用于處理廢氣的經(jīng)催化的過(guò)濾器的制造方法
【專利說(shuō)明】用于處理廢氣的經(jīng)催化的過(guò)濾器
[oow] 發(fā)明背景 1. 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及用于處理燃燒廢氣的制品。更具體地，本發(fā)明設(shè)及用于從貧燃燃燒廢 氣中減少煙灰和其它不期望的組分的涂覆有催化劑的顆粒物過(guò)濾器。 2.
【背景技術(shù)】
[0003] 大多數(shù)燃燒廢氣的絕大部分包含相對(duì)良性的氮?dú)饣?)、水蒸氣化2〇)和二氧化碳 (C〇2);但是所述廢氣還W相對(duì)小的份額包含有害和/或毒性物質(zhì)，如來(lái)自不完全燃燒的一 氧化碳（C0)、來(lái)自未燃燒的燃料的控（HC)、由于燃燒溫度過(guò)高的氮氧化物（NOy)，和顆粒物 質(zhì)（絕大部分為煙灰）。為了減輕釋放至大氣中的廢氣的環(huán)境影響，期望的是消除運(yùn)些不期 望的組分或減少其量，優(yōu)選通過(guò)不產(chǎn)生其它有害的或毒性物質(zhì)的方法進(jìn)行。
[0004] 某些貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)如柴油機(jī)，傾向于產(chǎn)生具有可觀量的煙灰和其它顆粒物質(zhì)的廢 氣。煙灰排放可W通過(guò)使含煙灰的廢氣通過(guò)柴油顆粒物過(guò)濾器值F巧如壁流式過(guò)濾器來(lái)補(bǔ) 救。 陽(yáng)0化]為了減少?gòu)U氣系統(tǒng)所需空間的量，經(jīng)常期望設(shè)計(jì)單獨(dú)的廢氣部件W實(shí)現(xiàn)執(zhí)行多于 一種功能。例如，將催化劑涂層施加至壁流式過(guò)濾器基材通過(guò)使一種基材具有兩種功能 (即除去煙灰并作為非均相催化劑的基材）而起到減小廢氣處理系統(tǒng)的整體尺寸的作用。 然而，用可操作量的催化劑涂覆過(guò)濾器可能不期望地增加穿過(guò)所述過(guò)濾器的背壓，運(yùn)又降 低了發(fā)動(dòng)機(jī)性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于高性能催化劑載體涂層，如包含經(jīng)過(guò)渡金屬促進(jìn)的沸 石的選擇性催化還原（SCR)催化劑而言尤其如此。
[0006] 已進(jìn)行許多嘗試，W制備具有合適地高的量的催化劑和合適地低的背壓的經(jīng)載體 涂覆的DPF。然而，仍然存在對(duì)在用有效量的SCR催化劑涂覆時(shí)產(chǎn)生相對(duì)低的背壓的DFP的 需求。
[0007] 發(fā)明簡(jiǎn)述
[0008] 申請(qǐng)人已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，穿過(guò)壁流式過(guò)濾器的背壓可W通過(guò)僅用催化劑載體涂 層從出口側(cè)涂覆過(guò)濾器而降低，只要所述載體涂層包含比過(guò)濾器的平均孔徑大的催化劑顆 粒。更具體地，用大顆粒的載體涂層僅從過(guò)濾器的出口側(cè)涂覆與具有僅從過(guò)濾器的入口側(cè) 施加的等量的相同催化劑涂層或具有從所述過(guò)濾器的入口側(cè)和出口側(cè)二者均勻施加的等 量的相同催化劑涂層的相同過(guò)濾器相比，意料不到地減少穿過(guò)過(guò)濾器的煙灰負(fù)載的背壓。 該結(jié)果也是令人驚訝的，因?yàn)閮H施加至相同過(guò)濾器的出口側(cè)的小顆粒載體涂層并不產(chǎn)生相 當(dāng)?shù)囊嫣?，并且?shí)際上導(dǎo)致較高的背壓。
[0009] 因此，提供了柴油顆粒物過(guò)濾器，其包括（a)具有平均孔徑、入口側(cè)、出口側(cè)和介 于入口與出口側(cè)之間的多孔內(nèi)部的壁流式過(guò)濾器基材；和化）從所述基材的出口側(cè)涂覆的 催化劑組合物，其中所述催化劑組合物具有屯。粒度分布，其中所述dw粒度分布大于或等于 所述平均孔徑除W4. 9 + 0. 1，并且其中所述入口側(cè)基本上不存在催化劑涂層。
[0010] 在本發(fā)明的另一方面，提供了用于處理貧燃廢氣的系統(tǒng)，其包括（a)本文中所描 述的柴油顆粒物過(guò)濾器；和化）與所述柴油顆粒物過(guò)濾器流體連通的至少一個(gè)排氣系統(tǒng)部 件，其中所述排氣系統(tǒng)部件選自設(shè)置在所述柴油顆粒物過(guò)濾器上游的N02源、設(shè)置在所述柴 油顆粒物過(guò)濾器上游的還原劑源、AM0X催化劑、NOy阱、NOy吸收催化劑、柴油氧化催化劑和 SCR催化劑。
[0011] 在本發(fā)明的又一方面，提供了用于減少貧燃廢氣中的煙灰的方法，所述方法包括 W下步驟：(a)使攜帶煙灰并且任選地包含NOy的廢氣物流與本文中所述的柴油顆粒物過(guò) 濾器接觸；化）在所述柴油顆粒物過(guò)濾器上和/或在所述柴油顆粒物過(guò)濾器中捕獲所述煙 灰的至少一部分，同時(shí)使得所述廢氣穿過(guò)所述柴油顆粒物過(guò)濾器；（C)周期性地和/或連續(xù) 地燃燒所捕獲的煙灰W再生所述過(guò)濾器；和任選地（d)使所述廢氣與從所述過(guò)濾器的出口 側(cè)涂覆的SCR催化劑接觸，W降低廢氣中的NOx濃度。
[0012] 附圖簡(jiǎn)述
[0013] 圖1A為柴油顆粒物過(guò)濾器；
[0014] 圖1B為柴油顆粒物過(guò)濾器的橫截面視圖；
[0015] 圖2A為柴油顆粒物過(guò)濾器的多孔薄壁的圖；
[0016] 圖2B為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的具有催化劑涂層的柴油顆粒物過(guò)濾器的多孔薄 壁的圖訊
[0017] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的具有催化劑涂層的柴油顆粒物過(guò)濾器的橫截面 圖。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的詳述
[0019] 本發(fā)明部分地設(shè)及用于改進(jìn)環(huán)境空氣質(zhì)量且尤其是用于改進(jìn)由柴油和其它貧燃 發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢氣排放的催化過(guò)濾器。廢氣排放至少部分地通過(guò)減少一種或多種氣態(tài)組分 如NOy和NH3和降低貧燃廢氣中的顆粒物質(zhì)濃度得W改進(jìn)。因此，優(yōu)選的催化過(guò)濾器包括多 孔基材，如柴油顆粒物過(guò)濾器值FP)，其既起到從穿過(guò)所述多孔基材的廢氣物流中機(jī)械除去 顆粒物質(zhì)的作用，又起到負(fù)載可用于除去廢氣中的不期望的氣態(tài)組分的催化劑組合物的作 用。
[0020] 在某些實(shí)施方案中，所述過(guò)濾器為具有某種平均孔徑、入口側(cè)、出口側(cè)和介于入口 與出口側(cè)之間的多孔內(nèi)部的壁流式過(guò)濾器基材，和具有屯。粒度分布的從所述基材的出口 側(cè)涂覆的催化劑組合物，其中所述屯。粒度分布大于或等于所述平均孔徑除W4. 8、4. 9或 5. 0,并且其中所述入口側(cè)基本上不存在催化劑涂層。
[0021] 優(yōu)選的過(guò)濾器基材包括柴油顆粒物過(guò)濾器，且用于移動(dòng)應(yīng)用的優(yōu)選的柴油顆粒物 過(guò)濾器包括壁流式過(guò)濾器如壁流式陶瓷整料。其它過(guò)濾器基材包括流通式過(guò)濾器如金屬或 陶瓷泡沫或纖維過(guò)濾器。除了堇青石、碳化娃和陶瓷W外，可用于多孔基材的其它材料包 括，但不限于氧化侶二氧化娃、氮化侶、氮化娃、鐵酸侶、α-氧化侶、莫來(lái)石、飽惱石、錯(cuò)石、 氧化錯(cuò)、尖晶石、棚化物、長(zhǎng)石、二氧化鐵、烙融石英、棚化物、陶瓷纖維復(fù)合物、運(yùn)些中的任 意的混合物、或包含其兩種或更多種的片段的復(fù)合物。尤其優(yōu)選的基材包括堇青石、碳化娃 和鐵酸侶（AT)，其中AT為占優(yōu)勢(shì)的結(jié)晶相。
[0022] 轉(zhuǎn)到圖1A，其示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的壁流式過(guò)濾器基材10。所述壁流式 過(guò)濾器具有前端20和后端22,其中將前端20設(shè)計(jì)為在過(guò)濾之前接收廢氣21且將后端22 設(shè)計(jì)為允許經(jīng)清潔的廢氣29離開過(guò)濾器10。
[0023] 在圖1B中示出了壁流式過(guò)濾器的一部分的橫截面。壁流式過(guò)濾器基材具有許多 被薄的多孔壁23分隔的方形平行通道14,所述薄的多孔壁從出口側(cè)被催化劑載體涂層44 涂覆。所述通道14在軸向上從所述基材的前端20向所述基材的后端22延伸。所述通道 14僅在一端開口。將所述通道的相對(duì)端封堵。在前端與后端之間W交替的棋盤圖案12布 置封堵端，從而使得廢氣21進(jìn)入向所述基材前端開口的通道24,穿過(guò)薄的多孔壁23,進(jìn)入 向所述基材后端開口的通道26,然后離開所述基材。特別是當(dāng)與本文所描述的催化劑組合 物組合時(shí)，所述壁23的孔隙率和孔徑對(duì)于氣體滲透而言足夠，但有效捕獲顆粒物質(zhì)的主要 部分（包括煙灰）。目P，在廢氣穿過(guò)過(guò)濾器時(shí)，所述廢氣攜帶的顆粒物質(zhì)被薄的多孔壁捕獲， 由此使得不含顆粒物的廢氣離開所述過(guò)濾器。所述顆粒物質(zhì)在過(guò)濾器上積聚直至再生所述 過(guò)濾器。
[0024] 所述通道的橫截面形狀沒有特別限制，并且例如可W為方形、圓形、楠圓形、矩形、 Ξ角形、六邊形等。用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的壁流式過(guò)濾器基材典型地包含約100-800cpsi(每平 方英寸通道數(shù)），例如約100至約400cpsi，約200至約300cpsi，或約500至約eOOcps。在 某些實(shí)施方案中，所述壁具有約0. 1至約1. 5mm如約0. 15至約0. 25mm、約0. 25至約0. 35mm 或約0. 25至約0. 50mm的平均壁厚度。 陽(yáng)0巧]轉(zhuǎn)到圖2A和2B，多孔壁23具有相對(duì)于廢氣流34穿過(guò)所述壁的典型方向的入口 側(cè)30和出口側(cè)32。所述入口側(cè)30具有暴露至向所述基材的前端開口的通道24的入口表 面40,并且所述出口側(cè)32具有暴露至向所述基材的后端開口的通道26的出口表面42。所 述過(guò)濾器還具有與出口表面42和入口表面40等距的中屯、50。如本文中所使用的，關(guān)于所 述薄的多孔壁的術(shù)語(yǔ)"入口側(cè)"30意指所述入口表面40和從所述入