УСТАНОВКА КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

Полезная модель относится к области санитарной очистки отходящих газов, в частности, к оборудованию для обезвреживания выхлопных нагретых газов, преимущественно к каталитическим газоочистным установкам, и предназначена для оптимизации процесса каталитического обезвреживания выхлопных газов путем подбора каталитических элементов.
3
Известен катализатор для очистки отходящих газов технологических процессов и автотранспорта от монооксида углерода и/или оксидов азота и/или органических соединений, содержащий носитель из пористого газопроницаемого материала и каталитически активное вещество, нанесенное на носитель, и включающее, по меньшей мере, один металл из платиновой группы и/или по меньшей мере один оксид переходного металла четвертого периода периодической системы, при этом носитель имеет нерегулярную ячеистую структуру, полученную дублированием структуры полимерного открытоячеистого материала металлом, со средним диаметром каждой ячейки 0,5-5,0 мм и кажущейся плотности 0,1-1,0 г/см (патент РФ №2024295, МПК В01J 23/64).
Недостатком известного катализатора для очистки отходящий газов технологических процессов и автотранспорта является то, что он предназначен для очистки выхлопных газов определенного химического состава и расхода.
4
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков является каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, состоящий из корпуса с впускным и выпускным патрубками и размещенного в корпусе катализатора на основе жаропрочного открытоячеистого высокопористого нихрома с каталитической композицией из благородных металлов, нанесенной на грунтовочное покрытие из оксида алюминия. Катализатор выполнен в виде блока из сборки отдельных пластин, расположенных друг от друга на расстоянии, равном 10-15 диаметрам внутренних ячеек (патент РФ 2117169, МПК F01N 3/00).
Признаками прототипа, которые совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: каталитический нейтрализатор выхлопных газов, состоящий из корпуса с впускным и выпускным патрубками и размещенного в корпусе катализатора в виде блока из сборки отдельных пластин, выполненных на основе высокопористого проницаемого ячеистого материала с нанесенной каталитической композицией.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, который обеспечивается предлагаемой полезной моделью, относится то, что каталитический нейтрализатор эффективен лишь для обезвреживания отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, то есть отработанных газов, характеризующихся определенным расходом, составом и температурой. Практика же эксплуатации каталитических нейтрализаторов показывает, что характеристики выхлопных газов зачастую существенно изменяются.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, - расширение функциональных возможностей установки обезвреживания выхлопных газов, заключающееся в обеспечении возможности обезвреживания газов, различных по составу, расходу и температуре.
Поставленная задача была решена за счет того, что установка каталитического обезвреживания выхлопных газов, содержащая каталитический нейтрализатор выхлопных газов, корпус которого снабжен впускным и выпускным патрубками, с размещенным в корпусе катализатором в виде блока из сборки отдельных пластин, выполненных на основе высокопористого проницаемого ячеистого материала с нанесенной каталитической композицией, дополнительно снабжена последовательно соединенными реактором газовоздушной смеси и горелочным устройством, корпус реактора снабжен штуцерами подвода газообразных веществ и патрубком подачи воздуха, соединенным через регулятор расхода воздуха с воздухонагнетателем, а корпус каталитического нейтрализатора выхлопных газов дополнительно снабжен штуцером подачи газа, штуцерами для замера состава и давления газовоздушной смеси до и после каталитических пластин, патрубком для установки термопары и набором разрезных распорных колец, помещенных между каталитическими пластинами.
Признаки предлагаемого технического решения, отличительные от признаков решения по прототипу - установка дополнительно снабжена последовательно соединенными реактором газовоздушной смеси и горелочным устройством, корпус реактора снабжен штуцерами подвода газообразных веществ и патрубком подачи воздуха, соединенным через регулятор расхода воздуха с воздухонагнетателем, а корпус каталитического нейтрализатора выхлопных газов дополнительно снабжен штуцером подачи газа, штуцерами для замера состава и давления газовоздушной смеси до и после каталитических пластин, патрубком для установки термопары и набором разрезных распорных колец, помещенных между каталитическими пластинами.
Снабжение установки реактором газовоздушной смеси со штуцерами подачи газов позволяет получать различную по составу газовоздушную смесь, моделирующую выхлопной газ, который предполагается подвергать каталитическому обезвреживанию.
Снабжение корпуса реактора газовоздушной смеси патрубком подачи воздуха, соединенного с воздухонагнетателем через регулирующее устройство позволяет осуществлять подачу и регулировку расхода воздуха на создание газовоздушной смеси.
Снабжение установки горелочным устройством позволяет осуществлять нагрев и регулировку температуры газовоздушной смеси.
Снабжение корпуса каталитического нейтрализатора дополнительно патрубком для установки термопары и штуцерами замера состава и давления газовоздушной смеси как до каталитических пластин, так и после них позволяет производить замеры состава газовоздушной смеси до и после каталитических пластин, перепад давления в потоке газовоздушной смеси на каталитических пластинах, температуру газовоздушной смеси.
Дополнительное снабжение каталитического нейтрализатора набором распорных колец, помещаемых между каталитическими пластинами и штуцером подвода газа, позволяет подавать в пространство между пластинами газ (в частности метан, аммиак для конверсии оксида азота). Дополнительная подача газа в пространство между пластинами ведет к повышению эффективности процесса обезвреживания газовоздушной смеси.
На фигуре представлена установка каталитического обезвреживания выхлопных газов согласно заявленной полезной модели.
Установка каталитического обезвреживания выхлопных газов содержит корпус 1 нейтрализатора выхлопных газов, снабженный штуцером 2 подачи газа, патрубком 3 установки термопары и двумя штуцерами 4 замера состава и давления газовоздушной смеси, реактор газовоздушной смеси 5, снабженный штуцерами 6 подачи газов, патрубком 7 подвода воздуха, соединенным газоходом с воздухонагнетателем 8 через регулятор 9 расхода воздуха, и патрубком 10 с установленным в нем горел очным устройством 11. В корпусе 1 нейтрализатора выхлопных газов 1 размещены пластины 12, расстояние между которыми регулируется набором разрезных распорных колец 13.
Установка каталитического обезвреживания выхлопных газов работает следующим образом. Воздухонагнетатель 8 создает поток воздуха, который через патрубок 7 подают в реактор газовоздушной смеси 5. Расход подаваемого воздуха устанавливают с помощью регулятора 9. Для создания требуемого состава газовоздушной смеси в реакторе 5 газовоздушной смеси через штуцеры 6 подают от внешних источников требуемый по составу и концентрации газ или различные газы. В реакторе 5 газовоздушную смесь подвергают нагреву с помощью горелочного устройства 11. Регулируют температуру нагрева газовоздушной смеси путем изменения расхода горючего газа и окислителя (в частности кислорода), подаваемого на горелочное устройство 11. Далее полученную в реакторе 5 газовоздушную смесь подают в корпус 1 нейтрализатора выхлопных газов для осуществления каталитического обезвреживания газовоздушной смеси на каталитических пластинах 12. Для повышения эффективности процесса каталитического обезвреживания в случае применения двух и более каталитических пластин 12 через штуцер 2 нейтрализатора выхлопных газов дополнительно подают газ (в частности метан или аммиак) от внешнего источника. К штуцерам 4 нейтрализатора выхлопных газов присоединяют перепадомер для замера падения давления газовоздушного потока на каталитических пластинах 12 и через эти же штуцеры периодически производят замер состава газовоздушной смеси. Контроль температуры выхлопных газов, при которой происходит процесс каталитического обезвреживания газовоздушной смеси, определяют термопарой через патрубок 3.
По результатам проведенных замеров - перепада давления на каталитических пластинах, температуры процесса катализа, состава газовоздушной смеси до и после каталитических пластин - осуществляют подбор пластин (материала и каталитического слоя). А для конкретных каталитических пластин определяют зависимость эффективности очистки от расхода, газового состава и температуры газовоздушной смеси. На основе замеров определяют параметры газовоздушной смеси, требуемые для оптимального обезвреживания выхлопных газов.
В соответствии с вышеописанной конструкцией был изготовлена и испытана установка каталитического обезвреживания выхлопных газов. Испытания проведены для обезвреживания различных по содержанию оксидов азота и оксида углерода газовоздушных смесей, моделирующие выхлопные газы авиадвигателя. Определены газодинамические характеристики блока каталитических пластин, эффективность обезвреживания при различных температурах газовоздушной смеси. На основе полученных зависимостей концентрации оксидов азота и оксида углерода газовоздушных смесей до и после каталитических пластин и степени нагретости газовоздушных смесей проведена доработка каталитических пластин - увеличена поверхность нанесенного каталитического слоя на поверхность высокопористого ячеистого материала каталитической пластины. Эта доработка позволила увеличить эффективность каталитического обезвреживания газовоздушной смеси, имитирующей выхлоп авиадвигателя. На основе полученных зависимостей эффективности обезвреживания от температуры газовоздушной смеси и ее газового состава определены допустимые параметры применения каталитического нейтрализатора.
Таким образом, новые отличительные признаки полезной модели в совокупности с известными признаками позволили определить характеристики работы каталитических пластин и на их основе осуществить подбор оптимального сочетания каталитических пластин в блоке, а также подобрать каталитические пластин по газодинамическим характеристикам и нанесенным составам каталитических композиций для обезвреживания различных по газовому составу, расходу и температуре выхлопных газов. То есть позволили расширить функциональные возможности установки.