RU2107171C1

RU2107171C1 - Exhaust gas cleaner

Info

Publication number: RU2107171C1
Application number: RU94027940A
Authority: RU
Inventors: М.М. Орешин; В.Н. Анциферов; Б.Д. Мрдуляш; А.М. Макаров; К.Е. Зегер; Б.З. Хмельницкий; С.П. Митин; Г.М. Гилельс; А.М. Рябов; В.А. Жарков; Н.Н. Тумасьев; В.И. Блинов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Нотек"
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1994-07-25
Publication date: 1998-03-20
Also published as: RU94027940A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; transport engineering; mobile and stationary power plants employing internal combustion engines, including gas turbine plants. SUBSTANCE: cleaner has housing with exhaust gas inlet and outlet branch pipes accommodating pack of catalytic members made of porous metals with through pores, diameter 0.5-5.0 mm and specific surface of 0.5-50 m²/g. Catalytically active coating is applied to surface of metals. Catalytic members in number of 1-20 pieces are installed in pack in series at a distance of 0-40 mm from each other to provide summary aerodynamic resistance of pack equal to 100-500 mm water column (10-50 kPa). Use of porous metal as catalyst carrier improves service characteristics of cleaner and provides effective cleaning of exhaust gases within wide range of operation of internal combustion engine. EFFECT: enlarged operating capabilities, improved service characteristics. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам для очистки от токсичных веществ выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в транспортных средствах, а также в стационарных силовых установках, включающих двигатели внутреннего сгорания, в том числе газовые турбины. The invention relates to apparatus for cleaning toxic substances from exhaust gases of internal combustion engines and can be used in vehicles as well as in stationary power plants including internal combustion engines, including gas turbines.

Изобретение предназначено для защиты атмосферы от загрязнения выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания и решает важную экологическую задачу. The invention is intended to protect the atmosphere from pollution by exhaust gases of internal combustion engines and solves an important environmental problem.

Известен каталитический газоочиститель [1]. Недостаток этого газоочистителя состоит в малой удельной поверхности катализатора и как следствие в недостаточной степени очистки выхлопных газов от токсичных веществ. Known catalytic gas scrubber [1]. The disadvantage of this scrubber is the small specific surface area of the catalyst and, as a result, the exhaust gases are not sufficiently purified from toxic substances.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному очистителю является реактор каталитической нейтрализации выхлопных газов [2] прототип. The closest in technical essence to the claimed purifier is a catalytic exhaust gas reactor [2] prototype.

Недостаток реактора по прототипу состоит в том, что в условиях переменных температур, обусловленных режимом работы двигателя, носитель катализатора растрескивается, а образующаяся пыль частично оседает на гранулах катализатора, увеличивая его аэродинамическое сопротивление и диактивируя поверхность. The disadvantage of the prototype reactor is that under varying temperatures caused by the engine operating mode, the catalyst carrier is cracked, and the resulting dust partially settles on the catalyst granules, increasing its aerodynamic drag and deactivating the surface.

Тем самым ограничивается срок службы и ухудшаются эксплуатационные свойства катализатора по прототипу. This limits the service life and deteriorates the performance properties of the catalyst of the prototype.

Цель изобретения состоит в улучшении эксплуатационных свойств очистителя выхлопных газов путем повышения долговечности носителя катализатора. The purpose of the invention is to improve the operational properties of the exhaust gas purifier by increasing the durability of the catalyst carrier.

Указанная цель достигается тем, что в очистителе выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от токсичных веществ, содержащем корпус с патрубками для входа и выхода выхлопных газов, внутри которого размещен пакет каталитических элементов, последние выполнены из пористых металлов со сквозными порами диаметром 0,5-5,0 мм, с удельной поверхностью 0,5-50 м²/г, причем на поверхность металлов нанесено каталитически активное покрытие, а в пакете последовательно установлено 1-20 каталитических элементов на расстоянии 0-40 мм друг от друга так, чтобы суммарное аэродинамическое сопротивление пакета составляло 100-500 мм в.с. (10-50 кПа).This goal is achieved by the fact that in the exhaust gas purifier of internal combustion engines from toxic substances, comprising a housing with nozzles for entering and exiting exhaust gases, inside which a packet of catalytic elements is placed, the latter are made of porous metals with through pores with a diameter of 0.5-5, 0 mm, with a specific surface area of 0.5-50 m ² / g, moreover, a catalytically active coating is applied to the metal surface, and 1-20 catalytic elements are sequentially installed in the bag at a distance of 0-40 mm from each other so that The total aerodynamic drag of the package was 100-500 mm in.with. (10-50 kPa).

В частном случае носитель катализатора выполнен из металлов: никеля, кобальта, меди, железа, хрома или их сплавов. Причинно-следственная связь между отличительными признаками и целью изобретения заключается в том, что:
выхлопные газы двигателя с температурой 100-800^oC поступают через выхлопной патрубок в корпус очистителя и затем в размещенный внутри него пакет каталитических элементов;
выхлопные газы омывают поверхность каталитических элементов, проходят через сквозные поры в них, благодаря чему происходит выравнивание температуры по сечению потока выхлопных газов и их контактированию с катализатором, чем обеспечивается очистка выхлопных газов от токсичных компонентов;
благодаря высокой удельной поверхности каталитических элементов происходит интенсивный тепломассообмен между выхлопными газами и катализатором, причем избыточное тепло, выделяющееся в окислительных процессах, протекающих на поверхности катализатора, отводится пористым металлом носителя, а его температура стабилизируется на уровне, обеспечивающем механическую прочность.In a particular case, the catalyst support is made of metals: nickel, cobalt, copper, iron, chromium or their alloys. The causal relationship between the hallmarks and the purpose of the invention is that:
exhaust gases of the engine with a temperature of 100-800 ^o C enter through the exhaust pipe into the cleaner housing and then into the package of catalytic elements placed inside it;
exhaust gases wash the surface of the catalytic elements, pass through the through pores in them, due to which the temperature is equalized over the cross section of the exhaust gas flow and their contact with the catalyst, which ensures the cleaning of exhaust gases from toxic components;
Due to the high specific surface area of the catalytic elements, intense heat and mass transfer occurs between the exhaust gases and the catalyst, and the excess heat released in the oxidation processes occurring on the surface of the catalyst is removed by the porous metal of the support, and its temperature stabilizes at a level that provides mechanical strength.

Таким образом, совокупность указанных отличительных признаков изобретения позволяет улучшить эксплуатационные свойства очистителя выхлопных газов, поскольку обеспечивает необходимую долговечность каталитических элементов при воздействии переменных температур и напоров выхлопных газов во всем диапазоне рабочих режимов двигателя, т.е. достичь поставленной цели. Thus, the combination of these distinguishing features of the invention allows to improve the operational properties of the exhaust gas purifier, since it provides the necessary durability of the catalytic elements under the influence of variable temperatures and pressure of the exhaust gases in the entire range of engine operating modes, i.e. achieve your goal.

Наличие отмеченных отличительных признаков по сравнению с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "новизна". Отличительные признаки газоочистителя, согласно изобретению, состоят в следующем:
каталитические элементы выполнены из пористого металла со сквозными порами диаметром 0,5-5,0 мм, толщиной 2,0-20 мм с удельной поверхностью 0,5-50 м²/г;
количество каталитических элементов в камере 1-20, установленных на расстоянии 0-40 мм друг от друга так, чтобы аэродинамическое сопротивление пакета составляло 100-500 мм в.c. (10-50 кПа). Достижение цели изобретения при работе очистителя выхлопных газов обеспечивается сочетанием указанных отличительных признаков с упомянутыми выше известными признаками по прототипу. Изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".The presence of marked distinctive features in comparison with the prototype allows us to conclude that the claimed solution meets the criterion of "novelty." Distinctive features of a gas scrubber according to the invention are as follows:
catalytic elements are made of porous metal with through pores with a diameter of 0.5-5.0 mm, a thickness of 2.0-20 mm with a specific surface area of 0.5-50 m ² / g;
the number of catalytic elements in the chamber 1-20 installed at a distance of 0-40 mm from each other so that the aerodynamic resistance of the package was 100-500 mm century. (10-50 kPa). Achieving the objective of the invention during operation of an exhaust gas purifier is ensured by a combination of these distinctive features with the aforementioned known features of the prototype. The invention meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 изображена конструктивная схема очистителя выхлопных газов с плоскими каталитическими элементами; на фиг.2 - конструктивная схема очистителя выхлопных газов с коническими элементами. In FIG. 1 shows a structural diagram of an exhaust gas purifier with flat catalytic elements; figure 2 is a structural diagram of an exhaust gas purifier with conical elements.

Обозначения на чертежах: 1 - корпус очистителя, 2 - пакет каталитических элементов, 3 - вставка, 4 - каталитический элемент, А - вход выхлопных газов, Б - выход выхлопных газов. Designations in the drawings: 1 - purifier body, 2 - package of catalytic elements, 3 - insert, 4 - catalytic element, A - exhaust gas inlet, B - exhaust gas outlet.

Очиститель выхлопных газов состоит из корпуса 1, внутри которого размещен пакет каталитических элементов 2, фиксируемый относительно корпуса вставкой 3. Пакет 2 оснащен выполненными из пористого металла с каталитически активным покрытием элементами 4. В пакете 2 1 - 20 элементов 4, жестко пространственно фиксированных последовательно друг за другом на расстоянии 0-40 мм так, что их суммарное аэродинамическое сопротивление составляет 100-500 мм в.c. (10-50 кПа). В частном случае (фиг.1) элементы 4 могут быть плоскими и устанавливаться, касаясь друг друга, или коническими (фиг. 2). The exhaust gas purifier consists of a housing 1, inside of which a packet of catalytic elements 2 is placed, fixed by an insert 3. The packet 2 is equipped with elements 4 made of porous metal with a catalytically active coating. In the packet 2 1 - 20 elements 4 are rigidly spatially fixed in series after another at a distance of 0-40 mm so that their total aerodynamic drag is 100-500 mm in.c. (10-50 kPa). In the particular case (Fig. 1), the elements 4 can be flat and installed, touching each other, or conical (Fig. 2).

Во всех случаях каталитические элементы 4 выполнены из пористых металлов: никеля, кобальта, меди, железа, хрома или их сплавов. Металлы имеют сквозные поры диаметром 0,5-5,0 мм при удельной поверхности 0,5-50 м²/г.In all cases, the catalytic elements 4 are made of porous metals: nickel, cobalt, copper, iron, chromium or their alloys. Metals have through pores with a diameter of 0.5-5.0 mm with a specific surface area of 0.5-50 m ² / g.

Очиститель выхлопных газов работает следующим образом. The exhaust gas purifier works as follows.

Выхлопные газы с температурой 100-800^oC поступают через входной патрубок внутрь корпуса 1, где проходят через пакет каталитических элементов 2, фиксируемый относительно корпуса 1 вставкой 3. При этом каталитические элементы 4 нагреваются до той же температуры, что обеспечивает протекание на их поверхности окислительно-восстановительных процессов в выхлопных газах, приводящих к их очистке от токсичных компонентов. Полнота очистки выхлопных газов обеспечивается указанной в изобретении удельной поверхностью каталитических элементов, их температурой и надлежащим выбором времени контакта между ними и выхлопными газами.Exhaust gases with a temperature of 100-800 ^o C enter through the inlet pipe into the housing 1, where they pass through the package of catalytic elements 2, fixed relative to the housing 1 by the insert 3. In this case, the catalytic elements 4 are heated to the same temperature, which ensures oxidation on their surface -reduction processes in the exhaust gases, leading to their purification from toxic components. The exhaust gas purification is ensured by the specific surface area of the catalytic elements indicated in the invention, their temperature and the proper choice of the contact time between them and the exhaust gases.

Выхлопные газы, очищенные от токсичных компонентов, покидают корпус 1 очистителя через выходной патрубок и направляются в выхлопную трубу. Exhaust gases purified from toxic components leave the purifier body 1 through the outlet pipe and are sent to the exhaust pipe.

Положительный эффект от внедрения очистителя, согласно изобретению, по сравнению с прототипом состоит в том, что благодаря улучшению эксплутационных свойств и упрощению конструкции очистителя расширяется область применения очистителя, что позволяет получить значительный экологический и экономический эффект; конструкция очистителя позволяет его миниатюризировать, уменьшить размеры и массу, особенно массу катализатора, что позволяет уменьшить затраты на его изготовление и упрощает его монтаж на действующих двигателях внутреннего сгорания. The positive effect of the introduction of the cleaner, according to the invention, compared with the prototype is that due to the improvement of operational properties and simplification of the design of the cleaner, the scope of the cleaner is expanded, which allows to obtain a significant environmental and economic effect; the design of the purifier allows it to be miniaturized, to reduce the size and mass, especially the mass of the catalyst, which reduces the cost of its manufacture and simplifies its installation on existing internal combustion engines.

Таким образом, изобретение позволяет решить техническую задачу, состоящую в улучшении эксплуатационных свойств очистителя выхлопных газов путем повышения долговечности носителя катализатора. Thus, the invention allows to solve the technical problem, which consists in improving the operational properties of the exhaust gas purifier by increasing the durability of the catalyst carrier.

Claims

1. The exhaust gas purifier of internal combustion engines from toxic substances, comprising a housing with nozzles for entering and exiting exhaust gases, inside which a packet of catalytic elements is placed, characterized in that the latter are made of porous metals with through pores with a diameter of 0.5-5.0 mm, a specific surface area of 0.5 - 50.0 m ² / g, wherein the surface of metals catalytically active coating, and the package sequentially set to 1 - 20 the catalyst elements at a distance of 0 - 40 mm from each other so that summarioy th packet aerodynamic resistance was 100 - 500 mm VS (10 - 50 kPa).

2. The cleaner according to claim 1, characterized in that the catalytic elements located inside it are made of metals: nickel, cobalt, copper, iron, chromium or their alloys.