RU2120554C1

RU2120554C1 - Catalytic reactor

Info

Publication number: RU2120554C1
Application number: RU96124627A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Новоселов; А.А. Мельберт; Л.А. Ковалева
Original assignee: Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1996-12-31
Publication date: 1998-10-20

Abstract

FIELD: transport engineering; cleaning of exhaust gases in spark ignition internal combustion engines. SUBSTANCE: housing of reactor has coaxially installed porous ceramet oxidation and reduction catalytic units space formed in between, inlet and outlet branch pipes with flanges and end face cover. Auxiliary gas feed channel has outlet in to ring spaces formed between inner surface of housing and outer surfaces of oxidation porous ceramet catalytic units. EFFECT: enhanced cleaning of exhaust gases, reduced amount of toxic matters getting into environment owing to more complete oxidation of products of incomplete combustion in oxidation and reduction stages, reduced heat stress in reactor housing owing to delivery of into oxidation zones. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, в частности, с воспламенением от искры. The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used to clean the exhaust gases of internal combustion engines, in particular, with ignition from a spark.

Известны каталитические нейтрализаторы отработавших газов, например по патенту РФ N 2023178, кл. F 01 N 3/28, 1994, содержащие корпус с двойными стенками и теплоизоляцией между ними, торцевые крышки, входные и выходные патрубки с фланцами, каталитические блоки, внутренние перегородки в реакторе. Known catalytic converters of exhaust gases, for example, according to the patent of the Russian Federation N 2023178, class. F 01 N 3/28, 1994, comprising a housing with double walls and thermal insulation between them, end caps, inlet and outlet nozzles with flanges, catalytic units, internal partitions in the reactor.

Недостатками известных нейтрализаторов является то, что при работе двигателя нейтрализатор перегревается, а в периоды пуска нагревается медленно, что приводит к его разрушениям и низкой эффективности. Для окисления продуктов неполного сгорания при α < 1 недостаточно кислорода для реакций окисления. The disadvantages of the known converters is that when the engine is running, the converter overheats, and during start-up periods it heats up slowly, which leads to its destruction and low efficiency. For the oxidation of products of incomplete combustion at α <1, there is not enough oxygen for the oxidation reactions.

Известен также каталитический нейтрализатор отработавших газов (см. патент РФ N 2023179, кл. F 01 N 3/28, 1994), содержащий корпус с двойными стенками и теплоизоляцией между ними, торцевые крышки, входной и выходной патрубки с фланцами, пористые металлокерамические окислительные и восстановительные каталитические блоки, установленные коаксиально с образованием полости между ними, канал для подвода вспомогательного газа, размещенный в указанной полости. Also known is a catalytic converter (see RF patent N 2023179, class F 01 N 3/28, 1994), comprising a housing with double walls and thermal insulation between them, end caps, inlet and outlet pipes with flanges, porous oxidic ceramic and reducing catalytic units installed coaxially with the formation of a cavity between them, a channel for supplying auxiliary gas, placed in the specified cavity.

Недостатками описанного нейтрализатора является то, что вспомогательный газ подводится в зону реакций и содержащийся в нем кислород используется только на последующих этапах очистки газа, поступающий воздух не используется для охлаждения реактора нейтрализатора, происходит перегрев нейтрализатора и ухудшение очистки отработавших газов от вредных примесей. The disadvantages of the described catalyst is that the auxiliary gas is introduced into the reaction zone and the oxygen contained in it is used only in subsequent stages of gas purification, the incoming air is not used to cool the reactor, overheating of the catalyst and deterioration of the purification of exhaust gases from harmful impurities occur.

Последняя конструкция каталитического нейтрализатора является наиболее близкой по технической сущности и принята за прототип. The latest design of the catalytic converter is the closest in technical essence and adopted as a prototype.

Сущность изобретения заключается в том, что в каталитическом нейтрализаторе, содержащем корпус с коаксиально установленными с образованием полости между ними пористыми металлокерамическими окислительными и восстановительными каталитическими блоками, входным и выходным патрубками с фланцами, канал для подвода вспомогательного газа, указанный канал соединен с сообщающимися полостями, образованными между внутренней поверхностью корпуса и наружными поверхностями окислительных пористых металлокерамических каталитических блоков. The essence of the invention lies in the fact that in a catalytic converter containing a housing coaxially mounted with the formation of a cavity between them porous metal-ceramic oxidizing and reducing catalytic blocks, inlet and outlet pipes with flanges, a channel for supplying auxiliary gas, the specified channel is connected to communicating cavities formed between the inner surface of the housing and the outer surfaces of the oxidizing porous cermet catalyst blocks.

Такое выполнение каталитического нейтрализатора для двигателей с воспламенением от искры позволяет обеспечить улучшение очистки отработавших газов и уменьшение вредных выбросов, организовать процесс очистки с подводом кислорода в окислительную и окислительно-восстановителытую ступени очистки, снизить тепловую напряженность корпуса нейтрализатора. This embodiment of the catalytic converter for engines with ignition from sparks allows to improve the purification of exhaust gases and reduce harmful emissions, organize the cleaning process with the supply of oxygen to the oxidizing and oxidation-reduction stages of purification, and reduce the thermal stress of the converter housing.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный по оси разрез каталитического нейтрализатора. The invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal along the axis section of the catalytic converter.

Предлагаемый каталитический нейтрализатор содержит корпус 1 с фланцами 2, с входным 3 и выходным 4 патрубками, оснащенными фланцами 5 и 6, торцевой крышкой 7 с установочными буртами 8. Полость реактора образована торцевыми крышками 7 и внутренними поверхностями полых пористых металлокерамических окислительных каталитических блоков 9 и 10, установленных с зазором и образованием кольцевых полостей 11 и 12 между их наружными поверхностями и внутренней поверхностью корпуса 1. Каталитические блоки 9 и 10 установлены на установочных буртах 8 нейтрализатора и буртах 13 внутренней перегородки 14. Коаксиально на буртах 8 и 13 закреплены пористые металлокерамические каталитические блоки: восстановительный 15 и окислительный 16. Между коаксиально установленными каталитическими блоками 9 и 15, 10 и 16 образованы кольцевые полости 17 и 18. Реактор нейтрализатора разделен блоками 15 и 16, перегородкой 14 на четыре полости: приемную 19, восстановительно-окислительную 17, окислительную 18, выходную 20. Полости 17 и 18 сообщаются через окна 21 в перегородке 14, а полости 11 и 12 через окна 22 в перегородке 14. Канал для подвода вспомогательного газа 23 имеет выход в кольцевые полости 11 и 12 у стенок корпуса 1. The proposed catalyst contains a housing 1 with flanges 2, with input 3 and output 4 nozzles equipped with flanges 5 and 6, an end cap 7 with mounting collars 8. The cavity of the reactor is formed by end caps 7 and the inner surfaces of the hollow porous cermet oxidation catalyst blocks 9 and 10 installed with a gap and the formation of annular cavities 11 and 12 between their outer surfaces and the inner surface of the housing 1. The catalytic units 9 and 10 are installed on the mounting collars 8 neutralization the reactor and the shoulders 13 of the internal partition 14. Coaxially on the shoulders 8 and 13 are mounted porous cermet catalytic blocks: reducing 15 and oxidizing 16. Between the coaxially mounted catalytic blocks 9 and 15, 10 and 16, annular cavities 17 and 18 are formed. The reactor of the neutralizer is divided by blocks 15 and 16, a partition 14 into four cavities: a receiving room 19, a redox 17, an oxidizing 18, an output 20. The cavities 17 and 18 communicate through the windows 21 in the partition 14, and the cavities 11 and 12 through the windows 22 in the partition 14. Channel for rooting and auxiliary gas 23 has an outlet in the annular cavity 11 and 12 at the walls of the housing 1.

Каталитический нейтрализатор работает следующим образом. Отработавшие газы поступают от двигателя через входной патрубок 3, попадают в приемную полость 19 реактора, проходят через стенки пористого металлокерамического каталитического восстановительного блока 15 и оказываются в восстановительно-окислительной полости 17, в которую из канала 23 через металлокерамический пористый окислительный блок 9 подводится воздух. Вблизи блока 9 идут окислительные процессы. Далее из полости 17 через окна 21 продукты неполного сгорания попадают в окислительную полость 18, через стенки пористого металлокерамического окислительного блока 10 поступает из полости 12 воздух. Процессы окисления завершаются при прохождении газов через пористые стенки металлокерамического каталитического блока 16 и продукты сгорания попадают в выходную полость 20, а затем через патрубок 4 на выход из нейтрализатора. The catalytic converter operates as follows. Exhaust gases come from the engine through the inlet pipe 3, enter the reactor receiving cavity 19, pass through the walls of the porous cermet catalytic reduction unit 15 and end up in the reduction and oxidation cavity 17, into which air is supplied from the channel 23 through the ceramic-metal porous oxidation unit 9. Near block 9 are oxidative processes. Further, from the cavity 17, through the windows 21, products of incomplete combustion enter the oxidizing cavity 18, through the walls of the porous cermet oxidizing block 10, air enters from the cavity 12. The oxidation processes are completed when gases pass through the porous walls of the cermet catalytic block 16 and the combustion products enter the outlet cavity 20, and then through the pipe 4 to the output of the converter.

Подача вспомогательного воздуха в зоны окисления позволяет охлаждать корпус нейтрализатора и способствует более качественному окислению продуктов неполного сгорания. The supply of auxiliary air to the oxidation zones allows cooling the converter housing and contributes to better oxidation of incomplete combustion products.

По сравнению с прототипом каталитический нейтрализатор не содержит слой теплоизоляции, более легок, имеет более низкую металлоемкость и материалоемкость, не требует применения жаростойких сталей, обеспечивает более качественную очистку отработавших газов. Compared with the prototype, the catalytic converter does not contain a layer of thermal insulation, is lighter, has lower metal and material consumption, does not require the use of heat-resistant steels, and provides better cleaning of exhaust gases.

Качество очистки по окиси углерода - 80%, по углеводородам - до 75%, по окислам азота - до 70%. The quality of treatment for carbon monoxide is 80%, for hydrocarbons - up to 75%, for nitrogen oxides - up to 70%.

Claims

A catalytic converter comprising a housing with coaxially mounted porous metal-ceramic oxidizing and reducing catalytic blocks between them, inlet and outlet nozzles with flanges, an auxiliary gas supply channel, characterized in that the auxiliary gas supply channel is connected to communicating cavities formed between the inner surface of the housing and the outer surfaces of the oxidizing porous cermet catalytic blocks.