專利名稱：用于柴油機(jī)的排氣處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種排氣處理系統(tǒng)和用于除去來自柴油機(jī)排放氣流的污 染物的方法。更特別地，本發(fā)明涉及一種排氣處理系統(tǒng)和用于除去來自柴 油機(jī)排》文氣流的顆粒物和氮氧化物的方法。
背景技術(shù)：
壓縮點(diǎn)火柴油機(jī)作為車輛動(dòng)力設(shè)備具有重要的實(shí)用性和優(yōu)點(diǎn)，這是因 為它們的內(nèi)在高熱效率(即良好的燃料經(jīng)濟(jì)性)和在低速時(shí)的高扭矩。柴油
機(jī)在高A/F(空氣對(duì)燃料)比以及在非常貧燃料的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。因此這種柴 油機(jī)具有非常低的氣相烴和一氧化碳的排放。但是柴油排氣的特征在于相 對(duì)高的氮氧化物(NOx)和顆粒的排放。作為在52°C下的冷凝物測(cè)量的顆粒 排放物為含有固體(不可溶)碳煙塵顆粒、潤(rùn)滑油形式的液態(tài)烴和未燃燒的 燃料、所謂的可溶形有機(jī)部分(SOF)以及所謂的S03+H20=H2S04形式的 "硫酸鹽"的多相。
但是，從排放的觀點(diǎn)來看，柴油機(jī)存在的問題比它們的火花點(diǎn)火對(duì)立 面更嚴(yán)重。排放問題涉及顆粒物(PM)、氮氧化物(NOJ、未燃燒的烴(HC) 和一氧化碳(CO)。 NOx是用來描述不同氮氧化物的化學(xué)物種的詞語，包括 一氧化氮(NO)和二氧化氮(N02)，其中NO是受關(guān)注的，因?yàn)檎J(rèn)為它通過 一系列的日光和烴存在下的反應(yīng)經(jīng)歷被稱為光化學(xué)煙霧形成的過程，且它 對(duì)酸雨有顯著的貢獻(xiàn)。另一方面N02具有作為高潛力的氧化劑且有很強(qiáng)的 肺部刺激性。顆粒(PM)還涉及呼吸問題。隨著人們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行的旨 在減少柴油機(jī)上的顆粒和未燃燒的烴的改進(jìn)，N02的排放傾向于增加。
顆粒物的兩個(gè)主要的組分為揮發(fā)性有機(jī)部分(VOF)和煙塵部分(煙塵)。
VOF冷凝物在煙塵上的層中，并且^"生自柴油燃料和石油。VOF作為蒸 氣或作為氣溶膠(液態(tài)冷凝物的微細(xì)液滴)可以存在于柴油排放氣體中，這 取決于排放氣體的溫度。煙塵大部分由碳顆粒組成。由于其微細(xì)的顆粒尺 寸，來自柴油排放氣體的顆粒物是高度可吸入的，在高度暴露的水平上造 成健康危險(xiǎn)。此外，VOF含有稠環(huán)芳烴，其中有些懷疑為致癌物質(zhì)。
含有鉑系金屬、堿金屬和它們的組合的氧化催化劑已知通過促進(jìn)HC 和CO氣態(tài)污染物的轉(zhuǎn)化和一部分顆粒物通過這些污染物氧化為二氧4b碳 和水而方便了柴油機(jī)排放氣體的處理。這種催化劑通常包含在稱為柴油氧 化催化劑(DOC)的單元中，其放置在柴油機(jī)的排放氣體中以在排放氣體排 入大氣之前對(duì)其進(jìn)行處理。除了轉(zhuǎn)化氣態(tài)HC、 CO和顆粒物，含有柏系金 屬(其典型地分散于耐高溫氧化物載體上)的氧化催化劑促進(jìn)了一氧化氮 (NO)氧化為N02。
另一方面，煙塵常規(guī)上通過與柴油機(jī)排氣系統(tǒng)中的煙塵過濾器結(jié)合而 減少。煙塵過濾器由金屬絲網(wǎng)或更普通地由多孔性陶瓷結(jié)構(gòu)組成。但是， 煙塵一進(jìn)入過濾器，排氣系統(tǒng)中的背壓就增加。減輕這一背壓的策略是燃 燒沉積在過濾器上的煙塵，因此使過濾器暢通， 一些煙塵過濾器與特別用 于煙塵燃燒的催化劑(煙塵燃燒催化劑)結(jié)合。但是煙塵與空氣(含02)燃燒 的溫度超過了 500。C，取決于積聚在其上的煙塵，這可以破壞煙塵過濾器。
用于捕集顆粒物的現(xiàn)有技術(shù)中已知的過濾器為壁流式過濾器。這種壁 流式過濾器可以含有過濾器上的并且燃燒掉過濾的顆粒物的催化劑。通常 的構(gòu)造是多通道蜂窩結(jié)構(gòu)，其在蜂窩狀結(jié)構(gòu)的上游和下游側(cè)的交替通道的 末端被堵塞。這就導(dǎo)致在任一末端為棋盤型圖案。在上游或進(jìn)口端堵塞的 通道在下游或出口處開放。這就允許氣體進(jìn)入開放的上游通道，流過多孔 性壁并從具有開放下游末端的通道流出。要處理的氣體由通道開放的上游 末端通過催化結(jié)構(gòu)且通過堵塞住相同通道的下游末端防止了流出。氣體壓 力使氣體強(qiáng)制通過多孔型結(jié)構(gòu)壁中的在上游末端關(guān)閉的通道和在下游末 端開放的通道。這種結(jié)構(gòu)主要已知從排氣流中過濾器顆粒。通常這種結(jié)構(gòu)
具有在基質(zhì)上增強(qiáng)顆粒氧化的催化劑。公開這種催化結(jié)構(gòu)的典型的專利包
括美國(guó)專利3，卯4，551, 4，329，162, 4,340,403， 4,364,760， 4,403,008, 4,519,820， 4,559,193和4,563,414。
為了將HC和CO氣態(tài)污染物和顆粒，即煙塵顆粒通過催化這些污染 物氧化而轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，已知含有分散在耐高溫金屬氧化物載體上 的鉑系金屬的氧化催化劑用于處理柴油機(jī)的排氣中。
美國(guó)專利4，510，265描述了 一種自清潔的柴油排氣顆粒過濾器，其含有 鉑系金屬和釩酸銀的催化劑混合物，其存在降低了顆粒物開始點(diǎn)火和燃燒 時(shí)的溫度。其公開的過濾器包括排放的氣體以極小的壓力降通過的薄的多 孔性壁式蜂窩(單塊)或泡沫狀結(jié)構(gòu)。公開的有用的過濾器由陶瓷、 一般的 晶體、玻璃陶瓷、玻璃、金屬、水泥、樹脂或有機(jī)聚合物、紙張、織物纖 維和它們的組合制成。
美國(guó)專利5,100,632也描述了一種催化的柴油排^L氣體顆粒過濾器和 一種除去來自柴油機(jī)排氣的沉積物的方法。這種方法包括使排放氣體通過 具有多孔性壁的催化過濾器，所述壁上具有作為催化劑的鉑系金屬和堿土 金屬的混合物。催化劑混合物描述為用于使收集的顆粒物點(diǎn)火開始時(shí)的溫 度降低。
美國(guó)專利4,902,487涉及一種方法，其中柴油排放氣體通過過濾器以在 排放前除去來自它的顆粒。燃燒沉積在過濾器上的顆粒。根據(jù)公開的內(nèi)容， 顆粒與含N02的氣體一起燃燒。其公開了在其順流通過柴油顆粒被捕集的 過濾器之前，N02為在排放氣體中催化產(chǎn)生的。這種N02氧化劑用于在低 溫下有效燃燒收集的顆粒并且因此降低通常由于顆粒沉積在過濾器上導(dǎo) 致的背壓。它公開了在送入過濾器的氣體中應(yīng)該有足夠的N02以便有效燃 燒沉積的碳煙塵和類似的顆粒。已知公開的從NO形成N02的催化劑是有 用的。公開的這種催化劑包括鉑系金屬例如Pt、 Pd、 Ru、 Rh或它們的組 合，以及鉑系金屬氧化物。下游過濾器可以是任何常規(guī)的過濾器。在一個(gè) 特殊的實(shí)施方案中，陶瓷蜂窩單塊涂布有栽有Pt催化劑的氧化鋁修補(bǔ)劑面
涂層(washcoat)。顆粒過濾器在單塊的下游。^Hf了含碳顆粒通常以375。C 到500。C級(jí)的溫度燃燒。EP0 835 684A2公開了一種系統(tǒng)，其中上游催化 劑之后是流過型單塊下游催化劑之后。雖然美國(guó)專利4,902,487公開了制備 N02的益處，但是由于N02的毒性超過了 NO，美國(guó)專利5，157，007教導(dǎo)要 抑制N02。
美國(guó)專利4,714,694公開了氧化鋁穩(wěn)定的二氧化鈰催化劑組合物。它公 開了一種制備基質(zhì)的方法，包括用鋁化合物浸漬大塊二氧化鈰或大塊二氧 化鈰前體并煅燒浸漬的二氧化鈰以提供鋁穩(wěn)定的二氧化鈰。組合物進(jìn)一步 含有一種或幾種分散于其上的鉑系催化組分。C. Z. Wan等的美國(guó)專利 4,727,052和Ohata等的美國(guó)專利4，708，946使用了大塊的二氧化鈰作為不 是銠的鉑系金屬催化劑的載體。
美國(guó)專利5，597，771公開了二氧化鈰在催化劑組合物中既以大塊的形 式，例如顆粒物，又以與催化劑組合物中不同的組分緊密接觸的形式的應(yīng) 用。這種緊密的接觸可以通過結(jié)合含有二氧化鈰的組分與作為可溶性鈰鹽 的至少一些其它的組分而實(shí)現(xiàn)。 一旦實(shí)施加熱，例如通過煅燒鈰鹽成為二
氧化鈰。
美國(guó)專利4,624,940和5，057，483涉及含有顆粒的二氧化鈰-氧化鋯。已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)二氧化鈰可以均勾分散遍及氧化鋯基體達(dá)到二氧化鈰-氧化鋯復(fù)合 物總重量的30重量％以形成一種固態(tài)溶液。共形成的(例如共沉淀的)鈰的 氧化物-氧化鋯顆粒復(fù)合物可以增強(qiáng)含二氧化鈰-氧化鋯混合物的顆粒中二 氧化鈰的利用。這種二氧化鈰提供了氧化鋯的穩(wěn)定化并且還充當(dāng)了氧儲(chǔ)存 組分。，483專利公開了可以將釹和/或釔加入到二氧化鈰-氧化鋯復(fù)合物中 以Y吏得到的氧化物的性質(zhì)改性為所期望的。
美國(guó)專利5,491,120公開了含有二氧化鈰和大塊的可以是氧化鈦、氧化 鋯、二氧化鈰-氧化鋯、氧化硅、氧化鋁-氧化硅和a-氧化鋁中的一種或幾 種的第二金屬氧化物的氧化催化劑。
美國(guó)專利5，627，124公開了含有二氧化鈰和氧化鋁的氧化催化劑，其公
開了每一個(gè)都具有至少大約10 mVg的表面積。公開的二氧化鈰和氧化鋁 的重量比為1.5:1到1:1.5。其還進(jìn)一步公開了任選包括鉑。公開了氧化鋁 優(yōu)選為活化的氧化鋁。美國(guó)專利5,491,120公開了含有二氧化鈰和大塊的可 以是氧化鈦、氧化鋯、二氧化鈰-氧化鋯、氧化硅、氧化鋁-氧化硅和a-氧 化鋁中的 一種或幾種的第二金屬氧化物的氧化催化劑。
用于小型固定發(fā)電設(shè)備、船舶應(yīng)用、以及2/3輪車輛的柴油機(jī)需要顆 粒排放控制。這些應(yīng)用的決定了精密復(fù)雜的捕集和再生控制方法是不可行 的。本發(fā)明描述了一種捕集顆粒的簡(jiǎn)單、靜態(tài)的裝置，其任選可以自我再 生和氧化氣態(tài)排放物。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及一種用于處理來自柴油機(jī)的排放氣體排放流的排氣處理 系統(tǒng)。本發(fā)明的排放處理系統(tǒng)包括，以組合或順序的形式，上游氧化催化 劑例如柴油氧化催化劑(DOC)，顆粒過濾器和任選的下游催化元件或用于 處理和/或轉(zhuǎn)化排》文氣流中任何殘余排放污染物的清潔催化劑。任選地，這 種顆粒過濾器可以用煙塵燃燒催化劑催化以再生其捕集功能。
附圖概述
圖i為才艮據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的發(fā)動(dòng)機(jī)排放處理系統(tǒng)的示意圖； 圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的一體化排放處理系統(tǒng)；
圖3a為說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的金屬泡沫捕集器大體構(gòu)造的 剖面碎見圖3b為金屬泡沫捕集器三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)放大的片段示意圖。 發(fā)明詳述
本發(fā)明涉及一種排放處理系統(tǒng)和用于處理來自柴油機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)排放 氣流排放物的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的排放處理系統(tǒng)在小型的
柴油機(jī)中具有特殊的用途。根據(jù)本發(fā)明，小型柴油機(jī)包括已知的固定柴油 機(jī)和用于輕型商業(yè)車輛中的柴油機(jī)，其含有少于l-升的總發(fā)動(dòng)機(jī)排量。這 種小型柴油機(jī)的實(shí)例包括但不限于固定發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶發(fā)電機(jī)、電力發(fā)生單
元(通常指的是發(fā)電設(shè)備)和2-或3-輪的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)。更特別的是本發(fā)明涉 及一種用于排放氣體排放污染物例如未燃燒的烴(HC)、 一氧化碳(CO)、顆 粒物和氮氧化物(NOx)的處理和/或轉(zhuǎn)化的排放處理系統(tǒng)。
本發(fā)明的排放處理系統(tǒng)可以是一體化系統(tǒng)，其以組合或順序的形式包 含上游氧化催化劑，例如柴油氧化催化劑，顆粒過濾器和任選的下游催化 元件或用于排放氣流中任何殘余排放污染物的處理和/或轉(zhuǎn)化的清潔催化 劑。在這個(gè)實(shí)施方案中，排放處理系統(tǒng)是"一體化"的，這是因?yàn)樯嫌窝趸?催化劑、顆粒過濾器和下游催化元件或清潔催化劑都包含在單獨(dú)的罐中， 因此其構(gòu)成單獨(dú)的排放處理裝置。氧化催化劑、顆粒過濾器和下游催化元 件相互之間流體連通以允許發(fā)動(dòng)機(jī)排放氣體按照從發(fā)動(dòng)機(jī)流過氧化催化 劑，再流過顆粒過濾器并且最后流過下游催化元件并流出排放處理系統(tǒng)的 順序流動(dòng)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，顆粒過濾器可以任選用用于過濾器再生 的煙塵燃燒催化劑催化。在這個(gè)實(shí)施方案的實(shí)踐中，上游氧化催化劑增高 了排放氣流的溫度，因此幫助催化劑在下游顆粒過濾器中點(diǎn)火(light-ofi)。
通過引用

圖1可以更容易的了解本發(fā)明的排放處理系統(tǒng)，其描述了根 據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的排放處理系統(tǒng)2的圖示。對(duì)于圖1，含有氣態(tài)污 染物(例如未燃燒的烴、 一氧化碳和NO》和顆粒物的排放氣流通過管線6 從發(fā)動(dòng)機(jī)4傳送到氧化催化劑8。在氧化催化劑8中，未燃燒的氣態(tài)烴和 不揮發(fā)的烴(即VOF)以及一氧化碳大部分燃燒以形成二氧化碳和水。使用 氧化催化劑基本除去VOF,特別是幫助防止在定位于排放處理系統(tǒng)中的下 游的顆粒過濾器12上過量的顆粒物的沉積(即堵塞)。此外， 一部分NOx 組分的NO在氧化催化劑中氧化為N02。之后排放氣流通過管線10傳送 到捕集存在于排i文氣流中的顆粒物和/或催化劑毒物的顆粒過濾器12。任
選地，顆粒過濾器可以用用于顆粒過濾器12再生的煙塵燃燒催化劑催化。 除去顆粒物后，通過顆粒過濾器12將排放氣流通過管線14傳送到下游催 化元件16用以處理和/或轉(zhuǎn)化排放氣流中任何殘余的排-文污染物。下游催 化元件16可以用例如氧化催化劑修補(bǔ)劑面涂層或三元轉(zhuǎn)化催化劑催化。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的排放處理系統(tǒng)可以歸并在一個(gè)罐或室 內(nèi)。圖2描述了一體化排放處理系統(tǒng)20的圖示。 一體化排放處理系統(tǒng)20 包括上游催化劑部分22、中間的顆粒過濾器部分24和下游催化元件26。 在處理排放氣體氣流時(shí)，排放氣體從發(fā)動(dòng)機(jī)流過一體化排放處理系統(tǒng)20 以處理和/或轉(zhuǎn)化排放氣體排放污染物，例如未燃燒的烴(HC)、 一氧化碳 (CO)、顆粒物和氮氧化物(NOx)以及顆粒物。排放氣體依次流過上游氧化 催化劑部分22、中間的顆粒過濾器部分24和下游催化元件26。
通常，本發(fā)明的氧化催化劑可以為任何已知的氧化催化劑(例如柴油氧 化催化劑(DOC))，其為未燃燒的氣態(tài)的和不揮發(fā)的烴(即VOF)以及一氧化 碳提供了有效的燃燒。優(yōu)選地，用于本發(fā)明的氧化催化劑是耐硫的氧化催 化劑。此外，氧化催化劑可以有效的將相當(dāng)部分NOx組分中的NO轉(zhuǎn)化為 N02。這里使用的"將相當(dāng)部分NOx組分中的NO轉(zhuǎn)化為N(V，一詞可以為 至少20%，且優(yōu)選在30到60%之間。催化劑組合物具有現(xiàn)有技術(shù)中已知 的這些性質(zhì)，并且包括鉑系金屬和堿金屬基組合物。
為了將烴和一氧化碳?xì)鈶B(tài)污染物通過這些污染物氧化催化為二氧化 碳和水，已知含有分散在耐高溫金屬氧化物載體上的鉑系金屬的氧化催化 劑用于處理柴油機(jī)的排氣中。這種催化劑通常在單元中，其被含有稱為柴 油氧化催化劑，或更普通地，催化轉(zhuǎn)化劑或催化體的物質(zhì)，它放置在從柴 油動(dòng)力系統(tǒng)到排放到大氣之前處理排氣的排氣流動(dòng)路徑中。典型地，柴油 氧化催化劑在陶瓷或金屬載體上形成(例如如下文所述流過型單塊載體)， 催化修補(bǔ)劑面涂層組合物沉積在其上。這里使用的"修補(bǔ)劑面涂層，，一詞在 現(xiàn)有技術(shù)中通常表示應(yīng)用于基質(zhì)載體物質(zhì)例如蜂窩型載體部分的催化的 或其它物質(zhì)的薄的粘附的涂層。
本發(fā)明的氧化催化劑修補(bǔ)劑面涂層可以含有承載于耐熱金屬氧化物， 例如活性氧化鋁上的基礎(chǔ)金屬催化試劑、鉑系金屬催化試劑或二者的組 合?；A(chǔ)金屬催化試劑可以包括稀土金屬氧化物，特別是氧化鑭，氧化鈰 和氧化鐠，優(yōu)選的鉑系金屬催化試劑可以包括柏、鈀、銠和它們的組合。 有用的耐高溫金屬氧化物可以包括氧化硅、氧化鋁、，氧化鋁、氧化鈥、 氧化鋯、氧化硅-氧化鋁和二氧化鈰-氧化鋯。任選地，催化修補(bǔ)劑面涂層 組合物還可以包含其它添加劑例如促進(jìn)劑和穩(wěn)定劑。
例如，在美國(guó)專利5，100，632('632專利)還描述了用于形成氧化催化劑 的柏系金屬基組合物，這里通過參考文獻(xiàn)并入。'632專利描述了具有鉑、 鈀、銠和釕以及堿土金屬氧化物例如氧化鎂、氧化鈣、氧化鍶或氧化鋇的 混合物的組合物，其中鈿系金屬和堿土金屬之間的原子比為大約1:250到 大約l:l，且優(yōu)選為大約1:60到1:6。
其它可以用于排放處理系統(tǒng)的氧化催化劑組合物含有分散于高表面 積、耐高溫的氧化物載體(例如"氧化鋁)上的鉑系組分(例如鉑、4巴或銠組 分)，任選地可以與沸石組分(例如p沸石)聯(lián)用。在美國(guó)專利5，100，632(，632 專利)中描述了適合用于形成氧化催化劑的鉑系金屬基組合物，這里通過參 考文獻(xiàn)并入。'632專利描述了具有鉑、鈀、銠以及釕中和/或堿土金屬氧化 物例如氧化鎂、氧化鈣、氧化鐠或氧化鋇的一種或幾種的混合物的組合物， 其中鉑系金屬和堿土金屬之間的原子比為大約1:250到大約l:l，且優(yōu)選為 大約1:60到1:6。
適用于氧化催化劑的組合物還可以使用基礎(chǔ)金屬作為催化試劑。例如 這里通過參考文獻(xiàn)并入的美國(guó)專利5,491,120公開了包括具有至少大約10 m2/g的BET表面積的催化物質(zhì)且基本由大塊第二金屬氧化物組成的氧化 催化劑組合物，所述第二金屬氧化物可以是氧化鈦、氧化鋯、二氧化鈰-氧化鋯、氧化硅、氧化鋁-氧化硅、氧化鋁和a-氧化鋁中的一種或幾種。
這里通過參考文獻(xiàn)并入的美國(guó)專利5，462，卯7('907專利)還公開了一種 有用的催化劑組合物。'907專利教導(dǎo)了包括含有二氧化鈰和氧化鋁的催化
物質(zhì)的組合物，二氧化鈰和氧化鋁每一種都具有至少大約10 mVg的表面
積，例如二氧化鈰和活性氧化鋁的重量比為大約1.5:1到1:1.5。任選地，
鉑可以包括在，907專利描述的組合物中，其量有效的促進(jìn)了 CO和未燃燒
的烴的氣相氧化，但是其受到排除SO過量氧化為S02的限制。作為另一
選擇，鉑可以以任何期望的量包括在催化物質(zhì)中。
耐硫催化劑可以是優(yōu)選的。通常，可以使用任何已知的耐硫催化劑，
例如美國(guó)專利5,145,825公開的氧化催化劑。'825專利公開了一種抵抗硫
的氧化物的鈍化的氧化催化劑，且其用于例如那些存在于進(jìn)一步含有SOx
的廢棄物和排放氣流中的一氧化碳和烴的氧化中。根據(jù)'825專利，典型的
用于商購(gòu)獲得的氧化催化劑中的氧化鋁耐高溫基質(zhì)用通過添加氧化鈥或
氧化鋯穩(wěn)定的氧化硅代替以獲得可以有效錨定的貴重金屬組分并耐受SOx 的降解和鈍化的基質(zhì)。
典型地，氧化催化劑涂布在陶瓷或金屬載體上(下文更詳細(xì)描述的例如 蜂窩狀流過型單塊基質(zhì))，催化修補(bǔ)劑面涂層組合物可以沉積在其上。正如 上面所討論的，催化修補(bǔ)劑面涂層通常含有一種或幾種基礎(chǔ)金屬催化試 劑，鉑系金屬催化試劑或二者的組合，其承載于一種或幾種耐高溫金屬氧 化物例如活性氧化鋁上。由于它們涂于其上的基質(zhì)和/或由于它們固有的氧 化催化活性，這些氧化催化劑可以提供一些水平的顆粒除去。由于顆粒過 濾器上的顆粒物的減少可以改善顆粒過濾器捕集顆粒物和/或催化劑毒物 的效率，從顆粒過濾器的排放氣流上游除去一些顆粒物可以是優(yōu)選的。
用于本發(fā)明的載體相對(duì)于分散于其上的催化組合物應(yīng)該是惰性的。優(yōu) 選的載體由類似陶瓷的物質(zhì)組成，例如堇青石、a-氧化鋁、氮化珪、氧化 鋯、多鋁紅柱石、鋰輝石、氧化鋁-氧化硅-氧化鎂或硅酸鋯或耐高溫金屬， 例如不銹鋼。載體優(yōu)選的類型有時(shí)候指的是蜂窩狀或單塊載體，含有具有 多數(shù)微細(xì)的氣體基本平行流動(dòng)通過延伸于其中的通道的單元圓柱體并與 栽體的兩個(gè)端面相連以提供"流過"型載體。這種單塊載體可以含有橫截面 每平方英寸高達(dá)大約700或者更多的流動(dòng)通道("小室")，雖然可以利用少
得多的。例如，載體可以具有每平方英寸大約7到600、更通常為大約200 到400的小室("cpsi")。流過型載體優(yōu)選作為用于催化劑的基質(zhì)。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的上游氧化催化劑涂布在具有大約 50到大約200 cpsi的低小室密度的流過型載體上。使用低小室密度的流過 型載體防止了流動(dòng)通道被包含在排放氣流中的煙塵和其它顆粒物堵塞。這 些單元可以具有矩形、正方形、圓形、橢圓形、三角形、六邊形或其它多 邊形形狀的橫截面。
本發(fā)明的排氣處理系統(tǒng)還可以包含顆粒過濾器或煙塵過濾器以捕集 顆粒物和/或催化劑毒物，由此防止煙塵和/或毒物排放到下游催化元件或 清潔催化劑中和/或直接排放到大氣中。通常，任何現(xiàn)有技術(shù)已知的顆粒過 濾器都可以使用，包括例如金屬網(wǎng)狀或篩狀結(jié)構(gòu)的過濾器、蜂窩狀壁流式 過濾器、纏繞的或填充的纖維過濾器、開放小室泡沫式、燒結(jié)金屬粉末過 濾器、燒結(jié)金屬纖維過濾器、穿孔金屬箔過濾器或陶瓷纖維復(fù)合材料過濾 器等。
顆粒或煙塵過濾器典型的由耐高溫材料形成，例如陶瓷或金屬。在本 發(fā)明的實(shí)踐中，顆粒過濾器可以放置在罐中(也指室)，它引導(dǎo)著流體流通 過罐入口到過濾器的入口側(cè)、通過過濾器且之后流出過濾器罐而進(jìn)行處 理。用于本發(fā)明目的的顆粒過濾器包括排放氣體穿過物體不會(huì)導(dǎo)致太大的 壓力降或背壓增加的結(jié)構(gòu)。陶瓷基質(zhì)可以由任何合適的耐高溫材料制成， 例如堇青石、堇青石-氧化鋁、氮化硅、鋯石多鋁紅柱石、鋰輝石、氧化鋁 -氧化硅-氧化鎂、硅酸鋯、硅線石、硅酸錳、鋯石、透鋰長(zhǎng)石、氧化鋁、a-氧化鋁、鋁硅酸鹽及其類似物。
對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說顯而易見的是N02可以燃燒顆
粒物而不需要催化劑的幫助，壁流式過濾器可以包含位于不同的催化載體 上或在過濾器中的催化試劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，顆粒過濾器可以涂布有 一種或幾種在較低溫下，例如150-300。C促進(jìn)顆粒物燃燒的催化試劑。催 化試劑可以例如4吏用催化修補(bǔ)劑面涂層沉積在顆粒過濾器上。對(duì)用二氧化
氮燃燒顆粒物有效的催化試劑包括催化劑載體(例如活性氧化鋁、氧化鋯)
上的鉑。其它對(duì)促進(jìn)煙塵燃燒有效的催化劑包括V205、 W03 、 Ag20、 Re207、 Ce02、 Fe02、 Mn02、 NiO、 CuO和它們的組合。這些催化試劑可以單獨(dú) 使用或在載體上使用，例如氧化鋁或氧化鋯。
在一些實(shí)施方案中優(yōu)選在煙塵過濾器上沉積貧NOx催化劑以促進(jìn)未 燃燒的烴與N02或02燃燒。在較高的溫度下，優(yōu)選在高于至少150。C下， N02用于未燃燒的烴有效的氧化。貧NOx催化劑在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的且 包括摻雜了鉑或銠的沸石材料。優(yōu)選的貧NOx催化劑為鉑摻雜的ZSM-5。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，顆粒過濾器為部分顆粒過濾器，例如 泡沫基質(zhì)顆粒過濾器。在極為小型的柴油機(jī)的排氣流中典型的具有較低水 平的顆粒，對(duì)顆粒減少的要求可以不像對(duì)汽車柴油機(jī)那樣高。部分顆粒過 濾器理解為捕集排氣流中的一些但不是全部顆粒物的部分顆粒過濾器。在 一個(gè)實(shí)施方案中，排氣流中典型的少于90%的顆粒物被捕集。但是捕集了 排氣流中少于85%以及少于60%的顆粒物的部分顆粒過濾器也可作為實(shí) 例。這種部分顆粒過濾器的實(shí)例包括但不限于篩狀過濾器、網(wǎng)狀過濾器、 泡沫過濾器、箔狀過濾器、波紋狀金屬過濾器、非透過性過濾器和其它非 壁流式過濾器(參見例如美國(guó)專利4,597,262; 6,576,032; 6,773,479和 6,857,188,此處通過參考文獻(xiàn)引入)。泡沫基質(zhì)顆粒過濾器的用途可以特別 用于小型柴油機(jī)，例如固定發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶發(fā)電機(jī)、電力發(fā)生單元(通常被稱 為發(fā)電設(shè)備)或者2-或3-輪汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，其中并不要求使用高成本、高效率 的顆粒過濾器，例如壁流式顆粒過濾器。由于泡沫顆粒過濾器內(nèi)在的結(jié)構(gòu) 和流過的特性，泡沫基質(zhì)例如金屬泡沫基質(zhì)允許充分的顆粒物捕集和/或催 化劑毒物而不會(huì)引起相關(guān)的顯著的背壓且不要求潛在的通過燃燒掉捕集 的煙塵的顆粒過濾器再生。
本發(fā)明的金屬泡沫基質(zhì)形成一個(gè)包含金屬小室或由用于小室壁的支 撐體組成的孔隙的開放或網(wǎng)狀的基質(zhì)結(jié)構(gòu)，參見圖3a和圖3b。金屬泡沫 基質(zhì)可以進(jìn)一 步描述為具有多數(shù)個(gè)不規(guī)則形狀通道的多孔性基體，其中排
放氣體經(jīng)受多重任意的迂回并從捕集器的上游一側(cè)轉(zhuǎn)而移向下游一側(cè)，參
見圖3b。這種湍流的或曲折的流動(dòng)路徑被大量的縫隙、孔隙、通道或類似 的導(dǎo)致液體和/或氣體在那里流動(dòng)成為湍流或基本非薄片狀的結(jié)構(gòu)特征所 限定，并且使基質(zhì)具有流動(dòng)通過基質(zhì)的流動(dòng)路徑的單位全部體積的高表面 積，例如引起其中的流體的高傳質(zhì)區(qū)域的特征。相反，稠密的基質(zhì)例如板、 管、箔和類似的基質(zhì)，不管其是否穿孔，其具有對(duì)于單位流動(dòng)通過基質(zhì)的 路徑的全部體積的相對(duì)小的表面積并且基本并不破壞那里的層流。金屬泡 沫的開放式或網(wǎng)狀的基質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要性不僅在于提供了高的傳質(zhì)區(qū)，還在 于這種開放式結(jié)構(gòu)降低了背壓。
本發(fā)明的金屬泡沫捕集器可以再次通過圖3a和圖3b更容易的進(jìn)行評(píng) 價(jià)，圖3a描述了金屬泡沫捕集器的示意透視圖，圖3b描述了金屬泡沫捕 集器的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)放大的片段示意圖，二者均不限制本發(fā)明的實(shí)施方 案。對(duì)于圖3a和圖3b，金屬泡沫捕集器30罩在罩單元32內(nèi)。該圖顯示
了構(gòu)成用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流的曲折通道的金屬支撐體的一個(gè)開放式網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)34和孔隙36。金屬泡沫優(yōu)先收集主要?dú)庀嘀械念w粒物并充當(dāng)物理屏障 以放置有毒的物種與下游單塊貴金屬催化劑接觸。
由于這些金屬泡沫結(jié)構(gòu)具有比稠密基質(zhì)更高的表面積以及由于它們 允許流體從那里流動(dòng)通過，因此它們非常適合用于制備用于液體或氣體帶 來的顆粒物和/或催化劑毒物的捕集的過濾器膜。此外，高的表面積為活性 物種提供了改進(jìn)的傳質(zhì)，因此提高了金屬泡沫捕集顆粒物和/或催化劑毒物 的效率。
制備泡沫型金屬的方法是已知的，參見通過參考文獻(xiàn)并入本文的美國(guó) 專利3，111，396，在現(xiàn)有技術(shù)中建議使用泡沫型金屬作為催化物質(zhì)的載體， 參見例如SAE Technical Paper 971032: Aran D. Jatkar在International Congress and Exposition, Detroit, Michigan, 1997年2月24-27日，所 報(bào)告的題目為"A New Catalyst Support Structure For Automotive Catalytic Converters"的文章，以及Pestryakov等，Journal of AdvancedMaterials, 1(5)， 471-476(1994)。金屬泡沫可以用不同的方法表征，其中 一些涉及金屬分配于其上的初始有機(jī)基質(zhì)的性質(zhì)?，F(xiàn)有:^支術(shù)中確i^的泡沫 型金屬基質(zhì)的一些特征包括小室尺寸、密度、自由體積和比表面積。例如 泡沫型基質(zhì)的表面積可以是具有相同尺寸的固體基質(zhì)的1500倍。 Pestryakov等指出，用于催化劑元件的載體的泡沫型金屬基質(zhì)可是具有0.5 到5 mm范圍內(nèi)的平均小室直徑，且它們可以具有大約80到98%的自由 體積，例如百分之3到15的泡沫基質(zhì)體積可以是金屬構(gòu)成的?；|(zhì)的孔隙 度可以在每英寸3到80個(gè)孔(ppi)的范圍內(nèi)，例如從3到30ppi，或者從3 到10ppi，或者從3到5ppi。在說明性的10到80ppi的范圍內(nèi)，其它特 征例如每平方英寸上小室數(shù)可以在100到6400的范圍內(nèi)，且估計(jì)的網(wǎng)直徑 可以在O.Ol英寸到0.04英寸間變化。這種泡沫可以是開放小室網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 基于網(wǎng)狀/相互連接的網(wǎng)狀前體。它們典型地具有隨著孔隙度變化在大約 10 ppi時(shí)為每平方英尺泡沫大約700平方米(mVft"到大約60 ppi時(shí)為4000 mVftS等的范圍內(nèi)的表面積。其它合適的金屬泡沫基質(zhì)具有在大約10 ppi 時(shí)每立方英尺泡沫基質(zhì)大約200平方英尺(ftVft"到大約80 ppi時(shí)大約1900 ftVftS的表面積。一種這樣的基質(zhì)具有大約1.6+/-0.2毫米的厚度以及110 ppi 的孔隙度時(shí)的500 g/m的比重。它們可以具有在每立方厘米0.1到0.3克范 圍內(nèi)的體積密度(g/cc)。
金屬泡沫基質(zhì)可以由多種金屬形成，包括鐵、鈦、鉭、鎢貴金屬，普 通可燒結(jié)的金屬例如銅、鎳、青銅等，鋁、鋯等以及它們的組合或合金， 例如鋼、不銹鋼、Hastalloy、 Ni/Cr、 Inconel(鎳/鉻/鐵)、Monel(鎳/銅)和 Fecralloy(鐵/鉻/鋁/釔)。在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬泡沫基質(zhì)選自由不銹鋼、 鈦、Fecralloy、鋯酸鋁、鈦酸鋁、磷酸鋁、堇青石、多鋁紅柱石和剛玉組 成的組。在另一個(gè)實(shí)施方案中，以FecralIoy(FeCrAlY)為例。適合本發(fā)明 使用的金屬泡沫基質(zhì)具有占體積大約3%到大約10%的泡沫性基質(zhì)。還可 以以大約6%到大約8%為例。
金屬泡沫捕集器優(yōu)選涂布有高表面積的組分，所述組分含有預(yù)處理的
金屬熱電弧噴霧層和任選的修補(bǔ)劑面涂層，例如氧化鋁、氧化鈰和氧化鋯。 金屬熱電弧噴霧層可以用于促進(jìn)修補(bǔ)劑面涂層的粘附。本發(fā)明的金屬熱電 弧噴霧層通常可以用熱噴霧的方法應(yīng)用，包括等離子噴霧、單線等離子噴 霧、高速氧燃料噴霧、燃燒線和/或粉末噴霧、電弧噴霧等。
在本發(fā)明的 一個(gè)方面，在泡沫基質(zhì)上金屬(這里和權(quán)利要求中4吏用的這 一詞語包括金屬的混合物，包括但不限于金屬合金，假合金和其它金屬間 組合)的電弧噴霧例如雙線電弧噴霧得到了作為用于修補(bǔ)劑面涂層的基質(zhì) 具有出乎意料的出眾的效用，例如耐高溫金屬氧化物。雙線電弧噴霧(包括 這里的詞語"線電弧噴霧"和廣義的詞語"電弧噴霧，，)是一種已知的方法，參
見例如這里通過引用并入的美國(guó)專利4,027,367。簡(jiǎn)要描述，在雙線電弧噴
霧方法中，兩種原料線用作兩種可消耗的電極。在將它們送入類似線火焰
槍噴槍噴嘴中時(shí)，這些線相互之間是絕緣的。線在噴嘴中產(chǎn)生的氣流的中
心相遇。電弧在線之間引發(fā)并且電流流過線導(dǎo)致它們的末端熔化。壓縮霧
化氣體，通常是空氣，通過噴嘴并穿過電弧區(qū)，切斷熔融的液滴形成推進(jìn)
到基質(zhì)上的霧。因?yàn)樵媳仨毷菍?dǎo)電的，因此只有金屬線原料可以用于電
弧噴霧系統(tǒng)中。通過噴槍形成的高粒子溫度在金屬基質(zhì)的碰撞點(diǎn)上產(chǎn)生出 微小的焊接區(qū)。結(jié)果，這種電弧噴霧層(這里有時(shí)候指的是"錨定層")具有
良好的粘接強(qiáng)度和與基質(zhì)非常好的粘接結(jié)合。
根據(jù)本發(fā)明，多種組合物的熱電弧噴霧層可以通過^f吏用并不限于以下 的金屬和金屬混合物而沉積在金屬泡沫基質(zhì)上Ni、 Ni/Al、 M/Cr、 Ni/Cr/Al/Y、 Co/Cr、 Co/Cr/Al/Y、 Co脂Cr/Al/Y、 Fe/Al、 Fe/Cr、 Fe/Cr/Al、 Fe/Cr/Al/Y、 Fe/Ni/Al、 Fe/Ni/Cr, 300和400系列的不銹鋼以及任選的它 們的一種或多種的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬熱電弧噴霧層可以含 有鎳和鋁。在金屬熱電弧噴霧層中鋁可以構(gòu)成大約3到10%、任選為大約 6到8%的鎳和鋁的結(jié)合重量。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，高表面積的耐高溫層可以涂布在金屬熱 電弧噴霧層上面。有用的高表面積耐高溫層包括一種或幾種耐高溫氧化
物。這些氧化物包括例如，氧化珪和金屬氧化物例如氧化鋁，包括混合氧 化物形式例如氧化硅-氧化鋁、可以是無定形的或結(jié)晶的鋁硅酸鹽、氧化鋁 -氧化鋯、氧化鋁-氧化鉻、氧化鋁-氧化鈰及其類似物。在另一個(gè)實(shí)施方案 中，載體基本可以由優(yōu)選包括Y或活性氧化鋁族在內(nèi)的氧化鋁組成，例如 Y和T1氧化鋁以及如果存在的話，少量的其它耐高溫氧化物，例如大約高
達(dá)20重量％。期望的活性氧化鋁具有30到300 m2/g的比表面積。
其它合適的用于耐高溫金屬氧化物層的材料包括氧化鋁、氧化硅、氧 化鈦、氧化鈦-氧化鋁、氧化硅-氧化鋁、鋁硅酸鹽、氧化鋯、氧化鈦-氧化 鋯、氧化鋁-鋯、氧化鋁-鉻、氧化鋇-氧化鋁等。這些材料優(yōu)選以它們的高 表面積的形式4吏用。例如，氧化鋁優(yōu)于a-氧化鋁。另夕卜，耐高溫層可以由 任何合適的耐高溫材料制成，例如堇青石、堇青石-a-氧化鋁、氮化硅、鋯 多鋁紅柱石、鋰輝石、氧化鋁-氧化硅-氧化鎂、硅酸鋯、硅線石、硅酸鎂、 氧化鋯、透鋰長(zhǎng)石(petallite)、 a-氧化鋁和鋁硅酸鹽(alumino-silicate)。在本 發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，耐高溫層可以選自由耐高溫氧化物例如氧化鋁、 氧化鈦、氧化鋯、氧化鋯-氧化鋁、氧化鋯-氧化鈦、氧化鈦-氧化鋁、氧化 鑭-氧化鋁、氧化鋇-氧化鋯-氧化鋁、氧化鈮-氧化鋁和氧化硅-瀝濾的堇青 石組成的組。
耐高溫金屬氧化物層優(yōu)選本質(zhì)為多孔性的且具有高的表面積，例如氧 化鋁，優(yōu)選為，氧化鋁。載體材料的選擇對(duì)本發(fā)明并非關(guān)鍵，期望的耐高 溫金屬氧化物載體將具有大約5到大約350 mVg之間的表面積。典型地， 載體將表現(xiàn)出大約1.5到大約5.0 g/in3的量，優(yōu)選為2到4 g/in3。
任選地，本發(fā)明的下游顆粒過濾器排放處理系統(tǒng)可以包括用于處理和 /或轉(zhuǎn)化排氣流中任何殘余排放污染物的額外的催化元件或清潔催化劑，通
游催化元件或清潔催化劑。例如，清潔催化劑組分可以是例如，氧化催化 劑或三元轉(zhuǎn)化(TWC)催化劑。典型地，下游催化元件或清潔催化劑涂布用 作基質(zhì)載體上的修補(bǔ)劑面涂層，例如流過型單塊。
用作下游催化元件或清潔催化劑的氧化催化劑在以上有描述。概括說 來，氧化催化劑修補(bǔ)劑面涂層可以含有負(fù)載于耐高溫金屬氧化物例如活性 氧化鋁上的J^出金屬催化試劑、鉑系金屬催化試劑或二者的組合。^f出金 屬催化試劑可以包括稀土金屬氧化物，特別是氧化鑭、氧化鈰和氧化鐠。 優(yōu)選的鉑系金屬催化試劑可以包括鉑、釔、銠以及它們的組合。有用的耐
高溫金屬氧化物可以包括氧化硅、氧化鋁、y-氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、 氧化硅-氧化鋁和氧化鈰-氧化鋯。任選地，催化修補(bǔ)劑面涂層組合物還可 以包含其它的添加劑，例如促進(jìn)劑和穩(wěn)定劑。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的下游催化元件或清潔催化劑可以是三 元轉(zhuǎn)化(TWC)催化劑。TWC催化劑在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的且可以同時(shí)催 化烴和一氧化碳的氧化并減少氣體排放流中的氮氧化物和氧化硫。已知表 現(xiàn)出良好活性和長(zhǎng)壽命的TWC催化劑含有一種或幾種沉積在高表面積、 耐高溫金屬氧化物載體例如高表面積氧化鋁涂層上的鉑系金屬(例如鉑、 釔、銠、錸和銦)。載體承載于合適的載體或基質(zhì)上，例如含有耐高溫陶資 或金屬蜂窩結(jié)構(gòu)的單塊載體，或耐高溫顆粒例如合適的耐高溫材料的球體 或短的擠出片段。耐高溫金屬氧化物載體可以通過材料穩(wěn)定以防止熱降 解，例如氧化鋯、氧化鈦、堿土金屬氧化物例如氧化鋇、氧化鈣或氧化鍶， 或者最通常為稀土金屬氧化物，例如氧化鈰、氧化鑭和兩種或多種稀土金 屬氧化物的混合物。例如參見CD. Keith等的美國(guó)專利4，1"，288。
當(dāng)前TWC催化劑用含有穩(wěn)定的A1203，氧儲(chǔ)存成分，主要是氧化鈰 和貴金屬催化劑組分的復(fù)雜修補(bǔ)劑面涂層組合物配制。這種催化劑設(shè)計(jì)為 在低于化學(xué)當(dāng)量和高于化學(xué)當(dāng)量的條件下在特殊的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)均有效的 催化劑。使用的"氧儲(chǔ)存成分"一詞指的是相信能夠在處理氣體的富(貧)氧 循環(huán)期間被氧化并且在貧(富)氧的循環(huán)中釋放氧的氧化材料。氧儲(chǔ)存成分 以及氧化鋁載體材料在通過較小的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和高速公路駕駛造成的高 運(yùn)轉(zhuǎn)溫度下對(duì)熱降解敏感，且這種熱降解反過來又影響催化劑的穩(wěn)定性和 其中使用的貴金屬的效力。此外，嘗試通過使用高于化學(xué)計(jì)量的空氣-燃料("A/F，，)比和/或燃料切斷特性來改進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性，產(chǎn)生貧(富氧)排放物。由 于在這種條件下鉑更容易燒結(jié)，且銠與載體材料例如氧化鋁結(jié)合更強(qiáng)，高 排氣溫度和貧氣體條件加速了鉑和銠催化劑的退化。
現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它TWC催化劑可用于本發(fā)明的實(shí)踐中。例如通 過引用參考文獻(xiàn)并入本文的美國(guó)專利4,476,246， 4,591,578和4,591,580公 開了含有氧化鋁、氧化鈰、堿金屬氧化物促進(jìn)劑和貴金屬的三向催化劑組 合物。通過引用參考文獻(xiàn)并入本文的美國(guó)專利3，993，572和4，157，316描述 了通過混入不同的金屬氧化物例如，稀土金屬氧化物例如氧化鈰和1^出金 屬氧化物例如氧化鎳嘗試改進(jìn)基于TWC系統(tǒng)的Pt/Rh催化劑的效率。美 國(guó)專利4,591,578公開了一種含有帶有基本由氧化鑭組分、氧化鈰、堿金屬 氧化物和鉑系金屬組成的催化組分的氧化鋁載體的催化劑。美國(guó)專利 4,591,580公開了 一種氧化鋁負(fù)載的鉑系金屬催化劑，對(duì)其改性以包括通過 氧化鑭或富氧化鑭稀土氧化物載體穩(wěn)定，通過氧化鈰和堿金屬氧化物以及 任選的氧化鎳雙促進(jìn)。
另一種有用的TWC催化劑為這里通過參考文獻(xiàn)并入的美國(guó)專利 4，294，726公開的TWC催化劑組合物，其含有含有鉑和銠，通過用鈰、鋯 和鐵鹽的水溶液浸漬y氧化鋁載體材料或者使氧化鋁分別與鈰、鋯和鐵的 氧化物混合，然后在500到700。C下煅燒材料，之后用鉑鹽和銠鹽的水溶 液浸漬材料，干燥并且之后在含氫的氣體中在250-650。C下處理而獲得。 氧化鋁可以用釣、鍶、鎂或鋇化合物熱穩(wěn)定。氧化鈰-氧化鋯-氧化鐵處理 之后，用鉑或銠的水溶液浸漬處理的載體材料并且然后煅燒浸漬的材料。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，通過參考文獻(xiàn)并入本文的美國(guó)專利4,965,243公開 了一種通過將鋇化合物和鋯化合物與氧化鈰和氧化鋁混合而改進(jìn)含有貴 金屬的TWC催化劑熱穩(wěn)定性的方法。這一文獻(xiàn)公開了形成催化部分以加 強(qiáng)暴露在高溫下的氧化鋁修補(bǔ)劑面涂層的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性。
典型地，下游催化元件或清潔催化劑涂布在陶瓷或金屬載體上(例如以 下更詳細(xì)描述的蜂窩狀通過型單塊基質(zhì))，催化修補(bǔ)劑面涂層組合物可以沉
積于其上。正如上面所討論的，用于本發(fā)明此方面的栽體相對(duì)于分散在其 上的催化組合物應(yīng)當(dāng)是相對(duì)惰性的。優(yōu)選的載體由類似蜂窩狀的材料組
成，例如堇青石、a-氧化鋁、氮化硅、氧化鋯、多鋁紅柱石、鋰輝石、氧 化鋁-氧化硅-氧化鎂或硅酸鋯，或耐高溫金屬，例如不銹鋼。有時(shí)候這種 類型的載體優(yōu)選指的是蜂窩狀或單塊載體，含有具有多數(shù)微細(xì)的延伸通過 其中的基本平行流動(dòng)的氣體流動(dòng)通道的單元圓柱體，并且與載體的兩個(gè)末 端都接觸以提供"流動(dòng)通過"型載體。雖然可以使用少得多的通道，這種單 塊載體可以含有每平方英寸的橫截面大約700或更多的流動(dòng)通道("小室，，)。 例如，載體可以具有每平方英寸("cpsi，，)大約7到600，更通常為大約200 到400的小室。流動(dòng)通過載體優(yōu)選作為基質(zhì)用于第二催化劑。在一個(gè)優(yōu)選 的實(shí)施方案中，本發(fā)明的下游催化元件或清潔催化劑在流動(dòng)具有大約100 到大約400cpsi單元密度的流動(dòng)通過載體上。更高小室密度的流動(dòng)通過載 體的使用是可能的，這是因?yàn)榇呋蚯鍧嵈呋瘎┰陬w粒過濾器或煙塵 過濾器的下游，且因此流動(dòng)通過的通道被顆粒物堵塞并不是主要關(guān)心的問 題。單元可以具有矩形的、正方形的、圓形的、橢圓形的、三角形的、六 邊形的或其它多邊形的橫截面。
權(quán)利要求
1. 一種用于處理由柴油機(jī)產(chǎn)生的排放氣流的排氣處理系統(tǒng)，其包括:(a)一種上游氧化催化劑(b)一種用于進(jìn)一步處理排放氣流中殘余氣態(tài)排放污染物的下游氧化催化元件；以及(c)位于所述下游氧化催化劑的下游和所述下游氧化催化元件的上游的顆粒過濾器。
2. 權(quán)利要求l的排氣處理系統(tǒng)，其中所述顆粒過濾器為篩、網(wǎng)或泡沫基質(zhì)o
3. 權(quán)利要求2的排氣處理系統(tǒng)，其中所述顆粒過濾器為金屬泡沫顆 粒過濾器且其中所述金屬泡沫過濾器涂布有金屬熱電弧噴霧層和選自由 耐高溫氧化物例如氧化鋁、，氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋯-氧化鋁、 氧化鋯-氧化鈦、氧化鈦-氧化鋁、氧化鑭-氧化鋁、氧化鋇-氧化鋯-氧化鋁、 氧化鈮-氧化鋁和氧化硅瀝濾堇青石組成的組的耐高溫氧化物層。
4. 權(quán)利要求1的排氣處理系統(tǒng)，其中所述顆粒過濾器涂布有用于所 述顆粒過濾器的捕集作用的再生的煙塵燃燒催化劑。
5. 權(quán)利要求1的排氣處理系統(tǒng)，其中所述下游氧化催化元件含有用 于排放氣流中殘余氣態(tài)排放污染物的進(jìn)一步處理的催化劑，且其中所述催 化劑沉積于陶瓷或金屬蜂窩狀流過型基質(zhì)上。
6. —種用于處理小型柴油機(jī)產(chǎn)生的排放氣流的排氣處理系統(tǒng)，其包括(a) 沉積在陶瓷或金屬蜂窩狀流過型基質(zhì)上的上游氧化催化劑；(b) 位于所述氧化催化劑下游的部分顆粒過濾器。
7. 權(quán)利要求6的排氣處理系統(tǒng)，其中所述部分顆粒過濾器為篩、網(wǎng) 或泡沫顆粒過濾器。
8. 權(quán)利要求7的排氣系統(tǒng)，其中所述部分顆粒過濾器為金屬泡沫顆 粒過濾器。
9. 權(quán)利要求8的排氣系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步含有位于所述部分 顆粒過濾器下游的催化元件，且其中所述催化元件含有用于排放氣流中殘 余氣態(tài)排放污染物進(jìn)一步處理的催化劑，其中所述催化劑沉積在陶資或金 屬蜂窩狀流過型基質(zhì)上。
10. 權(quán)利要求8的排氣系統(tǒng)，其中所述金屬泡沫涂布有金屬熱電弧噴 霧層和選自由耐高溫氧化物例如氧化鋁、，氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧 化鋯-氧化鋁、氧化鋯-氧化鈦、氧化鈦-氧化鋁、氧化鑭-氧化鋁、氧化鋇-氧化鋯-氧化鋁、氧化鈮-氧化鋁和氧化硅瀝濾堇青石組成的組的耐高溫氧 化物層。
11. 權(quán)利要求6的排氣系統(tǒng)，其中所述部分顆粒過濾器涂布有用于所 述顆粒過濾器的捕集作用的再生的煙塵燃燒催化劑。
12. —種處理來自柴油機(jī)的排放氣流排放物的方法，所述排放氣流含 有氮氧化物(NOx)和顆粒物，所述方法包括以下步驟(a) 提供一種含有上游氧化催化劑、中間部分顆粒過濾器部分和下游氧化 催化元件的排放處理系統(tǒng)；(b) 隨后使所述來自柴油機(jī)的排放氣體流動(dòng)通過所述上游氧化催化劑、所 述顆粒過濾器和所述下游氧化催化元件。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中所述部分顆粒過濾器為金屬泡沫顆粒 過濾器。
14. 權(quán)利要求12的方法，其中所述排放氣流來自選自由固定發(fā)動(dòng)機(jī)、 船舶發(fā)電機(jī)、電力發(fā)生單元、或者2-或3-輪車輛發(fā)動(dòng)機(jī)組成的組的小型柴 油機(jī)且其中所述排方欠處理系統(tǒng)為 一體化系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理和/或轉(zhuǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)排放物和來自發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒物的排放處理系統(tǒng)。本發(fā)明的這種排放處理系統(tǒng)包含上游氧化催化劑、顆粒過濾器或煙塵過濾部件以及任選的用于任何殘余排放氣流污染物的處理和/或轉(zhuǎn)化的下游催化元件或清潔催化劑。
文檔編號(hào)F01N3/28GK101379275SQ200680053115
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者S·庫馬爾 申請(qǐng)人:巴斯福催化劑公司