[发明专利]用于处理废气的催化过滤器

说明书

交叉参考相关申请

本申请要求于2011年11月2日提交的美国临时申请61/554,529和于2012年1月19日提交的美国非临时申请13/353,842的优先权，其公开内容通过引用全部并入本文，为了所有目的。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及用于处理燃烧废气的制品。更具体地说，本发明涉及用于减少贫燃废气中的烟灰和NO_x，涂覆有选择性还原催化剂的颗粒过滤器。

2.相关技术的描述

多数燃烧废气的最大部分包含相对良性的氮气(N₂)、水蒸气(H₂O)和二氧化碳(CO₂)；但废气还含有相对小部分的有害和/或有毒的物质，如来自不完全燃烧的一氧化碳(CO)，来自未燃烧燃料的烃(HC)，来自过高燃烧温度的氮氧化物(NO_x)和颗粒物质(主要是烟灰)。为了减轻释放到大气中的废气对环境的影响，需要消除或减少这些不希望的组分的量，优选通过不产生其他有害或有毒物质的方法。

最难以从车辆废气中除去的的组分之一是NO_x，其包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)、一氧化二氮(N₂O)。将例如由柴油发动机产生的贫燃废气中的NO_x还原为N₂特别成问题，因为废气含有高浓度的氧，这有利于氧化反应而不是还原。然而，通过通常被称为选择性催化还原(SCR)的方法，NO_x可以在柴油机废气中被还原。SCR方法涉及在催化剂的存在下与还原剂的帮助下NO_x转化成单质氮(N₂)和水。在SCR方法中，将气态还原剂如氨添加到废气流中，然后使废气与SCR催化剂接触。还原剂被吸收到催化剂上，NO_x还原反应随着气体穿过或经过催化基底而发生。使用氨的化学计量的SCR反应的化学方程式是：

4NO+4NH₃+3O₂→4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+3O₂→3N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

已知的SCR催化剂包括沸石和其他分子筛。这种分子筛的例子包括具有CHA(菱沸石)、BEA(β)，MOR(丝光沸石)等骨架类型的铝硅酸盐和硅-铝磷酸盐。为了提高材料的催化性能和水热稳定性，用于SCR应用的分子筛常常由一种或多种过渡金属如铜或铁(松散地保持到分子筛的骨架作为交换的金属离子)助催化。例如，WO2010/043891描述了大晶体的、铜助催化的、具有CHA骨架的沸石。

因为SCR催化剂通常用作非均相催化剂(即与气体和/或液体反应物接触的固体催化剂)，催化剂通常通过基底承载。在移动应用中使用的优选的基底包括具有所谓蜂窝状几何形状的流通式整料，其包括多个相邻的平行通道，这些通道在两端开口并通常从该基底的入口面延伸到出口面，由此具有高的表面积与体积之比。催化材料施加到基底上，典型地作为活化涂层(washcoat)或可以包含在基底上和/或基底的壁中的其他浆料。

除了NO_x之外，柴油发动机的废气倾向于还具有烟灰和其他颗粒物质。烟灰排放可以通过使含有烟灰的废气经过柴油机颗粒过滤器(DFP)如壁流式过滤器来减轻。壁流式过滤器类似于流通式蜂窝状基底，也包含多个相邻的平行通道。但是，流通式蜂窝状基底的通道在两端开口，而壁流式基底的通道的一端封闭，其中封闭以交替模式发生在相邻通道的相反端部。封闭通道的交替端部防止进入基底入口面的气体直接流过通道并离开。相反，废气进入基底的前部，行进到通道约一半的地方，在此被迫穿过通道壁，然后进入通道的后一半，并离开基底的背面。