устройство для каталитической очистки отходящих газов

Формула изобретения

1. Устройство для каталитической очистки отходящих газов, включающее корпус с патрубками входа и выхода и гранулированным катализатором, размещенным между двумя параллельными перфорированными, покрытыми мелкоячеистой сеткой пластинами с образованием каталитического пакета, при этом патрубок входа и патрубок выхода расположены у противоположных кромок каталитического пакета, причем патрубок входа расположен ниже, а патрубок выхода - выше каталитического пакета, а ось патрубка входа параллельна плоскости перфорированных пластин, при этом перфорированные пластины поджаты внутрь пакета посредством упругих элементов, расположенных по обе стороны пакета в промежутках между каждой пластиной и обращенной к ней внутренней стенкой корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус имеет прямоугольное поперечное сечение.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве катализатора использована механическая смесь промышленных окисных катализаторов: никельхромоксидного с содержанием NiO не менее 48 мас.% и Cr₂ O₃ не менее 27 мас.% и медь-цинк-никелевого марки НТК-10-1, взятых в соотношении от 1:1 до 20:1 соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к методам каталитической очистки газов и может быть использовано для очистки отходящих газов различных производств, теплоэнергетических установок и транспортных средств от углеводородов, оксидов азота и оксида углерода.

Известно устройство для очистки отходящих газов, включающее корпус с патрубками входа и выхода и кассету с катализатором (патент RU 2134802, 1999 г.).

У данного устройства площади поверхностей катализатора на входе в кассету и на выходе из нее неодинаковы, поэтому не обеспечивается равномерность потока очищаемого газа, а следовательно, и эффективность очистки.

Известно устройство для каталитической очистки отходящих газов, включающее корпус с патрубками входа и выхода и кассету с катализатором (RU 2087726, 1997 г.).

Недостаток этой конструкции, взятой за прототип, заключается в том, что она не позволяет значительно увеличить площадь контакта очищаемого газа с поверхностью катализатора при стандартном диаметре корпуса (в частности, диаметре выхлопной трубы). При увеличении же толщины слоя катализатора или установке катализатора в несколько слоев, затрудняется прохождение очищаемого газа сквозь слой катализатора, что отрицательно сказывается на работе двигателя автомобиля.

Недостатком всех известных конструкций, применяемых для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, является невозможность использования в них насыпного (гранулированного) катализатора, применение которого приводит к значительному увеличению сопротивления газовому потоку, сопровождающемуся снижением мощности.

Кроме того, к недостаткам известных устройств, используемых для очистки отходящих газов, можно отнести их высокую стоимость, связанную с применением драгметаллов при изготовлении катализатора.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности очистки отходящих газов за счет снижения сопротивления газовому потоку при одновременном снижении стоимости устройства.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для каталитической очистки отходящих газов включает корпус с патрубками входа и выхода и гранулированным катализатором, размещенным между двумя параллельными, покрытыми мелкоячеистой сеткой перфорированными пластинами, с образованием каталитического пакета. При этом патрубок входа и патрубок выхода расположены у противоположных кромок каталитического пакета. Патрубок входа расположен ниже, а патрубок выхода - выше каталитического пакета, а ось патрубка входа параллельна плоскости перфорированных пластин. По обе стороны пакета, в промежутках между каждой пластиной и обращенной к ней внутренней стенкой корпуса, расположены упругие элементы, предназначенные для уплотнения катализатора внутри пакета.

В предпочтительном варианте исполнения, корпус устройства имеет прямоугольное поперечное сечение, а в качестве катализатора использована, например, механическая смесь промышленных оксидных катализаторов: никельхромоксидного с содержанием NiO 48 мас.% и Cr₂O₃ 27 мас.% и медь-цинк-никелевого марки НТК-10-1, взятых в соотношении от 1:1 до 20:1 соответственно.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлено схематическое изображение конструкции заявленного устройства, на Фиг.2 - разрез по А-А Фиг.1 (вариант с цилиндрической формой корпуса), на Фиг.3 - разрез по А-А Фиг.1 (вариант с прямоугольной формой корпуса).

Устройство для каталитической очистки отходящих газов включает корпус 1 с патрубком 2 входа и патрубком 3 выхода газов. Внутри корпуса 1 установлен каталитический пакет в виде двух параллельных перфорированных пластин 4 из нержавеющей стали, покрытых мелкоячеистой сеткой 5, с насыпным (гранулированным) катализатором 6, помещенным между пластинами 4. При этом ось, по крайней мере, патрубка 2 входа параллельна плоскости перфорированных пластин 4. Патрубок 2 входа и патрубок 3 выхода расположены у противоположных кромок каталитического пакета, причем патрубок 2 входа расположен ниже, а патрубок 3 выхода - выше каталитического пакета.

В промежутках между каждой пластиной и обращенной к ней внутренней стенкой корпуса расположены упругие элементы 7, предназначенные для уплотнения катализатора внутри пакета. В качестве упругих элементов могут использоваться пружины или приспособления специальной конструкции.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Поток отходящего газа, содержащего углеводороды и оксиды азота и углерода, поступает внутрь корпуса 1 по патрубку 2 входа. При этом линейная скорость потока резко снижается, т.к. площадь поверхности каталитического пакета значительно больше сечения патрубка 2. Следует отметить, что помимо возможности снижения скорости потока, заявленная конструкция одновременно позволяет поддерживать практически неизменную скорость потока на входе в пакет и выходе из него, поскольку площади пластин, ограничивающих пакет, равны. Это существенно повышает эффективность нейтрализации токсичных соединений, содержащихся в отходящих газах, и снижает сопротивлению потоку проходящих газов, что положительно сказывается на работе двигателя автомобиля. Проходя сквозь слой катализатора, оксиды азота восстанавливаются до молекулярного азота, монооксид углерода и углеводороды окисляются до CO ₂ и воды, которые удаляются через патрубок 3 в атмосферу.

Упругое поджатие пластин 4 обеспечивает высокую плотность упаковки частиц катализатора, что исключает его механический износ.

Мелкоячеистая сетка 5 надежно удерживает частицы катализатора внутри каталитического пакета, препятствуя их проникновению сквозь перфорацию пластин 4.

Патрубки входа и выхода расположены по отношению к каталитическому пакету таким образом, что при работе устройства снижается вероятность истирания и выноса частиц катализатора.

Предложенное конструктивное решение позволяет существенно увеличить поверхность контакта и одновременно поддерживать равномерную и достаточно низкую линейную скорость потока отходящих газов без уменьшения клиренса автомобиля.

Использование насыпного катализатора, изготовленного без применения дорогостоящих компонентов, таких как платина или палладий, позволяет значительно снизить стоимость устройства.

Заявленная конструкция может быть рекомендована для использования в различных производствах и теплоэнергетических установках при очистке отходящих газов, а также для очистки выхлопных газов транспортных средств и механизмов с двигателями внутреннего сгорания.