本发明专利技术涉及一种用于从压燃式发动机排放的废气过滤颗粒物的过滤器，所述过滤器包括具有进口表面和出口表面的多孔基材，其中所述进口表面通过多孔结构与所述出口表面分隔，所述多孔结构含有具有第一平均孔径大小的孔，其中所述多孔基材涂覆有包含多个固体颗粒的洗涂层，所述固体颗粒包含用至少一种金属促进的分子筛，其中洗涂的多孔基材的多孔结构含有具有第二平均孔径大小的孔，并且其中所述第二平均孔径大小小于所述第一平均孔径大小。
【技术实现步骤摘要】
本申请是一项专利技术专利申请的分案申请，其母案的申请日为2010年2月26日、申请号为201080019272.6(PCT/GB2010/050347)、专利技术名称为“用于从压燃式发动机排放的废气过滤颗粒物的过滤器”。
本专利技术涉及用于处理由压燃式发动机产生的颗粒物(PM)和氮氧化物的过滤器。
技术介绍
压燃式发动机通过将烃喷射到压缩空气中而引起烃燃烧，并且可通过柴油燃料、生物柴油燃料、柴油燃料和生物柴油燃料的共混物以及压缩天然气供给燃料。本专利技术目的与2010年2月26日提交的题为“Filter(过滤器)”的英国专利申请第1003244.9号要求保护的专利技术不同。该英国专利申请的专利技术目的在于用于强制点火(positive ignition)发动机废气中颗粒物的过滤器。环境PM被大多数作者基于其空气动力学直径(空气动力学直径定义为与被测定颗粒在空气中具有相同沉降速度的1g/cm3密度球体的直径)分为以下类别：(i)PM-10-空气动力学直径小于10μm的颗粒；(ii)直径低于2.5μm的细颗粒(PM-2.5)；(iii)直径低于0.1μm(或100nm)的超细颗粒；和(iv)纳米颗粒，由小于50nm的直径表征。自从二十世纪九十年代中期以来，由于细颗粒和超细颗粒对健康可能的不利影响，由内燃机排放的颗粒状物的粒径分布愈来愈受关注。在美国，环境空气中PM-10颗粒状物的浓度受到法律管制。由于健康研究表明人类死亡率与低于2.5μm的细颗粒的浓度之间的密
切关联，因此在美国，在1997年引入了对于PM-2.5的新的另外的环境空气质量标准。人们已转而关注由柴油发动机和汽油发动机产生的纳米颗粒，因为根据对2.5-10.0μm范围内的颗粒状物研究的结果推测，它们被认为相比较大尺寸的颗粒状物能够更加深入地渗透到人肺中，并因此被认为比较大颗粒更加有害。柴油颗粒状物的尺寸分布具有对应于颗粒成核和附聚机理的非常确实的双峰特征，其中相应的颗粒类型分别称作核模和积聚模(参见图1)。如图1可见，在核模中，柴油PM由大量具有非常小质量的小颗粒组成。几乎所有的柴油颗粒状物尺寸均显著小于1μm，即它们包含细颗粒(即落入1997年美国法律)、超细颗粒和纳米颗粒的的混合物，。据相信，核模颗粒主要由挥发性冷凝物(烃、硫酸、硝酸等)组成，并且含有很少的固体材料，例如灰和碳。一般认为积聚模颗粒含有与冷凝物和吸附材料(重质烃、硫物质、氮氧化物衍生物等)混合的固体(碳、金属灰等)。据相信，粗粒模颗粒不在柴油燃烧过程中产生，而是可通过例如沉积和随后从发动机气缸、排气系统或颗粒状物取样系统再夹带粒状材料等机理形成。这些模式之间的关系示于图1。成核颗粒的组成可随发动机运行条件、环境条件(特别是温度和湿度)、稀释和取样系统条件而变。实验室工作和理论已表明，大多数核模形成和生长在低稀释比率范围内发生。在该范围内，挥发性颗粒前体(如重质烃和硫酸)的气体到颗粒的转变导致核模的成核和生长以及吸附到现有积聚模颗粒上同时发生。实验室测试(例如参见SAE 980525和SAE 2001-01-0201)已表明，随着空气稀释温度的降低，核模形成强烈增加，但是关于湿度是否具有影响存在矛盾的证据。一般而言，低温、低稀释比率、高湿度和长停留时间有利于纳米颗粒形成和生长。研究已表明，纳米颗粒主要由挥发性材料(如重质烃和硫酸)组成，有证据表明仅在非常高负载下具有固体部分。在柴油颗粒过滤器中柴油颗粒状物的颗粒收集基于使用多孔屏障将由气体产生的颗粒状物与气相分离的原理。柴油过滤器可定义为深层过滤器和/或表面型过滤器。在深层过滤器中，过滤器介质的平均孔径大小比收集颗粒的平均直径大。通过包括扩散沉积(布朗运动)、惯性沉积(压紧)和流线截取(布朗运动或惯性)的深度过滤机理的组合，颗粒在介质上沉积。在表面型过滤器中，过滤器介质的孔直径小于PM的直径，因此通过筛分分离PM。通过收集柴油PM本身的累积进行分离，该累积通常称为“过滤滤饼”，该方法通常称为“滤饼过滤”。应理解的是，柴油颗粒过滤器(例如陶瓷壁流整体料)可通过深度过滤和表面过滤的组合工作：当深度过滤容量饱和并且颗粒层开始覆盖过滤表面时，过滤滤饼以较高的烟灰负载发展。深度过滤表征为比滤饼过滤稍低的过滤效率和较低的压降。首先开发通过含氮化合物(例如氨或尿素)选择性催化还原(SCR)NOx，用于处理工业固定应用。SCR技术首先在二十世纪七十年代后期在日本用于热电厂，并自二十世纪八十年代中期以来在欧洲广泛应用。在美国，在二十世纪九十年代引入SCR系统用于燃气轮机，最近用于燃煤发电厂。除了燃煤热电联产发电厂和燃气轮机以外，SCR应用包括在化学加工工业中的工厂和炼油厂加热器和锅炉、加热炉、焦炉、市政废物处理厂和焚烧炉。最近，在欧洲、日本和美国，开发了基于SCR技术的NOx还原系统用于多种车辆(移动)应用，例如用于处理柴油废气。在NH3SCR系统中发生一些化学反应，所有这些化学反应代表合乎需要的将NOx还原为氮气的反应。占优势的反应用反应(1)表示。4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (1)与氧的竞争性非选择性反应可产生二次排放或者可非生产性地消耗氨。一种该非选择性反应为示于反应(2)的氨的完全氧化。4NH3+5O2→4NO+6H2O (2)另外，副反应可产生不期望的产物，例如N2O，如反应(3)所表示的。4NH3+5NO+3O2→4N2O+6H2O (3)用于促进NH3-SCR的各种催化剂为已知的，包括V2O5/WO3/TiO2和过渡金属/沸石如Fe/Beta(参见US 4,961,917)和过渡金属/小孔沸石(参见WO 2008/132452)。EP 1663458公开了一种SCR过滤器，其中该过滤器为壁流整体料，并且SCR催化剂组合物渗透壁流整体料的壁。该说明书一般性地公开了壁流过滤器的壁可在其上或其中(即，不是二者)含有一种或多种催化材料。根据该公开，当用于描述催化剂浆料在壁流整体料基材上分散时，“渗透”是指催化剂组合物在整个基材的壁中分散。WO 2008/136232 A1公开了一种具有由多孔槽壁基础材料组成且仅在其流入侧上或在其流入和流出侧上提供表面层的槽壁，并满足以下要求(1)至(5)的蜂窝状过滤器用作DPF：(1)表面层的峰值孔直径等于或小于槽壁基础材料的平均孔直径，并且表面层的孔隙率大于槽壁基础材料；(2)关于表面层，峰值孔直径为0.3至小于20μm，并且孔隙率为60至小于95％(通过汞透入法测定)；(3)表面层的厚度(L1)为槽壁的厚度(L2)的0.5至小于30％；(4)单位过滤面积的表面层的质量为0.01至小于6mg/cm2；和(5)关于槽壁基础材料，平均孔直径为10至小于60μm，并且孔隙率为40至小于65％。还参见SAE paper 2009-01-0292。NOx吸收剂催化剂(NACs)例如由美国专利第5,473,887号得知，并且设计用于吸附贫废气(λ大于1)的氮氧化物(NOx)和在废气中的氧浓度下降时脱附NOx。脱附的NOx可使用合适的还原剂(例如，汽油燃料)还原为N2，并通过NAC本身或位于NAC下游的催化剂组分(例如铑)促进。在实践中，可响应NAC的计算剩本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于从由压燃式发动机排放的废气过滤颗粒物(PM)的过滤器，所述过滤器包括具有进口表面和出口表面的多孔基材，该多孔基材为陶瓷壁流整体料过滤器，其中所述进口表面通过多孔结构与所述出口表面分隔，所述多孔结构含有具有第一平均孔径大小的裸露的过滤器孔，其中所述过滤器涂覆有包含多个固体颗粒的洗涂层，所述固体颗粒包含用至少一种过渡金属促进的分子筛，所述洗涂层涂覆在进口表面和/或出口表面上以及多孔基材的多孔结构中，其中经洗涂的过滤器含有具有第二平均孔径大小的孔，并且其中所述第二平均孔径大小小于所述第一平均孔径大小，并且其中经涂覆的过滤器提供了深度过滤和表面过滤。
【技术特征摘要】
2009.02.26 GB 0903262.4;2009.12.24 GB 0922612.71.一种用于从由压燃式发动机排放的废气过滤颗粒物(PM)的过滤器，所述过滤器包括具有进口表面和出口表面的多孔基材，该多孔基材为陶瓷壁流整体料过滤器，其中所述进口表面通过多孔结构与所述出口表面分隔，所述多孔结构含有具有第一平均孔径大小的裸露的过滤器孔，其中所述过滤器涂覆有包含多个固体颗粒的洗涂层，所述固体颗粒包含用至少一种过渡金属促进的分子筛，所述洗涂层涂覆在进口表面和/或出口表面上以及多孔基材的多孔结构中，其中经洗涂的过滤器含有具有第二平均孔径大小的孔，并且其中所述第二平均孔径大小小于所述第一平均孔径大小，并且其中经涂覆的过滤器提供了深度过滤和表面过滤。2.权利要求1的过滤器，其中所述多孔基材的多孔结构的第一平均孔径大小为8-45 μm，且所述第二平均孔径大小为5.0 nm-5.0 μm。3.权利要求1或2的过滤器，其中所述洗涂层负载大于0.50 g/in3。4.权利要求3的过滤器，其中所述洗涂层负载大于1.00 g/in3。5.权利要求1或2的过滤器，其中所述洗涂层为实质上覆盖所述进口表面和/或出口表面处的基材孔的一层或多层。6.权利要求5的过滤器，其中多孔洗涂层的平均颗粒间孔径大小为5.0nm-5.0μm。7.权利要求1或2的过滤器，其中固体洗涂层颗粒的平均尺寸大于所述第一平均孔径大小。8.权利要求7的过滤器，其中所述固体洗涂层颗粒的平均尺寸为1-40μm。9.权利要求1或2的过滤器，其中所述洗涂层涂覆在所述多孔基材的多孔结构中，以缩小裸露的过滤器基材的表面孔径大小。10.权利要求9的过滤器，其中固体洗涂层颗粒的平均尺寸小于所述多孔基材的平均孔径大小。11.权利要求10的过滤器，其中固体洗涂层颗粒的平均尺寸为0.1-20μm。12.权利要求10的过滤器，其中固体洗涂层颗粒的D90为0.1-20μm。13.权利要求1或2的过滤器，其中在进口表面、出口表面或者进口表面和出口表面二者上涂覆所述洗涂层。14.权利要求13的过滤器，其中所述进口表面和所述出口表面均被洗涂，并且其中在所述进口表面上的洗...
【专利技术属性】
技术研发人员：L阿诺，R布里斯利，GR钱德勒，AF基费，KA弗拉纳根，D格林威尔，C摩根，
申请(专利权)人：约翰逊马西有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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