RU2163674C2

RU2163674C2 - Exhaust gas catalyst converter

Info

Publication number: RU2163674C2
Application number: RU99108967A
Authority: RU
Inventors: Б.И. Хмельницкий; С.А. Хрусталев; К.Е. Зегер
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Нотек-Холдинг"
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2001-02-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; oil producing and chemical industries; cleaning of gas effluents of industrial plants. SUBSTANCE: proposed catalyst converter has housing with at least one gas inlet branch pipe and at least one gas outlet branch pipe and at least one block placed inside housing across direction of gas flow and provided with great number of through channels, part of which is coated with catalyst. Metal perforated screen is placed in housing between gas inlet branch pipe and first block in direction of gas flow across direction of gas flow. Screen secured to housing can be made convex to one side relative to direction of gas flow forming heat-resistant net of two layers. Such fitting of screen and its design provided settling of hard particles and drops contained in exhaust gases with subsequent after-burning and evaporation before cleaning which prevents propagation of burning to block zone and provides removal of heat and its conveying to housing. EFFECT: improved reliability and increased service life of catalyst converter. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам для очистки и обезвреживания отработавших газов, и может быть использовано в двигателестроении, преимущественно в двигателях внутреннего сгорания, а также в нефтедобывающей, химической промышленности и для очистки газовых выбросов промышленных предприятий. The invention relates to the field of mechanical engineering, and in particular to devices for cleaning and neutralizing exhaust gases, and can be used in engine building, mainly in internal combustion engines, as well as in the oil and chemical industries and for cleaning gas emissions from industrial enterprises.

Известен очиститель отработавших газов [1], преимущественно двигателей внутреннего сгорания, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода газов, и ряд пластин, размещенных внутри корпуса поперек направлению движения газового потока последовательно на расстояниях между собой и имеющих множество каналов для прохода газов сквозь пластину, причем на поверхности указанных каналов нанесен катализатор реакции восстановления окислов азота и реакции окисления окиси углерода и углеводородов. A known exhaust gas purifier [1], mainly internal combustion engines, comprising a housing with gas supply and exhaust pipes, and a series of plates placed inside the housing transverse to the direction of gas flow in series at distances between each other and having many channels for the passage of gases through the plate, and a catalyst for the reduction reaction of nitrogen oxides and the oxidation of carbon monoxide and hydrocarbons is deposited on the surface of these channels.

Недостаток этого очистителя состоит в малой удельной поверхности катализатора и, как следствие, в недостаточной степени очистки отработавших газов от токсичных компонентов. The disadvantage of this purifier is the small specific surface area of the catalyst and, as a consequence, insufficient purification of the exhaust gases from toxic components.

Известен каталитический очиститель отработавших газов [2], преимущественно двигателей внутреннего сгорания, содержащий корпус, снабженный по меньшей мере одним патрубком для подвода и по меньшей мере одним патрубком для отвода газов, по меньшей мере один блок, расположенный внутри корпуса поперек направлению прохода газов и имеющий для их прохода множество сквозных каналов с нанесенным по меньшей мере на часть их поверхности катализатором реакции восстановления окислов азота и реакции окисления окиси углерода и углеводородов. Known catalytic exhaust gas purifier [2], mainly internal combustion engines, comprising a housing provided with at least one pipe for supplying and at least one pipe for exhausting at least one unit located inside the housing transverse to the direction of gas passage and having for their passage, many through channels with a catalyst for the reduction of nitrogen oxides and the oxidation of carbon monoxide and hydrocarbons deposited on at least part of their surface.

При надлежащей степени очистки газов недостаток такого каталитического очистителя в малой надежности и долговечности, особенно, если в отработавших газах содержатся твердые горючие частицы или капли. With an appropriate degree of gas purification, the disadvantage of such a catalytic purifier is its low reliability and durability, especially if the exhaust gases contain solid combustible particles or droplets.

