RU2730756C1

RU2730756C1 - Device for catalytic cleaning of internal combustion engine exhaust gases

Info

Publication number: RU2730756C1
Application number: RU2020102382A
Authority: RU
Inventors: Гиви Гурамович Надарейшвили; Владимир Иванович Панчишный; Игорь Викторович Неволин; Раис Маратович Загретдинов
Priority date: 2020-01-22
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2020-08-25

Abstract

FIELD: engine building.SUBSTANCE: device for catalytic purification of ICE exhaust gases by selective catalytic reduction / oxidation method comprises control and control system with sensors of parameters and process control elements, units for selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases, at least, one device for supply of chemically active additives with at least one container and with one pneumatic device for dispensing and supply of chemically active additives in a solid phase into a thermal reactor, including thermolysis zones of chemically active additives in a solid phase with a unit for heating thermolysis catalysts and hydrolysis of harmful products of thermolysis in gas phase to simple substances, output ejector of pneumatic supply to exhaust manifold to corresponding catalyst unit for selective catalytic reduction of chemically active additives in gaseous phase, wherein thermolysis catalyst heating unit is additionally equipped with at least one controlled heat pipe connected to exhaust manifold, with control and adjustment system, with parameters sensors and with heat transfer process control elements, and each of selective reduction and / or oxidation units of harmful exhaust gas components are equipped with at least one controlled heat pipe connected to exhaust manifold, with thermal accumulator, with regulation and control system, with sensors of parameters and with heat transfer process control elements.EFFECT: device for catalytic cleaning of ICE exhaust gases is proposed.1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Устройство каталитической очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (ДВС) предназначено для каталитической очистки выхлопных газов ДВС и может использоваться в народном хозяйстве совместно с любым ДВС, преимущественно в энергетическом машиностроении.The device for catalytic cleaning of exhaust gases of an internal combustion engine (ICE) is intended for catalytic cleaning of exhaust gases from internal combustion engines and can be used in the national economy in conjunction with any internal combustion engine, mainly in power engineering.

Известно устройство каталитической очистки выхлопных газов ДВС методом селективного каталитического восстановления/окисления составляющих выхлопных газов и подачи химически активных добавок, содержащее систему регулирования и управления с датчиками параметров и органами управления процессом, блоки селективного восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов, по меньшей мере, одно устройство хранения химически активных добавок, по меньшей мере, одно пневматическое устройство дозирования и подачи химически активных добавок (в твердой фазе) в термический реактор, включающий зоны термолиза химически активных добавок в твердой фазе с агрегатом подогрева катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ, выходной эжектор пневматической подачи в выхлопной коллектор на соответствующий блок катализатора селективного каталитического восстановления химически активных добавок в газовой фазе, (см. патент РФ RU 2673030 С2, патентообладатель ДЖОНСОН МЭТТИ КАТАЛИСТС (ДЖЕРМАНИ) ГМБХ, опубл. 13.03.2018).Known is a device for catalytic cleaning of ICE exhaust gases by the method of selective catalytic reduction / oxidation of exhaust gas components and supply of chemically active additives, containing a regulation and control system with parameter sensors and process controls, units for selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases, at least , one storage device for chemically active additives, at least one pneumatic device for dosing and feeding chemically active additives (in the solid phase) into a thermal reactor, including zones of thermolysis of chemically active additives in the solid phase with a heating unit for thermolysis catalysts and hydrolysis of harmful thermolysis products in gas phase to simple substances, the output ejector of pneumatic supply to the exhaust manifold on the corresponding catalyst unit for selective catalytic reduction of chemically active additives in the gas phase, (see RF patent RU 2673030 C2, patent holder JONSON MATTY KATALISTS (JERMANI) GMBH, publ. 03/13/2018).

Основным недостатком устройства для каталитической очистки выхлопных газов ДВС является сложность организации процесса дозирования, подачи и испарения аммиака или его предшественника из водяного раствора.The main disadvantage of the device for the catalytic purification of exhaust gases from an internal combustion engine is the complexity of organizing the process of dosing, supplying and evaporating ammonia or its precursor from an aqueous solution.

Известно устройство каталитической очистки выхлопных газов ДВС методом селективного каталитического восстановления/окисления составляющих выхлопных газов и подачи химически активных добавок, содержащее систему регулирования и управления с датчиками параметров и органами управления процессом, блоки селективного восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов, по меньшей мере, одно устройство хранения химически активных добавок, по меньшей мере, одно устройство дозирования и подачи химически активных добавок в термический реактор, включающий зоны термолиза химически активных добавок с агрегатом подогрева катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ, выходной эжектор пневматической подачи в выхлопной коллектор на соответствующий блок катализатора селективного каталитического восстановления химически активных добавок в газовой фазе, (см. патент РФ RU 2538368 С2, патентообладатель ОГАЙО ЮНИВЕРСИТИ опубл. 10.01.2015).Known is a device for catalytic cleaning of ICE exhaust gases by the method of selective catalytic reduction / oxidation of exhaust gas components and supply of chemically active additives, containing a regulation and control system with parameter sensors and process controls, units for selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases, at least , one device for storing chemically active additives, at least one device for dosing and feeding chemically active additives into a thermal reactor, including zones of thermolysis of chemically active additives with a unit for heating catalysts for thermolysis and hydrolysis of harmful thermolysis products in the gas phase to simple substances, pneumatic outlet ejector feeding into the exhaust manifold to the corresponding catalyst unit for selective catalytic reduction of chemically active additives in the gas phase (see RF patent RU 2538368 C2, patent holder OGAIO UNIVERSITY publ. 01/10/2015).

Основным недостатком устройства для каталитической очистки выхлопных газов ДВС является сложность на всех режимах работы и перехода между ними для ДВС организации процесса термического гидролиза мочевины, последующего испарения в необходимом количестве и подачи аммиака или его предшественника из водяного раствора.The main disadvantage of the device for the catalytic purification of exhaust gases from an internal combustion engine is the complexity in all operating modes and the transition between them for the internal combustion engine to organize the process of thermal hydrolysis of urea, subsequent evaporation in the required amount and the supply of ammonia or its precursor from an aqueous solution.

Известно устройство каталитической очистки выхлопных газов ДВС методом селективного каталитического восстановления/окисления составляющих выхлопных газов и подачи химически активных добавок, содержащее систему регулирования и управления с датчиками параметров и органами управления процессом, блоки селективного восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов, по меньшей мере, одно устройство хранения химически активных добавок, по меньшей мере, одно устройство дозирования и подачи химически активных добавок в термический реактор, включающий зоны термолиза химически активных добавок с агрегатом подогрева катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ, выходной эжектор пневматической подачи в выхлопной коллектор на соответствующий блок катализатора селективного каталитического восстановления химически активных добавок в газовой фазе, (см. патент РФ RU 2667852 С2, патентообладатель СКАНИА СВ АБ опубл. 24.09.2018).Known is a device for catalytic cleaning of ICE exhaust gases by the method of selective catalytic reduction / oxidation of exhaust gas components and supply of chemically active additives, containing a regulation and control system with parameter sensors and process controls, units for selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases, at least , one device for storing chemically active additives, at least one device for dosing and feeding chemically active additives into a thermal reactor, including zones of thermolysis of chemically active additives with a unit for heating catalysts for thermolysis and hydrolysis of harmful thermolysis products in the gas phase to simple substances, pneumatic outlet ejector feeding into the exhaust manifold to the corresponding catalyst unit for selective catalytic reduction of chemically active additives in the gas phase (see RF patent RU 2667852 C2, patent holder SCANIA SV AB publ. 09.24.2018).

Основным недостатком устройства для каталитической очистки выхлопных газов ДВС является сложность управления и организации двухстадийного процесса подачи и испарения порций добавок в виде аммиака или его предшественника из жидкого раствора на всех режимах работы ДВС.The main disadvantage of the device for catalytic purification of exhaust gases from an internal combustion engine is the complexity of the control and organization of a two-stage process of supplying and evaporating portions of additives in the form of ammonia or its precursor from a liquid solution at all operating modes of the internal combustion engine.

Известно устройство каталитической очистки газов, например выхлопных газов ДВС, методом селективного каталитического восстановления/окисления составляющих выхлопных газов и подачи химически активных добавок, содержащее систему регулирования и управления с датчиками параметров и органами управления процессом, блоки селективного восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов, по меньшей мере, одно устройство хранения химически активных добавок, по меньшей мере, одно электромеханическое устройство дозирования и подачи химически активных добавок в твердой фазе в термический реактор, включающий зоны термолиза химически активных добавок в твердой фазе с агрегатом подогрева катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ, выходной эжектор подачи в выхлопной коллектор на соответствующий блок катализатора селективного каталитического восстановления химически активных добавок в газовой фазе, (см. патент РФ RU 2391288 С2, патентообладатель МАН НУТЦФАРЦОЙГЕ АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ опубл. 10. 06. 2010).A device for catalytic cleaning of gases, for example, exhaust gases of an internal combustion engine, is known by the method of selective catalytic reduction / oxidation of components of exhaust gases and the supply of chemically active additives, containing a regulation and control system with parameter sensors and process controls, blocks for selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases at least one device for storing chemically active additives, at least one electromechanical device for dosing and feeding chemically active additives in the solid phase into a thermal reactor, including zones for thermolysis of chemically active additives in the solid phase with a heating unit for thermolysis and hydrolysis catalysts of harmful products thermolysis in the gas phase to simple substances, the output ejector is fed into the exhaust manifold to the corresponding catalyst unit for the selective catalytic reduction of chemically active additives in the gas phase, (see RF patent RU 2391288 C2, patent the owner of MAN NUTZFARZOYGE AKTSIENGEZELLSHAFT publ. 10.06.2010).

Основным недостатком устройства для каталитической очистки выхлопных газов ДВС является сложность организации процесса в зоне термолиза химически активных добавок в твердой фазе с электрическим агрегатом подогрева катализаторов термолиза и гидролиза в газовой фазе вредных продуктов термолиза до простых веществ вследствие больших и постоянных затрат электроэнергии из системы электроснабжения ДВС, что при высоких частотах вращения выходного вала и больших нагрузках дополнительно перегружает систему электроснабжения ДВС.The main disadvantage of the device for the catalytic purification of exhaust gases from an internal combustion engine is the complexity of organizing the process in the thermolysis zone of chemically active additives in the solid phase with an electric unit for heating thermolysis and hydrolysis catalysts in the gas phase of harmful thermolysis products to simple substances due to the large and constant consumption of electricity from the internal combustion engine power supply system. that at high speeds of rotation of the output shaft and heavy loads additionally overloads the power supply system of the internal combustion engine.

Известно устройство каталитической очистки выхлопных газов ДВС методом селективного каталитического восстановления/окисления составляющих выхлопных газов и подачи химически активных добавок, содержащее систему регулирования и управления с датчиками параметров и органами управления процессом, блоки селективного восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов, по меньшей мере, одно устройство хранения и подачи химически активных добавок с, по меньшей мере, одной емкостью и с одним пневматическим устройством дозирования и подачи химически активных добавок в твердой фазе в термический реактор, включающий зоны термолиза химически активных добавок в твердой фазе с агрегатом подогрева катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ, выходной эжектор пневматической подачи в выхлопной коллектор на соответствующий блок катализатора селективного каталитического восстановления химически активных добавок в газовой фазе, (см. патент США US 6928807 В2, патентообладатель MAN NUTZFAHRZEUGE AKTIENGESELLSCHAFT опубл. 27.08.2003).Known is a device for catalytic cleaning of ICE exhaust gases by the method of selective catalytic reduction / oxidation of exhaust gas components and supply of chemically active additives, containing a regulation and control system with parameter sensors and process controls, units for selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases, at least , one device for storing and supplying chemically active additives with at least one container and with one pneumatic device for dosing and supplying chemically active additives in the solid phase into a thermal reactor, including zones for thermolysis of chemically active additives in the solid phase with a heating unit for thermolysis catalysts and hydrolysis of harmful products of thermolysis in the gas phase to simple substances, the output ejector of pneumatic feed into the exhaust manifold to the corresponding catalyst unit for the selective catalytic reduction of chemically active additives in the gas phase, (see patent US NT US 6928807 B2, patent holder MAN NUTZFAHRZEUGE AKTIENGESELLSCHAFT publ. 27.08.2003).

Основным недостатком устройства для каталитической очистки выхлопных газов ДВС является сложность организации процесса подачи в реакционную камеру и поддержания режима преобразования в ней твердого карбамида в аммиак или в его предшественник в газовой фазе на всех режимах работы ДВС, и необходимые для этого постоянные энергетические затраты на разогрев поверхности термического реактора и постоянное поддержание температуры этой поверхности, необходимой для термолиза карбамида в аммиак и проведения эндотермической реакции термолиза карбамида и гидролиза изоциановой кислоты. Это создает постоянную повышенную нагрузку на электроэнегетическую систему ДВС. Подогрев катализатора прямой теплопередачей тепла через материалы стенок выпускного коллектора и термического реактора от выхлопных газов требует достаточно длительного времени, что не может обеспечить оперативности подогрева катализатора при изменении режима работы ДВС и повышения количества аммиака при увеличении скорости вращения или нагрузки.The main disadvantage of the device for the catalytic purification of exhaust gases from an internal combustion engine is the complexity of organizing the process of feeding into the reaction chamber and maintaining the mode of converting solid carbamide in it into ammonia or into its precursor in the gas phase at all operating modes of the internal combustion engine, and the necessary constant energy costs for heating the surface thermal reactor and constant maintenance of the temperature of this surface required for the thermolysis of carbamide into ammonia and for the endothermic reaction of thermolysis of carbamide and hydrolysis of isocyanic acid. This creates a constant increased load on the electrical system of the internal combustion engine. Heating the catalyst by direct heat transfer of heat through the materials of the walls of the exhaust manifold and the thermal reactor from the exhaust gases requires a sufficiently long time, which cannot ensure the promptness of heating the catalyst when the operating mode of the internal combustion engine changes and the amount of ammonia increases with increasing rotation speed or load.

Технической задачей предложения является повышение эффективности работы ДВС путем снижения нагрузки на электроэнергетическую систему ДВС, связанные с ней снижение расхода топлива и повышение эффективности теплоиспользования в ДВС, в том числе и - тепла отходящих выхлопных газов, повышения стабильности работы термического реактора термолиза карбамида и гидролиза изоциановой кислоты и соответствующих блоков катализатора селективного каталитического восстановления химически активных добавок в газовой фазе и повышение оперативности отклика термического реактора на изменения режима работы ДВС.The technical objective of the proposal is to increase the efficiency of the internal combustion engine by reducing the load on the electric power system of the internal combustion engine, reducing the fuel consumption and increasing the efficiency of heat use in the internal combustion engine, including the heat of exhaust exhaust gases, increasing the stability of the thermal reactor of carbamide thermolysis and hydrolysis of isocyanic acid. and corresponding catalyst units for selective catalytic reduction of chemically active additives in the gas phase and increasing the responsiveness of the thermal reactor to changes in the operating mode of the internal combustion engine.

Техническая задача решается тем что устройство каталитической очистки выхлопных газов ДВС методом селективного каталитического восстановления/окисления составляющих выхлопных газов и подачи химически активных добавок, содержащее систему регулирования и управления с датчиками параметров и органами управления процессом, блоки селективного восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов, по меньшей мере, одно устройство и подачи химически активных добавок с, по меньшей мере, одной емкостью и с одним пневматическим устройством дозирования и подачи химически активных добавок в твердой фазе в термический реактор, включающий зоны термолиза химически активных добавок в твердой фазе с агрегатом подогрева катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ, выходной эжектор пневматической подачи в выхлопной коллектор на соответствующий блок катализатора селективного каталитического восстановления химически активных добавок в газовой фазе, причем агрегат подогрева катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной управляемой тепловой трубой, соединенной с выхлопным коллектором, с датчиками параметров, с органами управления процессом теплопередачи и с системой регулирования и управления, а каждый из блоков селективного восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов снабжены, по меньшей мере, одной управляемой тепловой трубой с термоаккумулятором, соединенной с выпускным коллектором, с термоаккумулятором, с датчиками параметров, с органами управления процессом теплопередачи и с системой регулирования и управления.The technical problem is solved by the fact that the device for catalytic cleaning of the exhaust gases of the internal combustion engine by the method of selective catalytic reduction / oxidation of the components of the exhaust gases and the supply of chemically active additives, containing a regulation and control system with parameter sensors and process controls, blocks for selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases , at least one device and supply of chemically active additives with at least one container and with one pneumatic device for dosing and supply of chemically active additives in the solid phase into a thermal reactor including zones of thermolysis of chemically active additives in the solid phase with a heating unit catalysts for thermolysis and hydrolysis of harmful products of thermolysis in the gas phase to simple substances, the output ejector of pneumatic supply to the exhaust manifold to the corresponding catalyst unit for selective catalytic reduction of chemically active additives in gases phase, and the unit for heating catalysts for thermolysis and hydrolysis of harmful thermolysis products is additionally equipped with at least one controlled heat pipe connected to the exhaust manifold, with parameter sensors, with controls for the heat transfer process and with a control and management system, and each of the blocks selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases are equipped with at least one controlled heat pipe with a thermal accumulator connected to the exhaust manifold, with a thermal accumulator, with parameter sensors, with controls for the heat transfer process and with a regulation and control system.

При этом следует разъяснить, что выбросы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) делятся на выбросы от карбюраторных и дизельных двигателей. Такое разделение связано с тем, что карбюраторные двигатели (КД) работают с однородными топливно-воздушными смесями, в то время как дизельные двигатели (ДД) - с гетерогенными смесями (см. книгу Ветошкин А.Г. «Процессы и аппараты газоочистки». Учебное пособие. Пенза: Изд-во ПТУ, 2006 г., стр. 164-180).It should be clarified, however, that emissions from internal combustion engines (ICEs) are divided into emissions from carburetor and diesel engines. This division is due to the fact that carburetor engines (CD) work with homogeneous fuel-air mixtures, while diesel engines (DD) - with heterogeneous mixtures (see the book AG Vetoshkin "Processes and gas cleaning devices". manual. Penza: Publishing house of vocational school, 2006, pp. 164-180).

Выбросы загрязнений от двигателей внутреннего сгорания карбюраторного типа включают углеводороды, оксиды углерода, оксиды азота и нерегулярные выбросы. Загрязнения возникают вследствие реакций и в процессе горения в объеме и на поверхностях. Прорыв газов через поршневые кольца и выхлоп из цилиндров являются менее интенсивным источником выбросов загрязнений. В 1980 г. 4% выпускаемых в мире легковых и грузовых автомобилей было оснащено дизелями, а к концу 80-х годов этот показатель возрос до 25%. Основные выбросы загрязнений дизельных двигателей те же самые, что и карбюраторных двигателей (углеводороды, оксид углерода, оксиды азота, нерегулярные выбросы), но к ним добавляются частицы углерода (сажевый аэрозоль). Содержание вредных веществ в выбросах автомобилей колеблется в широких пределах и зависит от многих факторов, например, при скорости 70 км/ч в выхлопе автомобиля содержится 0,2…0,3% СО, при скорости более 100 км/ч и при работе двигателя на холостом ходу содержание этого опасного газа достигает 12%. Легковой автомобиль выбрасывает оксида углерода СО до 3 м /ч, грузовой - до 6 м /ч (3.6 кг/ч).Emissions from carburetor-type internal combustion engines include hydrocarbons, carbon oxides, nitrogen oxides and fugitive emissions. Contamination occurs as a result of reactions and during combustion in bulk and on surfaces. The blow-by of gases through the piston rings and exhaust from the cylinders are less intensive sources of pollution. In 1980, 4% of the world's passenger cars and trucks were equipped with diesel engines, and by the end of the 1980s this figure had increased to 25%. The main pollutant emissions of diesel engines are the same as those of carburetor engines (hydrocarbons, carbon monoxide, nitrogen oxides, irregular emissions), but carbon particles (soot aerosol) are added to them. The content of harmful substances in car emissions varies widely and depends on many factors, for example, at a speed of 70 km / h, the exhaust of a car contains 0.2 ... 0.3% CO, at a speed of more than 100 km / h and when the engine is running on idling, the content of this dangerous gas reaches 12%. A passenger car emits carbon monoxide CO up to 3 m3 / h, a truck - up to 6 m3 / h (3.6 kg / h).

О составе выхлопных газов автомобилей с различными типами двигателей можно судить по данным, приведенным в табл.8.1.The composition of the exhaust gases of cars with different types of engines can be judged from the data given in Table 8.1.

Следует разъяснить, что очевидно - в предложенной конструкции могут конечно использоваться и классические не управляемые тепловые трубы, при этом возникнут дополнительные ограничения при их работе, связанные с постоянной передачей тепла и температурой начала их работы.It should be clarified that it is obvious that in the proposed design, classical non-controllable heat pipes can of course be used, and additional restrictions will arise during their operation, associated with the constant transfer of heat and the temperature of the beginning of their operation.

Следует также разъяснить, так как общеизвестно, что управляемой тепловой трубой называется классическая тепловая труба, которая помимо герметичного корпуса для перемещения потока газообразной фазы внутреннего теплоносителя, средства перемещения потока жидкой фазы внутреннего теплоносителя и мест подвода и отвода тепла к нему при изменении его агрегатного состояния с жидкого на газообразное и обратно, обычно дополнительно снабжена средствами контроля теплового состояния, наличия и регулирования потока жидкой и/или газообразной фазы внутреннего теплоносителя, то это не может быть предметом изобретения. Эти средства позволяют определить у нее рабочее или нерабочее состояние, интенсивность ее работы, регулировать процесс теплопередачи и выключать его при необходимости. Кроме этого рабочая температура тепловой трубы (то есть температура кипения/конденсации внутреннего теплоносителя), не может быть ниже рабочей температуры устройства подогрева катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ, таких как аммиак и др. соответственно. Очевидно, что температура блоков селективного восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов должна быть другой, отличной от указанной выше, по этой причине и каждая управляемая тепловая труба, соединенная соответственно со своими термоаккумулятором, датчиками параметров, органами управления процессом теплопередачи и с системой регулирования и управления, должна работать в рабочем диапазоне температур соответствующего катализатора. При этом достигаются следующие технические результаты, описанные ниже.It should also be clarified, since it is well known that a controlled heat pipe is called a classical heat pipe, which, in addition to a sealed housing for moving the flow of the gaseous phase of the internal coolant, means for moving the flow of the liquid phase of the internal coolant and places for supplying and removing heat to it when its aggregate state changes from liquid to gaseous and vice versa, usually additionally equipped with means for monitoring the thermal state, the presence and regulation of the flow of the liquid and / or gaseous phase of the internal heat carrier, this cannot be the subject of the invention. These tools allow you to determine her working or non-working state, the intensity of her work, regulate the heat transfer process and turn it off if necessary. In addition, the operating temperature of the heat pipe (that is, the boiling / condensation temperature of the internal heat carrier) cannot be lower than the operating temperature of the device for heating the catalysts of thermolysis and hydrolysis of harmful thermolysis products in the gas phase to simple substances such as ammonia, etc., respectively. Obviously, the temperature of the blocks for selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases must be different from the above, for this reason, each controlled heat pipe connected, respectively, with its thermal accumulator, parameter sensors, control elements for the heat transfer process and with a control system and control must operate within the operating temperature range of the corresponding catalyst. This achieves the following technical results, described below.

Общая последовательность работы устройства для каталитической очистки выхлопных газов ДВС почти такая же, как и в прототипе, но достигаются новые технические результаты и начинаются отличия в работе при достижении управляемой тепловой трубой рабочей температуры, когда управляемая тепловая труба выходит на рабочий режим, то есть при этом процесс испарения/кипения и конденсации и наоборот внутреннего теплоносителя становится интенсивным, при этом за счет этого и должен идти интенсивный процесс теплообмена и поддержания температурного состояния катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ. По этой причине высокотемпературные и другие тепловые трубы позволяют, кроме интенсификации использования отходящего тепла отработавших газов, достичь дополнительный технический результат, такой как температурная стабилизация процессов работы термического реактора термолиза карбамида и гидролиза изоциановой кислоты, а для соответствующих блоков катализатора селективного каталитического восстановления/окисления и подачи соответствующих химически активных добавок в газовой фазе путем температурной стабилизации процесса повысить эффективность процесса путем работы их при оптимальной рабочей температуре за счет такого физического эффекта как постоянство температуры конденсации внутреннего теплоносителя тепловой трубы.The general sequence of operation of the device for catalytic cleaning of exhaust gases of an internal combustion engine is almost the same as in the prototype, but new technical results are achieved and differences in operation begin when the controlled heat pipe reaches the operating temperature, when the controlled heat pipe enters the operating mode, that is, the process of evaporation / boiling and condensation and vice versa of the internal heat carrier becomes intense, and due to this, an intensive process of heat exchange and maintenance of the temperature state of thermolysis catalysts and hydrolysis of harmful thermolysis products in the gas phase to simple substances should take place. For this reason, high-temperature and other heat pipes allow, in addition to intensifying the use of waste heat of exhaust gases, to achieve an additional technical result, such as temperature stabilization of the processes of operation of a thermal reactor for carbamide thermolysis and hydrolysis of isocyanic acid, and for the corresponding catalyst units for selective catalytic reduction / oxidation and supply the corresponding chemically active additives in the gas phase, by means of temperature stabilization of the process, to increase the efficiency of the process by operating them at the optimum operating temperature due to such a physical effect as the constancy of the condensation temperature of the internal coolant of the heat pipe.

Предложение поясняется чертежами.The proposal is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана общая схема и конструкция устройства для каталитической очистки выхлопных газов ДВС. На фиг. 2 показана конструкция термического реактора с, по меньшей мере, одной управляемой тепловой трубой, соединенной с датчиками параметров, с системой регулирования и управления и с органами управления процессом теплопередачи, включающего зоны термолиза химически активных добавок в твердой фазе с агрегатом подогрева катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ.FIG. 1 shows the general diagram and design of a device for catalytic cleaning of exhaust gases from an internal combustion engine. FIG. 2 shows the design of a thermal reactor with at least one controlled heat pipe connected to parameter sensors, a regulation and control system and controls for the heat transfer process, including zones of thermolysis of chemically active additives in the solid phase with a heating unit for thermolysis and harmful hydrolysis catalysts thermolysis products in the gas phase to simple substances.

На фиг. 1 показаны: двигатель 1 внутреннего сгорания, выпускной коллектор 2 для отвода выхлопных газов с турбиной 3 привода турбокомпрессора, трубопровод 4 выхлопной системы, предварительный стартовый катализатор 5 устройства для каталитической очистки выхлопных газов ДВС, по меньшей мере, один блок 6 катализатора селективного каталитического восстановления/окисления или SCR (Термин «СКВ (SCR)» означает селективное каталитическое восстановление), устройство хранения и подачи химически активных добавок с емкостью 7 для хранения карбамида, причем каждое устройство хранения и подачи химически активных добавок выполнено не только с, по меньшей мере, одной емкостью 7, но и с, по меньшей мере, одним пневматическим устройством 13 дозирования и подачи химически активных добавок в твердой фазе в термический реактор 8, при этом термический реактор 8 для производства аммиака (NH₃) выполнен с зоной термолиза, в которой реакционная камера 9 с катализатором термолиза выполнена с возможностью предварительного нагрева электрическим нагревательным элементом 10 катализатора термолиза, и с зоной гидролиза - нагрева катализатора 11 гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ, датчик 12 уровня карбамида в емкости 7 для хранения карбамида, пневматическое дозирующее устройство 13 служит для дозирования и подачи карбамида в пневматическом устройстве дозирования и подачи других химически активных добавок в твердой фазе в другой аналогичный термический реактор 8. Трубка 14 пневматической подачи карбамида в реактор 8 термолиза для производства аммиака (NH₃), соединена с пневматическим насосом 15 подачи карбамида, трубка 16 подачи воздуха в дозирующее устройство 13 подачи карбамида, с клапаном-регулятором 17 подачи карбамида. Трубка 18 подачи водосодержащих выхлопных газов и клапан-регулятор 19 подачи водосодержащих выхлопных газов служат для регулирования подачи воды на катализатор 11 гидролиза в зоне гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ. Система регулирования и управления с датчиками параметров и органами управления процессом также включает блок 20 управления, регулирования и управления с датчиками параметров и органами управления процессом, управляющий канал 21 пневматического насоса 15, канал 22 управления дозирующего пневматического устройства 13, управляющий канал 23 блокирующего клапана-регулятора 17, канал управления 24 подвижным позиционированием клапана-регулятора 19, линию управления 25 тепловой мощностью нагревательного элемента 10, управляющий канал 26 блока управления 20 системы регулирования и управления с датчиками параметров и органами управления процессом, информационную панель 27 блока управления 20, измерительный канал 28, содержание NO_x в выпускном коллекторе 2 для сбора выхлопных газов, измерительный канал 29 температуры и, в случае необходимости, также давления отработавшего газа в трубопроводе 4 для отработанного газа в месте, расположенном выше по потоку от предварительного катализатора 5, такие измерения предоставляются через измерительный канал 28, содержание NO_x в трубопроводе 2 для сбора выхлопных газов, измерительный канал 30, который служит для передачи данных о скорости вращения, крутящем моменте и массовом расходе выхлопных газов двигателя 1, измерительный канал 31, который служит для передачи данных о температуре ответвления потока выхлопных газов в питающий трубопровод 18 подачи выхлопных водосодержащих газов, измерительный канал 32, который служит для передачи данных о состоянии заполнения карбамидом подающего контейнера, измеряемых датчиком 12, измерительный канал 33, который служит для передачи данных о температуре в зоне термолиза реакционной камеры 9, измерительный канал 34, который служит для измерения температуры отработанного газа в трубопроводе 4 отработанного газа при введении отработанного газа в катализатор 6 SCR, заборное устройство аммиака от выходной зоны 35 термического реактора 8, трубопровод 36, который служит для отвода аммиака от выходной зоны 35 в выходной эжектор 37 пневматической подачи в выхлопной коллектор на соответствующий блок 6 катализатора селективного каталитического восстановления химически активных добавок в газовой фазе, в данном случае аммиака.FIG. 1 shows: an internal combustion engine 1, an exhaust manifold 2 for removing exhaust gases with a turbine 3 of a turbocharger drive, a pipeline 4 of the exhaust system, a preliminary starting catalyst 5 of a device for catalytic cleaning of exhaust gases of an internal combustion engine, at least one unit 6 of a selective catalytic reduction catalyst / oxidation or SCR (the term "SCR" means selective catalytic reduction), a device for storing and supplying reactive additives with a capacity 7 for storing urea, and each device for storing and supplying reactive additives is made not only with at least one with a capacity 7, but also with at least one pneumatic device 13 for dosing and feeding chemically active additives in the solid phase into a thermal reactor 8, while a thermal reactor 8 for the production of ammonia (NH ₃ ) is made with a thermolysis zone, in which the reaction chamber 9 with a thermolysis catalyst is made with the possibility of preliminary heating by an electric heating element 10 of the thermolysis catalyst, and with a hydrolysis zone - heating the catalyst 11 for the hydrolysis of harmful thermolysis products in the gas phase to simple substances, a urea level sensor 12 in a urea storage tank 7, a pneumatic dosing device 13 serves for dosing and feeding urea into pneumatic device for dosing and supplying other chemically active additives in the solid phase to another similar thermal reactor 8. Tube 14 for pneumatic supply of urea to the thermolysis reactor 8 for the production of ammonia (NH ₃ ), connected to a pneumatic pump 15 for supplying urea, tube 16 for supplying air to the metering device 13 for feeding urea, with a valve-regulator 17 for feeding urea. The pipe 18 for supplying aqueous exhaust gases and a regulator valve 19 for supplying aqueous exhaust gases serve to regulate the supply of water to the hydrolysis catalyst 11 in the zone of hydrolysis of harmful thermolysis products in the gas phase to simple substances. The regulation and control system with parameter sensors and process controls also includes a control, regulation and control unit 20 with parameter sensors and process controls, a control channel 21 of a pneumatic pump 15, a control channel 22 of a pneumatic metering device 13, a control channel 23 of a blocking valve-regulator 17, control channel 24 for movable positioning of the regulator valve 19, control line 25 for the thermal power of the heating element 10, control channel 26 of the control unit 20 of the regulation and control system with parameter sensors and process controls, information panel 27 of the control unit 20, measuring channel 28, the content of NO _x in the exhaust manifold 2 for collecting the exhaust gases, the measuring channel 29 of the temperature and, if necessary, also the pressure of the exhaust gas in the exhaust gas line 4 at a point upstream of the pre-catalyst 5, such measurements are provided through the measuring channel 28, the NO _x content in the exhaust gas collection line 2, the measuring channel 30, which serves to transmit data on the rotational speed, torque and mass flow of the exhaust gases of the engine 1, the measuring channel 31, which serves to transfer data on the temperature of the branch of the exhaust gas flow into the supply pipeline 18 for the supply of exhaust water-containing gases, the measuring channel 32, which serves to transmit data on the state of filling the supply container with urea, measured by the sensor 12, the measuring channel 33, which serves to transmit data on the temperature in the thermolysis zone of the reaction chambers 9, measuring channel 34, which serves to measure the temperature of the exhaust gas in the exhaust gas pipeline 4 when the exhaust gas is introduced into the SCR catalyst 6, an ammonia intake from the outlet zone 35 of the thermal reactor 8, a pipeline 36 that serves to remove ammonia from the outlet zone 3 5 into the outlet ejector 37 of pneumatic supply to the exhaust manifold to the corresponding unit 6 of the catalyst for selective catalytic reduction of reactive additives in the gas phase, in this case, ammonia.

Устройство каталитической очистки выхлопных газов ДВС методом селективного каталитического восстановления/окисления составляющих выхлопных газов и подачи химически активных добавок, содержит систему регулирования и управления, включающую блок 20 управления с датчиками параметров и органами управления процессом, блоки 6 селективного каталитического восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов, по меньшей мере, одно устройство хранения и подачи химически активных добавок, например, карбамида, с, по меньшей мере, одной емкостью 7 и одним пневматическим устройством 13 дозирования и подачи химически активных добавок в твердой фазе в термический реактор 8, включающий зону термолиза с реакционной камерой 9 термолиза реактора 8 химически активных добавок в твердой фазе, с электрическим нагревательным элементом 10 агрегата подогрева катализаторов термолиза в термическом реакторе 8, и зону гидролиза с катализатором 11 гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ, выходной эжектор 37 пневматической подачи химически активных добавок в газовой фазе в выпускной коллектор 2 на соответствующий блок 6 катализатора селективного каталитического восстановления или окисления химически активных добавок в газовой фазе.The device for catalytic purification of ICE exhaust gases by the method of selective catalytic reduction / oxidation of exhaust gas constituents and the supply of chemically active additives, contains a regulation and control system including a control unit 20 with parameter sensors and process controls, units 6 for selective catalytic reduction and / or oxidation of harmful constituents exhaust gases, at least one device for storing and supplying chemically active additives, for example, urea, with at least one container 7 and one pneumatic device 13 for dosing and feeding chemically active additives in the solid phase into a thermal reactor 8, including a zone thermolysis with a reaction chamber 9 for thermolysis of a reactor 8 of chemically active additives in the solid phase, with an electric heating element 10 for a heating unit for heating thermolysis catalysts in a thermal reactor 8, and a hydrolysis zone with a catalyst 11 for hydrolysis of harmful thermolysis products in the gas phase to simple substances, the output ejector 37 of pneumatic supply of chemically active additives in the gas phase to the exhaust manifold 2 to the corresponding unit 6 of the catalyst for selective catalytic reduction or oxidation of reactive additives in the gas phase.

Управляемая тепловая труба 38 и другие типичные детали этой части изобретения показаны на ФИГ. 2, в том числе датчик 39 температуры выхлопных газов на входе в горячую часть тепловой трубы 38, датчик-регулятор 40 наличия и регулирования потока внутреннего теплоносителя в управляемой тепловой трубе 38, датчик 39 температуры на выходе тепловой трубы у катализаторов в зоне термолиза, датчик 42 температуры нагрева электрического нагревательного элемента 10 агрегата подогрева катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ. Агрегат подогрева катализаторов в реакционной камере 9 катализатора термолиза и катализатора гидролиза 11 вредных продуктов термолиза дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной управляемой тепловой трубой 38, соединенной с выпускным коллектором 2, с системой регулирования и управления, включающей блок 20 управления, с датчиками параметров (такими как датчик 39 температуры выхлопных газов на входе в горячую часть тепловой трубы, датчик 41 температуры на выходе тепловой трубы у катализатора в реакционной камере 9 термолиза реактора 8 в зоне термолиза, датчик-регулятор 40 наличия и регулирования потока внутреннего теплоносителя, датчик 42 температуры нагрева электрического нагревательного элемента 10 агрегата подогрева катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза в газовой фазе до простых веществ и т.д.) и с органами управления процессом теплопередачи, например, такими как датчик-регулятор 40 наличия и регулирования потока в газовой фазе внутреннего теплоносителя в управляемой тепловой трубе 38, а каждый из блоков 6 (которые на чертежах подробно не показаны, но выполнены с аналогично управляемой тепловой трубой 38) селективного восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов, в том числе и стартового предварительного катализатора 5, снабжены, по меньшей мере, одной управляемой тепловой трубой с термоаккумулятором, соединенной с выпускным коллектором, с соответствующим термоаккумулятором, с системой регулирования и управления, с датчиками параметров и с органами управления процессом теплопередачи.The controlled heat pipe 38 and other typical details of this part of the invention are shown in FIG. 2, including the sensor 39 of the temperature of the exhaust gases at the inlet to the hot part of the heat pipe 38, the sensor-regulator 40 of the presence and regulation of the flow of the internal heat carrier in the controlled heat pipe 38, the sensor 39 of the temperature at the outlet of the heat pipe at the catalysts in the thermolysis zone, the sensor 42 the heating temperature of the electric heating element 10 of the unit for heating the catalysts of thermolysis and hydrolysis of harmful thermolysis products in the gas phase to simple substances. The unit for heating the catalysts in the reaction chamber 9 of the thermolysis catalyst and the hydrolysis catalyst 11 of harmful thermolysis products is additionally equipped with at least one controllable heat pipe 38 connected to the exhaust manifold 2, with a regulation and control system including a control unit 20, with parameter sensors ( such as sensor 39 of the temperature of the exhaust gases at the inlet to the hot part of the heat pipe, the sensor 41 of the temperature at the outlet of the heat pipe at the catalyst in the reaction chamber 9 of the thermolysis of the reactor 8 in the thermolysis zone, the sensor-controller 40 of the presence and regulation of the flow of the internal heat carrier, the sensor 42 electric heating element 10 of the unit for heating catalysts of thermolysis and hydrolysis of harmful products of thermolysis in the gas phase to simple substances, etc.) and with controls for the heat transfer process, for example, such as a sensor-controller 40 for the presence and regulation of the flow in the gas phase of the internal heat carrier in at controlled heat pipe 38, and each of the blocks 6 (which are not shown in detail in the drawings, but are made with a similarly controlled heat pipe 38) for selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases, including the starting pre-catalyst 5, are equipped with at least one controlled heat pipe with a thermal accumulator connected to the exhaust manifold, with a corresponding thermal accumulator, with a regulation and control system, with parameter sensors and with controls for the heat transfer process.

Устройство каталитической очистки выхлопных газов ДВС методом селективного каталитического восстановления/окисления составляющих выхлопных газов и подачи химически активных добавок работает следующим образом.The device for catalytic cleaning of exhaust gases of internal combustion engines by the method of selective catalytic reduction / oxidation of components of exhaust gases and the supply of chemically active additives operates as follows.

Очевидно, что тепловая мощность по передаче тепла управляемой тепловой трубой 38 должна быть достаточной для обеспечения теплом и достаточного нагрева катализатора до температуры термолиза карбамида на катализаторе термолиза в реакционной камере 9 термолиза реактора 8 на любом даже самом интенсивном режиме работы ДВС. Снизить же интенсивность передачи тепла управляемой тепловой трубой 38 всегда проще, чем интенсифицировать этот процесс. Основным ограничивающим фактором при этом может быть, например, ограничение расхода и подачи потока жидкой фазы внутреннего теплоносителя принудительно, или через капиллярный фитиль или самотёком.Obviously, the thermal power for heat transfer by the controlled heat pipe 38 should be sufficient to provide heat and sufficient heating of the catalyst to the temperature of urea thermolysis on the thermolysis catalyst in the thermolysis reaction chamber 9 of the reactor 8 at any even the most intensive operation of the internal combustion engine. It is always easier to reduce the intensity of heat transfer by the controlled heat pipe 38 than to intensify this process. The main limiting factor in this case may be, for example, limiting the flow rate and flow of the liquid phase of the internal heat carrier forcibly, or through a capillary wick or by gravity.

При первичном пуске холодного ДВС 1 до необходимого разогрева стартового предварительного катализатора 5 и блоков 6 катализатора селективного каталитического восстановления/окисления вредных составляющих выхлопных газов (последовательность каталитической обработки/нейтрализации их отдельных вредных составляющих зависят от химических свойств каждой составляющей и для этого предполагается использовать свой катализатор восстановления или окисления, по этой причине здесь будут рассмотрены наиболее вредные и часто встречающиеся составляющие) могут быть задействованы ад- или аб-сорбенты продуктов неполного сгорания топлива в обычном порядке. После разогрева указанных частей устройства до рабочих температур соответствующих катализаторов для каталитической очистки выхлопных газов ДВС методом селективного каталитического восстановления/окисления вредных составляющих выхлопных газов в соответствии с их химической природой, например, стартовый предварительный катализатор 5, который, также например, помимо своей функции сорбента и окислителя оксида углерода (СО) и углеводородов в системе выхлопных газов, обычно выполняет функцию значительного увеличения доли NO_x, в этом случае в выхлопных газах химической добавкой может быть природный окислитель, например, кислород вторичного воздуха, далее на следующей стадии в области оптимальной температуры в блоках 6 катализатора происходит восстановление оксида азота, содержащегося в выхлопных газах. В части устройства каталитической очистки выхлопных газов ДВС методом селективного каталитического восстановления составляющих выхлопных газов от NO_x путем подачи одной из химически активных добавок, а именно аммиака (NH₃) в устройстве хранения и подачи химически активных добавок, вводится в действие емкость 7 для хранения карбамида в твердой фазе, в которой он хранится в сухом состоянии в виде порошка, гранулята или микрогранул, вкупе с которым и с, по меньшей мере, одним пневматическим устройством дозирования с клапаном-регулятором 17 подачи карбамида и пневматическое устройство 13 подачи карбамида в твердой фазе в термический реактор 8 термолиза и производства аммиака (NH₃), а при достаточно электрически нагретой реакционной камере 9, которая разделена соответственно на термические зоны термолиза карбамида реактора 8 и гидролиза, то есть гидролизной обработки катализатором 11 вредных продуктов термолиза в газовой фазе, например, таких как изоциановая кислота (HCNO), путем введения в эту зону воды или водосодержащего газа, например, при помощи средства подачи водосодержащих выхлопных газов выполненного в виде трубки 18 с клапаном-регулятором 19 подачи указанных газов. Под действием воды на катализаторе 11 гидролиза вредные продукты термолиза в газовой фазе, например, такие как изоциановая кислота (HCNO), разлагаются до простых веществ, то есть аммиака и диоксида углерода (СО₂). Также вступает в действие пневматическое устройство 13 для подачи карбамида из подающего контейнера - емкости 7 для хранения карбамида, который поступает в контролируемых или заранее определенных измеренных количествах в реакционную камеру 9 термолиза реактора 8, при этом электрический нагревательный элемент 10 в зоне термической обработки в реакционной камере 9 заранее нагревается до температуры начала реакции термолиза реактора 8, а устройство для регулирования температуры электронагревательного элемента 10 поддерживает эту температуру таким образом, чтобы карбамид, введеный в реакционную камеру 9, самопроизвольно разлагался посредством быстрой термической обработки на аммиак (NH₃) и изоциановую кислоту (HCNO), а устройство для введения воды или водосодержащего газа подает в необходимых количествах воду (Н₂О) в реакционную камеру 9 реактора 8, и катализатор гидролиза 11 в зоне гидролиза реакционной камеры 9 реактора 8 в присутствии воды для превращения изоциановой кислоты (HCNO) преобразуется в результате быстрой термической обработки, в дополнение к ранее обработанной карбамида и образовавшемуся при этом аммиаку (NH₃), преобразуется в аммиак (NH₃) и диоксид углерода (СО₂) и весь полученный в этих процессах аммиак в виде химической активных добавки в газовой фазе поступает в выходной эжектор 37 пневматической подачи образовавшегося газа в выхлопной коллектор на соответствующий блок 6 катализатора селективного каталитического восстановления химически активных добавок в газовой фазе или другой вид сопла вводит такие продукты в трубопровод 4 выхлопной системы на соответствующий блок 6 катализатора. При этом другие вредные составляющие выхлопных газов преобразуются в безвредные на других аналогичных блоках селективного каталитического восстановления/окисления составляющих выхлопных газов возможно с помощью подачи других химически активных добавок.During the initial start-up of a cold internal combustion engine 1 until the required heating of the starting pre-catalyst 5 and blocks 6 of the catalyst for selective catalytic reduction / oxidation of harmful components of exhaust gases (the sequence of catalytic treatment / neutralization of their individual harmful components depends on the chemical properties of each component and for this purpose it is proposed to use its own reduction catalyst or oxidation, for this reason the most harmful and common components will be considered here) ad- or ab-sorbents of products of incomplete combustion of fuel in the usual manner can be involved. After heating these parts of the device to the operating temperatures of the corresponding catalysts for catalytic purification of exhaust gases of internal combustion engines by the method of selective catalytic reduction / oxidation of harmful components of exhaust gases in accordance with their chemical nature, for example, starting pre-catalyst 5, which, for example, in addition to its function as a sorbent and oxidizer of carbon monoxide (CO) and hydrocarbons in the exhaust gas system, usually performs the function of a significant increase in the proportion of NO _x , in this case, a chemical additive in the exhaust gases can be a natural oxidizing agent, for example, oxygen from the secondary air, then at the next stage in the region of the optimum temperature in the catalyst blocks 6 are reducing the nitrogen oxide contained in the exhaust gases. In the part of the device for catalytic cleaning of exhaust gases of internal combustion engines by the method of selective catalytic reduction of components of exhaust gases from NO _x by supplying one of the chemically active additives, namely ammonia (NH ₃ ) in the device for storing and supplying chemically active additives, a container 7 for storing urea is put into operation in the solid phase, in which it is stored in a dry state in the form of a powder, granulate or microgranules, coupled with which and with at least one pneumatic metering device with a control valve 17 for supplying urea and a pneumatic device 13 for feeding urea in a solid phase into thermal reactor 8 of thermolysis and production of ammonia (NH ₃ ), and with a sufficiently electrically heated reaction chamber 9, which is divided respectively into thermal zones of thermolysis of urea reactor 8 and hydrolysis, that is, hydrolysis treatment of harmful products of thermolysis in the gas phase, for example, such as isocyanic acid (HCNO), by introducing water or water-containing gas into this zone, for example, by means of a means for supplying water-containing exhaust gases made in the form of a tube 18 with a control valve 19 for supplying these gases. Under the action of water on the hydrolysis catalyst 11, harmful products of thermolysis in the gas phase, for example, such as isocyanic acid (HCNO), decompose to simple substances, that is, ammonia and carbon dioxide (CO ₂ ). Also comes into operation a pneumatic device 13 for feeding urea from a supply container - a container 7 for storing urea, which is supplied in controlled or predetermined measured quantities to the reaction chamber 9 of the thermolysis of the reactor 8, while the electric heating element 10 in the heat treatment zone in the reaction chamber 9 is preheated to the temperature of the start of the thermolysis reaction of the reactor 8, and the device for regulating the temperature of the electric heating element 10 maintains this temperature so that the urea introduced into the reaction chamber 9 spontaneously decomposes by rapid heat treatment into ammonia (NH ₃ ) and isocyanic acid ( HCNO), and the device for introducing water or water-containing gas supplies water (H ₂ O) in the required quantities into the reaction chamber 9 of the reactor 8, and the hydrolysis catalyst 11 in the hydrolysis zone of the reaction chamber 9 of the reactor 8 in the presence of water to convert isocyanic acid (HCNO) is converted as a result of rapid heat treatment, in addition to the previously treated urea and the resulting ammonia (NH ₃ ), converted into ammonia (NH ₃ ) and carbon dioxide (CO ₂ ) and all the ammonia obtained in these processes in the form of a chemical active additive in gas phase enters the outlet ejector 37 of the pneumatic supply of the generated gas to the exhaust manifold to the corresponding unit 6 of the catalyst for selective catalytic reduction of reactive additives in the gas phase, or another type of nozzle introduces such products into the pipeline 4 of the exhaust system to the corresponding unit 6 of the catalyst. In this case, other harmful components of the exhaust gases are converted into harmless ones at other similar units for selective catalytic reduction / oxidation of the components of the exhaust gases, possibly by supplying other chemically active additives.

Очевидно, что подача в эту зону воды или водосодержащего газа должна осуществляться в пересчете на реальное содержание в нем воды, то есть должна соответствовать необходимому ее количеству для нормальной работы катализатора 11 гидролиза. Самый простой метод регулирования этого процесса при этом может быть осуществлен подачей расчетного количества воды в жидкой фазе, получаемой из соответствующей емкости или же ее конденсата, полученного из выхлопных газов.It is obvious that the supply of water or water-containing gas to this zone should be carried out in terms of the actual content of water in it, that is, it should correspond to the amount required for the normal operation of the hydrolysis catalyst 11. The simplest method of regulating this process in this case can be carried out by supplying a calculated amount of water in the liquid phase, obtained from the corresponding tank, or its condensate obtained from the exhaust gases.

После пуска и прогрева ДВС выхлопные газы достигают рабочих температур и датчик 39 температуры выхлопных газов на входе в горячую часть тепловой управляемой трубы 38 передает в блок 20 управления системы регулирования и управления с датчиками параметров и органами управления процессом команду готовности к работе управляемой тепловой трубы 38, а датчик-регулятор 40 при наличии потока внутреннего теплоносителя в газообразном виде открывается и при необходимости регулирует этот поток в управляемой тепловой трубе 38 до необходимого по величине потока тепла на катализатор термолиза и обеспечивает работу термического реактора 8 для производства на катализаторах термолиза и гидролиза аммиака (NH₃) в количествах, необходимых для нормальной работы соответствующего блока 6 катализатора SCR. Тепловая труба 38 может регулироваться двумя путями. Первый путь перекрытие или ограничение подачи газообразного потока внутреннего теплоносителя в зону нагрева катализатора термолиза/охлаждения (конденсации) теплоносителя. Второй путь - перекрытие или ограничение подачи сконденсированного (в жидкой фазе) потока внутреннего теплоносителя в зону нагрева/испарения. Физика процесса и режим работы управляемой тепловой трубы 38 стабилизирует температуру его поверхности катализатора термолиза, вследствие стабильности температуры конденсации внутреннего теплоносителя, что исключает возможность перегрева катализатора термолиза и получения вместо процесса термолиза другого процесса, например, термокрекинга карбамида, что очевидно, так как перегрев поверхности катализа можно достичь только при прямом избыточном нагреве поверхности катализатора термолиза непосредственно теплом перегретых выхлопных газов. Регулирование подачи потока внутреннего теплоносителя и соответственного тепла на катализатор термолиза нужно для снижения его температуры и ограничения производства аммиака на некоторых режимах работы ДВС с пониженной генерацией вредных выбросов. Очевидно, что в определенных пределах максимальную температуру нагрева при конденсации газообразной фазы внутреннего теплоносителя можно увеличить любым известным из физики газов путем, например, подняв внутреннее давление газообразной фазы и т.д. Подогрев катализатора 11 гидролиза, требующего более низких температур, можно осуществить потоком внутреннего теплоносителя в его жидкой фазе с необходимой регулировкой температуры. При этом, из работы выключается электрический нагреватель и снижается нагрузка на электрогенератор и систему электрообеспечения ДВС, что позволяет снизить также расход топлива на их привод и соответственно выделение токсических, вредных составляющих выхлопных газов ДВС. Электрические связи и линии передачи электрических сигналов на Фиг. 2 условно не показаны. Очевидно, что совместно с управляемой тепловой трубой возможно также установить термоаккумулятор, но обычно это не целесообразно, так как при этом излишне усложняется конструкция агрегата подогрева катализаторов термолиза и гидролиза вредных продуктов термолиза. При этом система регулирования и управления тепловой трубой с датчиками параметров и управления процессом может быть выполнена из известных датчиков и органанов управления и регулирования, с уже известными средствами автоматизации этого процесса.After starting and warming up the internal combustion engine, the exhaust gases reach operating temperatures and the exhaust gas temperature sensor 39 at the inlet to the hot part of the heat controlled pipe 38 transmits to the control unit 20 of the regulation and control system with parameter sensors and process controls a command of readiness for operation of the controlled heat pipe 38, and the sensor-regulator 40, in the presence of an internal heat carrier flow in a gaseous form, opens and, if necessary, regulates this flow in the controlled heat pipe 38 to the required heat flux to the thermolysis catalyst and ensures the operation of the thermal reactor 8 for the production of ammonia thermolysis and hydrolysis catalysts (NH ₃ ) in quantities required for the normal operation of the corresponding unit 6 of the SCR catalyst. Heat pipe 38 can be adjusted in two ways. The first way is to shut off or limit the supply of the gaseous flow of the internal heat carrier to the heating zone of the thermolysis / cooling (condensation) catalyst of the heat carrier. The second way is to block or limit the supply of the condensed (in the liquid phase) flow of the internal heat carrier to the heating / evaporation zone. The physics of the process and the operating mode of the controlled heat pipe 38 stabilizes the temperature of its surface of the thermolysis catalyst, due to the stability of the condensation temperature of the internal coolant, which excludes the possibility of overheating of the thermolysis catalyst and obtaining, instead of the thermolysis process, another process, for example, thermal cracking of carbamide, which is obvious, since overheating of the surface of catalysis can only be achieved by direct excessive heating of the surface of the thermolysis catalyst directly by the heat of the superheated exhaust gases. Regulation of the supply of the flow of the internal heat carrier and the corresponding heat to the thermolysis catalyst is necessary to reduce its temperature and limit the production of ammonia in some operating modes of the internal combustion engine with a reduced generation of harmful emissions. Obviously, within certain limits, the maximum heating temperature during the condensation of the gaseous phase of the internal heat carrier can be increased by any method known from the physics of gases, for example, by raising the internal pressure of the gaseous phase, etc. Heating of the hydrolysis catalyst 11, which requires lower temperatures, can be carried out by the flow of the internal heat carrier in its liquid phase with the required temperature control. At the same time, the electric heater is switched off from work and the load on the electric generator and the ICE power supply system is reduced, which also makes it possible to reduce the fuel consumption for their drive and, accordingly, the release of toxic, harmful components of the ICE exhaust gases. The electrical connections and electrical signal lines in FIG. 2 are not shown conventionally. It is obvious that it is also possible to install a thermal accumulator together with a controlled heat pipe, but this is usually not advisable, since this unnecessarily complicates the design of the unit for heating the catalysts of thermolysis and hydrolysis of harmful thermolysis products. In this case, the system for regulating and controlling the heat pipe with sensors of parameters and process control can be made of known sensors and control and regulation bodies, with already known means of automating this process.

Для аналогичных целей служит каждый из блоков 20 селективного восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов, каждый из которых снабжен, по меньшей мере, одной управляемой тепловой трубой с термоаккумулятором (на чертежах не показаны, так как их выполнение аналогично, но конструктивные особенности могут быть самыми разнообразными), соединенной с выпускным коллектором, с соответствующим термоаккумулятором, с датчиками параметров, с органами управления процессом теплопередачи и с системой регулирования и управления. При избыточном количестве тепла для нагрева соответствующего блока 6 катализатора селективного каталитического восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов и достижении необходимой температуры для работы управляемой тепловой трубы при ее дальнейшей работе тепло, аналогично нагреву катализатора термолиза, начинает поступать в термоаккумулятор, в котором оно нагревает соответствующую среду, например, плавит металл с необходимой температурой плавления или другое вещество с изменением его агрегатного состояния. При этом следует отметить, что место поступления тепла на горячую часть управляемой тепловой трубы может быть совмещено с соответствующим блоком селективного восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов или выполнено отдельно, а средство и органы управления процессом теплопередачи могут быть выполнены многоходовыми, например, трехходовыми или больше, то есть в соответствии с числом блоков селективного восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов, обслуживаемых многоточечной управляемой тепловой трубой. После завершения процесса полного термоаккумулирования, то есть аккумулирования наибольшего возможного количества тепла, в управляемой тепловой трубе принудительно прекращается или снижается процесс теплопередачи до уровня восполнения потерь тепла в термоаккумуляторе. Очевидно, что термоаккумулятор должен быть хорошо теплоизолирован от окружающей среды. Запас тепла в нем в последующем может быть использован для подогрева соответствующего катализатора на режимах работы ДВС, при которых тепла отработавших газов недостаточно для разогрева и/или достижения рабочих температур соответствующего, по меньшей мере, одного блока катализатора селективного каталитического восстановления и/или окисления вредных составляющих выхлопных газов. Организация и средства регулирования электрических и механических соединений с термоаккумулятором, с датчиками параметров, с органами управления процессом теплопередачи и с системой регулирования и управления, могут быть разнообразными, а полное, детальное и подробное описание каждого варианта конструкции, средств и последовательности процесса регулирования тепловой трубы в объем данного предложения не может вместиться и по этой причине не приводятся. Наиболее востребованный режим для этого будет в процессе пуска холодного двигателя, при котором из-за повышенных расходов топлива на стадиях пуска и прогрева и из-за холодных деталей ДВС происходит повышенное выделение токсических составляющих выхлопных газов, а для нагрева соответствующих блоков катализатора необходимо тепло. Аналогичные процессы происходят на режиме холостого хода особенно в холодную погоду, а также на режимах разгона, максимальной мощности и скорости вращения, когда затруднены или не стационарны температурные и аэродинамические процессы смесеобразования и сгорания. При этом следует отметить, что по своей физической природе каждая тепловая труба является саморегулирующимся устройством, так как более интенсивное охлаждение холодной части, в которой происходит конденсация из газообразной фазы в жидкий внутренний теплоноситель вызывает интенсификацию движения к ней его газообразной фазы и соответственно увеличение притока тепла, только при этом горячая часть также должна достаточно интенсивно подогреваться.For similar purposes, each of the units 20 for selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases serves, each of which is equipped with at least one controllable heat pipe with a thermal accumulator (not shown in the drawings, since their design is similar, but design features can be very diverse), connected to the exhaust manifold, with a suitable thermal accumulator, with parameter sensors, with controls for the heat transfer process and with a regulation and control system. With an excessive amount of heat for heating the corresponding unit 6 of the catalyst for selective catalytic reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases and reaching the required temperature for the operation of the controlled heat pipe during its further operation, the heat, similar to heating the thermolysis catalyst, begins to enter the thermal accumulator, in which it heats the corresponding environment, for example, melts a metal with the required melting point or another substance with a change in its state of aggregation. It should be noted that the place of heat input to the hot part of the controlled heat pipe can be combined with the corresponding unit for selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases or performed separately, and the means and controls for the heat transfer process can be made multi-pass, for example, three-pass or more, that is, in accordance with the number of units for selective reduction and / or oxidation of harmful constituents of exhaust gases served by the multi-point controlled heat pipe. After the completion of the process of complete thermal storage, that is, the accumulation of the largest possible amount of heat, the heat transfer process in the controlled heat pipe is forcibly stopped or reduced to the level of replenishing the heat losses in the thermal accumulator. It is obvious that the thermal accumulator must be well insulated from the environment. The heat reserve in it can subsequently be used to heat the corresponding catalyst in the internal combustion engine operating modes, in which the heat of the exhaust gases is insufficient to warm up and / or reach operating temperatures of the corresponding at least one unit of the catalyst for selective catalytic reduction and / or oxidation of harmful components exhaust gases. The organization and means of regulating electrical and mechanical connections with a thermal accumulator, with parameter sensors, with controls for the heat transfer process and with a regulation and control system can be varied, and a complete, detailed and detailed description of each design option, means and sequence of the heat pipe control process in the volume of this proposal cannot fit and for this reason is not given. The most demanded mode for this will be in the process of starting a cold engine, in which, due to increased fuel consumption at the stages of start-up and warm-up and due to cold parts of the internal combustion engine, an increased release of toxic components of exhaust gases occurs, and heat is needed to heat the corresponding catalyst blocks. Similar processes occur at idle, especially in cold weather, as well as at acceleration, maximum power and rotation speed, when the temperature and aerodynamic processes of mixture formation and combustion are difficult or not stationary. It should be noted that, by its physical nature, each heat pipe is a self-regulating device, since more intense cooling of the cold part, in which condensation from the gaseous phase into the liquid internal coolant occurs, causes an intensification of the movement of its gaseous phase to it and, accordingly, an increase in the flow of heat, only in this case, the hot part should also be heated sufficiently intensively.

Кроме этого при изменении режима работы ДВС достижение оперативного реагирования на необходимую для нейтрализации всех NO_xобщую массу подачи аммиака обычными средствами достичь сложно, так как разогрев катализатора электрическим током из-за его инерционности и последующей медленной контактной последовательной теплопередачи материалами с помощью их теплопроводности. По этой причине разогрев электричеством катализатора термолиза и подачу карбамида в твердой фазе необходимо начинать загодя до момента увеличения скорости вращения или нагрузки с учетом затрат времени на проведение реакций химических превращений. Особенно актуально это для работы автотранспортных ДВС при их работе по городскому циклу, который включает их работу на нестационарных режимах, таких как - на холостом ходу, при разгонах и торможениях.In addition, when changing the operating mode of the internal combustion engine, it is difficult to achieve a prompt response to the total mass of ammonia supply necessary for neutralizing all NO _{x by} conventional means, since heating the catalyst by electric current due to its inertia and subsequent slow contact sequential heat transfer by materials using their thermal conductivity. For this reason, the heating of the thermolysis catalyst by electricity and the supply of carbamide in the solid phase must be started ahead of time before the rotation speed or load increases, taking into account the time spent on carrying out chemical transformation reactions. This is especially true for the operation of motor transport ICEs during their operation in the urban cycle, which includes their operation in non-stationary modes, such as at idle, during acceleration and deceleration.

На основании изложенного можно утверждать следующее.Based on the above, the following can be stated.

Поставленная техническая задача решается техническими средствами и может быть использована в предложенном виде в народном хозяйстве, следовательно, предложение соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».The technical problem posed is solved by technical means and can be used in the proposed form in the national economy, therefore, the proposal meets the criterion of the invention "industrial applicability".

Предложение имеет отличия от конструкции и в последовательности работы известного устройства, следовательно, соответствует критерию изобретения «новизна».The proposal differs from the design and the sequence of operation of the known device, therefore, meets the criterion of the invention "novelty".

Предложение при выполнении всех известных и новых конструктивных особенностей, и последовательности действий при их работе позволяет достичь новых ранее неизвестных технических результатов, следовательно, соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».The proposal, with the implementation of all known and new design features, and the sequence of actions during their operation, allows to achieve new previously unknown technical results, therefore, meets the criterion of the invention "inventive step".

Claims

A device for catalytic cleaning of ICE exhaust gases by the method of selective catalytic reduction / oxidation of exhaust gas constituents and the supply of chemically active additives, containing a regulation and control system with parameter sensors and process controls, units for selective catalytic reduction and / or oxidation of harmful exhaust gas constituents, at least , one device for storing and feeding chemically active additives with at least one container and with at least one pneumatic device for dosing and feeding chemically active additives in the solid phase into a thermal reactor, including zones of thermolysis of chemically active additives in the solid phase with a unit for heating catalysts for thermolysis and hydrolysis of harmful products of thermolysis in the gas phase to simple substances, an outlet ejector of pneumatic feed to the exhaust manifold to the corresponding catalyst unit for selective catalytic reduction of reactive additives in the gas phase, characterized in that the unit for heating the catalysts of thermolysis and hydrolysis of harmful thermolysis products is additionally equipped with at least one controlled heat pipe connected to the exhaust manifold, with a regulation and control system, with parameter sensors and with controls for the heat transfer process , and each of the units for selective reduction and / or oxidation of harmful components of exhaust gases is equipped with at least one controllable heat pipe with a thermal accumulator connected to the exhaust manifold, with a thermal accumulator, with parameter sensors, with controls for the heat transfer process and with a control system, and management.