RU2135786C1

RU2135786C1 - Vehicle exhaust gas combination emission control system

Info

Publication number: RU2135786C1
Application number: RU98101044A
Authority: RU
Inventors: В.С. Турбин; В.П. Подольский; А.Н. Канищев
Original assignee: Воронежская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; cleaning of exhaust gases of internal combustion engines of vehicles. SUBSTANCE: system has perforated pipe horizontally placed in tank with neutralizing liquid and connected by one end with inlet branch pipe, the other end of pipe being stopped, conical shell placed on end of diffuser pointed to neutralizing liquid and forming converging outlet channel. The following members are installed in tandem in outlet branch pipe of housing: filtering member made in form of two stages: wire and louvered separators, and heat exchanger communicating by not medium with Venturi scrubber converging member and by cold medium, with catalyst case installed after heat exchanger. System has pipeline with electromagnetic valves. EFFECT: enhanced entrapping of harmful matter from exhaust gases, improved reliability of operation. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к комбинированным системам нейтрализации отработанных газов транспортных средств, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для очистки их отработанных газов. The invention relates to mechanical engineering, namely, to combined exhaust gas aftertreatment systems of vehicles, and can be used in internal combustion engines to clean their exhaust gases.

Известны комбинированные системы нейтрализации отработанных газов (аналог), содержащие предвключенный каталитический нейтрализатор с впускным и выпускным трубопроводами - патрубками, жидкостный нейтрализатор, вертикальную трубку, сообщенную одним концом с впускным трубопроводом, а другим - с нейтрализующей жидкостью [1]. Известны также выхлопные устройства, содержащие емкость, заполненную нейтрализующей жидкостью, в которой размещен вертикальный патрубок (аналог) [2] . Known combined exhaust gas aftertreatment systems (analogue) containing an upstream catalytic converter with inlet and outlet pipelines - nozzles, a liquid neutralizer, a vertical tube communicated at one end with the inlet pipe, and the other with a neutralizing liquid [1]. Also known are exhaust devices containing a container filled with a neutralizing liquid in which a vertical pipe (analog) is placed [2].

Известна наиболее близкая по совокупности существенных признаков (прототип) система нейтрализации отработанных газов транспортных средств [3] , содержащая корпус с входным и выходным патрубками, концентрично установленный в корпусе жидкостный скруббер Вентури с диффузором, горловиной и конфузором, соединенным с входным патрубком, зернистый фильтрующий элемент, размещенный в нижней части корпуса, бак с нейтрализующей жидкостью, связанный подводящей магистралью со скруббером, а также каталитическую кассету. Known for the closest set of essential features (prototype), a vehicle exhaust gas aftertreatment system [3], comprising a housing with an inlet and outlet nozzles, a liquid venturi scrubber concentrically mounted in the housing with a diffuser, a neck and a confuser connected to the inlet nozzle, a granular filter element located in the lower part of the housing, a tank with a neutralizing liquid, connected by a supply line to a scrubber, as well as a catalytic cassette.

Основным недостатком перечисленных устройств (аналоги и прототип) является предвключение каталитической кассеты жидкостному нейтрализатору. Это ведет к быстрому забиванию пор зернистого катализатора и его отравлению сажей и соединениями свинца. The main disadvantage of the above devices (analogues and prototype) is the pre-inclusion of the catalytic cassettes to the liquid catalyst. This leads to rapid clogging of the pores of the granular catalyst and its poisoning with soot and lead compounds.

При забивании пор резко возрастает газодинамическое сопротивление, а значит увеличиваются затраты мощности автомобиля на проталкивание газового потока, и, соответственно, снижается эффективность очистки и быстрый выход катализаторов из строя. When clogging pores, the gas-dynamic resistance sharply increases, which means that the vehicle’s power consumption for pushing the gas stream increases, and, accordingly, the cleaning efficiency and the quick exit of the catalysts decrease.

Кроме того, взаимодействие потока газа в таких устройствах осуществляется с невозмущенной абсорбционной поверхностью нейтрализующей жидкости, поэтому часть молей газа не успевает проконтактировать с жидкими частицами, что снижает эффективность абсорбционной очистки отработанных газов, может привести к запиранию системы выхлопа и аварийной ситуации работы двигателя. In addition, the interaction of the gas flow in such devices is carried out with the unperturbed absorption surface of the neutralizing liquid, so some moles of gas do not have time to contact the liquid particles, which reduces the efficiency of absorption cleaning of exhaust gases, can lead to blocking the exhaust system and an emergency engine operation.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение степени улавливания вредных веществ, содержащихся в отработанных газах, и повышение надежности работы нейтрализаторов. The task of the invention is to increase the degree of capture of harmful substances contained in the exhaust gases, and increase the reliability of the neutralizers.

Для достижения этого технического результата в комбинированной системе нейтрализации отработанных газов транспортных средств, содержащей корпус с входным и выходным патрубками, жидкостный скруббер Вентури, фильтрующий элемент, бак с нейтрализующей жидкостью и каталитическую кассету, отличительными признаками является то, что она снабжена горизонтально расположенной в баке с нейтрализующей жидкостью перфорированной трубой, сообщенной одним концом с входным патрубком и заглушенным противоположным, конической обечайкой, размещенной на обращенном к нейтрализующей жидкости торце диффузора и образующей конфузорный выходной канал. В выходном патрубке корпуса последовательно размещены фильтрующий элемент, выполненный в виде двух ступеней проволочного и жалюзийного сепараторов, теплообменник, сообщенный по горячей среде с конфузором скруббера Вентури, а по холодной - с каталитической кассетой, установленной также в выходном патрубке за теплообменником. Кроме того, комбинированная система нейтрализации отработанных газов транспортных средств снабжена обводным (байпасным) трубопроводом с электромагнитными клапанами. Нейтрализующая жидкость (абсорбтив) содержит также коагулянт (флокуляционную химическую добавку): тринатрийфосфат, глинозем, железный купорос и т.п. To achieve this technical result in a combined vehicle exhaust gas aftertreatment system comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a liquid venturi scrubber, a filter element, a neutralizing liquid tank and a catalytic cassette, the distinctive features are that it is equipped with a horizontally arranged tank neutralizing fluid perforated pipe, communicated at one end with the inlet pipe and a muffled opposite, conical shell, placed on the end of the diffuser facing the neutralizing liquid and forming a confuser output channel. A filter element made in the form of two stages of wire and louvre separators, a heat exchanger communicated in a hot medium with a venturi scrubber confuser, and in a cold one with a catalytic cassette, also installed in the outlet pipe behind the heat exchanger, are sequentially placed in the outlet pipe of the housing. In addition, the combined vehicle exhaust gas aftertreatment system is equipped with a bypass (bypass) pipe with solenoid valves. The neutralizing liquid (absorbent) also contains a coagulant (flocculation chemical additive): trisodium phosphate, alumina, iron sulfate, etc.

Благодаря выполнению конструкции комбинированной системы нейтрализации отработанных газов транспортных средств с размещением в баке с нейтрализующей жидкостью горизонтальной перфорированной трубы, по которой подается часть потока для создания пены, теплообменника для нагрева очищаемых газов на входе в каталитическую кассету и охлаждения их на входе в скруббер Вентури, каталитической кассеты, располагаемой за жидкостным скруббером Вентури, конической обечайки на торце диффузора, фильтрующего элемента, выполненного в виде двух ступеней жалюзийного и проволочного сепараторов, обводного трубопровода с электромагнитными клапанами, и добавлению в нейтрализующую жидкость флокуляционной добавки, повышается эффективность очистки отработанных газов при высокой надежности работы двигателя. Due to the design of the combined vehicle exhaust gas aftertreatment system with a horizontal perforated pipe placed in the neutralizing tank, through which part of the stream is supplied to create a foam, a heat exchanger for heating the cleaned gases at the inlet to the catalytic cassette and cooling them at the inlet to the Venturi scrubber, catalytic cartridge located behind the liquid venturi scrubber, conical shell at the end of the diffuser, a filter element made in the form of two steps It louver and wire cages, the bypass pipe with the solenoid valves, and adding a flocculation additive neutralizing liquid, increases the efficiency of purification of exhaust gases at a high reliability of the engine.

Комбинированная система нейтрализации отработанных газов транспортных средств имеет достаточно простую конструкцию, в ней реализуется достаточно простой и быстрый съем бака для замены нейтрализующей жидкости. Наличие пены в нейтрализующей жидкости значительно интенсифицирует массообмен между твердыми включениями и жидкостью, что увеличивает эффект механической абсорбции. The combined vehicle exhaust gas aftertreatment system has a fairly simple design, it implements a fairly simple and quick removal of the tank to replace the neutralizing liquid. The presence of foam in the neutralizing liquid significantly intensifies the mass transfer between solids and liquid, which increases the effect of mechanical absorption.

Комбинированная система нейтрализации может быть изготовлена на основе использования любых жидкостей и зернистых материалов, обеспечивающих снижение токсичности отработанных газов: воды, отработанного масла, щелочи, мочевины, алюмосиликатов, платины, родия и т.п. The combined neutralization system can be made on the basis of using any liquids and granular materials that reduce the toxicity of exhaust gases: water, waste oil, alkali, urea, aluminosilicates, platinum, rhodium, etc.

На чертеже показана предложенная комбинированная система нейтрализации отработанных газов транспортных средств. Она состоит из корпуса 1, входного 2 и выходного 3 патрубков (по газу), жидкостного скруббера Вентури 4, включающего конфузор 5, диффузор 6, горловину 7, куда подведен трубопровод 8 с орошающей жидкостью (абсорбентом) и насос 9. На обращенном к баку с нейтрализующей жидкостью 10 торце диффузора 6 размещена коническая обечайка 11. В баке с нейтрализующей жидкостью 10 установлена перфорированная труба 12, заглушенная с торца, а другим концом сообщенная с входным патрубком 2. Фильтрующий элемент выполнен в виде проволочного 13 и жалюзийного 14 сепараторов, установленных последовательно в выходном патрубке 3, за которым размещен теплообменник 15, включающий пучок труб и соединенный по горячей среде с входным патрубком 2, а по холодной среде - с выходным патрубком 3. Установленная в выходном патрубке 3 за теплообменником 15 каталитическая кассета 16 сообщена с ним по холодной среде. Бак с нейтрализующей жидкостью 10 подсоединяется к корпусу 1 посредством фланца-замка 17. The drawing shows the proposed combined exhaust gas aftertreatment system of vehicles. It consists of a housing 1, an input 2 and an output 3 nozzles (gas), a liquid venturi scrubber 4, including a confuser 5, a diffuser 6, a neck 7, where a pipe 8 with an irrigating liquid (absorbent) and a pump 9 are connected. On the tank facing with a neutralizing liquid 10, the end of the diffuser 6 has a conical shell 11. A perforated pipe 12 is installed in the tank with neutralizing liquid 10, which is plugged from the end, and connected to the inlet pipe 2 with the other end. The filter element is made in the form of a wire 13 and louvered 14 separators, installed sequentially in the outlet pipe 3, behind which there is a heat exchanger 15, including a tube bundle and connected in hot medium to the inlet pipe 2, and in the cold medium to the outlet pipe 3. The catalytic cassette 16 installed in the outlet pipe 3 behind the heat exchanger 15 is in communication with it on a cold environment. The tank with the neutralizing liquid 10 is connected to the housing 1 by means of a flange-lock 17.

В качестве катализаторов 18 используются алюмосиликаты, платина, родий и др. материалы; нейтрализующей жидкости 10 - вода, отработанные масла, щелочи, мочевина и т.п.; а флокуляционной химической добавки - тринатрийфосфат, глинозем, железный купорос и т.п. As catalysts 18 aluminosilicates, platinum, rhodium and other materials are used; neutralizing liquid 10 - water, waste oil, alkali, urea, etc .; and flocculation chemical additives - trisodium phosphate, alumina, vitriol, etc.

В нижней, конической части корпуса 1 размещен дренажный штуцер 19 для аварийного слива жидкости. Комбинированная система нейтрализации отработанных газов транспортных средств снабжена также обводным (байпасным) трубопроводом 20, электромагнитные клапаны 21, 22. In the lower, conical part of the housing 1 there is a drainage fitting 19 for emergency drainage of liquid. The combined vehicle exhaust gas aftertreatment system is also equipped with a bypass (bypass) pipe 20, solenoid valves 21, 22.

Комбинированная система нейтрализации отработанных газов транспортных средств работает следующим образом. The combined exhaust gas aftertreatment system of vehicles operates as follows.

Отработанные загрязненные газы поступают в межтрубное пространство теплообменника 15 (горячая среда), после чего подаются во входной патрубок 2, где раздваиваются в пропорции, примерно 1:10. Меньшая часть подается в перфорированную трубу 12, где поток разбивается на струи, которые барботируют через слой нейтрализующей жидкости 10, вызывая образование пены на поверхности абсорбции. Для флокуляции (хлопьеобразования) в нейтрализующую жидкость добавляется коагулянт. Exhaust polluted gases enter the annulus of the heat exchanger 15 (hot medium), and then they are fed into the inlet pipe 2, where they are split in proportion to about 1:10. A smaller portion is fed into the perforated tube 12, where the flow breaks up into jets that sparge through a layer of neutralizing liquid 10, causing foam to form on the absorption surface. For flocculation (flocculation), a coagulant is added to the neutralizing liquid.

В горловину 7 жидкостного скруббера Вентури 4 из бака насосом 9 подается на орошение нейтрализующая жидкость. Так как в горловине 7 создается незначительное разрежение, то в ней наблюдается дробление жидкости на капли и хороший контакт капель с газом. Предварительно смоченные моли газа разгоняются в конической обечайке 11, а при повороте потока более тяжелые частички контаминантов (твердые частицы, тяжелые металлы и сажа), покрытые пленкой жидкости, при поступательном движении вниз захватываются пеной, и более тяжелая масса опускается вниз, очищая отработанные газы от перечисленных компонентов. Очищенные газы поднимаются вверх, где в ступенях 13, 14 сепаратора происходит отделение газа от уносимых капелек жидкости (эффективность сепарации достигает 99,5 %). При дальнейшем транспорте очищенных газов через теплообменник 15 происходит их нагревание за счет более горячих исходных отработанных газов. Далее отработанные газы проходят через катализатор 18 каталитической кассеты 16, где они очищаются от легких контаминантов: оксидов азота, углерода, серы. При улавливании сажи, кроме углерода, улавливаются до 80 % бенз(а)пирен и другие углеводороды. Очищенные отработанные газы через выхлопную трубу выбрасываются в окружающую среду. После достижения насыщения нейтрализующей жидкости перечисленными выше контаминантами ее заменяют на свежую, а загрязненную жидкость направляют на регенерацию. Для замены жидкости бак отстыковывается от корпуса 1 с помощью фланца - замка 17, либо сливают ее через дренажный штуцер 19. In the neck 7 of the liquid venturi scrubber 4 from the tank, a neutralizing liquid is supplied for irrigation by a pump 9. Since a slight rarefaction is created in the neck 7, crushing of the liquid into drops and good contact of the drops with the gas are observed in it. Pre-moistened moles of gas are dispersed in the conical shell 11, and when the flow is turned, heavier particles of contaminants (solid particles, heavy metals and soot) covered with a liquid film are captured by the foam during translational movement down, and the heavier mass drops down, clearing the exhaust gases from listed components. The purified gases rise up, where in the stages 13, 14 of the separator the gas is separated from the entrained droplets of liquid (separation efficiency reaches 99.5%). With further transport of the purified gases through the heat exchanger 15, they are heated due to the hotter exhaust gases. Further, the exhaust gases pass through the catalyst 18 of the catalytic cassette 16, where they are cleaned of light contaminants: nitrogen oxides, carbon, sulfur. When trapping soot, in addition to carbon, up to 80% of benz (a) pyrene and other hydrocarbons are captured. The cleaned exhaust gases are emitted through the exhaust pipe into the environment. After saturation of the neutralizing liquid is achieved, the contaminants listed above replace it with fresh, and the contaminated liquid is sent for regeneration. To replace the liquid, the tank is undocked from the housing 1 using the flange - lock 17, or it is drained through the drainage fitting 19.

При насыщении адсорбента - катализатора контаминантами кассета с катализатором 18 вынимается из корпуса - фильтра для регенерации, а в фильтр устанавливается кассета со свежим катализатором. When the adsorbent - catalyst is saturated with contaminants, the cartridge 18 is removed from the filter housing for regeneration, and a cartridge with a fresh catalyst is installed in the filter.

При работе системы очистки электромагнитный клапан 21 закрыт и перекрывает обводной трубопровод 20, а электромагнитный клапан 22 открыт. При аварийной ситуации, требующей быстрое отключение системы очистки, электромагнитный клапан 21 закрывается, перекрывая вход в жидкостный скруббер Вентури 4 и открывая вход в обводной трубопровод 20. Электромагнитный клапан 22 в этом случае закрыт. During the operation of the cleaning system, the solenoid valve 21 is closed and closes the bypass pipe 20, and the solenoid valve 22 is open. In an emergency requiring a quick shutdown of the cleaning system, the solenoid valve 21 closes, blocking the entrance to the liquid venturi scrubber 4 and opening the entrance to the bypass pipe 20. In this case, the electromagnetic valve 22 is closed.

Аэродинамическое сопротивление комбинированной системы нейтрализации отработанных газов транспортных средств составляет около 1250 Па, что эквивалентно примерно 5% от развиваемой мощности автомобиля. Эффективность очистки отработанных газов, например, от соединений свинца составляет 87,5%, от сажи - 98,7%. The aerodynamic drag of the combined vehicle exhaust gas aftertreatment system is about 1250 Pa, which is equivalent to about 5% of the vehicle’s developed power. The efficiency of purification of exhaust gases, for example, from lead compounds is 87.5%, from soot - 98.7%.

Таким образом, внедрение заявляемой комбинированной системы нейтрализации отработанных газов транспортных средств с перечисленными выше отличительными признаками способствует повышению эффективности очистки при надежной работе двигателя за счет предвключения жидкостного скруббера Вентури по отношению к каталитической кассете, интенсификации процесса абсорбции в жидкостном скруббере Вентури в результате барботажа части отработанных газов через перфорированную трубу, создания пены и ее стабилизации при добавлении в нейтрализующую жидкость флокуляционной химической добавки. Thus, the implementation of the inventive combined vehicle exhaust gas aftertreatment system with the above distinguishing features contributes to the improvement of cleaning efficiency with reliable engine operation due to the inclusion of a liquid venturi scrubber in relation to the catalytic cassette, the intensification of the absorption process in the liquid venturi scrubber as a result of bubbling of some of the exhaust gases through a perforated pipe, creating foam and stabilizing it when added to neutralizing uy liquid flocculation chemical additives.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 484311, кл. F 01 N 3/04, 1975, опубл. 15.09.75, бюл. N 34.Sources of information
1. USSR author's certificate N 484311, cl. F 01 N 3/04, 1975, publ. 09/15/75, bull. N 34.

2. Авторское свидетельство СССР N 1000563, кл. F 01 N 3/04, 1980, опубл. 28.02.83, бюл. N 8. 2. USSR copyright certificate N 1000563, cl. F 01 N 3/04, 1980, publ. 02/28/83, bull. N 8.

3. Авторское свидетельство СССР N 757751, кл. F 01 М 3/04, 1980, опубл. 23.08.80, бюл. N 31. 3. Copyright certificate of the USSR N 757751, cl. F 01 M 3/04, 1980, publ. 08/23/80, bull. N 31.

Claims

1. Combined vehicle exhaust gas aftertreatment system, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a venturi liquid scrubber concentrically mounted in the housing with a diffuser, a neck and a confuser connected to the inlet nozzle, a filter element, a neutralizing liquid tank connected to a supply line to a scrubber, as well as a catalytic cassette, characterized in that it is provided with a perforated pipe horizontally located in the neutralizing liquid tank, communicated the bottom end with an inlet pipe and a muffled opposite conical shell located on the diffuser end facing the neutralizing liquid and forming a confuser output channel, while the filter element made in the form of two stages of a wire and louvered separators is sequentially placed in the outlet pipe of the housing, a heat exchanger communicated on hot media with venturi scrubber confuser, and on cold media with a catalytic cassette installed behind the heat exchanger.

2. The system according to claim 1, characterized in that a coagulant, a flocculation chemical additive, is introduced into the neutralizing liquid.

3. The system according to claim 1, characterized in that it is equipped with a bypass pipe with electromagnetic valves.