НОСИТЕЛЬ КАТАЛИЗАТОРА

НОСИТЕЛЬ КАТАЛИЗАТОРА
Настоящая заявка на полезную модель выделена из заявки №2013147056 на выдачу патента РФ на изобретение, поданной 23.04.2007, с испрашиванием приоритета по дате подачи первой заявки PCT/FI2006/000129, поданной 24.04.2006.
Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к носителю катализатора, содержащему гофрированные листы и каналы, для обработки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.
Уровень техники
Для обработки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания используются носители катализатора, содержащие открытые или закрытые каналы или их комбинацию. В открытых каналах выхлопной газ проходит напрямую через носитель. В носителе, содержащем закрытые каналы, выхлопной газ выталкивается через стенки, например, через керамические или металлические пористые стенки. В открытых каналах преобразование загрязняющих газообразных примесей часто является высоким, но преобразование примесей в форме частиц является низким, например, 10-15%. В закрытых каналах/фильтрах с фильтрующими стенками преобразование загрязняющих газообразных примесей является высоким, так же как и примесей в форме частиц, например, 70-99%. Проблемой, связанной с закрытыми каналами, является засорение стенок. Закрытые каналы/фильтры с фильтрующими стенками при отсутствии очистки постепенно полностью засоряются. Кроме того, увеличивается потеря давления. Единственным способом поддержания каналов в рабочем состоянии является их постоянная или периодическая очистка.
В качестве наиболее близкого аналога предлагаемого решения можно рассмотреть фильтр сажи согласно патентной публикации DE102004001947. Данный фильтр предназначен для очистки выхлопного газа двигателей внутреннего сгорания и в нем слой гофрированного или согнутого материала накладывается на слой плоского фильтрующего материала или чередуется с таким слоем. В результате образуется тело фильтра (пакет). Слой гофрированного или согнутого материала при этом выполняется из листовой стали, сквозь которую выхлопные газы проникнуть не могут. Раскрытие полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является предложение носителя катализатора, обеспечивающего эффективное преобразование, как газообразных загрязняющих примесей, так и примесей в виде частиц в выхлопном газе в открытых каналах.
Решение поставленной задачи достигается при помощи носителя катализатора, охарактеризованного признаками в соответствии с независимым пунктом формулы полезной модели. Некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящей полезной модели раскрыты в зависимых пунктах формулы полезной модели.
В отличие от ближайшего аналога в предлагаемом решении гофрированный лист выполняется из проволочной сетки, т.е. является проницаемым для потока проходящих газов. Помимо этого, предлагаемое решение характеризует параметры гофрированного листа и листа из проволочной сетки, неприменимые к известному решению.
Конструктивные варианты осуществления настоящей полезной модели не являются ограничивающими. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей полезной модели катализатор в соответствии с настоящим изобретением может присутствовать в нескольких структурах, соединенных параллельно или последовательно относительно направления потока, или в виде каскада, содержащего каталитический нейтрализатор частиц (РОС)/фильтр твердых частиц выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания (DPF)/носители катализатора.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей полезной модели носитель катализатора содержит гофрированные листы из проволочной сетки, имеющие углубления, соединенные с плоскими листами из проволочной сетки, и между указанными плоскими листами из проволочной сетки и указанными гофрированными листами имеются по меньшей мере частично открытые каналы для потока выхлопного газа, и глубина углубления на 0,05-2,0 мм, например, на 0,05-0,5 мм или на 0,5-1,5 мм меньше, чем высота гофра.
Неожиданно было обнаружено, что преобразование частиц, проходящих в открытые каналы, в основном улучшается. Также улучшается преобразование газообразных загрязняющих примесей в по меньшей мере частично открытых каналах. Предпочтительно глубина углубления составляет 0,2-2,0 мм, и высота гофра 0,5-4,0 мм, например, 1,0-3,0 мм. Такое сочетание очень эффективно как для преобразования частиц, так и для преобразования газообразных загрязняющих примесей. Расстояние между углублениями может составлять, например, 10-40 мм, предпочтительно, например, 20-30 мм.
Выхлопной газ может свободно проходить через частично открытые каналы, но на поверхностях листов скорость потока газа уменьшается, благодаря неровным поверхностям листов из проволочной сетки и углублениям в листах. Направление открытых каналов может меняться от 0° до 90° относительно направления носителя (направление X). Кроме того, эти неровные поверхности и углубления перемешивают газ, таким образом, минимизируя стандартное отклонение времени задержки газа. Поверхности листов из проволочной сетки также действуют как эффективные открытые ловушки для частиц, содержащихся в выхлопном газе. Эта комбинация улучшает контакт газообразных загрязняющих примесей и примесей в виде частиц, таким образом, увеличивая время задержки и преобразование газообразных загрязняющих примесей и примесей в виде частиц. Примеси в виде частиц чаще прикрепляются к листу из проволочной сетки, чем к гладкому листу. В особенности к поверхностям листов из проволочной сетки прикрепляются тяжелые и большие частицы.
Преобразование частиц в очень большой степени зависит от источника и состава частиц. Частицы могут содержать различные количества летучих органических соединений (ЛОС), твердого углерода, серы, воды и окислов металлов. Стандартный каталитический нейтрализатор может окислять большинство ЛОС и, таким образом, снижать массу частиц на 10-60%. В соответствии с настоящим изобретением можно улучшить преобразование частиц даже до 80%. В соответствии с настоящей полезной моделью можно улучшить преобразование газообразных загрязняющих примесей до 90% и более.
Важное отличие частично открытого канала в соответствии с настоящим изобретением состоит в том, что он не засоряется или засоряется минимально по сравнению с закрытыми каналами или фильтрами, постепенно полностью засоряющимися при отсутствии очистки. Это очень важно, и носитель катализатора, содержащий по меньшей мере частично открытые каналы в соответствии с настоящей полезной моделью, может использоваться в самых жестких условиях и применим во многих случаях.
Частицы, прикрепляющиеся к поверхностям по меньшей мере частично открытых каналов, разлагаются до газообразных веществ, которые затем превращаются в безвредные соединения. Часть газа может проходить через отверстия листов из проволочной сетки, а частицы прикрепляться к поверхностям листов. Это также приводит в лучшему преобразованию частиц. С другой стороны, частично открытые каналы не засоряются или засоряются в минимальной степени, и потеря давления и скорость потока газа не уменьшаются вблизи листов. Это снижает уровень отказов при работе, повышая эффективность частично открытого канала.
Форма отверстий листов из проволочной сетки может быть различной. Они могут быть трубчатыми, квадратными, ромбовидными и щелевидными. Например, в листе из проволочной сетки с ромбовидными отверстиями проволока может находиться на одном уровне или перекрещиваться.
Разница давления между сторонами листов из проволочной сетки увеличивает поток выхлопного газа через поры листа из проволочной сетки. Это обеспечивает прикрепление частиц к носителю и улучшает преобразование частиц в выхлопном газе.
Согласно полезной модели гофрированный лист является гофрированным листом из проволочной сетки. Это улучшает контакт газообразных загрязняющих примесей и частиц, таким образом, увеличивая время задержки и улучшая преобразование примесей. Это обеспечивает улучшение преобразования примесей в виде частиц, содержащихся в выхлопном газе. Соударение молекул газа также улучшает контакт газа с каталитически активным материалом, таким образом, улучшая преобразование газообразных загрязняющих примесей и увеличивая время задержки частиц в указанном носителе.
Предпочтительно открытые каналы имеются с обеих сторон указанного листа из проволочной сетки. Структура листа из проволочной сетки очень проста, его легко изготовить, и содержание частиц снижается более эффективно, чем при использовании, например, гладкого листа в открытых каналах.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей полезной модели указанный плоский лист из проволочной сетки имеет углубления. Это также усиливает преобразование газообразных загрязняющих примесей и примесей в виде частиц путем уменьшения скорости потока газа и увеличения количества частиц, прикрепляющихся к носителю.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей полезной модели углубления в гофрированном листе соответствуют углублениям в плоском листе из проволочной сетки. Это повышает прочность носителя катализатора за счет сцепления слоев друг с другом.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей полезной модели средний размер отверстия листа из проволочной сетки составляет от 0,01 до 0,5 мм, предпочтительно, от 0,05 до 0,3 мм, например, от 0,08 до 0,2 мм.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей полезной модели диаметр проволоки проволочной сетки составляет 0,02-0,24 мм. Предпочтительно диаметр проволоки составляет 0,1-0,15 мм. Это обеспечивает высокую механическую прочность и низкую потерю давления потока газа.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей полезной модели лист из проволочной сетки имеет номер сетки от 30 до 500. По меньшей мере часть выхлопного газа может проходить через отверстия листов из проволочной сетки. Это обеспечивает прикрепление частиц, содержащихся в выхлопном газе, к поверхностям носителя, приводя к лучшему преобразованию частиц.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей полезной модели плоский лист из проволочной сетки и гофрированный лист из проволочной сетки соединяются друг с другом посредством сварки/пайки. Это повышает прочность носителя катализатора.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей полезной модели лист из проволочной сетки усилен в зоне соединения гофрированного листа и листа из проволочной сетки.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей полезной модели лист из проволочной сетки усилен в зоне впуска выхлопного газа.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей полезной модели указанные листы по меньшей мере частично покрываются материалом основы и/или каталитическим материалом. Предпочтительно средний размер пор указанной основы больше 5 нм, более предпочтительно от 10 до 50 нм, например, от 15 до 20 нм. Оптимальный размер пор основы также зависит от выхлопных газов и условий потока газа вблизи листов из проволочной сетки. Средний размер частиц, содержащихся в выхлопных газах, может составлять, например, от 5 до 200 нм, а средний размер пор может составлять, например, от 5 до 20 нм.
Предпочтительно основа содержит грубые частицы и/или волокна, выступающие от плоскости указанной основы. Предпочтительно средний размер частиц основы составляет более 0,4 мкм, например от 1,5 до 3,5 мкм. Это существенно повышает адгезию частиц, таким образом улучшая преобразование частиц в указанном носителе катализатора. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящей полезной модели листы в основном покрываются материалом основы, содержащем частицы со средним размером более 1,4 мкм и/или содержащем поры размером более 10 нм. Это также улучшает преобразование примесей в виде частиц в результате увеличения количества частиц, прикрепляющихся к листам.
Частицы, содержащиеся в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания, могут эффективно обрабатываться при помощи носителя катализатора, содержащем частично открытые каналы листов из проволочной сетки в соответствии с настоящей полезной моделью. Преобразование примесей в виде частиц является неожиданно высоким по сравнению с обычными носителями катализатора. Также высоко преобразование газообразных загрязняющих примесей. Листы из проволочной сетки в соответствии с настоящей полезной моделью не засоряются или засоряются в минимальной степени, так что это не оказывает влияния на скорость потока выхлопного газа в носителе. Потеря давления в носителе также минимальна.
Носитель катализатора может являться, например, носителем катализатора окисления частиц (РОС) или катализатора селективного восстановления (SCR). Также он может являться носителем катализатора гидролиза. Носитель катализатора может предпочтительно использоваться для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от примесей в виде частиц. Конструкция носителя катализатора может быть различной. Она может быть, например, свернутой (в виде обмотки), уложенной в виде стопки, или складчатой.
Краткое описание чертежа
Далее со ссылками на прилагаемый чертеж будут подробно описаны некоторые варианты осуществления настоящей полезной модели.
На фиг. 1 представлен носитель катализатора, содержащий гофрированный лист из проволочной сетки, имеющий углубления, и плоский лист из проволочной сетки.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 представлен носитель 1 катализатора, содержащий гофрированные листы 3 из проволочной сетки, имеющие углубления 3d, и плоские листы 2 из проволочной сетки, имеющие углубления 2d. Эти листы соединены друг с другом, и между указанными листами 2, 3 имеются частично открытые каналы катализатора окисления частиц (РОС) для потока выхлопного газа (EG). Углубления 3d гофрированного листа 3 соответствуют углублениям 2d плоского листа 2 из проволочной сетки. Глубина углубления 2d указанного плоского листа 2 из проволочной сетки меньше, чем высота гофра 3с указанного гофрированного листа 3. В соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения глубина углублений 2d, 3d составляет приблизительно 1 мм, и высота гофра 3 с составляет приблизительно 2 мм.