RU2164442C1 - Method of cleaning exhaust gases and method of manufacturing block carrier or filter of organized structure for catalyst - Google Patents
Method of cleaning exhaust gases and method of manufacturing block carrier or filter of organized structure for catalyst Download PDFInfo
- Publication number
- RU2164442C1 RU2164442C1 RU2000120377A RU2000120377A RU2164442C1 RU 2164442 C1 RU2164442 C1 RU 2164442C1 RU 2000120377 A RU2000120377 A RU 2000120377A RU 2000120377 A RU2000120377 A RU 2000120377A RU 2164442 C1 RU2164442 C1 RU 2164442C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- block
- exhaust gases
- filters
- ceramic
- fading
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии комплексной газоочистки блочных полифункциональных катализаторов и газожидкостных фильтров и может быть использовано для нейтрализации токсичных компонентов в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания бензинового или дизельного автомобильного, водного, железнодорожного транспорта и в отходящих газах и стоках промышленных предприятий. Кроме того, изобретение может быть использовано для приготовления крупногабаритных блочных носителей, катализаторов и фильтров в самых разнообразных областях техники, в частности для эффективной сорбционной очистки сточных вод. The invention relates to the technology of integrated gas purification of block multifunctional catalysts and gas-liquid filters and can be used to neutralize toxic components in the exhaust gases of internal combustion engines of gasoline or diesel automobile, water, rail transport and in the exhaust gases and effluents of industrial enterprises. In addition, the invention can be used for the preparation of bulky block carriers, catalysts and filters in a wide variety of technical fields, in particular for effective sorption wastewater treatment.
Основной традиционный способ очистки выхлопных газов основывается на использовании многофункциональных катализаторов, которые осуществляют наряду с окислением продуктов неполного сгорания одновременное восстановление токсичных оксидов азота до нейтральных молекул / T.J. Truex, R.A. Searles, D.C. Sun, Plaminum Metals, Rev., 1992, v.36, (1), p.2; WO 95/235, 1995/. The main traditional method of purification of exhaust gases is based on the use of multifunctional catalysts, which carry out, along with the oxidation of products of incomplete combustion, the simultaneous reduction of toxic nitrogen oxides to neutral molecules / T.J. Truex, R.A. Searles, D.C. Sun, Plaminum Metals, Rev., 1992, v. 36, (1), p. 2; WO 95/235, 1995 /.
Для этого используются каталитические системы, содержащие благородные металлы, расположенные на одном или нескольких слоях блочных, монолитных носителей сотовой структуры / P.N. Hawker, Diesel Emmission Control Technology, Plaminum Metals, Rev., 1995, v.39, (1), p. 2/. For this, catalytic systems containing precious metals located on one or more layers of block, monolithic honeycomb carriers / P.N. are used. Hawker, Diesel Emission Control Technology, Plaminum Metals, Rev., 1995, v. 39, (1), p. 2 /.
Однако этот наиболее распространенный способ каталитической очистки в силу особенностей носителя сотовой структуры с прямолинейными сквозными каналами имеет ограничения по эффективности при высоких скоростях газового потока, связанные с процессами тепломассообмена. Для преодоления этих ограничений предлагалось использовать вместо одного длинного блока несколько коротких или придавать каналам криволинейную форму при экструзии / А.С. Носков, А.Н. Загоруйко. Блочные носители и катализаторы сотовой структуры. Международный семинар, сентябрь 1995, Новосибирск, часть 1, с. 57; SU 1697124, B 01 J 37/02, 1992/. Приготовление таких носителей экструзионным способом формования сопряжено со сложностью подбора пластической массы и изготовления фильеры с высокой плотностью каналов. However, this most common method of catalytic purification, due to the characteristics of the honeycomb carrier with straight through channels, has efficiency limitations at high gas flow rates associated with heat and mass transfer processes. To overcome these limitations, it was proposed to use instead of one long block several short ones or to give the channels a curvilinear shape during extrusion / A.S. Noskov, A.N. Zagoruyko. Block carriers and honeycomb catalysts. International Workshop, September 1995, Novosibirsk,
Кроме того, упомянутые каталитические системы не являются универсальными, поскольку для дизельных установок задача очистки усложняется выбросами твердых углеродных частиц и полиароматических углеводородов, а также оксидов серы, и существующие катализаторы не могут обеспечивать достаточно полной защиты. In addition, the aforementioned catalytic systems are not universal, since for diesel plants the cleaning task is complicated by emissions of solid carbon particles and polyaromatic hydrocarbons, as well as sulfur oxides, and existing catalysts cannot provide sufficiently complete protection.
Для очистки дизельных выхлопных газов наибольшее значение приобретает проблема нейтрализации основных, токсичных компонентов - сажи и оксидов азота. Фильтрующие свойства сотовых блочных носителей с прямолинейными каналами низки и не позволяют использовать их для очистки выхлопных газов дизеля. For the purification of diesel exhaust gases, the problem of neutralizing the main, toxic components - soot and nitrogen oxides - is of greatest importance. The filtering properties of cellular block carriers with straight channels are low and do not allow them to be used to clean diesel exhaust gases.
В этих условиях даже наиболее совершенные керамические сажевые фильтры с газопроницаемыми стенками и использованием дополнительного блочного нейтрализатора перед фильтром, не решают проблемы полной очистки /B.J. Cooper and S.A. Roth, Plaminum Metals, Rev., 1991, v.35,(4), p. 178/. Under these conditions, even the most advanced ceramic particulate filters with gas-permeable walls and the use of an additional block converter in front of the filter do not solve the problem of complete cleaning / B.J. Cooper and S.A. Roth, Plaminum Metals, Rev., 1991, v. 35, (4), p. 178 /.
Известен способ изготовления монолитного керамического фильтра с проницаемыми стенками /US, 4604869, B 01 D 39/20, 1987/. В этом способе после экструзионного формования носителя с квадратными сотовыми каналами отверстия на концах каналов закрываются со стороны входа и выхода потока и газ, поступая во входные каналы, проходит через пористые стенки, фильтруется и удаляется через соседние выходные каналы. Из-за наличия тонких сквозных пор в стенках создаются высокие степени фильтрации твердых сажевых частиц, но и быстрое нарастание противодавления. Нанесение катализатора на фильтр такой конструкции для регенерации сажи дает дополнительное ухудшение газопроницаемости, а более широкие поры нарушают прочностные характеристики фильтра. A known method of manufacturing a monolithic ceramic filter with permeable walls / US, 4604869, B 01 D 39/20, 1987 /. In this method, after extrusion molding of a carrier with square honeycomb channels, the openings at the ends of the channels are closed from the inlet and outlet side of the stream and the gas entering the inlet channels passes through porous walls, is filtered and removed through adjacent outlet channels. Due to the presence of thin through pores in the walls, high degrees of filtration of solid soot particles are created, but also a rapid increase in back pressure. The application of a catalyst to a filter of this design for the regeneration of soot gives an additional deterioration in gas permeability, and wider pores violate the strength characteristics of the filter.
Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки токсичных компонентов, включающий использование катализаторов на блочных пористых керамических носителях или фильтрах сотовой структуры /А.Ю. Логинов, А.А. Иванов, О.А. Устинов. WO PCT 97/49480, B 01 D 53/86. 1997/. Сочетание каталитических свойств пористого носителя и фильтрующих процессов с улавливанием твердых частиц и их нейтрализацией позволяет приблизиться к решению сложной задачи комплексной очистки. Closest to the claimed method according to the technical nature and the achieved result is a method of purification of toxic components, including the use of catalysts on block porous ceramic supports or filters of a honeycomb structure / A.Yu. Loginov, A.A. Ivanov, O.A. Ustinov. WO PCT 97/49480, B 01
Известен способ получения блочного носителя катализатора, отличающийся простотой и экономичностью создания керамической формы блока с сотовыми каналами /А. А. Кетов, Я.В. Иоффе, М.П. Фазлеев, SU 1680305, B 01 J 37/02, 1991/. В нем вместо экструзионного формования используют соединение поочередно укладываемых слоев полотна и выгорающих формообразующих элементов, пропитанных пастообразной массой. Размеры блоков, структура и форма каналов и стенок задается только одним параметром подбором выбранных формообразующих элементов и полотна. Полотняное переплетение нитей используется для получения стенок между каналами, а в качестве формообразующего выгорающего каркаса используют материалы, например, из поливинилхлорида или древесины. К недостаткам способа можно отнести использование в качестве материала для пропитки только полотняных тканых материалов - это сужает круг используемых материалов и не обеспечивает получение носителей и тем более фильтров с широким изменением свойств: проницаемость, фильтрация, прочность, пористость и развитость поверхности. Такой же вывод можно сделать и об использовании в качестве формообразующих элементов, определяющих форму и размеры каналов, только выгорающих материалов. A known method of producing a block catalyst carrier, characterized by the simplicity and cost-effectiveness of creating a ceramic block shape with cellular channels / A. A. Ketov, Y.V. Ioffe, M.P. Fazleyev, SU 1680305, B 01 J 37/02, 1991 /. Instead of extrusion molding, it uses a combination of alternately stacked web layers and burn-out forming elements impregnated with a paste-like mass. The sizes of the blocks, the structure and shape of the channels and walls are specified by only one parameter by the selection of the selected form-forming elements and the web. Linen weaving of threads is used to obtain the walls between the channels, and materials, for example, polyvinyl chloride or wood, are used as the forming burnable frame. The disadvantages of the method include the use as a material for impregnation of only linen woven materials - this narrows the range of materials used and does not provide media and especially filters with a wide change in properties: permeability, filtration, strength, porosity and surface development. The same conclusion can be drawn about the use of only fading materials as forming elements that determine the shape and dimensions of the channels.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и получение эффективного нанесенного катализатора и фильтра с улучшенной газопроницаемостью, тепло- и массообменными свойствами. The objective of the invention is to remedy these disadvantages and obtain an effective supported catalyst and filter with improved gas permeability, heat and mass transfer properties.
В заявленном способе очистки отработавших газов используют нейтрализацию токсичных компонентов на катализаторах, расположенных на блочных керамических носителях и/или фильтрах организованной структуры, формируемой путем послойного укладывания или намотки предварительно обработанных формообразующих элементов и полотна, пропитанных формовочной массой, причем в качестве формообразующих элементов используют выгорающие и/или невыгорающие при термообработке волокнистые или армирующие сетчатые или перфорированные материалы, а в качестве полотна используют волокнистые тканые и/или нетканые, выгорающие и/или невыгорающие при термообработке материалы. In the claimed method of purification of exhaust gases, neutralization of toxic components on catalysts located on block ceramic carriers and / or filters of an organized structure formed by layer-by-layer laying or winding of pretreated forming elements and a web impregnated with molding material is used, burn-out and / or fibrous or reinforcing mesh or perforated materials that do not fade during heat treatment, and as TBE woven fibrous webs are used and / or non-woven, burnable and / or during heat treatment nevygorayuschie materials.
Согласно изобретению в способе изготовления блочного носителя и/или фильтра организованной структуры для катализатора, включающем приготовление формовочной керамической массы, формование носителя путем послойного укладывания пропитанного керамической массой полотна и формообразующих элементов, при этом в качестве полотна используют волокнистые тканые и/или нетканые, выгорающие и/или невыгорающие материалы, в качестве формообразующих элементов используют выгорающие и/или невыгорающие волокнистые или армирующие сетчатые или перфорированные материалы, а формирование заданной структуры каналов осуществляют путем послойного укладывания или намотки предварительно обработанных материалов. According to the invention, in a method of manufacturing a block carrier and / or filter of an organized structure for a catalyst, comprising preparing a molding ceramic mass, molding the carrier by layer-by-layer laying of a cloth impregnated with a ceramic mass and forming elements, fibrous woven and / or non-woven, burnable and / or non-fading materials, as forming elements use fading and / or non-fading fibrous or reinforcing mesh or perforated materials, and the formation of a given channel structure is carried out by layering or winding pre-processed materials.
В изобретении используются следующие дополнительные отличия:
формообразующие элементы предварительно обрабатывают с формированием газопроницаемых стенок керамических каналов, расположенных вдоль газового потока по прямой или кривой линии в виде сплошных или прерывистых пластинок, столбиков или цилиндров;
формообразующие элементы дополнительно обрабатывают аппретирующими, выгорающими при термообработке веществами;
в формовочную керамическую массу при ее приготовлении вводят модификаторы, например, пластифицирующие, каталитические, электропроводящие, композиционные добавки;
формование носителя осуществляют обработкой в вакууме;
для увеличения прочности и однородности блока при формовании носителя его подвергают прессованию;
послойную укладку или намотку элементов блока осуществляют с изменением толщины слоев и/или смещением слоев относительно друг друга с последующей фиксацией в газопроницаемом каркасе.The invention uses the following additional differences:
the forming elements are pre-treated with the formation of gas-permeable walls of ceramic channels located along the gas flow in a straight or curved line in the form of solid or discontinuous plates, columns or cylinders;
the forming elements are additionally treated with sizing, fading during heat treatment substances;
modifiers, for example, plasticizing, catalytic, electrically conductive, composite additives, are introduced into the molding ceramic mass during its preparation;
carrier molding is carried out by vacuum treatment;
to increase the strength and uniformity of the block during molding, the carrier is pressed;
layer-by-layer laying or winding of block elements is carried out with a change in the thickness of the layers and / or the displacement of the layers relative to each other, followed by fixing in a gas-permeable frame.
Для реализации заявленного способа каталитической очистки предложено в одном или нескольких монолитных керамических блоках сочетание нейтрализующих и фильтрующих свойств с возможностью плавного изменения фильтрующей функции блока. Именно эти существенные признаки сближают данный способ с прототипом. В тоже время главными недостатками прототипа являются сложность приготовления блочного катализатора и высокое газодинамическое сопротивление пористых стенок фильтра. To implement the claimed method of catalytic cleaning, a combination of neutralizing and filtering properties with the possibility of a smooth change in the filtering function of the block is proposed in one or more monolithic ceramic blocks. It is these essential features that bring this method together with the prototype. At the same time, the main disadvantages of the prototype are the complexity of the preparation of the block catalyst and the high gas-dynamic resistance of the porous walls of the filter.
Преимуществом использования заявленных носителей и фильтров-катализаторов является возможность изготовления блоков с организованной керамической структурой каналов, в том числе винтовых, стенки которых помимо пор имеют отверстия для более легкого прохождения фильтруемого газа. An advantage of using the claimed carriers and filter catalysts is the possibility of manufacturing blocks with an organized ceramic channel structure, including screw ones, whose walls, in addition to pores, have openings for easier passage of the filtered gas.
Кроме того, в заявленном способе приготовления используется более широкий набор тканых и нетканых волокнистых материалов на выгорающей и армирующей сетчатой или перфорированной основе, а укладку набора чередующихся слоев при формовании блока проводят с изменением толщины и смещением их относительно друг друга. Слои скрепляют заполненными массой перемычками, число и направление которых изменяется по толщине слоя носителя и уложенные слои сжимают в металлическом каркасе перед термообработкой. Перечисленные стадии приготовления блочного носителя являются принципиально отличными по сравнению с предложенными в прототипе и позволяют изменять форму и направление каналов, создавать проницаемые для газа стенки, обеспечивающие фильтрацию газа и дающие возможность в одном монолитном блоке получать как керамический носитель с сотовыми сквозными каналами, так и фильтр с регулируемой высокой газопроницаемостью стенок. In addition, the claimed method of preparation uses a wider range of woven and non-woven fibrous materials on a burnable and reinforcing mesh or perforated basis, and laying a set of alternating layers when forming the block is carried out with a change in thickness and their offset relative to each other. The layers are fastened with mass-filled jumpers, the number and direction of which varies along the thickness of the carrier layer and the stacked layers are compressed in a metal frame before heat treatment. The above stages of preparation of the block carrier are fundamentally different compared to those proposed in the prototype and allow you to change the shape and direction of the channels, create gas-permeable walls that allow gas filtration and make it possible to receive both a ceramic carrier with cellular through channels and a filter in one monolithic block with adjustable high gas permeability of the walls.
Пример. Каталитическую очистку от токсичных компонентов проводили на блочных нейтрализаторах и фильтрах в потоке выхлопных газов дизельгенераторного двигателя типа МД-8 (1Ч 8/10, 6 кВ) на постоянных оборотах при средних и максимальных нагрузках двигателя. Использовался оксидный катализатор с добавкой палладия (0,1 г Pd/л носителя), нанесенный на блочные керамические носители и фильтры, отличающиеся различной структурой каналов, стенок и способом их изготовления. Блоки литрового объема располагались в выхлопной трубе, где достигалась температура 150-350oC. Катализатор наносили методом пропитки блоков в суспензии. Блоки продували, сушили и прокаливали при 450oC. Анализ токсичных компонентов отработавших газов проводили с помощью газоанализатора "Testo-350" и дымомера "Sheady 2000". В таблице для сопоставления представлены данные по эффективности способа очистки газов и улавливания твердых частиц сажи, выраженные в единицах степени конверсии токсичных компонентов после установления стационарного нагрузочного режима при температурах 150-350oC для образцов 1-3.Example. The catalytic purification of toxic components was carried out on block converters and filters in the exhaust gas stream of an MD-8 diesel engine (
Для приготовления блочного носителя 1 готовили пластичную керамическую массу, содержащую керамические предшественники кордиерита 500 мас.ч. с размером частиц 1-10 мкм, 25 мас.ч. пластификатора на основе полисахарида и 135 мас. ч. воды. Формование носителя осуществляли путем послойного укладывания пропитанных керамической массой полотна и формообразующих элементов. В качестве полотна использовали тонкие слои стекловолокнистого холста нетканого и невыгорающего при термообработке, чередуя его рядами параллельных нитей, выгорающих при термообработке, укладывая их по прямой линии с одинаковым зазором между нитями и слоями холста. Пакет уложенных элементов упорядоченной структуры сжимали и фиксировали в газопроницаемом металлическом каркасе и сушили в течение 4 ч, постепенно поднимая температуру до 100oC. Просушенный блок подвергали термообработке с постепенным подъемом температуры до 1300oC в течение 13 ч. Получали носитель с параллельными круглыми и щелевыми каналами плотностью 62 кан./см2, разделенными плоскими пористыми стенками. Рабочая поверхность стенок достигает 3,7 м2/л, влагопоглощение 0,27 мл/г. Блочный носитель-фильтр 2 готовили аналогичным образом с той разницей, что в керамическую массу вводили каталитические добавки оксида алюминия с размером частиц 5-40 мкм, в качестве полотна использовали сетчатый стекловолокнистый материал, а послойную укладку формообразующих элементов и слоев армирующей сетки осуществляли со смещением слоев в направлении газового потока. В результате испытаний, как следует из таблицы, у образца 2 фильтрующие свойства нейтрализатора усилились благодаря возможности части газа проходить через сетчатую стенку и улавливать твердые частицы в поперечном направлении. Для сравнения в таблице приведены данные испытания катализатора, нанесенного на блочный кордиеритовый носитель 3, полученный методом экструзионного формования с квадратными каналами плотностью 62 канала/л и рабочей поверхностью 2,7 м2/л. Испытания образцов каталитических нейтрализаторов с применением заявленного способа приготовления блочных керамических носителей и фильтров показали, что их применение позволяет снизить содержание всех токсичных компонентов дизельных выхлопных газов, в том числе и твердых частиц, особенно на образце 2. При этом улавливание твердых частиц осуществляется на всех режимах работы двигателя, а каталитическая регенерация их достигается на средних и высоких нагрузках, начиная с 280oC. Важным преимуществом комбинированной конструкции фильтра и нейтрализатора является возможность работать длительное время в "холодном режиме" без существенного возрастания противодавления, в то время как в случае использования одного фильтра имеет место неограниченное повышение давления в выхлопном тракте.To prepare the
Наличие открытых параллельных сквозных каналов в нейтрализаторе снижает возрастание давления на фильтре, а сочетание свойств нейтрализатора и фильтра с проницаемыми стенками в одном блоке приводит к увеличению эффективности и полноты очистки. The presence of open parallel through channels in the catalyst reduces the increase in pressure on the filter, and the combination of the properties of the catalyst and filter with permeable walls in one unit leads to an increase in the efficiency and completeness of cleaning.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000120377A RU2164442C1 (en) | 2000-08-03 | 2000-08-03 | Method of cleaning exhaust gases and method of manufacturing block carrier or filter of organized structure for catalyst |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000120377A RU2164442C1 (en) | 2000-08-03 | 2000-08-03 | Method of cleaning exhaust gases and method of manufacturing block carrier or filter of organized structure for catalyst |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2164442C1 true RU2164442C1 (en) | 2001-03-27 |
Family
ID=20238637
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000120377A RU2164442C1 (en) | 2000-08-03 | 2000-08-03 | Method of cleaning exhaust gases and method of manufacturing block carrier or filter of organized structure for catalyst |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2164442C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2541575C2 (en) * | 2010-01-04 | 2015-02-20 | Джонсон Мэтти Плс | Method of applying coating from catalyst component on monolythic base |
RU2620421C2 (en) * | 2011-12-12 | 2017-05-25 | Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани | Exhaust system of internal combustion engine with incomplete combustion, containing scr catalyst |
-
2000
- 2000-08-03 RU RU2000120377A patent/RU2164442C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2541575C2 (en) * | 2010-01-04 | 2015-02-20 | Джонсон Мэтти Плс | Method of applying coating from catalyst component on monolythic base |
RU2620421C2 (en) * | 2011-12-12 | 2017-05-25 | Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани | Exhaust system of internal combustion engine with incomplete combustion, containing scr catalyst |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5820833A (en) | Exhaust gas purifier | |
JP4889873B2 (en) | Exhaust gas purification system, exhaust gas purification catalyst used therefor, and exhaust purification method | |
EP1785603B1 (en) | Exhaust gas purification system | |
KR100794541B1 (en) | Exhaust gas purification apparatus | |
RU2629762C2 (en) | Catalytic filter for exhaust gas processing | |
US7682578B2 (en) | Device for catalytically reducing exhaust | |
US7640732B2 (en) | Method and apparatus for filtration of a two-stroke engine exhaust | |
US20040037754A1 (en) | Apparatus for the removal of soot particles from the exhaust gas of diesel engines | |
DE102010051659A1 (en) | Emission control for gasoline engines | |
KR20070004826A (en) | Exhaust gas purifying apparatus | |
JPH07116519A (en) | Exhaust gas purifying material and purifying method of exhaust gas | |
JPH10176519A (en) | Particulate trap for diesel engine | |
JP4174976B2 (en) | Exhaust purification device and method for manufacturing the same | |
RU2164442C1 (en) | Method of cleaning exhaust gases and method of manufacturing block carrier or filter of organized structure for catalyst | |
US7451849B1 (en) | Substantially fibrous exhaust screening system for motor vehicles | |
CN202300588U (en) | Multistage purifying and filtering device for tail gas of motor vehicle | |
US7682577B2 (en) | Catalytic exhaust device for simplified installation or replacement | |
CN102410066A (en) | Multi-stage purifying and filtering device for motor vehicle tail gas | |
JP2003080031A (en) | Filter element and filter for purification of exhaust gas | |
CN105756754A (en) | Tail gas filter | |
Banús et al. | Structured catalysts for soot combustion for diesel engines | |
WO2011001027A1 (en) | Purifier assembly | |
JPS6147136B2 (en) | ||
KR101933917B1 (en) | Method for coating catalyst on surface inside channels of diesel particulate filter | |
CN114439577A (en) | Tail gas post-treatment device for non-road diesel engine |