктирными линиями со стрелками представлено воз5 можное противоположное направление потока газов. Конкретные примеры осуществления перераспределения каталитических элементов в пространстве представлены на фиг.2-10. Показано поперечное сечение нейтрализатора с двумя прямоугольными

камерами реактора1 камера 9 расположена наверху, камеру 10 внизу (фиг.2), Здесь же нанесены направления действия силы тяжести каталитических элементов и газодинамических сил со стороны отработавших газов при прямом и обратном направлениях потока отработавших газов. На фиг.З представлено то же сечение с измененным расположением камер, а следовательно, с перераспределением в них каталитических элементов и воздействия на них газодинамических сил: камера 10 - наверху, камера 9 - внизу. Совершенно иное расположение векторов силы тяжести и газодинамических сил со стороны газов представлено на фиг.4 и 5 - вариантах расположения камер 9 и 10 в поперечном сечении нейтрализатора, Здесь воздействие потоков отработавших газов на каталитические элементы остается стабильным: угол между векторами действу- ющих сил составляет 90°. При изменении расположения камер 9 и 10 - слева и справа или наоборот- нижние слои каталитических элементов становятся соответственно верхними и наоборот.

Для нейтрализатора с реактором кольцевого типа картина перераспределения каталитических элементов сложнее (фиг.6-10). Осесимметричный реактор кольцевого типа состоит из внешней и внутренней цилинд- рических решеток 20 и 21, объем между ними ограничен фланцем и глухой стенкой (фиг.1). Разделив с помощью условных перегородок 22 объем реактора на четыре условные продольные секции 23 - 26 (фиг.6 и 7), можно представить перераспределение каталитических элементов при повороте нейтрализатора относительно горизонтальной оси последовательно на 90° (фиг.7). Таким образом, реакторы, представленные на фиг.6-10, характеризуются плавным изменением углов между векторами упомянутых сил воздействия на каталитические элементы - от полного совпадения направлений сил в секции 23 (фиг 6) и в секции 26 (фиг.7) до противоположных - в секции 25 (фиг.6) и секции 24 (фиг,7). При изменении направления потока газов (обозначено пунктирными линиями) углы воздействия в указанных примерах изменяются на обратные, На фиг.8-10 представлен аналогичный реактор кольцевого типа, разделенный реальными перегородками 27 на три равные по объему продольные секции 28-30, и перераспределение секций, а следовательно, и каталитических элементов, при повороте нейтрализатора относительно горизонтальной оси на 120°.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Отработавшие газы поступают в реактор нейтрализатора, заполненный каталитическими элементами, на которых происходит очистка отработавших газов от окиси углерода и углеводородов. При длительной работе нейтрализатора происходит постепенное снижение эффективности очистки газов вследствие отравления катализатора окислами серы, смолами, сажей и другими компонентами, содержащимися в отработавших газах. Вследствие всегда имеющейся неравномерности расхода отработавших газов по площади (объему) каждого реактора, а также между отдельными реакторами, в большей степени отравлению подвергаются объемы каталитических элементов, через которые осуществляется наибольший расход отработавших газов. Рассмотрены зоны реакторов и причины этой неравномерности, которая приводит к преждевременному снижению активности каталитических элементов, а следовательно, снижению эффективности очистки отработавших газов нейтрализатором в целом. В момент достижения заданной величины снижения эффективности очистки, определяемой экспериментально путем измерения содержания токсичных компонентов в отработавших газах до и после нейтрализатора, или задаваемыми наработкой двигателя в моточасах или величиной пробега транспортного средства, полученных при эксплуатационных испытаниях, производят перераспределение каталитических элементов в реакторе, его секциях или камерах (в зависимости от конструкции нейтрализатора), отодвигая по времени проведения регенерации каталитических элементов, а также замены их на свежие Перераспределение каталитических элементов производят таким образом, чтобы для одних и тех же элементов были изменены углы между векторами сил тяжести и газодинамической со стороны отработавших газов. При этом изменяются точки или зоны контактов как между самими элементами с одной стороны, так и между ними и внутренними поверхностями реакторов с другой

Реализация способа связана с демонта- жом нейтрализатора с транспортного или технологического средства, разборкой с целью открытия окон 7 и 8 для высыпки и последующей засыпки каталитических элементов. При этом те каталитические элементы, которые находились в верхнем реакторе или в его верхней части (для реакторов кольцевого типа), помещают вниз, а находившиеся внизу - наверх; ранее находившиеся справа перемещают налево, а для реакторов кольцевого типа перед перемещением,

например, налево в верхнюю или в нижнюю часть реактора При этом также необходимо, чтобы каталитические элементы, которые находились у глухой стенки 15, были перемещены к торцовой стенке-фланцу 5, соединенному с входным патрубком 3, и наоборот. Высыпку каталитических элементов осуществляют в противни -для каждого р,е- актора или секции реактора должен быть свой противень.

Реализация способа по первому варианту не требует полного демонтажа и разборки нейтрализатора. Практически поворот нейтрализатора относительно горизонтальной оси осуществляется на величину углового шага отверстий в соединительных фланцах для крепежных элементов. Возможен также поворот нейтрализатора на любой угол при наличии накидного фланца.

Реализация способа по второму варианту возможна без демонтажа и разборки нейтрализатора, так как обеспечивается конструкцией системы выпуска отработавших газов с возможностью подвода и выпуска последних к обоим патрубкам с применением системы запорных органов, в частности заслонок, имеющих только два крайних положения - открыто или закрыто - и соответствующим образом сблокированных между собой.

Реализация способа по третьему варианту требует демонтажа и разборки нейтрализатора: каталитические элементы высыпаются в противни и перемешиваются. Из каждого реактора или секции реактора каталитические элементы высыпаются в отдельный противень и перемешиваются в нем отдельно, после чего засыпаются в реакторы или их секции, откуда были высыпаны до этого.

Реализация способа по четвертому варианту осуществляется при демонтаже и разборке нейтрализатора, высыпка каталитических элементов из реактора или секций производится в отдельные противни, после чего засыпку производят уже в другой реактор или секцию, например, элементы из верхнего реактора засыпают в нижний, а из нижнего в верхний, из правого - в левый, а из левого - в правый. Засыпку следует проводить таким образом, чтобы элементы, находившиеся у глухой стенки реактора, попали ближе к фланцу 5.

Реализация способа по пятому варианту не требует полного демонтажа нейтрализатора и может быть осуществлена конструктивно путем применения быстро- съемных фланцевых или других соединений патрубков, а также соответствующей конструкции системы выпуска отработавших газов транспорта или технологического средства.

Таким образом, при реализации предлагаемого способа очистки, отработавших

газов обеспечивается перемещение каталитических элементов, теряющих активность, в зоны меньшей теплонапряженности, меньшей интенсивности потока отработавших газов и, наоборот, для элементов, со0 храняющих активность катализатора, в зоны большей интенсивности потока газов. В результате этого увеличивается время эффективной работы каталитических элементов и, как следствие, увеличивается время

5 их работы до регенерации или замены. При этом сокращаются расходы на эксплуатацию и технологическое обслуживание. Формула изобретения 1.Способ очистки отработавших газов

0 двигателя внутреннего сгорания в каталитическом нейтрализаторе путем пропускания отработавших газов через слои сыпных каталитических элементов по меньшей мере в одном реакторе с переменной величиной

5 угла между векторами силы тяжести каталитических элементов и газодинамической силы от отработавших газов и периодического определения степени очистки последних, отличающийся тем, что, с целью

0 увеличения времени эффективной работы каталитических элементов, по мере снижения степени очистки периодически производят перераспределение пространственного расположения каталитических элементов.

5 2. Способ по п.1,отличающийся тем, что перераспределение каталитических элементов осуществляют путем поворота каталитического нейтрализатора относительно горизонтальной оси.

0 3. Способ по п.1,отличающийся тем, чтоо перераспределение каталитических элементов осуществляют путем изменения направления потока отработавших газов через реактор.

5 4. Способ по п.1,отличающийся тем, что перераспределение каталитических элементов осуществляют путем механического перемешивания их в реакторе.

5.Способ по п.1,отличающийся 0 тем, что перераспределение каталитических

элементов осуществляют пересыпкой последних из одного реактора в другой и наоборот.

6.Способ по п. 1,отличающийся 5 тем, что перераспределение каталитических

элементов осуществляют путем поворота каталитического нейтрализатора относительно горизонтальной оси и одновременного изменения направления потока отработавших газов через реактор.

/6

г

/

/7

/4 15 ;

S

Использование: изобретение относится к каталитическим нейтрализаторам. Сущность изобретения: при реализации способа по мере снижения степени очистки отработавших газов периодически производят перераспределение пространственного расположения каталитических элементов в реакторе таким образом, что одни и те же элементы размещают в новые для них места, например, путем поворота нейтрализатора относительно горизонтальной оси, путем изменения направления потока газов через реактор, путем перемешивания элементов в одном и том же реакторе или с пересыпкой их из одного реактора в другой. В результате этого обеспечивается перемещение каталитических элементов, теряющих активность, в зоны меньшей теплонапряжен- ности, меньшей интенсивности потока отработавших газов и, наоборот, для элементов, сохраняющих активность катализатора, - в зоны большей интенсивности потока отработавших газов. 10 ил. LO G

±lAA-A

1

Фиг. 2

Фиг.З

Фиг. fy

А-А

22

Фиг. 6

Фиг. 5

А-А

23

25

Фиг.7

30

Фиг. JO