CN110088438A - 用于烟道气净化的盒式集成催化剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于烟道气净化的盒式集成催化剂，该盒式集成催化剂包括在盒壁或若干壁中的一个或多个凹陷部，以提供该盒的增加的结构强度以及包括在该盒内的一个或多个催化剂单块的改进固定。

Description

用于烟道气净化的盒式集成催化剂

本发明系统涉及将催化剂集成在盒中以固定和保护催化剂。具体地，本发明涉及将一种或多种单块催化剂集成在围绕和固定盒中，特别是用于烟道气净化，其中盒是模块化的并且适合于布置在一组中的类似盒附近。

本发明解决了在系统中安装催化剂以净化烟道气的问题。烟道气可以是来自发动机、锅炉或诸如水泥生产的工艺设备的排气。催化剂可以适用于还原存在的烟道气中的烃、NOx或其他物质。具体地，本发明可用于净化来自发动机排气的烟道气，例如但不限于柴油发动机排气。

当安装用于烟道气净化的催化剂时，必须将催化剂固定在烟道气流中，例如在烟道气导管或管道中。该安装必须确保烟道气不能绕过催化剂，因为绕过催化剂的烟道气的量不会被催化剂净化。此外，重要的是催化剂的安装不会过于昂贵并且可能以安全且省时的方式进行。为了确保催化剂的效率，重要的是烟道气导管或管道的横截面区域的大部分被催化剂覆盖，特别是在改造现有烟道气系统时或者在仅有有限空间可用的情况下(例如在海事系统中)。催化剂通常安装在恶劣的环境中，在这些环境中存在振动并且因此烟道气净化催化剂系统必须能够承受振动，而没有催化剂从其安装位置移动的风险，该风险可能导致催化剂的泄漏、破裂或其他系统故障或者破坏或违反烟道气调节规则。

例如在US5144797中描述了烟道气净化系统的已知示例，其中排气管道包括形成至少一个角度弯曲部的多个区段，该角度弯曲部优选地包括约90°的角度。区段包括具有给定直径的第一区段。适配器与第一区段连通。第二区段与适配器连通并且具有比给定直径更大的直径。蜂窝结构体直接设置在适配器的下游，并且具有带面向排气流的端表面的侧面。适配器可以具有迫使排气在螺旋形和/或螺旋路径中接近端表面的形状，该螺旋形和/或螺旋路径具有曲率和节距，从而减少或防止已经被偏转的排气与新流入适配器中的排气之间的接触。适配器可以具有内部，该内部具有近似于盘绕和/或螺旋管线区段的形状，其接近端表面并且在朝向端表面的方向上被切开。

US2015314236公开了用于将后处理部件连接到发动机的安装系统。安装系统可以包括至少一个凸缘。安装系统还可以包括具有第一端部和第二端部的支撑结构，该第一端部连接到至少一个凸缘，并且该第二端部连接到围绕后处理部件周向缠绕的外壳。安装系统还可以包括设置在外壳与后处理部件的外表面之间的至少一个密封件。至少一个密封件可以被配置成将发动机的振动与后处理隔离。

在US4347219中，转化器壳体包括中空圆柱形主体，其中单块式催化剂基板由金属丝网缓冲元件支撑。固定到壳体的是一对固定夹具，其各自装配有端部缓冲元件，该端部缓冲元件可与催化剂基板的相邻端面接合以保持催化剂基板抵抗轴向位移。壳体包括较小直径部分、至少一个较大直径部分和插置在其间的倾斜肩部。保持夹具固定到壳体的较大直径部分或其他端部，与保持在催化剂基板与壳体之间的缓冲元件间隔开。此类壳体结构将催化剂基板在振动或冲击下受损或破坏的危险降低到最小，从而增强基板的耐久性，并且能够实现特别紧凑且廉价的催化转化器。

CN204710113描述了整体式蜂窝结构型烟道气脱硝催化剂结构，包括定位架和催化剂骨架，其中定位架包括支架、横梁和挡板，并且支架和横梁工作室首先以正确顺序连接并构成矩形空间框架结构，挡板至少有两个并且呈“十”样式的书法结构和散布，催化剂骨架呈现六个棱柱结构，希望被改进、通过定位滑轮和定位架中的偏移及挡板进行镶嵌，催化剂骨架包括保护墙和排水板，排水板镶嵌在保护墙中，并且构成多个正六边形水利导流孔阵列布置，墙的保护外表面建立扩散槽，催化剂骨架壁的保护外表面另外建立至少一个超声波振动装置。该实用新型公开了嵌入式组装结构，其极大地改进设备固定的变化和使用的灵活性，减少使用和维护成本，在本文中可以进行有效的温度调节，并且另外在使用中同时防止对于灰尘的沉积过程。

