颗粒过滤器和用于制造颗粒过滤器的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于排气设备(2)的颗粒过滤器(1)和一种用于制造颗粒过滤器的方法。该颗粒过滤器(1)具有多个流动通道(5)，这些流动通道从第一端侧(6)延伸至第二端侧(7)并且被多孔的通道壁(8)相互分开，其中这些流动通道(5)在端侧(6、7)分别交替地具有封闭件(9)，从而排气(10)流入在第一端侧(6)敞开的流动通道(5)中，流过通道壁(8)并且通过在第二端侧(7)敞开的、相邻的流动通道(5)流出颗粒过滤器(1)，其中所述通道壁(8)沿流动方向(11)相继至少具有如下各层：颗粒过滤层(13)；中间层(14)，其中该中间层(14)具有带有第一催化活性(16)的第一SCR层(15)；带有第二催化活性(19)的第二SCR层(18)，其中该第二催化活性(19)不同于第一催化活性(16)。

Particulate filter and process for producing particulate filter

The present invention relates to a particulate filter (1) for an exhaust device (2) and a method for producing a particulate filter. \u8be5\u9897\u7c92\u8fc7\u6ee4\u5668(1)\u5177\u6709\u591a\u4e2a\u6d41\u52a8\u901a\u9053(5)\uff0c\u8fd9\u4e9b\u6d41\u52a8\u901a\u9053\u4ece\u7b2c\u4e00\u7aef\u4fa7(6)\u5ef6\u4f38\u81f3\u7b2c\u4e8c\u7aef\u4fa7(7)\u5e76\u4e14\u88ab\u591a\u5b54\u7684\u901a\u9053\u58c1(8)\u76f8\u4e92\u5206\u5f00\uff0c\u5176\u4e2d\u8fd9\u4e9b\u6d41\u52a8\u901a\u9053(5)\u5728\u7aef\u4fa7(6\u30017)\u5206\u522b\u4ea4\u66ff\u5730\u5177\u6709\u5c01\u95ed\u4ef6(9)\uff0c\u4ece\u800c\u6392\u6c14(10)\u6d41\u5165\u5728\u7b2c\u4e00\u7aef\u4fa7(6)\u655e\u5f00\u7684\u6d41\u52a8\u901a\u9053(5)\u4e2d\uff0c\u6d41\u8fc7\u901a\u9053\u58c1(8)\u5e76\u4e14\u901a\u8fc7\u5728\u7b2c\u4e8c\u7aef\u4fa7(7)\u655e\u5f00\u7684\u3001\u76f8\u90bb\u7684\u6d41\u52a8\u901a\u9053(5)\u6d41\u51fa\u9897\u7c92\u8fc7\u6ee4\u5668(1)\uff0c\u5176\u4e2d\u6240\u8ff0\u901a\u9053\u58c1(8)\u6cbf\u6d41\u52a8\u65b9\u5411(11)\u76f8\u7ee7\u81f3\u5c11\u5177\u6709\u5982\u4e0b\u5404\u5c42\uff1a\u9897\u7c92\u8fc7\u6ee4\u5c42(13)\uff1b\u4e2d\u95f4\u5c42(14)\uff0c\u5176\u4e2d\u8be5\u4e2d\u95f4\u5c42(14)\u5177\u6709\u5e26\u6709\u7b2c\u4e00\u50ac\u5316\u6d3b\u6027(16)\u7684\u7b2c\u4e00SCR\u5c42(15)\uff1b\u5e26\u6709\u7b2c\u4e8c\u50ac\u5316\u6d3b\u6027(19)\u7684\u7b2c\u4e8cSCR\u5c42(18)\uff0c\u5176\u4e2d\u8be5\u7b2c\u4e8c\u50ac\u5316\u6d3b\u6027(19)\u4e0d\u540c\u4e8e\u7b2c\u4e00\u50ac\u5316\u6d3b\u6027(16)\u3002

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】颗粒过滤器和用于制造颗粒过滤器的方法
本专利技术涉及一种颗粒过滤器和一种用于制造颗粒过滤器的方法。该颗粒过滤器尤其作为排气处理单元被用于排气设备中、优选在机动车的柴油内燃机的排气设备中。
技术介绍