Известен каталитический очиститель отработавших газов [3], преимущественно двигателей внутреннего сгорания, содержащий корпус, снабженный по меньшей мере одним патрубком для подвода и по меньшей мере одним для отвода газов, один блок, расположенный внутри корпуса поперек направлению прохода газов и имеющий для их прохода множество сквозных каналов с нанесенным катализатором, в корпусе между патрубком для подвода газов и блоком установлен поперек направления прохода газов металлический перфорированный экран, крепящийся к корпусу. Known catalytic exhaust gas purifier [3], mainly internal combustion engines, comprising a housing provided with at least one pipe for supplying and at least one for exhausting gases, one unit located inside the housing transverse to the direction of gas passage and having a lot of them through channels with a supported catalyst, in the case between the pipe for supplying gases and the unit is installed across the direction of gas passage a perforated metal screen attached to the case.

Однако в указанном выше очистителе каталитический блок представляет собой пористый, покрытый катализатором керамический элемент, для которого представляется опасным как пульсация отработавших газов, так и перегрев деталей очистителя, что может привести к разрушению керамического элемента. Очистители с такими керамическими элементами, как правило, работают при температурах менее 600^oC, т.к. при более высоких температурах из-за различия теплового расширения керамики и металла не удается полностью уровнять тепловое расширение корпуса и керамического элемента, что приводит к разрушению керамики. Перфорированный металлический экран, расположенный между патрубком подвода газов и керамическим элементом, служит для сглаживания пульсации газа. В такой конструкции очистителя также не решается проблема очистки отработавших газов от твердых горючих частиц и капель.However, in the aforementioned purifier, the catalytic unit is a porous, ceramic-coated ceramic element, for which both pulsation of exhaust gases and overheating of the purifier parts are dangerous, which can lead to destruction of the ceramic element. Cleaners with such ceramic elements, as a rule, operate at temperatures less than 600 ^o C, because at higher temperatures, due to the difference in thermal expansion of ceramics and metal, it is not possible to completely level the thermal expansion of the body and ceramic element, which leads to the destruction of ceramics. A perforated metal screen located between the gas supply pipe and the ceramic element serves to smooth out the gas pulsation. In this design, the purifier also does not solve the problem of cleaning exhaust gases from solid combustible particles and droplets.

Достигаемым результатом изобретения является повышение надежности и долговечности каталитического очистителя в целом и, в частности, расположенных в его корпусе блоков, особенно при очистке отработавших газов, содержащих горючие частицы или капли. The achieved result of the invention is to increase the reliability and durability of the catalytic cleaner as a whole and, in particular, of the blocks located in its housing, especially when cleaning exhaust gases containing combustible particles or droplets.

Это обеспечивается тем, что в каталитическом очистителе отработавших газов, содержащем корпус, снабженный по меньшей мере одним патрубком для подвода и по меньшей мере одним для отвода газов, по меньшей мере один блок, расположенный внутри корпуса поперек направления прохода газов и имеющий для их прохода множество сквозных каналов с нанесенным по меньшей мере на часть их поверхности катализатором, в корпусе между патрубком для подвода газов и первым по ходу газов блоком установлен поперек направления прохода газов металлический перфорированный экран, крепящийся к корпусу и представляющий собой жаростойкую сетку, сложенную по меньшей мере в два слоя. Экран может быть выполнен выгнутым в одну из двух сторон (вогнутым или выпуклым) относительно направления прохода газов. This is ensured by the fact that in a catalytic exhaust gas purifier comprising a housing provided with at least one pipe for supplying and at least one for venting gases, at least one unit located inside the housing transverse to the direction of gas passage and having a plurality of them for passage through channels with a catalyst deposited on at least a part of their surface, a metal perforator is installed in the housing between the gas supply pipe and the first block along the gas flow A shielded screen that attaches to the body and is a heat-resistant mesh folded in at least two layers. The screen can be made curved in one of two directions (concave or convex) relative to the direction of gas passage.

На фиг. 1 изображен предлагаемый каталитический очиститель в продольном разрезе; на фиг. 2 изображен предлагаемый каталитический очиститель в продольном разрезе с вогнутым экраном относительно направления прохода газов; на фиг. 3 - каталитический очиститель в продольном разрезе с выпуклым экраном относительно направления прохода газов. In FIG. 1 shows the proposed catalytic cleaner in longitudinal section; in FIG. 2 shows the proposed catalytic cleaner in longitudinal section with a concave screen relative to the direction of gas passage; in FIG. 3 - catalytic cleaner in longitudinal section with a convex screen relative to the direction of passage of gases.

Каталитический очиститель содержит корпус 1 с патрубком 2 для подвода отработавших газов и патрубком 3 для отвода очищенных газов, несколько блоков 4, расположенных внутри корпуса 1 поперек направления прохода газов от патрубка 2 к патрубку 3 и имеющих множество каналов 5 с нанесенным на их поверхность катализатором. Между патрубком 2 и первым по ходу газов блоком 4 установлен поперек направления прохода газового потока экран 6, крепящийся к корпусу 1 и представляющий собой жаростойкую сетку, сложенную в два раза. Жаростойкий материал сетки может быть нихром или титано-никелевый сплав. Экран 6 может быть выполнен плоским (фиг. 1), вогнутым (фиг. 2), выпуклым (фиг. 3) относительно направления движения газов или сочетающим упомянутые формы. The catalytic cleaner contains a housing 1 with a pipe 2 for supplying exhaust gases and a pipe 3 for removing purified gases, several blocks 4 located inside the housing 1 across the direction of gas passage from pipe 2 to pipe 3 and having many channels 5 with a catalyst deposited on their surface. Between the nozzle 2 and the first block 4 in the direction of the gas, a screen 6 is mounted across the direction of the gas flow passage, which is attached to the housing 1 and is a heat-resistant mesh folded in half. The heat-resistant mesh material may be nichrome or a titanium-nickel alloy. The screen 6 can be made flat (Fig. 1), concave (Fig. 2), convex (Fig. 3) relative to the direction of movement of the gases, or combining the above-mentioned shapes.

Каталитический очиститель отработавших газов работает следующим образом. Нагретые отработавшие газы поступают в корпус 1 каталитического очистителя через патрубок 2. Внутри корпуса газы проходят через экран 6 и сквозь каналы 5 в блоках 4 и выходят наружу через патрубок 3. При проходе газов через каналы 5 на поверхности, покрытой катализатором, происходят реакции восстановления окислов азота и реакции окисления окиси углерода и углеводородов. В ходе окисления выделяется тепло и температура блоков 4 возрастает, существенно превышая начальную температуру отработавших газов. При этом поверхность первого по ходу газов блока 4 нагревает излучением экран 6, представляющий собой жаростойкую сетку, температура которого может превысить температуру самовоспламенения горячих частиц и капель, содержащихся в отработавших газах. Поэтому осаждающиеся на поверхности экрана 6 капли испаряются и образующиеся при этом пары вместе с газами подвергаются в дальнейшем взаимодействию с катализатором в каналах 5 блоков 4, а осаждающиеся твердые горючие частицы, накапливаясь на поверхности экрана 6, нагреваются и воспламеняются. Экран 6, частично аккумулируя выделяющееся при этом тепло и обеспечивая микротурбулентность потока газов, способствует дожиганию этих частиц. Образующиеся при этом продукты сгорания попадают в поток отработавших газов и также подвергаются взаимодействию с катализатором. В экстремальных условиях, связанных с работой двигателя внутреннего сгорания в нештатном режиме, сопровождающемся горением в газах, поступающих в каталитический очиститель, экран 6 препятствует распространению горения в зону блоков 4, отводя его тепло и передавая его корпусу 1. A catalytic exhaust gas purifier operates as follows. Heated exhaust gases enter the housing 1 of the catalytic cleaner through the nozzle 2. Inside the housing, the gases pass through the screen 6 and through the channels 5 in the blocks 4 and exit through the nozzle 3. When gases pass through the channels 5 on the surface coated with the catalyst, oxidation reduction reactions occur nitrogen and oxidation reactions of carbon monoxide and hydrocarbons. During oxidation, heat is generated and the temperature of blocks 4 rises, significantly exceeding the initial temperature of the exhaust gases. At the same time, the surface of the first block 4 in the course of gases heats the screen 6, which is a heat-resistant grid, whose temperature can exceed the autoignition temperature of hot particles and droplets contained in the exhaust gases. Therefore, the droplets deposited on the surface of the screen 6 evaporate and the vapors that form with the gases are subsequently interacted with the catalyst in the channels 5 of blocks 4, and the deposited solid combustible particles, accumulating on the surface of the screen 6, are heated and ignited. Screen 6, partially accumulating the heat generated during this and providing microturbulence of the gas flow, contributes to the afterburning of these particles. The resulting combustion products enter the exhaust stream and also interact with the catalyst. In extreme conditions associated with the operation of the internal combustion engine in an abnormal mode, accompanied by combustion in the gases entering the catalytic cleaner, the screen 6 prevents the spread of combustion in the area of the blocks 4, removing heat from it and transferring it to the housing 1.

Выполнение экрана 6 из сетки жаростойкого материала, сложенной по меньшей мере в два раза, обеспечивает термокомпенсацию экрана при его работе в условиях переменных температур, причем сложение сетки в несколько слоев позволяет увеличить сепарацию на ней твердых частиц и капель. The implementation of the screen 6 of the grid of the heat-resistant material, folded at least twice, provides thermal compensation of the screen when it is operated at variable temperatures, and the addition of the grid in several layers allows to increase the separation of solid particles and drops on it.

Выполнение экрана 6 выгнутым (выпуклым или вогнутым) относительно направления прохода газов обеспечивает дополнительную поверхность, на которой осаждаются и дожигаются твердые частицы, содержащиеся в отработавших газах, и также позволяет снизить аэродинамическое сопротивление проходящему через него потоку отработавших газов. The execution of the screen 6 curved (convex or concave) relative to the direction of gas passage provides an additional surface on which solid particles contained in the exhaust gases are deposited and burned, and also allows to reduce the aerodynamic resistance of the exhaust gas flow passing through it.

Таким образом, реализация предложенной конструкции позволит повысить надежность и долговечность каталитического очистителя в целом и, в частности, расположенных в корпусе блоков, особенно при очистке отработавших газов, содержащих горючие частицы или капли. Thus, the implementation of the proposed design will improve the reliability and durability of the catalytic cleaner as a whole and, in particular, of the blocks located in the housing, especially when cleaning exhaust gases containing combustible particles or droplets.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1574858, МКИ F 01 N 3/10, 1990.Sources of information:
1. USSR author's certificate N 1574858, MKI F 01 N 3/10, 1990.

2. Патент РФ N 2107171, МКИ F 01 N 3/10, 1998. 2. RF patent N 2107171, MKI F 01 N 3/10, 1998.

3. Патент Великобритании N 1451530, МКИ F 01 N 3/15, 1976. 3. UK patent N 1451530, MKI F 01 N 3/15, 1976.

Claims

1. A catalytic exhaust gas purifier mainly of an internal combustion engine, comprising a housing provided with at least one nozzle for supplying gas and at least one nozzle for exhausting gases, at least one unit located inside the housing transverse to the direction of gas passage and having for their passage a plurality of through channels with a catalyst deposited on at least a part of their surface, is installed in the housing between the gas supply pipe and the first block along the gas flow across the direction of ode gases perforated metal screen fixed to the housing, characterized in that the screen is a heat-resistant mesh, folded in at least two layers.

2. The catalytic cleaner according to claim 1, characterized in that the screen is made curved in one of two directions relative to the direction of gas passage.