WO16156163公开了用于排气催化转化器的催化转化器单元，特别是用于船用柴油内燃机的SCR催化转化器的SCR催化转化器单元，其具有多个催化转化器模块，其中每个催化转化器模块具有排气流过的陶瓷催化转化器主体以及用于陶瓷催化转化器主体的金属壳体，其中相应的陶瓷催化转化器主体接收在相应的金属外壳中并且在某些部分中被后者围绕，其中催化转化器模块被定位成在支撑格栅上具有第一流通端部，其中相对支架位于催化转化器模块的相对第二流通端部处，并且其中催化转化器模块夹紧在支撑格栅与相对支架之间。

本领域已知将用于烟道气净化的催化剂包裹在支撑件中。然而，现有的催化剂系统例如在结合发动机或在移动应用中可能经历忍耐振动的问题。解决振动挑战的现有催化剂封装系统往往是沉重且昂贵的。

本发明提供了针对封装、固定和保护用于烟道气净化的催化剂的问题的解决方案，其比现有的催化剂封装系统更简单、重量更轻且更便宜。

本发明提供用于烟道气净化的盒式集成催化剂。催化剂呈被封装并固定在盒中的一个或多个单块的形式。盒具有第一开口端和第二开口端，这使得流体能够从盒的第一端流过单块，通过单块，并通过盒的第二开口端流出。在盒包括多个单块的实施方案中，单块可以相对于通过盒的流体流串联或并联布置。因此，当单块在盒中并联连接时，它们相对于从盒的第一开口端到第二开口端的流体流动方向并排布置在盒的内横截面区域上。当单块串联连接在盒中时，它们在流体流动方向上一个接一个地布置。多个单块也可以在盒内串联和并联排列，即在盒中横跨盒的横截面区域并排地布置并且在流体流动方向上一个接一个地布置。盒式集成催化剂可以用作模块，从而具有多个盒，该盒包括例如安装在烟道气系统(诸如导管或管道)中的催化剂。同样，多个盒式集成催化剂模块可以在烟道气系统中并联、串联、或并联和串联安装。盒包括适于围绕一个或多个单块装配的至少一个壁。壁的数量取决于盒的形状。具有圆形或椭圆形横截面形状的盒包括围绕单块的单个壁，而具有矩形横截面形状的盒包括四个壁，并且具有三角形横截面形状的盒包括三个壁。

本发明的基本特征是盒的一个或多个壁包括至少一个凹陷部。该凹陷部增加了将一个或多个单块固定在盒中的能力，并且进一步增加了盒壁的刚度。由于盒壁的结构强度相应地增加，因此壁的厚度、重量、材料消耗和盒的成本可以被最小化。一个或多个凹陷部可以被定向成在盒壁中朝向单块向内突出或者远离单块从盒壁向外突出，以及向内突出和向外突出。在任一种情况下，凹陷部都增加单块在盒中的固定和盒壁的结构强度，并且因此可以降低盒的壁厚、重量和成本。

在凹陷部在盒壁中向内突出的情况下，凹陷部提供了明确限定的固定点以用于将单块固定在盒中。单块可以通过单块与盒之间的摩擦力固定，特别是在凹陷部的内表面处。通过设置在盒与单块之间的层(诸如柔性垫或胶水)，可以进一步增加单块在盒中的固定。盒的一个或多个壁中的每一个可以具有一个或多个凹陷部，这取决于所需单块的结构强度和固定。凹陷部还可以沿任何方向定向并具有任何有利的形状，例如垂直或平行于盒中流体流动方向定向的椭圆形凹陷部。

在本发明的一个实施方案中，盒以压配方式围绕单块布置。压配合提供单块在盒中的紧密固定。在一些实施方案中，压配与凹陷部的结合导致单块在面向凹陷部的区域中的轻微局部变形。取决于凹陷部的定向，单块的变形可以在单块中向外或向内。凹陷部增加单块在盒中的固定，因为固定不仅由摩擦力引起，而且还由单块在盒中的机械凹痕/凹进锁定引起。然而，应当理解，在一些实施方案中可能发生的单块的变形不是本发明的前提条件。

在本发明的另一个实施方案中，盒由两块弯曲板制成，被形成为围绕单块装配在一起。弯曲板件可以形成为90°L形以便在装配在一起时形成矩形横截面形状，或形成为其他形状以便形成三角形、六边形或其他横截面形状。当根据本发明的多个盒式集成催化剂并排堆叠在导管内时，不同的形状可以用于最有效地利用给定烟道气导管的横截面区域。弯曲板可以通过焊接、几何互锁或本领域已知的任何其他方法围绕单块固定在一起。

在本发明的另一个实施方案中，盒包括与盒的一个或两个开口端相邻的一个或多个向内突出的边缘或一个或多个卡圈。这些边缘可以用于以下目的：向盒开口端提供附加的结构强度，提供单块在盒内的附加固定，并且还可以避免盒的锋利边缘。

盒可以由厚度为0.2mm到4mm的钢板制成，这取决于给定应用中的盒尺寸和对结构强度的要求。在一些实施方案中，盒的厚度可以仅为至多1mm厚，因为盒壁中的凹陷部增加结构强度。取决于应用、对强度的要求、单块的物理特性(列举几个)，凹陷部相对于盒壁的内表面的突出高度可以变化。在一些实施方案中，高度可以是0.5mm至15.0mm或1.5mm至4.0mm。

在一个实施方案中，本发明的催化剂是NH₃泄漏催化剂，并且在另一个实施方案中，船用发动机排气系统包括至少一个如所描述和要求保护的根据本发明的盒式集成催化剂。

本发明的特征

1.一种用于烟道气净化的盒式集成催化剂，所述催化剂包括至少一个单块并且所述盒包括

·第一开口端，

·第二开口端，和

·适于围绕所述至少一个单块装配的至少一个壁，

其中所述盒还包括在一个或多个所述壁中的至少一个凹陷部以将所述至少一个单块固定在所述盒中。

2.根据特征1所述的盒式集成催化剂，其中所述至少一个凹陷部在所述盒中向内突出。

3.根据特征1或2所述的盒式集成催化剂，其中所述盒的所述至少一个凹陷部和横截面区域相对于所述至少一个单块的横截面区域形成尺寸以将所述至少一个单块压配在所述盒中，从而将所述至少一个单块固定在所述盒中。

4.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述至少一个壁包括围绕所述至少一个单块压缩并且固定在压缩位置的两块弯曲板。

5.根据特征4所述的盒式集成催化剂，其中所述两块板中的每一块包括两个90°的弯曲部。

6.根据特征1至3中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述至少一个壁包括围绕所述至少一个单块压缩并且固定在压缩位置的一块弯曲板。

7.根据特征4至6中任一项所述的盒式集成催化剂，其中通过所述一个或多个板的至少两个边缘的焊接或几何互锁将所述一个或多个弯曲板固定在所述压缩位置。

8.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒具有矩形横截面。

9.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒具有三角形横截面。

10.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒具有六边形横截面。

11.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒具有圆形横截面。

12.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒包括在所述壁中的至少一个上的多个凹陷部。

13.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述至少一个凹陷部是纵向的，从而为包括所述至少一个凹陷部的壁提供附加的刚度。

14.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒还包括与所述盒的端部中的至少一个相邻的至少一个卡圈或一个或多个向内突出的边缘，从而防止所述至少一个单块在所述盒中的轴向移动。

15.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒由厚度为0.2mm至4mm，优选地0.5mm至2mm的钢板制成。

16.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述至少一个凹陷部具有相对于包括所述至少一个凹陷部的所述壁的内表面的突出高度，所述突出高度为0.5mm至15.0mm，优选地1.5mm至4.0mm。

17.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述催化剂包括一个接一个地布置的多个单块，所述多个单块在所述盒的所述第一端与所述第二端之间串联连接。

18.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述催化剂包括并排布置在所述盒的内部横截面区域上的多个单块。

19.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，还包括摩擦增强的盒单块界面。

20.根据特征19所述的盒式集成催化剂，其中所述摩擦增强的盒单块界面包括胶水。

21.根据特征19所述的盒式集成催化剂，其中所述摩擦增强的盒单块界面包括减振垫材料。

22.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述催化剂是NH₃泄漏催化剂。

23.一种船用发动机排气系统，包括至少一个根据特征1至22中任一项所述的盒式集成催化剂。

从以下参考附图对特定实施方案的描述中，本发明的更详细描述将变得显而易见，其中

图1示出了具有凹陷部但没有单块的盒的等距视图，

图2示出了盒的一部分的等距视图，

图3示出了盒的侧视图，

图4示出了盒的一部分的端视图，

图5示出了图3所示的盒的一部分的详细视图，

图6示出了图3所示的盒的细节的剖切图，并且

图7示出了图3所示的盒的一部分的详细视图。

位置编号

01.盒。

02.盒的第一开口端。

03.盒的第二开口端。

04.盒壁。

05.盒凹陷部。

06.盒卡圈。

参照图1，示出了根据本发明的实施方案的盒01，其内部没有单块。该实施方案的盒具有四个盒壁04，其适于包围要安装在其内部的单块的侧面并固定单块以防止相对于盒的移动。当单块安装在盒内时，它适于从盒02的第一开口端接收要在单块中净化的烟道气，使其通过盒内的单块，并使其进一步通过盒03的第二开口端到外部。

在所有四个盒壁上的每一个上都有五个盒凹陷部05，其可以在图6中以剖切图看到并且更详细地看到。在该实施方案中，凹陷部垂直于从盒的第一开口端到第二开口端的烟道气流动方向布置。这为薄板盒壁提供了增加的结构强度，薄板盒壁相应地具有较小的弯曲和振动倾向。此外，在该实施方案中，在盒中朝向单块向内突出的凹陷部提供了将被布置在盒内的单块的明确且优化的固定。如先前所讨论的，在盒以压配方式包围单块的实施方案中，凹陷部可能在单块的面与凹陷部接触的位置处引起单块的轻微变形，这由于高摩擦力而导致单块在盒中的牢固固定，以及可能还导致单块的机械凹痕/凹进锁定。

图1所示的盒在其两个开口端处还包括盒卡圈06。在该实施方案中，卡圈是盒壁的呈略微面向内S形的两个弯曲部，如图5和图7更详细地所示。这在开口端处提供了盒壁的附加强度，并且还为单块提供端部止动件，从而进一步固定单块以防止在盒中移动或离开盒。

图2示出了如图1所示的相同盒的半部分的等距视图，以示出盒围绕单块的安装。如图所示，半部分是具有两个90°的弯曲部的板，从而使得半部分能够围绕单块放置，然后接收盒的另一半部分。然后将两个半部分压在一起以围绕单块装配并沿半部分壁边缘对其进行焊接。在图3中，半部分以侧视图示出，从而揭示了适于焊接的半部分壁的边缘。在图4的端视图中示出了相同的半部分，从而揭示了两个90°的弯曲部和壁边缘。

Claims (23)

1.一种用于烟道气净化的盒式集成催化剂，所述催化剂包括至少一个单块并且所述盒包括

·第一开口端，

·第二开口端，和

·适于围绕所述至少一个单块装配的至少一个壁，

其中所述盒还包括在一个或多个所述壁中的至少一个凹陷部以将所述至少一个单块固定在所述盒中。

2.根据权利要求1所述的盒式集成催化剂，其中所述至少一个凹陷部在所述盒中向内突出。

3.根据权利要求1或2所述的盒式集成催化剂，其中所述盒的所述至少一个凹陷部和横截面区域相对于所述至少一个单块的横截面区域形成尺寸以将所述至少一个单块压配在所述盒中，从而将所述至少一个单块固定在所述盒中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述至少一个壁包括围绕所述至少一个单块压缩并且固定在压缩位置的两块弯曲板。

5.根据权利要求4所述的盒式集成催化剂，其中所述两块板中的每一块包括两个90°的弯曲部。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述至少一个壁包括围绕所述至少一个单块压缩并且固定在压缩位置的一块弯曲板。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的盒式集成催化剂，其中通过所述一个或多个板的至少两个边缘的焊接或几何互锁将所述一个或多个弯曲板固定在所述压缩位置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒具有矩形横截面。

9.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒具有三角形横截面。

10.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒具有六边形横截面。

11.根据前述特征中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒具有圆形横截面。

12.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒包括在所述壁中的至少一个上的多个凹陷部。

13.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述至少一个凹陷部是纵向的，从而为包括所述至少一个凹陷部的所述壁提供附加的刚度。

14.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒还包括与所述盒的端部中的至少一个相邻的至少一个卡圈或一个或多个向内突出的边缘，从而防止所述至少一个单块在所述盒中的轴向移动。

15.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述盒由厚度为0.2mm至4mm，优选地0.5mm至2mm的钢板制成。

16.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述至少一个凹陷部具有相对于包括所述至少一个凹陷部的所述壁的内表面的突出高度，所述突出高度为0.5mm至15.0mm，优选地1.5mm至4.0mm。

17.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述催化剂包括一个接一个地布置的多个单块，所述多个单块在所述盒的所述第一端与所述第二端之间串联连接。

18.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述催化剂包括并排布置在所述盒的内部横截面区域上的多个单块。

19.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，还包括摩擦增强的盒单块界面。

20.根据权利要求19所述的盒式集成催化剂，其中所述摩擦增强的盒单块界面包括胶水。

21.根据权利要求19所述的盒式集成催化剂，其中所述摩擦增强的盒单块界面包括减振垫材料。

22.根据前述权利要求中任一项所述的盒式集成催化剂，其中所述催化剂是NH3泄漏催化剂。

23.一种船用发动机排气系统，包括至少一个根据权利要求1至22中任一项所述的盒式集成催化剂。