RU2177363C2 - Каталитический нейтрализатор - Google Patents
Каталитический нейтрализатор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2177363C2 RU2177363C2 RU2000106420/04A RU2000106420A RU2177363C2 RU 2177363 C2 RU2177363 C2 RU 2177363C2 RU 2000106420/04 A RU2000106420/04 A RU 2000106420/04A RU 2000106420 A RU2000106420 A RU 2000106420A RU 2177363 C2 RU2177363 C2 RU 2177363C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carrier
- housing
- catalytic converter
- passages
- honeycomb elements
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Изобретение относится к каталитическим нейтрализаторам для нейтрализации токсичных веществ в отработавших газах автомобильных двигателей. Каталитический нейтрализатор содержит корпус и размещенный в нем металлический проход с носителем, а также дополнительный носитель, выполненный в виде усеченного конуса с боковыми отверстиями, меньшее основание которого соединено с входным патрубком, в котором установлен дроссель, а большое основание проходами связано с металлическим носителем, выполненным составным из последовательно соединенных между собой сотовых элементов, расположенных между двумя перфторированными пластинами, а проходы сотовых элементов выполнены в виде установленных друг за другом шестигранных призм, продольные оси геометрической симметрии первых из которых совпадают с продольными осями геометрической симметрии последующих, на наружной поверхности корпуса установлены пояса из высокотеплопроводного материала, а внутренние поверхности корпуса, входного патрубка, внешняя и внутренняя боковые поверхности дополнительного носителя покрыты слоем никеля, все поверхности сотовых элементов и перфторированных пластин покрыты слоем композиционного материала при следующем составе и соотношении компонентов, мас. %: 40% Ni, 25% Fe2O3, 27% Cr2O3 и 8% V2O5, при этом дополнительный носитель, сотовые элементы и перфторированные пластины могут быть выполнены из пористого материала, а большее основание и ближайшая к нему перфторированная пластина выполнены с отношением расстояния l между ними к диаметру d меньшего основания в пределах, определяемых неравенством 0,14<l/d<0,95. Обеспечивается повышение эффективности и надежности работы каталитического нейтрализатора. 5 ил.
Description
Изобретение относится к автомобильной технике, конкретно к каталитическим нейтрализаторам, и предназначено для нейтрализации токсичных веществ в отработавших газах автомобильных двигателей. Оно может быть использовано также для нейтрализации и обезвреживания токсичных газовых выбросов промышленных производств.
Токсичность отработавших газов автомобильных двигателей обусловлена неполным сгоранием топлива и содержанием в них окиси углерода, окиси и двуокиси азота, альдегидов (формальдегида, ацетольдегида, акролеина), углеводородов (алканов, алкенов, алкадиенов, цикланов) и других.
Экспериментальные исследования и опыт эксплуатации автотранспорта показывают, что нейтрализация токсичных веществ в отработавших газах, обезвреживание их, то есть нейтрализация их до концентраций, безвредных для человека, и сохранение экологичности окружающей среды могут быть достигнуты в результате:
- установки в систему удаления выхлопных газов высоконадежного и эффективного каталитического нейтрализатора;
- применения присадок к бензину;
- тщательного регулирования процесса горения;
- регулирования приборов систем питания и зажигания, а также поддержания в полной исправности деталей двигателя, влияющих на полноту сгорания.
- установки в систему удаления выхлопных газов высоконадежного и эффективного каталитического нейтрализатора;
- применения присадок к бензину;
- тщательного регулирования процесса горения;
- регулирования приборов систем питания и зажигания, а также поддержания в полной исправности деталей двигателя, влияющих на полноту сгорания.
Патентные исследования показали, что катализаторы на носителях, как более совершенные и прогрессивные, известны во многих странах с развитой автомобильной промышленностью, в таких как Россия, США, Великобритания, Франция, ФРГ, Япония и др.
Известен носитель для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и способ его приготовления по патенту RU 2032463 от 16.04.92 г., МПК7 B 01 J 21/00, 37/02, состоящий из металлического усилителя с нанесенной на его поверхность сцепляющей основой и подложкой в виде единого по толщине слоя покрытия, образованного из высоконаполненных оксидом алюминия и флогопитом толуольных суспензий полиметилфенилсилоксана. Сцепляющую основу и подложку наносят на металлический усилитель носителя при комнатной температуре в виде единого по толщине слоя покрытия, затем термообрабатывают при 600-800oC в воздушной среде в течение не менее 2 ч. Суспензия представляет собой композицию, содержащую, мас.%: полиметилфенилсилоксана 25-32, оксида алюминия 52-55, флогопита 10-16, толуола 4-6. Нанесение суспензии на металлический усилитель ведут пневматическим напылением или окунанием, или путем прокачки под давлением. Носитель представляет собой прямоугольный пакет (а в другом случае бобину), состоящий из множества чередующихся друг с другом плоских и гофрированных тонкостенных металлических пластин с гофрами глубокого пильчатого профиля, на обеих сторонах которых образовано покрытие.
К основным недостаткам носителя относятся:
- высокая температура элементов конструкции, вызванная высокой температурой реагирующих газов, значительным тепловыделением при экзотермическом процессе и отсутствием теплоотвода. Кроме того, повышенная температура реагирующих газов приводит к увеличению образования двуокиси азота. Все это вместе взятое снижает долговечность, эффективность и надежность работы каталитического нейтрализатора;
- трудность изготовления гофр глубокого пильчатого профиля и возможность появления разрывов на вершинах и впадинах гофр, где имеет место концентрация напряжений, что снижает прочность, долговечность, работоспособность и надежность работы каталитического нейтрализатора;
- изготовление гофр плавных очертаний (для бобины) является трудоемкой операцией и требует более сложного оборудования;
- при заранее формованном носителе сложной геометрической формы усложняется контроль за обеспечением равномерности толщины покрытия, а неравномерность толщины покрытия снижает эффективность работы каталитического нейтрализатора.
- высокая температура элементов конструкции, вызванная высокой температурой реагирующих газов, значительным тепловыделением при экзотермическом процессе и отсутствием теплоотвода. Кроме того, повышенная температура реагирующих газов приводит к увеличению образования двуокиси азота. Все это вместе взятое снижает долговечность, эффективность и надежность работы каталитического нейтрализатора;
- трудность изготовления гофр глубокого пильчатого профиля и возможность появления разрывов на вершинах и впадинах гофр, где имеет место концентрация напряжений, что снижает прочность, долговечность, работоспособность и надежность работы каталитического нейтрализатора;
- изготовление гофр плавных очертаний (для бобины) является трудоемкой операцией и требует более сложного оборудования;
- при заранее формованном носителе сложной геометрической формы усложняется контроль за обеспечением равномерности толщины покрытия, а неравномерность толщины покрытия снижает эффективность работы каталитического нейтрализатора.
Известен носитель для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания по патенту США 4742038, МПК7 B 01 J 21/00, 37/02, опубликованному в 1988 г., состоящий из металлического усилителя, выполненного из нержавеющей стали, на поверхности которого образована сцепляющая основа в виде тонкой оксидной мембраны, а на нее нанесен слой подложки из окиси алюминия.
Недостаток известного носителя для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания заключается в том, что обеспечение требуемой адгезионной прочности сцепления тонкой оксидной мембраны с металлическим усилителем возможно только при условии выполнения металлического усилителя из многокомпонентного дорогостоящего стального сплава. Изготовление тонкой оксидной мембраны из такого сплава представляет трудности, что удорожает производство каталитических нейтрализаторов. Кроме того, мембранный слой имеет неконтролируемую толщину, что ухудшает качество наносимой на него подложки из гамма-окиси алюминия.
Известен формованный носитель для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания по заявке ФРГ 2151416, МПК7 B 01 J 37/00, опубликованной в 1976 году, состоящий из формованного структурного металлического усилителя из стали с содержанием углерода 0,12 - 0,25 мас.% с нанесенной на его поверхность сцепляющей основой, в качестве которой носитель содержит металлическую медь или серебро, и слоя из эта- и гамма-окиси алюминия, окисей церия и циркония.
Недостаток известного носителя для катализатора очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания заключается в невысокой длительной прочности носителя, обусловленной отслаиванием сцепляющей основы и коррозией стального структурного усилителя при работе каталитического нейтрализатора в потоке выхлопных газов.
Кроме того, такие компоненты сцепляющей основы, как медь или серебро, весьма дефицитные и дорогостоящие, а нанесение их пламенным распылением требует применения сложного газотермического оборудования.
Известен двухступенчатый катализатор по патенту Японии: Kokai 60-205129, МПК7 B 01 J 21/04, 21/06, 1984 г., в котором первая ступень: активный металл - Pt - группа, носитель - Al2O3 и SiO2, вторая ступень: активный металл - La, носитель - SiO2•Al2O3, то есть каталитически активные металлы платиновой группы и лантан нанесены на керамические подложки.
