包含分区涂覆的催化剂载体涂层的过滤器基底制造技术

一种催化型过滤器，用于从由强制点火内燃机排放的废气中过滤颗粒物质，该过滤器包括陶瓷多孔壁流式过滤器基底，该过滤器基底具有总基底长度和具有部分通过陶瓷入口壁表面限定的入口通道和部分地通过陶瓷出口壁表面限定的出口通道，其中该入口表面通过含有第一平均孔尺寸的孔的第一多孔结构与该出口表面隔开，其中该多孔基底部分地涂覆有催化剂载体涂层组合物，其中该多孔基底的载体涂层涂覆的部分的第二多孔结构含有第二平均孔尺寸的孔，其中第二平均孔尺寸小于第一平均孔尺寸，该催化剂载体涂层组合物位于第一区中，第一区包括第一基底长度的该入口表面，第一基底长度小于总基底长度，其中包括第二基底长度的该出口表面的第二区不含有载体涂层，和其中第一区中的基底长度和第二区中的基底长度之和>100％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含分区涂覆的催化剂载体涂层的过滤器基底本专利技术涉及一种催化型过滤器等，用于从由强制点火内燃机排放的废气中过滤颗粒物质。强制点火发动机使用火花点火来引起烃和空气混合物燃烧。与之相反，压缩点火发动机通过将烃注入到压缩空气中来引起烃燃烧。强制点火发动机可以通过汽油燃料，与包括甲醇和/或乙醇的含氧物共混的汽油燃料，液化石油气或者压缩天然气来提供燃料。强制点火发动机可以是化学计量运行的发动机或者贫燃运行的发动机。环境PM被大部分作者基于它们的空气动力学直径(空气动力学直径定义为与所测颗粒在空气中沉降速度相同的1g/cm3密度球体的直径)而分为以下类别：(i)空气动力学直径小于10μm的PM-10颗粒；(ii)直径小于2.5μm的细颗粒(PM-2.5)；(iii)直径小于0.1μm(或100nm)的超细颗粒；和(iv)特征为直径小于50nm的纳米颗粒。自从二十世纪九十年代中期以来，由内燃机排出的颗粒的粒度分布已经引起了越来越多的关注，这归因于细颗粒和超细颗粒可能的不利健康影响。PM-10微粒在环境空气中的浓度在美国受到法律管控。作为健康研究的结果，美国在1997年引入了新的、另外的用于PM-2.5的环境空气质量标准，所述研究指出来人的死亡率与小于2.5μm的细颗粒浓度之间的强相关性。现在关注点已经转移到由柴油和汽油发动机所产生的纳米颗粒，这是因为相比于较大尺寸的颗粒，它们被认为能够更深地渗入人的肺部，并因此它们被相信比较大颗粒危害更大，该研究发现可以外推到2.5-10.0μm范围的微粒。柴油微粒的尺寸分布具有公认的双峰特性，其对应于颗粒成核和积聚机理，并且相应的颗粒类型被分别称作成核模态(nucleimode)和积聚模态(accumulationmode)(参见图1)。从图1中可见，在成核模态中，柴油PM包含众多具有非常小质量的小颗粒。几乎全部柴油微粒的尺寸明显小于1μm，即它们包含细颗粒(即处于1997美国法律下)、超细颗粒和纳米颗粒的混合物。成核模态颗粒据信包含大部分挥发性冷凝物(烃、硫酸、硝酸等)并且包含小固体材料，例如灰分和碳。积聚模态颗粒被理解为包含固体(碳、金属灰分等)，其与冷凝物和所吸附的材料(重质烃、硫物质、氮氧化物衍生物等)互混。粗模态(coarsemode)颗粒据信不在柴油燃烧方法中产生，并且可以通过如下机理来形成，例如来自发动机气缸壁、排气系统或者颗粒取样系统的微粒材料的沉积和随后的再夹带(re-entrainment)。这些模态之间的关系显示于图1中。成核颗粒的组成会随着发动机运行条件、环境条件(特别是温度和湿度)、稀释和取样系统条件而变型。实验室研究和理论已经显示大部分成核模态形成和生长发生在低稀释比范围内。在这个范围中，挥发性颗粒前体如重质烃和硫酸的气体向颗粒转化，使得成核模态同时成核和生长，以及在积聚模态中吸附到现有颗粒上。实验室测试(参见例如SAE980525和SAE2001-01-0201)已经显示，随着空气稀释温度的降低，成核模态形成剧烈增加，但是在湿度是否具有影响方面存在着向矛盾的证据。通常，低温、低稀释比、高湿度和长停留时间有利于纳米颗粒形成和生长。研究已经显示，纳米颗粒主要由挥发性材料如重质烃和硫酸组成，并且仅在非常高负荷有固体部分的证据。相反，在稳态运行中发动机排出的汽油微粒的尺寸分布显示了单峰分布，具有约60-80nm的峰(参见例如SAE1999-01-3530中的图4)。通过与柴油尺寸分布相比，汽油PM主要是超细的，具有可以忽略的积聚模态和粗模态。在柴油微粒过滤器中对柴油微粒进行微粒收集是基于使用多孔阻挡层从气相中分离气载(gas-borne)微粒的原理。柴油机过滤器可以定义为深床过滤器和/或表面型过滤器。在深床过滤器中，过滤器介质的平均孔尺寸大于所收集的颗粒的平均直径。颗粒通过深度过滤机理的组合沉积到介质上，该组合包括扩散沉积(布朗运动)、惯性沉积(碰撞)和流线拦截(布朗运动或惯性)。在表面型过滤器中，过滤器介质的孔直径小于PM的直径，因此PM通过筛分来分离。分离通过所收集的柴油PM本身的积累来进行，该积累通常被称作“滤饼”和该过程被称作“饼滤”。应当理解，柴油微粒过滤器例如陶瓷壁流式整料可以通过深度和表面过滤的组合来工作：当深度过滤能力饱和以及微粒层开始覆盖过滤表面时，在较高的烟灰负载量时形成滤饼。深度过滤的特征在于相比于饼滤稍低的过滤效率和较低的压力降低。本领域用于从气相中分离汽油PM所提出的其他技术包括涡流回收。从2014年9月1日起的欧洲排放法律(Euro6)要求控制由柴油和汽油(强制点火)客车排放的颗粒数。对于汽油欧洲轻型车辆，可允许的限度是：1000mg/km一氧化碳；60mg/km氮氧化物(NOx)；100mg/km总烃(其中≤68mg/km是非甲烷烃)；和4.5mg/km颗粒物质((PM)，仅用于直接喷射式发动机)。Euro6PM标准将在多年内逐步采用，并且从2014年初起该标准设定为6.0×1012/km(Euro6)和从2017年初起该标准设定为6.0×1011/km(Euro6+)。在实践含义上，立法的微粒范围是23nm-3μm。在美国，在2012年3月22日，加利福尼亚空气资源委员会(CARB)采用了从2017年开始的新排放标准，和随后模型年“LEVIII”客车，轻型卡车和中型车辆(其包括3mg/英里排放限度)，并且随后可能引入1mg/英里限度，只要不同的临时评审认为它可行。新Euro6(Euro6和Euro6+)排放标准提出了许多挑战性设计问题，来满足汽油排放标准。具体地，如何设计过滤器或者包括过滤器的排气系统，用于降低PM汽油(强制点火)排放值，同时仍然满足非PM污染物例如氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和未燃烧的烃(HC)中一种或多种的排放标准，全部处于可接受的背压，例如在欧洲驾驶周期上通过最大周期内背压所测量的。TWC用来催化三种同时的反应：(i)将一氧化碳氧化成二氧化碳，(ii)将未燃烧的烃氧化成二氧化碳和水；和(iii)将氮氧化物还原成氮和氧。TWC接收来自于化学计量点或该点左右运行的发动机的废气时，这三种反应最有效地发生。作为本领域公知的，当汽油燃料在强制点火(例如火花点火)内燃机中燃烧时所排放的一氧化碳(CO)、未燃烧的烃(HC)和氮氧化物(NOx)的量主要受到燃烧汽缸中的空气-燃料比的影响。具有化学计量比平衡的组成的废气是这样的废气，其中氧化气体(NOx和O2)和还原气体(HC和CO)的浓度基本匹配。产生这种化学计量比平衡的废气组合物的空气-燃料比典型地为14.7:1。三元催化剂(TWC)典型地包含一种或多种铂族金属，特别是选自铂、钯和铑的那些。理论上，应当可以在化学计量比平衡废气组合物中实现O2、NOx、CO和HC完全转化成CO2、H2O和N2(和残留的O2)，并且这是TWC的任务。所以理想地，发动机应当以这样的方式运行，即燃烧混合物的空气-燃料比产生化学计量比平衡的废气组合物。定义废气的氧化气体和还原气体之间的组成平衡的一种方式是该废气的lambda(λ)值，其可以根据式(1)来定义：实际的发动机空气-燃料比/化学计量发动机空气-燃料比(1)其中λ值为1代表化学计量比平衡的(或者化学计量的)废气组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
催化型过滤器，用于从由强制点火内燃机排放的废气中过滤颗粒物质，该过滤器包括陶瓷多孔壁流式过滤器基底，该过滤器基底具有总基底长度和具有部分地通过陶瓷入口壁表面限定的入口通道和部分地通过陶瓷出口壁表面限定的出口通道，其中该入口表面通过含有第一平均孔尺寸的孔的第一多孔结构与该出口表面隔开，其中该多孔基底部分地涂覆有催化剂载体涂层组合物，其中该多孔基底的载体涂层涂覆的部分的第二多孔结构含有第二平均孔尺寸的孔，其中第二平均孔尺寸小于第一平均孔尺寸，该催化剂载体涂层组合物位于第一区中，第一区包括第一基底长度的该入口表面，第一基底长度小于总基底长度，其中包括第二基底长度的该出口表面的第二区不含有载体涂层，和其中第一区中的基底长度和第二区中的基底长度之和>100％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.24 GB 1307421.6;2013.04.24 GB PCT/GB2013/01.催化型过滤器，用于从由强制点火内燃机排放的废气中过滤颗粒物质，该过滤器包括陶瓷多孔壁流式过滤器基底，该过滤器基底具有总基底长度和具有部分地通过陶瓷入口壁表面限定的入口通道和部分地通过陶瓷出口壁表面限定的出口通道，其中该入口表面通过含有第一平均孔尺寸的孔的第一多孔结构与该出口表面隔开，其中该多孔基底部分地涂覆有催化剂载体涂层组合物，其中该多孔基底的载体涂层涂覆的部分的第二多孔结构含有第二平均孔尺寸的孔，其中第二平均孔尺寸小于第一平均孔尺寸，该催化剂载体涂层组合物位于第一区中，第一区包括第一基底长度的该入口表面，第一基底长度小于总基底长度，其中包括第二基底长度的该出口表面的第二区不含有载体涂层，和其中第一区中的基底长度和第二区中的基底长度之和>总基底长度的100％。2.根据权利要求1所述的过滤器，其中该催化剂载体涂层组合物选自三元催化剂载体涂层组合物、氧化催化剂载体涂层组合物、NOx吸收剂催化剂载体涂层组合物和选择性催化还原催化剂载体涂层组合物。3.根据权利要求1所述的过滤器，其中该催化剂载体涂层组合物是三元催化剂载体涂层组合物。4.根据权利要求2或3所述的过滤器，其中该三元催化剂载体涂层组合物包含负载在高表面积氧化物上的至少一种铂族金属，和储氧组分。5.根据权利要求4所述的过滤器，其中该至少一种铂族金属选自(i)铂和铑；(ii)钯和铑；(iii)铂、钯和铑；(iv)仅钯；和(v)仅铑。6.根据权利要求2所述的过滤器，其中该NOx吸收剂催化剂载体涂层组合物包含以下的混合物：负载在基于氧化锆的混合氧化物、二氧化铈-氧化锆混合氧化物或者任选稳定化的氧化铝上的铑；和负载在基于氧化铝的高表面积载体和二氧化铈或含二氧化铈混合氧化物上的铂和/或钯，和负载在二氧化铈或含二氧化铈混合氧化物上的碱土金属、碱金属或镧系元素。7.根据权利要求2所述的过滤器，其中该选择性催化还原催化剂载体涂层组合物包含Cu、Fe和/或Ce，其负载在合成铝硅酸盐沸石分子筛上或者交换到合成铝硅酸盐沸石分子筛中，该合成铝硅酸盐沸石分子筛选自AEI、MFI、ERI、丝光沸石、镁碱沸石、BEA、Y、CHA和LEV。8.根据权利要求1-3中任一项所述的过滤器，其中第一区中的载体涂层负载量>1.60gin–3。9.根据权利要求1-3中任一项所述的过滤器，其中第一区中的基底区长度是总基底长度的25-75％。10.根据权利要求9所述的过滤器，其中第一区中的基底区长度<总基底长度的45％。11.根据权利要求2所述的过滤器，其中该催化剂载体涂层组合物是三元催化剂载体涂层组合物、氧化催化剂载体涂层组合物或者NOx吸收剂催化剂载体涂层组合物，其中第一区中的总铂族金属负载量>50gft-3。12.根据权利要求1-3中任一项所述的过滤器，其包含表面催化剂载体涂层组合物，该组合物包含固体载体涂层颗粒，其中催化剂载...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·G·布莱克曼，D·R·格林威尔，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB