專利名稱：一種三元催化器及其催化層的涂覆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機的排氣凈化技術(shù)，尤其涉及一種三元催化器及其催化層的
涂覆方法。
背景技術(shù)：
三元催化器是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機外凈化裝置，它可以將汽車排出的尾氣中的CO、碳氫化合物(HC)和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳、水和氮氣。三元催化器包括殼體和載體，載體設(shè)置在殼體內(nèi)，載體部件是一塊多孔的陶瓷材料制成，也可以制成蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，三元催化器真正起作用的不是載體本身，而是覆蓋在載體上的由鉬、鈀、銠等貴金屬組成的催化劑材料。催化劑的催化作用是在一定溫度條件下才起反應(yīng)，催化劑的起燃溫度一般在300°C左右，即轉(zhuǎn)化率達到50%時的溫度，如果溫度過低，則轉(zhuǎn)化效率會急劇降低，則會使汽車排放的尾氣沒有完全轉(zhuǎn)化就排放到大氣中，而嚴重污染環(huán)境。由于三元催化器冷啟動時的溫度較低達不到催化劑的起燃溫度；另一方面，廢氣與催化器中催化劑的接觸過程中前后區(qū)的受熱情況也有一定的溫差，涂覆在催化器載體上后區(qū)的催化劑進入工作狀態(tài)的速度更慢，不能較好的發(fā)揮催化劑的三元催化性能，從而在三元催化器冷啟動時不能完全發(fā)揮催化劑的三元催化性能，使汽車排放的尾氣中大部分的有害氣體(如碳氫化合物)未被處理而直接排放到大氣中造成環(huán)境污染。所以，需要設(shè)計一種三元催化器能夠解決冷啟動時所存在的問題。目前最常用的三元催化器的催化層是采用整體式涂覆結(jié)構(gòu)，即在載體材料上均勻的涂覆催化劑層。如中國專利(授權(quán)公告號CN2013^446Y)公開了一種三元催化器的載體，包括三元催化器和載體，在載體的進氣端表面具有一定的曲率半徑或斜度的面，并使催化劑均勻的涂覆在載體的內(nèi)表面上，該方法雖然增加了對廢氣的處理能力，但是其是通過載體的體積而增加催化劑與廢氣的接觸面積來提高三元催化器對廢氣的處理能力，成本相對比較高，而且催化劑采用整體式涂覆的方式，需要較大的熱量才能使催化劑完全達到起燃溫度，所需起燃時間較長，催化轉(zhuǎn)化效率很低，不能較好的解決三元催化器冷啟動時對廢氣的處理能力的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出一種具有針對性強、能夠有效提高冷啟動時催化轉(zhuǎn)化率的三元催化器及其工藝簡單的三元催化器催化層的涂覆方法。本發(fā)明的目的之一可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)一種三元催化器，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的載體，其特征在于，所述的載體的內(nèi)表面上從進氣口至出氣口依次涂覆有采用三元催化劑一制成的催化層一和采用三元催化劑二制成的催化層二 ；所述的三元催化劑二中貴金屬含量低于所述的三元催化劑一中貴金屬含量。本發(fā)明的上述三元催化器的催化層采用分區(qū)涂覆，使兩種催化劑被涂覆在載體的不同區(qū)域，能更有效的提高對汽車排放的尾氣中有害氣體的處理。在催化器的進氣口端催化層一的區(qū)域上涂覆濃度較高的催化劑一，利用前區(qū)進氣口端的尾氣溫度較高的特點，能使首先與廢氣接觸的催化劑快速進入工作狀態(tài)，達到起燃溫度，提高對尾氣的處理能力。增強前區(qū)催化劑一對尾氣的處理能力，減少因冷啟動時催化劑未達到起燃溫度而使尾氣的逃逸量，提高催化器的整體工作效率；而后區(qū)排氣口端催化層二區(qū)域的溫度相對較低，催化劑進入工作狀態(tài)相對較慢，且后區(qū)催化層二區(qū)域上的催化劑對尾氣中有害氣體的處理量也相對較低，如果涂覆高濃度的催化劑涂層，也不能使多余的催化劑發(fā)揮作用，且生產(chǎn)成本也較高。與現(xiàn)有技術(shù)中采用整體式均勻涂覆的催化器相比，本發(fā)明的三元催化器利用廢氣進入三元催化器的溫度變化特點，充分利用三元催化器前區(qū)達到催化劑起燃溫度快的特點，對三元催化器載體上的催化層結(jié)構(gòu)進行改進，使載體的前后區(qū)催化層上的催化劑的催化性能都能發(fā)揮最大的作用；同時也解決了因三元催化器冷啟動時尾氣中有害物質(zhì)不能被及時處理而覆蓋在催化劑表面使催化劑活性降低，降低了三元催化劑的使用壽命。本發(fā)明的三元催化器具有使用壽命長的優(yōu)點。在上述的三元催化器中，所述的催化層一的軸向長度與催化層二的軸向長度的比例值為0. 8 1. 2。催化層采用分區(qū)的涂覆結(jié)構(gòu)，能最大限度的發(fā)揮前區(qū)達到催化劑起燃溫度快，催化劑能較快進入工作狀態(tài)的優(yōu)勢，能最大限度的發(fā)揮催化劑的凈化效果；如果該比例值過大，則由于廢氣至后區(qū)時溫度相對較低，催化劑進入工作狀態(tài)較慢，即使涂覆的催化劑的濃度過高，也不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用，既造成原料的浪費，又增加了生產(chǎn)成本。作為優(yōu)選，所述的催化層一的軸向長度與催化層二的軸向長度的比例值為1。在上述的三元催化器中，所述的三元催化劑一中貴金屬重量與三元催化劑二中貴金屬重量的比例值為4 6。三元催化器中的貴金屬是起催化作用的關(guān)鍵材料，能使發(fā)動機排出的廢氣中的有害氣體在貴金屬的催化作用下轉(zhuǎn)化成無害氣體后排放，減少對環(huán)境的污染。使兩者的比例值在該范圍，能較佳的提高催化層一對尾氣中有害氣體的處理能力，使催化劑能將廢氣中的HC、CO、NOx有害氣體均通勤被催化還原成無害的氣體排放，實現(xiàn)凈化效果。所述的三元催化劑中還可以包括鉬、稀土金屬，能更有利于促進貴金屬鈀、銠的催化活性，能夠更進一步提高轉(zhuǎn)化率。在上述的三元催化器中，所述的三元催化劑一中貴金屬包括鈀和銠；鈀的重量與銠的重量的比例值為20 觀。在汽車尾氣中大部分是因三元催化器冷啟動時不能及時的使廢氣中的有害氣體轉(zhuǎn)化而污染環(huán)境。在汽車冷啟動時產(chǎn)生的HC氣體最多，貴金屬鈀是處理HC氣體最主要的催化劑，在三元催化劑一中增加鈀的量能夠提高對HC氣體的處理能力， 具有針對性強的特點。采用本發(fā)明的上述比例值的三元催化劑一作為催化層一的材料，能較好的處理HC氣體，同時也能夠解決尾氣中CO和NOx氣體的處理，實現(xiàn)三元催化的效果， 轉(zhuǎn)化效率高。在上述的三元催化器中，所述的三元催化劑二中貴金屬包括鈀和銠；鈀的重量與銠的重量的比例值為3 5。采用該比例范圍內(nèi)的三元催化劑二作為催化層二的材料，能更進一步的確保對廢氣的凈化，充分凈化HC、C0和NOx氣體，使排放的氣體符合汽車尾氣的排放標準。本發(fā)明的另一個目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種三元催化器催化層的涂覆方法，其特征在于，該方法包括以下步驟
A、涂覆催化層一將三元催化劑一涂覆在催化層一所覆蓋的區(qū)域上，并使三元催化劑一固化附著在載體上；B、涂覆催化層二 將三元催化劑二涂覆在催化層二所覆蓋的區(qū)域上，并使三元催化劑二固化附著在載體上。在上述的三元催化器催化層的涂覆方法中，所述的涂覆包括以下步驟a、將載體豎直放置在灌漿機的出口上且使進料口與灌漿機的出口密封連接；b、通過灌漿機將對應(yīng)的三元催化劑從進料口輸入載體內(nèi)，直至充滿對應(yīng)地涂覆區(qū)域；c、通過灌漿機排出多余的三元催化劑。上述的三元催化器催化層的涂覆方法中，能夠保證催化劑均勻的涂覆在載體上， 也能夠保證操作過程中催化劑能方便的進行灌漿涂覆，且準確的將催化劑涂覆在相應(yīng)的催化層上；同時，密封連接又能夠保證在操作過程中漿料不易外流，更有利于生產(chǎn)。在上述的三元催化器催化層的涂覆方法中，所述的催化層一的進料口為載體的進氣口 ；所述的催化層二的進料口為載體的出氣口。采用該方法能夠保證不重復(fù)涂覆，且操作方便。在上述的三元催化器催化層的涂覆方法中，所述的三元催化劑從進料口輸入載體內(nèi)時灌漿機控制三元催化劑輸入的體積。通過控制輸入載體內(nèi)的體積，使催化劑漿料覆蓋在相應(yīng)的區(qū)域上，既不造成重復(fù)涂覆，又能夠保證催化劑均勻的涂覆在相應(yīng)區(qū)域的表面上。 在將催化劑通過灌漿機輸入載體內(nèi)的同時，還可以控制輸入的壓力，使催化劑漿料緩慢的輸入載體內(nèi)，如果壓力過大，容易使輸送過程中產(chǎn)生沖料現(xiàn)象，既不安全，又浪費原料。在上述的三元催化器催化層的涂覆方法中，所述的固化附著包括對涂覆有三元催化劑的載體進行加熱并保溫。通過加熱固化使涂覆的三元催化劑固化附著在載體上，保證催化劑在使用過程中不易脫落。在上述的三元催化器催化層的涂覆方法中，所述的涂覆有三元催化劑的載體置于焙燒爐內(nèi)加熱至400°C 500°C并保溫6小時以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的三元催化器由于采用了分區(qū)涂覆催化劑，結(jié)構(gòu)新穎，提高了催化器的整體催化性能和三元催化器冷啟動時的催化轉(zhuǎn)化率，增強了對汽車尾氣中有害氣體的處理能力，提高了三元催化器的整體催化轉(zhuǎn)化效率，具有針對性強和催化性能強的優(yōu)點；且本發(fā)明的三元催化劑催化層的涂覆方法還具有工藝簡單、能夠確保催化劑均勻涂覆和適用于實際工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的三元催化器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、殼體；2、催化層二 ；3、載體；4、催化層一 ；5、進氣口 ；6、排氣口。
具體實施例方式以下是本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述， 但本發(fā)明并不限于這些實施例。如圖1所示，本三元催化器包括一個殼體1，殼體1上具有氣流進氣口 5和排氣口6，殼體1內(nèi)設(shè)置有帶有催化劑涂層的載體3，載體3內(nèi)表面上從進氣口至排氣口依次涂覆有催化劑一制成的催化層一 4和催化劑二制成的催化層二 2，載體3上的催化層一 4靠近于氣流進氣口 5，催化層二 2靠近于氣流出排氣口 6 ；其中催化層一 4的軸向長度與催化層二 2的軸向長度的比例值為0. 8 1. 2 ；催化劑一中貴金屬重量與催化劑二中貴金屬重量的比例值為4 6 ；催化劑一中貴金屬包括鈀和銠，鈀的重量與銠的重量的比例值為20 觀；催化劑二中貴金屬包括鈀和銠，鈀的重量與銠的重量的比例值為3 5。本三元催化器是一種用于發(fā)動機的排氣凈化裝置，將本三元催化器安裝在排氣凈化裝置中，當(dāng)發(fā)動機排放的廢氣從三元催化器的進氣口 5進入通過三元催化器，再從三元催化器的排氣口 6排出氣體至大氣，當(dāng)廢氣通過三元催化器時，與三元催化器中載體上的催化劑一制成的催化層一 4和催化劑二制成的催化層二 2接觸，在催化劑的催化下，將廢氣中的HC、CO、NOx的有害氣體轉(zhuǎn)化成水、二氧化碳和氮氣再排放至大氣中，從而實現(xiàn)凈化的目的。本三元催化器將整體式涂覆改進為分區(qū)涂覆，使載體3上催化層一 4中貴金屬的量相對整體式均勻涂覆時貴金屬的量增加，前區(qū)催化層一首先與氣流接觸，溫度上升比較快，能更快的達到催化劑的起燃溫度，使載體3內(nèi)表面上涂覆的催化層一 4中的催化劑更快的進入工作狀態(tài)，這樣可以增加前區(qū)催化劑對有害氣體的處理量，減少有害氣體在三元催化器冷啟動時的逃逸量，提高催化器的轉(zhuǎn)化效率。實施例1取三元催化器的載體基材，將其豎直放置在灌漿機的出口上且使進料口與灌漿機的出口密封連接，所述的進料口為載體的進氣口，通過灌漿機向載體內(nèi)輸入一定體積的包括三元催化劑一的漿料，使?jié){料從載體的下方開始向上均勻的涂覆在催化層一的區(qū)域上，使催化層一中催化劑鈀和銠的貴金屬總質(zhì)量為100g/ft3，上述包括三元催化劑一的漿料中鈀與銠的重量比例值為20，所述的漿料可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法配制而成的，然后將多作的漿料排出，然后將涂覆了催化層一的載體放進焙燒爐中進行焙燒，將溫度升溫至 400°C，然后控制溫度在400°C 500°C，進行焙燒保溫6小時，從而保證催化層一固化附著在載體上，焙燒結(jié)束后，將載體取出冷卻后，再進行催化層二的涂覆。將涂覆了催化層一的三元催化器再豎直放置在灌漿機的出口上且使進料口與灌漿機的出口密封連接，所述的進料口為載體的出氣口，通過灌漿機向載體內(nèi)輸入一定體積的包括三元催化劑二的漿料，使?jié){料從載體的下方開始向上均勻的涂覆在催化層二的區(qū)域上，使催化層二中催化劑鈀和銠的貴金屬總質(zhì)量為20g/ft3，上述包括三元催化劑二的漿料中鈀與銠的重量比例值為5，所述的漿料可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法配制而成，涂覆均勻后，將多余的漿料排出，然后將涂覆了催化層二的載體再放進焙燒爐中進行焙燒，將溫度升溫至400°C，然后控制溫度在400°C 500°C，進行焙燒保溫6小時，從而保證催化層二固化附著在載體上，焙燒結(jié)束后取出載體，即得到分區(qū)涂覆了催化層一和催化層二的載體，其中催化層一的軸向長度與催化層二的軸向長度的比例值為1. 0。實施例2取三元催化器的載體基材，將其豎直放置在灌漿機的出口上且使進料口與灌漿機的出口密封連接，所述的進料口為載體的進氣口，通過灌漿機向載體內(nèi)輸入一定體積的包括三元催化劑一的漿料，使?jié){料從載體的進氣口的下方開始向上均勻的涂覆在催化層一的區(qū)域上，形成催化層一，使催化層一中催化劑鈀和銠的貴金屬總質(zhì)量為120g/ft3，上述包括三元催化劑一的漿料中鈀與銠的重量比例值為觀，所述的漿料可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法配制而成，將多作的漿料排出，然后將涂覆了催化層一的載體放進焙燒爐中進行焙燒，將溫度升溫至400°C以上，然后控制溫度在400°C 500°C，進行焙燒保溫6小時，保證催化層一固化附著在載體上，且在使用過程中也不易脫落，焙燒結(jié)束后，將載體取出冷卻后，再進行下一步工序催化層二的涂覆。將涂覆了催化層一的三元催化器再豎直放置在灌漿機的出口上且使進料口與灌漿機的出口密封連接，所述的進料口為載體的出氣口，通過灌漿機向載體內(nèi)輸入一定體積的包括三元催化劑二的漿料，使?jié){料從載體的出氣口的下方開始向上均勻的涂覆在催化層二的區(qū)域上，使催化層二中催化劑鈀和銠的貴金屬總質(zhì)量為20g/ft3，上述包括三元催化劑二的漿料中鈀與銠的重量比例值為4，所述的漿料可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法配制而成，涂覆均勻后，將多余的漿料排出，然后將涂覆了催化層二的載體再放進焙燒爐中進行焙燒，將溫度升溫至400°C以上，然后控制溫度在400°C 500°C，進行焙燒保溫7小時，從而保證催化層二固化附著在載體上，焙燒結(jié)束后，取出載體，即得到分區(qū)涂覆了催化層一和催化層二的載體，其中催化層一的軸向長度與催化層二的軸向長度的比例值為1. 2。實施例3取三元催化器的載體基材，將其豎直放置在灌漿機的出口上且使進料口與灌漿機的出口密封連接，所述的進料口為載體的進氣口，通過灌漿機向載體內(nèi)輸入一定體積的包括三元催化劑一的漿料，使?jié){料從載體的進氣口的下方開始向上均勻的涂覆在催化層一的區(qū)域上，形成催化層一，使催化層一中催化劑鈀和銠的貴金屬總質(zhì)量為120g/ft3，上述包括三元催化劑一的漿料中鈀與銠的重量比例值為對，所述的漿料可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法配制而成，將多作的漿料排出，然后將涂覆了催化層一的載體放進焙燒爐中進行焙燒，將溫度升溫至400°C以上，然后控制溫度在400°C 500°C，進行焙燒保溫6小時，保證催化層一固化附著在載體上，且在使用過程中也不易脫落，焙燒結(jié)束后，將載體取出冷卻后，再進行下一步工序催化層二的涂覆。將涂覆了催化層一的三元催化器再豎直放置在灌漿機的出口上且使進料口與灌漿機的出口密封連接，所述的進料口為載體的出氣口，通過灌漿機向載體內(nèi)輸入一定體積的包括三元催化劑二的漿料，使?jié){料從載體的出氣口的下方開始向上均勻的涂覆在催化層二的區(qū)域上，使催化層二中催化劑鈀和銠的貴金屬總質(zhì)量為30g/ft3，上述包括三元催化劑二的漿料中鈀與銠的重量比例值為3，所述的漿料可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法配制而成，涂覆均勻后，將多余的漿料排出，然后將涂覆了催化層二的載體再放進焙燒爐中進行焙燒，將溫度升溫至400°C以上，然后控制溫度在400°C 500°C，進行焙燒保溫8小時，從而保證催化層二固化附著在載體上，焙燒結(jié)束后，取出載體，即得到分區(qū)涂覆了催化層一和催化層二的載體，其中催化層一的軸向長度與催化層二的軸向長度的比例值為0. 8。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了殼體1 ；催化層二 2 ；載體3 ；催化層一 4 ；進氣口 5 ；排氣口 6等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
1.一種三元催化器，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的載體，其特征在于所述的載體的內(nèi)表面上從進氣口至出氣口依次涂覆有采用三元催化劑一制成的催化層一和采用三元催化劑二制成的催化層二 ；所述的三元催化劑二中貴金屬含量低于所述的三元催化劑一中貴金屬含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三元催化器，其特征在于所述的催化層一的軸向長度與催化層二的軸向長度的比例值為0. 8 1. 2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三元催化器，其特征在于所述的三元催化劑一中貴金屬重量與三元催化劑二中貴金屬重量的比例值為4 6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種三元催化器，其特征在于所述的三元催化劑一中貴金屬包括鈀和銠；鈀的重量與銠的重量的比例值為20 觀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種三元催化器，其特征在于所述的三元催化劑二中貴金屬包括鈀和銠；鈀的重量與銠的重量的比例值為3 5。
6.一種如權(quán)利要求1所述的三元催化器催化層的涂覆方法，其特征在于該方法包括以下步驟A、涂覆催化層一將三元催化劑一涂覆在催化層一所覆蓋的區(qū)域上，并使三元催化劑一固化附著在載體上；B、涂覆催化層二將三元催化劑二涂覆在催化層二所覆蓋的區(qū)域上，并使三元催化劑二固化附著在載體上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種三元催化器催化層的涂覆方法，其特征在于所述的涂覆包括以下步驟a、將載體豎直放置在灌漿機的出口上且使進料口與灌漿機的出口密封連接；b、通過灌漿機將對應(yīng)的三元催化劑從進料口輸入載體內(nèi)，直至充滿對應(yīng)地涂覆區(qū)域；c、通過灌漿機排出多余的三元催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種三元催化器催化層的涂覆方法，其特征在于所述的催化層一的進料口為載體的進氣口 ；所述的催化層二的進料口為載體的出氣口。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種三元催化器催化層的涂覆方法，其特征在于所述的固化附著包括對涂覆有三元催化劑的載體進行加熱并保溫。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種三元催化器催化層的涂覆方法，其特征在于所述的涂覆有三元催化劑的載體置于焙燒爐內(nèi)加熱至400°C 500°C并保溫6小時以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三元催化器及其催化層的涂覆方法，本三元催化器包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的載體，所述的載體的內(nèi)表面上從進氣口至出氣口依次涂覆有采用三元催化劑一制成的催化層一和采用三元催化劑二制成的催化層二；所述的三元催化劑二中貴金屬含量低于所述的三元催化劑一中貴金屬含量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本三元催化器由于采用了分區(qū)涂覆催化劑，結(jié)構(gòu)新穎，提高了催化器的整體催化性能和三元催化器冷啟動時的催化轉(zhuǎn)化率，提高了三元催化器的整體催化轉(zhuǎn)化效率，具有針對性強和催化性能強的優(yōu)點；而且本三元催化劑催化層的涂覆方法具有工藝簡單、能夠確保催化劑均勻涂覆和適用于實際工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號B05C9/06GK102400745SQ20111032878
公開日2012年4月4日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者丁勇, 任穎睦, 楊安志, 王杰, 趙福全, 金吉剛 申請人:浙江吉利控股集團有限公司, 浙江吉利汽車研究院有限公司