Основные методы очистки отработанных газов

 

Способ очистки отработанных газов

Изобретение относится к способам очистки отработанных газов двигателей внутреннего сгорания от токсичных примесей и может найти применение во многих отраслях народного хозяйства.

Известен способ очистки отработанных газов двигателей внутреннего сгорания от токсичных примесей путём впрыскивания воды в топливо или в воздух. Основным недостатком данного способа является сложное конструктивное оформление процесса, а также необходимость в специальном резервуаре для воды.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки отработанных газов дизельных двигателей от токсичных примесей путём последовательного пропускания их через каталитический и жидкостной нейтрализаторы с образованием в последнем парогазовой смеси, смешения очищаемых газов с воздухом и подачи их в двигатель.

Однако в таком способе низкая степень очистки отработанных газов.

Целью изобретения является повышение степени очистки отработанных газов.

Это достигается способом очистки отработанных газов дизельных двигателей от токсичных примесей, включающим последовательное пропускание их через каталитический и жидкостной нейтрализаторы с образованием в последнем парогазовой смеси, смешение очищаемых газов с воздухом и подачу их в двигатель, в котором на смешение с воздухом подают парогазовую смесь в количестве 3 - 35%.

Данный способ даёт возможность повысить степень очистки отработанных газов от N2 O5 с 360 до 190 г/ч и СО с 180 до 90 г/ч.

П р и м е р. Смесь отработанных газов дизельного двигателя, содержащая примеси NOx и СО и сажи, пропускают через каталитический нейтрализатор, после которого содержание СО в газе снижается с 180 до 90 г/ч, а концентрация сажи с 0, 8 до 0, 7 усл.ед. при нагрузке двигателя Ре=3 кгс/см2.

Затем газ подают в жидкостной нейтрализатор, где происходит окончательное отделение сажи и частичное отделение окислов азота и образуется парогазовая смесь, которую далее в количестве 35% направляют через сепаратор в перепускную заслонку в смесительный патрубок, установленный под воздушным фильтром и смешивают с воздухом, поступающим во впускной коллектор дизеля ФМЗ− 238. Сепаратор служит для отделения капельной влаги и сажи из перепускаемых газов. Отделяемую в сепараторе влагу возвращают обратно в жидкостной нейтрализатор. С помощью рециркуляции увлажнённых газов снижают содержание N2 O5 в газе с 360 до 190 г/ч при нагрузке двигателя Ре=4 кгс/см2 [6].

Способ очистки отходящих газов

Использование: химическая очистка дымовых и выхлопных газов химических производств ТЭЦ, котельных и ДВС. Сущность изобретения: примесь оксидов азота восстанавливают монооксидом углерода и углеводородами на гранулированном металлофталоцианиновом катализаторе, на гранулированном или монолитном носителе из пористой никельалюминиевой металлокерамики.

Изобретение относится к химической очистке дымовых и выхлопных газов и может быть использовано на малых ТЭЦ, котельных и в двигателях внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение производительности при одновременном увеличении степени очистки.

Поставленная цель достигается тем, что очистку отходящих газов от примеси азота производят путём восстановления примесей монооксидом углерода и углеводородами на металлофталоцианиновых катализаторах на гранулированном или монолитном носителе.

В качестве носителя используют пористую никельалюминиевую металлокерамику.

По сравнению с непористым гранулированным или монолитным керамическим носителем, в частности, монолитным кордиеритом, алюмосиликатом или спечёнными оксидами алюминия и переходных металлов, пористая металлокерамика имеет большую реакционную поверхность за счёт развитой пористой структуры. Удаление вредных газов происходит не только по поверхности, но и по всему объёму носителя, пропитанному катализатором, что приводит к увеличению степени очистки.

Большой объём открытых пор (60 - 80%) обуславливает низкое сопротивление носителя пропускаемому потоку газов. В результате повышается производительность при увеличении степени очистки.

Устройство для осуществления способа проведения процесса восстановления NO и окисления СО включает смеситель и реактор с катализатором.

Примером конкретного исполнения способа может служить проведение процесса восстановления NO и окисления СО на экспериментальной установке лаборатории охраны окружающей среды Томского политехнического института. Экспериментальная установка содержит смеситель, реактор с

катализатором, трёхходовой газовый кран. Реактор является проточным, выполнен из молибденового стекла и погружён в песочную баню, снабжённую автоматическим регулятором температур. Высота реактора - 100 мм, диаметр - 12 мм.

Катализатор выполнен в виде пористых металлокерамических частиц на основе никеля и алюминия (18: 82) диаметр 0, 75 - 1, 5 мм. Частицы пропитываются раствором β -фталоцианина, а именно тетрасульфофталоцианина кобальта (Ι Ι ) с последующей термообработкой. Слой катализатора 10 мм размещён на расстоянии 30 мм от конца реактора со стороны подачи вредных газов.

Другим вариантом выполнения катализатора является спечённый пористый металлокерамический цилиндр диаметром 10 мм, высотой 10 мм со свободным объёмом, т.е. общим объёмом пор в пористом теле 0, 575 м³ /м².

В смесителе оксид азота и монооксид углерода смешиваются с воздухом. Заданный процентный состав и объёмную скорость газа поддерживают с помощью моностатов, реомеров и газовых вентилей. Из смесителя по трубопроводу газ поступает в реактор проточного типа. Газы проходят в реакторе через катализатор, на котором идёт процесс восстановления оксидов азота и доокисления монооксида углерода. Реактор помещён в песочную баню для поддержания температурного режима. После реактора газ по трубопроводу сбрасывается в атмосферу. До и после реактора газ выводится на анализ. В результате анализа получили следующее. Катализатор, в котором носителями являются пористые металлокерамические частицы на основе никеля и алюминия обладает высокой степенью очистки.

Катализатор, в котором носителем является спечённый пористый металлокерамический цилиндр, обладает степенью очистки меньшей, чем при пористых металлокерамических частицах.

Технико-экономическая эффективность обусловлена тем, что в результате использования способа увеличивается скорость и степень очистки отходящих газов, а, следовательно, производительность и эффективность. Кроме того, в реально работающих нейтрализаторах отходящих газов в настоящее время используются, как правило, нанесённые металлы платиновой группы. Исключение этих металлов из состава гетерогенных катализаторов экономит благородные металлы и снижает стоимость очистки и устройств, где она применяется.

Металлокерамический носитель обладает большей механической прочностью, чем оксидные носители, в результате увеличивается срок службы предлагаемого катализатора [7].

Способ очистки отработавших газов и способ получения блочного носителя или фильтра организованной структуры для катализатора

Способ может быть использован для каталитической очистки газов двигателей внутреннего сгорания дизельного или бензинового транспорта, выбросов промышленных отработавших газов и стоков, а также для приготовления блочных каталитических нейтрализаторов токсичных газов, газовых и жидкостных регенерируемых фильтров. Очистку отработавших газов осуществляют обработкой токсичных компонентов на катализаторе, нанесённом на блочные керамические носители и фильтры организованной упорядоченной структуры. Приготовление формованного носителя катализатора и фильтра проводят путём послойного укладывания или намотки предварительно обработанных и пропитанных керамической массой формообразующих материалов. Это могут быть выгорающие и/или невыгорающие волокнистые или армирующие сетчатые или перфорированные материалы. Заявленные условия сборки и обработки позволяют получать блочные носители катализаторы и фильтры любой формы, структуры и габаритов при упрощении технологии и снижении экономической ёмкости процесса приготовления. Технический результат заключается в том, что способ позволяет осуществлять эффективную многофункциональную очистку дымовых газов благодаря сочетанию свойств нейтрализатора со сквозными каналами и фильтра с газопроницаемыми стенками.

Изобретение относится к технологии комплексной газоочистки блочных полифункциональных катализаторов и газожидкостных фильтров и может быть использовано для нейтрализации токсичных компонентов в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания бензинового или дизельного автомобильного, водного, железнодорожного транспорта и в отходящих газах и стоках промышленных предприятий.

Основной традиционный способ очистки выхлопных газов основывается на использовании многофункциональных катализаторов, которые осуществляют наряду с окислением продуктов неполного сгорания одновременное восстановление токсичных оксидов азота до нейтральных молекул.

Для этого используются каталитические системы, содержащие благородные металлы, расположенные на одном или нескольких слоях блочных, монолитных носителей сотовой структуры.

Однако этот наиболее распространённый способ каталитической очистки в силу особенностей носителя сотовой структуры с прямолинейными сквозными каналами имеет ограничения по эффективности при высоких скоростях газового потока, связанные с процессами тепломассообмена. Для преодоления этих ограничений предлагалось использовать вместо одного длинного блока несколько коротких или придавать каналам криволинейную форму при экструзии. Приготовление таких носителей экструзионным способом формования сопряжено со сложностью подбора пластической массы и изготовления фильеры с высокой плотностью каналов.

Кроме того упомянутые каталитические системы не являются универсальными, поскольку для дизельных установок задача очистки усложняется выбросами твёрдых углеродных частиц и полиароматических углеводородов, а также оксидов серы, и существующие катализаторы не могут обеспечивать достаточно полной защиты.

Для очистки дизельных выхлопных газов наибольшее значение приобретает проблема нейтрализации основных, токсичных компонентов - сажи и оксидов азота. Фильтрующие свойства сотовых блочных носителей с прямолинейными каналами низки и не позволяют использовать их для очистки выхлопных газов дизеля [8].

В этих условиях даже наиболее совершенные керамические сажевые фильтры с газопроницаемыми стенками и использованием дополнительного блочного нейтрализатора перед фильтром не решают проблемы полной очистки.

Известен способ изготовления монолитного керамического фильтра с проницаемыми стенками. В этом способе после экструзионного формования носителя с квадратными сотовыми каналами отверстия на концах каналов закрываются со стороны входа и выхода потока и газ, поступая во входные каналы, проходит через пористые стенки, фильтруется и удаляется через соседние выходные каналы. Из-за наличия тонких сквозных пор в стенках создаются высокие степени фильтрации твёрдых сажевых частиц, но и быстрое нарастание противодавления. Нанесение катализатора на фильтр такой конструкции для регенерации сажи даёт дополнительное ухудшение газопроницаемости, а более широкие поры нарушают прочностные характеристики фильтра.

Известен способ получения блочного носителя катализатора, отличающийся простотой и экономичностью создания керамической формы блока с сотовыми каналами. В нём вместо экструзионного формования используют соединение поочерёдно укладываемых слоёв полотна и выгорающих формообразующих элементов, пропитанных пастообразной массой. Размеры блоков, структура и форма каналов и стенок задаётся только одним параметром подбором выбранных формообразующих элементов и полотна. Полотняное переплетение нитей используется для получения стенок между каналами, а в качестве формообразующего выгорающего каркаса используют материалы, например, из поливинилхлорида или древесины. К недостаткам способа можно отнести использование в качестве материала для пропитки только полотняных тканых материалов - это сужает круг используемых материалов и не обеспечивает получение носителей и тем более фильтров с широким изменением свойств: проницаемость, фильтрация, прочность, пористость и развитость поверхности. Такой же вывод можно сделать и об использовании в качестве формообразующих элементов, определяющих форму и размеры каналов, только выгорающих материалов. Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и получение эффективного нанесённого катализатора и фильтра с улучшенной газопроницаемостью, тепло- и массообменными свойствами.

В заявленном способе очистки отработавших газов используют нейтрализацию токсичных компонентов на катализаторах, расположенных на блочных керамических носителях и/или фильтрах организованной структуры, формируемой путём послойного укладывания или намотки предварительно обработанных формообразующих элементов и полотна, пропитанных формовочной массой, причём в качестве формообразующих элементов используют выгорающие и/или невыгорающие при термообработке волокнистые или армирующие сетчатые или перфорированные материалы, а в качестве полотна используют волокнистые тканые и/или нетканые, выгорающие и/или невыгорающие при термообработке материалы.

В изобретении используются следующие дополнительные отличия:

− формообразующие элементы предварительно обрабатывают с формированием газопроницаемых стенок керамических каналов, расположенных вдоль газового потока по прямой или кривой линии в виде сплошных или прерывистых пластинок, столбиков или цилиндров;

− формообразующие элементы дополнительно обрабатывают аппретирующими, выгорающими при термообработке веществами;

− в формовочную керамическую массу при её приготовлении вводят модификаторы, например, пластифицирующие, каталитические, электропроводящие, композиционные добавки;

− формование носителя осуществляют обработкой в вакууме;

− для увеличения прочности и однородности блока при формировании носителя его подвергают прессованию;

− послойную укладку или намотку элементов блока осуществляют с изменением толщины слоёв и/или смещением слоёв относительно друг друга с последующей фиксацией в газопроницаемом каркасе.

Преимуществом использования заявленных носителей и фильтров-катализаторов является возможность изготовления блоков с организованной керамической структурой каналов, в том числе винтовых, стенки которых помимо пор имеют отверстия для более лёгкого прохождения фильтруемого газа. Кроме того, в заявленном способе приготовления используется более широкий набор тканых и нетканых волокнистых материалов на выгорающей и армирующей сетчатой или перфорированной основе, а укладку набора чередующихся слоёв при формировании блока проводят с изменением толщины и смещением их относительно друг друга. Слои скрепляют заполненными массой перемычками, число и направление которых изменяется по толщине слоя носителя и уложенные слои сжимают в металлическом каркасе перед термообработкой. Перечисленные стадии приготовления блочного носителя являются принципиально отличными по сравнению с предложенными в прототипе и позволяют изменять форму и направление каналов, создавать проницаемые для газа стенки, обеспечивающие фильтрацию газа и дающие возможность в одном монолитном блоке получать как керамический носитель с сотовыми сквозными каналами, так и фильтр с регулируемой высокой газопроницаемостью стенок [9].

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: