EA000916B1 - Способ и устройство для очистки газов после двигателей внутреннего сгорания - Google Patents

Способ и устройство для очистки газов после двигателей внутреннего сгорания Download PDF

Info

Publication number
EA000916B1
EA000916B1 EA199900449A EA199900449A EA000916B1 EA 000916 B1 EA000916 B1 EA 000916B1 EA 199900449 A EA199900449 A EA 199900449A EA 199900449 A EA199900449 A EA 199900449A EA 000916 B1 EA000916 B1 EA 000916B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
gas
solid material
catalyst
permeable solid
exhaust gases
Prior art date
Application number
EA199900449A
Other languages
English (en)
Other versions
EA199900449A1 (ru
Inventor
Юрий Ш. Матрос
Григорий А. Бунимович
Вадим О. Строц
Original Assignee
Матрос Текнолоджиз, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Матрос Текнолоджиз, Инк. filed Critical Матрос Текнолоджиз, Инк.
Publication of EA199900449A1 publication Critical patent/EA199900449A1/ru
Publication of EA000916B1 publication Critical patent/EA000916B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9481—Catalyst preceded by an adsorption device without catalytic function for temporary storage of contaminants, e.g. during cold start
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/0233—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles periodically cleaning filter by blowing a gas through the filter in a direction opposite to exhaust flow, e.g. exposing filter to engine air intake
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0814—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents combined with catalytic converters, e.g. NOx absorption/storage reduction catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0835—Hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0871—Regulation of absorbents or adsorbents, e.g. purging
    • F01N3/0878—Bypassing absorbents or adsorbents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2093—Periodically blowing a gas through the converter, e.g. in a direction opposite to exhaust gas flow or by reversing exhaust gas flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/30—Arrangements for supply of additional air
    • F01N3/306—Preheating additional air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/50—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/912—HC-storage component incorporated in the catalyst
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/01—Engine exhaust gases
    • B01D2258/012—Diesel engines and lean burn gasoline engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/944—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or carbon making use of oxidation catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/16—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2250/00—Combinations of different methods of purification
    • F01N2250/12—Combinations of different methods of purification absorption or adsorption, and catalytic conversion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2290/00—Movable parts or members in exhaust systems for other than for control purposes
    • F01N2290/02—Movable parts or members in exhaust systems for other than for control purposes with continuous rotary movement
    • F01N2290/06—Movable parts or members in exhaust systems for other than for control purposes with continuous rotary movement driven by auxiliary drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
    • F01N2410/12—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device in case of absorption, adsorption or desorption of exhaust gas constituents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/026—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting NOx
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к способу очистки газов после двигателей внутреннего сгорания и устройству для осуществления процесса очистки в соответствии с предлагаемым способом.
Краткое описание уровня существующей техники
Двигатели внутреннего сгорания используют разнообразные топлива, включая однокомпонентные - бензин, дизельное топливо, природный газ, попутный нефтяной газ, и т.п., и смесевые, такие как, например, смеси бензина и метанола или природного газа и дизельного топлива. Дизельные двигатели, реконструированные на использование смесей природного газа и дизельного топлива, получают широкое распространение в последнее время. Отходящие газы после двигателей внутреннего сгорания содержат значительное количество вредных веществ в виде непрореагировавших углеводородов топлива (УВ), а также оксидов азота (NOx) и продуктов парциального окисления, таких как оксид углерода I (СО). В зависимости от типа топлива отходящий газ может содержать также углеродосодержащие частицы (сажу) и органические вещества, отличающиеся от углеводородов топлива, такие, например, как спирты, альдегиды, кетоны, эфиры, кислоты и т.п. Законодательные нормы, ограничивающие выбросы после автомобилей введены в развитых странах с начала 70-годов и постоянно ужесточаются в течение последних 30 лет. Например, Японское законодательство ограничивает максимальный выброс углеводородов (включая метан) величиной общей концентрации 670 долей на миллион (ррм). Такой уровень выбросов углеводородов практически недостижим после дизельных двигателей, работающих на природного газе или на смесях природного газа и дизельного топлива. Основной компонент природного газа, метан, обладает высокой устойчивостью и трудно окисляется до высоких степеней превращения в камере сгорания двигателя. За счет этого выбросы метана после дизельного двигателя, работающего на смесях природного газа и дизельного топлива, могут достигать 1000-4000 ррм при низких нагрузках двигателя.
Обезвреживание вредных выбросов после автомобилей основано на применении каталитических конвертеров. Современные автомобильные катализаторы тройного действия (КТД) используют в качестве активного компонента драгоценные металлы, способные одновременно ускорять протекание реакций окисления органических веществ до углекислого газа и воды, окисления СО в углекислый газ и восстановления NOx до молекулярного азота. В инженерной практике в качестве температуры или точки зажигания катализатора рассматривают температуру, при которой углеводороды окисляются на 50%. Обычно при этой температуре катализаторы тройного действия активны также и в отношении реакций окисления СО и восстановления NOx. КТД не активны при комнатной температуре. Обычно, конвертер зажигается после подъема температуры до 300 - 400°С.
В период старта а также во время работы на холостом ходу или при низких нагрузках двигатель выделяет существенное количество углеводородов и СО, которое может даже превышать выхлопы этих компонентов, наблюдаемые при высокой нагрузке двигателя. К сожалению, в этих режимах работы двигателя, выхлопной газ имеет низкую температуру и катализатор, зачастую, оказывается неэффективным. При понижении нагрузки на двигатель, конвертер затухает, в результате понижения входной температуры.
При холодном старте выхлопные газы после автомобиля имеют в начале очень низкую температуру, соответствующую температуре окружающей среды. В дальнейшем в течение разогрева двигателя, эта температура повышается.
Каталитический конвертер находится в неработоспособном состоянии, до тех пор пока температура на катализаторе не достигнет точки зажигания. Выхлопные газы проходят конвертер, практически не реагируя. Подобная проблема возникает также и после старта автомобиля в результате понижения температуры, обусловленного, например, понижением нагрузки двигателя или переходом к режиму холостого хода. В частности, высокие выхлопы углеводородов в периоды работы на низких нагрузках двигателя, существены для дизельных автомобилей, использующих смеси природного газа и дизельного топлива и оборудованных традиционными каталитическими конвертерами. Через некоторое время после снижения температуры газа ниже точки зажигания катализатор теряет свою эффективность, и выхлопной газ выбрасывается в атмосферу, не будучи очищенным от вредных веществ. Требуется время для повторного разогрева конвертера после повышения нагрузки двигателя и связанного с этим возрастания входной температуры.
Снижение выбросов углеводородов при холодном старте бензиновых автомобилей и в режимах холостого хода и низких нагрузок дизельных автомобилей является важнейшей технической проблемой, решение которой определяет общий уровень газоовых бросов после автомобилей. В соответствии с Федеральным тестом США для современных бензиновых автомобилей, оборудованных традиционными каталитическими конвертерами, более 70 % вредных выбросов выделяется в период холодного старта. Известны три принципиальных способа снижения выбросов при холодном старте. Эти способы включают в себя подогрев каталитического конвертера до старта двигателя, уменьшение времени подогрева конвертера за счет тепла отходящих газов и задержку подачи углеводородов на катализатор путем их временной аккумуляции на адсорбенте.
Подогрев конвертера до старта двигателя может осуществляться за счет электрического подогревателя питаемого от батареи автомобиля. Однако, такой подогрев требует высокой электрической нагрузки, что приводит к истощению батареи и недостатку энергии для зажигания двигателя. Другим недостатком этого метода является необходимость подачи воздуха в выхлопной газ перед конвертером, чтобы компенсировать недостаток кислорода требуемого для окисления углеводородов на катализаторе. Требуется сложная система управления для включения электрического нагревательного элемента и перевода электрической нагрузки на зажигание двигателя после достаточного подогрева катализатора. Аналогичные проблемы возникают при использовании топливных горелок для целей первоначального подогрева конвертера.
Второй способ предполагает улучшение термоизоляции конвертера и его размещение в непосредственной близости от цилиндров двигателя, с целью уменьшения времени подогрева катализатора. Снижение дистанции между двигателем и конвертером приводит к обратному переносу тепла от разогретого конвертера к двигателю, что вызывает термическое разрушение компонентов двигателя. Улучшение теплоизоляции позволяет удержать тепло в конвертере в течение нескольких часов после остановки двигателя, однако не приводит к снижению выбросов холодного старта после ночной стоянки. Кроме того, в соответствии с условиями Федерального Теста США, двигатель должен находится в длительно охлажденном состоянии перед началом теста.
Третий способ предполагает размещение в конвертере специального адсорбента или адсорбционной ловушки углеводородов. Углеводороды передают свою кинетическую энергию поверхностным атомам адсорбента в процессе адсорбции. Требуется определенная температуура для отрыва углеводородов с поверхности адсорбента. Это осуществляется за счет увеличения температуры. Многие адсорбенты имеют довольно высокую селективность адсорбции в отношении углеводородов и низкую в отношении водяного пара, содержащегося в выхлопном газе. Примеры таких гидрофобных адсорбентов описаны в патентах США № 4.985.210, 5.051.244, 5.078.979 и др. К ним относятся адсорбенты на основе природных и искусственных цеолитов, например цеолит-Y, морденит, шабазит и др.
Высокая степень очистки выхлопа от углеводородов в период холодного старта автомобиля в системе, совмещающей адсорбент и катализатор, может быть достигнута, если адсорбент обладает способностью удерживания углеводородов в течение достаточного времени, пока температура на катализаторе не повысится до точки зажигания. К сожалению, адсорбенты, способные удерживать углеводороды при температурах до 300°С, не известны в промышленной практике. В результате этого, как внесение адсорбента в слой катализатора в автомобильном конвертере, так и организация последовательного прохождения газа через слои катализатора и адсорбента не позволяют в существенной степени сократить выбросы в период холодного старта, поскольку углеводороды десорбируются до того, как катализатор достигнет точки зажигания.
Известны способы подогрева слоя катализатора в системах с адсорбентом, позволяющие достигнуть высоких температур в слое катализатора в течение времени адсорбции низкотемпературных газов. Некоторые из этих способов включают специальные клапаны, переключающие поток выхлопного газа на вход двигателя либо на конвертер, содержащий последовательные слои адсорбента и катализатора. Другие способы включают размещение дополнительного слоя катализатора до адсорбента. Тепло, получаемое газом в этом дополнительном слое катализатора передается методом теплообмена в основной слой катализатора, размещенный после адсорбента. Такой теплообмен позволяет подогреть основной слой, до того как углеводороды начнут десорбироваться. Другой метод подогрева основного слоя катализатора заключается в организации сквозного отверстия в слое адсорбента, через которое проходит часть выхлопного газа для подогрева основного слоя катализатора.
Примеры упомянутых выше способов описаны в патенте США № 5.388.405, в котором предложен рецикл выхлопного газа на вход двигателя в период холодного старта. Это помогает избежать выбросов УВ, связанных с несовпадением температур десорбции и каталитической реакции. Однако рецикл выхлопа усложняет систему очистки и затрудняет нормальную работу двигателя вследствие понижения концентрации кислорода в воздухе на входе в двигатель и перехода к горению в цилиндрах двигателя богатых топливных смесей.
В патенте США № 5.388.405, также, как и в более ранних патентах США № 2.942.932, 3.699.683, 4.985.210, 5.021.244 и 5.078.979, предлагается байпасировать выхлопной газ мимо слоя адсорбента, после подогрева дополнительного слоя катализатора, размещенного до адсорбента. Это уменьшает время подогрева основного слоя катализатора, однако не предотвращает выбросы углеводородов в атмосферу в конечной фазе холодного старта, когда выхлопной газ нагревается от 150-200°С до 300-400°С. В течение этой фазы углеводороды десорбируются с адсорбента, однако катализатор все еще не эффективен, поскольку не успел подогреться до высокой температуры.
В патентах США № 5.158.753 и 5.388.405, а также публикации в журнале Automotive Engineering (Cold-start hydrocarbon emission control. Automotive Engineering. October, 1995, pp. 4752), описан усовершенствованный способ, комбинирующий использование катализатора и адсорбента. В соответствии с этим способом, устройство для очистки выхлопных газов автомобилей включает в себя слой катализатора, слой адсорбента, размещенный между слоями катализатора, и рекуперативный теплообменник. Катализатор также наносится в теплообменнике на поверхности теплообмена со стороны входа выхлопных газов. Теплообменник служит для передачи тепла выхлопных газов на второй слой катализатора, расположенный после слоя адсорбента. Система очистки, описанная фирмой Энгельгард в той же упомянутой выше публикации в Automotive Engineering, с целью достижения стандартов Федерального теста США включает в себя также дополнительный слой катализатора, размещенный до теплообменника. Приведенные в публикации экспериментальные результаты показали, что эта довольно сложная система позволяет удовлетворить требованиям законодательства Штата Калифорнии. Основным недостатком системы Энгельгарда является ее высокое гидравлическое сопротивление, сосредоточенное, главным образом в теплообменнике. По данным упомянутой публикации, это сопротивление примерно в два раза выше сопротивления обычного конвертера, что вызывает существенную потерю полезной работы двигателя. Другим недостатком системы Энгельгарта является ее сложность, которая наряду со значительной длиной хода газа через систему (до 1,8 м) определяет высокие потери тепла и, соответственно, необходимость высоких поверхностей теплообмена. Кроме того, устройство имеет значительные размеры.
Известна другая система, совмещающая адсорбент и катализатор, разработанная фирмой Корнинг (США). Эта система, имеющая сокращенное наименование PUMA, описана в статьях Американского Общества Автомобильных Инженеров SAE 9603047 и SAE 9603048. В системе PUMA адсорбционная ловушка углеводородов размещена между двумя слоями катализатора. Специальное отверстие с хорошо выверенным диаметром вырезается в осевом направлении вдоль ловушки. При холодном старте, когда большая часть углеводородов адсорбируется, в это отверстие подается воздух под давлением, блокируя таким образом проход углеводородов напрямую на второй слой катализатора. Как только первый по ходу газа слой катализатора нагревается до точки зажигания, специальный клапан сбрасывает давление воздуха на отверстие в ловушке, выхлопные газы проходят через это отверстие, минуя слой адсорбента, и подогревают второй по ходу газа слой катализатора. В процессе постепенного подогрева адсорбера, уловленные на ловушке углеводороды десорбируются и поступают на второй слой катализатора. Одним из недостатков системы PUMA является возможность прохода непрореагировавших углеводородов в период времени после отключения воздуха, до того как второй слой катализатора нагреется до достаточно высокой температуры. Кроме того эта система является весьма сложной и требует специальных устройств для подачи сжатого воздуха.
В отношении обезвреживания газов после дизельных двигателей, проблема удаления вредных выбросов при работе на холостом ходу или при низкой нагрузке, решалась только путем поиска низкотемпературных катализаторов. Часто, при температуре отходящих газов ниже 300-350°С, каталитический конвертер затухает, поскольку эти температуры недостаточны для зажигания катализатора. В частности, это наблюдается для дизельных двигателей, работающих на смесях природного газа и дизельного топлива, поскольку катализаторы на основе драгоценных металлов (Pd/Pt/Rh) характеризуются ничтожно-малой скоростью окисления метана при температурах ниже 350-400°С.
Краткое описание изобретения
В свете вышеизложенного целью настоящего изобретения является разработка устройства и способа для очистки газов после автомобилей, позволяющего понизить вредные выбросы, как в периоды холодного старта так и при нормальной работе двигателя. Другой целью настоящего изобретения является разработка способа обезвреживания выхлопных газов для условий, когда температура газов понижается, например, при понижении нагрузки дизельного двигателя, работающего на смесях природного газа и дизельного топлива. Другие цели и свойства предлагаемого изобретения будут следовать из его детального описания.
Изобретение рассматривает способ обезвреживания вредных газовых выбросов после двигателей внутреннего сгорания при старте двигателя, когда выхлопные газы вначале имеют низкую температуру, а затем становятся горячими. Указанные газы содержат индивидуальные вредные вещества, такие как органических вещества, NOx, CO, углеродсодержащие твердые частицы, либо смеси этих веществ. Способ заключается в том, что выхлопные газы (а) пропускают через газопроницаемый твердый материал, содержащий адсорбент и гетерогенный катализатор, причем этот адсорбент способен к адсорбции указанных вредных веществ из газов при температурах ниже определенной температуры, а гетерогенный катализатор способен превращать указанные вредные вещества в безвредные при его нагревании выше определенной температуры, так что в начале периода старта двигателя указанный катализа7 тор находится при температурах, недостаточных для осуществления эффективного превращения вредных веществ из отходящих газов, а эти вещества адсорбируются на адсорбенте; и (б) в течение времени постепенного разогрева выхлопных газов циклическим образом реверсируют пропускание выхлопных газов через указанный газопроницаемый твердый материал, таким образом, чтобы подогреть по крайней мере часть указанного газопроницаемого твердого материала, содержащего катализатор до температур, при которых этот катализатор эффективен в отношении конверсии вредных веществ из выхлопных газов, и осуществить этот подогрев до того как адсорбент нагреется до температуры, при которой вредные вещества начнут десорбироваться, обеспечивая тем самым адсорбцию вредных компонентов на адсорбенте в течение подогрева катализатора отходящими газами и последующее превращение этих компонентов в безвредные на катализаторе·
Во вторых, изобретение рассматривает способ обезвреживания вредных газовых выбросов после двигателей внутреннего сгорания для ситуаций, когда выхлопные газы вначале имеют высокую температуру, а затем становятся холодными. Указанные газы содержат индивидуальные вредные вещества, такие как органические вещества, NOx, СО, углеродсодержащие твердые частицы, либо смеси этих веществ. Этот способ заключается в том что, эти выхлопные газы (а) пропускают через газопроницаемый твердый материал, содержащий гетерогенный катализатор, способный превращать указанные вредные вещества в безвредные при его нагревании выше определенной температуры, причем, по крайней мере, часть указанного газопроницаемого твердого материала предварительно подогрета до температуры, при которой катализатор способен эффективно превращать вредные вещества в безвредные; и, (б) циклическим образом реверсируют указанное пропускание, обеспечивая за счет этого функционирование газопроницаемого твердого материала как регенеративного теплообменника, повышающего температуру отходящих газов, и, таким образом, поддерживая по крайней мере, в части объема, содержащего катализатор, достаточно высокие температуры для эффективного превращения вредных веществ в безвредные, тем самым удлиняя промежуток времени, в течение которого катализатор способен превращать вредные вещества в безвредные при низких температурах выхлопных газов.
В третьих, изобретение рассматривает устройство для очистки отходящих газов после двигателей внутреннего сгорания, содержащее газопроницаемый твердый материал, заключенный в контейнере, имеющем входной и выходной порты для подачи и вывода отходящего газа. Часть материала содержит адсорбент и находится между двух областей, содержащих катализатор. Через эти области последовательно проходят отходящие газы. Указанный адсорбент обладает способностью к адсорбции вредных веществ из отходящего газа при температурах ниже определенной температуры, а указанный катализатор способен превращать вредные вещества при температурах выше некоторой определенной температуры. Устройство включает в себя механизм для циклического реверсирования пропускания выхлопных газов через области материала, содержащие катализатор, с целью достижения точки зажигания, по крайней мере в части материала, содержащего катализатор, таким образом, что вредные вещества, содержащиеся в отходящем газе, первоначально улавливаются на адсорбенте, а затем превращаются в безвредные на катализаторе.
Изобретение, основные идеи которого кратко описаны выше, содержит также более частные способы и устройства, обсуждаемые далее в детальном описании изобретения и переданные в его формуле.
Краткое описание чертежей
В прилагаемых сопроводительных чертежах и схемах иллюстрируются несколько возможных реализаций изобретения. Одинаковые буквенные и цифровые обозначения на рисунках относятся к одинаковым функциональным частям устройств изобретения, показанных на различных видах чертежей.
Фиг. 1 показывает схему принципиального способа очистки газов в соответствии с настоящим изобретением. Эта диаграмма иллюстрирует работу системы очистки в течение первой фазы цикла процесса.
Фиг. 2 показывает схему принципиального способа очистки газов в соответствии с настоящим изобретением и иллюстрирует работу системы очистки в течение второй фазы цикла процесса.
Фиг. 3 показывает схему модификации принципиального способа системы очистки газов в соответствии с настоящим изобретением, в котором пропускание прохождения отходящего газа через граничные участки материала, содержащего катализатор, циклически реверсируют, а пропускание газа через часть материала, содержащего адсорбент, не реверсируют.
Фиг. 4 показывает схему другой модификации принципиального способа очистки газов в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 5 показывает схему первого предпочтительного устройства по очистке газов в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 6 показывает схему второго предпочтительного устройства для использования в соответствии с настоящим изобретением. Рисунок 6А показывает поперечное сечение устройства вдоль линии сечения 6А-6В, показанного на рисунке 6.
Фиг. 7 показывает схему третьего предпочтительного устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 8 иллюстрирует профили температуры вдоль пути газа через газопроницаемый твердый материал в различные моменты времени в течение периода холодного старта двигателя в устройстве для очистки газа в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 9 иллюстрирует профили температуры вдоль пути газа через газопроницаемый твердый материал в различные моменты времени в течение работы двигателя при низкой нагрузке в устройстве для очистки газа в соответствии с настоящим изобретением.
Детальное описание изобретения
Температура и состав выхлопных газов после двигателей внутреннего сгорания зависят от типа двигателя, используемого топлива и режима работы двигателя. Настоящее изобретение может быть использовано для очистки газов после разнообразных двигателей, как с электрическим, так и с компресионным зажиганием топливно-воздушной смеси, и в частности, может эффективно использоваться после дизельных двигателей. Способы и устройства, описанные в настоящем изобретении, могут применяться после двигателей, работающих на неэтилированном бензине, при примерно стехиометрическом составе топливно-воздушных смесей, и могут устанавливаться на автомобилях, оборудованными такими двигателями. Эти способы и устройства могут быть успешно использованы для очистки газов после двигателей, работающих на топливах на основе кислородсодержащих органических соединений, например спиртов, метанола или этанола и смесей этих соединений с бензином, спиртами и метил-третбутиловым эфиром (МТБЕ), а также после двигателей, работающих на попутном нефтяном газе или природном газе, или после двигателей, работающих на смесях бензина или дизельного топлива с природным газом.
Объемная концентрация кислорода в выхлопном газе, направляемом на очистку, может составлять всего несколько тысячных долей процента, в случае использования изобретения для очистки газов после бензиновых двигателей, оборудованных кислородными датчиками и работающих на топливо-воздушных смесях, близких к стехиометрическим. Однако, эта концентрация может быть порядка нескольких процентов, когда настоящее изобретение используется для очистки выхлопных газов после двигателей, работающих на бедных топливно-воздушных смесях, таких, например, как дизельные двигатели, работающие на дизельном топливе, либо реконструированные на использование смесей дизельного топлива и природного газа. Основными вредными веществами, подлежащими обезвреживанию являются непрореагировавшие в двигателе углеводороды топлива, СО и NOx.
Однако, в зависимости от топлива, отходящий газ может содержать наряду с углеводородными компонентами топлива другие органические соединения, например, метанол или другие спирты, альдегиды и кетоны, эфиры, кислоты и т.п. Концентрации углеводородов, СО, NOx могут изменяться от нескольких тысячных до десятых долей процента в зависимости от типа двигателя, состава топливно-воздушной смеси и режима работы двигателя. Например, при старте бензиновых двигателей имеет место значительное выделение углеводородов, концентрация которых достигает нескольких десятых долей процента. Выхлопные газы после дизельных двигателей могут содержать углеродные частицы (сажу). Эти частицы имеют размеры от 0,05 до 1 мк, и включают в себя т.н. нерастворимую фракцию, содержащую в основном углерод, и растворимую в органических растворах фракцию, содержащую углеводороды, адсорбированные на поверхности углеродной твердой фазы. Выхлопные газы, направляемые на очистку, могут иметь высокие концентрации формальдегида и метанола, например, после двигателей, работающих на метаноле или смесях метанола и бензина. Выхлопные газы могут иметь также высокую концентрацию метана, достигающую нескольких долей процента, например, после двигателей, работающих на природном газе или его смесях с дизельным топливом.
При старте бензиновых двигателей, в частности при холодном старте, или при старте после длительной остановки, или, при работе на низких нагрузках дизельных двигателей, работающих на смесях природного газа и дизельного топлива, количество углеводородов, моноксида углерода и других вредных веществ может быть выше, чем при нормальном режиме работы двигателя при высоких нагрузках. В соответствии с рисунками, иллюстрирующими настоящее изобретение, обозначение 3 относится к системе очистки газа, которая может быть использована для очистки газов, выделяемых в течение таких режимов работы двигателя, когда температура выхлопного газа возрастает от комнатной до примерно 300°С. Высокие концентрации углеводородов в выхлопном газе имеют место в течение первых 1-2 мин после старта двигателя. Для двигателей, работающих на бедных топливо-воздушных смесях и потребляющих в качестве топлива природный газ или смеси природного газа и дизельного топлива, температура отводящего газа может быть не выше 350°С, особенно в режиме холостого хода или при низкой нагрузке двигателя. В режиме холостого хода или при низких нагрузках, выхлоп от дизельного двигателя, работающего на смесях дизельного топлива и природного газа, содержит существенное количество вредных компонентов, включая частицы. Эти компоненты могут быть обезврежены используя настоящее изобретение.
Способ обезвреживания выхлопных газов после двигателей внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением включает в себя циклическое реверсирование пропускания выхлопных газов через газопроницаемый твердый материал, с целью либо инициирования зажигания катализатора, в случаях когда температура выхлопных газов повышается, либо замедления или предотвращения затухания катализатора, в случаях, когда температура выхлопных газов после двигателя падает ниже точки зажигания. Повышение температуры выхлопных газов имеет место при холодном старте либо при повторном старте двигателя, охлажденного в результате длительной остановки. Понижение температуры выхлопных газов имеет место в частности при работе дизельного двигателя при переходе двигателя на режим холостого хода или при понижении нагрузки. Изобретение может быть в частности использовано для очистки выхлопных газов от метана, выбрасываемого в атмосферу после двигателей, работающих на природном газе или смесях природного газа и дизельного топлива.
Первый аспект изобретения, относящийся к способу очистки газов в период холодного старта двигателя или его повторного старта после длительной остановки, требует использования газопроницаемого твердого материала 5, содержащего адсорбент и гетерогенный катализатор. Газопроницаемый твердый материал заключен в существенно замкнутый контейнер 4, снабженный входным и выходным портами 6, служащими для ввода и вывода выхлопных газов. Адсорбент должен адсорбировать вредные газовые вещества при температурах ниже определенного температурного предела и десорбировать эти вещества при его нагревании выше этой температуры. Катализатор должен эффективно конвертировать вредные вещества, содержащиеся в выхлопных газах, в безвредные при нагревании до температур выше определенного температурного предела. Настоящее изобретение направлено на преодоление принципиального противоречия, характерного для систем очистки автомобильных газов, включающих адсорбент и катализатор, и существенно понижающих эффективность этих систем. Это противоречие заключается в том, что наибольшая температура, при которой адсорбент способен к адсорбции вредных компонентов, как правило значительно ниже наименьшей температуры, при которой катализатор эффективно конвертирует эти вредные компоненты. Это противоречие снимается в настоящем изобретении за счет циклического реверсирования пропускания газа через неподвижный слой, как в частности описано ниже.
Второй аспект изобретения относится к способу очистки выхлопных газов, который замедляет или предотвращает затухание катализатора, находящегося при температуре выше точки зажигания, и применяется в тех ситуациях, когда катализатор, содержащийся в газопроницаемом твердом материале, имеет вначале высокую температуру, обеспечивающую зажигание газовой смеси, а затем подвергается продувке газа с низкой температурой, такой, что при достаточной длительности продувки процесс затухает и катализатор оказывается неэффективным в отношении реакций обезвреживания вредных компонентов. В соответствии с настоящим изобретением пропускание газовой смеси через твердый газопроницаемый материал, содержащий катализатор, циклически реверсируют, как это более детально описано ниже, таким образом, что катализатор продолжает быть эффективным в отношении конверсии вредных веществ в безвредные в выхлопных газах. Применение адсорбента непосредственно в этой ситуации не требуется, поскольку катализатор способен сохранять высокие температуры при низких температурах отходящих газов. Однако, адсорбент может присутствовать в системе, выполняя функцию дополнительной тепловой емкости наряду с газопроницаемым твердым материалом и катализатором.
Третий аспект изобретения касается устройств для очистки газов, описанных ниже в связи с первым аспектом изобретения - способом, направленным на снижение газовых выбросов в период холодного старта двигателя или его повторного старта после длительной остановки.
В качестве катализатора, содержащегося в газопроницаемом твердом материале 5, может быть использован любой материал, способный ускорять реакции окисления газовых углеводородов - компонентов автомобильного топлива, и моноксида углерода до воды и углекислого газа, а также ускорять реакции восстановления оксидов азота в молекулярный азот, CO2 и H2O путем взаимодействия оксидов азота с моноксидом углерода или углеводородами. Катализатор может содержать в качестве активных компонентов драгоценные металлы подобно традиционным автомобильным катализаторам тройного действия, широко применяемым для очистки газов после двигателей, работающих на богатых и стехиометрических топливно-воздушных смесях. Палладиевый катализатор может применяться для окисления метана при переработке выхлопных газов после двигателей, работающих на природном газе или смесях природного газа и дизельного топлива. Катализаторы на основе ионно-обменных цеолитов, известные своей активностью в отношении реакций восстановления NOx углеводородами при высоких концентрациях кислорода, могут применяться для очистки от оксидов азота после двигателей, работающих на бедных топливно-воздушных смесях. Также, могут применяться катализаторы на основе металлов переходной группы или смесей этих металлов с драгоценными металлами.
В качестве адсорбента, содержащегося в газопроницаемом твердом материале 5, может использоваться любой материал, способный к адсорбции углеводородов из отходящего газа при низких температурах и десорбции углеводородов при высоких температурах. К таким адсорбентам в частности относятся углеродные адсорбенты, например, на основе активированного угля. Предпочтительнее является использование адсорбентов на основе искусственных или природных цеолитов, таких как, например, цеолит-Y, ZSM-5, морденит, фожазит, шабазит, или любых других цеолитных материалов, высокоселективных в отношении адсорбции углеводородов. При очистке выхлопных газов после дизельных двигателей адсорбент может быть модифицирован, таким образом, чтобы облегчить горение адсорбированных частиц сажи. Эта модификация может включать в себя внесение в адсорбент компонентов, способных к каталитическому окислению сажи, таких как, например, драгоценные металлы или индивидуальные или смешанные оксиды основных металлов. В частности, эффективными являются модифицированные адсорбенты, полученные путем внесения оксидов ванадия, меди или церия, способствующих повышению скорости реакции окисления частиц сажи.
В качестве газопроницаемого твердого материала может служить любой материал, используемый в качестве носителя для катализатора в автомобильных конвертерах. Например, этот материал может быть изготовлен из окиси алюминия, муллита, кордиерита, окиси циркония или их смесей, или любых иных керамических материалов, обладающих термической стойкостью и сопротивлением к термошокам. Газопроницаемый твердый материал может быть выполнен также из сплавов, содержащих железо или другие металлы. Высокая поверхность окиси алюминия в материале может быть стабилизирована путем добавок окиси церия или иттрия.
Газопроницаемый твердый материал, располагается в контейнере 4 между двух портов 6, предназначенных для ввода и вывода отходящих газов. Контейнер 4 может быть теплоизолирован с помощью современных методов тепловой изоляции и теплоизоляционных материалов. Газопроницаемый твердый материал может быть исполнен в виде неподвижного слоя из случайно упакованных элементов малого размера, таких как сферы, цилиндры или кольца Рашига, и т.п., либо как единый монолитный элемент или блок, имеющий случайную структуру, например, монолит из пористой керамической или металлической губки, либо как монолит с упорядоченной структурой, например равномерно распределенными волнистыми каналами одинакового размера. В частности, предпочтительным является использование газопроницаемого твердого материала, выполненного в виде монолитного блока с прямыми параллельными каналами для прохода газа. Такая структура понижает гидравлическое сопротивление при прохождении газа. В принципе, параллельные прямые каналы в монолите могут иметь различные размеры вдоль длины и поперечного сечения монолита, однако предпочтительным является использование каналов существенно одинакового размера во всем объеме монолитного блока.
Любые подходящие методы могут быть использованы для нанесения катализатора и адсорбента на внутреннюю и наружную поверхность газопроницаемого твердого материала. Например, прекурсор газопроницаемого твердого материала, такой как глина или гель гидроокиси алюминия, в смеси с подходящим связующим, может быть смешан с катализатором и адсорбентом. Затем, полученная вязкая масса может быть сформована методом экструзии в элементы небольшого размера подходящей формы для случайной упаковки неподвижного слоя, либо в монолитный блок. В дальнейшем, полученные экструдаты могут быть подвергнуты осушке и прокалке. Более предпочтительный метод включает в себя нанесение жидких прекурсоров катализатора и адсорбента на предварительно сформованные элементы неподвижного слоя или монолитный блок.
В некоторых случаях, как катализатор так и адсорбент могут быть выполнены из существенно одинакового материала, поскольку многие катализаторы обладают существенной адсорбционной способностью, в то время как промышленные адсорбенты преимущественно неактивны в отношении катализирования химических реакций. В случае, если катализатор и адсорбент выполнены из разных материалов, они могут быть равномерно перемешаны и распределены в объеме газопроницаемого материала 5. В качестве альтернативы этому методу, катализатор и адсорбент могут быть распределены отдельно друг от друга, обеспечивая тем самым последовательное прохождение отходящего газа через множество перемежающихся слоев, содержащих катализатор или адсорбент. В соответствии с настоящим изобретением, наиболее предпочтительным является преимущественное размещение адсорбента в центральной части газопроницаемого твердого материала между двумя другими частями этого материала, содержащими преимущественно катализатор.
В соответствии с предпочтительной организацией процесса очистки выхлопных газов, согласно настоящему изобретению, адсорбент вносится в центральную часть газопроницаемого твердого материала 5, тогда как катализатор вносится в его граничные области 7 и 8. Эта предпочтительная конфигурация схематически показана на фиг. 1 и 2, где штриховка 10 обозначает область твердого материала, содержащую преимущественно катализатор, а штриховка 11 обозначает область объема материала, со15 держащую преимущественно адсорбент. Как показано на фиг. 1, граничные области 7 и 8 газопроницаемого твердого материала 5 примыкают к портам 6 для ввода и вывода отходящих газов в систему очистки 3. Эти граничные области 7 и 8 отделены от центральной области 9 с помощью разделителей 12. Модифицированная организация процесса показана на фиг. 3. В соответствии с этой организацией, поток газа, протекающего через граничные области 7 и 8, периодически реверсируют, в то время как прохождение смеси через центральную область 9 не изменят. В устройствах, показанных на фиг. 1-4, граничные участки газопроницаемого твердого материала, примыкающие к портам для ввода и вывода газа, служат не только в качестве катализатора или адсорбента, но также и в качестве регенеративных теплообменных зон. Регенеративный теплообмен осуществляется в процессе циклического реверсирования пропускания газа через газопроницаемый твердый материал. В соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно, чтобы частную функцию теплообменных зон выполнял существенно весь объем газопроницаемого твердого материала, содержащего катализатор и адсорбент.
Как схематически показано на фиг. 4, часть граничных областей 7 и 8 газопроницаемого твердого материала, содержащих катализатор, может быть частично заменена на области, служащие только для теплообмена, но существенно неэффективные в отношении каталитического превращения или адсорбции вредных веществ из отходящих газов. Эта организация процесса предпочтительна, когда выхлопные газы имеют низкие температуры в течение длительных периодов работы двигателя. Области, не содержащие катализатор, выделены на фиг. 4 с помощью специальной штриховки 1 9 и используются для целей устранения возможности затухания процесса при низких температурах поступающих в систему очистки выхлопных газов после того, как катализатор был разогрет, и было осуществлено его зажигание. Отсутствие катализатора в граничных областях и использование этих областей только для целей теплообмена позволяет улучшить экономику процесса за счет снижения количества дорогостоящего катализатора. В соответствии с настоящим изобретением, предпочтительное отношение объемов газопроницаемого твердого материала, не содержащего катализатор и адсорбент, к общему объему материала лежит в области от 0 до 0,5.
Как это иллюстрируется на фиг. 1 и 2, предлагаемый способ очистки газов после двигателей внутреннего сгорания заключается в циклическом реверсировании пропускания газа через газопроницаемый твердый материал 5, причем граничные области материала 7 и 8 служат в качестве теплообменных зон. Углеводороды, выделяемые двигателем при холодном старте, задерживаются на адсорбенте, содержащемся в газопроницаемом твердом материале. В соответствии с предпочтительной организацией процесса, адсорбент вносится в центральную область 11 газопроницаемого твердого материала, тогда как катализатор вносится в граничные области 7 и 8. Таким образом, углеводороды задерживаются в центральной области 11 при низких температурах газа после двигателя. Циклы реверсирования пропускания газа через граничные области 7 и 8 начинаются одновременно с зажиганием двигателя или в течение короткого промежутка времени после зажигания. По мере роста температуры отходящего газа, растет также температура газопроницаемого твердого материала. Однако, вследствие циклической природы предлагаемого проведения процесса, рост температуры происходит с различной скоростью в граничных и центральном областях объема газопроницаемого материала. Так, граничные области, прилегающие к портам ввода и вывода газа 6 нагреваются быстрее, чем центральная область 11. Следовательно, температура на участках, содержащих преимущественно катализатор, растет быстрее, чем в центральной зоне, содержащей преимущественно адсорбент. Постепенно, центральная зона начинает разогреваться, и адсорбированные углеводороды выделяются из этой зоны в газовую фазу в процессе десорбции. Эти углеводороды уносятся с потоком газа в выходную область материала, которая оказалась уже предварительно подогрета. Разогретый в этой области катализатор эффективно окисляет углеводороды (включая и десорбированные из адсорбента), предотвращая их выбросы в атмосферу.
Как уже указывалось выше, в соответствии с настоящим изобретением процесс очистки выхлопных газов осуществляется циклическим образом. Каждый цикл содержит две фазы, иллюстрируемые фиг. 1 и 2. В течение первой фазы цикла, показанной схематически на фиг. 1 , газопроницаемый материал из граничной области 7 контактирует с потоком выхлопных газов 1 , поступающим на систему очистки 3, в то время как газопроницаемый твердый материал из граничной области 8 контактирует с потоком газов 1 , покидающим систему очистки. В течение второй фазы цикла (схематически показанной на фиг. 2) газопроницаемый твердый материал из граничной области 8, контактирует с потоком газов, поступающим на систему очистки, в то время как граничная область 7 контактирует с потоком газов 2, выходящим из системы очистки 3. Продолжающиеся циклы периодического реверсирования пропускания газа через две граничные области газопроницаемого твердого материала могут быть организованы путем обмена материалом между граничными областями, либо путем переключений направления подачи газа через входной и выходной порты 6. Обмен твердого материала между граничными областями 7 и 8 может быть медленным и непрерывным, либо быстрым и прерывистым. Три предпочтительных устройства для организации процесса на основе системы очистки 3, предполагающих различные способы организации циклического процесса, показаны на фиг. 5-7 и обсуждаются ниже.
Предпочтительная длительность цикла циклического реверсирования пропускания газа через граничные области газопроницаемого твердого материала находится в пределах между 0,1 и 120 мин. Эта длительность цикла зависит от общего времени контакта газа в одном или нескольких слоях газопроницаемого твердого материала и входной температуры газа, поступающего в систему очистки. Длительность первой фазы первого цикла после старта двигателя должна быть достаточно короткой, чтобы предотвратить полное насыщение адсорбента углеводородами и прохождение непоглощенных углеводородов через адсорбент на выход из системы очистки. Если катализатор и адсорбент распределены существенно однородно вдоль длины газопроницаемого твердого материала, то длительность первой фазы первого цикла должна быть установлена не дольше, чем время в течение которого температура газа после двигателя вырастет до 250-300°С. Это ограничение на максимальную длительность первой фазы первого цикла снимается, если адсорбент в существенной степени содержится в центральной области газопроницаемого твердого материала, а катализатор находится в граничных областях. Длительность цикла, как во время периода холодного старта, так и при нормальном режиме работы двигателя, может контролироваться с помощью реле времени. По другому методу контроль длительности цикла осуществляется в соответствии с температурой газа, поступающего или выходящего из системы очистки. При любом методе контроля, длительность цикла должна возрастать с ростом температуры газа после двигателя.
Отходящий газ продолжает контактировать с адсорбентом и после того, как катализатор достигнет температуры, обеспечивающей его высокую эффективность Это позволяет регенерировать адсорбент, приготовляя его к новому периоду холодного старта двигателя или повторного старта после длительной остановки. После того, как адсорбент прогреется, поток горячего отходящего газа может быть направлен мимо адсорбента или катализатора, если необходимо предотвратить перегрев катализатора или адсорбента. Например, часть отходящих газов, покидающих первую по ходу газа граничную область материала, содержащую преимущественно катализатор, может быть направлена непосредственно на вторую по ходу газа граничную область, байпасируя, таким образом, центральную область, содержащую преимущественно адсорбент. Эта модификация способа показана на фиг. 4 посредством байпасной линии 13 вокруг центральной области газопроницаемого твердого материала, содержащего адсорбент 11. Такой байпас следует осуществлять, если необходимо предотвратить перегрев адсорбента выше температуры, соответствующей пределу его термостойкости. Эта максимально допустимая температура обычно находится в области от 50 до 500°С. Количество байпасируемого газа может составлять от 10 до 100% от общего количества отходящего газа. В соответствии с настоящим изобретением предпочтительная доля газа, направляемого на байпас, составляет 1 00% от общего количества газа.
Другое усовершенствование предлагаемого способа очистки выхлопных газов, направленное на улучшение регулирования температуры и повышение степени очистки, заключается в организации ввода вторичного потока воздуха от вспомогательного насоса или иного нагнетательного устройства (линия 16, фиг. 4) в поток отходящих газов, поступающих на очистку. Этот вторичный поток воздуха может вводиться в поток выхлопных газов до системы очистки 3, как показано на фиг. 4 линией 17, либо внутрь этой системы, как показано на фиг. 4 линией 18. Количество вторичного воздуха может составлять от 0 до 500% от количества выхлопных газов. Предпочтительное количество вторичного воздуха составляет от 100 до 500% от общего количества выхлопных газов при температуре потока воздуха от комнатной до 500°С.
Другая модификация способа, рассматриваемого в настоящем изобретении, заключается в выводе части выхлопных газов из системы очистки 3, таким образом, чтобы эта выводимая часть газов не контактировала с одной из областей газопроницаемого твердого материала, выполняющей функцию регенеративной теплообменной зоны. Такой вывод газа схематически показан линией 14 на фиг. 4. На этой фиг. 4 исходный газ байпасирует граничную область 7, прилегающую к входному патрубку 6. Доля газа, байпасирующего граничную область газопроницаемого твердого материала 7 от общего количества выхлопных газов, поступающих в систему очистки после двигателя, может составлять от 0 до 100%. Контролируемый байпас газа мимо первой по ходу газа теплообменной зоны позволяет понизить температуру в областях газопроницаемого твердого материала, содержащих катализатор и адсорбент. В соответствии с диаграммой, представленной на той же фиг. 4, линия 15 показывает байпас выхлопных газов мимо второй по ходу газа граничной области 8. Доля выхлопных газов, байпасирующих эту область 8, может составлять от 0 до 100% от общего количества выхлопных газов, поступающих в систему очистки после двигателя. Это байпасирование газов мимо второй по ходу газов теплообменной зоны также позволяет понизить температуру газопроницаемого твердого материала. В соответствии с иным вариантом процесса, схематически показанным на фиг. 4, в системе очистки установлен электрический подогреватель 20, который служит для подогрева газопроницаемого твердого материала для интенсификации окисления сажи, осаждаемой на поверхности материала при очистке выхлопных газов после дизельных двигателей или иных типов двигателей, выхлоп которых содержит сажевые частицы.
Фиг. 5-7 иллюстрируют сущность трех предпочтительных исполнений или устройств для проведения процесса в соответствии с настоящим изобретением. Эти устройства отличаются способами организации циклического реверсирования пропускания газа через газопроницаемый твердый материал. В устройствах, схематично показанных на фиг. 6 и 7, направление потока выхлопных газов через систему очистки не изменяется, а реверсирование пропускания газов через газопроницаемый твердый материал организовано путем перемещения этого материала по отношению к неизменному направлению потока газов через систему. В соответствии с первым предпочтительным устройством, схематически показанным на фиг. 5, выхлопные газы поступают в систему 3 через входную объединительную трубу 1 и выходят из системы через выходную объединительную трубу 2. Из выходной объединительной трубы 2 выхлопные газы могут выводится в атмосферу после прохождения через мафлер или иное устройство для подавления звука. Система очистки 3 содержит контейнер 4, заключающий газопроницаемый твердый материал 5, который содержит катализатор в своих граничных областях 7 и 8 и адсорбент в центральной области 11. Циклы периодического реверсирования пропускания газа через газопронициемый материал создаются путем открывания и закрывания переключающих клапанов 13, 14, 15 и 16, которые включены в систему очистки 3 и обеспечивают механизм периодического реверсирования пропускания газа. Поскольку поток выхлопных газов меняет свое направление, газопроницаемый твердый материал остается неподвижным по отношению к этому потоку. Возможны различные модификации устройства, показанного на фиг. 5. Например, вместо 4-х клапанов 13, 14, 15 и 1 6 может использоваться один 4-х ходовой клапан, как это описано, например, в патентах США № 3.172.251 и 3.189.417.
Каждый цикл работы системы очистки, показанной на фиг. 5, включает в себя две фазы. В течение первой фазы цикла, клапаны 13 и 16 открыты, а клапаны 1 4 и 1 5 закрыты. В соответствии с такой позицией клапанов, выхлопные газы из объединительной трубы 1 проходят через клапан 13 и линию 9, соединенную с контейнером 4. В контейнере 4 газы проходят последовательно через слой 7, содержащий катализатор, затем через слой 11, содержащий адсорбент, и затем через слой 8, содержащий катализатор. Газы покидают контейнер 4 через линию 1 0 и выводятся из системы очистки через клапан 1 6 и объединительную трубу 2.
В конце первой фазы цикла клапаны 13-16 изменяют свои позиции, таким образом, что в течение второй фазы цикла клапаны 1 4 и 1 5 открыты, а клапаны 1 3 и 1 4 закрыты. В соответствии с этой позицией клапанов газы, поступающие в систему очистки через объединительную трубу 9, проходят через клапан 14 и линию 10 в контейнер 4, где фильтруются последовательно через слой каталитически активного материала 8, затем через слой адсорбента 11 и, затем, через каталитически активный слой 7. Очищенные газы выходят из контейнера 4 через линию 9, клапан 1 5 и затем, через объединительную трубу 2 на устройство для подавления шума и далее, в атмосферу.
Вследствие периодических изменений направления подачи отходящего газа, граничные области 7 и 8 газопроницаемого твердого материала, размещенного в контейнере 4, поочередно контактируют либо с выхлопными газами, поступающими в систему 3, либо с газами, отводящимися из этой системы. Предпочтительная длительность цикла, а также методы регулирования длительности цикла и различные усовершенствования системы очистки для целей лучшего температурного контроля были описаны выше в связи с обсуждением фиг. 1 -4. Эти усовершенствования могут быть применены в частном случае для усовершенствования устройства, показанного на фиг. 5.
Процесс в соответствии со схемой предпочтительного способа, показанной на фиг. 5, протекает существенно тем же образом, что и процесс, в соответствии с более общим способом, схематически показанным на фиг. 1 -4. Катализатор, внесенный в области 7 и 8 газопроницаемого твердого материала, не активен в начале периода холодного старта двигателя вследствие низкой температуры выхлопных газов. Однако углеводороды, выделяемые в это время, не выбрасываются в атмосферу вследствие их адсорбции на поверхности адсорбционного материала, внесенного в центральную зону 11 газопроницаемого твердого материала. Циклы переключений потока отходящего газа через контейнер 4 начинаются с момента зажигания двигателя. С ростом температуры отходящего газа растет температура газопроницаемого твердого материала как в его граничных областях, так и в центральной области 11. Однако граничные области 7 и 8, содержащие преимущественно катализатор, нагреваются быстрее, чем центральная область 11, содержащая преимущественно адсорбент. В течение холодного старта углеводороды адсорбируются в центральной зоне 11, в то время как граничные области области слоя, содержащие катализатор, нагреваются до температуры, при которой катализатор имеет высокую активность. При достижении этой температуры, катализатор эффективно превращает вредные компоненты, содержащиеся в выхлопных газах. Во время нормальной работы двигателя, когда выхлопные газы приобретут высокую температуру на входе в систему очистки, периодическое изменение направления прохождения газа может быть прекращено.
Во втором предпочтительном исполнении процесса, показанном на фиг. 6, поток выхлопных газов поступает в систему очистки через объединительную трубу 1 и выводится из системы через объединительную трубу 2. Система очистки содержит существенно замкнутый реакционный сосуд 4, имеющий порты 6 для ввода и вывода отходящих газов, верхнюю камеру 21, вертикальный разделитель 1 4, герметично присоединенный к боковым стенкам реакционного сосуда 4 в его нижней части, и цилиндрический элемент 5 газопроницаемого твердого материала. Этот цилиндрический элемент или блок имеет множество каналов для прохода газа, параллельных оси цилиндра. На поверхность каналов в нижней секции 7 цилиндрического элемента, прилегающей к портам 6 для ввода и вывода отходящих газов, наносится катализатор. На поверхность каналов в верхней граничной части 11 цилиндрического элемента, прилегающей к камере 21, наносится адсорбент. Цилиндрический элемент насаживают на цилиндрический вал 1 2. Сочленение вала 1 2 с цилиндрическим элементом 5 должно быть прочным, что может быть обеспечено, например, путем создания на валу 12 прямоугольного выступа 15, входящего в соответствующую прямоугольную канавку, вырезанную вдоль оси цилиндрического элемента 5. Система очистки, показанная на фиг. 6, также включает в себя устройство для вращения цилиндрического элемента 5 вдоль его оси. Это устройство, условно показанное на фиг. 6 стрелкой 13, может быть присоединено к валу 1 2, обеспечивая крутящий момент для вращения элемента 5. Неподвижный прямоугольный разделитель 1 4 устанавливается для того, чтобы предотвратить протечку газа между входным и выходным портами 6.
