微粒过滤器上的SCR催化涂层制造技术

公开了经涂覆的微粒过滤器及其制造方法。所述微粒过滤器包括蜂窝体，其具有多个多孔通道壁，所述多个多孔通道壁限定了从入口端延伸到出口端的通道。蜂窝体具有上游区和下游区，所述上游区具有上游区气体渗透率，所述下游区设置得比上游区更靠近出口端并且具有下游区气体渗透率。SCR催化剂以一定的负载存在于下游区中使得局部负载在约50g/L至约200g/L的范围内，以使得上游区气体渗透率是下游区气体渗透率的约5倍至约90倍。

SCR catalytic coating on particulate filter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微粒过滤器上的SCR催化涂层本申请依据35U.S.C.§119要求于2017年8月10日提交的系列号为62/543,643的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。背景本公开一般涉及用于发动机排气的过滤器，更具体地，涉及用于减少发动机排气流(例如柴油发动机的排气流)中的NOx和微粒物质的陶瓷蜂窝过滤器，以及其制造方法。通过汽油或柴油燃料运行的车辆的污染物排放已通过实施催化剂和微粒过滤器技术得到了补救。期望在微粒过滤器上提供提高催化剂利用率的DeNOx催化剂构造。
技术实现思路
本公开的第1个方面涉及一种微粒过滤器，其包括：包含入口端和出口端的蜂窝体，所述蜂窝体包括多个多孔通道壁，其在轴向方向上从入口端延伸到出口端，并且限定了蜂窝体轴向长度La，所述多个多孔通道壁限定了从入口端延伸到出口端的通道。至少第一组通道是堵塞的，并且蜂窝体还包括上游区和下游区，所述上游区具有上游区气体渗透率，所述下游区设置得比上游区更靠近出口端并且具有下游区气体渗透率。上游区具有上游区轴向长度Lu，其小于蜂窝体轴向长度La，并且蜂窝体的多个多孔通道壁包含选择性催化还原(SCR)催化剂，其促进NOx的选择性催化还原，并且SCR催化剂以一定的负载存在于下游区中，所述负载使得具有约50g/L至约200g/L的局部负载，以使得上游区气体渗透率是下游区气体渗透率的约5倍至约90倍。本公开的另一个方面涉及包含本公开所述的微粒过滤器实施方式的稀燃发动机排气系统。本公开的另一个方面涉及一种制造催化微粒过滤器的方法，其包括：针对蜂窝体确定目标选择性催化还原(SCR)催化剂负载质量，所述蜂窝体包括入口端和出口端，其包括多个多孔通道壁，所述多个多孔通道壁在轴向方向上从入口端延伸到出口端并且限定了蜂窝体轴向长度La，所述多个多孔通道壁限定了允许气体流从入口端到出口端的通道，其中，至少第一组通道被堵塞，目标SCR催化剂负载基于蜂窝体轴向长度La来确定。所述方法还包括：将出口端浸没在SCR催化剂浆料中并且涂覆蜂窝体，涂覆到小于轴向长度La的长度，以提供经涂覆的蜂窝体，使得在蜂窝体的小于75％的蜂窝体轴向长度La中包含目标SCR催化剂负载质量。在以下的具体实施方式中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的各个实施方式而被认识。应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式都仅仅是示例性的，并且旨在提供用于理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各种实施方式的原理和操作。附图说明应理解，举例说明是为了描述具体的实施方式，而不是旨在将本公开或所附权利要求限于此。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意图方式显示。图1根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性地示出了一种微粒过滤器；图2根据本文所示和所述的一个实施方式，示意性地示出了图1的微粒过滤器的局部轴向截面图；图3根据本文所示和所述的另一个实施方式，示意性地示出了图1的微粒过滤器的局部轴向截面图；图4是示出了各种过滤器的各种烟炱负载下的烟炱负载压降的图表；图5是以各种长度涂覆的过滤器的压降图表；图6是各种过滤器的NOx转化率对比反应温度的图表；图7是250℃下的NOx转化率对比过滤器的涂覆长度的图表；以及图8是各种经涂覆的过滤器的NOx转化率对比温度的图表。具体实施方式在描述数个示例性实施方式之前，应理解的是，本公开不限于以下公开内容所述的构造或工艺步骤的细节。本文提供的公开内容能够具有其他实施方式，并且能够以各种方式实施或进行。应注意，本文可用术语“基本”和“约”表示可由任何定量比较、数值、测量或其他表示方法造成的固有不确定性的程度。在本文中还使用这些术语表示数量的表示值可以与所述的参比值有一定的偏离程度，但是不会导致论述的主题的基本功能改变。本文所用的“DeNOx催化剂”是指从排气流修复氮氧化物(NOx)，所述排气流可发自于静止源或移动源，例如车辆的稀燃发动机。DeNOx催化剂包括“稀NOx催化剂”，其选择性地促进NOx被烃类还原，以及包括促进NOx被氮化合物(例如氨或尿素)选择性催化还原(SCR)的催化剂，它们通常被简称为“SCR催化剂”。现在参考图1，其根据本文所示和所述的一个或多个实施方式，示意性地示出了一种微粒过滤器。微粒过滤器一般是蜂窝结构，其包含多个平行通道，所述通道由相交的通道壁限定。本文中将使用术语“上游”和“下游”来描述微粒过滤器的各个区的相对取向。本文所用的术语“上游”是指与被比较的区相比，更靠近微粒过滤器的入口端的区。类似地，本文所用的术语“下游”是指与被比较的区相比，更靠近微粒过滤器的出口端的区。当微粒过滤器在使用中时，微粒过滤器的入口端接收来自发动机的排气，排气流动通过过滤器，并且在出口端处离开过滤器。如本文中所使用的，术语“渗透率”是指流体穿透且流动通过微粒过滤器的通道壁的能力。在本文所述的实施方式和实施例中，通道壁的渗透率可根据以下方程来计算：其中,u是流体通过通道壁的速度，单位为m/s，κ是通道壁的渗透率，单位为m2，μ是流体的粘度，Δp是通道壁上的压降，单位为帕斯卡，并且δ是通道壁的厚度。给定具有已知通道壁厚度的微粒过滤器的和已知粘度的流体，则可在测量流体流动通过通道壁的速率和通道壁上的压降之后，反算壁的渗透率。或者，可使用孔隙仪确定微粒过滤器的不同区的渗透率。现在参考图1，该图示意性示出了微粒过滤器100。微粒过滤器100可以用作壁流式过滤器以从排气流过滤微粒物质，所述排气流例如从稀燃发动机(例如柴油发动机)发出的排气流。微粒过滤器100也可以用于减少排气流中的氮氧化物化合物(NOx)的含量。微粒过滤器100一般包括蜂窝体，其具有入口端102和出口端104，所述蜂窝体包括多个多孔通道壁106，其限定了在入口端102与出口端104之间延伸的多个通道101或孔道并且限定了蜂窝体轴向长度La。微粒过滤器100还可以包括包围多个通道101的表层105。该表层105可以在通道壁106的形成期间被挤出，或者在之后的过程中作为后施加的表层来形成，例如通过将表层化结合剂施加于通道的外周部分来形成。仍然参考图1以及目前参考的图2和3所示的微粒过滤器的轴向截面图，多个通道101的截面一般是正方形。然而，在替代性实施方式中，微粒过滤器中的多个通道101可以是其他截面构造，包括矩形、圆形、椭圆形、三角形、八边形、六边形或其组合。对于用于微粒过滤器应用的蜂窝，某些通道被设计成入口通道108而某些其他通道被设计成出口通道110。如上文所提到的，当设置在稀燃发动机下游时，排气通过入口通道进入微粒过滤器并且通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微粒过滤器，其包括：/n包含入口端和出口端的蜂窝体，所述蜂窝体包括多个多孔通道壁，其在轴向方向上从入口端延伸到出口端并且限定了蜂窝体轴向长度L

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170810 US 62/543,6431.一种微粒过滤器，其包括：
包含入口端和出口端的蜂窝体，所述蜂窝体包括多个多孔通道壁，其在轴向方向上从入口端延伸到出口端并且限定了蜂窝体轴向长度La，所述多个多孔通道壁限定了从入口端延伸到出口端的通道，其中，至少第一组通道是堵塞的，所述蜂窝体还包括上游区和下游区，所述上游区具有上游区气体渗透率，所述下游区设置得比上游区更靠近出口端并且具有下游区气体渗透率，并且上游区具有上游区轴向长度Lu，其小于蜂窝体轴向长度La，并且蜂窝体的多个多孔通道壁包含选择性催化还原(SCR)催化剂，其促进NOx的选择性催化还原，并且SCR催化剂以一定的负载存在于下游区中，所述负载使得具有约50g/L至约200g/L的局部负载，以使得上游区气体渗透率是下游区气体渗透率的约5倍至约90倍。


2.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，上游区不包含任何SCR催化剂。


3.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，蜂窝体包含设置在上游区中的多孔通道壁之中或之上的SCR催化剂。


4.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，蜂窝体包含设置在下游区中的多孔通道壁之中或之上的SCR催化剂。


5.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，在入口端或出口端的至少一者附近堵塞第一组通道。


6.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，上游区轴向长度Lu与蜂窝体轴向长度La的比值(Lu/La)大于0且小于或等于0.75。


7.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，上游区轴向长度Lu与蜂窝体轴向长度La的比值(Lu/La)大于0.1且小于或等于0.75。


8.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，上游区轴向长度Lu与蜂窝体轴向长度La的比值(Lu/La)大于0.15且小于或等于0.75。


9.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，上游区轴向长度Lu与蜂窝体轴向长度La的比值(Lu/La)大于0.15且小于0.60。


10.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，下游区的局部催化剂负载在约80g/L至约200g/L的范围中。


11.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，下游区的局部催化剂负载在约100g/L至约180g/L的范围中。


12.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，下游区的局部催化剂负载在约120g/L至约180g/L的范围中。


13.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，上游区轴向长度Lu在约50％La至80％La的范围中，并且下游区的局部催化剂负载在约100g/L至约180g/L的范围中。


14.如权利要求1所述的微粒过滤器，其中，多孔通道壁的孔隙率在约45％至约75％的范围内，并且中值孔径在5微米至约30微米的范围内。


15.一种稀燃发动机排气系统，其包括如权利要求1-14中任一项所述的微粒过滤器，其还包括设置在微粒过滤器上游的氮还原剂注射器。


16.一种制造催化微粒过滤器的方法，所述方法包括：
针对蜂窝体确定目标选择性催化还原(SCR)催化剂负载质量，所述蜂窝体包括入口端和出口端，其包括多个多孔通道壁，所述多个多孔通道壁在轴向方向上从入口端延伸到出口端并且限定了蜂窝体轴向长度La，所述多个多孔通道壁限定了允许气体流从入口端到出口端的通道，其中，至少第一组通道被堵塞，目标SCR催化剂负载基于蜂窝体轴向长度La来确定；以及
将出口端浸没在SCR催化剂浆料中并且涂覆蜂窝体，涂覆到小于轴向长度La的长度，以提供经涂覆的蜂窝体，使得在蜂窝体的小于75％的蜂窝体轴向长度La中包含目标SCR催化剂负载质量。


17.如权利要求15所述的方法，其中，经涂覆的蜂窝体具有上游区和下游区，所述上游区具有上游区轴向长度和上游区气体渗透率，所述下游区具有下游区气体渗透率，并且在上游区中，多孔通道壁是空白的，以使得上游区...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·古纳瑟卡兰，J·M·赖斯，清水政夫，T·P·圣克莱尔，R·S·威廉，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US