[发明专利]得到用于催化应用的均匀过滤结构的方法

说明书

本发明涉及颗粒过滤器领域，尤其是用于发动机排气管线的颗粒过滤结构，所述排气管线用于消除内燃机中柴油机燃料燃烧产生的积碳。更确切地说，本发明涉及得到可用作颗粒过滤器的过滤结构的方法，所述结构特别适于均匀沉积某种材料，所述方法还赋予其催化性质。

用于过滤内燃机废气中含有的积碳颗粒的结构为现有技术所公知。本结构通常具有蜂窝状结构，该结构的一个表面容许有待过滤的排出气体进入，并且另一表面用于过滤后的尾气的排出。这种结构在进入和排出口之间包括很多通过多孔过滤壁分隔的互相平行的相邻管道或通道，管道在其一端或者另一端被阻塞以使得进气室通向进入表面并且出气室通向出口面。为了实现良好的密封，该结构的边缘部分被涂层的粘合剂包裹。这些通道以某种顺序被交替堵塞，以使得排出气体在通过蜂窝体时不得不通过进气通道的侧壁而重返出口通道。用这种方法，微粒或积碳颗粒沉积在过滤器壳体的多孔壁上并且在其上积聚，过滤器壳体通常用多孔陶瓷制成，例如由堇青石或金刚砂制成。

在其使用期间，微粒过滤器使用已知方法进行一系列过滤(积碳积聚)阶段和回收(积碳消除)阶段。在过滤阶段，发动机放出的积碳颗粒保持并且沉积在过滤器内部。在回收阶段，积碳颗粒在过滤器内部烧掉，由此恢复其过滤性质。多孔结构因此经受强烈的热和机械应力，其可能导致微裂纹，随着时间的过去，在设备中产生严重的过滤性能损失，甚至导致其完全失活。这种现象特别是在大直径单片滤波器上观察到。

为了解决这些问题并且增加过滤器的使用寿命，近年来已经建议通过将几个单片蜂窝单元组合成过滤模块以制备更加复杂的过滤结构。这些单元通常通过使用陶瓷性质的粘合剂粘合连接，在说明书的其余部分称为胶接剂。这种结构的实例例如公开在专利申请EP 816 065、EP 1 142619、EP 1 455 923或WO 2004/090294中。

如上所述的过滤器或多孔积碳过滤结构主要被大规模地应用于柴油机排出气体的污染控制设备中。

除了积碳处理问题之外，从气态的污染排放物(即，主要为氮氧化物(NO_x)或硫氧化物(SO_x)和一氧化碳(CO)，乃至未完全燃烧的烃类)到不太有害气体(例如气态氮(N₂)或二氧化碳(CO₂))的转化需要附加的催化处理。

为了消除这些气态污染物，当前的颗粒过滤器额外地包括至少沉积在通道表面上和通常沉积在侧壁的孔上的催化涂层。根据通常使用的方法，未加工的蜂窝状结构进入含有催化剂或者催化剂前体的溶液中。

这种方法通常包括浸入步骤，或者浸入在含有催化剂前体的溶液中，或者溶于水(或其它极性溶剂)的催化剂中，或者浸入催化颗粒在水中的悬浮液。这种方法的一个实例公开在US 5 866 210中。根据这种方法，通过向过滤器的一端施加真空，溶液随后有可能上升浸入该结构并且因而涂布蜂窝状结构的内壁。或者比较少见的是，浸入步骤可使用含有非极性溶剂，例如油类或烃类或表面活性剂的溶液进行。

根据实现蜂窝式过滤器浸渍工艺的其它方式，所述浸渍可通过在单块的至少一端泵送、施加真空或者压入含有浸渍溶液的液体达到。所述方法通常其特征在于这些不同方法的组合，在连续步骤过程中，最后一步使其可能通过引入增压空气或通过吸入以除去过量溶液和/或达到过滤器内部催化剂更好的分散。通过这些方法寻求的一个基本目标在于在通道的多孔内壁表面、乃至内部、至少一部分实现均匀的催化剂分布，所述通道构成该结构的内部并且废气由其排出。

这种方法以及用于实现这些方法的设备例如公开在专利申请或专利US 2003/044520、WO 2004/091786、US 6 149 973、US 6 627 257、US 6 478 874、US 5 866 210、US 4 609 563、US 4 550 034、US 6 599 570、US 4 208 454或US 5 422 138中。

在用于如上所述组合结构的浸渍步骤中出现的一个主要问题是如何确定必须沉积在表面并且通常沉积在过滤器每个组成元件内壁的孔隙中的催化剂或催化剂前体的精确需求量。该量必须不能太低，太低的话明显削弱污染气体的净化效果，也不能太高，以避免过滤器排气管中出现的压降增加，并且避免由于过量贵金属基催化剂的使用所导致的相当可观的额外费用。为了使过滤器效果最大化，催化剂在单元内部以及装置中一个单元到另一单元的过滤器上的分布还必须尽可能地均匀。