[发明专利]先进的催化烟尘过滤器及其制造和使用方法

说明书

技术领域

本文公开了用于柴油发动机废气排放系统的催化烟尘过滤器及其制备和使用方法。更具体地，本文描述了具有渗入壁流式单块的壁的第一载体涂料和被布置在壁流式单块的壁上的第二载体涂料的催化烟尘过滤器。

发明背景

柴油发动机的废气为不均匀的混合物，其不仅包含气态排放物例如一氧化碳（“CO”）、未燃烧的烃（“HC”）和氮氧化物（“NO_x”），还包含构成所谓的颗粒或颗粒物的凝聚相材料（液体和固体）。通常地，在柴油发动机废气系统中提供催化剂组合物和被布置在该组合物上的基底，以将某些或全部的这些废气组分转化成无毒组分。例如，柴油废气系统可包含一个或多个的柴油氧化催化剂、烟尘过滤器以及用于还原NOx的催化剂。

柴油废气的总颗粒物排放物由三个主要组分组成。一个组分是固体的、干燥的、固体含碳成分或烟尘成分。该干燥的含碳物促成了通常与柴油废气相关的可见烟尘排放。颗粒物的第二个组分为可溶的有机成分（“SOF”）。该可溶的有机成分有时被称作可挥发的有机成分（“VOF”），本发明将利用其术语。根据柴油废气的温度，VOF可作为蒸汽或作为气溶胶（液体冷凝物的细微滴）存在于柴油废气中。如标准测量试验所规定的，例如美国重型瞬态联邦测试程序(U.S.Heavy Duty Transient Federal Test Procedure)，在稀释的废气中于52°C的标准颗粒收集温度下一般呈现为冷凝的液体。这些液体产生于两个来源：（1）每次活塞上升和下降从发动机的汽缸壁排出的润滑油；以及（2）未燃烧的或部分燃烧的柴油燃料。

颗粒物的第三个组分是所谓的硫酸盐成分。该硫酸盐成分由存在于柴油燃料中的少量硫组分形成。在柴油燃烧期间形成小比例的SO₃，其转而与废气中的水迅速结合，形成硫酸。作为冷凝相的硫酸与作为气溶胶的颗粒聚集，或该硫酸被吸附至其他的颗粒组分，并因此增加了TPM的质量。

具有许多在去除柴油废气的颗粒物中有效的已知过滤器结构，例如蜂窝壁流式过滤器、线绕式或纤维填充式过滤器、开孔泡沫、烧结金属过滤器等等。然而，陶瓷壁流式过滤器最受关注。这些过滤器能够从柴油废气中去除超过90%的颗粒材料。该过滤器是用于去除废气颗粒的物理结构，并且累积的颗粒将增加发动机上的过滤器的反向压力。因此，必须不断地或定期地烧毁过滤器中累积的颗粒，以维持可接受的反向压力。遗憾地，炭黑颗粒需要超过500°C的温度，以在富（贫）氧废气条件下燃烧。该温度高于柴油废气中通常所存在的温度。

催化剂组合物以及其上布置有该组合物的基底通常被提供于柴油发动机废气系统中，以将某些或全部的这些废气组分转化成无毒的组分。例如，包含铂族金属、碱金属和其组合的被称为柴油氧化催化剂（DOC）的氧化催化剂通过提高未燃烧的烃（HC）和一氧化碳（CO）两种气态污染物的转化，并通过这些污染物的氧化将一些比例的颗粒物转化成二氧化碳和水，促进柴油发动机废气的处理。这种催化剂一般被布置在各种基底上（例如，蜂窝流通式单块基底），将其放置在柴油发动机的废气中，以在废气排至大气之前处理废气。某些氧化催化剂还提高了NO至NO₂的氧化。

汽车制造商正在寻求降低被布置在流通式蜂窝基底上的柴油氧化催化剂的尺寸，以帮助将DOC放置在更靠近发动机的紧密耦合位置。因此，DOC的降低的尺寸不能完全氧化烃和一氧化碳，以满足排放要求。因此，需要提供可协助烃和一氧化碳氧化的催化烟尘过滤器，以满足日益严格的排放要求。

发明概要

本发明的一个或多个实施例涉及包含壁流式单块、第一载体涂料和第二载体涂料的催化烟尘过滤器。该壁流式单块具有多个纵向延伸的通道，该通道由接壤和限定所述通道的纵向延伸的多孔壁形成。该通道包含具有开放的入口末端和关闭的出口末端的入口通道，以及具有关闭的入口末端和开放的出口末端的出口通道。所述的第一载体涂料渗入壁流式单块的壁。所述的第二载体涂料被布置在壁流式单块的通道壁上。所述的第一载体涂料包含（1）难熔金属氧化物担体颗粒上的铂和钯或（2）沸石和氧化铝；中的其中一个，且所述的第二载体涂料包含（1）难熔金属氧化物担体颗粒上的铂和钯或（2）沸石和氧化铝；中的另一个。

本发明的额外实施例涉及包含与催化烟尘过滤器流动连通的柴油发动机的废气处理系统。详细的实施例进一步包含一个或多个位于柴油发动机和催化烟尘过滤器之间且与两者流动连通的催化剂。在进一步实施例中，该废气处理系统进一步包含一个或多个位于催化烟尘过滤器下游且与催化烟尘过滤器流动连通的催化剂。