分区催化烟灰过滤器制造技术

本发明专利技术涉及一种催化烟灰过滤器，该催化烟灰过滤器包括壁流基底，该壁流基底带有入口端、出口端、在入口端与出口端之间延伸的基底轴向长度、以及由壁流基底的内壁限定的多个通路，其中，多个通路包括具有开启的入口端和封闭的出口端的入口通路、以及具有封闭的入口端和开启的出口端的出口通路，并且其中入口通路的内壁包括分区的第一入口涂层，出口通路的内壁包括分区的第一出口涂层，并且其中第一入口涂层和第一出口涂层以小于0.5的涂层加载量比率存在于壁流基底上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种分区催化烟灰过滤器。这种烟灰过滤器包括壁流基底，该壁流基底包括入口端、出口端、在入口端与出口端之间延伸的基底轴向长度、以及由壁流基底的内壁限定的多个通路。多个通路包括具有开启的入口端和封闭的出口端的入口通路、以及具有封闭的入口端和开启的出口端的出口通路。入口通路的内壁包括第一入口涂层，该第一入口涂层从入口端延伸到第一入口涂层端，由此限定第一入口涂层长度，其中第一入口涂层长度是基底轴向长度的X%，其中0〈x〈100。出口通路的内壁包括第一出口涂层，该第一出口涂层从出口端延伸到第一出口涂层端，由此限定第一出口涂层长度，其中第一出口涂层长度是基底轴向长度的100-x%。第一入口涂层长度由此限定上游区，并且第一出口涂层长度限定下游区。根据一个优选实施例，第一入口涂层和第一出口涂层两者均包括氧化催化 齐U。根据本专利技术，第一入口涂层和第一出口涂层以特定涂层加载量比率而存在于壁流基底上，该特定涂层加载量比率定义为入口涂层加载量相对于出口涂层加载量。具体而言，所述涂层加载量比率小于O. 5。
技术介绍
贫燃发动机如柴油发动机的运转给用户提供了优良的燃料经济性，并且由于它们在燃料稀薄条件下以高空气/燃料比运转而具有很低的气相碳氢化合物和一氧化碳排放。与汽油发动机相比，柴油发动机还在它们的燃料经济性、耐久性和它们在低速产生高转矩的能力方面提供了显著的优点。然而，柴油发动机排气中含有某些已知导致污染并因此可能对环境有严重影响的材料。除气态排放物如一氧化碳(“CO”)、未燃烧的碳氢化合物(“HC”)和氮氧化物(“NOx”)以外，柴油发动机排气还包含凝相材料，即液体和固体，其构成所谓的微粒物质(“PM”)。除可溶有机部分(“S0F”)和所谓的硫酸盐部分以外，柴油机排气中包含的总微粒物质排放物还包括也称为“烟灰”部分的固态且干燥的含碳部分。这种烟灰加剧了通常与柴油机排气相关的可见烟灰排放物。视柴油机排气的温度而定，可溶有机部分可以作为蒸气或气雾——即液体浓缩物的微小液滴——存在于柴油机排气中。通常，它在稀释的排气中在52°C的标准微粒集中温度下作为浓缩液存在，正如诸如美国联邦重负荷瞬态试验程序(U. S. Heavy Duty Transient Federal Test Procedure)的标准测量试验所规定的那样。这些液体相信来自两个来源一方面，每当活塞上下运动时从发动机的汽缸壁扫下的润滑油，另一方面，未燃烧的或仅部分燃烧的柴油。可以认为，硫酸盐部分由柴油燃料中存在的少量硫组分形成。催化过滤器通常设置在柴油发动机排气系统中，以实现高程度的微粒物质还原，尤其是烟灰还原，并且将一些或全部排气组分转化为无害组分。从柴油机排气除去微粒物质的已知过滤器结构包括蜂巢壁流过滤器、纤维缠绕或填塞式过滤器，开孔泡沫、烧结金属过滤器等。然而，下文描述的陶瓷壁流过滤器受到最多的关注。典型的陶瓷壁流过滤器基底由诸如堇青石或碳化硅之类的耐热材料组成。壁流基底尤其用于从柴油发动机排气中过滤微粒物质。普遍的结构是多通路蜂巢结构，交替通路的端部在蜂巢结构的入口侧和出口侧插入。这种结构在任一端上产生棋盘型图案。在入口轴向端上插入的通道在出口轴向端上开启。这允许夹杂有微粒物质的排气进入开启的入口通路，流过多孔内壁，并通过具有开启的出口轴向端的通道离开。微粒物质由此在基底的内壁上被过滤。气体压力迫使排气经多孔结构壁进入在上游轴向端封闭并且在下游轴向端开启的通道。聚集的粒子将增大来自发动机上的过滤器的背压。因此，聚集的粒子必须被连续或定期从过滤器燃尽，以维持可接受的背压。沿壁流基底的内壁沉淀的催化剂成分有助于通过促进积聚的微粒物质的燃烧而再生过滤器基底。聚集的微粒物质的燃烧恢复了排气系统内可接受的背压。这些过程可以是被动的或主动的再生过程。两种过程均利用诸如O2或NO2之类的氧化剂来燃烧微粒物质。被动再生过程在柴油机排气系统的通常操作范围内的温度下燃烧微粒物质。优选地，用于再生过程中的氧化剂是NO2,因为烟灰部分在比O2用作氧化剂时所需的温度低得多的温度下燃烧。虽然O2易于从大气获得，但可以通过使用使排气流中的NO氧化的上游氧化催化剂而主动生成NO2。 尽管存在催化剂成分以及存在对使用NO2作为氧化剂的规定，但通常需要主动再生过程来清除出积聚的微粒物质，并恢复过滤器内可接受的背压。微粒物质的烟灰部分通常需要超过500°C的温度以在富氧(即稀薄)条件下燃烧，这一温度高于柴油机排气中通常存在的温度。通常通过改变发动机管理以将过滤器前面的温度提升到570-630°C而启动主动再生过程。视驱动模式而定，当再生期间的冷却不足时，诸如在低速/低负荷下或在怠速驱动模式下，过滤器内部会发生高放热。过滤器内的这种放热可能超过800°C或以上。在涂覆的壁流过滤器中，在再生期间暴露于此类高温度缩短了沿基底长度涂覆的催化剂成分的使用寿命。此外，沿基底的轴向长度的不同部段不成比例地受再生过程影响。微粒物质的沉淀沿壁流过滤器的长度是不均匀的，在过滤器的下游部段中聚集了较高比例的微粒物质。因此，温度不均匀地分布在基底的长度上，而是在主动再生事件期间在下游部段中呈现最高温度。因而，沿下游部段的催化剂成分的耐久性限制了整个涂有催化剂的壁流基底的使用寿命。与某些氧化催化剂例如含有钼系金属的成分相关联的高材料成本增加了对减缓或防止催化剂涂层由于主动再生事件而退化的需求。布置在壁流过滤器上的催化剂涂层通常包含钼系金属组分作为活性催化剂组分，以确保柴油机排气的气体排放物如HC和/或CO可接受地转化为无害组分(例如C02、H20)。此类组分的加载量通常被调节成使得催化剂基底即使在催化剂老化后也满足排放规定。某些用于壁流基底的常规涂层设计使涂层沿内壁的轴向全长均匀分布。在这种设计中，氧化催化剂浓度通常被调节成在最严格的条件下满足排放要求。通常来说，这些条件是指在催化剂已老化后的催化剂性能。与要求的钼系金属浓度相关联的成本通常高于期望。用于壁流基底的其它常规涂层设计采用钼系金属组分沿基底的轴向长度的浓度梯度。在这些设计中，某些催化剂区例如上游区具有比相邻的轴向区如下游区高的钼系金属浓度。通常，布置有较高浓度的钼系金属组分的轴向区的内壁将具有比由于较高的基底涂层加载量而具有较低的钼系金属浓度的相邻区低的渗透率。沿输入通路的长度流动的排气流将行进通过具有最高渗透率的部段中的内壁。因此，气流将趋于流经具有较低的氧化催化剂浓度的内壁部段。这种差别流动模式会引起不充分的污染物转化。例如，某些气体污染物，例如未燃烧的烃，需要与比微粒组分实现充分的燃烧水平的浓度高的浓度的钼系金属组分相接触。在排气温度较冷的运转调节期间，例如在起动时，这种要求加剧。EP I 870 573 Al公开了一种柴油机微粒过滤器，该过滤器包括多个孔格，该多个孔格由多孔孔格壁分隔并且在过滤器的上游端及其相对的下游端由插塞以交错方式封闭，其中，在过滤器的下游部分中，在过滤器的上游端开口的孔格的孔格壁的整个表面上形成有第一氧化催化剂涂层，并且在过滤器的下游端开口的孔格的孔格壁的表面上形成有第二氧化催化剂涂层。因而，该文献公开了具有分隔在上游端开口的孔格和在下游端开口的孔格的孔格壁区域的过滤器，其中，由于在相应孔格壁的整个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.20 EP 09176583.41.ー种催化烟灰过滤器，包括 壁流基底，所述壁流基底包括入口端、出口端、在所述入口端与所述出口端之间延伸的基底轴向长度、以及由所述壁流基底的内壁限定的多个通路； 其中，所述多个通路包括具有开启的入口端和封闭的出口端的入口通路、以及具有封闭的入口端和开启的出口端的出口通路； 其中，所述入口通路的内壁包括第一入口涂层，所述第一入口涂层从入口端延伸到第一入ロ涂层端，由此限定第一入口涂层长度，其中所述第一入口涂层长度为基底轴向长度的 x%,其中 0〈x〈100 ； 其中，所述出口通路的内壁包括第一出口涂层，所述第一出口涂层从出口端延伸到第一出ロ涂层端，由此限定第一出ロ涂层长度，其中所述第一出ロ涂层长度为基底轴向长度的 100-x% ； 其中，所述第一入口涂层长度限定上游区，并且所述第一出口涂层长度限定下游区； 其中，所述第一入口涂层和第一出ロ涂层以小于O. 5的涂层加载量比率存在于壁流基底上，该涂层加载量比率为第一入口涂层的加载量(g/inch3 (g/ (2. 54cm)3)/第一出口涂层的加载量(g/inch3 (g/ (2.54cm)3)。2.根据权利要求I所述的催化烟灰过滤器，其中，所述第一入口涂层包含氧化催化剂，并且其中所述第一出ロ涂层包含氧化催化剂。3.根据权利要求I或2所述的催化烟灰过滤器，其中，所述涂层加载量比率在从O.10至O. 45、优选从O. 20至O. 40、更优选从O. 30至O. 35的范围内。4.根据权利要求I至3中任一项所述的催化烟灰过滤器，其中，X在从25至75、优选从35至65、更优选从45至55的范围内。5.根据权利要求I至4中任一项所述的催化烟灰过滤器，其中，所述第一入口涂层包括氧化催化剂，所述氧化催化剂包括至少ー种钼系金属(PGM)，至少ー种钼系金属优选从由钼、钯、铑、铱及它们中的两者或更多者的混合物组成的群组中选择，并且其中所述第一入ロ涂层的氧化催化剂更优选由钼与钯的混合物组成。6.根据权利要求I至5中任一项所述的催化烟灰过滤器，其中，所述第一入口涂层包含的氧化催化剂的量为从5至100g/ft3(g/(30. 48cm)3)、优选从10至60g/ft3(g/(30. 48cm)3)07.根据权利要求I至6中任一项所述的催化烟灰过滤器，其中，所述第一出ロ涂层包括氧化催化剂，所述氧化催化剂包括至少ー种钼系金属(PGM)，至少ー种钼系金属优选从由钼、钯、铑、铱及它们中的两者或更多者的混合物组成的群组中选择，并且其中所述第一出ロ涂层的氧化催化剂更优选由钼与钯的混合物组成。8.根据权利要求2至7中任一项所述的催化烟灰过滤器，其中，所述第一出ロ涂层包含的氧化催化剂的量为从5至100g/ft3(g/(30. 48cm)3)、优选从10至60g/ft3(g/(30. 48cm)3)09.根据权利要求5至8中任一项所述的催化烟灰过滤器，其中，定义为所述第一入口涂层中包含的PGM的总量(g/ft3 (g/ (30.48cm)3))除以所述第一出口涂层中包含的PGM的总量(g/ft3 (g/ (30. 48cm)3))的PGM比在从1:10至1:2的范围内，优选在从1:7至1:3的范围内。10.根据权利要求5至8中任一项所述的催化烟灰过滤器，其中，定义为所述第一入口涂层中包含的PGM的总量(g/ft3 (g/ (30.48cm)3))除以所述第一出口涂层中包含的PGM的总量(g/ft3 (g/ (30. 48cm)3))的PGM比在从2:1至10:1的范围内，优选在从3:1至7:1的范围内。11.根据权利要求I至10中任一项所述的催化烟灰过滤器，其中，所述第一入口涂层和所述第一出口涂层包含由钼和钯组成的氧化催化剂，其中所述第一入口涂层中钼钯的重量比在从10:1至1:10、优选从4:1至I. 5:1的范围内，并且其中所述第一出口涂层中钼钯的重量比在从10:1至1:10、优选从4:1至I. 5:1的范围内。12.根据权利要求I至11中任一项所述的催化烟灰过滤器，其中，所述第一入口涂层和所述第一出口涂层包含至少一种多孔支撑材料，其中所述第一入口涂层的至少一种多孔支撑材料优选地从由Al203、Zr02、Ce02、Si02及它们中的两者或更多者的混合物组成的群组中选择，并且其中所述第一出口涂层的至少一种多孔支撑材料优选地从由A1203、ZrO2, CeO2,SiO2及它们中的两者或更多者的混合物组成的群组中选择。13.根据权利要求I至12中任一项所述的催化烟灰过滤器，还包括k个进一步的出口涂层， 其中，第j+1个出口涂层位于第j个出口涂层的上方，所述第j+1个出口涂层从出口端延伸到第j+1个出口涂层端，由此限定第j+1个出口涂层长度， 其中，第j+1个出口涂层长度是第j个出口涂层长度的yj+1%，其中0 < yj+1 ( 100 ； 其中，k是整数，k彡1，k优选在从I至4、更优选从I至3的范围内；并且 其中，j是整数，I彡j彡k。14.根据权利要求13所述的催化烟灰过滤器，其中，第j+1个出口涂层长度是第一出口涂层长度的 100 (1-j/ (k+l))%。15.根据权利要求13或14所述的催化烟灰过滤器，其中，1是100/(k+2)。16.根据权利要求13至15中任一项所述的催化烟灰过滤器，其中，进一步的k个出口涂层中的至少一个、优选其中每一个出口涂层包括氧化催化剂，所述氧化催化剂包括至少一种钼系金属(PGM)，至少一种钼系金属优选从由钼、钯、铑、铱及它们中的两者或更多者的混合物组成的群组中选择，并且其中进一步的k个出口涂层中的至少一个、优选其中每一个出口涂层更优选由钼与钯的混合物组成。17.根据权利要求13至16中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·格鲁贝特，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：