SK100294A3

SK100294A3 - Catalytic system and method of emissions converting

Info

Publication number: SK100294A3
Application number: SK1002-94A
Authority: SK
Inventors: Eugene Shustorovich; Richard Montano; Konstantin Solntsev; Yuri Buslaev; Veniamin Kalner; Aleksandr Bragin; Nikolai Moissev
Original assignee: Blue Planet Tech Co
Priority date: 1992-02-25
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1995-06-07
Also published as: EP0628135A4; BR9305967A; AU3777293A; CN1082663A; ZA931320B; TW291447B; IL104848A0; KR950700482A; NZ251022A; MX9301023A; CZ9402003A3; AU671624B2; US5386690A; RU94040728A; EP0628135A1; JPH07507118A; WO1993017229A1; CA2130808A1

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka systémov na konverziu automobilových· emisií a systémov, zaisťujúcich kovové katalyzátory na konverziu automobilových výfukových plynov.

Doterajší stav techniky

Už dlhý čas sa javila potreba použitia katalyzátorov v reakciách, ako je súčasné spaľovanie, pri ktorom by dochádzalo k oxidácii oxidu uhoínatého a nespálených uhľovodíkov a k redukcii oxidov dusíka /NO /, emitovaných z automobilových motorov a z podobných zdrojov. Úloha katalyzátorov, najmS trojcestných katalyzátorov, na zvládnutie automobilových emisií bola v odbore široko študovaná. Napríklad Taylor popisuje v stati Automatic Catalytic Converter, Catalysis, Science and Technology, str. 119 až 167 /vydavateí Anderson a kol. 1984/, technológiu ovládania emisií, zloženie trojcestných katalyzátorov a nosičových štruktúr katalyzátorov.

Konvenčné systémy na konverziu automobilových výfukových plynov používajú prefabrikované katalyzátory na nosných štruktúrach, typicky v podobe pevných vrstiev katalytického materiálu, ako sú voštinové keramické štruktúry, umiestňované do výfukov automobilov. Pri prechode emisií pevnou štruktúrou napomáha katalytický kov, prítomný na pevných vrstvách, konverzii oxidu uhoľnatého, oxidov dusíka a nespálených uhlovodíkov na oxid uhličitý, dusík a vodu. Avšak katalytický konvertor typu pevných vrstiev sa časom vypotrebuje a vyžaduje obnovu alebo výmenu vo výfukovej časti motoru. Okrem toho sú štrukttúry, ako voštinová nosná štruktúra, zložité a výrobne pomerne nákladné. Systémy podía súčasného stavu techniky, schopné niesť trojcestné katalyzátory, zahŕňajú systémy, ktoré majú ródium a platinu na nosiči, pričom je ródium výhodným katalyzátorom pre reakciu

Platina je výhodným katalyzátorom na oxidáciu oxidu uhoľnatého a nespálených uhľovodíkov.

Vzácne kovy sú drahé a ich dostupnosť, najmá rodia, je obmedzená. Okrem toho pri bežnom používaní platiny a rádia v trojcestných katalyzátoroch prevyšuje pomer rádia k platine

NO + CO

+ co₂ banský pomer. Znížiť spotrebu vzácnych kovov je teda problémom trojcestnej katalýzy. Je preto nutné vyvinúť alternatívne prístupy k zníženíu emisií.

Americké patentové spisy číslo ~4™295~816, 4 332017 a 4 475483 popisujú katalyzátorove roztoky a systémy na zlepšenie účinnosti spaľovacích komôr. Katalyzátorove roztoky, popisované v týchto amerických patentových spisoch, obsahujú /3/ jednu kovovú katalytickú zlúčeninu, I^PtClg.ôtl^O; chloridovú zlúčeninu, ako kyselinu chlorovodíkovú, chlorid lítny alebo chlorid sodný; zlúčeninu proti zamŕzaniu, ako etylénglykol, a približne objemovo 50 % vody, /b/ jeden kovový katalyzátor skupiny platiny vo vode a vrstvu oleja,, obsahujúcu mangánový katalyzátor, na povrchu vody, samotné kovaé rénium, ako katalyzátor vo vode alebo v gl.ykolovom rozpúšťadle, obsahujúcom chloridové blokovacie činidlo a vrstvu oleja, obsahujúcu mangánový katalyzátor, na povrchu vody. Eoztoky nie sú mienené alebo určené na napomáhanie konverzii automobilových emisií, v prípade použitia glykolového rozpúšťadla vyžadujú chloridové blokujúce činidlo a obsahujú nežiaduce vysoké množstvá vody. Okrem toho vytvárajú roztoky nežiaduce kyslé a korozívne prostredie. V patentových spisoch sa neuvádza, ani nenavrhuje použitie rozpúšťadla, ako sú deriváty dietylénglykolu, alebo že rozpúšťadlá by bolo možné použiť na ukladanie na povrchu výfukového systému automobilu.

Sú teda potrebné alternatívne spôsoby konverzie automobilových výfukových plynov bez použitia konvenčných prídavných, neregenerovateľných pevných nosičov, obsahujúcich katalytický materiál vo výfukovom systéme automobilu.

.j

Podstata vynálezu

Katalytický systém podlá vynálezu spočíva v tom, že je tvorený kovovým katalyzátorom v tekutom katalyzačnom roztoku, zariadením na dodávanie kovového katalyzátora z roztoku do kčnou náspaľovacieho systému a kolektorom katalyzátora a rea dobou na zachytávanie kovového katalyzátora.

Podstatou vynálezu je teda katalytický systém, schopný konvertoval výfukové plyny z automobilových motorov.

Podstatou vynálezu je taktiež katalytický systém na konverziu výfukových plynov z automobilových motorov, bez potreby prídavného neregenerovateľného pevného nosičového systému katalyzátora vo výfukovej časti motora.

Katalytický systém pod.Ia vynálezu je tvorený kovovým katalyzátorom v tekutom katalytickom roztoku, zariadením na pri dávanie kovového katalyzátora z roztoku do spaľovacieho systé mu a kolektorom katalyzátora na zachytávanie kovového katalyzátora, ktorý môže slúžit ako reakčná nádoba. Vynález sa tiež týka spôsobu konverzie emisií zo spaľovacej komory, ktorý spo číva v poskytovaní zdroja kovového katalyzátora v tekutom roz toku; pridávania kovového katalyzátora do spaľovacieho systému; vnášania kovového katalyzátora do kolektora do reakčnej nádoby; ukladania kovového katalyzá katalyzátora tora na pevný povrch v kolektore katalyzátora a v reakčnej nádobe; a konver tovania emisií zo spalovacej komory kontaktovaním emisií v o vý m k a t a 1 y z á t o r o m.

Vynález bližšie pri klady praktického neobmedzujú. Vynález objasňuje nasledujúci podrobný popis a uskutočnenia, ktoré však vynález nijako taktiež objasňujú pripojené výkresy, pri čom:

na obr. 1 je na obr. 2 je schéma katalytického systému schéma druhého katalytického podľa vynálezu, srstému modla vynáv x u na obr lezu, je· schéma tretieho katalytického systému podľa vyná lezu.

Katalytické systémy podlá vynálezu pozostávajú zo zdroja kovového katalyzátora, zariadenia na pridávanie kovového katalyzátora do spaľovacieho systému, z kolektora katalyzátora na zachytávanie kovového katalyzátora a na to, aby slúžil ako reakčná nádoba na konverziu východiskových materiálov, ako sú automobilové emisie na konečné produkty.

Zdrojom kovového katalyzátora je s výhodou katalytický roztok, obsahujúci jednu alebo niekoľko zlúčenín kovov vo vhod nom rozpúšťadle. Kovy, vhodné podľa vynálezu zahxnňajú kovy strednej prechodnej skupiny, najma kovy skupiny VIIA, ako je rénium, a koncové prechodná kovy, ako sú kovy skupiny VIIIA» vrátane platiny a rodia. Kovy sú prítomné vo forme zlúčenín, ako sú chloridy, karbonyly, renistany a oxidy, v roztoku, medzi vhodné rozpúšťadlá kovových zlúčenín patria deriváty glykolu a najmä deriváty dietyl'énglykolu, ako je diglym /CH-.0/CH_o/0/CH_o/_o0Ciiy, triglym a tetraglym. Inými vhodnými ú „ ή U . / . / rozpúšťadlami su alkylpyrolidony, ako K-metylpyrolidon a aikoxyetylétery, ako je bis-/2- (2-metoxyetoxy) ety]/~’ter. Qbzvláší . výhodným rozpúšťadlom je diylym. V najvýhodnejšom uskutočnení ide o roztok H J?tCl..6Η_π0, LiReO. s RhCl_n. 4H„0 v diglyme.

j. O t- ‘1 c

Súčasne 25. februára 1992 podaná prihláška vynálezu číslo U.SO7/S41356 obsahuje úalšic podrobnosti a zloženie vhodných roztokov na použitie podľa vynálezu.

Zdroj katalyzátora je .napojený na zariadenie na vnášanie katalyzátora do spaľovacieho systému. Vhodným zariadením môže byt rozprašovač, Čerpadlo so zúženým prietokom alebo tryskou. Vzhľadom na fyzikálne a chemické vlastnosti katalyzátorových roztokov, ktoré je možné použil podľa vynálezu, môže byt roztok vystavený pôsobeniu plniaceho vzduchu do automobilového motora. V takom uskutočnení, kedy vzduch prechádza nad roztokmi, použiteľnými podľa vyaáelzu, je zlúčenina katalyzátora vťahovaná a vnášaná do spaľovacej komory a je ňou unášaná 3 prídavným pumpovaním alebo bez inej pomoci.

Kolektor katalyzátora je umiestnený za spaľovacou komorou v smere prúdenie.

