用于處理廢氣的經催化的過濾器的制造方法
【專利說明】用于處理廢氣的經催化的過濾器
[oow] 發(fā)明背景 1. 發(fā)明領域
[0002] 本發(fā)明設及用于處理燃燒廢氣的制品。更具體地，本發(fā)明設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濾器。 2.
【背景技術】
[0003] 大多數燃燒廢氣的絕大部分包含相對良性的氮氣化2)、水蒸氣化2〇)和二氧化碳 (C〇2);但是所述廢氣還W相對小的份額包含有害和/或毒性物質，如來自不完全燃燒的一 氧化碳（C0)、來自未燃燒的燃料的控（HC)、由于燃燒溫度過高的氮氧化物（NOy)，和顆粒物 質（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，期望的是消除運些不期 望的組分或減少其量，優(yōu)選通過不產生其它有害的或毒性物質的方法進行。
[0004] 某些貧燃發(fā)動機如柴油機，傾向于產生具有可觀量的煙灰和其它顆粒物質的廢 氣。煙灰排放可W通過使含煙灰的廢氣通過柴油顆粒物過濾器值F巧如壁流式過濾器來補 救。 陽0化]為了減少廢氣系統(tǒng)所需空間的量，經常期望設計單獨的廢氣部件W實現執(zhí)行多于 一種功能。例如，將催化劑涂層施加至壁流式過濾器基材通過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濾器可能不期望地增加穿過所述過濾器的背壓，運又降 低了發(fā)動機性能和燃油經濟性。對于高性能催化劑載體涂層，如包含經過渡金屬促進的沸 石的選擇性催化還原（SCR)催化劑而言尤其如此。
[0006] 已進行許多嘗試，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載體 涂覆的DPF。然而，仍然存在對在用有效量的SCR催化劑涂覆時產生相對低的背壓的DFP的 需求。
[0007] 發(fā)明簡述
[0008] 申請人已令人驚訝地發(fā)現，穿過壁流式過濾器的背壓可W通過僅用催化劑載體涂 層從出口側涂覆過濾器而降低，只要所述載體涂層包含比過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濾器的出口側涂覆與具有僅從過濾器的入口側 施加的等量的相同催化劑涂層或具有從所述過濾器的入口側和出口側二者均勻施加的等 量的相同催化劑涂層的相同過濾器相比，意料不到地減少穿過過濾器的煙灰負載的背壓。 該結果也是令人驚訝的，因為僅施加至相同過濾器的出口側的小顆粒載體涂層并不產生相 當的益處，并且實際上導致較高的背壓。
[0009] 因此，提供了柴油顆粒物過濾器，其包括（a)具有平均孔徑、入口側、出口側和介 于入口與出口側之間的多孔內部的壁流式過濾器基材；和化）從所述基材的出口側涂覆的 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 述的柴油顆粒物過濾器；和化）與所述柴油顆粒物過濾器流體連通的至少一個排氣系統(tǒng)部 件，其中所述排氣系統(tǒng)部件選自設置在所述柴油顆粒物過濾器上游的N02源、設置在所述柴 油顆粒物過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 濾器接觸；化）在所述柴油顆粒物過濾器上和/或在所述柴油顆粒物過濾器中捕獲所述煙 灰的至少一部分，同時使得所述廢氣穿過所述柴油顆粒物過濾器；（C)周期性地和/或連續(xù) 地燃燒所捕獲的煙灰W再生所述過濾器；和任選地（d)使所述廢氣與從所述過濾器的出口 側涂覆的SCR催化劑接觸，W降低廢氣中的NOx濃度。
[0012] 附圖簡述
[0013] 圖1A為柴油顆粒物過濾器；
[0014] 圖1B為柴油顆粒物過濾器的橫截面視圖；
[0015] 圖2A為柴油顆粒物過濾器的多孔薄壁的圖；
[0016] 圖2B為根據本發(fā)明的實施方案的具有催化劑涂層的柴油顆粒物過濾器的多孔薄 壁的圖訊
[0017] 圖3為根據本發(fā)明的實施方案的具有催化劑涂層的柴油顆粒物過濾器的橫截面 圖。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的詳述
[0019] 本發(fā)明部分地設及用于改進環(huán)境空氣質量且尤其是用于改進由柴油和其它貧燃 發(fā)動機產生的廢氣排放的催化過濾器。廢氣排放至少部分地通過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濃度得W改進。因此，優(yōu)選的催化過濾器包括多 孔基材，如柴油顆粒物過濾器值FP)，其既起到從穿過所述多孔基材的廢氣物流中機械除去 顆粒物質的作用，又起到負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] 在某些實施方案中，所述過濾器為具有某種平均孔徑、入口側、出口側和介于入口 與出口側之間的多孔內部的壁流式過濾器基材，和具有屯。粒度分布的從所述基材的出口 側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基本上不存在催化劑涂層。
[0021] 優(yōu)選的過濾器基材包括柴油顆粒物過濾器，且用于移動應用的優(yōu)選的柴油顆粒物 過濾器包括壁流式過濾器如壁流式陶瓷整料。其它過濾器基材包括流通式過濾器如金屬或 陶瓷泡沫或纖維過濾器。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、莫來石、飽惱石、錯石、 氧化錯、尖晶石、棚化物、長石、二氧化鐵、烙融石英、棚化物、陶瓷纖維復合物、運些中的任 意的混合物、或包含其兩種或更多種的片段的復合物。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)勢的結晶相。
[0022] 轉到圖1A，其示出了根據本發(fā)明的實施方案的壁流式過濾器基材10。所述壁流式 過濾器具有前端20和后端22,其中將前端20設計為在過濾之前接收廢氣21且將后端22 設計為允許經清潔的廢氣29離開過濾器10。
[0023] 在圖1B中示出了壁流式過濾器的一部分的橫截面。壁流式過濾器基材具有許多 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進入向所述基材前端開口的通道24,穿過薄的多孔壁23,進入 向所述基材后端開口的通道26,然后離開所述基材。特別是當與本文所描述的催化劑組合 物組合時，所述壁23的孔隙率和孔徑對于氣體滲透而言足夠，但有效捕獲顆粒物質的主要 部分（包括煙灰）。目P，在廢氣穿過過濾器時，所述廢氣攜帶的顆粒物質被薄的多孔壁捕獲， 由此使得不含顆粒物的廢氣離開所述過濾器。所述顆粒物質在過濾器上積聚直至再生所述 過濾器。
[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)動機的壁流式過濾器基材典型地包含約100-800cpsi(每平 方英寸通道數），例如約100至約400cpsi，約200至約300cpsi，或約500至約eOOcps。在 某些實施方案中，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0巧]轉到圖2A和2B，多孔壁23具有相對于廢氣流34穿過所述壁的典型方向的入口 側30和出口側32。所述入口側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，關于所 述薄的多孔壁的術語"入口側"30意指所述入口表面40和從所述入