Способ удаления сажи из выхлопных газов дизельных двигателей

Способ удаления сажи из выхлопных газов дизельных двигателей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технологии каталитического удаления сажи из выхлопных газов, применяемой в дизельных двигателях и позволяющей снизить температуру воспламенения дизельной сажи. Выхлопные газы дизельных двигателей пропускают через фильтр с нанесенным на него катализатором. Уловленную сажу сжигают. Катализатор состоит из LI<SB POS="POST">2</SB>O или из CUCL, или из MVO<SB POS="POST">3</SB>, где M=LI, NA, K, или из 2CEO<SB POS="POST">2</SB><SP POS="POST">.</SP>V<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB><SP POS="POST">.</SP>NH<SB POS="POST">2</SB>O, или из V<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB> с примесью окиси щелочного металла в количестве 1,1-16,8% от массы V<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB>, или из V<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB> с примесью K<SB POS="POST">2</SB>O в смеси с CUCR<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">4</SB>, γ-AL<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">3</SB>, NIO и TIO<SB POS="POST">2</SB> при содержании ингредиентов, равном в мас.%, соответственно 42, 54, 1,32, 32,90, 10,96, 3,51 и 8,77, или из V<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB> с примесями K<SB POS="POST">2</SB>O в смеси с CUO и TIO<SB POS="POST">2</SB> при содержании ингредиентов, равном в мас.%, соответственно: 24,25, 0,75, 0,16 и 24,84, или из KVO<SB POS="POST">3</SB> в смеси с KREO<SB POS="POST">4</SB> при содержании их, равном 85,71 и 14,29 мас.% соответственно, или из KVO<SB POS="POST">3</SB>, KREO<SB POS="POST">4</SB> и CUCL при их содержании, равном 35,30, 5,88 и 58,82 мас.% соответственно. При использовании катализатора, состоящего из KVO<SB POS="POST">3</SB> или из V<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">5</SB> с примесью K<SB POS="POST">2</SB>O, очищаемый газ дополнительно пропускают через катализатор, состоящий из PT, PD и γ - AL<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">3</SB> при их содержании, равном 5,28, 2,64 и 92,08 мас.% соответственно. Этот катализатор нанесен на торец того же фильтра со стороны выхода выхлопного газа. Температура воспламенения сажи составляет 300-444°С и зависит от состава катализатора. Снижение температуры воспламенения составляет 61-205°С по сравнению с фильтром без катализатора. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) !11) А3

1я1 4 В О1 Р 53/36

Л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3595950/23-26 (22) 20.05 ° 83 (31) Р 3232729 ° 3 (32) 03.09.82 (33) 11 (46) 15.12.89. Бюл. М 46 (71) Дегусса АГ (DE) (72) Райнер Домесле (DE), Эдгар Коберщтайн (AT), Ханс-Дитер Плетка (AT) и Херберт фелькер (DE) (53) 66 09" ° 37 (088.8) (56) Патент СССР h 1233786 °

В 01 D 53/3C, 1981.. (54) СПОСОБ УДАЛеНИЯ САЖИ ИЗ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к технологии каталитического удаления сажи из выхлопных газов, применяемой в дизельных двигателях и позволяющей снизить температуру воспламенения дизельной сажи. Выхлопные газы дизельных двигателей пропускают через фильтр с нанесенным на него катализатором. Уловленную сажу сжигают. Катализатор состоит из Li+0 или из

СиС1, или из МЧО, где И=Ь, Na К, или иэ 2 СеО Ч О пН О, или из V<0< с примесью окиси щелочного металла в количестве 1,1-16,83 от массы

Изобретение относится к способам удаления дизельной сажи из выхлопных газов дизельных двигателей, Цель изобретения - снижение температуры воспламенения дизельной сажи.

На фиг.1 представлен корпус фильтра,горизонтальная проекция; на фиг.2 сечение дизельного фильтра в форме

Ч О, или иэ Ч О с примесью К О в смеси с CuCr 04 $ — - Al 0 NiO и Т О при содержании ингредиентов, равном в мас.1, соответственно 42,54, 1,32, 32,90;10,96;3,51 и 8,77, или из Ч206 с примесью- Кхо в смеси с

Сио и TiO при содержании ингредиентов, равном в мас.Ф, соответственно

24 25; О,75; 0,16 и 24,84, или иэ

KVO> в смеси с ККе04 при содержании их, равном 85,71- и 14,29 мас.Ф соответственно,или из KVO>, KRe04 и СиС1 при их содержании, равном 35,30, 5,88 и 58,82 мас.4 соответственно.

При использовании катализатора, состоящего из KVO или иэ Ч 0+ с примесью К О, очищаемый газ дополнительно пропускают через катализатор, состоящий из Pt Pc u g - А1 0 з при их содержании, равном 5,28; 2,64 и С

92,08 мас. соответственно. Этот катализатор нанесен на торец того же фильтра со стороны выхода выхлопного газа. Температура воспламенения сажи о составляет 300-444 С и зависит от состава катализатора. Снижение температу- ры воспламенения составляет 61-205 С по сравнению с фильтром беэ катализатора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил,.1 табл. монолитного структурного упрочнителя катализатора иэ кордиерита с пористыми стенками проточных каналов, в котором со стороны входящего и выходя- (,р щего потоков каналы заперты керамической пробкой (эти пробки распределены таким образом, что при необходимости запертому концу канала противостоит открытый канал).

1530083

Каталитически активное вещество может быть нанесено на вещество-носитель или перемешано с ним. В качестве материалов-носителек используются окись алюминия, двуокись кремния, двуокись титана, окись циркония и окислы редкоземельных металлов, а также хромит меди, окислы никеля и железа. фильтр может быть выполнен в виде набивки из металлического или минерального волокон с нанесенными на нее каталитически активными веществами или перемешано с этими веществами.

Каталитически активное вещество содержится в количестве 4 г/м2 геометрической поверхности Фильтрующе о элемента. На монолитное фильтрующее тело из кордиерита диаметром 11,85 см, длиной 15,25 см и !5,5 ячеек/см2 может быть нанесено 10-100, предпочтительно 20-60 г/м2.

Так как дизельная сажа состоит не только из частичек углерода, но также содержит до 20-301 адсорбированного летучего углеводорода, то может оказаться выгодным наносить на фильтры с входной стороны катализатор из благородного металла группы платины, иногда в сочетании с окислом металла, например $ =А1 0 . Сбразовавшаяся при сжигании дизельной сажи окись углерода превращается на катализаторе из благородного металла в безвредную двуокись углерода.

Пример 1 ° 20 r LiOH 75 r щавелевой кислоты растворяют в 500 мл деионизированной воды. Полученный раствор оксалата лития наносят за две операции пропитки с промежуточной сушкой при 110 С на корпус фильтра иэ кордиерита (фиг.1) диаметром

11,85, длиной 15,25 см и содержащим

15,6 ячеек/см-". После заключительной сушки при 110 С оксалат лития эа счет двухступенчатой выдержки при

600 С разлагают с образованием Li О.

Пример 2. 100 г СиС1 размалывают со 140 мл деионизированной воды в шаровой мельнице в течение 24 ч.

Затем раствор доливают деионизированной водой до объема 560 мл и половиной этого объема (280 мл) заливают фильтр, как в примере 1, со стороны торца, затем 4 ч сушат в шкафу при 100 С.

Поглощение СиС1 достигает 50 г, Пример 3. В химическом стакане растворяют 25 r Ч О „ и 6,6 г LiOH в 250 мл деионизированной воды при нагревании. Этим раствором пропитывают корпус фильтра, как в примере 1, Затем осуществляют сушку при 200 С и

2-часовую выдержку при 70С С для обо разования метаванадата лития.

Пример 4. 40 г NaVC> растворяют в 250 мл деионизированной воды при перемешивании. Раствор ванадата натрия проливают с торцовой стороны сквозь корпус фильтра по примеру 1, всасывающий при этом все количество раствора.

Последующую сушку осуществляют при

150 0.

Пример 5. Готовят раствор 40 г

KVO3 в 5С мл деионизированной воды, Этим раствором по примеру 1 дважды подвергают пропитке корпус фильтра со стороны торца с промежуточной 2часовой сушкой при 250 С. Окончательо ная сушка через 2 ч также при 250 дает готовый каталитическик фильтр.

Пример 6. 10С r (NH4)z Cl(NO>)+

25 растворяют в 4 л деионизированной воды и 20С мл концентрированнок азотной кислоты. Добавляют 28 г NaVG Н О, раствореннык в 5СС мл горячей воды, и смесь нагревают до 80-1СС С. Выпав30 ший в осадок ванадат церия (IV) (2СеО V<0< ° ïÍ2Î) путем многократного декантирования промывают теплой водок и освобождают от нитратов, затем перемешивают с 40С мл воды в шаровой мельнице в течение ночи, Измельченную массу заливают водой до 550 мл и эток смесью покрывают одну сторону дизель-ного фильтра по примеру 1, а избыточную суспензию выдувают, После 3-часовой сушки при 30С С повторяют дейст40 вие с той же стороной фильтра ° Поглощение ванадата церия (IV) достигает

30 г.

Пример 7. 40 г Ч О помещают в химический стакан с 600 мл деиони4 зированной воды и размешивают 15 мин.

Корпус фильтра по примеру 1 заливают с лобовой стороны полученной таким образом суспенэией, а избыточную суспенэию выдувают воздухом. Госле сушки в течение 1,5 ч при 3СС С пропитку повторяют ° В заключение проводят 5о часовую сушку при 12С С. Теперь фильтр покрыт с одной стороны примерно 37 r

V

55 стороны 250 мл С,2i-ным раствором

КОН, Госле одночасовой сушки при

300 C и термообработкй в течение тао. кого же времени в муфельной печи при

400 С каталитический фильтр с нанесенным покрытием готов к эксплуатации.

Катализатор состоит из V О с примесью 1,1 мас.4 Кг0.

Пример 8 ° Фильтр готовят аналогично примеру 7, но используют 14ную концентрацию КОН. Катализатор состоит из ЧгО с примесью 5,4 мас.ь

КР.

Пример 9. 10 r оксалата натрия NazC<04 растворяют в 250 мл 114ного раствора оксалата ванадия (ТЧ)

ЧОС О . Полученным раствором пропитывают корпус фильтра по примеру 1.

После сушки при 150 С ведут 3-часовую выдержку при 380 С для разложения исходных соединений в ЧгО и ХагО. Получают Ч О с примесью 16,8 мас.4

1 !а гО, Пример 10. 50 г смеси иэ хромита меди и (-окиси алюминия (75 и

25 мас,ч.), 4 г NiO, 10 г Т Ог и 50 r

Ч О, (последний с примесью 3 мас.4

К 0) измельчают в шаровой мельнице г с 4,5 мл концентрированной азотной кислоты и 400 мл деиониэированной воды в течение 24 ч. Затем измельченную массу разбавляют деиониэированной водой до 1 л общего объема и аналогично примеру 1 фильтр покрывают с одной стороны 400 мл это" смеси. "àòåì ведут 3-часовую сушку при 300 С. Гоглощение твердых веществ достигает

45,6 г. Сторона, покрытая слоем смеси, является входной стороной для выхлопных газов. Катализатор содержит, мас.4: V 0 42,54; КгО 1,32; хромит меди (II) 32,90; II -А1гО q 10,96; NiO

3,51; Т1О, 8,77.

Пример 11. В раствор 1,2 г

Cu(NOg)g ЗЕ О на 100 мл деиониэированной воды добавляют 50 г Т10г и смесь высушивают 2 ч в сушильном шкафу. Из полученного продукта берут

25 г и перемешивают с 25 r V<0, последний с примесью 3 К О и 200 мл деионизированной воды, содержащей

0,45 г КОН, в течение 24 ч в шаровой мельнице. Затем разбавляют водой до

280 мл и аналогично примеру 1 дизельный фильтр покрывают слоем смеси на торце. После 2-часовой сушки в сушильном шкафу при 300 С получают о фильтр, покрытый слоем смеси с входной стороны для выхлопных газов. Сос тав катализатора, мас. o. V Oq 24,25;

К О 0,75; СиО 0,16; TiO, 24,84.

30083 6

5 !

О

Пример 12. 30 г КЧО и 5 г

KReO растворяют в 500 мл деиониэированной воды и делят раствор на две

1 1 равные по объему части. Монолитный корпус фильтра, как в примере 1, сначала путем обливания пропитывают первой половиной раствора. Госле промежуточной сушки при 250 С аналогичным образом на корпус фильтра наносят вторую половину раствора, Вслед за новой сушкой при 250 С осуществляют о выдержку при 450 С. Катализатор содержит, мас."4: KVO> 85 71; ККеО+

14,29.

Пример 13. Корпус фильтра, покрытый СиС1 аналогично примеру 2 пропитывают эа две операции раствором

30 г KVO> и 5 r KRe04 в 500 мл воды.

Промежуточную и окончательную сушку ведут при 100 С. Голучают катализатор, g содержащий, мас.ь: КЧО 35,30; KReO<

5,88; с с1 58,82, Пример l4, Дизельный фильтр . аналогично примеру 1 со стороны торца покрывают 45 г g-A1 0> из 104-ной дисперсии (-А1 0, содержащей благородные металлы (платину и палладий) в весовом соотношении 2:1 в виде l-l

250 С и термического разложения соединений благородных металлов при

600 С в течение 2 ч в муфельной печи эти соединения восстанавливают в течение 2 ч при 550 С в потоке водорода, о

Голучают нанесенный катализатор, содержащий, мас.4: Pt 5,28; Pd 2,64, 1 -A1 О остальное. После охлаждения г другую, еще не покрытую сторону фильтра подвергают пропитке как в примере 5 метаванадатом калия и используют затем как входную сторону, фильтра для выхлопного газа.

Пример 15. Дизельный фильтр, как в примере 1, покрывают аналогично примеру !4 с одной стороны половиной состава, содержащего благородный металл, а с другой стороны - 40 г ЧгО с примесью 5 мас. K

Пример 16. Была проведена проверка изготовленных по примерам

1-15 катализаторов. Фильтры устанав ливали в потоке выхлопного газа дизельного двигателя и проверяли их

1530083 функционирование по снижению температуры воспламенения сажи. Использовали

4-цилиндровый двигатель с непосредственным впрыском топлива дизель. Ра1

5 бочий объем цилиндра 1,6 л, мощность двигателя 40 кВт. В фазе загрузки фильтра сажей число оборотов составляло 2900 в минуту, нагрузка 33 Н, содержание кислорода в выхлопном газе 10 ч 14,2 об.Ф. В фазе загрузки сажи фильтр находился в потоке выхлопного газа до тех пор, пока не установилась разность давления на фильтре 150. мбар.

Для установления температуры воспламенения нагрузка при постоянном числе

2900 об/мин непрерывно повышалась до тех пор, пока не прекращалось повышение дифференциального давления на фильтр. Достигнутая при этом температура в потоке выхлопного газа перед фильтром определяется как температура ,воспламенения, так как при неизменяющемся дифференциальном давлении не происходит дальнейшего накопления 25 сажи, это означает, что между отфильтрованной и сожженной сажей устанавливается равновесие.

В таблице приведены температуры воспламенения вместе с соответствующей нагрузкой и содержанием кислорода в выхлопном газе при установке фильтра на расстоянии = 1 м от двигателя при числе 2900 o6/мин.

Как следует иэ таблицы, в предложенном способе достигается снижение

35 температуры воспламенения сажи на

61-205ОС по сравнению с использованием фильтра беэ катализатора, в то время как в известном способе темпе40 ратура воспламенения сажи снижается лишь на 50 С.

Ц

Формула изобретения

1. Способ удаления сажи иэ выхлопных газов дизельных двигателей, включающий пропускание выхлопных газов через фильтр с нанесенным на него катализатором и сжигание уловленной сажи, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры воспламенения дизельной сажи, используют катализатор, состоящий из окиси лития или из хлорида меди (I), или иэ метаванадата - лития, натрия, калия или церия, или из пятиокиси ванадия, содержащей примесь окиси щелочного металла в количестве 1,116,8 мас. от массы пятиокиси ванадия, или из пятиокиси ванадия с примесью окиси калия в смеси с хромитом меди (ZZ), 15 -окисью алюминия, окисью никеля и двуокисью титана при следующем содержании ингредиентов, мас.Ф:

Пятиокись ванадия 42,54

Окись калия 1,32

Хромит меди (?1) 32,90 -Окись алюминия 10,96

Окись никеля 3,51

Двуокись титана 8,77 или из пятиокиси ванадия с примесями. окиси калия в смеси с окисью меди (Т?) и двуокисью титана при следующем содержании ингредиентов, мас.т:

Пятиокись ванадия 24,25

Окись калия 0,75

Окись меди (ZZ) 0,16

Двуокись титана 24,84 или из метаванадата калия в смеси с перренатом калия при следующем содержании ингредиентов, мас.ь:

Метаванадат калия 85,71

Перренат калия 14,29 или метаванадата калия в смеси с перренатом калия и хлоридом меди (I) при следующем содержании ингредиентов, мас.4;

Метаванадат калия 35,30

Перренат калия 5,88

Хлорид меди (1) 58,82

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что при использовании катализатора, состоящего из метаванадата калия или пятиокиси ванадия с примесью окиси калия, очищаемый гаэ дополнительно пропускают через катализатор, состоящий из платины, палладия и -окиси алюминия при следующем содержании ингредиентов, мас.Ф:

Платина 5,28

Палладий 2,64 -Окись алюминия Остальное

1О

1530083

Нагрузка, Н

Содержание О в выхлопном газе, Температура воспламенения, Ос

Пример

413

422

326

431

406

462

505

63

63

56

63

77

69

10,0

10,0

11,6

8,1

10,3

7,8

8,8

7,8 е.1

Состав катализатора

2 СиС1

3 LiV01

4 NaVO>

5 КЧО, 6 2Сеог Ч20 -и Его

7 V Î- (+1,14 К О)

8 Ч О (+5,4 K О)

9 VzO < (+16,8 hla<0)

10 1 Ч О (+К О)+СиСг о +||-Alzоз+ +М10 + Т10

11 (V О (+К С)+Сио+Т10

12 КЧО> +ЕКеО

13 KVO +KRe0<+CuC1

14 КЧО; Pt, Pd/f -Al zO

15 К О (+К20); Pt, Pd/LI-А1 0

16 ККеО

17 АцКеО

18 Фильтр без катализатора

444

406

416

383

412

412

67

63

64

64

54

56

62

9,4

10,1

9, Е

9,8

10,0

11,3

11,3

10,0

10,0

1530083

Составитель Г.Винокурова

Редактор М,Келемеш Техред Л,Олийнык Корректор О.Кравцова

Заказ 7765/58 Тираж 600 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 101