RU214493U1

RU214493U1 - Vehicle exhaust gas treatment device in the Arctic zone based on powdered adsorbent

Info

Publication number: RU214493U1
Application number: RU2022115211U
Authority: RU
Inventors: Богдан Васильевич Гавкалюк; Дмитрий Фёдорович Кожевин; Алина Станиславовна Константинова
Original assignee: Богдан Васильевич Гавкалюк; Дмитрий Фёдорович Кожевин; Алина Станиславовна Константинова
Filing date: 2022-06-03
Publication date: 2022-11-01

Abstract

Предлагаемое устройство предназначено для повышения эффективности работы каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателя автомобиля путем их адсорбционной очистки. Для очистки ОГ используют камеру, заполненную порошкообразным адсорбентом. Адсорбционная камера оборудована лопастными рабочими колесами, служащими для перевода адсорбента из состояния аэрогеля в состояние аэрозоля (взвихрения) и распределения его по всему объему камеры, при этом вращение рабочих колес происходит за счет энергии q скоростного напора поступающих ОГ, которая выражается зависимостьюThe proposed device is designed to improve the efficiency of the catalytic converter of exhaust gases of a car engine by their adsorption purification. To clean the exhaust gas, a chamber filled with a powdered adsorbent is used. The adsorption chamber is equipped with impellers used to transfer the adsorbent from the state of airgel to the state of aerosol (vortex) and distribute it throughout the volume of the chamber, while the rotation of the impellers occurs due to the energy q of the dynamic pressure of the incoming exhaust gases, which is expressed by the dependence

где ρ - плотность газа; V - скорость газового потока. В камере предусмотрен лючок для замены отработавшего адсорбента по достижению им состояния насыщения адсорбтивом. Для мелкопористых адсорбентов при малых значениях парциальных давлений адсорбтивов предельно возможное количество поглощенного адсорбтива можно найти из уравнения изотермы Ленгмюраwhere ρ is the density of the gas; V is the gas flow rate. A hatch is provided in the chamber for replacing the spent adsorbent when it reaches the state of saturation with the adsorbent. For finely porous adsorbents at low values of partial pressures of adsorptives, the maximum possible amount of absorbed adsorptive can be found from the Langmuir isotherm equation

где а ^* - количество адсорбтива, поглощенного единицей адсорбента по достижении состояния равновесия;

- предельное количество адсорбтива, которое может быть поглощено адсорбентом при заполнении всех центров адсорбции на поверхности пор адсорбента; b - коэффициент, в основном определяющий зависимость вида изотермы Ленгмюра от температуры; р - парциальное давление адсорбтива в смеси. В предлагаемом техническом решении для определения остаточного ресурса, загруженного в камеру адсорбента, предлагается использовать газоанализаторы, установленные на входе и на выходе камеры. По разнице содержания токсичных примесей в ОГ, регистрируемой через заданные временные промежутки, можно определить количество адсорбтива, поглощенного адсорбентом на текущий момент.

where a ^* is the amount of adsorbent absorbed by the adsorbent unit upon reaching the equilibrium state;

- the limiting amount of adsorbent that can be absorbed by the adsorbent when all adsorption centers on the surface of adsorbent pores are filled; b is a coefficient that mainly determines the dependence of the type of Langmuir isotherm on temperature; p is the partial pressure of the adsorbent in the mixture. In the proposed technical solution for determining the residual resource loaded into the adsorbent chamber, it is proposed to use gas analyzers installed at the inlet and outlet of the chamber. By the difference in the content of toxic impurities in the exhaust gas, recorded at specified time intervals, it is possible to determine the amount of adsorbent absorbed by the adsorbent at the current moment.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельField of technology to which the utility model belongs

Полезная модель относится к средствам очистки и обезвреживания выхлопных газов двигателей автомобилей и предназначена для повышения эффективности работы каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателя автомобиля путем их адсорбционной очистки.The utility model relates to means for cleaning and neutralizing the exhaust gases of car engines and is designed to improve the efficiency of the catalytic converter of the exhaust gases of a car engine by adsorption cleaning.

Уровень техникиState of the art

Известен каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания (патент RU 2253021 С2, заявка 2003112242/06 от 28.04.2003, опубл. 27.05.2005, бюл. №15, Воропанова Л.А., Алексеев Б.В.), содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, сетки с катализатором, стакан, полости которого заполнены металлической стружкой или проволокой из нержавеющей стали, молибдена или вольфрама, и регулирующим кольцом, которое регулирует доли потоков газа, проходящих через различные полости путем перекрытия в большей или меньшей степени отверстий для выхода газа, а катализатор выполнен в виде пористых таблеток, пористой керамики или перфорированной металлической ленты с нанесенными на ее поверхность каталитически активными материалами.A catalytic converter for exhaust gases of an internal combustion engine is known (patent RU 2253021 C2, application 2003112242/06 dated 28.04.2003, publ. 27.05.2005, bull. No. 15, Voropanova L.A., Alekseev B.V.), containing a inlet and outlet pipes, screens with a catalyst, a bowl filled with metal shavings or wire made of stainless steel, molybdenum or tungsten, and a control ring that regulates the proportions of gas flows passing through various cavities by blocking to a greater or lesser extent the outlet holes gas, and the catalyst is made in the form of porous tablets, porous ceramics or perforated metal tape with catalytically active materials deposited on its surface.

Недостатком данного нейтрализатора является сложность и высокие затраты на его изготовление.The disadvantage of this converter is the complexity and high costs of its manufacture.

Существует комплекс оборудования для очистки и охлаждения выхлопных газов (патент RU 89625 U1, заявка 2009127009/22 от 14.07.2009, опубл. 10.12.2009, бюл. №34, Дергачев А.В.) содержащий входной патрубок, завихритель, выходной патрубок, корпус, катализатор, отличающийся тем, что входной патрубок расположен на модуле каталитической очистки, который расположен под углом не менее 45° к горизонту и выполнен в виде металлического корпуса с расположенными внутри перегородками, причем между перегородками в несколько ярусов размещены каталитические блоки, выполненные в виде сот из металлической фольги, на которую нанесен слой катализатора, кроме того, дополнительно содержит промежуточный патрубок, прикрепленный к модулю каталитической очистки и модулю мокрой очистки, который выполнен в виде цилиндрического металлического корпуса с расположенным в нижней части баком с наклонным днищем и патрубками на стенках бака, а в верхней части расположена разгонная камера, выполненная в виде спирали Архимеда, и коаксиально расположенный лопаточный аппарат, состоящий из лопаток и разделяющий камеру на две кольцевые полости, причем лопатки образуют вертикальные, сужающиеся к центру каналы для разгона газового потока, а над лопаточным аппаратом у его кромки тангенциально по ходу вращения газового потока расположены четыре трубки, кроме того, модуль мокрой очистки содержит сепарационную камеру с центральной трубой, снабженную каплеотбойным кольцом, внутренними устройствами в форме усеченных конусов, образующих коаксиальные кольцевые камеры, отделяющие бак от остального объема модуля мокрой очистки, в крышке бака расположен датчик уровня.There is a set of equipment for purification and cooling of exhaust gases (patent RU 89625 U1, application 2009127009/22 dated 14.07.2009, published on 10.12.2009, bull. No. 34, Dergachev A.V.) containing an inlet pipe, a swirler, an outlet pipe, housing, catalyst, characterized in that the inlet pipe is located on the catalytic purification module, which is located at an angle of at least 45° to the horizon and is made in the form of a metal housing with baffles located inside, and catalytic blocks are placed in several tiers between the baffles, made in the form honeycomb from metal foil, on which the catalyst layer is applied, in addition, additionally contains an intermediate pipe attached to the catalytic cleaning module and the wet cleaning module, which is made in the form of a cylindrical metal case with a tank located in the lower part with an inclined bottom and nozzles on the tank walls , and in the upper part there is an accelerating chamber made in the form of an Archimedes spiral a, and a coaxially located blade apparatus, consisting of blades and dividing the chamber into two annular cavities, with the blades forming vertical channels tapering towards the center for accelerating the gas flow, and above the blade apparatus at its edge, four tubes are located tangentially in the direction of rotation of the gas flow, in addition, the wet cleaning module contains a separation chamber with a central pipe equipped with a drop ring, internal devices in the form of truncated cones forming coaxial annular chambers separating the tank from the rest of the wet cleaning module, a level sensor is located in the tank cover.

Недостатком данного технического решения является необходимость поддержания рабочей температуры модуля мокрой очистки, что создает сложности для реализации решения в арктической зоне в условиях низких температур.The disadvantage of this technical solution is the need to maintain the operating temperature of the wet cleaning module, which makes it difficult to implement the solution in the Arctic zone at low temperatures.

В качестве прототипа выбрана система обработки выхлопных газов, содержащая распылитель струи жидкости (патент RU 127405 U1, заявка 2012145416/06 от 25.10.2012, опубл. 27.04.2013, бюл. №12, Левин М., Шайх Ф.З.), содержащая каталитический нейтрализатор; форсунку, расположенную выше по потоку каталитического нейтрализатора; и распылитель струи жидкости, расположенный между каталитическим нейтрализатором и форсункой и содержащий совокупность горизонтальных пластинок различного размера, причем меньшие пластинки по крайней мере частично вставлены внутрь больших пластинок.An exhaust gas treatment system containing a liquid jet atomizer was chosen as a prototype (patent RU 127405 U1, application 2012145416/06 dated 10/25/2012, publ. 04/27/2013, bull. No. 12, Levin M., Shaikh F.Z.), containing a catalytic converter; an injector located upstream of the catalytic converter; and a liquid jet atomizer positioned between the catalytic converter and the injector and comprising a plurality of horizontal plates of various sizes, the smaller plates being at least partially inserted within the larger plates.