Недостатки двухступенчатого катализатора заключаются в следующем:
- катализаторы из металлов платиновой группы при работе с этилированным бензином, содержащим свинец, отравляются и выходят из строя. Примером могут служить иномарки, завозимые в Россию: они приходят сюда с установленными каталитическими нейтрализаторами, но после первой же заправки этилированным бензином катализаторы выходят из строя, то есть полностью теряют работоспособность и не отвечают критериям эффективности и надежности работы;
- в слое катализатора возможно возникновение высоких температур, вызывающих рекристаллизацию и упорядочивание его структуры, в результате чего катализатор быстро стареет, теряет активность и эффективность работы;
- металлы платиновой группы (палладий, платина, рутений, родий, осмий, иридий) представляют собой весьма дефицитные и дорогостоящие металлы, более дорогие, чем золото (см. М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 1981. 632 с; с. 577 - применение платиновых металлов), что удорожает производство каталитических нейтрализаторов;
- при работе катализатора не представляется возможным снижение параметров - давления, температуры и скорости потока и ведение нейтрализации токсичных веществ на более низком уровне этих параметров, повышающем эффективность, долговечность и надежность работы каталитического нейтрализатора.
- катализаторы из металлов платиновой группы при работе с этилированным бензином, содержащим свинец, отравляются и выходят из строя. Примером могут служить иномарки, завозимые в Россию: они приходят сюда с установленными каталитическими нейтрализаторами, но после первой же заправки этилированным бензином катализаторы выходят из строя, то есть полностью теряют работоспособность и не отвечают критериям эффективности и надежности работы;
- в слое катализатора возможно возникновение высоких температур, вызывающих рекристаллизацию и упорядочивание его структуры, в результате чего катализатор быстро стареет, теряет активность и эффективность работы;
- металлы платиновой группы (палладий, платина, рутений, родий, осмий, иридий) представляют собой весьма дефицитные и дорогостоящие металлы, более дорогие, чем золото (см. М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 1981. 632 с; с. 577 - применение платиновых металлов), что удорожает производство каталитических нейтрализаторов;
- при работе катализатора не представляется возможным снижение параметров - давления, температуры и скорости потока и ведение нейтрализации токсичных веществ на более низком уровне этих параметров, повышающем эффективность, долговечность и надежность работы каталитического нейтрализатора.
По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близким к прелагаемому устройству является каталитический нейтрализатор по патенту RU 2065766 C1 от 26.11.90 г., МПК6 B 01 J 21/04, содержащий корпус и размещенный в нем металлический монолитный носитель с катализатором, изготовленным на основе металлов платиновой группы, теплообменной поверхностью и проходами для горючих газов. Металлический монолитный носитель собран либо изготовлен из металлических материалов, имеющих каталитическую поверхность и прилегающую к ней некаталитическую поверхность. На металлический носитель нанесена подложка, а не нее - каталитический материал. Носитель способен деформироваться.
Гофрированный (холодной прокаткой или иным способом) лист металла скатывают совместно с плоской металлической полосой до получения спиралевидного цилиндра. При этом проходы для горючих газов образуются в виде гофр глубокого пильчатого профиля. В других вариантах проходы выполнены в форме синусоиды.
Данная конструкция каталитического нейтрализатора выбрана нами в качестве прототипа предлагаемого каталитического нейтрализатора.
Основные недостатки прототипа заключаются в следующем:
- при работе автомобиля на этилированном бензине, содержащем свинец, платиновые катализаторы отравляются и выходят из строя, то есть не отвечают критериям эффективности и надежности работы;
- металлы платиновой группы являются весьма дефицитными и дорогостоящими, что удорожает производство каталитических нейтрализаторов;
- использование тонких металлических листов с гофрами пильчатого профиля снижает надежность работы каталитического нейтрализатора из-за возможности разрывов на вершинах и впадинах гофр, где имеет место концентрация напряжений;
- в процессе эксплуатации происходит снижение адгезионной прочности сцепления подложки с металлическим носителем, в результате чего возможно осыпание подложки и катализатора в условиях пульсации выхлопных газов и вибрационных воздействий, возникающих при работе автомобильного двигателя;
- в процессе работы невозможно понизить давление, температуру и скорость потока отработавших газов с целью нейтрализации токсичных веществ на более низком оптимальном уровне этих параметров, повышающем долговечность, эффективность и надежность работы каталитического нейтрализатора.
- при работе автомобиля на этилированном бензине, содержащем свинец, платиновые катализаторы отравляются и выходят из строя, то есть не отвечают критериям эффективности и надежности работы;
- металлы платиновой группы являются весьма дефицитными и дорогостоящими, что удорожает производство каталитических нейтрализаторов;
- использование тонких металлических листов с гофрами пильчатого профиля снижает надежность работы каталитического нейтрализатора из-за возможности разрывов на вершинах и впадинах гофр, где имеет место концентрация напряжений;
- в процессе эксплуатации происходит снижение адгезионной прочности сцепления подложки с металлическим носителем, в результате чего возможно осыпание подложки и катализатора в условиях пульсации выхлопных газов и вибрационных воздействий, возникающих при работе автомобильного двигателя;
- в процессе работы невозможно понизить давление, температуру и скорость потока отработавших газов с целью нейтрализации токсичных веществ на более низком оптимальном уровне этих параметров, повышающем долговечность, эффективность и надежность работы каталитического нейтрализатора.
Задача изобретения - повышение эффективности и надежности работы каталитического нейтрализатора путем понижения давления, температуры и скорости потока отработавших газов автомобильного двигателя до оптимального уровня.
Требуемый технический результат достигается благодаря тому, что каталитический нейтрализатор, содержащий корпус и размещенный в нем металлический носитель с проходами, снабжен дополнительным носителем, выполненным в виде усеченного конуса с боковыми отверстиями, меньшее основание которого соединено с входным патрубком, в котором установлен дроссель, а большое основание проходами связано с металлическим носителем, выполненным составным из последовательно соединенных между собой сотовых элементов, расположенных между двумя перфорированными пластинами, а проходы сотовых элементов выполнены в виде установленных друг за другом шестигранных призм, продольные оси геометрической симметрии первых из которых совпадают с продольными осями геометрической симметрии последующих, на наружной поверхности корпуса установлены пояса из высокотеплопроводного материала, а внутренние поверхности корпуса, входного патрубка, внешняя и внутренняя боковые поверхности дополнительного носителя покрыты слоем никеля, все поверхности сотовых элементов и перфорированных пластин покрыты слоем композиционного материала при следующем составе и соотношении компонентов (мас.%): 40% Ni, 25% Fe3O4, 27% Cr2O3 и 8% V2O5, при этом дополнительный носитель, сотовые элементы и перфорированные пластины могут быть выполнены из пористого материала, а большое основание и ближайшая к нему перфорированная пластина выполнены с отношением расстояния 1 между ними к диаметру d меньшего основания в пределах, определяемых неравенством 0,14 < 1/d < 0,95.
Авторы, проанализировав содержание большого количества отечественных и зарубежных патентов, авторских свидетельств, бюллетеней изобретений, реферативных журналов, книг и других публикаций по катализаторам и нейтрализаторам, пришли к выводу, что аналогичные технические решения, которые могли бы порочить новизну и совокупность существенных отличий заявляемого изобретения, отсутствуют.
В связи с этим предлагаемый каталитический нейтрализатор, по мнению авторов, отвечает критериям изобретения "существенные отличия" и "положительный эффект".
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого каталитического нейтрализатора в разрезе;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 - концентрическое расположение шестигранных призм в сотовом элементе;
на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1 - концентрическое расположение отверстий перфорации в пластине;
на фиг. 4 - сотовое расположение шестигранных призм в сотовых элементах - предпочтительный вариант;
на фиг. 5 - аксонометрическая проекция шестигранных призм, расположенных друг за другом на одной общей оси X-X симметрии, в увеличенном масштабе.
на фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого каталитического нейтрализатора в разрезе;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 - концентрическое расположение шестигранных призм в сотовом элементе;
на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1 - концентрическое расположение отверстий перфорации в пластине;
на фиг. 4 - сотовое расположение шестигранных призм в сотовых элементах - предпочтительный вариант;
на фиг. 5 - аксонометрическая проекция шестигранных призм, расположенных друг за другом на одной общей оси X-X симметрии, в увеличенном масштабе.
Каталитический нейтрализатор содержит корпус в виде цилиндра 1 с днищами 2, 3 (на фиг. 1 стрелками указано направление потока выхлопных газов). В корпусе установлен дополнительный носитель, выполненный в виде усеченного конуса 4 с боковыми отверстиями 5, меньшее основание 6 которого соединено с входным патрубком 7, в котором установлен дроссель 8. Большое основание 9 проходами 10 связано с металлическим носителем, выполненным составным из последовательно соединенных между собой сотовых элементов 11, 12 и 13, расположенных между двумя перфорированными пластинами 14 и 15 с отверстиями 16. Проходы 10 сотовых элементов 11, 12 и 13 выполнены в виде установленных друг за другом шестигранных призм 10, 17, 18 (фиг. 5). Продольные оси X-X (фиг. 5) геометрической симметрии впереди расположенных призм, например, 10, совпадают с продольными осями геометрической симметрии последующих призм, например, 17, 18.
На наружной поверхности корпуса установлены теплоотводящие пояса 19 из высокотеплопроводного материала, например алюминия. Внутренние поверхности корпуса, входного патрубка 7, внешняя и внутренняя боковые поверхности дополнительного носителя 4 покрыты слоем никеля. Все поверхности сотовых элементов 11, 12, 13 и перфорированных пластин 14 и 15 покрыты слоем композиционного материала при следующем составе и соотношении компонентов, мас.% (по данным опыта): 40% Ni, 25% Fe3O4, 27% Cr2O3 и 8% V2O5. При этом дополнительный носитель, сотовые элементы и перфорированные пластины могут быть выполнены из пористого материала, а большое основание и ближайшая к нему перфорированная пластина выполнены с отношением расстояния 1 между ними к диаметру d меньшего основания усеченного конуса в пределах, определяемых неравенством 0,14 < 1/d < 0,95.
Покрытие на специально подготовленные вышеуказанные поверхности наносится с соблюдением технологического режима известными способами (напылением, окунанием и др.) до сборки каталитического нейтрализатора. Покрытие должно быть прочно сращено с металлом. Диапазон толщин может находиться в пределах 50-200 мкм. Предельная толщина покрытия определяется его термопрочностью. Для контроля качества могут быть использованы специальные приборы, например, типа ЭД-5.
Для изготовления корпуса могут быть применены жаропрочные стали типа ХН78Т (ЭИ-475), 36Х18Н25С2, а также высокотемпературные металлические сплавы.
Для изготовления дополнительного носителя, сотовых элементов и перфорированных пластин предпочтительны высокотемпературные никелевые или кобальтовые сплавы, алюминийсодержащие стали, например, типа Х20Н77Т2ЮР (ЭИ-437Б).
Цилиндрическая часть 1 и плоские днища 2, 3 корпуса просты в изготовлении. Имеется положительный опыт изготовления дополнительного носителя. Технология изготовления перфорированных пластин 14, 15 отработана и освоена.
Шестигранные призмы 10 сотовых элементов 11, 12, 13 при их концентрическом (фиг. 2) и сотовом (фиг. 4) расположении могут быть изготовлены штамповкой или другим известным способом.
Соединение сотовых элементов 11, 12, 13 и перфорированных пластин 14,15 осуществляют при помощи шпильки 20 с гайками 21. Для облегчения сборки внутри корпуса предусмотрен кольцевой выступ 22.
Все конструктивные элементы каталитического нейтрализатора могут быть соединены между собой с помощью резьбовых соединений или сварки. Конструкция предлагаемого каталитического нейтрализатора позволяет механизировать и автоматизировать процессы ее изготовления и сборки.
Каталитический нейтрализатор работает следующим образом.
Отработавшие газы автомобильного двигателя поступают через входной патрубок 7 и дроссель 8 в дополнительный носитель, в котором они изоэнтропически расширяются и через боковые отверстия 5 и большое основание 9 выходят в полость Г корпуса. Далее, отработавшие газы, проходя через отверстия перфорации пластины 14, шестигранные призмы 10, 17, 18 сотовых элементов 11, 12, 13 и отверстия перфорации 16 пластины 15, поступают в выходной патрубок 23, а из него по выхлопному тракту выбрасываются в атмосферу.
В процессе прохождения через нейтрализатор отработавшие газы, химически реагируя (взаимодействия) с каталитически активными поверхностями, окисляются и очищаются от токсичных веществ.
Снабжение каталитического нейтрализатора дросселем 8 и дополнительным носителем позволяет за счет дросселирования и расширения отработавших газов понизить рабочие параметры - давление, температуру и скорость потока до требуемого оптимального уровня. Давление понижается до величины, достаточной для преодоления аэродинамических сопротивлений.
Такое понижение параметров, обеспечиваемое благодаря последовательному соединению дросселя 8 и дополнительного носителя, создает ряд положительных эффектов, имеющих кардинальное значение, а именно:
1) эти параметры оказывают оптимальное ускоряющее действие на химические реакции окисления и превращения токсичных веществ в нетоксичные, в итоге повышают эффективность работы каталитического нейтрализатора;
2) одновременное понижение давления и температуры позволяет: резко снизить уровень опасной динамической и температурной нагруженности элементов конструкции, способной вызвать явление ползучести; снизить опасные для прочности напряжения, деформации; сохранить на более высоком уровне механические свойства (предел прочности, предел текучести, предел выносливости и др.), что повышает прочность, долговечность, надежность и эффективность работы каталитического нейтрализатора;
3) уменьшение скорости потока увеличивает время нахождения отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе, что способствует повышению эффективности его работы;
4) боковые отверстия 5 и большое основание 9 при истечении реагирующих газов через них позволяют добиться максимального соприкосновения газов с каталитически активными поверхностями дополнительного носителя и корпуса, что повышает эффективность и надежность работы каталитического нейтрализатора.
1) эти параметры оказывают оптимальное ускоряющее действие на химические реакции окисления и превращения токсичных веществ в нетоксичные, в итоге повышают эффективность работы каталитического нейтрализатора;
2) одновременное понижение давления и температуры позволяет: резко снизить уровень опасной динамической и температурной нагруженности элементов конструкции, способной вызвать явление ползучести; снизить опасные для прочности напряжения, деформации; сохранить на более высоком уровне механические свойства (предел прочности, предел текучести, предел выносливости и др.), что повышает прочность, долговечность, надежность и эффективность работы каталитического нейтрализатора;
3) уменьшение скорости потока увеличивает время нахождения отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе, что способствует повышению эффективности его работы;
4) боковые отверстия 5 и большое основание 9 при истечении реагирующих газов через них позволяют добиться максимального соприкосновения газов с каталитически активными поверхностями дополнительного носителя и корпуса, что повышает эффективность и надежность работы каталитического нейтрализатора.
Выполнение большого основания 9 и ближайшей к нему перфорированной пластины 14 с отношением расстояния 1 между ними к диаметру d меньшего основания 6 усеченного конуса 4 в пределах, определяемых неравенством 0,14 < 1/d < 0,95, как показывают экспериментальные исследования, повышает эффективность работы дополнительного носителя, устраняет возникновение отрывного течения, вихреобразования, уменьшает аэродинамическое сопротивление, а все это вместе взятое повышает эффективность и надежность работы каталитического нейтрализатора.
Выполнение металлического носителя составным из последовательно соединенных между собой сотовых элементов 11, 12, 13, расположенных между двумя перфорированными пластинами 14 и 15, позволяет:
1) осуществить более полное и глубокое окисление реагирующих газов на каталитически активных поверхностях сотовых элементов, что повышает эффективность и надежность работы каталитического нейтрализатора;
2) повысить с помощью перфорированных пластин 14 и 15 турбулентность потока, при которой ускоряются процессы теплообмена, энергообмена, обмена количеством движения между реагирующими газами и каталитически активными поверхностями, что в итоге повышает эффективность работы каталитического нейтрализатора.
1) осуществить более полное и глубокое окисление реагирующих газов на каталитически активных поверхностях сотовых элементов, что повышает эффективность и надежность работы каталитического нейтрализатора;
2) повысить с помощью перфорированных пластин 14 и 15 турбулентность потока, при которой ускоряются процессы теплообмена, энергообмена, обмена количеством движения между реагирующими газами и каталитически активными поверхностями, что в итоге повышает эффективность работы каталитического нейтрализатора.
Выполнение проходов сотовых элементов в виде установленных друг за другом шестигранных призм, продольные оси геометрической симметрии первых из которых совпадают с продольными осями геометрической симметрии последующих, обеспечивает:
1) соосность всех сотовых элементов и шестигранных призм, в результате чего сохраняются формы и размеры проходов номинальными, что гарантирует высокую эффективность работы каталитического нейтрализатора;
2) уменьшение аэродинамических сопротивлений, что позволяет расширить отработавшие газы в дополнительном носителе до более низкого уровня давления, вызывающего понижение температуры и скорости, что, как уже указывалось, повышает эффективность и надежность работы каталитического нейтрализатора;
3) рациональное сотовое размещение шестигранных призм в сотовых элементах, что позволяет создать катализатор с высокой удельной поверхностью, достигающей 85-90 м2/г и обходиться при температуре менее 900oC без использования модификаторов в виде соединения церия и циркония, никеля и циркония, церия и лантана и других элементов, что упрощает и удешевляет предлагаемый каталитический нейтрализатор.
1) соосность всех сотовых элементов и шестигранных призм, в результате чего сохраняются формы и размеры проходов номинальными, что гарантирует высокую эффективность работы каталитического нейтрализатора;
2) уменьшение аэродинамических сопротивлений, что позволяет расширить отработавшие газы в дополнительном носителе до более низкого уровня давления, вызывающего понижение температуры и скорости, что, как уже указывалось, повышает эффективность и надежность работы каталитического нейтрализатора;
3) рациональное сотовое размещение шестигранных призм в сотовых элементах, что позволяет создать катализатор с высокой удельной поверхностью, достигающей 85-90 м2/г и обходиться при температуре менее 900oC без использования модификаторов в виде соединения церия и циркония, никеля и циркония, церия и лантана и других элементов, что упрощает и удешевляет предлагаемый каталитический нейтрализатор.
Последовательное соединение сотовых элементов и перфорированных пластин с помощью шпильки с гайками в единую жесткую конструкцию облегчает их сборку, повышает компактность и эффективность работы каталитического нейтрализатора.
Установка на наружной поверхности корпуса поясов 19 из высокотеплопроводного материала, например алюминия, обеспечивает интенсивный теплоотвод от корпуса, поддерживая температуру газов на уровне 600-650oC, что значительно ниже, чем у прототипа (930-1000oC).
То, что внутренние поверхности корпуса, входного патрубка 7, внешняя и внутренняя боковые поверхности усеченного конуса 4 покрыты слоем никеля, обеспечивает необходимый уровень нейтрализации токсичных веществ, что повышает надежность работы каталитического нейтрализатора.
То, что все поверхности сотовых элементов 11, 12, 13 и перфорированных пластин 14, 15 покрыты слоем композиционного материала при следующем составе и соотношении компонентов (мас.%): 40% Ni, 25% Fe3O4, 27% Cr2O3 и 8% V2O5, позволяет создать надежный каталитический нейтрализатор, способный противостоять действию каталитических ядов при работе автомобиля на этилированном и неэтилированном бензинах и на любом топливе.
Используемые каталитические материалы - никель и никель в сочетании с Fe3O4, Cr2O3 и V2O5 - обладают, как показывает опыт, наивысшей каталитической активностью, неотравляемы, хорошо освоены отечественной металлургической промышленностью, отличаются дешевизной и доступностью (выпускаются их порошки).
Выполнение дополнительного носителя, перфорированных пластин и сотовых элементов из пористого материала улучшает рациональное размещение расчетного количества катализатора на их поверхностях и повышает эффективность работы каталитического нейтрализатора.
Из приведенного обоснования существенных признаков заявляемого изобретения следует, что предлагаемая совокупность существенных признаков обеспечивает достижение требуемого технического результата - повышение эффективности и надежности работы каталитического нейтрализатора путем понижения давления, температуры и скорости потока отработавших газов автомобильного двигателя до оптимального уровня.
Сравнительная оценка эффективности и надежности предлагаемого каталитического нейтрализатора по сравнению с известными каталитическими нейтрализаторами, созданными за последние годы в таких странах с высокоразвитой автомобильной промышленностью, как Россия, США, Великобритания, Франция, ФРГ, Япония и др., показывает, что предлагаемый каталитический нейтрализатор по достигнутому техническому уровню и неотравляемости при работе автомобиля с этилированным бензином, содержащим свинец, существенно превышает современный мировой уровень.
Таким образом, заявляемый каталитический нейтрализатор, благодаря тесному сочетанию совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, обеспечивает высокую эффективность, надежность, долговечность и экологичность работы и отвечает критериям изобретения.
Все это вместе взятое при возможном серийном выпуске предлагаемого каталитического нейтрализатора, безусловно, делает его конкурентоспособным на мировом рынке, а это повышает приоритет Российской Федерации в данной области техники.
Claims (1)
- Каталитический нейтрализатор, содержащий корпус и размещенный в нем металлический носитель с проходами, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным носителем, выполненным в виде усеченного конуса с боковыми отверстиями, меньшее основание которого соединено с входным патрубком, в котором установлен дроссель, а большое основание проходами связано с металлическим носителем, выполненным составным из последовательно соединенных между собой сотовых элементов, расположенных между двумя перфорированными пластинами, а проходы сотовых элементов выполнены в виде установленных друг за другом шестигранных призм, продольные оси геометрической симметрии первых из которых совпадают с продольными осями геометрической симметрии последующих, на наружной поверхности корпуса установлены пояса из высокотеплопроводного материала, а внутренние поверхности корпуса, входного патрубка, внешняя и внутренняя боковые поверхности дополнительного носителя покрыты слоем никеля, все поверхности сотовых элементов и перфорированных пластин покрыты слоем композиционного материала при следующем составе и соотношении компонентов, мас. %: 40% Ni, 25% Fе3О4, 27% Сr2О3 и 8% V2O5, при этом дополнительный носитель, сотовые элементы и перфорированные пластины могут быть выполнены из пористого материала, а большое основание и ближайшая к нему перфорированная пластина выполнены с отношением расстояния l между ними к диаметру d меньшего основания в пределах, определяемых неравенством 0,14<l/d<0,95.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000106420/04A RU2177363C2 (ru) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | Каталитический нейтрализатор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000106420/04A RU2177363C2 (ru) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | Каталитический нейтрализатор |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000106420A RU2000106420A (ru) | 2001-12-10 |
| RU2177363C2 true RU2177363C2 (ru) | 2001-12-27 |
Family
ID=20231900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000106420/04A RU2177363C2 (ru) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | Каталитический нейтрализатор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2177363C2 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532807C2 (ru) * | 2012-11-29 | 2014-11-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Способ получения нанокаталитического материала |
| RU2598030C2 (ru) * | 2010-04-05 | 2016-09-20 | Амогринтех Ко., Лтд. | Подложка для металлического катализатора большой мощности и использующий ее каталитический конвертер |
| CN112429800A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-02 | 四川轻化工大学 | 一种磁性纳米功能材料及其合成方法和应用 |
| RU2756492C1 (ru) * | 2021-02-05 | 2021-09-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания Экомаш-КН" | Каталитический нейтрализатор и способ его изготовления |
| CN113666454A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-11-19 | 国能荥阳热电有限公司 | 采用螺旋导流器布水板和六边形单元多孔板的高速混床 |
-
2000
- 2000-03-17 RU RU2000106420/04A patent/RU2177363C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2598030C2 (ru) * | 2010-04-05 | 2016-09-20 | Амогринтех Ко., Лтд. | Подложка для металлического катализатора большой мощности и использующий ее каталитический конвертер |
| RU2532807C2 (ru) * | 2012-11-29 | 2014-11-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Способ получения нанокаталитического материала |
| CN112429800A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-02 | 四川轻化工大学 | 一种磁性纳米功能材料及其合成方法和应用 |
| RU2756492C1 (ru) * | 2021-02-05 | 2021-09-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания Экомаш-КН" | Каталитический нейтрализатор и способ его изготовления |
| CN113666454A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-11-19 | 国能荥阳热电有限公司 | 采用螺旋导流器布水板和六边形单元多孔板的高速混床 |
| CN113666454B (zh) * | 2021-08-13 | 2023-05-23 | 国能荥阳热电有限公司 | 采用螺旋导流器布水板和六边形单元多孔板的高速混床 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5051241A (en) | Microlith catalytic reaction system | |
| CA2096950C (en) | A catalyst structure having integral heat exchange (ii) | |
| US7682705B2 (en) | Metal sheet having a microstructure relieved of notching, carrier body having a plurality of sheets, and exhaust system having the carrier body | |
| US7799734B2 (en) | Catalyst carrier body for a catalytic converter to be installed close to an engine, catalytic converter, exhaust system and vehicle having the catalyst carrier body | |
| US5294411A (en) | Honeycomb body with heatable catalytic active coating | |
| EP0041814A2 (en) | Catalyst devices | |
| US20090087354A1 (en) | Exhaust treatment device with independent catalyst supports | |
| CN1299438A (zh) | 尤其用于柴油机或稀混合气发动机的催化转换器 | |
| RU2177363C2 (ru) | Каталитический нейтрализатор | |
| Twigg et al. | Metal and coated-metal catalysts | |
| CA2776329C (en) | Process and apparatus for purification of an exhaust gas from an internal combustion engine | |
| KR100915971B1 (ko) | 와이어로 제조된 3차원의 다공성 구조체를 이용한 연소가스촉매 정화장치 | |
| EP1844845A2 (en) | Catalytic reactor with a static mixer | |
| US5821194A (en) | Catalyst for purifying the exhaust gas of vehicles | |
| US5417933A (en) | Catalytic method | |
| US10753247B2 (en) | Bi-metallic oxidation catalyst materials and appurtenant devices and systems | |
| EP0724474A1 (en) | Catalytic method | |
| US10605139B2 (en) | Catalytic converter for classic cars | |
| JP2000337138A (ja) | 接触コンバーター | |
| JP2005226599A (ja) | 酸化触媒型の排気ガス浄化装置 | |
| WO1998006480A1 (en) | Environmental control system incorporating a catalytic reactor for the decomposition of ozone | |
| WO1998006480A9 (en) | Environmental control system incorporating a catalytic reactor for the decomposition of ozone | |
| CN1507532A (zh) | 柔性金属催化剂载体,由其制成的适合催化剂元件和安装该元件的方法 | |
| JPH0699076A (ja) | タンデム型メタル担体触媒 | |
| Bressler et al. | Multiple disc catalytic converters-an innovative approach for improved conversion at lower cost |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050318 |