具有催化剂储存单元的烟灰颗粒过滤器制造技术

本发明专利技术涉及用于净化来自发动机的废气的壁流式过滤器，该壁流式过滤器具有在交替端部处闭合的平行废气入口通道和废气出口通道，该过滤器另外包括催化剂通道，该催化剂通道在两端处闭合并且包含固体形式的催化剂。本发明专利技术还涉及过滤器的生产方法及过滤器用于净化特别是来自柴油发动机的废气的用途。

Ash Particle Filter with Catalyst Storage Unit

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有催化剂储存单元的烟灰颗粒过滤器本专利技术涉及壁流式过滤器，该壁流式过滤器用于净化来自发动机的废气，这些壁流式过滤器具有在交替端部处闭合的平行废气入口通道和废气出口通道，其中该过滤器另外包括催化剂通道，这些催化剂通道在两端处闭合并且包含固体形式的催化剂。本专利技术还涉及过滤器的生产方法及过滤器用于净化废气的用途。现有技术颗粒过滤器用于减少发动机的废气中存在的颗粒。颗粒过滤器特别用于过滤柴油发动机的废气，并且被称为柴油微粒过滤器(DPF)或烟灰颗粒过滤器(SPF)。烟灰颗粒过滤器可根据基本不同的两种不同作用方式来设计。就壁流式过滤器而言，废气穿过过滤器中的多孔壁，而就流动过滤器而言，废气流过这些过滤器并在其内表面处被净化。壁流式过滤器具有由在交替端部处闭合的带多孔壁的平行通道组成的结构。多孔过滤器壁通常由陶瓷或金属制成。废气进入在端部处闭合的入口通道并且流过多孔壁，因此这些废气进入在前端处闭合的出口通道并且从此处释放到环境中。固体组分、特别是烟灰颗粒由多孔壁过滤。就表面过滤器而言，颗粒主要收集在过滤器壁的表面上，或就深层过滤而言，聚积在过滤器壁的内部。就现有技术中常用的壁流式过滤器而言，多孔壁设置有催化涂层。这些催化涂层支持通过化学反应来耗尽不期望的废气组分。这些催化剂特别用于耗尽不期望的气态废气组分，诸如氮氧化物(NOx)、CO、烃类或H2S。由此获得相对无害的产物，诸如H2O、CO2或N2。这些催化剂还可去除固体组分或帮助其降解，例如通过烟灰到CO2的反应。这些催化涂层通常包含金属和金属氧化物，特别是贵金属或过渡族金属，诸如铂、钯、铑、镍、钴、钼、钨、铈、铜、钒、铁、金或银。在现有技术中，具有可储存不期望的气态组分的储存材料的涂层也是众所周知的。此类过滤器的一般功能以及潜在的化学和物理过程例如在vanSettensetal.,“ScienceandTechnologyofCatalyticDieselParticulateFilters,”2001,CatalysisReviews43(4),489-564(vanSettens等人，“催化柴油微粒过滤器的科学与技术”，2001年，《催化评论》，第43卷，第4期，第489页-564页)中有所描述。带催化剂涂层的壁流式过滤器及其生产方法例如在WO2005/016497A1中有所描述。然而，此类带涂层的烟灰颗粒过滤器仍然需要改进。因此持续需要有效的壁流式过滤器，这些壁流式过滤器使高气流成为可能，实现良好的过滤效果，同时通过催化反应有效去除另外非期望的组分，与此同时具有紧凑且稳定的结构。为了保持足够的废气流并且在该过程中实现充分的过滤效果，这些涂层必须具有与多孔壁的孔隙度精确匹配的限定的孔隙度。为此，常规壁流式过滤器的催化涂层通常必须仅具有有限厚度。否则，在正常操作期间将出现过高背压。由于涂层具有低厚度，此外还是多孔的，因此过滤器可仅设置有有限量的催化活性材料。由于此类标准部件(特别是用于机动车辆)必须紧凑以便实现节省空间的安装并尽可能少地增加重量，因此无法仅仅通过扩大过滤器对此进行补偿。因此现有技术中使用通道壁具有高孔隙度的壁流式过滤器。EP1776994A1相应地提出了用于提供具有限定的孔隙度的催化涂层的方法。然而，在这种情况下，不利的是，烟灰过滤效率和机械稳定性会随孔隙度降低。因此仍然持续需要紧凑过滤器，这些紧凑过滤器包含大量催化活性材料，但也具有良好的过滤特性并且紧凑且在机械上稳定。常规壁流式过滤器的另外一个缺点是其生产方法相对复杂。通常通过在减压下将催化剂组分(载体涂料(washcoat))的液体溶液和悬浮液吸入过滤器中来生产此类过滤器。在这种情况下，在过滤器内实现不同催化材料的均匀涂层、同时精确调节该涂层的所需孔隙度很有挑战性。为此，只能在复杂工艺中生产此类催化涂层，其中诸如载体涂料制备、减压涂布、干燥和煅烧的单独步骤必须加以精确控制并且相对容易失败。因此希望提供用于生产壁流式过滤器的简化方法。专利技术目的本专利技术基于提供克服现有技术的上述缺点的带催化剂的壁流式过滤器的目的。根据本专利技术，将提供具有高催化活性的改进壁流式过滤器。在这种情况下，这些催化剂应具有良好过滤特性和高机械稳定性，并且使紧凑设计中的高气流成为可能。另外，本专利技术基于提供用于生产壁流式过滤器的简化方法的目的。这些方法是为了避免尤其是由孔隙度的所需精确控制和涂层的有限厚度引起的已知涂布方法的缺点。根据本专利技术，在无需特别付出精力的情况下就应当可能实现以期望的量使用、改变或组合不同催化剂材料的需求。
技术实现思路
令人惊讶的是，本专利技术所基于的目的由根据权利要求书所述的壁流式过滤器和方法实现。在本说明书中解释了另外的有利实施方案。本专利技术涉及用于净化来自发动机的废气的壁流式过滤器，该壁流式过滤器包括在交替端部处闭合的平行废气入口通道和废气出口通道，其中该过滤器另外包括催化剂通道，这些催化剂通道在两端处闭合且包含固体形式的催化剂，并且入口通道和催化剂通道具有公共壁，且出口通道和催化剂通道同样具有公共壁。后者在两端处、即在前端(废气入口端)和后端(废气出口端)处闭合。因此，催化剂封闭在催化剂通道中。由在交替端部处闭合的平行废气入口通道和废气出口通道组成的、根据本专利技术的壁流式过滤器的基本结构在现有技术中也被称为“蜂窝”结构或“整料”。该过滤器基本上由将入口端连接到出口端的平行通道组成。这些通道通常具有均匀的横截面和多孔壁。废气从发动机流动到入口通道中，这些入口通道在前端处敞开并且在后端处闭合。然后废气穿过入口通道的多孔壁流动到出口通道(其在前端处闭合)中，最后穿过后端处的出口开口逸出。固体颗粒、特别是烟灰颗粒的过滤在多孔壁之上或之中发生，由此这些颗粒也可收集在端盖的区域中。因此根据本专利技术的壁流式过滤器与已知的壁流式过滤器的不同之处在于：其另外具有催化剂通道，并且入口通道和催化剂通道具有公共壁，且出口通道和催化剂通道同样具有公共壁。在这种情况下，有利的是，实现高气流使得大量废气可从入口通道进入催化剂通道并进入出口通道。这提高了过滤器的效率。在一个优选实施方案中，催化剂通道设置在入口通道与出口通道之间，使得废气从入口通道穿过催化剂通道流动到出口通道中。在该实施方案中，有利的是，所有废气穿过催化剂通道。这产生了高催化效率。在一个优选实施方案中，入口通道和出口通道没有公共壁。这确保所有废气穿过催化剂通道。在一个优选实施方案中，入口通道和/或出口通道的横截面区域大于催化剂通道的横截面区域。在本申请的上下文中，术语“横截面”和“横截面区域”是指横向于轴向方向的截面。利用这种实施方案，获得了特别有效的过滤器，这是由于流动通道的体积最大化并且催化剂通道的体积最小化。本领域技术人员可在对催化和流动条件最有利的过滤器设计的基础上优化该比率。该设计使得节省催化剂并总体上最小化过滤器的体积和重量成为可能。在一个优选实施方案中，通道的多孔壁具有<20μm、优选地<10μm或<5μm的平均孔径。通道的多孔壁优选地具有0.1μm至20μm、特别是在0.5μm与10μm之间或在1μm与5μm之间的平均孔径。优选地根据ASTMD6761-07(2012)来测量孔隙度。具有此类相对较小孔径的过滤器是有利的，因为它们具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.壁流式过滤器(1)，所述壁流式过滤器用于净化来自发动机的废气，包括在交替端部处闭合的平行废气入口通道(3)和废气出口通道(4)，其中所述过滤器另外包括催化剂通道(2)，所述催化剂通道在两端处闭合且包含固体形式的催化剂，其特征在于所述入口通道(3)和所述催化剂通道(2)具有公共壁，并且其中所述出口通道(4)和所述催化剂通道(2)具有公共壁(5)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.17 DE 102017103341.61.壁流式过滤器(1)，所述壁流式过滤器用于净化来自发动机的废气，包括在交替端部处闭合的平行废气入口通道(3)和废气出口通道(4)，其中所述过滤器另外包括催化剂通道(2)，所述催化剂通道在两端处闭合且包含固体形式的催化剂，其特征在于所述入口通道(3)和所述催化剂通道(2)具有公共壁，并且其中所述出口通道(4)和所述催化剂通道(2)具有公共壁(5)。2.根据权利要求1所述的过滤器，其中所述催化剂通道(2)设置在所述入口通道(3)与所述出口通道(4)之间，使得所述废气从所述入口通道(3)穿过所述催化剂通道(2)流动到所述出口通道(4)中。3.根据前述权利要求中至少一项所述的过滤器，其中所述入口通道(3)和所述出口通道(4)没有公共壁(5)。4.根据前述权利要求中至少一项所述的过滤器，其中所述入口通道(3)和/或所述出口通道(4)的横截面区域大于所述催化剂通道(2)的横截面区域。5.根据前述权利要求中至少一项所述的过滤器，其中所述通道的所述多孔壁具有<20μm的平均孔径。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：S·弗朗索契克，
申请(专利权)人：优美科股份公司及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE