Катализаторный блок для очистки отработанных газов от окиси углерода Советский патент 1975 года по МПК B01J11/32 

(54) КАТАЛИЗАТОРНЫЙ БЛОК ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ ОТ ОКИСИ УГЛЕРОДА

1

Изобретение относится к катализаторам, используемым для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от окиси углерода.

Известен катализаторный блок для очистки отработанных газов от окиси углерода на основе окислов марганца и окислов свинца или окислов висмута.

К недостаткам известного катализаторного блока относятся высокое сопротивление потоку отработанных газов (образование обходных путей для выхлопных газов из-за вибраций, возникающих при движении автомобиля, и истирания таблеток катализатора) и короткий срок службы катализатора (разрушение таблеток катализатора из-за истирания и неравномерного распределения температур).

Кроме того, существует опасность выброса катализатора наружу вместе с отработанными газами.

Цель изобретения-уменьшение сопротивления потоку газа и увеличение срока службы катализатора - достигается тем, что прессованные элементы катализатора, имеющие в поперечном сечении форму кольца, четырехугольника или сектора, собирают в катализаторный блок таким образом, чтобы он имел в поперечном сечении форму многоугольника, круга или сектора.

Элементы катализатора готовят путем горячего прессования порошкообразной смеси компонентов катализатора при температуре 200- 700, преимущественно 300-бОО С, и давлении 1-10, предпочтительно 2-5 т/см.

Весовое процентное соотношение между окислами марганца и окислами свинца обычно составляет 75 : 25-25 : 75, предпочтительно 60 : 40-40 : 60, а между окислами марганца и окислами висмута 95 : 5-50 : 50, предпочтительно 90 : 10-70:30.

Кроме основных компонентов в катализатор можно вводить 5-10, предпочтительно 7- 8 вес. %, добавки, выбранной из группы, содержащей окислы щелочноземельных металлов, таких, как магний, кальций или барий, окислы редкозел1ельных элементов, таких, как иттрий, лантан, церий или неодим, окислы алюминия, кремния и висмута, окислы переходных металлов, таких, как медь, железо, никель и кобальт.

В катализатор, состоящий из окислов марганца и окислов свинца, обычно вводят 5-40, предпочтительно 5-30 вес. %, окислов висмута или переходных металлов.

В катализатор, содержащий окислы марганца и окислы висмута, предпочтительно добавляют 5-60, лучше 10-30 вес. %, переходных металлов.

В качестве связующего при приготовлении элементов катализатора используют порошкообразные металлы, например порошкообразные медь, железо, никель, олово, алюминий или их сплавы, которые хорошо прессуются и повышают механическую прочность готовых элементов катализатора.

Количество элементов катализатора, устанавливаемых в контейнере в автомобиль, зависит от объема выхлопных газов.

Элементы катализатора должны иметь такую форму, которая позволит увеличить площадь контакта с отработанными газами при компактной упаковке элементов катализатора в катализаторном блоке. Для увеличения площади контакта с отработанными газами на поверхпости элементов катализатора делают канавки и/или создают перфорированные участки с заданной площадью поперечного сечения внутри элемента.

Из отдельных элементов катализатора собирают катализаторный блок, в котором отдельные элементы расположены оптимальным образом.

Так, при упаковке катализаторного блока в контейнер цилиндрической формы отдельные элементы катализатора имеют в поперечном сечении форму кольца, причем диаметр внешней окружности первого элемента равен диаметру контейнера, диаметр внешней окружности второго элемента равен диаметру внутренней окружности первого элемента и т. д.

При использовании отдельных элементов катализатора, имеющих в поперечном сечении форму сектора, радиус окружности, ограничивающей сектор, должен быть равен радиусу контейнера. Собранные таким образом блоки устанавливаются в контейнере друг на друга до его заполнения.

Контейнеры, имеющие в поперечном сечении форму четырехугольника, заполняют одинаковыми по конфигурации и размеру плоскими четырехугольными пластинами, поверхность которых снабжена канавками, причем поперечные сечения пластины и контейнера подобны по форме и равны по площади.

Применение предлагаемого катализаторного блока позволяет увеличить площадь контакта с отработанными газами; исключить образование обходных путей для них, предотвратить опасность выброса катализатора наружу вместе с отработанными газами; уменьшить сопротивление потоку отработанных газов при прохождении через катализатор иувеличить срок службы катализатора.

Предлагаемый катализаторный блок может производиться в массовом масштабе, легко собирается и эксплуатируется.

Кроме того, он может одновременно служить глушителем в автомобиле.

На фиг. I изображен поперечный разрез катализаторного блока, собранного из нескольких элементов; на фиг. 2 - поперечный разрез цилиндрического контейнера с помещенным в него катализаторным блоком; на фиг. 3- контейнер, заполненный несколькими катализаторными блоками, изображенными на фиг. 2; на фиг. 4 и фиг. 5 - способы упаковки элементов катализатора в блок внутри контейнеров для катализатора; на фиг. 6 - продольный разрез контейнера, заполненного катализаторными блоками, показанными на фиг. 4 и фиг. 5 и расположенными в несколько этажей.

Из отдельных элементов 1 катализатора с необходимым числом канавок 2 и отверстий 3 собирают катализаторный блок и помещают его в контейнер 4, предварительно защитив торцевые поверхности блока сеткой 5. Элементы 1 катализатора могут иметь в поперечном сечении форму сектора (см. фиг. 1), кольца (см. фиг. 2) и четырехугольника (см. фиг. 4).

Пример 1. В течение 24 час 7 кг электролитической двуокиси марганца (МпОа) и 3 кг свинцового сурика (РЬзО4) измельчают в шаровой мельнице до размера частиц меньше 200 меш, вводят в гнездо матрицы, нагретой до 400°С, нагревают до 400°С и прессуют 5 мин под давлением 4 т/см, получая элементы катализатора (см. фиг. 1), сопротивление которых сжатию составляет 200-300 кг/см (сопротивление сжатию обычных таблеток катализатора 100 кг/см2).

Из элементов катализатора собирают блок (см. фиг. 1), в количестве кг вносят в контейнер, помещают его в автомобиль «Керол 360° и пропускают через него отработанные газы с температурой 600°С. Через 400 час работы катализатора очищенный газ содержит более 1% окиси углерода и менее 100 ррт углеводородов, степень превращения 90%.

Через указанный промежуток времени .наблюдается снижение концентрации окислов азота, незначительное изменение конфигурации элементов катализатора и не наблюдается никакого снижения к.п.д.

Пример 2. После измельчения в шаровой мельнице аналогично примеру 1 прессуют смесь из 5 кг химически чистой двуокиси марганца (МпО2) и 3 кг свинцового сурика (РЬз04) с размером частиц меньше 200 меш и 2 кг порошкообразной электролитической меди (Си) с размером частиц 100 меш. Сопротивление сжатию полученных элементов 500 кг/см. Через 300 час работы катализатора степень превращения окиси углерода и углеводородов . Кроме того, наблюдается снижение концентрации окислов азота.

Пример 3. Тщательно смешивают 1,5 кг электролитической двуокиси марганца (МпОа), 1,0 кг полуторной окиси маргапца (МпгОз) и 7 кг свинцового сурика (РЬз04) с размером частиц меньше 200 меш и 3 кг порошкообразного железа (Fe) с размером частиц 100 меш, прессуют, как в примере 1, и получают элементы катализатора с канавками, сопротивление которых сжатию составляет 600-700 кг/см. Из элементов катализатора собирают блок (см. фиг. 5) и в количестве 4 кг помещают в контейнер, который устанавливают в автомобиле. Через 400 час работы катализатора степень превращения окиси углерода и углеводородов - 70°/Q. При работе на холостом ходу и при езде со скоростью 60 км/час отработанный газ содержит 4,5 и 0,3% окиси углерода и 220 и 80 ррт углеводородов соответственно. После очистки в контейнере с катализатором газ содержит 1,2 и 0,05% окиси углерода и 60 и 25 ррт углеводородов при соответствующем режиме работы автомобиля. Пример 4. Смешивают 9,5 кг полуторной окиси марганца (МпаОз), 500 г полуторной окиси висмута (BigOs), 500 г извести и 500 г полуторной окиси лантана (Ьа2Оз) с размером частиц меньще 200 меш, изготовляют элементы катализатора той же конфигурации, что и в примере 3, собирают их в блок (см. фиг. 5) п в количестве 4 кг помещают в цилиндрический контейнер. Через 300 час работы катализатора степень превращения окиси углерода и углеводородов превышает 80%. При работе на холостом ходу и при езде со скоростью 60 км/час отработанные газы содержат 4,6 и 0,4% окиси углерода и 230 и 90 ррт углеводородов соответственно. Очищенный в контейнере с катализатором отработанный газ содержит 0,8 и 0,08% окиси углерода и 45 и 15 ррт углеводородов цри соответствующем режиме работы автомобиля. Пример 5. Смешивают 5 кг электролитической двуокиси марганца (МпО2), 5 кг пятиокиси висмута (Bi205), 200 г окиси магния (MgO) и 300 г окиси трехвалентного железа (Ре2Оз) с размером частиц меньше 200 меш и 1 кг порошкообразного железа (Fe) с разме/ -Cv с у о jl

, О Х,/0 ( ,

о

/у « о,

-Ч о

iJ5 1

/ i-

/J л-r

:- -:/СШр5й

)

fW:

л K;v-.-U. V;; ;-/:V- ::A -1

ром частиц 100 меш, изготовляют элементы катализатора той же конфигурации, что и в примере 3, собирают их в блоки (см. фиг. 4) и в количестве 4 кг помещают в контейнер. Через 400 час работы катализатора степень превращения окиси углерода и углеводородов -80%. При работе на холостом ходу и при езде со скоростью 60 км/час отработанные газы содержат 4,8 и 0,5% окиси углерода и 250 и 90 ррт углеводородов соответственно. После очистки отработанный газ содержит 0,9 и 0,1% окиси углерода и 50 и 15 ррт углеводородов при соответствующем режиме работы автомобиля. Пример 6. Из элементов катализатора, имеющих в поперечном сечении форму кольца, с канавками на периферии, собирают блок (см. фиг. 2), помещают его в контейнер (см. фиг. 3) и используют для очистки отработанных газов автомобилей. Пример 7. Из элементов катализатора, имеющих в поперечном сечении форму четырехугольника, с канавками с одной стороны собирают блок (см. фиг. 4), помещают его в контейнер и используют для очистки отработанных газов автомобилей. Предмет изобретения Катализаторный блок для очистки отработанных газов от окиси углерода на основе окислов марганца и окислов свинца или окислов висмута, отличающийся тем, что, с целью уменьшения сопротивления потоку газа и увеличения срока службы катализатора, катализаторный блок имеет в поперечном сечении форму многоугольника, круга или сектора и собран из прессованных элементов катализатора, имеющих в поперечном сечении форму кольца, четырехугольника или сектора.

Фие 3

ifФиг и

/1