催化活性微粒过滤器制造技术

本发明专利技术题为“催化活性微粒过滤器”。本发明专利技术涉及一种包括长度为L的壁流式过滤器以及两个不同的催化活性涂层Y和Z的微粒过滤器，其中所述壁流式过滤器包括在壁流式过滤器的第一端部与第二端部之间平行地延伸并且分别由形成表面O

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】催化活性微粒过滤器本专利技术涉及一种催化活性微粒过滤器，该催化活性微粒过滤器特别适用于从用化学计量的空气-燃料混合物作为燃料的内燃机的废气中去除颗粒、一氧化碳、烃类和氮氧化物。用化学计量的空气-燃料混合物作为燃料的内燃机(即汽油发动机)废气在常规方法中借助于三元催化转化器进行清洁。此类催化转化器能够同时将发动机的三种主要气态污染物即烃类、一氧化碳和氮氧化物转化为无害的组分。除了此类气态污染物之外，来自汽油发动机的废气还含有极细颗粒(PM)，该PM由燃料的不完全燃烧引起并基本上由烟尘组成。与柴油发动机的微粒排放相反，化学计量操作的汽油发动机的废气中的颗粒非常小且具有小于1μm的平均粒度。典型的粒度范围为10nm至200nm。此外，所排放的颗粒量非常低，并且其范围为2mg/km至4mg/km。欧洲废气排放标准EU-6c与此类微粒的极限值从微粒质量极限值转化为更严格的微粒数限制值6×1011/km相关联(在全球统一轻型车辆测试循环中-WLTP)。这产生了对化学计量操作的内燃机的废气清洁概念的需求，其包括用于去除颗粒的有效设备。由陶瓷材料诸如碳化硅、钛酸铝和堇青石制成的壁流式过滤器自身已经在清洁来自贫燃发动机(即特别是柴油发动机)的废气的领域中得到证明。这些壁流式过滤器由多孔壁所形成的多个平行通道构成。该通道在过滤器的两个端部中的一端处交替地密封，使得形成通道A和通道B，该通道A在过滤器的第一侧处敞开并在过滤器的第二侧处密封，该通道B在过滤器的第一侧处密封并在过滤器的第二侧处敞开。例如，流入通道A的废气只能经由通道B离开过滤器，并且为此必须流动穿过通道A与通道B之间的多孔壁。当废气通过壁时，颗粒被保留并且废气被清洁。以这种方式保留的颗粒必须被烧掉或被氧化，以防止过滤器堵塞或排气系统背压的无法接受的增加。为此，壁流式过滤器例如设置有催化活性涂层，该催化活性涂层降低烟尘的着火温度。将此类涂层施加到通道之间的多孔壁(所谓的“壁上涂层”)或将它们引入多孔壁(所谓的“壁内涂层”)是已知的。EP1657410A2也已经描述了两种涂层类型的组合；也就是说，部分催化活性材料存在于多孔壁中，并且另一部分催化活性材料存在于多孔壁上。使用壁流式过滤器从废气中去除颗粒的概念已经应用于清洁用化学计量的空气-燃料混合物操作的内燃机的废气；参见，例如，EP2042226A2。根据其教导，壁流式过滤器包括两个层，该两个层中的一个层布置在另一个层上，其中一个层能够布置在多孔壁中而另一个层能够布置在多孔壁上。DE102011050788A1追求类似的概念。在该文献中，多孔过滤壁含有三元催化转化器的催化剂材料，而三元催化转化器的催化剂材料另外施加到过滤器壁的部分区域。描述设置有催化活性涂层的过滤器基底的其他文档是EP3205388A1、EP3207977A1、EP3207978A1、EP3207987A1、EP3207989A1、EP3207990A1和EP3162428A1。仍然需要具有催化活性的微粒过滤器，其结合了微粒过滤器和三元催化转化器的功能，并且同时遵守将来应用的限制。本专利技术涉及一种用于从通过化学计量的空气-燃料混合物操作的内燃机的废气中去除颗粒、一氧化碳、烃类和氮氧化物的微粒过滤器，该过滤器包括长度为L的壁流式过滤器以及两个涂层Y和Z，其中壁流式过滤器包括在壁流式过滤器的第一端部与第二端部之间平行地延伸并且分别由形成表面OE和OA的多孔壁分开的通道E和通道A，并且其中通道E在第二端部处封闭并且通道A在第一端部处封闭，其特征在于，涂层Y位于表面OE上的通道E中并且从壁流式过滤器的第一端部延伸超过长度L的51％至90％的长度，并且涂层Z位于多孔壁中并且从壁流式过滤器的第二端部延伸超过长度L的60％至100％的长度。涂层Y和Z具有三元催化活性，特别是在250℃至1100℃的操作温度处。它们优选彼此不同，但两者通常含有固定在一种或多种基底材料上的一种或多种贵金属、以及一种或多种储氧组分。涂层Y和Z可能在它们含有的组分方面不同。例如，它们可能在它们含有的贵金属或它们含有的储氧组分方面不同。然而，它们也可以含有相同的成分。在后一种情况下，涂层Y和Z可以含有相同或不同量的组分。铂、钯和铑特别适合作为贵金属，其中钯、铑或钯和铑是优选的，并且钯和铑是特别优选的。基于根据本专利技术的微粒过滤器，全部贵金属含量中的铑的比例特别地大于或等于10重量％。基于壁流式过滤器的体积，贵金属的用量通常为0.15g/l至5g/l。在本专利技术的上下文中，可能发生层Y的一些活化涂层(washcoat)在涂覆期间渗透到壁流式过滤器的表面孔中。然而，根据本专利技术，应尽可能避免这种情况。一般来讲，基于所使用的活化涂层的重量计，渗透到多孔过滤器壁的表面区域中的活化涂层的量<10％，更优选地<5％，并且最优选地<2％。由于在这种情况下涂层Y是壁上涂层，因此其具有高出壁表面的一定高度。然而，两个层的厚度通常在5μm至250μm之间，优选地在7.5μm至225μm之间，并且最优选地在10μm至200μm之间。本领域技术人员熟悉的用于此目的的所有材料都可被认为是贵金属的基底材料。此类材料特别是BET表面积为30m2/g至250m2/g、优选为100m2/g至200m2/g(根据DIN66132(申请日的最新版本)确定)的金属氧化物。贵金属的特别合适的基底材料选自由以下组成的系列：氧化铝、掺杂的氧化铝、氧化硅、二氧化钛和这些中的一种或多种的混合氧化物。掺杂的氧化铝为例如掺杂有氧化镧、氧化锆和/或氧化钛的氧化铝。有利地使用镧稳定的氧化铝，其中镧的用量为1重量％至10重量％，优选地3重量％至6重量％，在每种情况下按La2O3并基于稳定的氧化铝的重量计算。铈/锆/稀土金属混合氧化物特别适合作为储氧组分。在本专利技术的含义内，术语“铈/锆/稀土金属混合氧化物”不包括氧化铈、氧化锆和稀土氧化物的物理混合物。相反，“铈/锆/稀土金属混合氧化物”的特征在于基本上均匀的三维晶体结构理想情况下不含纯氧化铈、氧化锆或稀土氧化物的相。然而，取决于制造工艺，可能会产生不完全均匀的产品，该产品通常能够毫无缺点地使用。在全部其他方面，本专利技术含义内的术语“稀土金属”或“稀土金属氧化物”不包括铈或氧化铈。氧化镧、氧化钇、氧化镨、氧化钕和/或氧化钐能够例如被认为是混合的铈/锆/稀土金属混合氧化物中的稀土金属氧化物。氧化镧、氧化钇和/或氧化镨是优选的。特别优选氧化镧和/或氧化钇，更特别地优选氧化镧和氧化钇、氧化钇和氧化镨、氧化镧和氧化镨。在本专利技术的实施方案中，储氧组分不含氧化钕。根据本专利技术，铈/锆/稀土金属混合氧化物中氧化铈与氧化锆的比率可以在宽限值内变化。该比率可以为例如0.1至1.5、优选地0.2至1或0.3至0.5。在本专利技术的实施方案中，基于储氧组分的重量计，涂层Y包含氧化铈含量为20重量％至40重量％的储氧组分。在本专利技术的实施方案中，基于储氧组分的重量计，涂层Z包含氧化铈含量为20重量％至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从用化学计量的空气-燃料混合物作为燃料的内燃机的废气中去除颗粒、一氧化碳、烃类和氮氧化物的微粒过滤器，所述过滤器包括长度为L的壁流式过滤器以及两个不同的涂层Y和Z，其中所述壁流式过滤器包括在所述壁流式过滤器的第一端部与第二端部之间平行地延伸并且分别由形成表面O

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171219 EP 17208615.91.一种用于从用化学计量的空气-燃料混合物作为燃料的内燃机的废气中去除颗粒、一氧化碳、烃类和氮氧化物的微粒过滤器，所述过滤器包括长度为L的壁流式过滤器以及两个不同的涂层Y和Z，其中所述壁流式过滤器包括在所述壁流式过滤器的第一端部与第二端部之间平行地延伸并且分别由形成表面OE和OA的多孔壁分开的通道E和通道A，并且其中所述通道E在所述第二端部处封闭并且所述通道A在所述第一端部处封闭，其特征在于，所述涂层Y位于所述表面OE上的所述通道E中并且从所述壁流式过滤器的所述第一端部延伸超过所述长度L的51％至90％的长度，并且所述涂层Z位于所述多孔壁中并且从所述壁流式过滤器的所述第二端部延伸超过所述长度L的60％至100％的长度。


2.根据权利要求1所述的微粒过滤器，其特征在于，所述涂层Y从所述壁流式过滤器的所述第一端部延伸超过所述壁流式过滤器的所述长度L的51％至80％。


3.根据权利要求2所述的微粒过滤器，其特征在于，所述涂层Y从所述壁流式过滤器的所述第一端部延伸超过所述壁流式过滤器的所述长度L的57％至65％。


4.根据前述权利要求中任一项所述的微粒过滤器，其特征在于，所述涂层Y和Z具有5μm至250μm之间的厚度。


5.根据前述权利要求中任一项所述的微粒过滤器，其特征在于，所述涂层Y和Z中的每个含有固定到一种或多种基底材料的一种或多种贵金属、以及一种或多种储氧组分。


6.根据权利要求5所述的微粒过滤器，其特征在于，所述涂层Y和Z中的每个含有所述贵金属铂、钯和/或铑。


7.根据权利要求5和/或6所述的微粒过滤器，其特征在于，所述涂层Y和Z中的每个含有所述贵金属钯、铑或钯和铑。


8.根据权利要求4至6中一项或多项所述的微粒过滤器，其特征在于，所述贵金属的所述基底材料是BET表面积为30m2/g至250m2/g的金属氧化物(根据DIN66132(申请日的最新版本)确定)。


9.根据权利要求5至7中一项或多项所述的微粒过滤器，其特征在于，所述贵金属的所述基底材料选自由以下组成的系列：氧化铝、掺杂氧化铝、氧化硅、二氧化钛和这些中的一种或多种的混合氧化物。

【专利技术属性】
技术研发人员：J·舍恩哈拜尔，N·德伊拜尔，M·罗什，S·斯皮斯，JM·里赫特，S·库奈特，
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