本发明专利技术描述了具有氧化催化剂的柴油机微粒过滤器，所述氧化催化剂
包含其上沉积的铂和钯。通过向氧化催化剂中混入沸石作为HC储存组分
可以显著地提高碳氢化合物和一氧化碳的转化。此外，所述微粒过滤器自
入口端开始在部分长度上还涂覆有不包含沸石的第二催化剂。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于清洁柴油发动机废气的催化剂涂覆的柴油机微粒过滤 器、涂覆过滤器的方法和其应用。
技术介绍
微粒过滤器能够过滤除去内燃机废气中的颗粒废气成分，特别是烟灰颗粒(RuIJpartikel)，因此可以防止它们被排入大气。原则上，可以使用表面 过滤器或深度过滤器(Tiefenfilter)来实现此目的。表面过滤器通常由陶瓷物 质如碳化硅、堇青石、钛酸铝或莫来石组成。这些过滤器所达到的过滤水 平大于95%。对于表面过滤器，作为可选方案，也可以使用用于烟灰颗粒 沉积的开放结构。这些开放结构主要是陶瓷泡沫或包含金属线织物的过滤 器。这些开放过滤器系统的过滤效率远远低于通常的表面过滤器的过滤效 率(< 70%)。然而，内燃机废气中微粒过滤器工作的真正挑战不是烟灰颗粒的过滤， 而是所用过滤器的周期性再生。因为在现代的客车柴油发动机中，点火和 有氧燃烧烟灰所需的大于550°C的温度通常只有在满负荷工作下才能实现， 因此绝对需要其它方法来进行被过滤烟灰颗粒的氧化，以防止过滤器的阻 塞。通常，在此处对被动和主动加热方法进行区分。在主动方法的情况中， 可以通过如电加热器(如电热塞或微波加热器)或使用燃料工作的燃烧器来 提高微粒过滤器的温度。这类主动方法总是会涉及更多的燃料需求。因此， 在许多商购的系统中优选使用被动方法。在被动系统的情况中，使用催化 剂可以降低燃烧烟灰颗粒所需的点火温度。这可以通过两种不同的思路来 实现。 一种思路是使用有机金属燃料添加剂如铈化合物和铁化合物作为均 相催化剂，其可以与燃料一起燃烧并进入到烟灰层中，以金属簇(cluster)的 形式极好地分布。对于添加剂基系统的另一种思路是使用催化剂活性物质 来涂覆微粒过滤器。4因为通过催化方法降低烟灰点火温度通常不足以确保过滤器在发动机 的所有工作状态中均可完全的再生，因此在目前实践中通常釆用被动和主 动方法的组合。已发现微粒过滤器与设置在上游的氧化催化剂的组合特别 有用。由于有额外燃料的注入和其它与发动机相关的方法(如部分节流)的组 合，未燃烧的燃料和一氧化碳到达柴油机氧化催化剂并在那里被催化转化 成二氧化碳和水。反应所释放的热加热废气并因此加热下游的微粒过滤器。 与通过过滤器的催化剂涂覆或通过使用燃料添加剂的方法来降低烟灰点火 温度相组合，可以减少所需的注入并几乎可以在发动机的特征图中的任意 工作点将过滤器再生。在第一代包含催化剂涂覆的微粒过滤器的废气后处理系统中，通常将 过滤器设置在机动车底部的一个或两个上游氧化催化剂之后。与之不同的 是，在新型废气后处理系统中，将过滤器安装在尽可能靠近发动机下游处。 由于建造空间有限和要减少费用，在这些情况中可以将氧化催化剂部分地 或全部地施用至过滤器。靠近发动机设置的此类过滤器必须具有相应的高氧化能力，以符合在所要求的行进距离内对一氧化碳(co)和碳氢化合物(HC)的法律限制。此外，其也必须能够在整个运行时间内将在主动过滤器 再生期间所注入的碳氢化合物转化，以由此产生实现烟灰点火温度所要求 的放热。此外，用于此类靠近发动机的过滤器的催化剂活性涂层必须具有 高的热稳定性。至今，几乎仅有包含铂的过滤器涂层已经被用在柴油机客车中。包含 铂和钯的涂层也同样是已知的(DE 102004040549 Al)。值得注意的是包含铂 和钯的涂层具有非常好的热稳定性，但是其具有的新鲜活性低于仅包含铂 的催化涂层。不久前首次描述了包含铂和钯的涂层的原理。由于Pt/Pd涂层 对硫中毒的耐受性显著较低以及与之相关的催化活性的下降，很长时间以 来妨碍了将钯用于柴油机客车的废气催化转化器中。然而，由于硫化作用 是在高温下可逆的中毒，因此在周期性地活性再生系统如柴油机微粒过滤 器的情况中，催化涂层的贵金属位点在再生期间同时地脱硫。这样可以重 新恢复初始的氧化活性。特别地，WO 02/26379 Al描述了包含上下两个催化剂层的烟灰过滤器。 第一层位于过滤器的进口通道且包含用于氧化一氧化碳和碳氢化合物的组分。这些组分由其上沉积有钼族金属的载体物质组成，所述载体物质选自 于氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆和沸石，且铂族金属选自于铂、钯和 铑。第二层施用至第一层，且包含用于降低烟灰点火温度的组分，更具体 地是至少一种氧储存化合物和至少一种铂族金属。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供具有改善的一氧化碳和碳氢化合物转化的催化剂 涂覆的柴油机微粒过滤器，此外，即使在过滤器的经常性重复再生的情况 下，所述过滤器仍具有高的老化稳定性。具体实施例方式通过根据主权利要求的催化剂涂覆的微粒过滤器来实现所述目的。在 从属权利要求中详述了过滤器的优选实施方案、用于涂覆过滤器的方法和 其应用。'微粒过滤器具有用于废气的入口侧和出口侧以及轴长度。过滤器在其 整个长度内涂覆有第一催化剂，所述第一催化剂包含在载体物质上的铂族 金属作为催化剂活性组分。过滤器的特征在于用于铂族金属的载体物质选 自于氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化铈和其混合物或其混合 的氧化物，且第一催化剂还包含至少一种沸石用于碳氢化合物的储存。此 外，微粒过滤器自入口侧开始在部分长度上涂覆有不包含沸石的第二催化 剂。用于第一催化剂的沸石优选具有大于10的模数(Modul)(Si02与A1203 的摩尔比)，以使得其对于废气的酸性组分和最高的废气温度充分稳定。适 合的沸石为如丝光沸石、Silicalit、 Y型沸石、ZSM-5沸石和(3沸石或其混 合物，所述沸石具有的二氧化硅与氧化铝的摩尔比在10和400之间。除了 沸石之外，也可以使用其它物质，如活性碳。在具有低废气温度(低于约20(TC)的发动机的工作相中，沸石储存存在 于废气中的碳氢化合物。这很重要，因为在这些低废气温度下，碳氢化合 物不可能在催化剂的活性贵金属位点上氧化。在现代客车的柴油发动机中， 此工作相在冷启动相和空载相发生，以及城市交通中发生。与之不同的是，在温度高于约200'C的温度下，以碳氢化合物的解吸附为主。然而，在这些 更高的催化剂温度下，从储存组分中释放的碳氢化合物可以在催化剂的活 性位点被转化成二氧化碳和水。为了增加催化活性，可以另外使用铂族金属(铂、钯、铑、铱)或过渡金 属(如铁、铜、铈)将沸石催化活化。对于使用铂族金属的活化，可以使用例 如可溶性前体化合物的水溶液浸渍沸石。在浸渍后，将沸石干燥、煅烧并 任选地缩径(reduziert)。基于沸石和铂族金属的总重量，沸石上所负载的贵 金属优选在O.l至10重量％之间。在使用与过渡金属(铁、铜和铈)交换的沸石的情况中，通过离子交换向 铵或钠型沸石中掺杂过渡金属。离子交换可以在溶液中进行或是所谓的固 态离子交换。基于总重量，负载的过渡金属优选为约1至15重量％。第一催化剂包含至少一种或多种铂族金属，优选铂和钯的组合，其中铂和钯的重量比为l: 10至20: 1、优选为l: 1至10: 1、特别是2: 1。 用于铂族金属的适合的载体物质是氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化 锆、氧化铈和其混合物或其混合的氧化物。可以通过掺杂稀土氧化物、碱 土金属氧化物或二氧化硅使载体物质热稳定。例如，在氧化铝的情况中，掺杂氧化钡、氧化镧或二氧化硅可以将Y-氧化铝向a-氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于处理柴油发动机废气的微粒过滤器，其包括用于废气的入口侧和出口侧和轴长度，所述微粒过滤器涂覆有第一催化剂，所述第一催化剂包含在载体物质上的铂族金属作为催化剂活性组分，其特征在于用于铂族金属的载体物质选自于氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化铈和其混合物或其混合的氧化物，且所述第一催化剂还包括至少一种沸石用于碳氢化合物的储存，且所述微粒过滤器自入口侧开始在部分长度上涂覆有不包含沸石的第二催化剂。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.8.19 DE 102006039028.81、用于处理柴油发动机废气的微粒过滤器，其包括用于废气的入口侧和出口侧和轴长度，所述微粒过滤器涂覆有第一催化剂，所述第一催化剂包含在载体物质上的铂族金属作为催化剂活性组分，其特征在于用于铂族金属的载体物质选自于氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化铈和其混合物或其混合的氧化物，且所述第一催化剂还包括至少一种沸石用于碳氢化合物的储存，且所述微粒过滤器自入口侧开始在部分长度上涂覆有不包含沸石的第二催化剂。2、 如权利要求1所述的微粒过滤器，其特征在于所述沸石选自丝光沸 石、Silicalit、 Y型沸石、ZSM-5沸石和(3沸石或其混合物，所述沸石的二 氧化硅与氧化铝的摩尔比在10和400之间。3、 如权利要求2所述的微粒过滤器，其特征在于所述沸石与过渡金属 离子发生交换。4、 如权利要求3所述的微粒过滤器，其特征在于存在的所述过渡金属 是铁、铜或铈或其混合物。5、 如权利要求2所述的微粒过滤器，其特征在于所述沸石以H或Na 型存在，且同样已被至少一种铂族金属催化活化，基于沸石的总重量，铂 族金属的浓度在0.1重量％...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·克格尔，M·普法伊菲尔，G·耶斯克，FW·许策，S·弗朗茨，T·克罗伊策，
申请(专利权)人：乌米科雷股份两合公司，
类型：发明
国别省市：DE
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