在此提到的颗粒过滤器尤其由多孔的、必要时经挤压的结构构成，例如按照蜂窝结构的方式。该蜂窝结构形式不受特殊限制。但蜂窝结构的外横截面形状可以例如是圆形、椭圆形或类椭圆形。流动通道的横截面形状同样不受限制，但通常优选多角的横截面形状，例如三角形、四角形、六角形等形式。流动通道的格密度也可以是广泛多样的，优选例如每平方英寸50至400格(每平方厘米7、8至62格)范围内的流动通道密度的设计。所述多孔的通道壁在此可以例如由陶瓷构成。在此例如证实适合的是碳化硅或金属硅和碳化硅。如果陶瓷作为主晶体相具有金属硅和碳化硅，则通过Si(Si+SiC)限定的Si含量优选为5质量百分比至50质量百分比，优选为10质量百分比至40质量百分比。这种颗粒过滤器通常被称作，，壁流式滤器"，因为这种过滤器至少强迫排气流的大部分通过多孔的通道壁。为此目的已知的是，颗粒过滤器的相邻布置的流动通道在两个端侧上被交替地封闭。“封闭”在此还可以利用与通道横截面相比(明显)更小的穿通孔实现，尤其是在第二(排气流出的)端侧上的所选择的或全部的通道中，从而实现旁路(并由此在由于颗粒加载而不能够良好通流过通道壁时造成颗粒过滤器阻塞)。由此，一部分排气流流入到第一流动通道中，该第一流动通道在排气出口侧敞开，并且(在颗粒过滤器的正常运行期间至少大部分地)被在流动通道端部的封闭件强迫通过多孔的通道壁流入到相邻的流动通道中，并通过其敞开的端部在排气出口侧流出。在通流多孔的通道壁时还可以使在排气中携带的颗粒沉积并且必要时减少或转化为气态成分。这种具有多孔壁的颗粒过滤器通常具有非常大的内表面，从而在此能够在相应覆层的情况下在相对小的结构体积上提供非常大的催化活性面。因此在使用这种颗粒过滤器时优选还推荐与SCR系统相结合。在选择性催化还原(SCR)时优选减少氮氧化物(NO、NO2)，而尽可能抑制所不期望的副反应(例如氧化硫氧化至三氧化硫)。为这种反应的运行，通常使用氨(NH3)作为还原剂，其被混合到排气中。该反应的产物是水(H2O)和氮气(N2)。在此使用的合适的催化剂例如是二氧化钛、五氧化二钒和/或氧化钨。还可以使用沸石。SCR方法尤其应用在柴油车辆中，尤其是载货车中，以便减低与氮氧化物污染有关的有害物质排放。目前所提出的用于颗粒减少和用于氮氧化物还原的系统有些结构很复杂并且需要非常大的结构空间。此外，一些系统必须在排气外部和/或排气系统中自己进行还原剂(例如尿素等)的复杂的调温，这有时不能够确保完全转化。因此，经常还推荐提供一种所谓的截止-催化器/催化(转化)器，其要阻止氮氧化物在还原剂不完全转化时的泄露。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是至少部分解决参照现有技术所描述的问题。尤其是要说明一种颗粒过滤器，其正是在SCR系统中能够实现在完全转换SCR反应物或所添加的还原剂的水解方面的优点。此外要提出一种用于制造这种颗粒过滤器的方法，从而能够实现工艺可靠和低成本的制造。所述任务通过根据权利要求1的特征的颗粒过滤器实现，以及通过根据权利要求3的特征所述的用于制造颗粒过滤器的方法实现。尤其是所述方法用于制造根据本专利技术的颗粒过滤器。颗粒过滤器和该方法的其他有利的实施方案在从属权利要求中给出。在权利要求中单独列出的特征能够以任意的、技术上合理的方式相互组合并且能够由说明书中所述内容加以补充，由此揭示本专利技术的其他实施变型。据此提出一种用于排气设备、尤其是用于具有柴油内燃机的机动车的颗粒过滤器，其中该颗粒过滤器具有多个流动通道，这些流动通道从第一端侧延伸至第二端侧并且被多孔的通道壁相互分开。这些流动通道在各端侧分别交替地具有封闭件，从而排气流入到在第一端侧敞开的流动通道中，流经通道壁并经由在第二端侧敞开的、相邻的流动通道从颗粒过滤器流出。通道壁在此在排气的流动方向上相继至少具有如下各层：·在排气入口侧具有颗粒过滤层，其具有60至90％、优选80至90％的孔隙度/孔隙率和2至10μm[微米]、优选3至5μm的平均孔径；·中间层，其具有40至60％、优选50至60％的孔隙度和10至20μm[微米]、优选14至16μm的平均孔径，其中该中间层具有带有第一催化活性的第一SCR层；·在排气出口侧具有第二SCR层，其具有第二催化活性，其中该第二催化活性不同于第一催化活性。颗粒过滤层尤其用于从排气流中过滤固态颗粒(碳黑或类似物)。这些颗粒被颗粒过滤层中的小孔阻留，从而颗粒的大部分(优选至少80质量％)不能够进入到中间层中。该颗粒过滤层能够以可灵活确定的时间间隔或持续地(CRT)再生，从而通过排气中含有的NO2或通过热氧化转化颗粒。尤其是所述颗粒过滤层额外具有水解层，从而在颗粒过滤器上游添加的还原剂前体(例如尿素-水溶液)在流动通过颗粒过滤层时被至少部分转化为还原剂(例如氨)。颗粒过滤层尤其以层形式被施加在多孔的通道壁的排气入口侧上，从而在颗粒过滤层和中间层之间存在明显的分隔。该颗粒过滤层尤其至少由如下组成：·底层(Al2O3)，·该底层必要时额外具有水解层，其中该水解层尤其具有：ο二氧化钛或ο载有二氧化钛的二氧化钨催化剂和钒-氧化钨-催化剂。颗粒过滤层的厚度尤其为30μm至150μm、优选50μm至100μm。布置在颗粒过滤层下游的中间层具有带有第一活性的第一SCR层。该第一SCR层在中间层中的该第一活性还可以通过起催化作用的材料的厚度加以说明，或者通过相对于催化活性中心的平均距离。颗粒过滤器尤其具有多孔的通道壁，其至少在中间层的区域中(在施加第一SCR层之前)(只)由陶瓷的基底材料(见开头)构成。只有在单独实施的覆层步骤中才施加SCR层，从而于是存在中间层在孔隙度和孔径方面的所述特性。中间层的厚度尤其为200μm至500μm、优选200μm至400μm。颗粒过滤器额外具有在中间层的与颗粒过滤层相反的侧上的第二SCR层，其中第二催化活性不同于第一催化活性(即分别存在的起催化作用的材料的厚度和类型或者分别存在的相对于催化活性中心的平均距离)。尤其是第一SCR层和第二SCR层的催化活性通过层上的催化活性材料、即例如二氧化钛、二氧化钨、五氧化二钒或沸石的含量来设定。第二SCR层的厚度尤其是10μm至200μm、优选10μm至50μm。颗粒过滤层布置在中间层上游和第二SCR层上游确保了：能够通过排气中含有的NO2转化碳黑颗粒。排气中含有的NO2因而在低温时仅供转化碳黑颗粒使用。只有在流动通过颗粒过滤层后，NO2(和其它NOx氮氧化物)才在具有SCR层的中间层中和在第二SCR层中按照下述反应转化：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(“标准SCR”)2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O(“快速SCR”)4NH3+3NO2→3.5N2+6H2O(“NO2SCR”)。尤其是在中间层中，第一SCR层具有比第二SCR层的第二催化活性小的第一催化活性。尤其是能够实现多孔的中间层，从而能够中间存储氮氧化物，并且逐渐释放至排气流中。布置在中间层下游的第二SCR层确保了(尤其在较高的催化活性时)：(几乎本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于排气设备(2)的颗粒过滤器(1)，其中该颗粒过滤器(1)具有多个流动通道(5)，所述流动通道从第一端侧(6)延伸至第二端侧(7)并且被多孔的通道壁(8)相互分开，其中所述流动通道(5)在端侧(6、7)分别交替地具有封闭件(9)，从而排气(10)流入在第一端侧(6)敞开的流动通道(5)中，穿流过通道壁(8)并且通过在第二端侧(7)敞开的、相邻的流动通道(5)从颗粒过滤器(1)中流出，其中所述通道壁(8)沿流动方向(11)相继地至少具有如下各层：·在排气入口侧(12)的、孔隙度为5％至50％、平均孔径为5μm至15μm的颗粒过滤层(13)；·孔隙度为55％至95％、平均孔径为15μm至100μm的中间层(14)，其中该中间层(14)具有带有第一催化活性(16)的第一SCR层(15)；·在排气出口侧(17)的、带有第二催化活性(19)的第二SCR层(18)，其中该第二催化活性(19)不同于第一催化活性(16)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.08 DE 102014112862.11.一种用于排气设备(2)的颗粒过滤器(1)，其中该颗粒过滤器(1)具有多个流动通道(5)，所述流动通道从第一端侧(6)延伸至第二端侧(7)并且被多孔的通道壁(8)相互分开，其中所述流动通道(5)在端侧(6、7)分别交替地具有封闭件(9)，从而排气(10)流入在第一端侧(6)敞开的流动通道(5)中，穿流过通道壁(8)并且通过在第二端侧(7)敞开的、相邻的流动通道(5)从颗粒过滤器(1)中流出，其中所述通道壁(8)沿流动方向(11)相继地至少具有如下各层：·在排气入口侧(12)的、孔隙度为5％至50％、平均孔径为5μm至15μm的颗粒过滤层(13)；·孔隙度为55％至95％、平均孔径为15μm至100μm的中间层(14)，其中该中间层(14)具有带有第一催化活性(16)的第一SCR层(15)；·在排气出口侧(17)的、带有第二催化活性(19)的第二SCR层(18)，其中该第二催化活性(19)不同于第一催化活性(16)。2.根据权利要求1所述的颗粒过滤器(1)，其特征在于，所述第二催化活性(19)大于第一催化活性(16)。3.一种用于制造颗粒过滤器(1)的方法，尤其是用于制造根据上述权利要求之一所述的颗粒过滤器(1)的方法，其中该方法至少具有如下步骤：f)提供具有多个流动通道(5)的颗粒过滤器(1)，这些流动通道从第一端侧(6)延伸至第二端侧(7)并且被多孔的通道壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·布吕科，P·希尔特，T·黑里希，
申请(专利权)人：大陆汽车有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE