包含催化载体涂层的壁流式过滤器制造技术

一种用于处理由内燃机排放的包含颗粒物质的废气的催化型蜂窝体壁流式过滤器，该过滤器包括具有第一端和第二端的蜂窝体基底，该蜂窝体基底包括互连多孔壁阵列，该阵列限定出纵向延伸的第一通道和第二通道的阵列，其中第一通道在它们的侧面上与第二通道接界，并且水力直径大于第二通道，其中第一通道在蜂窝体基底的第一端是端堵塞的，和第二通道在蜂窝体基底的第二端是端堵塞的，其中第一通道的通道壁表面包含壁上型催化载体涂层。本发明专利技术还涉及一种包括该催化型过滤器的排气系统，和制造它的方法。

Wall flow filter with catalyst carrier coating

【技术实现步骤摘要】
包含催化载体涂层的壁流式过滤器本申请是基于申请号为201480065818.X、申请日为2014年12月1日、专利技术名称为“包含催化载体涂层的壁流式过滤器”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种催化型过滤器，其用于处理内燃机，特别是车辆内燃机所排放的包含颗粒物质的废气，该过滤器包括蜂窝体壁流式过滤器基底，该蜂窝体壁流式过滤器基底包括互连多孔壁的阵列，该阵列限定出纵向延伸的第一通道和第二通道的阵列，其中第一通道在它们的侧面上与第二通道接界，其中第一通道的端在蜂窝体的第一端处堵塞，和第二通道的端在蜂窝体的第二端处堵塞，该过滤器包括催化载体涂层(washcoat)。本专利技术还涉及一种制造这样的催化型过滤器的方法。
技术介绍
US5221484公开了一种催化过滤装置，用于将含颗粒的进料分离成滤液和含颗粒的滤饼，该催化过滤装置具有多孔材料的整料，其含有从入口端面向出口端面纵向延伸的多个通路，该催化过滤装置具有在该入口端面处和该出口端面处的通路的端中的多个塞子，以防止原料经过从入口端面到该出口端面的通路直接通过；选择微多孔膜以将该原料分离成滤液和含颗粒的滤饼，该膜施用到至少入口端面处的通路开口的壁表面，并且平均孔尺寸小于多孔材料的平均孔尺寸；该装置可以通过从该装置的入口端面取出滤饼来再生；并且将催化剂施用到该装置以在滤液经过该装置时催化滤液中的反应。US5221484中公开的装置被描述为用于燃烧气体的固定空气污染控制领域中的应用，可以从该废气中除去飞灰，而同时除去气态污染物例如氮氧化物、二氧化硫和挥发性有机蒸气；煤气化，其中期望的是除去颗粒物质，随后催化存在的一种或多种气态物质的反应；和氧化方法来从多种工业源中除去有机蒸气，以除去1970的美国清洁空气法案1990修正版中所列举的多种空气毒物。在一个例子中，将平均孔尺寸为12μm和孔隙率为50％的EX47堇青石整料用陶瓷膜包覆，该经包覆的整料然后在钒酸铵催化剂前体溶液中饱和。该钒酸盐然后在该整料中沉淀，并将该整料干燥然后煅烧，其将沉淀的钒酸盐转化成五氧化二钒。该整料通路然后用低温硬化粘固剂(粘结剂No.919，CotronicsCorp.)堵塞，以形成死端的过滤器。本专利技术人已经考虑了涂覆现代过滤器设计以用于处理车辆废气的方式，并且已经非常令人惊讶地发现对于某些非对称过滤器设计来说，所形成的涂覆产品提供了许多非常有用的优点，以直接用于排气系统或者与一种或多种另外的废气后处理部件一起用于排气系统。例如，令人期望的是可以使具体的催化载体涂层位于壁流式过滤器的仅一侧(出口)上。因此，在优选的布置中，将选择性催化还原(SCR)催化剂催化涂层置于壁流式过滤器的多孔通道壁内和仅在出口壁上，因为这种设计使得NOx去除和入口通道中所收集的烟灰的NO2-烟灰去除二者最大化(如果SCR催化剂存在于入口壁上，在可以发生NO2+烟灰反应(公开在欧洲专利公布341832中)之前，在壁上入口通道SCR催化剂上游产生的NO2可以通过SCR催化剂的反应来除去，即两种反应将彼此竞争)。非对称壁流式过滤器设计例如从WO2005/030365中已知，其公开了一种包括互连多孔壁的阵列的蜂窝体过滤器，该阵列定义出第一通道和第二通道的阵列。第一通道在它们的侧面上与第二通道接界，并且水力直径大于第二通道。第一通道具有正方形横截面，并且第一通道的角落具有一定的形状，以使得与第一通道的角落相邻的多孔壁的厚度和与第一和第二通道的边缘相邻的多孔壁的厚度相当。在使用中，具有较大水力直径的第一通道向上游侧取向。汽车工程协会SAE技术论文系列2007-01-0656解释了：“对于ACT设计，在清洁态存在着压力下降损失[对于催化型非对称室技术(ACT)壁流式过滤器]，这是由于在过滤器通道入口和出口处气体的收缩和膨胀。但是，在车辆上运行时，过滤器在完全清洁(充分再生)态花费了非常少的时间。”WO2005/030365还解释了非对称过滤器设计的优点包括增加了在蜂窝体过滤器的入口部分中可用于收集烟灰和灰颗粒的有效表面积，因此增加了该蜂窝体过滤器的整体储存能力。公知常识教科书“CatalyticAirPollutionControl–CommercialTechnology”，第3版，RonaldM.Heck等人，JohnWiley&Sons,Inc.，美国新泽西霍波肯(2009)第338-340页解释了：“这样的[非对称过滤器]通道设计能够获得更高的灰储存能力和相组合的更低的灰负载背压，这是由于在入口处较大的水力直径和更高的开口体积。该ACT设计还有助于保持过滤器的机械和热耐久性”。在研究过滤器可以涂覆的可选方式中，本专利技术人非常惊讶地发现，当将在任一端没有堵塞端的“非对称”蜂窝体基底用液体载体涂料涂覆，以预定的优先涂覆通道的壁上表面，并且所形成的涂覆蜂窝体基底的通道通过施加压缩空气或真空来清洁时，在涂覆前具有较大水力直径的通道保持涂覆有壁上载体涂层，而在涂覆前具有较小水力直径的通道上的壁上载体涂层被吹掉或脱去。保留在之前水力较大的、未涂覆的通道的壁表面上的涂料的量与未涂覆的、较小水力直径和未涂覆的、较大水力直径之间的水力直径的差值成比例，即一旦通道之间的背压平衡，则空气流不从具有未涂覆的、较大水力直径的通道清除所保留的壁上涂层，并且留下壁上涂层。
技术实现思路
涂覆包括非对称过滤器设计的壁流式过滤器基底的方法包括公开在申请人的WO99/47260中的那些，即涂覆整料载体的方法，其包括步骤：(a)将容纳装置放在载体上面，(b)将预定量的液体组分计量添加到所述容纳装置中，以先(a)后(b)或者先(b)后(a)的顺序，和(c)通过施加压力或真空，将所述液体组分抽入载体的至少一部分中，和将基本上全部的所述量保持在载体内；和WO2011/080525，即用包含催化剂组分的液体来涂覆包括多个通道的蜂窝体整料基底的方法，该方法包括步骤：(i)保持蜂窝体整料基底基本上竖直；(ii)将预定体积的液体经由基底下端的通道的开放端引入基底中；(iii)将所引入的液体密封保留在基底内；(iv)反转含有所保留的液体的基底；和(v)在反转的基底下端将真空施加到基底通道的开放端，以将液体沿着基底的通道抽入并进入通道壁中。但是，在根据本专利技术第一方面的一个优选的实施方案中，该壁流式过滤器仅在施涂了催化载体涂层之后才“构成”，即用于该壁流式过滤器，具有所需的孔隙率、平均孔尺寸、泡孔密度等的蜂窝体流通式基底(一种基底，其中全部通道是开放的，在任一端都没有插入端塞)用催化载体涂料涂覆，然后插入端塞来形成具有公知的壁流式过滤器布置的最终产品。在一个实施方案中，将载体涂层施用到不具有端塞的流通式基底的通道，该通道用来形成该壁流式过滤器的出口(或入口)通道，将这些通道(或未涂覆的通道组)的端堵塞，然后涂覆前面未涂覆的通道，然后将这些通道的端堵塞来形成公知的壁流式过滤器布置。可选地，根据本专利技术第二方面，上述的蜂窝体流通式基底(其中端塞已经插入其第一端中)首先用催化载体涂料涂覆，然后将端塞插入其第二端来形成壁流式过滤器。根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于处理由内燃机排放的包含颗粒物质的废气的催化型蜂窝体壁流式过滤器，该过滤器包括：/n具有第一端和第二端的蜂窝体基底，该蜂窝体基底包括互连多孔壁的阵列，该阵列限定出纵向延伸的第一通道和第二通道的阵列，/n其中第一通道在它们的侧面上与第二通道接界，并且水力直径大于第二通道，/n其中第一通道在该蜂窝体基底的第一端是端堵塞的，和第二通道在该蜂窝体基底的第二端是端堵塞的，/n其中第一通道的通道壁表面包含壁上型催化载体涂层，/n其中催化载体涂层位于壁上表面，渗入第二通道壁的该互连多孔壁中，或者同时位于壁上表面和渗入第二通道壁的该互连多孔壁中，/n其中第一通道和第二通道中的催化载体涂层各自选自烃阱、三元催化剂、NO

【技术特征摘要】
20131202 GB 1321265.91.用于处理由内燃机排放的包含颗粒物质的废气的催化型蜂窝体壁流式过滤器，该过滤器包括：
具有第一端和第二端的蜂窝体基底，该蜂窝体基底包括互连多孔壁的阵列，该阵列限定出纵向延伸的第一通道和第二通道的阵列，
其中第一通道在它们的侧面上与第二通道接界，并且水力直径大于第二通道，
其中第一通道在该蜂窝体基底的第一端是端堵塞的，和第二通道在该蜂窝体基底的第二端是端堵塞的，
其中第一通道的通道壁表面包含壁上型催化载体涂层，
其中催化载体涂层位于壁上表面，渗入第二通道壁的该互连多孔壁中，或者同时位于壁上表面和渗入第二通道壁的该互连多孔壁中，
其中第一通道和第二通道中的催化载体涂层各自选自烃阱、三元催化剂、NOx吸收剂、氧化催化剂、选择性催化还原(SCR)催化剂、H2S阱、氨泄漏催化剂(ASC)和贫NOx催化剂，
其中第一通道的催化载体涂层不同于第二通道的催化载体涂层，和
其中该蜂窝体基底具有轴长L，和第一通道中的载体涂层和第二通道中的载体涂层的轴长之和为轴长L的≥100％至<130％。


2.根据权利要求1所述的催化型蜂窝体壁流式过滤器，其中一种或两种催化载体涂层包含一种或多种分子筛。


3.根据权利要求2所述的催化型蜂窝体壁流式过滤器，其中该分子筛是未金属化的或者用选自以下至少一种金属来金属化：Cr、Co、Cu、Fe、Hf、La、Ce、In、V、Mn、Ni、Zn、Ga和贵金属Ag、Au、Pt、Pd和Rh。


4.用于内燃机的排气系统，该系统包含根据前述权利要求中任一项所述的催化型蜂窝体壁流式过滤器。


5.根据权利要求4所述的排气系统，其中第二通道向上游侧取向。


6.根据权利要求4或5所述的排气系统，其包含用于将还原剂流体注入该过滤器上游的废气中的装置。


7.根据权利要求6所述的排气系统，其中催化载体涂层为SCR催化剂，和该还原剂流体为氮化合物。


8.内燃机，其包含根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·阿鲁拉伊，G·R·钱德勒，N·R·柯林斯，P·R·菲利普斯，D·W·普雷斯特，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB