ITTO20060340A1 - Dispositivo atto a ridurre l'inquinamento atmosferico da gas di scarico. - Google Patents

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: DISPOSITIVO ATTO A RIDURRE L' INQUINAMENTO ATMOSFERICO DA GAS DI SCARICO

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un dispositivo per ridurre l'inquinamento atmosferico da gas di scarico .

In particolare, forma oggetto della presente invenzione un dispositivo destinato a ridurre l'inquinamento atmosferico dei gas di scarico prodotti da motori a combustione interna e del gas motoristico stesso che viene ricircolato in aspirazione, in particolare dei motori Diesel.

Resta inteso che l'invenzione trova comunque applicazione per il trattamento di gas di scarico di diverso tipo, ad esempio nel campo degli impianti di riscaldamento industriale, commerciale e domestico.

E' noto che nei gas di scarico prodotti da motori a combustione interna, ed in particolare da motori Diesel, sono presenti in quantità variabile sostanze inquinanti quali particolato carbonioso, idrocarburi incombusti, ossidi di azoto, ossidi di carbonio, ecc.

Sono già stati proposti vari dispositivi aventi lo scopo di ridurre il contenuto di agenti inquinanti del gas di scarico di motori a combustione interna, atti in particolare a ridurre il contenuto di particelle di carbonio (particolato) e di idrocarburi incombusti.

Il documento EP-A-1123728 descrive un dispositivo comprendente un involucro cilindrico avente un ingresso per i gas di scarico da purificare, un'uscita per i gas di scarico purificati ed una cartuccia tubolare alloggiata nell'involucro e disposta fra l'ingresso e l'uscita. La cartuccia comprende delle fibre minerali di materiale catalizzatore la cui composizione chimica comprende almeno il 70% in peso di silice (Si02) ed almeno uno dei seguenti metalli: platino, rodio e palladio.

La cartuccia del dispositivo descritto in EP-A-1123728 è formata a partire da un materassino includente uno strato di fibre minerali disposto a sandwich fra due reti di sottili fili di acciaio. Tale materassino viene avvolto a spirale in modo da formare una cartuccia anulare in cui, in una sezione in un piano ortogonale all'asse longitudinale della cartuccia, in direzione radiale si alternano strati di fibre e strati di materiale filiforme tessuto formati dalle reti di sottili fili di acciaio.

Prove e analisi sperimentali hanno dimostrato che la composizione di materiale catalizzatore descritta nel documento EP-A-1123728 è abbastanza efficace per ottenere la conversione di carbonio e idrocarburi incombusti in anidride carbonica ed acqua. In particolare, la composizione di materiale catalizzatore descritta in questo documento ha il vantaggio di permettere la catalisi a temperature relativamente basse (dell'ordine di 200°).

La soluzione descritta nel documento EP-A-1123728, però, pur avendo consentito di ottenere buoni risultati per quanto riguarda le percentuali dì abbattimento di sostanze inquinanti di gas di scarico, in particolare particolato ed idrocarburi incombusti, non permette di ottenere un abbattimento totale delle particelle di carbonio.

Il documento EP-A-1340890 descrive un dispositivo per ridurre l'inquinamento atmosferico da gas di scarico del tipo di quello descritto nel brevetto EP-A-1123728, ma in cui lo strato di fibre catalitiche ha una disposizione ondulata, in modo da offrire al gas di scarico una maggior superficie esposta in direzione ortogonale rispetto al senso del flusso del gas.

Questa soluzione ha avuto origine dalla constatazione del fatto che la velocità del flusso di gas attraverso il materiale catalitico ha una importanza determinante ai fini del processo di catalisi che converte le particelle di carbonio e gli idrocarburi incombusti contenuti nel gas in anidride carbonica ed acqua.

La forma ondulata degli strati di materiale catalitico permette di ottenere una notevole riduzione della velocità di attraversamento del flusso di gas a parità di dimensioni della cartuccia, e ciò grazie all'aumento della superficie attiva del materiale catalitico.

Mentre nella soluzione secondo EP-A-1123728 la cartuccia aveva uno spessore molto elevato ed una superficie attiva pari all'area della superficie cilindrica esterna della cartuccia, nella soluzione secondo la domanda EP-A-1340890 lo spessore dei materiale catalitico è molto ridotto, pari soltanto allo spessore degli strati agugliati mentre aumenta l'area della superficie attiva. Questo accorgimento permette in linea teorica di raggiungere risultati migliori rispetto alla soluzione del documento EP-A-1123728 dal punto di vista dell'efficienza dell'abbattimento dei componenti inquinanti contenuti nei gas di scarico.

Tuttavia, prove sperimentali hanno dimostrato che lo strato di materiale filtrante anche nel caso del documento ΕΡ-Δ-1340890 è troppo elevato e la superficie esposta al gas troppo limitata anche se il materiale agugliato o tessuto è disposto in modo ondulato; infatti, a causa delle elevate velocità del flusso del gas questo, in breve tempo, rimane in gran parte annegato nella matassa di materiale agugliato che non riesce ad eseguire l'abbattimento corretto delle particelle di carbonio e degli idrocarburi incombusti. Anzi, entro un tempo relativamente breve l'abbattimento delle particelle di carbonio e degli idrocarburi incombusti non viene più effettuato neppure in minime percentuali perché il filtro rimane completamente intasato.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire una soluzione perfezionata che consenta di migliorare ulteriormente le percentuali di abbattimento delle sostanze inquinanti e di avvicinare il più possibile a zero il contenuto di particelle di carbonio, di idrocarburi ed ossido di carbonio nel gas di scarico depurato.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto da un dispositivo avente le caratteristiche formanti oggetto della rivendicazione principale.

I vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti nel corso della descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

- la figura 1 è una sezione assiale schematica di un dispositivo secondo la presente invenzione,

- la figura 2 è una sezione secondo la linea II - II della cartuccia di materiale catalizzatore utilizzata nel dispositivo secondo la presente invenzione,

- la figura 3 è un dettaglio in maggiore scala della parte A cerchiata nella figura 2, e

- la figura 4 è la vista ulteriormente ingrandita di una parte della figura 3.

Con riferimento alla figura 1, con 10 è indicato un dispositivo per ridurre il contenuto di inquinanti in un flusso di gas di scarico. La figura illustra schematicamente un dispositivo applicabile all'impianto di scarico di autocarri o autobus con motore Diesel ma si intende che la forma e le dimensioni del dispositivo secondo la presente invenzione potranno essere modificati per adattarlo a veicoli di altro tipo, come ad esempio autoveicoli, macchine di movimentazione terra, gruppi elettrogeni, compressori stradali, carrelli elevatori oppure ad impianti di riscaldamento di tipo industriale, commerciale o domestico.

Il dispositivo 10 comprende un involucro 12 avente una porzione centrale 14 ad esempio di forma cilindrica, una sezione 16 per l'ingresso del gas da depurare ed una sezione 18 per l'uscita del gas depurato. L'involucro 12 comprende preferibilmente due fogli di lamiera metallica 20 con interposto uno strato di materiale termicamente isolante 22.

Una cartuccia catalitica 24 è alloggiata nel corpo centrale 14 dell'involucro 12. Il dispositivo 10 è realizzato in modo che nel funzionamento la cartuccia 24 viene attraversata dal gas in direzione radiale dall'esterno verso l'interno, seguendo il percorso indicato dalle frecce X in figura 1.

Come si osserva meglio con riferimento alle figure 3 e 4, la cartuccia 24 comprende una rete cilindrica esterna di contenimento 26 ed una rete cilindrica interna 28, sempre di contenimento, che definiscono il contorno esterno e, rispettivamente, interno della cartuccia 24.

Tutta la cartuccia è contenuta dalle reti 26 e 28 che sono parte integrante con fondelli frontali 30 e 32 (vedi figura 1) per la tenuta ermetica e il serraggio delle testate.

Il materiale attivo della cartuccia catalitica 24 è formato da uno o più strati di fibre minerali 34, sotto forma di tessuto, la cui composizione chimica è vantaggiosamente al 99% in peso di fibra di silice pura (Si02), e comunque non meno dell'80%, ed almeno uno dei seguenti metalli nobili: platino in una quantità variabile da 0,0003 a 0,5 grammi per grammo di fibra ed iridio, anch'esso in una quantità variabile da 0,00003 a 0,05 grammi per grammo di fibre.

La fibra minerale è realizzata in tessuto, disposto con una forma plissettata, cioè piegata in modo da formare pieghe 36, 38 disposte alternativamente adiacenti alla superficie esterna 26 ed alla superficie interna 28 della cartuccia 24. Le pieghe 36, 38 dello strato o degli strati di fibre 34 sono collegati fra loro da tratti rettilinei 40.

Il tessuto di materiale metallico 34 in fibra di silice è accoppiato ad una rete 42 che ha il compito di irrigidirlo e sostenerlo nella condizione plissettata.

Secondo l'invenzione la distanza tra ondulazioni 44 adiacenti, la lunghezza 1 dei tratti di unione dei tratti arcuati 36, 38, lo spessore e la densità di ciascuno strato di tessuto 34 di fibra di silice sono elementi fondamentali per ottenere il massimo risultato dal filtro catalitico in quanto determinano nel loro insieme la superficie attiva esposta al gas.

In particolare lo spessore dello strato o degli strati di fibre catalitiche può variare da 0,3 a 1,0 mm, mentre la densità del tessuto può variare da 300 a 1000 g/m<3>.

Poiché le dimensioni del filtro (distanza tra le due reti di contenimento interna 28 ed esterna 26) nonché l'ampiezza complessiva dipendono dal tipo di veicolo su cui è montato il filtro, la distanza tra le ondulazioni e lunghezza dei tratti di unione delle ondulazioni devono essere espressi in un rapporto che nell'esempio illustrato nelle figure 3 e 4, è l/d=9, dove 1 è la lunghezza di ciascun tratto e d è la distanza media tra due ondulazioni 44 adiacenti.

In funzione delle diverse dimensioni di filtro a seconda delle applicazioni, si può affermare che il rapporto l/d deve essere compreso tra 5 e 12 affinchè, congiuntamente ai suddetti valori di spessore e densità dello strato di materiale il filtro lavori in modo ottimale, cioè consenta di migliorare ulteriormente le percentuali di abbattimento delle sostanze inquinanti e di avvicinare il più possibile a zero il contenuto di particelle di carbonio nel gas di scarico depurato.

A ciò va aggiunto il fatto che il flusso del gas di scarico agisce dall'esterno verso l'interno della cartuccia 24 (vedi frecce X in figura 1).

Infatti, come già accennato, la presente invenzione ha avuto origine dalla constatazione del fatto che la velocità del flusso di gas attraverso il materiale catalitico ha una importanza determinante ai fini del processo di catalisi che converte le particelle di carbonio e gli idrocarburi incombusti contenuti nel gas in anidride carbonica ed acqua.

Prove sperimentali hanno dimostrato che con velocità di passaggio del gas attraverso le fibre comprese tra 0,2 e 2,5 m/s, ed in particolare inferiori ad 1 m/s, si può ottenere l'abbattimento quasi totale di particolato ed idrocarburi incombusti garantendo una lunga durata. La forma ondulata degli strati di materiale catalitico del brevetto EP-A-1340890 permetteva in teoria di ottenere una notevole riduzione della velocità di attraversamento del flusso di gas a parità di dimensioni della cartuccia, grazie all'aumento della superficie attiva del materiale catalitico.

Ma questa forma ondulata non era sufficiente anzi dava risultati alquanto scarsi in quanto lo strato di materiale aveva spessore (da 1 a 20 mm) e densità (da 20 a 180 Kg/m<3>) che sono troppo elevati ed un rapporto l/d non superiore a 3, pertanto a causa delle elevate velocità del flusso del gas questo rimaneva entro breve tempo in gran parte imbrigliato nella matassa di materiale agugliato che non riusciva più ad eseguire l'abbattimento delle particelle di carbonio e degli idrocarburi incombusti .

Rispetto alla soluzione descritta nel documento EP-A-1340890, la presente invenzione prevede, quindi, di ridurre notevolmente lo spessore e la densità del materiale catalitico e di aumentare la superficie attiva, incrementando notevolmente il suddetto rapporto l/d, allo scopo di ridurre la velocità di passaggio del gas.

Questo accorgimento permette di raggiungere risultati inaspettati dal punto di vista dell'efficienza dell'abbattimento dei componenti inquinanti contenuti nei gas di scarico, che può arrivare fino ad un abbattimento quasi totale delle particelle di carbonio e degli idrocarburi incombusti garantendo una lunga durata di esercizio.

Ε' da considerare, inoltre, che con questi dimensionamenti il filtro lavora con effetto catalisi anche con NO* inferiore a 0,2 g/Kwh e lavora anche con temperature di esercizio comprese tra 200° e 600° che sono al di fuori dell'effetto dell'NC^, pertanto questo filtro non necessita, come quelli attualmente in commercio, di trasformazione degli NOxin N02per garantire il corretto funzionamento del filtro stesso.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo atto a ridurre l'inquinamento atmosferico da gas di scarico, comprendente un involucro (12) avente una sezione di ingresso (16) ed una sezione dì uscita (18) ed una cartuccia catalitica (24) alloggiata all'interno dell'involucro (12) e disposta fra la sezione di ingresso (16) e la sezione di uscita (18), in cui la cartuccia catalitica (24) comprende uno strato (34) di fibre minerali la cui composizione chimica comprende almeno l'80% in peso di silice (Si02) ed almeno un metallo nobile scelto nel gruppo comprendente platino e iridio; detto strato di fibre catalitiche (34) avendo una disposizione plissettata costituita da anse (36,38) disposte in prossimità delle estremità esterna (26) ed interna (28) della cartuccia unite da tratti sostanzialmente rettilinei (40), per offrire al gas di scarico una ampia superficie esposta in modo ortogonale al senso del flusso del gas che è diretto in senso radiale attraverso la cartuccia dall'esterno verso l'interno caratterizzato dal fatto che detto strato (34) di fibre catalitiche ha il rapporto l/d tra la lunghezza (1) di ciascun tratto rettilineo (40) e la distanza media (d) tra due ondulazioni adiacenti (44) compreso tra 5 e 12.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato (34) di fibre catalitiche ha una densità variabile da 300 a 1000 g/m<3>.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato (34) di fibre catalitiche ha uno spessore variabile da 0,3 a 1 mm.