Настоящее изобретение относится к носителю катализатора, содержащему гофрированные листы и каналы, для обработки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Настоящее изобретение также относится к способам изготовления и использования указанного носителя катализатора, содержащего указанные открытые каналы. Носитель катализатора (1) содержит по меньшей мере один гофрированный лист (3), имеющий углубления (3d), и один плоский лист (2) из проволочной сетки, имеющий углубления (2d), соединенный с указанным гофрированным листом (3), и между указанным плоским листом (2) и указанным гофрированным листом (3) имеются, по меньшей мере, частично открытые каналы (РОС) для потока выхлопного газа (EG), и глубина углубления (2d) указанного плоского листа (2) из проволочной сетки на 0,05-0,5 мм меньше, чем высота гофра (3с) указанного гофрированного листа (3).

 

(57) Реферат / Формула:
изобретение относится к носителю катализатора, содержащему гофрированные листы и каналы, для обработки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Настоящее изобретение также относится к способам изготовления и использования указанного носителя катализатора, содержащего указанные открытые каналы. Носитель катализатора (1) содержит по меньшей мере один гофрированный лист (3), имеющий углубления (3d), и один плоский лист (2) из проволочной сетки, имеющий углубления (2d), соединенный с указанным гофрированным листом (3), и между указанным плоским листом (2) и указанным гофрированным листом (3) имеются, по меньшей мере, частично открытые каналы (РОС) для потока выхлопного газа (EG), и глубина углубления (2d) указанного плоского листа (2) из проволочной сетки на 0,05-0,5 мм меньше, чем высота гофра (3с) указанного гофрированного листа (3).

 

---

НОСИТЕЛЬ КАТАЛИЗАТОРА, СОДЕРЖАЩИЙ ГОФРИРОВАННЫЕ ЛИСТЫ И КАНАЛЫ, ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО
СГОРАНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к носителю катализатора, содержащему гофрированные листы и каналы, для обработки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Настоящее изобретение также относится к способам ю изготовления указанного носителя катализатора, содержащего указанные открытые каналы.
Уровень техники
Для обработки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания 15 используются носители катализатора, содержащие открытые или закрытые каналы или их комбинацию. В открытых каналах выхлопной газ проходит напрямую через носитель. В носителе, содержащем закрытые каналы, выхлопной газ выталкивается через стенки, например, через керамические или металлические пористые стенки. В открытых каналах преобразование загрязняющих газообразных примесей часто 20 является высоким, но преобразование примесей в форме частиц является низким, например, 10-15%. В закрытых каналах/фильтрах с фильтрующими стенками преобразование загрязняющих газообразных примесей является высоким, так же как и примесей в форме частиц, например, 70-99%. Проблемой, связанной с закрытыми каналами, является засорение стенок. Закрытые каналы/фильтры с 25 фильтрующими стенками при отсутствии очистки постепенно полностью засоряются. Кроме того, увеличивается потеря давления. Единственным способом поддержания каналов в рабочем состоянии является их постоянная или периодическая очистка.
30 Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является предложение носителя катализатора, обеспечивающего эффективное преобразование, как газообразных загрязняющих примесей, так и примесей в виде частиц в выхлопном газе в открытых каналах. Также задачей настоящего изобретения является предложение способа
35 изготовления указанного носителя катализатора.
Решение поставленной задачи достигается при помощи носителя катализатора и способа, охарактеризованных признаками в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения. Некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения раскрыты в зависимых пунктах 5 формулы изобретения.
Конструктивные варианты осуществления настоящего изобретения не являются ограничивающими. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения катализатор в соответствии с настоящим изобретением может присутствовать в нескольких структурах, соединенных параллельно или ю последовательно относительно направления потока, или в виде каскада, содержащего каталитический нейтрализатор частиц (РОС) / фильтр твердых частиц выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания (DPF) / носители катализатора.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения носитель катализатора содержит гофрированные листы, имеющие 15 углубления, соединенные с плоскими листами из проволочной сетки, и между указанными плоскими листами из проволочной сетки и указанными гофрированными листами имеются по меньшей мере частично открытые каналы для потока выхлопного газа, и глубина углубления на 0,05-0,5 мм меньше, чем высота гофра.
20 Неожиданно было обнаружено, что преобразование частиц, проходящих в
открытые каналы, в основном улучшается. Также улучшается преобразование газообразных загрязняющих примесей в по меньшей мере частично открытых каналах.
Предпочтительно глубина углубления составляет 0,5-1,5 мм, и высота гофра 25 1,0-3,0 мм. Такое сочетание очень эффективно как для преобразования частиц, так и для преобразования газообразных загрязняющих примесей. Расстояние между углублениями может составлять, например, 10-40 мм, предпочтительно, например, 20-30 мм.
Выхлопной газ может свободно проходить через частично открытые каналы, 30 но на поверхностях листов скорость потока газа уменьшается, благодаря неровным поверхностям листов из проволочной сетки и углублениям в листах. Кроме того, эти неровные поверхности и углубления перемешивают газ, таким образом, минимизируя стандартное отклонение времени задержки газа. Поверхности листов из проволочной сетки также действуют как эффективные открытые ловушки для 35 частиц, содержащихся в выхлопном газе. Эта комбинация улучшает контакт газообразных загрязняющих примесей и примесей в виде частиц, таким образом,
увеличивая время задержки и преобразование газообразных загрязняющих примесей и примесей в виде частиц. Примеси в виде частиц чаще прикрепляются к сетчатому, чем к гладкому листу. В особенности к поверхностям листов из проволочной сетки прикрепляются тяжелые и большие частицы. 5 Преобразование частиц в очень большой степени зависит от источника и
состава частиц. Частицы могут содержать различные количества летучих органических соединений (ЛОС), твердого углерода, серы, воды и окислов металлов. Стандартный каталитический нейтрализатор может окислять большинство ЛОС и, таким образом, снижать массу частиц на 10-60%. В
10 соответствии с настоящим изобретением можно улучшить преобразование частиц даже до 80%. В соответствии с настоящим изобретением можно улучшить преобразование газообразных загрязняющих примесей до 90% и более.
Важное отличие частично открытого канала в соответствии с настоящим изобретением состоит в том, что он не засоряется или засоряется минимально по
15 сравнению с закрытыми каналами или фильтрами, постепенно полностью засоряющимися при отсутствии очистки. Это очень важно, и носитель катализатора, содержащий по меньшей мере частично открытые каналы в соответствии с настоящим изобретением, может использоваться в самых жестких условиях и применим во многих случаях.
20 Частицы, прикрепляющиеся к поверхностям по меньшей мере частично
открытых каналов, разлагаются до газообразных веществ, которые затем превращаются в безвредные соединения. Часть газа может проходить через отверстия листов из проволочной сетки, а частицы прикрепляться к поверхностям листов. Это также приводит в лучшему преобразованию частиц. С другой стороны,
25 частично открытые каналы не засоряются или засоряются в минимальной степени, и потеря давления и скорость потока газа не уменьшаются вблизи листов. Это снижает уровень отказов при работе, повышая эффективность частично открытого канала.
Форма отверстий листов из проволочной сетки может быть различной. Они 30 могут быть трубчатыми, квадратными, ромбовидными и щелевидными. Например, в листе из проволочной сетки с ромбовидными отверстиями проволока может находиться на одном уровне или перекрещиваться.
Разница давления между сторонами листов из проволочной сетки увеличивает поток выхлопного газа через поры листа из проволочной сетки. Это 35 обеспечивает прикрепление частиц к носителю и улучшает преобразование частиц в выхлопном газе.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения указанный гофрированный лист является гофрированным листом из проволочной сетки. Это улучшает контакт газообразных загрязняющих примесей и частиц, таким образом, увеличивая время задержки и улучшая преобразование 5 примесей. Это обеспечивает улучшение преобразования примесей в виде частиц, содержащихся в выхлопном газе. Соударение молекул газа также улучшает контакт газа с каталитически активным материалом, таким образом, улучшая преобразование газообразных загрязняющих примесей и увеличивая время задержки частиц в указанном носителе.
Ю Предпочтительно открытые каналы имеются с обеих сторон указанного
листа из проволочной сетки. Структура листа из проволочной сетки очень проста, его легко изготовить, и содержание частиц снижается более эффективно, чем при использовании, например, гладкого листа в открытых каналах.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего
15 изобретения указанный плоский лист из проволочной сетки имеет углубления. Это также усиливает преобразование газообразных загрязняющих примесей и примесей в виде частиц путем уменьшения скорости потока газа и увеличения количества частиц, прикрепляющихся к носителю.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего
20 изобретения углубления в гофрированном листе соответствуют углублениям в плоском листе из проволочной сетки. Это повышает прочность носителя катализатора за счет сцепления слоев друг с другом.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения средний размер отверстия листа из проволочной сетки составляет от
25 0,01 до 0,5 мм, предпочтительно, от 0,05 до 0,3 мм, например, от 0,08 до 0,2 мм.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения диаметр ячейки составляет 0,08-0,24 мм. Предпочтительно диаметр ячейки составляет 0,1-0,15 мм. Это обеспечивает высокую механическую прочность и низкую потерю давления потока газа.
30 В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего
изобретения лист из проволочной сетки имеет номер сетки от 30 до 300. По меньшей мере часть выхлопного газа может проходить через отверстия листов из проволочной сетки. Это обеспечивает прикрепление частиц, содержащихся в выхлопном газе, к поверхностям носителя, приводя к лучшему преобразованию
35 частиц.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения указанный плоский лист из проволочной сетки и указанный гофрированный лист соединяются друг с другом посредством сварки/пайки. Это повышает прочность носителя катализатора. 5 В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего
изобретения указанные листы по меньшей мере частично покрываются материалом основы и/или каталитическим материалом. Предпочтительно средний размер пор указанной основы больше 5 нм, более предпочтительно от 10 до 50 нм, например, от 15 до 20 нм. Оптимальный размер пор основы также зависит от выхлопных газов
Ю и условий потока газа вблизи листов из проволочной сетки. Средний размер частиц, содержащихся в выхлопных газах, может составлять, например, от 5 до 200 нм, а средний размер пор может составлять, например, от 5 до 20 нм.
Предпочтительно основа содержит грубые частицы и/или волокна, выступающие от плоскости указанной основы. Предпочтительно средний размер
15 частиц основы составляет более 0,4 мкм, например от 1,5 до 3,5 мкм. Это существенно повышает адгезию частиц, таким образом улучшая преобразование частиц в указанном носителе катализатора.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения листы в основном покрываются материалом основы, содержащем
20 частицы со средним размером более 1,4 мкм и/или содержащем поры размером более 10 нм. Это также улучшает преобразование примесей в виде частиц в результате увеличения количества частиц, прикрепляющихся к листам.
Частицы, содержащиеся в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания, могут эффективно обрабатываться при помощи носителя катализатора,
25 содержащем частично открытые каналы листов из проволочной сетки в соответствии с настоящим изобретением. Преобразование примесей в виде частиц является неожиданно высоким по сравнению с обычными носителями катализатора. Также высоко преобразование газообразных загрязняющих примесей. Сетчатые листы в соответствии с настоящим изобретением не засоряются или засоряются в
30 минимальной степени, так что это не оказывает влияния на скорость потока выхлопного газа в носителе. Потеря давления в носителе также минимальна.
Носитель катализатора может являться, например, носителем катализатора окисления частиц (РОС) или катализатора селективного восстановления (SCR). Также он может являться носителем катализатора гидролиза. Носитель
35 катализатора может предпочтительно использоваться для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от примесей в виде частиц. Конструкция носителя
катализатора может быть различной. Она может быть, например, свернутой (в виде обмотки), уложенной в виде стопки, или складчатой.
Краткое описание чертежа 5 Далее со ссылками на прилагаемый чертеж будут подробно описаны
некоторые варианты осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 представлен носитель катализатора, содержащий гофрированный лист, имеющий углубления, и плоский лист из проволочной сетки.
10 Осуществление изобретения
На фиг. 1 представлен носитель 1 катализатора, содержащий гладкие гофрированные листы 3, имеющие углубления 3d, и плоские листы 2 из проволочной сетки, имеющие углубления 2d. Эти листы соединены друг с другом, и между указанными листами 2, 3 имеются частично открытые каналы катализатора
15 окисления частиц (РОС) для потока выхлопного газа (EG). Углубления 3d гофрированного листа 3 соответствуют углублениям 2d плоского листа 2 из проволочной сетки. Глубина углубления 2d указанного плоского листа 2 из проволочной сетки меньше, чем высота гофра Зс указанного гофрированного листа 3. В соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения
20 глубина углублений 2d, 3d составляет приблизительно 1 мм, и высота гофра Зс составляет приблизительно 2 мм.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Носитель катализатора, содержащий гофрированный лист (гофрированные листы) и канал (каналы) для обработки выхлопных газов
5 двигателей внутреннего сгорания, отличающийся тем, что носитель (1) катализатора содержит по меньшей мере один гофрированный лист (3), имеющий углубления (3d), и один плоский лист (2) из проволочной сетки, имеющий углубления (2d), соединенный с указанным гофрированным листом (3), и между указанным плоским листом (2) и указанным гофрированным листом (3) имеются по 10 меньшей мере частично открытые каналы для потока выхлопного газа, причем глубина углубления (2d) указанного листа (2) из проволочной сетки на 0,05-0,5 мм меньше, чем высота гофра (Зс) указанного гофрированного листа (3).
2. Носитель катализатора по п. 1, отличающийся тем, что указанный гофрированный лист (3) является гофрированным сетчатым листом.
15 3. Носитель катализатора по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанные
углубления (3d) гофрированного листа (3) соответствуют углублениям (2d) плоского
листа (2) из проволочной сетки.
4. Носитель катализатора по любому из предшествующих пунктов,
отличающийся тем, что глубина углубления (2d, 3d) составляет 0,5-1,5 мм. 20 5. Носитель катализатора по любому из предшествующих пунктов,
отличающийся тем, что высота гофра (Зс) составляет 1,0-3,0 мм.
6. Носитель катализатора по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что лист из проволочной сетки имеет номер сетки от 30 до 300.
7. Носитель катализатора по любому из предшествующих пунктов, 25 отличающийся тем, что указанный плоский лист (2) из проволочной сетки и
указанный гофрированный лист (3) соединены друг с другом посредством сварки или пайки.
8. Носитель катализатора по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанные листы (2, 3) по меньшей мере частично покрыты
зо материалом основы и/или каталитическим материалом.
9. Применение носителя катализатора по любому из п.п. 1-7 для очистки выхлопных газов.
10. Способ изготовления носителя катализатора, содержащего гофрированные листы, для обработки выхлопных газов двигателей внутреннего
35 сгорания, отличающийся тем, что плоский лист (2) из проволочной сетки, имеющий углубления (2d), соединяют с гофрированным листом (3), имеющим углубления (3d),
так что между указанным плоским листом (2) и указанным гофрированным листом (3) образуются по меньшей мере частично открытые каналы для потока выхлопного газа, и что глубина углубления (3d) меньше, чем высота гофра (Зс).
11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанный плоский лист (2) из 5 проволочной сетки соединяют с указанным гофрированным листом (3) посредством
прокатки.
12. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанный плоский лист (2) из проволочной сетки соединяют с указанным гофрированным листом (3) посредством наложения или сгибания.
10 13. Способ по любому из п.п. 9-11, отличающийся тем, что плоский лист (2)
из проволочной сетки соединяют с указанным гофрированным листом (3) посредством образования углублений (2d, 3d) в указанном плоском листе (2) из проволочной сетки и гофрированном листе (3) и совмещения этих углублений (2d, 3d) друг с другом.
15 14. Способ по любому из п.п. 9-12, отличающийся тем, что указанный
плоский лист (2) из проволочной сетки соединяют с указанным гофрированным листом (3) посредством сварки или пайки.
Фиг. 1