В этом втором предпочтительном исполнении процесса циклическое реверсирование пропускания выхлопных газов через граничные области газопроницаемого твердого материала достигается с помощью механизма вращения материала, в то время как поток газов, проходящих через входной и выходной порты 6, не изменяет направления своего своего движения. Твердый материал из первой зоны регенеративного теплообмена смещается во вторую зону, и, одновременно, твердый материал из второй зоны теплообмена смещается в первую зону. Отходящий газ проходит через одну секцию каналов, параллельных оси цилиндрического элемента в одном направлении, а затем, через вторую секцию каналов в противоположном направлении. В обсуждаемом исполнении процесса в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно, чтобы катализатор был нанесен существенно равномерно на поверхность всех каналов, размещенных в указанном вращающемся элементе, в области элемента, прилегающей к входу и выходу газов, а адсорбент был нанесен на поверхность всех каналов в области вращающегося цилиндрического элемента, прилегающей к пространству, в котором отходящий газ меняет направление своего движения. Цикл работы системы очистки, показанной на фиг. 6, включает в себя полный оборот вращающегося элемента 5. Этот полный цикл может быть условно разделен на две фазы. В течение первой фазы одна половина газопроницаемого твердого материала в цилиндрическом элементе 5 продувается газами, поступающими в систему очистки. Другая половина газопроницаемого твердого материала в цилиндрическом элементе 5 продувается выхлопными газами, частично обработанными в течение их пропускания через первую половину материала. После прохождения через вторую половину газопроницаемого материала выхлопные газы выводятся из системы очистки. После оборота цилиндра на 180° начинается вторая фаза цикла. В течение этой второй фазы половина материала, контактировавшего с выхлопными газами в течение первой фазы цикла, контактирует с частично обработанными газами, покидающими систему очистки, в то время как вторая половина материала контактирует с газами, поступающими в систему очистки. В процессе продолжающихся циклов вращения цилиндрического элемента 5, нижняя область элемента 7, которая содержит катализатор, нагревается быстрее, чем верхняя область 11, которая содержит адсорбент. Это обеспечивает снижение выбросов углеводородов в период холодного старта двигателя при низкой температуре отходящего газа.
В соответствии с третьим предпочтительным исполнением предлагаемого способа, показанным на фиг. 7, система очистки имеет входные и выходные порты 6, через которые вводится исходный поток выхлопных газов 1 и выводится очищенный поток 2. Газопроницаемый твердый материал во вращающемся элементе 5 имеет существенно полую внутреннюю область 23 и множество радиально ориентированных каналов 13. Эти каналы обеспечивают прохождение газа от боковой стороны цилиндра, прилегающей к порту ввода исходного газа 6, до его внутренней области 23, а затем, из внутренней области 23 к другой боковой стороне цилиндра, прилегающей к порту вывода очищенного газа
6. Катализатор наносится на поверхность каналов периферийной области 7 цилиндрического элемента 5. Адсорбент наносят на поверхность каналов внутренней области 11 цилиндрического элемента 5, прилегающей к внутренней полости 23.
В течение периода холодного старта периферийная область 7 цилиндрического элемента 5, содержащая преимущественно катализатор, нагревается быстрее, чем его внутренняя область 11, которая преимущественно содержит адсорбент. Это обеспечивает снижение выбросов углеводородов в период холодного старта. С другой стороны, высокая температура в области цилиндра, содержащей катализатор, может поддерживаться длительное время при низких температурах исходного газа, если таковые температуры имеют место при нормальной работе двигателя. Предпочтительная длительность цикла, а также методы управления температурой газопроницаемого твердого материала, содержащего катализатор и адсорбент, описывались выше в связи с обсуждением принципиального способа очистки газов в соответствии с настоящим изобретением. Частное предпочтительное исполнение, показанное на фиг. 7, заключается в том, что газопроницаемый твердый материал исполняют в виде цилиндрического элемента, вращающегося вокруг своей оси и имеющего центральную полость и множество радиальных каналов для прохождения газа от боковой стороны цилиндрического элемента в центральную область, а затем из центральной области к другой боковой стороне цилиндрического элемента. Настоящее изобретение рекомендует, чтобы катализатор был нанесен на поверхность существенно всех каналов, прилегающих к патрубкам для входа и выхода газа 6, а адсорбент был нанесен на поверхность существенно всех каналов во внутренней области элемента, прилегающей к центральной полости.
В соответствии со вторым аспектом изобретения, после достижения высоких температур в газопроницаемом твердом материале, за счет внесения тепла с горячими отходящими газами или подогрева материала от электрического подогревателя или топливной горелки, эти высокие температуры могут поддерживаться в течение длительного периода времени путем реверсирования пропускания газов через каталитически активные граничные области 7 и 8 газопроницаемого твердого материала. В противоположность традиционному методу очистки газов после автомобилей эти высокие температуры могут поддерживаться даже при низких температурах исходного газа, поступающего после двигателя. Это позволяет окислять метан, выбрасываемый после дизельных двигателей, работающих на смесях природного газа и дизельного топлива, в периоды низких нагрузок на двигатель, когда температура отходящего газа не превышает 300-350°С. Теоретические основы этого процесса описаны в публикациях Матроса с соавторами, например, в статье, упомянутой в литературных ссылках к примеру 1 настоящего изобретения, а также в книге: Yu. Sh. Matros, Catalytic Processes in Unsteady-State Conditions, Studies in Surface Science and Catalysis, Vol. 43,
Elsevier: Amsterdam-Oxford-New York - Tokyo, 1989.
Последующие два примера иллюстрируют применение изобретения для очистки газов после двигателей внутреннего сгорания. Эти примеры не должны рассматриваться, как ограничивающие возможности настоящего изобретения относительно принципиально более широкой области его реализации и использования.
Пример 1 .
Система, показанная на фиг. 6, используется для очистки отходящих газов после пассажирского автомобиля с бензиновым двигателем. Цилиндрический элемент газопроницаемого твердого материала 5 содержит два монолитных цилиндрических блока. Оба блока имеют диаметр 9 дюймов (228,6 см). Длина первого блока равна 3-м дюймам (76,2 мм), а длина второго блока равна 2,5 дюйма (63,5 мм). Каждый блок имеет центральную полость диаметром 1 дюйм с продольной прямоугольной канавкой размером 1/4 дюйма (6,35 мм) для насадки вала 12. Каждый блок выполнен из кордиерита и имеет одинаковую систему прямоугольных каналов, параллельных оси цилиндра. Эта структура каналов соответствует известному стандарту промышленных керамических монолитных блоков с плотностью 400 отверстий каналов на квадратный дюйм (62 отверстия на квадратный сантиметр). Каждый канал имеет размеры 1,27х1,27 мм с толщиной стенки 0,15 мм. Каждый монолитный блок содержит около 25.400 каналов.
На первый цилиндрический блок нанесены активные инградиенты катализатора тройного действия. Это нанесение осуществлено известным методом, включающим в себя следующие стадии:
(а) нанесение на монолит окиси алюминия путем погружения монолита в вязкую массу окиси алюминия и золя окиси алюминия с последующей отдувкой избытка золя воздухом, сушкой и прокаливанием;
(б) приготовление платинового катализатора методом пропитки монолита с нанесенной пленкой активной окиси алюминия, в водном растворе платиновой соли, динитродиаминоплатины, с последующей сушкой и прокалкой;
(в) приготовление окончательного платино-родиевого катализатора методом пропитки платинового катализатора водным раствором родиевой соли - хлорида родия, с последующей сушкой и прокаливанием.
Полученный катализатор содержит 1,06 г/л платины и 0,106 г/л родия.
На второй цилиндрический блок наносится цеолитный адсорбент. Для нанесения прменяется известный метод, включающий в себя стадии погружения керамического монолита в вязкую массу Н+ ионозамещенного морденита и глинистого связующего с последующей просушкой при 200°С. Полученный в результате этой про25 цедуры монолитный блок содержит 60 г/л цеолитного адсорбента - морденита.
Каталитически активный блок насажен на вал 12 в нижней части цилиндрического элемента 5. Второй блок насажен на тот же вал 12 вслед за первым блоком. Этот второй блок примыкает к замкнутой области реакционного сосуда 21. Вал 12 подсоединен к электромотору, который вращает оба блока вокруг оси. Скорость вращения блоков - около 5 оборотов в минуту. Мотор для вращения блоков запускается одновременно с двигателем при старте двигателя и останавливается при остановке двигателя. Система имеет прямоугольный разделитель 14, предотвращающий протечку газа между входным и выходным патрубками 6.
Фиг. 8 иллюстрирует профили температуры вдоль длины газового пути в каналах вращающегося элемента 5. В частности фиг. 8 показывает изменение профиля, усредненного по всем каналам вращающегося элемента 5 в течение первых 10 мин после старта двигателя. Эти профили были определены на основе двухфазной модели идеального вытеснения реактора с неподвижным слоем. Модель приведена в виде системы дифференциальных уравнений, пронумерованных символами (8), (9) и (10) в опубликованной статье, библиографические данные по которой даны ниже в литературной ссылке 1. Параметры модели рассчитаны на основе экспериментальных данных, опубликованных в статьях, библиографическая информация о которых дана ниже в ссылках 2 и 3. Скорость окисления углеводородов рассчитана на основе кинетического уравнения реакции первого порядка с энергией активации 25.000 Кал/моль и предэкспоненциальным множителем 4,8-1012с-1.
Литературные источники:
1. Matros, Yu. Sh. And G.A.Bunimovich, Reverse-Flow Operation in Fixed Bed Catalytic Reactors Catal. Rev.- Sci.Eng., 1996, 38 (1), 1-68.
2. Groppi, ВА, A-Belloli, Е. Tronconi and P. Forzatti, A Comparison of Lumped and Distributed Models of Monolithic Catalytic Combustors, Chem. Eng. Sci„ 1995, 50, 2705-2715.
3. Villermaux, J. and D. Schweich, Is the Catalytic Monolith Reactor well Suited to Environmentally Benign Processing, Ind. Eng. Chem. Res.. 1994, 33, 3025-3030.
Вертикальная линия 2 на фиг. 8 условно показывает границу между двумя половинами вращающегося цилиндра, соответствующую разделителю 14. Две линии 1 показывают нижнюю границу цилиндрического элемента, прилегающую к входу и выходу газа 6. Две линии 3 показывают границу между каталитически активным и адсорбционным блоками. Жирные линии показывают профили температуры непосредственно после старта (t=0) и через 1, 2, 3, 4, 6, 8 и 10 мин после начала работы двигателя. Отходящий газ, поступающий на очистку, первоначально имеет низкую температуру. В течение первых двух минут после старта двигателя эта температура возрастает до 500°С, и далее поддерживается равной 500°С в течение последующих 8 мин. Скорость потока газа, расчитанная на нормальную температуру и давление, равна 16 л/с. Входная концентрация углеводородов, расчитанная на метан, равна 1600 ррм. Как показано на фиг. 8, при t=0, температура монолитных блоков постоянна вдоль длины прохода газа и равна 20°С. Температура на границе 1, прилегающей к входу, выходу газа возрастает с течением времени. Температура в монолитном блоке, содержащем адсорбент, в течение начальных четырех минут после старта двигателя оказывается ниже 110°С, что обеспечивает существенную адсорбцию углеводородов в объем пленки морденита, нанесенной на поверхность керамического блока 11. Только по прошествию 5 мин после старта двигателя и начала подачи газов в систему очистки температура в блоке с адсорбционным материалом возрастает до 150°С и выше, что соответствует существенной десорбции углеводородов с поверхности адсорбента. Однако к этому времени каталитически активный блок нагревается до температуры около 350°С (см. температурные профили при t= 6 мин, t= 8 мин и t= 10 мин на фиг. 8). Температура на внешней границе каталитического блока становится равной 500°С. Это создает возможность интенсивного окисления на катализаторе углеводородов, как десорбированных с поверхности адсорбента, так и внесенных в систему очистки с потоком отходящего газа после двигателя.
Пример 2.
Подобная примеру 1 система очистки (фиг. 6) применена после дизельного двигателя фирмы Исудзу, реконструированного на использование смеси природного газа и дизельного топлива. В отличие от примера 1 длина первого вращающегося блока, содержащего катализатор, равна 4,4 дюйма (111,8 мм), а длина второго блока, содержащего адсорбент, равна 1,1 дюйма (27,9 мм).
Нанесение адсорбента на второй блок производится в соответствии с процедурой, рассмотренной в примере 1. Нанесение катализатора на первый блок включает в себя стадии нанесения пленки оксида алюминия в соответствии с примером 1, а затем пропитку монолита солью хлорида палладия с последующей сушкой и прокалкой. Полученный палладиевый катализатор содержит 0,16 % вес. палладия, или около 2,7 г/л.
Конфигурация вращающегося элемента, включающего, каталитический и адсорбционный блоки, аналогична примеру 1. Скорость вращения блоков равна 5 оборотов в минуту.
После примерно 5 мин после старта двигатель развивает скорость около 1 400 оборотов в минуту и крутящий момент 180 Нм. Температура отходящих газов вначале быстро повышается до 400°С, а затем поддерживается на уровне этого значения. Скорость газа примерно равна 30 л/с (в пересчете на нормальные условия), концентрация метана составляет 1.400 ррм, а общая концентрация неметановых углеводородов и СО, около 1.300 ррм. Эволюция температурного профиля по длине газового пути во вращающемся элементе соответствует фиг. 8. Быстрый рост температуры в нижней области вращающегося элемента, содержащей катализатор, сопровождается медленным ростом температуры в верхней области, содержащей адсорбент. Это позволяет осуществить практически полное превращение углеводородов, выделяемых из адсорбента в процессе десорбции при повышении температуры.
После 5 мин работы двигателя, крутящий момент понизился до 50 Нм при той же скорости вращения 1.400 мин-1. Такое понижение крутящего момента (или нагрузки на двигатель) приводит к понижению температуры выхлопных газов от, примерно, 400°С до, примерно, 180°С, понижению скорости газа с 30 л/с до 20 л/с, и повышению концентрации неметановых углеводородов и СО от 1.300 до 2.500 ррм.
Фиг. 9 показывает профили температуры после этого перехода режима двигателя от высокой к низкой нагрузке. Профили получены на основе использования математической модели, аналогичной примеру 1 . Энергия активации процесса окисления метана, описываемого кинетическим уравнением реакции первого порядка, равна 49.000 кал/моль, а предэкспоненциальный множитель равен 2,5-1016 с-1. Подобно фиг. 8 на фиг. 9 граница между каталитически активным и адсорбционным блоками обозначается сплошными вертикальными линиями 3, а граница между двумя половинами цилиндра обозначается пунктирной линией 2.
Начальный профиль температуры на фиг. 9 при t=0 соответствует концу обсужденного выше периода работы двигателя при высокой нагрузке. В этот момент времени оба блока, содержащие катализатор и адсорбент, разогреты до 350-400°С. После неожиданного понижения нагрузки двигателя, температура на граничных участках каталитического блока, прилегающих к устройствам для ввода и вывода газа, начинает падать и достигает 320°С примерно через 1 мин после понижения нагрузки двигателя, и, затем, 1 80°С через 2 мин. Однако, несмотря на такое понижение температуры на граничных нижних участках каталитического блока, температура в его верхней части начинает увеличиваться после снижения нагрузки двигателя и постепенно возрастает от 350-450°С до 520-550°С. Это увеличение температуры, происходящее в течение 1 0 мин после понижения нагрузки двигателя, показано на фиг. 9 профилями, соответствующими моментам времени t=2 мин, t=4 мин, t=6 мин, t=8 мин и t=1 0 мин. Высокие температуры, достигнутые в большей доле объема каталитического блока, позволяют осуществлять окисление метана, неметановых углеводородов и СО с высокой эффективностью несмотря на низкие температуры исходного газа, наблюдаемые при переходе к пониженным нагрузкам двигателя.
Из вышеизложенного следует, что цели и положительный эффект от использования настоящего изобретения достигнуты. Поскольку настоящее изобретение может включать в себя различные модификации и усовершенствования, изложенное выше описание изобретение, так и сопровождающие его рисунки должны пониматься как иллюстративные а не ограничивающие сущность и область изобретения.

Claims (59)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ очистки выхлопных газов после двигателя внутреннего сгорания от вредных примесей, содержащих органические вещества, моноксид углерода, оксиды азота, углеродсодержащие частицы, а также смеси этих компонентов, в периоды старта двигателя, в ситуациях, когда выхлопные газы имеют вначале низкую температуру, а затем постепенно разогреваются, отличающийся тем, что эти выхлопные газы (а) пропускают через газопроницаемый твердый материал, содержащий адсорбент и гетерогенный катализатор, причем этот адсорбент способен к адсорбции указанных вредных веществ из газов при температурах, ниже определенной температуры, а гетерогенный катализатор способен превращать указанные вредные вещества в безвредные при его нагревании выше определенной температуры, так что в начале периода старта двигателя указанный катализатор находится при температурах, недостаточных для осуществления эффективного превращения вредных веществ из отходящих газов, а эти вещества адсорбируются на адсорбенте; и (б) в течение времени постепенного разогрева выхлопных газов циклическим образом реверсируют пропускание выхлопных газов через указанный газопроницаемый твердый материал таким образом, чтобы подогреть, по крайней мере, часть указанного газопроницаемого твердого материала, содержащего катализатор, до температур, при которых этот катализатор эффективен в отношении конверсии вредных веществ из выхлопных газов, и осуществить этот подогрев до того как адсорбент нагреется до температуры, при которой вредные вещества начнут десорбироваться, обеспечивая тем самым адсорбцию вредных компонентов на адсорбенте в течение подогрева катализатора отходящими газами и последующее превращение этих компонентов в безвредные на катализаторе.
  2. 2. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что указанный катализатор вносят в несколько областей указанного газопроницаемого материала, а указанный адсорбент вносят в одну область этого материала и размещают область материала, содержащего адсорбент, между двумя областями, содержащими катализатор, а выхлопные газы пропускают последовательно через области материала, содержащие катализатор и адсорбент.
  3. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что катализатор и адсорбент внесены существенно равномерно в указанный газопроницаемый твердый материал.
  4. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катализатор преимущественно содержится в граничных по отношению к направлению потока газа областях указанного газопроницаемого твердого материала, а адсорбент преимущественно содержится в центральной по отношению к направлению потока газа области этого материала.
  5. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что часть выхлопных газов байпасируют мимо указанной центральной по отношению к направлению потока газа области газопроницаемого твердого материала, содержащей преимущественно адсорбент, и направляют на одну из граничных областей этого материала, содержащих преимущественно катализатор, причем это байпасирование осуществляют при разогреве центральной части слоя до уровня температур, находящихся в интервале между 150 и 500°С, соответствующего десорбции вредных веществ с поверхности указанного адсорбента, а долю байпасируемого газа поддерживают между 1 0 и 100% от общего количества выхлопных газов.
  6. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанный катализатор и адсорбент существенно не вносят в граничные области указанного газопроницаемого твердого материала, непосредственно прилегающие к местам ввода выхлопного газа и его вывода в указанный газопроницаемый твердый материал, так что указанные граничные области выполняют преимущественно функцию регенеративных теплообменников.
  7. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что доля объема указанных граничных областей, существенно не содержащих катализатор и адсорбент в указанном газопроницаемом твердом материале, составляет от 0 до 0,5.
  8. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катализатор содержит благородные или переходные металлы или смеси благородных и переходных металлов.
  9. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катализатором является ионообменный цеолит.
  10. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что адсорбентом является гидрофобный цеолит.
  11. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что адсорбент содержит добавки, катализирующие реакцию окисления углеродсодержащих частиц.
  12. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что газопроницаемый твердый материал изготовляют на основе компонентов окиси алюминия, муллита, кордиерита, окиси циркония или смесей указанных компонентов, а катализатор и адсорбент наносят на поверхность газопроницаемого твердого материала.
  13. 1 3. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что длительность цикла реверсирования пропускания выхлопных газов через газопроницаемый твердый материал устанавливают в интервале от 0,1 до 120 мин.
  14. 1 4. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что газопроницаемый твердый материал заключают между устройствами для ввода и вывода выхлопного газа, а длительность цикла реверсирования контролируют в соответствии с температурой выхлопного газа, поступающего в устройство для ввода газа.
  15. 1 5. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что газопроницаемый твердый материал заключают между устройствами для ввода и вывода выхлопного газа, а длительность цикла реверсирования контролируют в соответствие с температурой выхлопного газа, выходящего из устройства для вывода газа.
  16. 1 6. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что газопроницаемый твердый материал заключают между устройствами для ввода и вывода выхлопного газа, катализатор вносят преимущественно в граничные области указанного газопроницаемого твердого материала, адсорбент вносят преимущественно в центральную область указанного газопроницаемого твердого материала, а часть выхлопного газа отводят из газопроницаемого твердого материала и направляют непосредственно к устройству вывода газа таким образом, чтобы эта часть выхлопного газа не контактировала с одной из граничных фракций газопроницаемого твердого материала, причем доля газа, отводимого из газопроницаемого твердого материала и направляемого непосредственно к устройству вывода газа, составляет от 0 до 1 00% от общего количества выхлопных газов после двигателя.
  17. 1 7. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что в выхлопные газы добавляют вторичный воздух в количестве от 0 до 500% от количества выхлопных газов при температуре вторичного воздуха от 0 до 500°С.
  18. 18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что часть газопроницаемого твердого материала нагревается от внешнего источника энергии.
  19. 19. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газопроницаемый твердый материал заключают между двумя устройствами для ввода и вывода выхлопного газа, катализатор вносят преимущественно в граничные области указанного газопроницаемого твердого материала, адсорбент вносят преимущественно в центральную область указанного газопроницаемого твердого материала, а реверсирование пропускания выхлопных газов через газопроницаемый твердый материал осуществляют путем периодических изменений направления потока газа через указанные устройства ввода/вывода.
  20. 20. Способ по п.1, отличающийся тем, что газопроницаемый твердый материал заключают между двумя устройствами для ввода и вывода выхлопного газа, катализатор вносят преимущественно в граничные области указанного газопроницаемого твердого материала, адсорбент вносят преимущественно в центральную область указанного газопроницаемого твердого материала, а реверсирование пропускания выхлопных газов через газопроницаемый твердый материал осуществляют путем вращения газопроницаемого твердого материала относительно потока пропускаемого через него газа при неизменном направлении потока газа через указанные устройства ввода и вывода.
  21. 21 . Способ по п.20, отличающийся тем, что газопроницаемый твердый материал оформляют в виде цилиндрического элемента, вращающегося вокруг своей оси и имеющего множество параллельных оси сквозных каналов, а выхлопные газы пропускают через одну часть указанных каналов в одном направлении, а затем через другую часть в противоположном направлении.
  22. 22. Способ по п.21 , отличающийся тем, что катализатор наносят на поверхность существенно всех каналов в указанном вращающемся элементе в его области, прилегающей к устройствам для ввода и вывода газовой смеси, а указанный адсорбционный материал наносят на поверхность существенно всех каналов в области указанного цилиндрического элемента, удаленной от указанных устройств для ввода и вывода газовой смеси.
  23. 23. Способ по п.20, отличающийся тем, что газопроницаемый твердый материал оформляют в виде цилиндрического элемента, вращающегося вокруг своей оси и имеющего полую область в центре и множество радиально ориентированных сквозных каналов для пропускания газа от одной боковой стенки указанного цилиндрического элемента в указанную полую центральную область, а затем из этой области к другой боковой стенке цилиндрического элемента.
  24. 24. Спсособ по п.23, отличающийся тем, что катализатор наносят на поверхность существенно всех указанных радиальных каналов в области указанного цилиндрического элемента, прилегающей к входным и выходным устройствам для пропускания газа, а указанный адсорбент наносят на поверхность существенно всех каналов в области цилиндрического элемента, отдаленной от устройств для ввода и вывода выхлопных газов и прилегающей к указанной полой области в центре цилиндрического элемента.
  25. 25. Способ по п.1, отличающийся тем, что на очистку подают выхлопные газы после дизельного двигателя, работающего на топливе, содержащем метан в качестве одного из компонентов.
  26. 26. Способ очистки выхлопных газов после двигателей внутреннего сгорания от вредных примесей, содержащих органические вещества, моноксид углерода, оксиды азота, углеродсодержащие частицы, а также смеси этих компонентов, в ситуациях, когда выхлопные газы имеют вначале высокую температуру, а затем постепенно охлаждаются, отличающийся тем, что эти выхлопные газы (а) пропускают через газопроницаемый твердый материал, содержащий гетерогенный катализатор, способный превращать указанные вредные вещества в безвредные при его нагревании выше определенной температуры, причем, по крайней мере, часть указанного газопроницаемого твердого материала предварительно подогрета до температуры, при которой катализатор способен эффективно превращать вредные вещества в безвредные; и (б) циклическим образом реверсируют указанное пропускание, обеспечивая за счет этого функционирование газопроницаемого твердого материала как регенеративного теплообменника, повышающего температуру отходящих газов, и, таким образом, поддерживая, по крайней мере, в части объема, содержащего катализатор, достаточно высокие температуры для эффективного превращения вредных веществ в безвредные, тем самым удлиняя промежуток времени, в течение которого катализатор способен конвертировать вредные вещества в безвредные при низких температурах выхлопных газов.
  27. 27. Способ по п.26, отличающийся тем, что указанный катализатор вносят существенно равномерно в указанный газопроницаемый твердый материал.
  28. 28. Способ по п.26, отличающийся тем, что катализатор преимущественно вносят в граничные области указанного газопроницаемого твердого материала.
  29. 29. Способ по п.26, отличающийся тем, что катализатор существенно не вносят в граничные области указанного газопроницаемого твердого материала, непосредственно прилегающие к местам ввода выхлопного газа и его вывода в указанный газопроницаемый твердый материал, так что указанные граничные области выполняют преимущественно функцию регенеративных теплообменников.
  30. 30. Способ по п.29, отличающийся тем, что доля объема указанных граничных областей, существенно не содержащих катализатор и адсорбент в указанном газопроницаемом твердом материале, составляет от 0 до 0,5.
  31. 31. Способ по п.26, отличающийся тем, что катализатор содержит благородные или переходные металлы или смеси благородных и переходных металлов.
  32. 32. Способ по п.26, отличающийся тем, что катализатором является ионообменный цеолит.
  33. 33. Способ по п.26, отличающийся тем, что газопроницаемый твердый материал изготовляют на основе компонентов окиси алюминия, муллита, кордиерита, окиси циркония или смесей указанных компонентов, а катализатор наносят на поверхность газопроницаемого твердого материала.
  34. 34. Способ по п.26, отличающийся тем, что в газопроницаемый твердый материал вносят адсорбент, способный адсорбировать вредные вещества при температурах ниже определенной температуры, газопроницаемый твердый материал заключают между двумя устройствами для ввода и вывода выхлопного газа, катализатор вносят преимущественно в граничные области указанного газопроницаемого твердого материала, адсорбент вносят преимущественно в центральную область указанного газопроницаемого твердого материала и реверсирование пропускания выхлопных газов через газопроницаемый твердый материал осуществляют путем вращения газопроницаемого твердого материала относительно потока пропускаемого через него газа при неизменном направлении потока газа через указанные устройства ввода и вывода.
  35. 35. Способ по п.34, отличающийся тем, что газопроницаемый твердый материал оформляют в виде цилиндрического элемента, вращающегося вокруг своей оси и имеющего множество параллельных оси сквозных каналов, а выхлопные газы пропускают через одну часть указанных каналов в одном направлении, а затем через другую часть в противоположном направлении.
  36. 36. Способ по п.35, отличающийся тем, что катализатор наносят на поверхность существенно всех каналов в указанном вращающемся элементе в его области, прилегающей к устройствам для ввода и вывода газовой смеси, а указанный адсорбционный материал наносят на поверхность существенно всех каналов в области указанного цилиндрического элемента, удаленной от указанных устройств для ввода и вывода газовой смеси.
  37. 37. Способ по п.34, отличающийся тем, что газопроницаемый твердый материал оформляют в виде цилиндрического элемента, вращающегося вокруг своей оси и имеющего полую область в центре и множество радиально ориентированных сквозных каналов для пропускания газа от одной боковой стенки указанного цилиндрического элемента в указанную полую центральную область, а затем из этой области к другой боковой стенке цилиндрического элемента.
  38. 38. Способ по п.37, отличающийся тем, что катализатор наносят на поверхность существенно всех указанных радиальных каналов в области указанного цилиндрического элемента, прилегающей к входным и выходным устройствам для пропускания газа, а указанный адсорбент наносят на поверхность существенно всех каналов в области цилиндрического элемента, отдаленной от устройств для ввода и вывода выхлопных газов и прилегающей к указанной полой области в центре цилиндрического элемента.
  39. 39. Способ по п.26, отличающийся тем, что на очистку подают выхлопные газы после дизельного двигателя, работающего на топливе, содержащем метан в качестве одного из компонентов.
  40. 40. Устройство для очистки выхлопных газов после двигателей внутреннего сгорания, имеющее контейнер, оборудованный входным и выходным портами для подачи и вывода выхлопных газов, заключенный в указанный контейнер газопроницаемый твердый материал, и механизм для циклического реверсирования пропускания выхлопных газов через указанный газопроницаемый твердый материал; указанный газопроницаемый твердый материал имеет граничные каталитические области, прилегающие к указанным входному и выходному портам и содержащие катализатор, способный превращать вредные вещества в безвредные при его нагревании выше определенной температуры, и центральную адсорбционную область, находящуюся между каталитическими областями и содержащую адсорбент, способный к адсорбции вредных веществ из газов при температурах ниже определенной температуры;
    выхлопные газы проходят последовательно указанные каталитические и адсорбционную области, а их пропускание через каталитические области периодически реверсируют с помощью указанного механизма реверсирования, посредством чего вредные компоненты, содержащиеся в выхлопном газе, улавливаются на адсорбенте при низких температурах выхлопного газа, а затем превращаются на катализаторе в безвредные в процессе повышения температуры выхлопных газов.
  41. 41. Устройство по п.40, оборудованное байпасной газовой линией для байпасирования указанной центральной адсорбционной области указанного газопроницаемого твердого материала фракцией выхлопных газов в количестве от 10 до 100% от общего количества выхлопных газов, и ввода этой байпасной фракции непосредственно на вторую по ходу газа каталитическую область газопроницаемого твердого материала, при температурах адсорбционной области, превышающих преопределенную температуру десорбции, взятую в интервале от 150 до 500°С.
  42. 42. Устройство по п.40, в котором катализатор существенно отсутствует в граничных областях газопроницаемого твердого материала, непосредственно примыкающих к указанным портам для ввода и вывода выхлопных газов, посредством чего эти области выполняют функцию регенеративных теплообменников.
  43. 43. Устройство по п.42, в котором доля объема указанных областей газопроницаемого твердого материала, не содержащих катализатор, к общему объему материала находится в пределах от 0 до 0,5.
  44. 44. Устройство по п.40, в котором катализатор содержит благородные или переходные металлы, или смеси благородных и переходных металлов.
  45. 45. Устройство по п.40, в котором катализатор содержит ионообменный цеолит.
  46. 46. Устройство по п.40, в котором адсорбентом является гидрофобный цеолит.
  47. 47. Устройство по п.40, в котором адсорбент содержит добавки, катализирующие реакцию окисления углеродсодержащих частиц.
  48. 48. Устройство по п.40, в котором газопроницаемый твердый материал изготовляют на основе компонентов окиси алюминия, муллита, кордиерита, окиси циркония или смесей этих компонентов, а катализатор и адсорбент наносят на поверхность газопроницаемого твердого материала.
  49. 49. Устройство по п.40, в котором длительность цикла реверсирования пропускания газов контролируется в соответствие с температурой газов, поступающих во входной порт.
  50. 50. Устройство по п.40, в котором длительность цикла реверсирования пропускания газов контролируется в соответствие с температурой газов, покидающих выходной порт.
  51. 51 . Устройство по п.40, в котором часть выхлопных газов отводят из газопроницаемого твердого материала и направляют непосредственно на выходной порт таким образом, чтобы эта часть выхлопных газов не пропускалась через одну из каталитических фракций, выполняющих функцию регенеративного теплообменника, причем доля этих отводимых газов от общего количества выхлопных газов после двигателя составляет от 0 до 100%.
  52. 52. Устройство по п.40, в котором в выхлопные газы добавляют вторичный воздух в количестве от 0 до 500% от количества выхлопных газов при температуре вторичного воздуха от 0 до 500°С.
  53. 53. Устройство по п.40, в котором часть газопроницаемого твердого материала, заключенного в контейнере, нагревается от внешнего источника энергии.
  54. 54. Устройство по п.40, в котором реверсирование пропускания выхлопных газов через газопроницаемый твердый материал осуществляют путем периодических изменений направления потока газа через входной и выходной порты.
  55. 55. Устройство по п.40, в котором реверсирование пропускания выхлопных газов через газопроницаемый твердый материал осуществляют путем вращения газопроницаемого твердого материала относительно потока пропускаемого через него газа при неизменном направлении потока газа через указанные входной и выходной порты.
  56. 56. Устройство по п.55, в котором газопроницаемый твердый материал оформляют в виде цилиндрического элемента, вращающегося вокруг своей оси и имеющего множество параллельных оси сквозных каналов, а выхлопные газы пропускают через одну часть указанных каналов в одном направлении, а затем через другую часть в противоположном направлении.
  57. 57. Устройство по п.56, в котором катализатор наносят на поверхность существенно всех каналов в указанном вращающемся элементе в его области, прилегающей к входному и выходному портам, а указанный адсорбционный материал наносят на поверхность существенно всех каналов в области указанного цилиндрического элемента, удаленной от входного и выходного портов.
  58. 58. Устройство по п.55, в котором газопроницаемый твердый материал оформляют в виде цилиндрического элемента, вращающегося вокруг своей оси и имеющего полую область в центре и множество радиально ориентированных сквозных каналов для пропускания газа от одной боковой стенки указанного цилиндрического элемента через полую центральную область к другой боковой стенке цилиндрического элемента.
  59. 59. Устройство по п.58, в котором катализатор наносят на поверхность существенно всех радиальных каналов в области указанного цилиндрического элемента, прилегающей к входному и выходному портам, а указанный адсорбент наносят на поверхность существенно всех каналов в области цилиндрического элемента, отдаленной от входного и выходного портов и прилегающей к указанной полой области в центре цилиндрического элемента.
EA199900449A 1996-11-08 1997-11-06 Способ и устройство для очистки газов после двигателей внутреннего сгорания EA000916B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/745,686 US5768888A (en) 1996-11-08 1996-11-08 Emission control system
PCT/US1997/019928 WO1998020238A1 (en) 1996-11-08 1997-11-06 Emission control system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA199900449A1 EA199900449A1 (ru) 1999-12-29
EA000916B1 true EA000916B1 (ru) 2000-06-26

Family

ID=24997807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA199900449A EA000916B1 (ru) 1996-11-08 1997-11-06 Способ и устройство для очистки газов после двигателей внутреннего сгорания

Country Status (11)

Country Link
US (1) US5768888A (ru)
EP (1) EP0948707A1 (ru)
JP (1) JP2001503497A (ru)
KR (1) KR20000053138A (ru)
AU (1) AU5101698A (ru)
BR (1) BR9714635A (ru)
CA (1) CA2270926A1 (ru)
EA (1) EA000916B1 (ru)
HU (1) HUP9904674A3 (ru)
PL (1) PL333363A1 (ru)
WO (1) WO1998020238A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2649424C2 (ru) * 2013-02-14 2018-04-03 Зе Боинг Компани Монолитный контактор и соответствующая система и способ сбора диоксида углерода
RU2705354C1 (ru) * 2019-01-14 2019-11-06 Кирилл Николаевич Войнов Способ улавливания и очистки выхлопных газов

Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5687565A (en) * 1995-11-29 1997-11-18 Amoco Corporation Control of exhaust emissions from an internal combustion engine
US6457552B2 (en) * 2000-02-15 2002-10-01 Thomas C. Maganas Methods and apparatus for low back pressure muffling of internal combustion engines
JP3546294B2 (ja) * 1998-04-28 2004-07-21 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
DE19850762A1 (de) * 1998-07-31 2000-02-03 Volkswagen Ag Vorrichtung und Verfahren zur Nachbehandlung der Motorabgase einer Brennkraftmaschine
US6148613A (en) * 1998-10-21 2000-11-21 Alternative Fuel Systems, Inc. Reversing flow catalytic converter for internal combustion engine
US6314722B1 (en) 1999-10-06 2001-11-13 Matros Technologies, Inc. Method and apparatus for emission control
CA2374752C (en) * 2000-03-27 2005-05-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha A device for purifying the exhaust gas of an internal combustion engine
EP1138890B1 (en) 2000-03-27 2005-05-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust purifying method and apparatus for an internal combustion engine
US6510686B2 (en) * 2000-03-27 2003-01-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifier for internal combustion engine and method for purifying exhaust gas
US6568178B2 (en) * 2000-03-28 2003-05-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for purifying the exhaust gas of an internal combustion engine
FR2807099B1 (fr) * 2000-03-29 2007-11-02 Toyota Motor Co Ltd Purificateur des gaz d'echappement pour moteurs a combustion interne
DE10027401A1 (de) * 2000-06-02 2001-12-20 Emitec Emissionstechnologie Kleinvolumiger Absorber
JP3593305B2 (ja) * 2000-07-03 2004-11-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気装置
JP3521880B2 (ja) * 2000-07-21 2004-04-26 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US6758036B1 (en) 2000-10-27 2004-07-06 Delphi Technologies, Inc. Method for sulfur protection of NOx adsorber
JP3624892B2 (ja) * 2001-03-29 2005-03-02 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP4117120B2 (ja) * 2001-07-13 2008-07-16 株式会社日立製作所 内燃機関の制御装置
US6679052B2 (en) * 2001-07-31 2004-01-20 Toyota Jidosha Kaisha Emission control apparatus
WO2003092748A1 (en) * 2002-04-18 2003-11-13 Adh Health Products, Inc. Apparatus and process for decontaminating breathing air of toxic substances and pathogenic organisms
JP4003564B2 (ja) * 2002-07-17 2007-11-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US6832473B2 (en) 2002-11-21 2004-12-21 Delphi Technologies, Inc. Method and system for regenerating NOx adsorbers and/or particulate filters
US6775973B2 (en) * 2002-12-04 2004-08-17 Hydrogensource Llc Continuous flow, NOx-reduction adsorption unit for internal combustion engines
JP4776151B2 (ja) * 2003-05-27 2011-09-21 日産自動車株式会社 排気ガス浄化システム
GB0314243D0 (en) * 2003-06-18 2003-07-23 Johnson Matthey Plc Engine exhaust gas treatment
US7210287B2 (en) * 2004-03-24 2007-05-01 General Motors Corporation Accelerating catalytic conversion
US7767163B2 (en) * 2004-04-20 2010-08-03 Umicore Ag & Co. Kg Exhaust treatment devices
US6955042B1 (en) * 2004-06-30 2005-10-18 Hydrogensource Llc CPO regenerated lean NOx trap with no moving parts
US7763174B2 (en) * 2004-10-25 2010-07-27 Shell Oil Company Process for removing contaminants using reverse flow reactor with integrated separation
DE102004061400B4 (de) * 2004-12-21 2012-12-20 Umicore Ag & Co. Kg Verfahren zur Erzeugung eines Stromes heißer Verbrennungsabgase mit einstellbarer Temperatur, Apparatur zur Durchführung des Verfahrens und Verwendung der Verbrennungsabgase zur gezielten Alterung von Katalysatoren
CA2508159C (en) * 2005-05-24 2009-05-05 Ecocing Corporation Improved reversing flow catalytic converter for internal combustion engines
US7435275B2 (en) * 2005-08-11 2008-10-14 Delphi Technologies, Inc. System and method of heating an exhaust treatment device
FR2891007A1 (fr) * 2005-09-21 2007-03-23 Renault Sas Dispositif de traitement du methane contenu dans les gaz d'echappement emis par un moteur diesel et procede associe
US20070084116A1 (en) * 2005-10-13 2007-04-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Reformer system having electrical heating devices
JP2007192055A (ja) * 2006-01-17 2007-08-02 Toyota Motor Corp 排ガス浄化装置と排ガス浄化方法
US7829035B2 (en) * 2006-01-19 2010-11-09 Massachusetts Institute Of Technology Oxidation catalyst
KR101172020B1 (ko) * 2006-03-30 2012-08-07 인터내쇼날 카탈리스트 테크놀로지, 인코포레이티드 내연기관 배기가스의 정화 방법
KR100734899B1 (ko) * 2006-05-29 2007-07-03 한국기계연구원 Ｈｃ흡착촉매를 갖는 디젤엔진용 후처리시스템 및후처리방법
US7987667B2 (en) * 2006-11-28 2011-08-02 Meier Diesel Filters, Inc. GPS-activated exhaust filtration monitoring and control system
US20080120961A1 (en) * 2006-11-28 2008-05-29 Meier Diesel Filters, Inc. Exhaust filtration monitoring and control system
WO2008136078A1 (ja) * 2007-04-20 2008-11-13 Ibiden Co., Ltd. ハニカムフィルタ
US8261531B2 (en) * 2007-11-12 2012-09-11 Ford Global Technologies, Llc Hydrocarbon retaining system for flex-fuel combustion engine
KR100891724B1 (ko) * 2007-11-12 2009-04-03 한국에너지기술연구원 엔진 열병합발전소의 탈질촉매 부착 보일러의가스온도조절장치
DE102008042767B4 (de) * 2008-10-13 2012-03-01 Ford Global Technologies, Llc Abgasreinigungsanlage
US8388712B2 (en) * 2009-02-12 2013-03-05 Ford Global Technologies, Llc Particulate matter retaining and purging system
NL2002711C2 (nl) * 2009-04-03 2010-10-05 Theodoor Petrus Knook Werkwijze voor het zuiveren van rookgassen van een gasmotor.
CN101766952B (zh) * 2009-12-30 2012-11-21 山东理工大学 煤矿乏风瓦斯热氧化装置的气流换向控制方法
CA2702246C (en) * 2010-04-20 2012-01-17 Westport Power Inc. Method of controlling a direct-injection gaseous-fuelled internal combustion engine system with a selective catalytic reduction converter
US8839605B2 (en) * 2011-03-30 2014-09-23 GM Global Technology Operations LLC Exhaust methane control systems and methods
PL228661B1 (pl) * 2011-04-28 2018-04-30 Inst Inzynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk Sposób utylizacji niskostężonych mieszanek: składnik palny-powietrze ze stabilnym odbiorem energii cieplnej i urządzenie rewersyjne do realizacji tego sposobu
WO2013175056A1 (en) * 2012-05-22 2013-11-28 Wärtsilä Finland Oy Method and arrangement for preventing clogging of exhaust system components
JP6501115B2 (ja) * 2015-05-15 2019-04-17 株式会社 Ａｃｒ 二元燃料酸化触媒、二元燃料ｓｃｒ排ガス処理機構、二元燃料ディーゼル内燃機関、および、その制御方法
US9593619B2 (en) * 2015-05-28 2017-03-14 Ford Global Technologies, Llc Exhaust system
US9995228B2 (en) * 2016-03-08 2018-06-12 Ford Global Technologies, Llc Engine exhaust system
JP6951785B2 (ja) * 2017-01-06 2021-10-20 アルゼタ コーポレイションＡｌｚｅｔａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 改良された排ガス削減のためのシステムおよび方法
JP7195995B2 (ja) 2019-03-27 2022-12-26 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒
US11187124B2 (en) 2020-01-03 2021-11-30 Saudi Arabian Oil Company Internal combustion engine systems including criteria pollutant mitigation
CN111412481B (zh) * 2020-03-19 2023-01-10 长江存储科技有限责任公司 废气处理装置

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2942932A (en) * 1957-04-01 1960-06-28 California Research Corp Process of oxidizing carbon monoxide and hydrocarbon in exhaust gases
US2956865A (en) * 1958-02-03 1960-10-18 John E Morris Exhaust gas purifier
US3189417A (en) * 1962-05-29 1965-06-15 Oxy Catalyst Inc Apparatus for improving the purification of exhaust gases from an internal combustion engine
US3172251A (en) * 1963-01-14 1965-03-09 Minnesota Mining & Mfg Afterburner system
US3404965A (en) * 1964-11-13 1968-10-08 Benjamin P. Shiller Fume combustion apparatus
GB1231435A (ru) * 1968-07-05 1971-05-12
US3698873A (en) * 1970-01-31 1972-10-17 Daihatsu Motor Co Ltd Rotary afterburner for internal combustion engines
US3870474B1 (en) * 1972-11-13 1991-04-02 Regenerative incinerator systems for waste gases
US3910762A (en) * 1973-01-15 1975-10-07 James W Morrall Means for purifying the exhaust discharge of internal combustion engines
US3874854A (en) * 1973-02-01 1975-04-01 Gen Motors Corp Catalytic converter
US3972685A (en) * 1973-10-03 1976-08-03 Masanori Hanaoka Catalyst converter
US4315895A (en) * 1975-08-18 1982-02-16 Pittsburgh Environmental And Energy Systems, Inc. Method and apparatus for purification of exhaust gases
US4552733A (en) * 1975-08-27 1985-11-12 Engelhard Corporation Polyfunctional catalysts and method of use
US4478808A (en) * 1981-12-24 1984-10-23 Institut Kataliza Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk Sssr Method of producing sulphur trioxide
US4877592A (en) * 1986-10-17 1989-10-31 Institut Kataliza Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk Sssr Method of catalytic cleaning of exhaust gases
JP2659720B2 (ja) * 1987-09-11 1997-09-30 三菱重工業株式会社 排ガス熱交換装置
JPH0615016B2 (ja) * 1988-09-09 1994-03-02 トヨタ自動車株式会社 自動車排気ガス浄化装置
DE3918596A1 (de) * 1989-06-07 1990-12-13 Schatz Oskar Verfahren und vorrichtung zur katalytischen behandlung der abgase von verbrennungsmotoren
JPH0724575Y2 (ja) * 1989-12-12 1995-06-05 ニチアス株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP2931362B2 (ja) * 1990-04-12 1999-08-09 日本碍子株式会社 抵抗調節型ヒーター及び触媒コンバーター
US5125231A (en) * 1990-06-08 1992-06-30 Corning Incorporated Dual converter engine exhaust system for reducing hydrocarbon emissions
US5078979A (en) * 1990-07-20 1992-01-07 Uop Molecular sieve bed/catalyst to treat automotive exhaust
US5051244A (en) * 1990-07-20 1991-09-24 Uop Use of a molecular sieve bed to minimize emissions during cold start of internal combustion engines
DE4109227A1 (de) * 1991-03-21 1992-09-24 Schwaebische Huettenwerke Gmbh Abgasfilter und/oder katalysator
US5168085A (en) * 1991-05-20 1992-12-01 Corning Incorporated Multi-stage twc system
JP2743632B2 (ja) * 1991-08-06 1998-04-22 松下電器産業株式会社 有害ガス加熱浄化装置
JP3083599B2 (ja) * 1991-09-30 2000-09-04 株式会社日立製作所 排気ガス浄化システム
AU661733B2 (en) * 1992-01-21 1995-08-03 Outboard Marine Corporation Catalytic element for marine propulsion device
KR960004832B1 (ko) * 1992-08-24 1996-04-16 미쯔비시지도오샤고오교오 가부시기가이샤 배기가스정화장치
US5634332A (en) * 1992-09-16 1997-06-03 Nippondenso Co., Ltd. Exhaust gas purification apparatus
EP0593898B1 (en) * 1992-10-20 1997-01-29 Corning Incorporated Exhaust gas conversion method and apparatus using thermally stable zeolites
JP3311051B2 (ja) * 1992-12-16 2002-08-05 日本碍子株式会社 排気ガス浄化方法及び装置
US5366708A (en) * 1992-12-28 1994-11-22 Monsanto Eviro-Chem Systems, Inc. Process for catalytic reaction of gases
US5492679A (en) * 1993-03-08 1996-02-20 General Motors Corporation Zeolite/catalyst wall-flow monolith adsorber
US5364259A (en) * 1993-03-10 1994-11-15 Monsanto Enviro-Chem Systems, Inc. Process and apparatus for gas phase reaction in a regenerative incinerator
DE4436754A1 (de) * 1993-10-22 1995-04-27 Volkswagen Ag Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Adsorber für Kohlenwasserstoffe
JP3216382B2 (ja) * 1993-12-27 2001-10-09 株式会社デンソー ディーゼルエンジンの排気浄化方法
JPH07208156A (ja) * 1994-01-18 1995-08-08 Suzuki Motor Corp 排気浄化装置
FR2728301B1 (fr) * 1994-12-19 1997-03-14 Peugeot Dispositif de traitement des gaz d'echappement d'un moteur a allumage commande comportant un corps catalyseur et un adsorbeur d'hydrocarbures disposes a l'interieur d'un collecteur d'echappement
US5687565A (en) * 1995-11-29 1997-11-18 Amoco Corporation Control of exhaust emissions from an internal combustion engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2649424C2 (ru) * 2013-02-14 2018-04-03 Зе Боинг Компани Монолитный контактор и соответствующая система и способ сбора диоксида углерода
RU2705354C1 (ru) * 2019-01-14 2019-11-06 Кирилл Николаевич Войнов Способ улавливания и очистки выхлопных газов

Also Published As

Publication number Publication date
HUP9904674A3 (en) 2000-06-28
BR9714635A (pt) 2000-10-03
KR20000053138A (ko) 2000-08-25
CA2270926A1 (en) 1998-05-14
AU5101698A (en) 1998-05-29
EA199900449A1 (ru) 1999-12-29
US5768888A (en) 1998-06-23
EP0948707A1 (en) 1999-10-13
PL333363A1 (en) 1999-12-06
WO1998020238A1 (en) 1998-05-14
JP2001503497A (ja) 2001-03-13
HUP9904674A2 (hu) 2000-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA000916B1 (ru) Способ и устройство для очистки газов после двигателей внутреннего сгорания
US8181445B2 (en) Device and method for exhaust gas aftertreatment
US6314722B1 (en) Method and apparatus for emission control
KR102149735B1 (ko) 근접-장착식 scr 시스템
KR101467592B1 (ko) 열 재생가능한 일산화 질소 흡착제
US9587540B2 (en) Method and device for reactivating exhaust-gas purification systems of diesel engines with low-pressure EGR
EP3639908B1 (en) Exhaust gas purification system for a gasoline engine
EP3639920B1 (en) Exhaust gas purification system for a gasoline engine
US9777654B2 (en) Method and apparatus for improved lightoff performance of aftertreatment catalysts
US11377993B2 (en) Exhaust gas purification system for a gasoline engine
RU2108140C1 (ru) Способ очистки отработавших газов
KR20030071756A (ko) 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진
JP2003531721A (ja) 排ガス浄化方法及び装置
JP2003536011A (ja) ＮＯｘトラップを包含するディーゼル排気機構
EP0592713A1 (en) Engine exhaust system with reduced hydrocarbon emissions
WO2020079143A1 (en) Exhaust gas purification system for a gasoline engine
WO2020079140A1 (en) Exhaust gas purification system for a gasoline engine
JP2011033039A (ja) 排気システム
US8136349B2 (en) Exhaust-gas purification system with particulate filter and method of operation thereof with improved regeneration of the particulate filter
JPS5817645B2 (ja) 自動車用排気ガス浄化装置
JP2004027881A (ja) 排気ガス浄化システム
JP2019157738A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
CZ165399A3 (cs) Systém řízení emis

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU