[LT] Kataliziniai korinės struktūros elementai (kataliziniai blokai), pagaminti naudojant metalinį nešėją, yra žinomi ir plačiai naudojami įvairiose srityse, tame tarpe chemijos pramonėje ir kenksmingų komponentų nukenksminimui automobilių išmetamosiose dujose. Korines struktūros katalizines struktūros elemento gamybos metodas, naudojant metalinę juostą, kaip nešėją, suvyniojant gofruotą, ir lygią, juostas, naujas tuo, kad siekiant užtikrinti dujų jonizaciją, ir jos palaikymą kiekviename bloko kanale, dviejų metalinių juostų suvyniojimas paremtas įtempties koeficientu (?) nuo 6 iki 7,5 N/mm2.Taip pat, katalizines dangos storis ir juostų suvyniojimui naudojama jėga susieti formule ?/d = 0,3 (? - įtempties koeficientas, d - katalizinio sluoksnio storis).
[EN] Catalytic cellular structure elements (catalytic blocks) made using a metal carrier, are well-known and widely used in various fields, including the chemical industry and the decontamination of harmful components in car exhaust gases. Production method of cellular structure of the catalytic structural element using a metal band as a carrier, wrapping corrugated, and equal, strips is new in that in order to ensure the ionization of gas and its support in each block channel, the wrapping of two metal strips is based on the stress coefficient (?) from 6 to 7.5 N / mm². Similarly, the catalytic thickness of the coating and the force applied to striping the strips are related to the formula? / D = 0,3 (? - stress coefficient, d is the thickness of the catalytic layer).
[0001] Kataliziniai korinės struktūros elementai (kataliziniai blokai), pagaminti naudojant metalinį nešėją, yra žinomi ir plačiai naudojami įvairiose srityse, tame tarpe chemijos pramonėje ir kenksmingų komponentų nukenksminimui automobilių išmetamosiose dujose.
[0002] Korinės struktūros elementai, pagaminti naudojant metalinį nešėją, lyginant su analogiškais elementais keraminio nešėjo pagrindu, turi daugybę pranašumų, iš kurių itin svarbūs yra termo ir elektrinis laidumai, didelis atsparumas vibracijoms ir smūgiams, taip pat dujinei erozijai. Korinės struktūros elementai metalinio nešėjo pagrindu turi ir trūkumų - tai sąlyginai nedidelis elemento vidinių kanalų padengimas katalizine danga, surištas su specifiniais dangos gavimo metodais. Dujų kontakto su kataliziniu sluoksniu stiprinimui korinės struktūros moduliuose paprastai naudojamas laminarinio dujų srauto pervedamas į turbulentinį, tai dažniausiai pasiekiama naudojant metalinio nešėjo paviršiaus modifikavimo metodus.
[0003] Tokie metodai aprašyti patentuose, pavyzdžiui: US 6060173, Metal honeycomb body, autorius Retallick W., US 4672809, Catalytic converter for a diesel engine, autoriai Retallick W., Comelison R., EP0152560, Matrix for a catalytic reactor for purifying exhaust gases, autoriai ScharpfK., Martin H ..
[0004] Aukščiau nurodyti konstrukciniai sprendimai, be abejo, užtikrina laminarinio dujų srauto pervedimą į turbulentinį, tuo pačiu didinant dujų kontaktą su katalizatoriumi. Tačiau vien tik šių metodų naudojimas leidžia tik dalinai įtakoti dujų srautą. Žymiai didesnis efektas būtų pasiektas, naudojant turbulencijos iniciatorių kiekviename korinės struktūros elemento kanale. Tokiu iniciatoriumi gali būti plazminė iškrova kiekviename elemento kanale, įtakojant cheminių procesų elemente intensyvumą. Plazminės iškrovos naudojimo metodai įvairiuose cheminiuose procesuose yra plačiai žinomi ir aprašyti šaltiniuose: Plasma Chemistry and Plasma Processing, Plasma thermal conversion of methane to acetylene, autoriai Fincke J.R., Anderson R.P., Hyde T. Et al.. 2002 (22) 107 - 138; Catalysis Today, Methane conversion to C2 hydrocarbons and hydrogen in atmospheric non-thermal plasmas generated by different electric discharge techniques, autoriai Li X. S., Zhu A.M., Wang K.J., et al. 2004 (98) 617 - 624.
[0005] Labiausiai perspektyviu galėtų būti laikomas katalizatorių naudojimas žematemperatūrėje plazmoje, kaip aprašyta darbe Proc. 18th Inter. Symp. On plasma chemistry. Kyoto: Japan Society of Applied physics, Plasma methane oxidation for methanol synthesis with Cu-ZnAl catalyst, autoriai Indarto A., Choi J.W., Lee H., Song H.K. 2007.
[0006] Šiame ir kituose panašiuose darbuose patvirtinama, kad plazminės iškrovos įtaka įvairioms cheminėms reakcijoms yra efektyvi. Tačiau, peržvelgiant įrenginių eskizus, tampa aišku, kad plazminės iškrovos iniciatorius ir darbinis tūris, užpildytas katalizatoriumi, yra atskirai vienas nuo kito.
[0007] Plazminės iškrovos iniciatoriui esant pačiame korinės struktūros elemento su metaliniu nešėju kanale, būtų galima ženkliai padidinti cheminių reakcijų intensyvumą dėka jonizuotų dujų srauto sąveikos su katalizine danga ir tuo pačiu sukurto turbulentinio dujų judėjimo.
[0008] Korinės struktūros kataliziniam elementui formuoti naudojamos dvi metalinės juostos - lygi ir gofruota, jas suvyniojant kartu ir taip sukuriant plazminės iškrovos iniciatorių tarp gofruotos juostos kampo ir lygios juostos.
[0009] Katalizinis sluoksnis, užneštas ant metalinio nešėjo, veikia kaip dielektrinis sluoksnis, padedantis išvengti trumpojo jungimosi elemento darbo metu.
[0010] Tačiau, toks katalizinio bloko formavimo metodas yra sudėtingas lr turi atitikti reikalavimus metalinių juostų apdirbimui (gofravimas, perforavimas). Šiuo metu vienas iš naudojamų metalinių blokų paviršių dengimo katalizine danga metodų gali būti mirkymas ir džiovinimas, tokiu būdu gaunant tam tikro reikalingo katalizinės dangos sluoksnio storį. Tačiau, šiam metodui naudojamas jau suformuotas elementas, taip prarandant dielektrines dangos savybes tarp gofruotos juostos kampo ir lygios juostos. Taigi, naudojant šį metodą plazminė iškrova kanale būtų negalima.
[0011] Visiškai kiti rezultatai gali būti pasiekti naudojant terminio (plazminio) dengimo metodą, siekiant suformuoti katalizinį sluoksnį ant metalinio nešėjo.
[0012] Šiuo atveju metalinė juosta yra uždengiama pilnai - tai pasiekiama naudojant miltelinius prekursorius, kurie aktyvuojami plazminiame sraute, kurio temperatūra siekia 2000 - 3000 laipsnių Celsijaus ir tuo pačiu greitai ataušinami metalinės juostos paviršiuje.
[0013] Toks metodas aprašomas ir lietuviškame patente LT4869B, Kompozicinių katalizinių dangų gavimo būdas, autoriai Pakamanis R., Chinskis A.
[0014] Taip pat, svarbus faktorius katalizinių dangų savybėms yra kompozicinių medžiagų (prekursorių) naudojimas, kaip aprašyta patente PCT /LT2006/000010, autoriai Chinskis A., Klemkaitė K., Laurinaitis N., Korma A., Palomares E.
[0015] Labiausiai artimas siūlomam metodui yra patentas RU2080179, autoriai Anisimovas M.I., Farmakovskis B.V., Chinskis A.P. Šis patentas ir buvo išrinktas kaip prototipas.
[0016] Patente aprašoma katalinio bloko gamybos procedūra, susidedanti iš plazminio katalizinės dangos ant metalinio nešėjo dengimo proceso, metalinės juostos gofravimo ir dviejų juostų (lygios ir gofruotos) suvyniojimo kartu, tokiu būdu formuojant cilindrinės formos korinės struktūros elementą. Pagal patento duomenis, ši technologija užtikrina aukštą katalizinės dangos adheziją su metaliniu nešėju (metaline juosta), taip pat po gofravimo ir vyniojimo procedūrų - ir pakankamai aukštą katalizinį aktyvumą.
[0017] Tačiau, dėl katalizinės dangos storio kanale (santykyje su kanalo plotu), pačio elemento efektyvumas yra ganėtinai žemas (apie 10 - 15 proc. dujų kontaktuoja su katalizine danga).
[0018] Remiantis literatūra, dujų jonizacija turėtų ženkliai pagerinti šį rodiklį, tačiau dėl paties elemento ir jonizacijos iniciatoriaus buvimo atskirai, jonizuotos dujos, arba dujų mišiniai, patenka į cheminį reaktorių (korinės struktūros elementą) pačioje proceso pradžioje, o sąveika su katalizine danga vyksta jau "kažkur" pačiame elemente.
[0019] Atsižvelgiant į kai kurių cheminių elementų (konglomeratų) ne stabilumą, tokia technologija nėra efektyvi.
[0020] Išradimo esmė.
[0021] Korinės struktūros katalizinės struktūros elemento gamybos metodas, naudojant metalinę juostą kaip nešėją, suvyniojant gofruotą ir lygią juostas, naujas tuo, kad siekiant užtikrinti dujų jonizaciją ir jos palaikymą kiekviename bloko kanale, dviejų metalinių juostų suvyniojimas paremtas įtempties koeficientu (σ) nuo 6 iki 7,5 N/mm2. Taipogi, katalizinės dangos storis ir juostų suvyniojimui naudojama jėga susieti formule σ/d = 0,3 (σ - įtempties koeficientas, d - katalizinio sluoksnio storis).
[0022] Įgyvendinimas.
[0023] Siekiant sukurti korinės struktūros elementą su vidine jonizacija buvo naudojama plazminio dengimo originalios konstrukcijos plazmotronu technologija. Kanalų formavimui juostos (lygi ir gofruota) buvo vyniojamos kartu.
[0024] Dujų jonizacijos iniciavimui ir palaikymui itin reikšmingas faktorius yra katalizinės dangos storis, lemiantis dielektrines dangos savybes ir įtakojantis juostų suvyniojimui naudojamą jėgą, išradimo bandymams buvo pasirinkta 0,04 mm storio ir 100 mm pločio juosta, kuri buvo padengta danga aliuminio oksido pagrindu originalios konstrukcijos plazmotronu.
[0025] Dangos storis: 20 - 30 mikronų. Vėliau dalis juostos buvo gofruojama originalios konstrukcijos įrenginiu, gofravimo žingsnis - 1,3 mm. Juostos buvo suvyniotos į 30 mm diametro cilindrinius blokus. Juostos buvo vyniojamos specialiu įrenginiu, naudojant 30 -35 N jėgą.
[0026] Vėliau blokai buvo prijungti prie aukštos įtampos su dažnių generatoriumi šalinio ir išbandyti esant skirtingoms sąlygoms, nurodytoms lentelėje Nr. 1
[0027]
[0028] Efektyvumo išmatavimui, buvo parinktas blokas nr. 3, dėl geriausių vizualinių išlydžio rezultatų. Buvo pagaminti ir išbandyti du analogiški blokai, kaip katalizinę dangą naudojant kobalto katalizatorių Co304. Bandymų rezultatai pateikiami lentelėje Nr.2
[0029]
[0030] Šie duomenys įrodo blokų efektyvumą CO oksidavimo procese.
1. Katalizinio korinės struktūros elemento su vidine jonizacija gamybos būdas, suformuotas suvyniojant dvi metaline juostas (lygią ir gofruotą), padengtas katalizine danga, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad siekiant užtikrinti dujų jonizaciją ir jos palaikymą kiekviename bloko kanale, dviejų metalinių juostų suvyniojimą vykdo įtempties koeficientu (σ) nuo 6 iki 7,5 N/mm2.
2. Būdas pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad katalizinės dangos storį ir juostų suvyniojimui naudojamą jėgą susieja formule (σ/d = 0,3, kur σ - įtempties koeficientas, d- katalizinio sluoksnio storis.