RU2563950C1 - Ice exhaust gas purification process and device to this end - Google Patents

Ice exhaust gas purification process and device to this end Download PDF

Info

Publication number
RU2563950C1
RU2563950C1 RU2014129367/06A RU2014129367A RU2563950C1 RU 2563950 C1 RU2563950 C1 RU 2563950C1 RU 2014129367/06 A RU2014129367/06 A RU 2014129367/06A RU 2014129367 A RU2014129367 A RU 2014129367A RU 2563950 C1 RU2563950 C1 RU 2563950C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
exhaust gases
exhaust gas
internal combustion
chamber
exhaust
Prior art date
Application number
RU2014129367/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Вольнов
Евгений Михайлович Герасимов
Людмила Николаевна Третьяк
Original Assignee
Людмила Николаевна Третьяк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Людмила Николаевна Третьяк filed Critical Людмила Николаевна Третьяк
Priority to RU2014129367/06A priority Critical patent/RU2563950C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2563950C1 publication Critical patent/RU2563950C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: proposed process consists in electric heating of catalytically active element (5) made of wire mesh or spiral of base metal to be heated at invariable resistance. Exhaust gases are purified with the help of carbon oxide methanation and nitrogen oxides reduction in reducing medium of neutralizer chamber (4). Exhaust gases are cooled after purification with the help of thermoelectric effects, for example, using the thermoelectrical refrigerator (9).
EFFECT: decreased of toxicity of ICE exhaust gases.
2 cl, 6 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к комбинированным каталитическим системам очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и предназначено для снижения токсичности отработавших газов двигателя большегрузных автомобилей, работающих в карьерах или в замкнутых пространствах с высокими требованиями к чистоте воздуха рабочей зоны.The invention relates to the automotive industry, namely to combined catalytic systems for purifying exhaust gases of internal combustion engines and is intended to reduce the toxicity of exhaust gases from the engine of heavy vehicles working in quarries or in confined spaces with high requirements for clean air in the working area.

Термины и определенияTerms and Definitions

ГОСТ 17.2.1.02-76 (Выбросы двигателей автомобилей, тракторов, самоходных сельскохозяйственных и строительно-дорожных машин. Термины и определения) устанавливает следующие определения:GOST 17.2.1.02-76 (Emissions of automobile engines, tractors, self-propelled agricultural and road-building machines. Terms and definitions) establishes the following definitions:

Система снижения токсичности двигателя автомобиля - совокупность средств и устройств, служащих для уменьшения содержания вредных веществ в выбросах двигателя автомобиля.A system for reducing the toxicity of an automobile engine is a combination of means and devices used to reduce the content of harmful substances in emissions of an automobile engine.

Нейтрализация - обезвреживание отработавших газов с помощью устройств, устанавливаемых в систему выпуска двигателя автомобиля.Neutralization - neutralization of exhaust gases using devices installed in the exhaust system of a car engine.

Система снижения токсичности двигателя автомобиля классифицирует следующие виды нейтрализаторов:The car engine toxicity reduction system classifies the following types of converters:

- каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя автомобиля - устройство для нейтрализации отработавших газов двигателя автомобиля методом каталитического воздействия;- a catalytic converter of exhaust gases of a car engine - a device for neutralizing exhaust gases of a car engine by catalytic effect;

- пламенный нейтрализатор отработавших газов двигателя автомобиля - устройство для нейтрализации отработавших газов двигателя методом дожигания в открытом пламени;- a flame converter of exhaust gases of an automobile engine - a device for neutralizing exhaust gases of an engine by afterburning in an open flame;

- термический нейтрализатор отработавших газов двигателя автомобиля - термоаккумулирующее устройство для нейтрализации отработавших газов двигателя автомобиля методом беспламенного окисления;- thermal vehicle exhaust gas aftertreatment converter - a thermal storage device for neutralizing exhaust gases from a car engine by flameless oxidation;

- жидкостный нейтрализатор отработавших газов двигателя автомобиля - устройство для нейтрализации отработавших газов двигателя автомобиля методом химического связывания жидкими реагентами;- liquid vehicle engine exhaust gas neutralizer - a device for neutralizing vehicle engine exhaust gas by chemical bonding with liquid reagents;

- рециркуляция отработавших газов двигателя автомобиля - перепуск отработавших газов в систему впуска двигателя автомобиля.- Recirculation of exhaust gases from a car engine - Bypass of exhaust gases into the intake system of a car engine.

Ресивер (англ. receiver, от receive - получать, принимать, вмещать) - сосуд для скапливания газа или пара, поступающего в него и расходуемого через трубы меньшего сечения, а также для сглаживания колебаний давления, вызываемых пульсирующей подачей и прерывистым расходом. В компрессионной установке Ресивер предназначается также для охлаждения газа и отделения капель масла и влаги. [Большая советская энциклопедия / Коллекция энциклопедий и словарей. - Режим доступа: http://enc-dic.com/enc_sovet/Resiver-76534.html - 09.07.2014].A receiver (Eng. Receiver, from receive - receive, receive, receive) is a vessel for accumulating gas or steam entering it and consumed through pipes of a smaller cross section, as well as to smooth out pressure fluctuations caused by pulsating flow and intermittent flow. In the compression unit, the Receiver is also intended for cooling the gas and separating drops of oil and moisture. [Great Soviet Encyclopedia / Collection of Encyclopedias and Dictionaries. - Access mode: http://enc-dic.com/enc_sovet/Resiver-76534.html - 07/09/2014].

Выхлопные газы, автомобильный выхлоп или «отработавшие газы» ДВС по терминологии ГОСТ 17.2.1.02-76, далее по тексту «ОГ ДВС».Exhaust gases, automobile exhaust or “exhaust gases” of internal combustion engines according to the terminology of GOST 17.2.1.02-76, hereinafter referred to as “exhaust gas engine”.

«Углеводороды состава ОГ ДВС»“Hydrocarbons of the exhaust gas of the internal combustion engine”

Шапошников Ю.А. в диссертационном исследовании [Шапошников Ю.А. Методология повышения экологической безопасности двигателей автотранспортных средств в условиях эксплуатации.: диссертация...доктора техн. наук: 05.22.10 / Ю.А. Шапошников. - Барнаул: ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», 2006 - 438 с] подразделяет до 280 наименований продуктов пиролиза углеводородного топлива, включая продукты реакций цепочно-теплового взрыва - пиролиза и синтеза (полициклические ароматические углеводороды, альдегиды, фенолы). Ранее весь этот токсичный углеводородный комплекс определяли как «углеводороды в пересчете на гексан». Экологи, в частности Другов Ю.С., подразделяют 69 экологически опасных соединений, имеющих отношение к продуктам сгорания топлива в двигателях. [Другов Ю.С. Методы анализа загрязнения воздуха / Ю.С. Другов [и др.]. - М.: Химия, 1984. - 384 с.]. В настоящее время гигиенические нормы требуют раздельного определения каждого из компонентов, учитывая их высший класс опасности (таблица 1).Shaposhnikov Yu.A. in the dissertation research [Shaposhnikov Yu.A. A methodology to improve the environmental safety of motor vehicles in operating conditions .: the dissertation ... doctors tehn. Sciences: 05.22.10 / Yu.A. Shaposhnikov. - Barnaul: GOU VPO Altai State Technical University named after I.I. Polzunova ”, 2006 - 438 s] subdivides up to 280 names of products of hydrocarbon fuel pyrolysis, including products of chain thermal explosion reactions - pyrolysis and synthesis (polycyclic aromatic hydrocarbons, aldehydes, phenols). Previously, this entire toxic hydrocarbon complex was defined as “hydrocarbons in terms of hexane”. Environmentalists, in particular Drugov Yu.S., subdivide 69 environmentally hazardous compounds related to the products of fuel combustion in engines. [Drugov Yu.S. Methods of analysis of air pollution / Yu.S. Friend [et al.]. - M .: Chemistry, 1984. - 384 p.]. Currently, hygiene standards require a separate definition of each of the components, taking into account their highest hazard class (table 1).

Таблица 1 - Сводные данные по номенклатуре, предельным содержаниям вредных веществ (ВВ) в воздухе рабочей зоны (мг/м3) и нормы выброса ВВ с ОТ дизелей (г/кВт·ч)Table 1 - Summary data on the nomenclature, maximum content of harmful substances (EXPLOSIVES) in the air of the working area (mg / m 3 ) and emission standards for explosives with diesel engines (g / kW · h)

Figure 00000001
Figure 00000001

Общий уровень технического развитияGeneral level of technical development

Большинство американских компаний, производящих автомобили, для снижения токсичности автомобильного выхлопа, используя реакцию окисления СО до СO2, отдают предпочтение холодным каталитическим процессам с использованием катализаторов на основе благородных металлов (например, патент US №3607133 МКИ B01J 9/06). Причем установлено, что введение в катализатор металлического палладия приводит к практически полному окислению СО при температурах 30-80°C при объемной скорости реакции 6·103 ч-1. Причем палладий по активности уступает платине почти в десять раз (цит. по Мелик-Ахназарову Т.Х. и др., 1988).To reduce the toxicity of automobile exhaust, the majority of American automobile manufacturing companies, using the reaction of oxidation of CO to CO 2 , prefer cold catalytic processes using noble metal catalysts (for example, US patent No. 3607133 MKI B01J 9/06). Moreover, it was found that the introduction of metallic palladium into the catalyst leads to almost complete oxidation of CO at temperatures of 30-80 ° C at a reaction volume rate of 6 · 10 3 h -1 . Moreover, palladium in activity is inferior to platinum almost ten times (cited by T. Melik-Akhnazarov and others, 1988).

При анализе современной патентной литературы нами установлено, что направление мирового технического развития каталитической очистки отходит от нейтрализации только СО в ОГ ДВС, при этом учтено, что эффективности процесса катализа мешают отложения на поверхность пленки нейтрализатора сажи, аэрозолей масел и топлива, способные вызвать отравление катализаторов. Это привело к установлению перед нейтрализаторами сажевых фильтров и фильтров грубой очистки (патенты RU №2164442, №2017988, №2187663, №2297544).In the analysis of modern patent literature, we found that the direction of world technical development of catalytic treatment deviates from the neutralization of only CO in the exhaust gas of the internal combustion engine, while it was taken into account that the efficiency of the catalysis process is prevented by the deposition of soot, aerosol oils and fuels on the film surface, which can cause poisoning of catalysts. This led to the installation of soot filters and coarse filters in front of the catalysts (patents RU No. 2164442, No. 2017988, No. 2187663, No. 2297544).

В частности, в ФРГ разработаны способ и устройство для очистки газов от частиц сажи с применением электрофильтров (МКИ В03С 3/14 заявки ФРГ №3314170 «Способ и аппаратура для очистки газов от частиц сажи», №3314168 «Способ и аппаратура для очистки газов от частиц сажи», №3323926 «Устройство для очистки газов»). При этом устройство монтируют в дизельных транспортных средствах после глушителя. Причем на положительный электрод, выполненный, в том числе в виде лент или металлической стружки, подают напряжение до 10 кВ. В процессе очистки мелкие частицы оседают на электродах, агломеризируют в более крупные, после чего могут легко выводиться из газового потока. Для очистки от сажи выхлопных газов дизелей предложено применять электрофильтр производительностью 10 тыс. м3/час с осадительными С-образными и коронирующими ленточно-зубчатыми электродами. Необходимая степень очистки при скорости газа 0,6 м3/с соответствует электрическому сопротивлению агломерированного слоя сажи, равному 107 Ом·м. Удаление накопленного слоя сажи производится простым встряхиванием. (Голосов М.А., Санаев Ю.И. Исследование электрической очистки выхлопных газов двигателей. // Промышленная и санитарная очистка газов, М.: 1985, №2, с. 10). Главным достоинством метода является факт, что из потока отработавших газов дизельных двигателей удаляются наиболее опасные респирабельные частицы сажи с размерами менее 2 мкм.In particular, the Federal Republic of Germany has developed a method and apparatus for cleaning gases from soot particles using electrostatic precipitators (MKI V03C 3/14 of the Federal Republic of Germany application No. 3314170 “Method and apparatus for cleaning gases from soot particles”, No. 3314168 “Method and apparatus for cleaning gases from soot particles ", No. 33393926" Device for cleaning gases "). In this case, the device is mounted in diesel vehicles after the muffler. Moreover, the positive electrode, made, including in the form of tapes or metal chips, is supplied with voltage up to 10 kV. During the cleaning process, small particles settle on the electrodes, agglomerate into larger ones, after which they can easily be removed from the gas stream. To clean the soot from exhaust gas of diesel engines is proposed to use an electrostatic capacity of 10 thousand. M 3 / h with precipitation C-shaped and jagged-belt corona electrodes. The required degree of purification at a gas velocity of 0.6 m 3 / s corresponds to the electrical resistance of the agglomerated soot layer equal to 10 7 Ohm · m. Removing the accumulated soot layer is done by simple shaking. (Golosov MA, Sanaev Yu.I. Research of electric cleaning of exhaust gases of engines. // Industrial and sanitary cleaning of gases, M .: 1985, No. 2, p. 10). The main advantage of the method is the fact that the most dangerous respirable soot particles with sizes less than 2 microns are removed from the exhaust stream of diesel engines.

Известен способ каталитической очистки NO2-содержащих отработавших газов дизельных двигателей, основанных на восстановлении окислов азота до азота, путем добавки в газовую смесь аммиака, с последующим пропусканием газов через катализатор на носителе (заявка ФРГ №Р3407291.8 МКИ В01D 53/36, F01N 3/20).A known method for the catalytic purification of NO 2 -containing exhaust gases of diesel engines based on the reduction of nitrogen oxides to nitrogen by adding ammonia to the gas mixture, followed by passing gases through the catalyst on a carrier (application Germany No. P3407291.8 MKI B01D 53/36, F01N 3/20).

Фокин Д.В. (Система питания бензинового двигателя / личная страница сайт Фокина. - Режим доступа: http://www.dvfokin.narod.ru/auto_ych/Benzin/Benzin_abgas_katalitic.htm. - 11.06.2014) рассматривает катализатор из родия как раскислитель оксида азота в азот и двуокись углерода посредством контакта с оксидом углерода.Fokin D.V. (Gasoline engine power supply system / Fokin website personal page. - Access mode: http://www.dvfokin.narod.ru/auto_ych/Benzin/Benzin_abgas_katalitic.htm. - June 11, 2014) considers the catalyst from rhodium as a deoxidizer of nitric oxide to nitrogen and carbon dioxide by contact with carbon monoxide.

Известен метод высокотемпературной окислительной нейтрализации суммы окислов азота и оксида углерода состава ОГ ДВС, при котором нейтрализуются обе вредные составляющие дизельного выхлопа: CO+NO→0,5N2+CO2. Процесс протекает при многократном избытке воздуха и при температуре свыше 1000°C или при использовании катализаторов с галоидами алюминия, меди, хрома, марганца и кобальта (патент Японии №58-49436).The known method of high-temperature oxidative neutralization of the sum of nitrogen oxides and carbon monoxide in the composition of the exhaust gas of the internal combustion engine, in which both harmful components of the diesel exhaust are neutralized: CO + NO → 0.5N 2 + CO 2 . The process proceeds with a multiple excess of air and at temperatures above 1000 ° C or when using catalysts with halides of aluminum, copper, chromium, manganese and cobalt (Japanese patent No. 58-49436).

Существенными дополнительными признаками нейтрализаторов заявляют приспособления для подачи в нейтрализатор дополнительного воздуха, обеспечивающего полноту окисления токсикантов ОГ ДВС (например, патенты RU №2159344, №2263794, №2239706, №2125168; патент SU №1809133; патент DE №2212929; патент GB №1418912), или впрыск дополнительной жидкости, водорода или углеводородов в нейтрализатор для оптимизации процесса (патенты RU №2187663, 2125168; патент SU №1000563; патент US №5292704).Essential additional features of the neutralizers are devices for supplying additional air to the neutralizer, which ensures the complete oxidation of the toxicants of exhaust gases of the internal combustion engine (for example, RU RU No. 2159344, No. 2263794, No. 2239706, No. 2125168; SU patent No. 1809133; DE patent No. 2212929; GB patent No. 1418912 ), or the injection of additional liquid, hydrogen or hydrocarbons into the catalyst to optimize the process (patents RU No. 2187663, 2125168; SU patent No. 1000563; US patent No. 5292704).

При этом чаще используют электрический нагрев катализатора, например, патенты RU №№2125168, 2175074, 2022127, 2159344; патент SU 1809133; патент D 2212929; патенты ЕР №№0638710; 0485179; патенты US №4059676, №4877592.In this case, more often use electric heating of the catalyst, for example, patents RU No. 215168, 2175074, 2022127, 2159344; patent SU 1809133; Patent D 2212929; EP patents No. 0638710; 0485179; US patent No. 4059676, No. 4877592.

АналогиAnalogs

Ближайшими аналогами заявляемого технического решения следует считать следующие.The closest analogues of the proposed technical solution should be considered as follows.

1. «Комбинированная система нейтрализации отработавших газов дизельного двигателя», содержащая каталитический нейтрализатор с впускным и выпускным трубопроводами, жидкостный нейтрализатор, имеющий управляющую заслонку, распылитель жидкости, ведущий и ведомый винты, при этом по периметру корпуса нейтрализатора установлен сажеуловитель (патент RU №2187663 F01N 3/08, опубл. 20.02.2002. Авторы Медведев Ю.С. и др. Патентообладатель: Ивановский военный автомобильный институт).1. "Combined exhaust gas aftertreatment system of a diesel engine" containing a catalytic converter with intake and exhaust pipelines, a liquid catalyst having a control damper, a liquid atomizer, lead and driven screws, with a soot trap installed around the perimeter of the converter body (patent RU No. 2187663 F01N 3/08, published February 20, 2002. Authors: Medvedev Yu.S. et al. Patentee: Ivanovo Military Automobile Institute).

Недостатком устройства является необходимость длительной периодической высокотемпературной регенерации нейтрализатора, который закоксовывается в процессе эксплуатации.The disadvantage of this device is the need for long-term periodic high-temperature regeneration of the converter, which is coked during operation.

2. «Нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания транспортного средства», содержащий корпус с входным и выходным патрубками, каналом подачи воздуха, блок установленных последовательно друг за другом пластин, поверхности которых покрыты слоем каталитически активных веществ, причем пластины размещены в корпусе между входным и выходным патрубками, а также нагревательное устройство, имеющее емкостный накопитель энергии, который применяется для разогрева нагревательного устройства и затем отключается посредством термодатчика и транзистора (а.с. СССР №1809133 F01N 3/02 БИ №14 1993).2. “An exhaust gas neutralizer of a vehicle’s internal combustion engine”, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, an air supply channel, a block of plates mounted sequentially one after another, the surfaces of which are coated with a layer of catalytically active substances, the plates being placed in the housing between the input and output pipes, as well as a heating device having a capacitive energy storage device, which is used to heat the heating device and then turned off by odatchika and transistor (AS USSR №1809133 F01N 3/02 Bee №14 1993).

Недостатком устройства является высокое аэродинамическое сопротивление потоку ОГ ДВС, что отрицательно влияет на КПД ДВС.The disadvantage of this device is the high aerodynamic resistance to the exhaust gas flow of the internal combustion engine, which negatively affects the efficiency of the internal combustion engine.

3. В аналитической химии известен тип реакции «метанирования оксида углерода», при которой оксид углерода переходит в метан при температуре 325°C при контакте с катализатором в виде мелконарезанной нихромовой проволоки Н20Х80, предварительно обработанной при 1000°C. Реакция описана и применяется при хроматографическом анализе содержания оксида углерода в пробах газов (Кедик Л.М., Новиков И.С. «Использование метода газовой хроматографии для определения СО в воздухе» // Гигиена и санитария, 1984, №4, с. 45-46). Ранее Дмитриев М.Т. и Колесников Г.М. (1980) показали возможность метанирования СО уже при 270°C на никелевом катализаторе (10% раствором азотнокислого никеля пропитывали хромосорбент Ρ зернистостью 60-80 мм) (Дмитриев М.Г., Колесников Г.М. «О газохроматографическом определении СО в атмосферном воздухе» // Гигиена и санитария, 1980, №3, 53-54). Теоретические аспекты реакции метанирования оксида углерода детально рассмотрены современными химиками [http://e-him.ru/?page=dynamic&section=53&article=682]. При этом известно, что нихромовые структуры при достижении «температуры каталитического зажигания» около 325°C, после которой реакция нейтрализации носит «цепочный или объемный характер» с прогрессивным падением температуры газовой смеси [Барелко В.В., Володин Ю.Е. // Докл. АН СССР. - 1973. - т. 2, №6. - с. 1373].3. In analytical chemistry, the type of “carbon monoxide methanation” reaction is known, in which carbon monoxide is converted to methane at a temperature of 325 ° C in contact with a catalyst in the form of finely chopped N20X80 nichrome wire pretreated at 1000 ° C. The reaction is described and used in the chromatographic analysis of the content of carbon monoxide in gas samples (Kedik L.M., Novikov I.S. “Using the gas chromatography method for determination of CO in air” // Hygiene and Sanitation, 1984, No. 4, p. 45 -46). Earlier Dmitriev M.T. and Kolesnikov G.M. (1980) showed the possibility of CO methanation already at 270 ° C on a nickel catalyst (chromosorbent Ρ 60-80 mm grit was impregnated with 10% nickel nitrate solution) (Dmitriev MG, Kolesnikov GM “On gas chromatographic determination of CO in atmospheric air "// Hygiene and sanitation, 1980, No. 3, 53-54). The theoretical aspects of the carbon monoxide methanation reaction are examined in detail by modern chemists [http://e-him.ru/?page=dynamic&section=53&article=682]. It is known that nichrome structures when the “catalytic ignition temperature” reaches about 325 ° C, after which the neutralization reaction is “chain or volumetric” with a progressive decrease in the temperature of the gas mixture [Barelko V.V., Volodin Yu.E. // Dokl. USSR Academy of Sciences. - 1973. - t. 2, No. 6. - from. 1373].

Однако реакция метанирования СО как способ нейтрализации ОГ ДВС в автомобилестроении не применялась.However, the CO methanation reaction as a way to neutralize the engine exhaust gas in the automotive industry was not used.

Наиболее близким техническим решением, принятым нами в качестве прототипа, является «Способ очистки выхлопных газов ДВС и устройство для его реализации», заключающийся в электрическом нагреве каталитически активного элемента, выполненного в виде сетки или спирали из неблагородного металла, например железа, никеля, легированного по поверхности катализатором, например палладием, платиной, с одновременной подачей дополнительного воздуха, необходимого для реализации процессов окисления оксида углерода на катализаторе. При этом сетки или спирали натянуты поперек потока выхлопных газов, причем нагрев катализатора осуществляют в режиме постоянного сопротивления, а устройство содержит терморегулятор (Пат. №2159344 Российская Федерация, МПК7 F02В 75/10. Способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания / Машкинов Л.Б.; заявитель и патентообладатель Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН. - №99113298/06; заявл. 21.06.99; опубл. 20.11.00. URL: http://www1.fips.ru/flps_servl/fips_servlet - Дата обращения: 11.06.2014).The closest technical solution that we adopted as a prototype is the “Method for cleaning the exhaust gases of an internal combustion engine and a device for its implementation”, which consists in electrically heating a catalytically active element made in the form of a mesh or spiral of a base metal, such as iron, nickel alloyed with the surface of the catalyst, for example palladium, platinum, while supplying additional air necessary for the implementation of the oxidation of carbon monoxide on the catalyst. In this case a mesh or a spiral are stretched across the exhaust gas stream, the catalyst heating is carried out in a constant resistance, and the device comprises a thermostat (Pat. №2159344 Russian Federation, IPC7 F02V 75/10. A method for purification of exhaust gases from an internal combustion engine / Mashkina L. B .; applicant and patent holder Institute for Structural Macrokinetics and Problems of Materials Science of the Russian Academy of Sciences - No. 99113298/06; application no. 21.06.99; publ. 20.11.00. URL: http://www1.fips.ru/flps_servl/fips_servlet - Date of application : 06/11/2014).

Недостатком данного технического решения является необходимость подачи дополнительного воздуха в корпус нейтрализатора.The disadvantage of this technical solution is the need to supply additional air to the converter housing.

Целью заявляемого технического решения является снижение токсичности отработавших газов двигателя внутреннего сгорания большегрузных автомобилей, работающих в карьерах или в замкнутых пространствах с высокими требованиями к чистоте воздуха рабочей зоны.The aim of the proposed technical solution is to reduce the toxicity of the exhaust gases of the internal combustion engine of heavy vehicles operating in quarries or in confined spaces with high requirements for clean air in the working area.

Поставленная цель достигается способом очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, заключающимся в электрическом нагреве каталитически активного элемента, выполненного из проволочной сетки или спирали из неблагородного металла, нагрев которой осуществляют в режиме постоянства сопротивления, согласно изобретению выхлопные газы очищают использованием реакции метанирования оксида углерода и восстановления окислов азота в восстановительной атмосфере камеры нейтрализатора, причем отходящие газы после очистки охлаждают с использованием термоэлектрических эффектов.This goal is achieved by a method of purification of exhaust gases of an internal combustion engine, which consists in electrically heating a catalytically active element made of wire mesh or a coil of base metal, the heating of which is carried out in a constant resistance mode, according to the invention, the exhaust gases are purified using the reaction of carbon monoxide methanation and reduction of oxides nitrogen in the reducing atmosphere of the catalyst chamber, and the exhaust gases are cooled after cleaning the use of thermoelectric effects.

При этом устройство для реализации способа, выполненное в виде камеры нейтрализатора, в которой электронагреваемые сетки или спирали каталитического элемента, натянутые в несколько рядов поперек потока выхлопных газов и взаимосвязаны с терморегулятором, согласно изобретению сетки или спирали каталитического элемента выполнены из хромоникелевого сплава, камера нейтрализатора оснащена ресивером с сажевым фильтром кассетного типа, термоэлектрическим устройством охлаждения потока отходящих газов, и сигнализатором уровня опасных концентраций токсичных веществ состава выхлопных газов, при этом термоэлектрическое устройство охлаждения потока отходящих газов электрообеспечено термоэлектрическим генератором, расположенным внутри камеры нейтрализатора.Moreover, the device for implementing the method, made in the form of a converter chamber, in which the electrically heated grids or spirals of the catalytic element are stretched in several rows across the exhaust gas flow and are interconnected with the temperature regulator, according to the invention, the grids or spirals of the catalytic element are made of a nickel-chromium alloy, the converter chamber is equipped with a receiver with a particulate filter of a cassette type, a thermoelectric device for cooling the exhaust gas stream, and a level warning device centration of toxic substances in the composition of the exhaust gases, while the thermoelectric device for cooling the exhaust gas stream is electrically provided with a thermoelectric generator located inside the converter chamber.

Устройство очистки выхлопных газов двигателя внутреннего для осуществления заявляемого способа представлено на фиг. 1.The exhaust gas purification device of the internal engine for implementing the inventive method is shown in FIG. one.

Устройство, реализующее заявляемый способ, содержит: патрубок 1 выхлопных газов автомобиля, ресивер 2; сажевый фильтр 3; камеру нейтрализатора 4, электронагреваемые сетки или спирали каталитического элемента 5, терморегулятор 6, термопару 7; панели термоэлектрического генератора 8; панели термоэлектрического холодильника 9; газоанализатор 10; сигнализатор 11 обнаружения опасных концентраций любого компонента; механизм 12 смены сажевого фильтра 3.A device that implements the inventive method comprises: a pipe 1 of an exhaust gas of a vehicle, a receiver 2; diesel particulate filter 3; converter chamber 4, electrically heated grids or coils of the catalytic element 5, temperature regulator 6, thermocouple 7; panel thermoelectric generator 8; thermoelectric refrigerator panels 9; gas analyzer 10; detector 11 for detecting hazardous concentrations of any component; particulate filter change mechanism 12 3.

Способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом.The method of purification of exhaust gases of an internal combustion engine is as follows.

Поток выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания из патрубка 1 выхлопных газов автомобиля поступает в ресивер 2 и через сажевый фильтр 3 кассетного типа направляют в камеру нейтрализатора 4, в которой выхлопные газы контактируют с каталитическими элементами 5, нити которых выполнены из хромоникелевого сплава, электронагреваемыми терморегулятором 6, причем температуру в объеме камеры нейтрализатора 4 контролируют термопарой 7, взаимосвязанной с терморегулятором 6; при этом в камере нейтрализатора 4 выхлопные газы нагревают панели термоэлектрического генератора 8, электрообеспечивающего панели термоэлектрического холодильника 9, охлаждающего поток газов, отходящих из камеры нейтрализатора 4; при этом поток отходящих газов подвергают анализу газоанализатором 10 на концентрацию оксида углерода, окислов азота и гидрокарбонов (углеводородов), причем газоанализатор 10, оснащенный сигнализатором 11 обнаружения опасных концентраций любого компонента (свыше 30 ПДК рабочей зоны), подает сигнал тревоги, который инициирует механизм 12 смены сажевого фильтра 3. По сигналу тревоги водитель АТС производит смену кассеты сажевого фильтра 3 и проверяет сохранность цепи источника питания терморегулятора 6, обеспечивающего работу термокаталитического нейтрализатора.The exhaust gas stream of the internal combustion engine from the exhaust pipe 1 of the vehicle enters the receiver 2 and through the particulate filter 3 of the cassette type is sent to the catalyst chamber 4, in which the exhaust gases are in contact with the catalytic elements 5, the filaments of which are made of a nickel-chromium alloy, electrically heated by thermostat 6, moreover, the temperature in the volume of the chamber of the Converter 4 is controlled by a thermocouple 7, interconnected with a thermostat 6; while in the chamber of the converter 4, the exhaust gases heat the panels of the thermoelectric generator 8, the electrical panels of the thermoelectric refrigerator 9, cooling the flow of gases exhausting from the chamber of the converter 4; the exhaust gas stream is subjected to analysis by the gas analyzer 10 for the concentration of carbon monoxide, nitrogen oxides and hydrocarbons (hydrocarbons), and the gas analyzer 10, equipped with an alarm 11 for detecting hazardous concentrations of any component (more than 30 MPC of the working area), gives an alarm that triggers the mechanism 12 change of the particulate filter 3. Upon an alarm, the ATC driver changes the cartridge of the particulate filter 3 and checks the integrity of the power supply circuit of the thermostat 6, which ensures thermocatalytic operation neutralizer.

Конструктивные решенияConstructive decisions

Поток ОГ ДВС резко теряет скорость, попадая из патрубка 1 в ресивер 2, в силу многократной разницы диаметров патрубка 1 и диаметра ресивера 2, что приводит к завихрению потока и оседанию на стенках внутренней поверхности ресивера 2 твердых частиц, капель воды и аэрозолей продуктов пиролиза углеводородов. Для удаления накопленных конденсированных частиц в нижней части ресивера 2 предусмотрено выпускное отверстие с замыкателем кранового или поплавкового типов. Таким образом, ресивер 2 выполняет функции фильтра грубой очистки, тогда как взвешенные сажевые и аэрозольные частицы блокируются сетчатым каплеотделителем, установленным на выходе в верхней части ресивера 2.The exhaust gas flow of the internal combustion engine dramatically loses speed when it enters from receiver 1 to receiver 2 due to the multiple difference in the diameters of pipe 1 and receiver 2, which leads to swirling of the stream and sedimentation of solid particles, water droplets and aerosols of hydrocarbon pyrolysis products on the walls of the receiver 2 . To remove accumulated condensed particles in the lower part of the receiver 2 provides an outlet with a tap or float type closure. Thus, the receiver 2 functions as a coarse filter, while the suspended soot and aerosol particles are blocked by a mesh droplet separator installed at the outlet at the top of the receiver 2.

Более тонкая очистка от дисперсных частиц сажи и аэрозолей потока газов производится при прохождении ОГ ДВС через один из сажевых фильтров 3, входное отверстие которого в данный момент совпадает с выходным отверстием в верхней части ресивера 2. Предусмотрены возможности использования кассетной формы носителя сажевых фильтров 3 или барабанная револьверного типа, позволяющая менять использованный сажевый фильтр 3 поворотным механизмом 12 вручную или дистанционным импульсом из кабины водителя.Finer cleaning of dispersed soot particles and aerosols of the gas flow is performed when the exhaust gas engine passes through one of the particulate filters 3, the inlet of which at the moment coincides with the outlet in the upper part of the receiver 2. It is possible to use the cartridge form of the particulate filter 3 or drum turret type, allowing you to change the used particulate filter 3 by a rotary mechanism 12 manually or by a remote pulse from the driver's cab.

Для энергообеспечения каталитических хромоникелевых спиралей 5 предусмотрено использование устройства отбора мощности от вала двигателя, а при использовании нагреваемых хромоникелевых нитей предпочтение отдали дополнительному блоку аккумуляторов.For energy supply of catalytic chromium-nickel spirals 5, it is provided to use a power take-off device from the engine shaft, and when using heated nickel-chromium filaments, preference was given to an additional battery pack.

Охлаждение потока газов, отходящих из камеры 4 нейтрализатора необходимо как средство предупреждения взрыва пылевого облака или взрывоопасных газов, всегда присутствующих в атмосфере штреков шахт. В заявляемом техническом решении отдано предпочтение использованию термоэлектрического генератора 8 со среднетемпературными панелями, электрообеспечивающими панели термоэлектрического холодильника 9, так как эксплуатация фреоновых или аммиачных холодильников сопряжена с опасностью утечек токсичных хладагентов. При этом экономически целесообразным сочли использование вторичного теплового энергоресурса (температура газов перед выходом из камеры нейтрализатора достигает 700°C).Cooling the flow of gases leaving the chamber 4 of the Converter is necessary as a means of preventing the explosion of a dust cloud or explosive gases, always present in the atmosphere of mine drifts. In the claimed technical solution, preference is given to using a thermoelectric generator 8 with medium temperature panels that provide electrical panels for a thermoelectric refrigerator 9, since the operation of freon or ammonia refrigerators is associated with the risk of leakage of toxic refrigerants. At the same time, it was considered economically feasible to use a secondary heat energy source (the temperature of the gases before leaving the converter chamber reaches 700 ° C).

Тревожный сигнал 11 инициирует процессор, взаимосвязанный с газоанализатором 10 по принципу работы формального нейрона с обратной связью, при фиксировании концентрации, превышающей 30 ПДК рабочей зоны любого из анализируемых элементов, которые заложены в блок сравнения процессора. На автомобилях с отсутствием «электронной системы управления работой ДВС» помимо звукового сигнала сирены, предусмотрен вариант зажигания тревожной лампочки на панели управления автомобилем. Сигнал тревоги 11 свидетельствует о нештатной ситуации в работе каталитического нейтрализатора в силу: а) блокады потока ОГ ДВС (забился сажевый фильтр); б) повреждения цепи электрообеспечения терморегулятора 6. Для устранения неполадки водитель АТС должен осуществить смену кассеты сажевого фильтра 3, опорожнить ресивер 2 от избыточного накопления жидкостных фракций ОГ ДВС и проверить сохранность цепи источника питания терморегулятора 6, обеспечивающего работу термокаталитического нейтрализатора.An alarm signal 11 initiates a processor interconnected with a gas analyzer 10 according to the principle of operation of a formal neuron with feedback, with a concentration exceeding 30 MAC of the working area of any of the analyzed elements that are embedded in the processor comparison unit. On cars with the lack of an “electronic engine management system”, in addition to the sound of the siren, there is an option to light an alarm lamp on the car control panel. Alarm 11 indicates an abnormal situation in the operation of the catalytic converter due to: a) blockade of the exhaust gas flow of the internal combustion engine (particulate filter clogged); b) damage to the power supply circuit of the temperature regulator 6. To fix the problem, the ATC driver must change the particulate filter cartridge 3, empty the receiver 2 from excessive accumulation of liquid fractions of the exhaust gas of the internal combustion engine and check the integrity of the power supply circuit of the temperature regulator 6, which ensures the operation of the thermocatalytic converter.

Пример конкретного примененияCase Study

Заявляемый способ был испытан на экспериментальной установке макета промышленного образца. При этом для очистки использовали ОГ ДВС бензинового двигателя (ЗИЛ-130 1980 г выпуска с пробегом 350 тыс. км.). Температуру газов, отходящих из камеры нейтрализатора, на входе в газоанализатор поддерживали охлаждением до температуры не свыше 40°C.The inventive method was tested on an experimental installation of a prototype industrial design. In this case, the exhaust gas of the internal combustion engine of a gasoline engine was used for cleaning (ZIL-130 of 1980 with a mileage of 350 thousand km.). The temperature of the gases leaving the neutralizer chamber at the inlet of the gas analyzer was maintained by cooling to a temperature not exceeding 40 ° C.

Конструктивные замечанияConstructive comments

Камера нейтрализатора расположена горизонтально и выполнена цилиндрической формы размерами длиной 500 мм, диаметром 200 мм (объемом 16 л), при заваренных торцевых концах, имеющих отверстия для входа и выхода газового потока, причем наружная поверхность камеры термоизолирована, а отверстия с боковой стороны камеры с проходящими в них каналами для хромоникелевых спиралей (Н20Х80) и термопары герметизированы. При этом пробоотборный зонд средства измерения, имеющий протяженность 300 мм и диаметр 15 мм, размещен по центру канала отведения газового потока из камеры нейтрализатора и не затрудняет отведения обработанных газов. Количество одновременно работающих каталитических спиралей, обеспечивающих нужную температуру внутри полости камеры нейтрализатора, варьировало от двух до трех, мощностью до 3000 Вт.The converter chamber is horizontal and cylindrical in shape with dimensions of 500 mm in length, 200 mm in diameter (16 l in volume), with welded end ends having gas inlet and outlet openings, the outer surface of the chamber being thermally insulated and the openings on the side of the chamber with passing in them channels for chromium-nickel spirals (H20X80) and thermocouples are sealed. At the same time, a sampling probe of a measuring instrument having a length of 300 mm and a diameter of 15 mm is located in the center of the channel for removing the gas stream from the neutralizer chamber and does not complicate the removal of the treated gases. The number of simultaneously operating catalytic coils providing the desired temperature inside the cavity of the catalyst chamber varied from two to three, with a power of up to 3000 watts.

В эксперименте сажевый фильтр был представлен кассетами, в которых между двумя слоями металлических фиксирующих сеток были размещены по пять фильтров Петрянова (ФПП) дискообразной формы (диаметром 50 мм) с минимальным аэродинамическим сопротивлением (0,1 мм рт.ст.). Массу и состав осадка на фильтрах после эксперимента определяли гравиметрическим методом и химико-аналитическими методами после экстрагирования бензолом.In the experiment, the particulate filter was represented by cassettes, in which five disk-shaped Petryanov filters (FPPs) (50 mm in diameter) with a minimum aerodynamic drag (0.1 mm Hg) were placed between two layers of metal fixing grids. The mass and composition of the filter cake after the experiment were determined by the gravimetric method and chemical-analytical methods after extraction with benzene.

Анализ состава ОГ ДВС до и после камеры нейтрализатора контролировали с применением аналитической системы «ИНФРАКАР 5М2Т. 02 заводской номер 613», позволяющей ежесекундно определять концентрации СО, NO, СO2, O2 и СН (суммарно).An analysis of the exhaust gas composition of the internal combustion engine before and after the neutralizer chamber was controlled using the INFRAKAR 5M2T analytical system. 02 serial number 613 ", which allows to determine the concentrations of CO, NO, CO 2 , O 2 and CH (every time) every second.

Концентрации ингредиентов состава ОГ ДВС до поступления в камеру нейтрализатора и после каталитической очистки приведены в таблицах 2-4. Зависимости концентраций СО, NO, СO2, O2 и СН (суммарно) состава ОГ ДВС от температуры в камере нейтрализатора представлены на фиг. 2-6.The concentration of the ingredients of the exhaust gas of the internal combustion engine before entering into the chamber of the catalyst and after catalytic purification are shown in tables 2-4. The dependences of the concentrations of CO, NO, CO 2 , O 2 and CH (total) of the exhaust gas composition of the internal combustion engine on the temperature in the converter chamber are shown in FIG. 2-6.

Figure 00000002
Figure 00000002

Оценку эффективности очистки ОГ ДВС приводим с температуры начала работы катализаторов (300°C), так как при температурах от 20 до 250°C режимы работы нейтрализатора были нестабильными (таблица 3).We evaluate the efficiency of the exhaust gas treatment of internal combustion engines from the temperature at which the catalysts began to operate (300 ° C), since at temperatures from 20 to 250 ° C the operation modes of the converter were unstable (table 3).

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Очистка ОГ ДВС от оксида углеродаPurification of exhaust gas engine from carbon monoxide

Результаты эксперимента подтверждают факт, что каталитические реакции протекают при температурах выше «температуры зажигания» катализатора. В наших экспериментах очистка ОГ ДВС от оксида углерода на нихромовых нейтрализаторах протекает при температурах свыше 300°C. В связи с этим анализ тенденций изменения концентраций оксида углерода приведен при температурах свыше 300°C (фиг. 2).The experimental results confirm the fact that catalytic reactions proceed at temperatures above the “ignition temperature” of the catalyst. In our experiments, the purification of exhaust gas from internal combustion engines from carbon monoxide on nichrome converters proceeds at temperatures above 300 ° C. In this regard, the analysis of trends in carbon monoxide concentrations is shown at temperatures above 300 ° C (Fig. 2).

При этом наибольшая очистка обнаружена при температуре внутри камеры нейтрализатора 650°C. Более подробный анализ показал, что при скорости прокачки ОГ ДВС 50 дм3/мин и при емкости камеры нейтрализатора 16 дм3 эффективность очистки от оксида углерода достигает 9,25 мг/мин Вт, причем масса нейтрализованного оксида углерода мало зависела от площади спиралей в камере катализатора и достигала 3,0·10-1 мг/мин см. Этот факт имеет практическое значение, так как известно, что нихромовые структуры при достижении «температуры каталитического зажигания» около 325°C, после которой реакция нейтрализации носит «цепной или объемный характер» с прогрессивным падением температуры газовой смеси [Барелко В.В., Володин Ю.Е. // Докл. АН СССР. - 1973. - т. 2, №6. - с. 1373]. Этот факт позволяет существенно уменьшить площади контакта ОГ ДВС с катализатором при конструировании промышленного образца нейтрализатора.In this case, the greatest cleaning was detected at a temperature inside the chamber of the converter 650 ° C. A more detailed analysis showed that at an exhaust gas flow rate of ICE of 50 dm 3 / min and a neutralizer chamber capacity of 16 dm 3, the carbon monoxide removal efficiency reaches 9.25 mg / min W, and the mass of neutralized carbon monoxide depended little on the area of the spirals in the chamber catalyst and reached 3.0 · 10 -1 mg / min cm. This fact is of practical importance, since it is known that nichrome structures when reaching a "catalytic ignition temperature" of about 325 ° C, after which the neutralization reaction is "chain or volumetric »With prog a spring drop in the temperature of the gas mixture [Barelko VV, Volodin Yu.E. // Dokl. USSR Academy of Sciences. - 1973. - t. 2, No. 6. - from. 1373]. This fact allows us to significantly reduce the contact area of the exhaust gas of the internal combustion engine with the catalyst when designing an industrial converter model.

Справочно:For reference:

Температура воспламенения окиси углерода в смеси с воздухом равна 610°C, при пределах горючести в смеси с воздухом: нижнем от 12,5% и верхнем - не более 74,2% с учетом соотношения воздух/газ от 7,1 (нижний предел) до 0,34 (верхний предел). При этом температура воспламенения метана в смеси с воздухом равна 537°C с пределами горючести 5,0-15,0% и при соотношении воздух/газ от 19,0 до 5,65. (Е.И. Казанцев «Промышленные печи». М.: Металлургия, 1975, с. 189).The ignition temperature of carbon monoxide in a mixture with air is 610 ° C, with a combustibility range in a mixture with air: lower from 12.5% and upper - not more than 74.2%, taking into account the air / gas ratio from 7.1 (lower limit) up to 0.34 (upper limit). In this case, the ignition temperature of methane in a mixture with air is 537 ° C with a combustibility range of 5.0-15.0% and with an air / gas ratio of 19.0 to 5.65. (EI Kazantsev "Industrial furnaces". M: Metallurgy, 1975, p. 189).

Из данных нашего эксперимента следует, что процессы резкого снижения концентраций СО зарегистрированы задолго до нагрева катализатора до температуры вспышки окиси углерода (610°C) или метана (537°C), что позволяет склоняться к выводу о протекании каталитической реакции. Кроме того, сам факт нижнего предела горючести СО в 12,5% исключает возможность воспламенения смеси с концентрацией, примененной в опытах (не свыше 4,0%). На этом основании мы исключаем возможность огневого обезвреживания концентраций окиси углерода в условиях проведенного эксперимента. Зависимость очистки ОГ ДВС от оксида углерода при различных температурах можно описать уравнением y=582,2e-0,0031х.From the data of our experiment it follows that the processes of a sharp decrease in CO concentrations were recorded long before the catalyst was heated to a flash point of carbon monoxide (610 ° C) or methane (537 ° C), which allows us to conclude that a catalytic reaction proceeds. In addition, the very fact of a lower flammability limit of CO of 12.5% excludes the possibility of igniting the mixture with the concentration used in the experiments (not more than 4.0%). On this basis, we exclude the possibility of fire neutralization of carbon monoxide concentrations in the conditions of the experiment. The dependence of the purification of the internal combustion engine exhaust from carbon monoxide at various temperatures can be described by the equation y = 582.2e -0.0031x .

Очистка ОГ ДВС от окислов азота в восстановительной атмосфере.Purification of exhaust gas engine from nitrogen oxides in a reducing atmosphere.

Эксперимент показал (фиг. 3), что концентрации окислов азота (суммарно) в составе очищенных газов практически не определяются уже при температуре 650°C, что свидетельствует об эффективности процесса их восстановления на хромоникелевых нейтрализаторах при концентрации кислорода на уровне 1,8% (233 мг/м3), что соответствует характеристике «восстановительной атмосферы».The experiment showed (Fig. 3) that the concentrations of nitrogen oxides (in total) in the composition of the purified gases are practically not determined even at a temperature of 650 ° C, which indicates the efficiency of the process of their reduction on chromium-nickel neutralizers at an oxygen concentration of 1.8% (233 mg / m 3 ), which corresponds to the characteristic of the "reducing atmosphere".

Динамика изменения концентраций кислорода в процессе нарастания температуры при каталитической нейтрализации ОГ ДВС на хромоникелевых катализаторах показывает чередование процессов выделения и поглощения кислорода (фиг. 6). Процессы нарастания концентраций кислорода в реакторе, на наш взгляд, взаимосвязаны как с процессами термического разложения кислородосодержащих продуктов пиролиза бензина, так и с процессом восстановления окислов азота, что подтверждается процессом системного уменьшения концентраций окислов азота при температурах свыше 600°C (фиг. 3). Зависимость очистки ОГ ДВС от окислов азота при различных температурах можно описать уравнением y=-20,295Ln(x)+136,58.The dynamics of changes in oxygen concentrations in the process of temperature increase during the catalytic neutralization of exhaust gas of internal combustion engines on chromium-nickel catalysts shows the alternation of oxygen evolution and absorption (Fig. 6). The processes of increasing oxygen concentrations in the reactor, in our opinion, are interrelated both with the processes of thermal decomposition of oxygen-containing products of gasoline pyrolysis and with the process of reduction of nitrogen oxides, which is confirmed by the process of a systematic decrease in the concentration of nitrogen oxides at temperatures above 600 ° C (Fig. 3). The dependence of the purification of the internal combustion engine exhaust from nitrogen oxides at various temperatures can be described by the equation y = -20.295Ln (x) +136.58.

Таким образом, эксперимент подтверждает возможность очистки ОГ ДВС от окислов азота с использованием хромоникелевых катализаторов заявляемой конструкции в восстановительной атмосфере.Thus, the experiment confirms the possibility of purification of the exhaust gas of the internal combustion engine from nitrogen oxides using chromium-nickel catalysts of the claimed design in a reducing atmosphere.

Очистка ОГ ДВС от СН (суммы гидрокарбонов и продуктов пиролиза моторного топлива и масел).Purification of exhaust gas from internal combustion engines from SN (sum of hydrocarbons and pyrolysis products of motor fuels and oils).

Результаты эксперимента (фиг. 4) показали эффективность очистки ОГ ДВС от СН (комплекса гидрокарбонов) заявляемым способом уже при температуре внутри камеры нейтрализатора 550°С и достижение абсолютной очистки от СН при температуре 650°С. Зависимость очистки ОГ ДВС от гидрокарбонов при различных температурах можно описать уравнением y=-616,65Ln(x)+4111,7.The results of the experiment (Fig. 4) showed the efficiency of cleaning the exhaust gas of internal combustion engines from SN (hydrocarbon complex) by the claimed method even at a temperature inside the neutralizer chamber of 550 ° C and achieving absolute purification from SN at a temperature of 650 ° C. The dependence of the purification of exhaust gases from internal combustion engines from hydrocarbons at various temperatures can be described by the equation y = -616.65Ln (x) +4111.7.

Таким образом, заявленный способ оказался эффективным в очистке ОГ ДВС от наиболее токсичных компонентов: продуктов пиролиза моторных топлив и масел, являющихся токсикантами высшего класса опасности. Этот факт является дополнительным полезным эффектом заявляемого технического решения.Thus, the claimed method was effective in cleaning the exhaust gas of the internal combustion engine from the most toxic components: pyrolysis products of motor fuels and oils, which are toxicants of the highest hazard class. This fact is an additional useful effect of the claimed technical solution.

Использование заявленного технического решения по способу очистки выхлопных газов ДВС сопровождается резким снижением концентраций двуокиси углерода при температуре 550°С в отходящих газах, что исключает механизм их окисления до СO2. Однако динамика концентрации СO2 показывает сложность окислительно-восстановительных процессов при нейтрализации ОГ ДВС на хромоникелевом катализаторе в условиях восстановительной атмосферы (фиг. 5).The use of the claimed technical solution for the method of cleaning the exhaust gases of internal combustion engines is accompanied by a sharp decrease in the concentration of carbon dioxide at a temperature of 550 ° C in the exhaust gases, which excludes the mechanism of their oxidation to CO 2 . However, the dynamics of the concentration of CO 2 shows the complexity of the redox processes in neutralizing the exhaust gas of an internal combustion engine on a nickel chromium catalyst in a reducing atmosphere (Fig. 5).

Преобладание восстановительных процессов нейтрализации токсичных веществ состава ОГ ДВС над окислительными особенно наглядно по динамике нарастания концентраций кислорода на выходе из камеры нейтрализатора с 0,76% исходных до 11-18% O2 при температурах 700-800°С (фиг. 6). Восстановительный характер заявляемого способа особенно нагляден при анализе процессов восстановления окислов азота состава ОГ ДВС: уже при температуре 650°С окислов азота не обнаруживается (фиг. 3).The prevalence of the reduction processes of neutralization of toxic substances of the internal combustion engine ICs over the oxidizing ones is especially evident in the dynamics of increasing oxygen concentrations at the outlet of the neutralizer chamber from 0.76% of the initial to 11-18% O 2 at temperatures of 700-800 ° C (Fig. 6). The regenerative nature of the proposed method is especially evident in the analysis of the processes of reduction of nitrogen oxides of the composition of the exhaust gas of the internal combustion engine: no nitrogen oxides are detected even at a temperature of 650 ° C (Fig. 3).

Это позволяет считать заявленное техническое решение одним из возможных механизмов снижения степени влияния автотранспорта на экологические системы, объявленное Минприроды РФ (выступление министра Донских по ЦТ 01.07.2014) как направление «технико-экологической перестройки отечественной промышленности». Внедрение предполагаемого изобретения позволит отечественному автопрому избежать экологических штрафов, размер которых Правительство РФ предлагает увеличить в ближайшие годы в 25-100 раз. При этом использование заявленного технического решения на работах в закрытых объемах шахт и бункеров позволит избежать угрозы отравления персонала предприятий ОГ ДВС.This allows us to consider the claimed technical solution as one of the possible mechanisms to reduce the degree of influence of vehicles on environmental systems, announced by the Ministry of Natural Resources of the Russian Federation (speech of the Minister of Donskoy on central heating 07/01/2014) as the direction of "technical and environmental restructuring of domestic industry." The implementation of the proposed invention will allow the domestic auto industry to avoid environmental fines, the size of which the Government of the Russian Federation proposes to increase in the coming years by 25-100 times. At the same time, the use of the claimed technical solution for work in closed volumes of mines and bunkers will help to avoid the threat of poisoning of personnel of the exhaust gas engine enterprises.

Устройство для реализации способа не содержит драгметаллов, основано на комплексе известных принципов нейтрализации токсичных компонентов состава ОГ ДВС, но в новой ранее неизвестной совокупности приводит к получению нового технически достижимого и социально полезного эффекта.A device for implementing the method does not contain precious metals, based on a set of well-known principles of neutralizing the toxic components of the exhaust gas of an internal combustion engine, but in a new previously unknown aggregate it leads to a new technically achievable and socially useful effect.

Claims (2)

1. Способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в электрическом нагреве каталитически активного элемента, выполненного из проволочной сетки или спирали из неблагородного металла, нагрев которой осуществляют в режиме постоянства сопротивления, отличающийся тем, что выхлопные газы очищают использованием реакции метанирования оксида углерода и восстановления окислов азота в восстановительной атмосфере камеры нейтрализатора, причем отходящие газы после очистки охлаждают с использованием термоэлектрических эффектов.1. The method of purification of exhaust gases of an internal combustion engine, which consists in electrically heating a catalytically active element made of wire mesh or a coil of base metal, the heating of which is carried out in a constant-resistance mode, characterized in that the exhaust gases are purified using a carbon monoxide methanation reaction and reduction nitrogen oxides in the reducing atmosphere of the catalyst chamber, and the exhaust gases after cleaning are cooled using thermoelectric Sgiach effects. 2. Устройство для реализации способа, выполненное в виде камеры нейтрализатора, в которой электронагреваемые сетки или спирали каталитического элемента натянуты в несколько рядов поперек потока выхлопных газов и взаимосвязаны с терморегулятором, отличающееся тем, что сетки или спирали каталитического элемента выполнены из хромоникелевого сплава, камера нейтрализатора оснащена ресивером с сажевым фильтром, термоэлектрическим устройством охлаждения потока отходящих газов и сигнализатором уровня опасных концентраций токсичных веществ состава выхлопных газов, при этом термоэлектрическое устройство охлаждения потока отходящих газов электрообеспечено термоэлектрическим генератором, расположенным внутри камеры нейтрализатора. 2. A device for implementing the method, made in the form of a converter chamber, in which the electrically heated grids or spirals of the catalytic element are stretched in several rows across the exhaust gas flow and are interconnected with a temperature regulator, characterized in that the grids or spirals of the catalyst element are made of chromium-nickel alloy, the converter chamber equipped with a receiver with a particulate filter, a thermoelectric device for cooling the exhaust gas stream and an indicator of the level of dangerous concentrations of toxic substances in the composition of the exhaust gases, the thermoelectric cooling device flue gas stream elektroobespecheno thermoelectric generator located inside the neutralizer chamber.
RU2014129367/06A 2014-07-16 2014-07-16 Ice exhaust gas purification process and device to this end RU2563950C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014129367/06A RU2563950C1 (en) 2014-07-16 2014-07-16 Ice exhaust gas purification process and device to this end

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014129367/06A RU2563950C1 (en) 2014-07-16 2014-07-16 Ice exhaust gas purification process and device to this end

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2563950C1 true RU2563950C1 (en) 2015-09-27

Family

ID=54250887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014129367/06A RU2563950C1 (en) 2014-07-16 2014-07-16 Ice exhaust gas purification process and device to this end

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2563950C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752452C1 (en) * 2020-12-03 2021-07-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Thermocatalytic exhaust gas neutralizer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2100061C1 (en) * 1994-04-12 1997-12-27 Горловский арендный концерн "Стирол" Catalyst for removing nitrogen oxides from gases
RU2117169C1 (en) * 1997-02-25 1998-08-10 Республиканский инженерно-технический центр порошковой металлургии с НИИ проблем порошковой технологии и покрытий и опытным производством Catalytic waste gas neutralizer of internal combustion engine
RU2159344C1 (en) * 1999-06-21 2000-11-20 Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Method of cleaning exhaust gases of internal combustion engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2100061C1 (en) * 1994-04-12 1997-12-27 Горловский арендный концерн "Стирол" Catalyst for removing nitrogen oxides from gases
RU2117169C1 (en) * 1997-02-25 1998-08-10 Республиканский инженерно-технический центр порошковой металлургии с НИИ проблем порошковой технологии и покрытий и опытным производством Catalytic waste gas neutralizer of internal combustion engine
RU2159344C1 (en) * 1999-06-21 2000-11-20 Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Method of cleaning exhaust gases of internal combustion engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752452C1 (en) * 2020-12-03 2021-07-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Thermocatalytic exhaust gas neutralizer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wei Catalysis for motor vehicle emissions
Okubo et al. Total diesel emission control technology using ozone injection and plasma desorption
Vambol et al. Assessment of improvement of ecological safety of power plants by arranging the system of pollutant neutralization
Thomas et al. Non thermal plasma aftertreatment of particulates theoretical limits and impact on reactor design
US6294141B1 (en) Emission control
Van Setten et al. Science and technology of catalytic diesel particulate filters
Setiabudi et al. An optimal NOx assisted abatement of diesel soot in an advanced catalytic filter design
Amanatidis et al. Impact of selective catalytic reduction on exhaust particle formation over excess ammonia events
US6557340B1 (en) System and method for purifying exhaust gases
Jõgi et al. Plasma and catalyst for the oxidation of NOx
Erme et al. Metal oxides as catalysts and adsorbents in ozone oxidation of NO x
Babaie et al. Influence of non-thermal plasma after-treatment technology on diesel engine particulate matter composition and NO x concentration
Yao et al. A novel four-way plasma-catalytic approach for the after-treatment of diesel engine exhausts
Mehring et al. Selective catalytic reduction of NO x with ammonia over soot
RU2563950C1 (en) Ice exhaust gas purification process and device to this end
Sonthalia et al. Effect of electrostatic precipitator on exhaust emissions in biodiesel fuelled CI engine
Wongchang et al. Impact of high-voltage discharge after-treatment technology on diesel engine particulate matter composition and gaseous emissions
Okubo et al. Total diesel emission control system using ozone injection and plasma desorption
Ahmadinejad et al. Modelling of soot oxidation by NO2 in a diesel particulate filter
RU154120U1 (en) CAR EXHAUST NEUTRALIZER
Khacef et al. Plasma assisted catalyst for NOx remediation from lean gas exhaust
YASHNIK et al. Problems of the soot formation in exhausts of internal combustion engines. Soot abatement by oxidation on Cu-Containing ZSM-5 catalysts (Minireview)
Springer et al. Removal of exhaust particulate from a Mercedes 300D diesel car
Abitha Prevention of exhaust from gasoline and diesel engines
Hesketh et al. An Investigation of Emission Species over a Diesel Oxidation Catalyst Using Flow Reversal Strategy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160717