Недостатком системы является сложность ее реализации в климатических зонах, для которых характерна низкая температура окружающей среды, из-за необходимости постоянного подогрева распыляемой жидкости в то время, когда двигатель не работает, а также из-за вероятности замерзания впрыскиваемой жидкости в системе в начальный период времени работы двигателя.The disadvantage of the system is the complexity of its implementation in climatic zones, which are characterized by low ambient temperatures, due to the need for constant heating of the sprayed liquid at a time when the engine is not running, and also because of the likelihood of freezing of the injected liquid in the system during the initial period of time. engine operation.

Описание полезной моделиDescription of the utility model

Предлагаемое устройство предназначено для повышения эффективности работы каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателя автомобиля путем их адсорбционной очистки. Для очистки ОГ используют камеру, заполненную порошкообразным адсорбентом. Адсорбционная камера оборудована лопастными рабочими колесами, служащими для перевода адсорбента из состояния аэрогеля в состояние аэрозоля (взвихрения) и распределения его по всему объему камеры, при этом вращение рабочих колес происходит за счет энергии q скоростного напора поступающих ОГ, которая выражается зависимостью:The proposed device is designed to improve the efficiency of the catalytic converter of exhaust gases of a car engine by their adsorption purification. To clean the exhaust gas, a chamber filled with a powdered adsorbent is used. The adsorption chamber is equipped with bladed impellers that serve to transfer the adsorbent from the state of airgel to the state of aerosol (vortex) and distribute it throughout the volume of the chamber, while the rotation of the impellers occurs due to the energy q of the dynamic pressure of the incoming exhaust gas, which is expressed by the dependence:

,

где ρ - плотность газа;where ρ is the density of the gas;

V - скорость газового потока.V is the gas flow rate.

В камере предусмотрен лючок для замены отработавшего адсорбента по достижению им состояния насыщения адсорбтивом. Для мелкопористых адсорбентов при малых значениях парциальных давлений адсорбтивов предельно возможное количество поглощенного адсорбтива можно найти из уравнения изотермы Ленгмюра:A hatch is provided in the chamber for replacing the spent adsorbent when it reaches the state of saturation with the adsorbent. For finely porous adsorbents at low values of partial pressures of adsorptives, the maximum possible amount of absorbed adsorptive can be found from the Langmuir isotherm equation:

,

где а ^* - количество адсорбтива, поглощенного единицей адсорбента по достижении состояния равновесия;where a ^* is the amount of adsorbent absorbed by the adsorbent unit upon reaching the equilibrium state;

- предельное количество адсорбтива, которое может быть поглощено адсорбентом при заполнении всех центров адсорбции на поверхности пор адсорбента;

- the limiting amount of adsorbent that can be absorbed by the adsorbent when all adsorption centers on the surface of adsorbent pores are filled;

b - коэффициент, в основном определяющий зависимость вида изотермы Ленгмюра от температуры;b is a coefficient that mainly determines the dependence of the type of Langmuir isotherm on temperature;

р - парциальное давление адсорбтива в смеси.p is the partial pressure of the adsorbent in the mixture.

В предлагаемом техническом решении для определения остаточного ресурса загруженного в камеру адсорбента предлагается использовать газоанализаторы, установленные на входе и на выходе камеры. По разнице содержания токсичных примесей в ОГ, регистрируемой через заданные временные промежутки, можно определить количество адсорбтива, поглощенного адсорбентом на текущий момент.In the proposed technical solution, to determine the residual resource of the adsorbent loaded into the chamber, it is proposed to use gas analyzers installed at the inlet and outlet of the chamber. By the difference in the content of toxic impurities in the exhaust gas, recorded at specified time intervals, it is possible to determine the amount of adsorbent absorbed by the adsorbent at the current moment.

Краткое описание чертежаBrief description of the drawing

На фиг. 1 представлена схема устройства. Цифрами обозначены: 1 - лопасти крыльчатки; 2 - лючок для замены адсорбента; 3 - порошкообразный адсорбент (в состоянии аэрозоля); 4 - фильтр для предотвращения уноса частиц адсорбента потоком очищенных ОГ; 5 - порошкообразный адсорбент (в состоянии аэрогеля).In FIG. 1 shows a diagram of the device. The numbers indicate: 1 - impeller blades; 2 - hatch for replacing the adsorbent; 3 - powdered adsorbent (in the aerosol state); 4 - filter to prevent the entrainment of adsorbent particles by the flow of purified exhaust gases; 5 - powdered adsorbent (in the airgel state).

Claims

A device for treating exhaust gases of vehicles in the Arctic zone based on a powdered adsorbent, containing a chamber for cleaning exhaust gases filled with a powdered adsorbent and equipped with paddle impellers that serve to transfer the adsorbent from the airgel state to the aerosol state and distribute it throughout the volume of the chamber; gas analyzers installed at the inlet and outlet of the chamber, while the rotation of the impellers occurs due to the energy of the velocity pressure of the incoming exhaust gases.