:tor zachytáva katalyzátor a slúži ako reakčnú nádoba na konverziu automobilových výfukových plynov na oxid uhličitý, dusík a vodu. Kolektorom katalyzátora je akýkolvek povrch, schopný zachytávať katalyzátor a uvolňovať ho v dostatočnej miere na reakciu s automobilovými výfukovými plynmi, ktoré pretekajú za kolektorom. Kolektorom môže byť ktorýkolvek úsek výfukového systému. Aj keó je výhodné, ak je kolektorom mufla alebo mufli podobný systém, ako je dalej podrobnejšie uvedené, môže byť kolektorom tiež úsek koncovky auto mobilováho systému, V tomto uskutočnení sa katalyzátor ukladá na povrchu koncovky a pôsobí ako miesto reakcie pre emisie, prechádzajúce koncovkou.

Kolektorom je s výhodou mufla alebo mufli podobný systém, majúci rad liesok a/alebo prepážok a/alebo paketovanú náplň, vrátane paketovanej náplne obzvlášť výhodnej. Súčasne 25· feb ruára 1992 podaná prihláška vynálezu Číslo U.S. 07/8408-50 obsahuje óolšie podrobnosti a prevedenia vhodných katalyzátorov na použitie podlá vynálezu. Povrch mufle má umožňovať zachytávanie katalyzátora v kolektore v dostatočnej miere ku konverzii emisií,kolektorom prechádzajúcich. Je výhodné, keó je povrch mufle tvorený pevným materiálom, majúcim štruktúru, schopnú za chytávať kovy z katalytického roztoku, alebo kecí je povrch popraskaný alebo pórovitý, schopný zachytávať kov. Vhodnými povrchovými materiálmi mufle môžu byť ocel, železo, keramika a termosetové polyméry, pričom naj výhodnejšia -je ocel s nízkym obsahom uhlíka. Pod pojmom ocel s nízkym obsahom uhlíka sa tu mieni ocel s obsahom uhlíka hmotnostné nižším ako približne >,5 c/ i;

obzvlášť výhodnom uskutočnení obsahuje muf ľa: dele j psketovený materiál, schopný zachytávať kovový katalyzátor. Bolo zistené, že železe s zlúčeniny zeleza, rovnako εκο ocel, nejma nízkouhlíksta oceľ v podobe triesok, sa obzvlášť dobre osvedčujú pri uskutočnení podľa vynálezu. Ďalšími vhodnými pa kefovanými materiálmi sú keramika, termosetové polyméry a iné pórovité materiály, ktorých póry sú schopná.zachytávať kovový katalyzátor. Ak sa použijú triesky z nízkouhlíkstej ocele, premývajú sa s výhodou kyselinou s paketujú sa do mufle. .

Keď je kovový katalyzátor založený do mufle, zachytáva sa katalyzátor na oceli. Emisie, prechádzajúce mu±lou zo spaľovacej komory, sa môžu dostať do styku s katalyzátorom a premeniť sa na dusík, oxid uhličitý a vodu. Oxid uhoľnatý a nespálená uhľovodíky sa oxidujú a oxidy dusíka sa redukujú na kovových miestach. Po konverzii sa produkt desorbuje, čím pripravuje miesta na ďalšiu konverziu, katalytickou reakciou je s výhodou trojcestná katalýza; oxidácia oxidu uhoľnatého, oxidácia nespálených uhllovodíkov a redukcia oxidov dusíka. Prípadne je možné použiť ešte prídavný oxidačný katalyzátor na zvýšenie premeny oxidu uhoľnatého a nespálených uhľovodíkov, vystupujúcich zo spaľovacej komory.

V inom uskutočnení môže byť do kolektora katalyzátora, pridávaný sekundárny vzduch na podporenie oxidácie oxidu uhoľnatého a nespálených uhľovodíkov namiesto použitia prípadného oxidačného katalyzátora alebo prídavné k nemu. Ak sa použije, činí množstvo pridávaného vzduchu približne objemovo 1 až 15 % plynu, pretekajúceho mufľou. 3 výhodou sa používa objemovo približne 2 až 4 % sekundárneho vzduchu.

. Pridávanie kovového katalyzátora môže byt riadené, napríklad mikroprocesorom. Riadenie prísunu kovového katalyzátora môže žiaducim spôsobom zvyšovaE účinné použitie katalyzátora a znižovať množstvo katalyzátora, použitého na konverziu danej úrovne emisií. Riadenie prísunu môže byt založené na rozličných parametroch v systéme, vrátane teploty plniaceho vzduchu do automobilového systému, teploty roztoku zdroja katalyzátora, teploty v kolektore katalyzátora, prietokovej rýchlosti emisií z motora /meranej napríklad otáčkami motora a podtlaku v nasávaní/. ·

Ukázalo sa , že používanie katalyzátorového systému pódia vynálezu umožňuje funkciu automobilového motora vo voínobežnotn režime, čo zvyšuje úspory paliva. Konvenčné automobilové motory, upravené na konverziu emisií, aby vyhovovali súčasným požiadavkám Spojených štátov amerických na konverziu 76 % oxidov dusíka, 94 % oxidu uhoínatého a 94 % nespálených uhíovodíkov, .musia pracovať s číslom vzduchu približne 0,90 až 1,03 /pričom Číslo vzduchu 1,0 je ekvivalentom stechiometrického hmotnostného pomeru vzduchu k palivu 14,7 : 1/. S katalytickými systémami podlá vynálezu môže motor pracovať s číslom vzduchu nad 1,10 a pritom ešte vyhovie požiadavkám na úroveň znečistenia.

- 7 Pri k.lody uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Na obr. 1 je znázornený katalytický systém podlá vynáelzu. Jystém pozostáva zo zásobníka 10, pripojeného k plniacej rúrke 12 katalyzátora a z rozprašovača 14. Po plniacej rúrky 12 je začlenený plniaci ventil 16 katalyzátora na očlmeriavenie prietoku katalyzátora do rozprašovača 14♦

Zásobníkom 10 môže byt. akákoľvek vhodná nádrž na kvapalný roztok katalytickej náplne. 'Zhodnými materiálmi nádrže 10 sú materiály nereaktívne alebo materiály, majúce nereaktívny vnútorný povlak.a patria k nim sklo, teflon, sklené vlákna, potiahnuté teflonom, oceľ so skleným povlakom a plasty, potiahnuté teflonom, jklo a teflon sú obzvlášť vhodné. V typickom automobilovom systéme má zásobník 10 s výhodou vnútorný objem približne 0,5 litra. Plniaca rúrka 12 má byt nereaktívna s katalytickým roztokom a s výhodou je z nehrdzavejúcej ocele alebo z nereaktívnej pryže. Plniaca rúrka má byť nereaktívna s katalytickým roztokom a s výhodou je z nehrdzavéjucej ocele , . I , v alebo z nereaktívnej gumy |. Plniacim ventilom 16 môže byt akýkoľvek vhodný ventil na reguláciu prietoku náplne plniacou rúr kou 12. Prietokový ventil 16 je s výhodou riadený elektronicky, napríklad regulátorom 18 podávania katalyzátora. Obzvlášť výhodným plniacim ventilom 16 je solenoidový ventil, ako naprí klad teflónový solenoidový ventil PTFE , predávaný pod katalógovým číslom L-OI367-7O spoločnosťou Cóle Palmer Inštrument Co. /Chicago, Illinois//

Rozprašovač 14 s výhodou rozprašuje katalytickú náplň uvá dzaním kvapalnej náplne do styku s vibračnou trvskou, čím sa vytvárajú kvapôčky náplne, keň ultrazvuková energie dosiahne povrchové napätia kvapaliny. Obzvlášť výhodným rozprašovačom p

je ultrazvuková rozprašovacia tryská /Micro Spray / série 3700 120M3 spoločnosti Sono-Tek Corporation /Poughkeepsie, New York/.

Rozprašovač 14 je pripojený k vzduchovému plniacemu potrú biu 20 a s výhodou je umiestnený v smere prúdenia za zmiešavacom 22 vzduchu a paliva. Vzduchové plniace potrubie 20 vedie .

do spaľovacej komory 24,, vytavenej výstupným potrubím 26 · Spaľovacou komorou 2/ môže byt akákoľvek komora, aká je v súčasnosti v typickom automobilovom spaľovacom motore. Výstupným potrubím 26 je s výhodou výfukové potrubie typického spaľovacieho motora.

Výstupné potrubie 26 je pripojené k nádobe 33, ktorá je miestom zachytávania katalyzátora a konverzie emisií. Nádoba 23 môže byt úsekom koncovky výfukovej rúry,, ale s výhodou je mufľou. Obzvlášť výhodná mufľa má rad liesok, na ktorých sú paketované oceľové triesky. Nádoba 23 obsahuje s výhodou rad oddelených komôr. V obzvlášť výhodnom uskutočnení má nádoba 23 tri komory. Prvá komora obsahuje triesky z ocele s nízkym obsahom uhlíka a predovšetkým miestom redukcie oxidov dusíka. Pruhá komora obsahuje s výhodou triesky z ocele s nízkym obsahom uhlíka a slúži ako zmiešavač sekundárneho vzduchu zo vstupného potrubia 30 sekundárneho vzduchu a výfukových plynov, ktoré prešli prvou komorou nádoby 23. Vstupné potrubie 30 sekundárneho vzduchu je s výhodou oceľové a je pripojené k zdroju stlačeného vzduchu, akým je napríklad vzduchový kompresor, poháňaný remeňom. Tretia komora obsahuje triesky z ocele s nízkym obsahom uhlíka a je predovšetkým miestom oxidácie oxidu uhoľnatého a nespálených uhľovodíkov. Vhodné ušku-točnenia nádoby 28 sú popísané v súčasne 2y. februára 1392 podanej prihláške vynálezu U.3. číslo 07/340360· rým

Nádoba 23 je spojená je s výhodou typická i s výfukovým potrubím 32 systému, ktooncovka automobilového výfuku. Výí'ukové potrubie 32 systému obsahuje katalytickú oxidačnú štruktúru Katalytická oxidačná štruktúra 34 obsahuje s výhodou oxidačný katalyzátor, ako je železo, oceľ alebo meň alebo ich zlúčeniny, ako sú oxidové zlúčeniny medi, ktoré sú obzvlášť výhodné. Oxidačné katalyzátory katalytickej oxidačnej štruktúry 2.1 majú s výhodou tvar ten-ké’io plechu, tesne zvinutého do valcového tvaru a potom vloženého do katalytickej oxidačnej štruktúry 34·

Regulátor 13 podávania katalyzátora sleduje výhodou nie9 kolko pararaetrov systému n riadi rýchlool podávania katalyzátora plniaci;?, ventilom 16. regulátorom 18 je s výhodou mikroprocesor. Systém má s výhodou niekolko monitorov, ktoré poskytujú údaje regulátoru 18 podávania katalyzátora. Teplotný senzor 36 sleduje teplotu vzduchu vo vzduchovom plniacom potrubí 20. Teplotným senzorom 36 je s v_v'nocou ter.r.očlánok, schopný vysielal signály buč! analógové , alebo digitálne do regulátora 18 prvou linkou 37. Podobne sleduje senzor 38 tc-plotu dodávaného katalyzátora v zásobníku IQ a odovzdáva príslušné signály do regulátora 18 druhou linkou 39· Teplotná sonda 40 sleduje teplotu v nádobe 28 a vysiela príslušné signály ;do regulátora 18 tretou linkou 41.

V systéme automobilového motora môže byí prietoková rýchlosť plynného materiálu v systéme sledovaná otáčkomerom 42· Otáckomer 42 meria rýchlost otáčania motora v otáčkach za minútu a odovzdáva príslušné signály štvrtou linkou 43 do regulátora 18. Otáckomer 42 je s výhodou obvyklého typu a má bučí mag net, alebo zotrvačník.

Vákuometer 46 meria podtlak pri vstupe do spaíovacej komory 28 zaelenenním pružinou ovládaného ventilu do dráhy plniaceho vzduchu. Akonáhle sa otáčky motora zvýšia, klesá kapilárny podtlak, kým pružina neprekoná vákuovú silu a neuzavrie ventil. Ke3 ventil uzavrie, dôjde k spojeniu obvodu 3 vyšle sa príslušný signál do regulátora 18. Prípadne môže regulátor 18 uzavrieť podávanie rozprašovačom 14, keň je.vákuový ventil uzavretý.

gystém je tiež vybavený obtokom 30, ktorý vracia aspoň časí obsahu, pretekajúceho výstupným potrubím 2ž spal do zmiešavača 22 vzduchu a paliva. Obtok 20 je- pripojený k obtókovému ventilu 82. Obtokový ventil 82 s výhodou otvára od úplne otvoreného do úplne uzavret-ého stavu, bez medzipolohy. Obtokový ventil 32 môže sledoval plnenie zmesi vzduchu a paliva do 'systému a byt otváraný a uzatváraný vedením 86. Obtokový ventil 8 2 je tiež spojený s ootokovým plniacim potrubím 34p ktoré je upravené na dodávanie recyklovaných objemov z výstupného potrubia 2.6 do zmiešavača 22 vzduchu a paliva.

Za prevádzky fungu j e systém nasledovne: Regulátor 13. sleduje .podmienky v systéme po .mocou teplotného senzora 26, senzora 33 teploty dodávky katalyzátora, teplotnej sondy 4.0, otáčkomera 4 2 a monitora 44 · Ak sú podmienky vhodné, vyšle regulátor 13 signál piatou linkou 47 do ovládača 46 plniaceho ventilu na otvorenie plniaceho ventilu 10 . Katalytický plniaci roztok preteká zo zásobníka 10 plniacou rúrkou 12 a plniacim ventilom 15. do rozprašovača 14. ó výhodou nie je žiadne pomocná pumpovanie roztoku do rozprašovača 14 . Rozprašovač 14 injektuje sprchu sľebô hmlovinu katalytického plniaceho roztoku do vzduchového plniaceho potrubia 20. Ak má byt plnenie zavede né, injektuje rozprašovač s výhodou približne 0,001 až asi 3,5 mililitrov za sekundu katalytickej náplne do vzduchového plnia ceho potrubia 20- Výhodná je rýchlost plnenia približne O,OO3 ml/s. V priebehu zohrievania motora sa s výhodou vnáša náplň počas 2 až 10 sekúnd za minútu, kym motor nedosiahne normálnu prevádzkovú teplotu. Bolo ‘.'zistené, že výhodné je celkové plnenie 100 až 500 mililitrov na 96558 najazdených kilometrov, pričom obzvláš-ľ výhodná je približne 300 ml/05358 km.

Katalytická náplň je potom dopravovaná vzduchovým plniacim potrubím 20 do spaľovacej komory 24 a touto komorou. Usudzuje sa, že náplň je unášaná v podobe malých kvapôčok plynom vo vzduchovom plniacom potrubí 20 do spaľovacej komory £i· Usudzuje sa, že v spaľovacej komore 24 je teplota dostatočne vysoká na premenenie zlúčeniny kovu na kov, takže napríklad v podstate celá zlúčenina H_ptcl-·6H~ sa oremení na olatinuľ Je • · ,-J · . . o J * výhodné, aby v podstate žiadny kovový katalyzátor nebol spotre bovaný v psalovacej komore 24 , takže v podstate všetok kovový katalyzátor môže zostal k dispozícii na uloženie a reakciu v nádobe 28. Katalytická náplň opúšta spaľovaciu komoru 24 výstupným potrubím 26 a je unášaná do .nádoby 23.

V nádobe 23 sa kovový katalyzátor ukladá na povrchu, ako na stenách nádoby, na lieskach nádoby alebo na paketcvaaom materiáli vnútri nádoby. Bez zámeru obmedzenia na nejakú teóriu sa usudzuje, že kovový katalyzátor podstupuje chemisor11 pciu na povrchu a je značne dispergovaný, takže pre reakciu je k dispozícii veľk; povrch vzácneho kovu. Usudzuje sa, že k dis pozícii pre reakciu je významne viac atómov kovového katalyzátora v systéme podľa vynálezu, než pri bežných katalytických konvertoroch.

Akonáhle prebehne chemisorocia katalyzátora na povrchu ka talyzátorovej nádoby 28, usudzuje sa, že dôjde ku konvenčnej trojcestnej katalýze emisií. To znamená, že nespálené uhľovodíky sa oxidujú, oxiduje sa oxid uhoľnatý a oxidy dusíka sa re dukujú za vzniku vody, oxidu uhličitého n dusíka. Usudzuje sa, že prednostne sa oxidujú z nespálených uhľovodíkov uhľovodíky olefinické, iné nenasýtené uhľovodíky a cyklické uhľovodíky, pričom nasýtené uhľovodíky a najmb metán sa oxidujú menej pred nos tne. Usudzuje sa, že nespálené uhľovodíky sa všeobecne oxidujú prednostne so zreteľom na oxid uhoľnatý, prítomný' v emisiách. Po oxidá'cii a redukcii sa voda, oxid uhličitý a dusík desorbujú a inisto je k dispozícii pre ňalšiu reakciu. Katalyzátor, prítomný v katalyzátorovej nádobe 28, môže byí periodic ky doplňovaný injektovaním prídavného plniaceho katalytického roztoku do systému.

Usudzuje sa, že k trojcestnej katalýze dochádza v podstate v celej katalytickej nádobe 28 od vstupu na vstupnom konci 40 až k výstupu á_0· Bolo však zistené, že k pomerne väčšej časti redukcie dochádza v miestach najbližších k vstupnému kon cu 48 nádoby 28, zatiaľ čo väčšia časť oxidácie prebieha v miestach najbližších tupu pQ z nádoby

Vstupné potrubie 30 sekundárneho vzduchu zaisťuje nadbytok vzduchu v nádobe 23, na podporu oxidačných reakcií, najmä oxidácie oxidu uhoľnatého na oxid uhličitý, ó výhodou.je vstup né potrubie 30 sekundárneho vzduchu umiestnené približne v polovici medzi vstupným koncom 18 a výstupom pQ z nádoby 23. Je výhodné, keČ vstupné potrubie 2Q sekundárneho vzduchu privádza objemovo približne 3 y prietokového množstva vstupujúceho vzdu chu do nádoby 23.

Pri prechode výstupom p Q z nádoby 28 sú emisie dopravované katalytickou oxidačnou štruktúrou 34 · Oxidačná štruktúra 34 obsahuje s výhodou železo alebo meč 3 slúži ne zvýšenie oxidačnej účinnosti systému oky'sličovaním oxidu uhoľnstého a nespálených uhľovodíkov, ktoré prešli nádobou 23 nezreagované.

Emisie, teraz do značnej miery zbavené oxidu uhoľnatého, oxidov dusíka g nespálených uhľovodíkov, vychádzajú výfukovým potrubím 32 systému do atmosféry.

Ked motor beží naprázdno a keč motor beží s úplne otvoreným karburátorom, je obtokový ventil 82 s výhodou uzavretý. V rr.edsilahlých prevádzkových režimoch, kedy karburátor je otvore ný čiastočne, otvorí vedenie 36 obtokový ventil 32, aby bola umožnená recirkulác.ia obsahu vo výstupnom potrubí 26 obtokom 80 g. obtokový m plniacim potrubím 3 ý do zmiešnvaca 22 vzduchu a paliva. Taký reeirkulačný systém je obzvlášť výhodný, ak pracú je motor vo voľnobežnom režime. 7 chudobných režimoch obsahujú znečisťujúce látky, nachádzajúce sa vo výstupnom potrubí, pomerne veľké množstvá oxidov dusíka. Pomer oxidov dusíka k oxidu uhoľnatému v chudobných režimoch sa môže blížiť 1,0. Bolo zistené, že konverzia oxidov dusíka sa v tomto systéme uskutoč ňuje najlepšie, ak je pomer oxidov dusíka k oxidu uhoľnatému približne 0,01 až 0,1. Je teda recirkulácia aspoň časti plynu, nachádzajúceho sa vo výstupnom potrubí výhodná na zníženie pomeru MO :CC v znečisťujúcich látkach, editovaných zo spaľovacej komory 24 a zlepšuje konverziu oxidov dusíka.

Keč bolo dopravené dostatočné množstvo kovového katalyzátora do nádoby 23 , uzavrie regulátor 13 plniaci ventil 16 na z bránenie r'alšieho prívodu do vzduchového plniaceho potrubia 20 Bolo zistené, že výstup katalytickej náplne do vzduchového plniaceho potrubia 20 je naj výhodnej?í, keň motor oeží y nízkych otáčkach, približne pri počte otá-ok 600 až 2300 /min. Je obzvlášť výhodná zavádzať náplň do systému v priebehu zohrievaní motora, to jest, kým motor nedosiahne svoju normálnu prevádzkovú teolotu.

Príklad 2

Na obr. 2 je znázornený alternatívny katalytický systém podlá vynálezu. Systém obsahuje mnoho rovnakých prvkov ako* systém pódia obr. 1 s rovnakým číslovaním súčastí systému. Systém na obr. 2 nemá zdroj sekundárneho vzduchu alebo katalytickú oxidačnú štruktúru v smere prúdenia nádoby 28 na rozdiel od systému na obr. 1.

Prídavné je prívod katalyzátora z plniacej rúrky 12 na obr. 2 rozvetvený do dvoch rúrok, , prvej plniacej rúrky 60 a druhej plniacej rúrky 62. Prvá plniaca rúrka 60 je predspaľovacia a privádza katalytickú náplň do spaľovacieho systému do vzduchového plniaceho potrubia 20 pred spaľovacou komorou 24 v zmysle prúdenia. Druhá plniaca rúrka 62 je pospalovacia plniaca rúrka a privádza katalytickú náplň do spalovacieho systému do výstupného potrubia 26 za spaľovacou komorou 24 v zmysle prúdenia. Náplň môže byt zavedená prvou plniacou rúrkou 60 a druhou plniacou rúrkou 62 do rozprašovača, popísaného pri obr. 1 .

Prvá plniaca rúrka 60 je vybavená prvým plniacim ventilom 64 a druhá plniaca rúrka 62 je vybavená druhým plniacim ventilom 66. Prvý plniaci ventil 64 má prvý ovládač ventilu 72 spojený piatou linkou 65 s regulátorom i 8. Druhý plniaci ventil 66 má druhý ovládač ventilu 72 spojený šiestou linkou 70 s regulátorom.18. Prídavné spája segment 76 piatej linky 68 prvý ovládač ventilu 72 s druhým ovládačom ventilu 74.

Systém, vyznačený na obr. 2, pracuje podobne ako systém, znázornený na obr. 1. Katalytická náplň sa privádza zo zásobníka 1Q buč prvou plniacou rúrkou 6C, alebo druhou plniacou rúrkou 62, alebo obidvomi rúrkami. Spaľovací systém zahŕňa spaľovaciu komoru a pridružené vstupné a výstupné potrubie. Podiel, náplne z každého potrubia sa môže menit a regulovať pr vým plniacim ventilom 64, druhým plniacim ventilom 66 a regulátorom 1 8. Kovový katalyzátor sa dopravuje do nádoby 28, kde sa ukladá na povrch a napomáha konverzii oxidu uhoľnatého, oxidov dusíka a nespálených uhľovodíkov na oxid uhličitý, vodu a dusík. Produkty sú potom vyvedené zo systému výfukovým potrubím 32. .

Príklad 3

Na obr. 3 je ešte iný katalytický systém podľa vynálezu. Systém na obr. 3 je rovnaký ako na obr. 2 s tou výnimkou, že katalytická oxidačná Štruktúra 34 je umiestnená do výstupu 50 nádoby 28. Rovnako očíslované prvky na obr. 2 a 3 znamenajú rovnaké súčasti. Katalytická oxidačná štruktúra j4 obsahuje s výhodou železo alebo med a slúži na zvýšenie oxidačnej úein nosti systému konverziou nezreagovaného oxidu uhoľnatého a nespálených uhľovodíkov, opúšťajúcich nádobu 28. Systém podľa obr. 3 pracuje v podstate rovnakým spôsobom ako systém na obr. 2 s prídavnou oxidáciou oxidu uhoíatého a nespálených uhľovodíkov katalytickou oxidačnou štruktúrou 34.

Priemyselná využiteľnosť

Katalytický systém, schopný konvertovať výfukové plyny z automobilových motorov, bez potreby prídavného neregenerovatelného pevného nosičového systému katalyzátora vo výfukovej časti motora.

Claims

1. Katalytický systém, vyznačuj ú c i tým, že je tvorený kovovým katalyzátorom v tel. začnotn roztoku, zariadením na dodávanie kovového ra z roztku do spaľovacieho systému a kolektorom s a utom katalykatalyzátokata.lyzátora a reakčnou nádobou /28/ na zberanie kovového katalyzátora.

2. Katalytický systém podlá nároku 1 , v y z n a Č ú j úc i sa tým, že zariadenie na dodávanie kovového katalyzátora zahŕňa rozprašovač, čerpadlo, trysku a prúd vzduchu .

3. Katalytický systém podľa nároku 1,vyznačujúci sa t ý m , že nádoba /28/ obsahuje materiál, schopný zachytávať kovový katalyzátor.

4. Katalytický systém podľa nároku 3, v. y z n a č u j úc i sa t ý m , že materiál je volený zo súboru, zahŕňajúceho železo, oceľ a zlúčeniny železa.

5. Katalytický systém podľa nároku 4, v y z n a č u j úc i sa t ý m , že materiálom je oceľ s nízkym obsahom uhlíka.

6. Katalytický systém podľa nároku 1, vyznačuj úci sa tým, že kolektorom katalyzátora a nádobou /28/ je mufľa.

7. Katalytický sys.tém podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že kolektorom katalyzátora a nádobou /28/ je koncovka výfuku automobilu.

8.

Katalytický systém podľa nároku 1 , v y z n a č u j úc i sa t ý m , že pozostáva dalej z_; potrubia na pridávanie látky, podporujúcej oxidáciu, volenej zo súboru, zahŕňajúceho vzduch a kyslík, privádzanej do kolektora katalyzátora .

9. K atalytický systém podlá nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že pozostáva nalej zozdroja oxidácie katalyzátora, umiestneného v blízkosti výstupu z kolektora katalyzátora.

10. Katalytický systém podlá nároku 9, vyznačujúci sa tým, že katalyzátor oxidácie je volený zo súboru, zahŕňajúceho železo a med.

1 1. Katalytický systém podlá nároku 1, vyznačujúci sa tým, že dalej pozostáva z plniaceho ventilu /16/, umiestneného medzi zdrojom roztoku katalyzátora a zaria dením na pridávanie kovového katalyzátora do spaíovacieho sys tému.

12. Katalytický systém podlá nároku 11, vyzná čujúci sa tým, že dale pozostáva z regulátora /18/ na ovládanie plniaceho ventilu /16/.

13. Katalytický systém podlá nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že dalej pozostáva z radu zariadení na dodávanie kovového katalyzátora do spaľovacieho systému.

14. Katalytický systém podľa nároku 13, vyznačujúci sa t ý m , že prvé zariadenie na dodávanie katalyzátora je umiestnené pred spaľovacou komorou /24/ v smere prú denia a druhé, zariadenie je umiestnené za spalovacou komorou /24/ v smere prúdenia.

15. Katalytický systém podlá nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že dalej pozostáva z obtokového systému na recirkuláciu materiálu za spaľovacou komorou /24/ v smere prúdenia do polohy pred spaľovacou komorou /24/ v smere· prúdenia.

16. Katalytický systém podľa nároku 15, vyznačujúci sa t ý m , že odtokový systém zahŕňa obtokový ventil /82/ spojený so zmiešavacom /22/ vzduchu a paliva pre spaľova cí systém, pričom sa obtokový ventil /82/ otvára a zatvára v závislosti od zmiesavača /22/ vzduchu a paliva.

17. Spôsob konverzie emisií zo spaľovacej komory, v ,y z n a čujúci sa tým, že /a/ sa vytvára zdroj kovového katalyzátora v tekutom roztokíl; /b/ zavádza sa kovový katalyzátor do spaľovacieho systému ; /c/ vnáša sa kovový katalyzátor do kolektora katalyzátora ; /d/ ukladá sa kovový katalyzátor na pevný povrch v kolektore katalyzátora ;

/e/ konvertuje sa emisia zo spaľovacej komory kontaktom emisií s kovovým katalyzátorom.

18. Spôsob podľa nároku 17, vyznačujúci sa t ý m , že sa reguluje množstvo kovového katalyzátora do spaľovacieho priestoru regulátorom.

19. Spôsob podľa nároku 17, vyznačujúci sa tým, že sa pridáva kovový katalyzátor do niekoľkých miest v spaľovacom systéme.

20. Spôsob podľa nároku 17,vyznačujúci sa t ý m , že sa äalej pridáva zdroj podpory oxidácie·, volený zo súboru, zahŕňajúceho železo a meň.

21. Spôsob podía nároku 17, vyznačujúci sa t ý in , že sa ňalej privádzajú do kontaktu emisie? s oxidačným katalyzátorom voleným zo súboru, zahŕňajúceho železo a meň.

22. Spôsob podía nároku 19,vyznačujúci sa tým, že sa kovový katalyzátor pridáva na miesto pred spaío vacou komorou v smere prúdenia a v mieste za spaľovacou komorou v smere prúdenia.

23· Spôsob podía nároku 17,vyznačujúci sa tým, že sa recirkuluje aspoň časť emisií zo spaľovacej komory do poloiiy preú spaľovacou komorou v smere prúdenia.

24. Spôsob podía nároku 23,vyznačujúci sa tým, že sa recirkulácia riadii spolu s riadením zmiešavania vzduchu s palivom pre^ systém.