高过滤效率壁流式过滤器制造技术

本发明专利技术涉及用于生产用于从气体中去除细小微粒固体的壁流式过滤器的方法，并且涉及其用于清洁内燃机的废气的用途。本发明专利技术还涉及对应生产的具有高过滤效率的废气过滤器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高过滤效率壁流式过滤器说明书本专利技术涉及用于生产用于从气体中去除细小微粒固体的壁流式过滤器的方法，并且涉及其用于清洁内燃机的废气的用途。本专利技术还涉及对应生产的具有高过滤效率的废气过滤器。机动车辆中内燃机的废气通常含有有害气体一氧化碳(CO)和烃类(HC)、氮氧化物(NOx)和可能的硫氧化物(SOx)，以及主要由固体含碳颗粒和可能附着的有机附聚物组成的微粒。这些被称为主要排放物。CO、HC和微粒是发动机燃烧室内的燃料不完全燃烧的产物。当燃烧温度超过1200℃时，进气中的氮和氧在气缸中形成氮氧化物。硫氧化物是有机硫化合物燃烧引起的，有机硫化合物中的少量始终存在于非合成燃料中。为了在未来符合适用于欧洲、中国、北美和印度的机动车辆的法定废气排放限制，需要从废气中大量去除所述有害物质。为了去除机动车辆废气中这些对健康和环境有害的排放物，已经开发了多种用于净化废气的催化技术，其基本原理通常基于引导需要净化的废气通过其上施加有催化活性涂层的流通式或壁流式蜂窝体。催化转化器促进不同废气组分的化学反应，形成无害产物，诸如二氧化碳、水和氮气。刚才所述的流通式或壁流式蜂窝体也被称为催化剂支撑体、载体或基材整料，因为它们在其表面上或在形成该表面的壁中携带催化活性涂层。催化活性涂层通常在所谓的涂覆操作中以悬浮液的形式被施加到催化剂支撑体上。在这方面，许多此类方法在过去由机动车废气催化转化器制造商公布(EP1064094B1、EP2521618B1、WO10015573A2、EP1136462B1、US6478874B1、US4609563A、WO9947260A1、JP5378659B2、EP2415522A1、JP2014205108A2)。内燃机的操作模式对于在每种情况下催化转化器中有害物质转化的可能方法至关重要。通常使用过量空气操作柴油发动机，大多数火花点火发动机则使用进气和燃料的化学计量混合物。化学计量表示平均正好有与完全燃烧所需的量一样多的空气可用于气缸中存在的燃料的燃烧。燃烧空气比λ(A/F比率；空气/燃料比率)设定了实际上可用于燃烧的空气质量mL，实际与化学计量空气质量mL，化学计量的关系：如果λ<1(例如，为0.9)，则表示“空气不足”并且论及富含废气混合物；λ>1(例如，为1.1)表示“过量空气”并且废气混合物被称为稀燃。表述λ＝1.1表示存在比化学计量反应所需的多10％的空气。当本文提及稀燃机动车辆发动机时，从而主要参考柴油发动机并且主要平均地稀燃火花点火发动机。后者是主要平均地以稀燃A/F比率(空气/燃料比率)操作的汽油发动机。相比之下，大多数汽油发动机使用平均化学计量燃烧混合物来操作。在这方面，表达“平均”将以下事实纳入考虑，即现代汽油发动机不是静态地以固定的空气/燃料比率(A/F比率；λ值)工作。相反，情况是具有λ＝1.0左右的空气比率λ的不连续过程的混合物由发动机控制系统预先确定，从而导致氧化与还原废气条件之间发生周期性变化。空气比率λ的这种变化对于废气净化结果十分重要。为此，将废气的λ值调节为具有很短的循环时间(约0.5Hz至5Hz)，并且在λ值＝1.0左右具有0.005≤Δλ≤0.07的振幅Δλ。平均而言，在此类操作状态下的废气因此应被描述为“平均”化学计量的。为了确保不使这些偏差在废气流过三元催化转化器时对废气净化结果产生负面影响，三元催化转化器中含有的储氧材料通过从废气中吸收氧气或根据需要将氧气释放到废气中来抵消这些偏差(R.Heck等人，CatalyticAirPollutionControl，CommercialTechnology，Wiley，第2版，2002年，第87页)。然而，由于车辆中发动机的动态操作模式，有时也出现背离该状态的另外的偏差。例如，在极端加速下或在惯性滑行过程中，可以调节发动机的操作状态以及因此调节废气的操作状态，并且平均而言可以是次化学计量的或超化学计量的。然而，稀燃火花点火发动机具有主要(即，燃烧操作的持续时间的大部分)以平均而言稀薄的空气/燃料比率燃烧的废气。来自稀燃废气的有害气体一氧化碳和烃类可容易地通过在合适的氧化催化剂上氧化而变得无害。在化学计量操作的内燃机中，可经由三元催化转化器消除所有三种有害气体(HC、CO和NOx)。由于稀燃发动机的高氧含量，氮氧化物还原为氮气(废气“脱氮”)更加困难。一种已知的方法是在合适的催化转化器或简称为SCR催化转化器上选择性催化还原(SCR)氮氧化物。该方法目前优选用于稀燃发动机废气的脱氮。废气中含有的氮氧化物在SCR方法中借助于从外部源计量进入废气道中的还原剂而被还原。氨用作还原剂，在SCR催化转化器处将废气中存在的氮氧化物转化成氮气和水。用作还原剂的氨可通过将氨前体化合物例如脲、氨基甲酸铵或甲酸铵计量到废气道中并且随后水解而可用。具有和不具有附加催化活性涂层的柴油微粒过滤器(DPF)或汽油微粒过滤器(GPF)是用于去除微粒排放物的合适聚集体。为了满足法律标准，希望当前和未来针对内燃机的废气后处理的应用不仅出于成本原因而且出于安装空间原因而将微粒过滤器(特别是壁流式类型的那些)与其他催化活性功能组合。与相同尺寸的流通式支撑体相比，使用微粒过滤器(无论是否经催化涂覆)导致废气背压显著增加，并且因此导致发动机扭矩减小或可能导致燃料消耗增加。为了甚至不进一步增加废气背压，催化转化器的催化活性贵金属的氧化载体材料或氧化催化剂材料的量通常在过滤器的情况下比在流通式支撑体的情况下以更小的量施加。因此，经催化涂覆的微粒过滤器的催化效果经常不如相同尺寸的流通式整料的催化效果。人们已经做出了一些努力来提供由于活性涂层而具有良好催化活性但仍具有最低可能废气背压的微粒过滤器。在一方面，已被证明有利的是催化活性涂层不作为多孔壁流式过滤器的壁上的层存在，而是过滤器的壁应散布有催化活性材料(WO2005016497A1、JPH01-151706、EP1789190B1)。为此，选择催化涂层的粒度，使得颗粒渗透到壁流式过滤器的孔中并且可通过煅烧将颗粒固定在那里。可通过涂层改善的过滤器的另一个功能是其过滤效率，即过滤效果本身。增加无催化活性的过滤器的过滤效率在WO2012030534A1中有所描述。在这种情况下，通过经由颗粒气溶胶沉积陶瓷颗粒，在入口侧的流动通道的壁上形成过滤层(“识别层”)。该层由锆、铝或硅的氧化物组成，优选为1nm至5μm范围内的纤维形式，并且具有大于10μm、通常25μm至75μm的层厚度。在涂覆过程之后，在热过程中煅烧所施加的粉末颗粒。US8388721B2中描述了通过喷雾干燥颗粒而在壁流式过滤装置的孔内涂覆。然而，在这种情况下，粉末应深深地渗透到孔中。壁的表面的20％至60％应保持烟尘颗粒可触及，从而打开。根据粉末/气体混合物的流速，可在入口侧和出口侧之间设定或多或少陡峭的粉末梯度。EP2727640A1中还描述了例如通过气溶胶发生器将粉末引入孔中。此处，使用含有例如氧化铝颗粒的气流以一定方式涂覆非催化涂覆的壁流式过滤器，该方式使得具有0.1μm至5μm粒度的完整颗粒作为多孔填料沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于生产用于纯化除去气体中的小微粒固体的壁流式过滤器的方法，其中将干燥粉末/气体气溶胶施加到干燥过滤器的入口区域，/n其特征在于，/n所述粉末含有通过对火焰中的金属前体的火焰水解或火焰氧化而产生的热解高熔点金属化合物，并且所述过滤器中的热解高熔点化合物的量少于5g/l。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181108 DE 102018127953.01.用于生产用于纯化除去气体中的小微粒固体的壁流式过滤器的方法，其中将干燥粉末/气体气溶胶施加到干燥过滤器的入口区域，
其特征在于，
所述粉末含有通过对火焰中的金属前体的火焰水解或火焰氧化而产生的热解高熔点金属化合物，并且所述过滤器中的热解高熔点化合物的量少于5g/l。


2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述热解高熔点化合物选自由二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、二氧化锆、氧化铈、氧化铁、氧化锌、前述氧化物的混合氧化物或它们的混合物组成的组。


3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，
其特征在于，
在施加到所述过滤器之前，使所述热解高熔点化合物经受剪切力。


4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
所述剪切力由选自由无磨损雾化器喷嘴、风筛、研磨机和挡板组成的组的一个或多个装置引起。


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【专利技术属性】
技术研发人员：M·根施，M·弗尔斯特，N·德伊拜尔，A·奥尔特斯多夫，J·科赫，
申请(专利权)人：优美科股份公司及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE