УСТАНОВКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА С КАТАЛИТИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ ДЛЯ ДОЖИГАНИЯ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

Полезная модель относится к области изготовления пористых керамических элементов с каталитически активными покрытиями и может быть, в частности, применена для производства керамических элементов, используемые в выхлопных системах автомобилей для эффективной нейтрализации вредных выбросов в отработавших газах.
Известны устройства для нанесения катализаторов на пористые носители из растворов и суспензий с последующей сушкой и отжигом (Технология катализаторов / И.П. Мухленов, Е.И. Добкина, В.И. Дерюжкина; Под ред. И.П. Мухленова. - 2-изд. - Л.: Химия, 1979. - 325 с)
К недостаткам известных устройств следует отнести потери активных компонентов в отработавшем растворе, повторное использование которых, как правило, не представляется возможным ввиду присутствия различных примесей, таких как кремниевая кислота.
Контролировать толщину каталитически активного покрытия стенок пор носителя при использовании таких установок в условиях реального производства невозможно, в результате толщина покрытия может в значительной степени зависеть от конфигурации пор. При этом происходит перерасход дорогостоящих активных компонентов (таких как металлы платиновой группы). Не исключено закупоривание каналов, приводящее к снижению удельной активной площади поверхности катализатора по сравнению с ее технически достижимым значением.
Наиболее близкой по назначению и технической сути предлагаемого решения является установка для нанесения покрытия на пористые носители с открытыми порами (RU 2349382 C2, Заявка: 2005135564/04, 16.04.2004, Конвенционный приоритет 17.04.2003 DE 10317885.6, Дата публикации заявки: 27.05.2007, Опубликовано: 20.03.2009), включающая устройство нанесения каталитически активного покрытия в виде суспензии, содержащей избыточное количество твердых взвешенных и растворенных веществ, устройство взвешивания носителя устройство вытяжки избыточной суспензии и камеру сушки и обжига.
Существенным недостатком известной установки является необходимость проведения взвешивания носителя после пропитки с последующей вытяжкой избыточной суспензии, что увеличивает время технологического цикла и, соответственно снижает производительность установки.
Кроме того вытяжка избыточной суспензии не обеспечивает ее полное удаление из каналов пористого носителя, что снижает общую удельную активную поверхность и эффективность работы катализатора дожигания.
В известном устройстве отсутствуют камеры подготовки пористого носителя, из-за чего нарушается единство технологического процесса, которое может привести к накоплению посторонних примесей в порах в результате их адсорбции из атмосферы и снижению качества нанесения каталитически активных материалов.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание установки полного технологического цикла для изготовления керамического элемента с высокой удельной поверхностью каналов и равномерным каталитическим покрытием контролируемой толщины.
В результате использования предлагаемой полезной модели создается установка полного цикла подготовки развитой поверхности керамического носителя и нанесения на нее катализатора заданной толщины для создания эффективного элемента устройств дожигания выхлопных газов, отличающегося большой площадью контакта с потоками выхлопных газов и, соответственно, высокой степени их очистки от вредных компонентов.
Технический результат достигается тем, что предлагаемая установка для изготовления керамического элемента с каталитическим покрытием для дожигания выхлопных газов, содержащая камеру нанесения каталитически активного покрытия, содержит камеру пропитки пористого керамического элемента раствором гидроксида алюминия, камеру удаления избыточного раствора, камеру сушки, камеру термообработки, при этом камера нанесения каталитически активного покрытия включает в себя герметичный вакуумируемый корпус с входным и выходным шлюзами, расположенные внутри корпуса высокочастотный электромагнитный излучатель и газовый инжектор, электромагнитный излучатель соединен высокочастотным кабелем с высокочастотным генератором регулируемой мощности, камера пропитки раствором гидроксида алюминия, камера удаления избыточного раствора, камера сушки, камера термообработки и камера нанесения каталитически активного покрытия соединены последовательно посредством изолированных от атмосферы транспортировочных каналов, камера нанесения каталитически активного покрытия и камера сушки соединены с вакуумным постом через вакуумные трубопроводы.
Установка для изготовления керамического элемента с каталитическим покрытием для дожигания выхлопных газов, содержит камеру пропитки пористого керамического элемента раствором гидроксида алюминия, камеру удаления избыточного раствора, камеру сушки, камеру обжига и камеру нанесения каталитически активного покрытия.
Камера нанесения каталитически активного покрытия включает в себя герметичный вакуумируемый корпус с входным и выходным шлюзами, расположенные внутри корпуса высокочастотный электромагнитный излучатель и газовый инжектор. Электромагнитный излучатель соединен высокочастотным кабелем с высокочастотным генератором регулируемой мощности. Камера пропитки раствором гидроксида алюминия, камера удаления избыточного раствора, камера сушки, камера термообработки и камера нанесения каталитически активного покрытия соединены последовательно посредством изолированных от атмосферы транспортировочных каналов. Камера нанесения каталитически активного покрытия и камера сушки соединены с вакуумным постом через вакуумные трубопроводы.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена общая схема установки для изготовления керамического элемента с каталитическим покрытием для дожигания выхлопных газов
Установка для изготовления керамического элемента с каталитическим покрытием для дожигания выхлопных газов включает в себя камеру пропитки пористого керамического элемента раствором гидроксида алюминия 1, камеру удаления избыточного раствора 2, камеру сушки 3, камеру термообработки 4, камеру для нанесения каталитически активного покрытия 5.
Камера пропитки раствором гидроксида алюминия 1, камера удаления избыточного раствора 2, камера сушки 3, камера термообработки 4 и камера нанесения каталитически активного покрытия 5 соединены последовательно посредством изолированных от атмосферы транспортировочных каналов 13, 14, 15 и 16. Камера нанесения каталитически активного покрытия 5 и камера сушки 3 соединены с вакуумным постом 9 через вакуумные трубопроводы 17, 18.
Камера нанесения каталитически активного покрытия 5 включает в себя герметичный вакуумируемый корпус 6 с входным 7 и выходным 8 шлюзами. Внутри корпуса расположены высокочастотный электромагнитный излучатель 10, соединенный высокочастотным кабелем 19 с высокочастотным генератором регулируемой мощности 11, и газовый инжектор 12.
Работа установки для изготовления керамического элемента с каталитическим покрытием для дожигания выхлопных газов осуществляется следующим образом.
2
3
Керамические пористые элементы (заготовки) из α-AlO поштучно или блоками, состоящими из нескольких заготовок, смонтированных на общем вспомогательном суппорте, подают последовательно сначала в камеру 1, где производят пропитку сквозных каналов раствором гидроксида алюминия.
Из камеры пропитки пористые элементы перемещают по транспортировочному каналу 13 в камеру удаления избыточного раствора 2, где вибрационным или центробежным способом освобождают поры от избытка гидроксида, после чего элементы направляют по транспортировочному каналу 14 в камеру 3. В камере 3 осуществляют вакуумную сушку нанесенного гидроксида. С этой целью их нагревают до относительно невысокой температуры (100-200°C). При этом в камере поддерживают давление в диапазоне 10-50 Па, откачивая воздух через вакуумный трубопровод 18 с помощью вакуумного поста 9 с целью обеспечения максимального освобождения пор от воды и летучих примесей, которые при последующей термообработке могли бы образовать пробки в сквозных каналах. Затем элементы по транспортировочному каналу 15 перемещают в камеру термообработки 4, в которой производят отжиг нанесенного гидроксида в атмосфере химически нейтрального газа при температуре 500-700°C. В результате проведенных операций на поверхности каналов образуется слой керамики с развитой поверхностью большой удельной площади. Из камеры 4 элементы по транспортировочному каналу 16 подают во входной шлюз 7 камеры 5 для нанесения каталитически активного покрытия, из которого, после откачки воздуха и выравнивания давления в шлюзе и внутри корпуса 6 камеры 5, готовые для нанесения каталитически активного покрытия элементы 20 транспортируют в рабочую позицию, т.е. в зону действия электромагнитного излучателя 10 и газового инжектора 12. После этого шлюз 7 закрывают. Для нанесения каталитически активного покрытия через газовый инжектор 12 подают летучее металлоорганические соединения металлов платиновой группы (например, бета-дикетонаты родия, иридия или палладия). Одновременно возбуждают активизируют электромагнитный излучатель 10, для чего по электромагнитному кабелю 19, с высокочастотного генератора 11 подают переменный электрический сигнал в радиочастотном (например, на промышленной частоте 13,56 МГц) или СВЧ (например 2,45 ГГц) диапазоне требуемой мощности, устанавливают исходя из максимальной скорости осаждения каталитически активного покрытия.
В тлеющем разряде, возникающем под действием высокочастотного электромагнитного поля, в потоке инжектируемого металлоорганического соединения происходит генерация химически активных комплексов. Последние проникают в каналы пористого элемента и инициируют химические реакции, в результате которых на внутренних поверхностях каналов осаждаются равномерные пленки каталитически активных соединений (соответственно, родия, иридия или палладия). Конечная толщина пленки в таком процессе точно контролируется путем изменения мощности, подаваемой на электромагнитный излучатель, скорости подачи металлорганического соединении и времени обработки, что позволяет избежать перерасхода дорогостоящего материала и закупоривания каналов, ведущего к снижению эффективности работы элемента.
В процессе нанесения покрытия в камере 5 поддерживается низкое давление за счет откачки остаточных газов с помощью вакуумного поста 9 через вакуумный трубопровод 17.
2
2
Транспортировочные каналы 13, 14, 15, 16 могут быть выполнены в виде транспортеров, заключенных в металлические короба круглого или прямоугольного сечения с фланцевыми уплотнениями, обеспечивающими герметичность. Внутри транспортировочных каналов поддерживается небольшое избыточное давление какого-либо химически нейтрального газа (Ar, N, CO и др.).