[发明专利]涂覆载体的方法和设备

说明书

本申请是申请日为2004年4月16日、申请号为200480010187.8、发明名称为“涂覆载体的方法和设备”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种使用涂覆悬浮液涂覆载体的方法。更具体地说，本发明涉及一种涂覆催化剂用载体的方法和设备，例如汽车废气催化剂。

背景技术

通常，汽车废气催化剂的载体为具有两个底面和一个壳体表面的圆柱体，许多内燃机废气用的流通管道以基本上与圆柱体轴平行的方式从第一底面延伸至第二底面。这些载体也被称为蜂窝式载体。

这些载体的横截面形状根据机动车辆的安装要求。具有圆形横截面、椭圆形或三角形横截面的载体被广泛应用。这些流通管道主要包括方形横截面，并且在整个载体横截面内，排列成密集型栅格图案。视应用而定，这些流动管道的管道或孔的密度为10~140cm^-2。孔密度达到250cm^-2的蜂窝式载体正在研发当中。

为净化汽车废气，主要使用通过挤压陶瓷体获得的催化剂载体。可选择地，可以使用由波形和缠绕金属箔制成的催化剂载体。为净化客车废气，仍然主要使用孔密度为62cm^-2的陶瓷载体。在这种情况下，这些流通管道横截面尺寸为1.27×1.27mm²。这种载体壁厚度为0.1~0.2mm。

为把汽车废气中所含的污染物(例如一氧化碳，烃和氮氧化物)转化成无害化合物，通常使用极细小的铂族金属，其催化效果可以通过使用非贵金属化合物来改变。这些催化活性组分必须沉积在载体上。然而，通过在载体几何表面上沉积催化活性组分，不可能保证这些组分按需求精细分散。对于非多孔金属和多孔陶瓷载体也如此。可以仅通过将完全分散的(也就是粉末形式)、高表面积材料的支撑层涂在流通管道的内表面上，就可以使催化活性组分的表面足够大。在下文中，上述的操作被称为载体的涂覆。为防止昂贵的催化活性材料损失，不需要并且应该避免涂覆载体的壳体表面。

使用完全分散的、高表面积材料在液相(通常是水)中的悬浮液涂覆载体。作为催化活性组分的高表面积支撑材料，通常催化应用中的涂覆悬浮液包括，例如，氧化铝，硅酸铝，沸石，二氧化硅，氧化钛，氧化锆和以氧化铈为基础的储氧组分。这些材料构成涂覆悬浮液的固体成分。此外，促进剂或元素周期表中的铂族催化活性贵金属也可以添加到涂覆悬浮液中。通常的涂覆悬浮液其固体浓度为占悬浮液总重量的20~65wt.%。它们的密度为1.1~1.8kg/l。

从现有技术中，公开了各种使用涂覆悬浮液或浆料把支撑层沉积到载体上的方法。为涂覆载体，它们可以浸渍在涂覆悬浮液中，或通过将涂覆悬浮液倾倒在它们上来进行涂覆。还可以把这种涂覆悬浮液抽吸进载体管道内。

在任何情况下，必须通过抽吸或鼓入压缩空气的方法从载体管道中去除多余的涂覆材料。这样也可以疏通可能被涂覆悬浮液阻塞的管道。

涂覆之后，干燥载体和支撑层，然后煅烧，以便固化支撑层并将其固定在载体上。随后，主要通过使用催化活性组分的前体化合物的水溶液，将该催化活性组分加入涂层中。作为选择，该催化活性组分自身也可以加入涂覆悬浮液中。在这种情况下，可以省略以后对含有催化活性组分的完成支撑层的浸渍。

涂覆方法的基本依据是使用这些方法可以用单一循环取得涂覆或加载浓度。这代表干燥和煅烧之后留在载体上的固体含量。涂覆浓度表示为克每升(载体体积)(g/l)。在实践中，汽车废气催化剂需要涂覆浓度达到300g/l。如果使用的方法不能采用单一循环达到这种量，那么涂覆操作、接下来的干燥以及载体的煅烧(如果需要)必须重复进行，直到获得所需的加载。通常，需要使用不同成分的涂覆悬浮液进行两种或两种以上的涂覆操作。其结果是，得到的催化剂包含相互堆叠的几层，这几层具有不同的催化作用。

DE 40 40 150 C2公开了一种方法，其中蜂窝形状的催化剂载体可以在其全长上分别用支撑层和催化活性层均匀涂覆。在下文中，催化剂载体也将称为蜂窝式载体。根据DE 40 40 150 C2描述的方法，为进行涂覆，蜂窝式载体的圆柱体轴垂直放置。然后，通过蜂窝式载体的下表面将涂覆悬浮液抽吸进入管道，直到出现在上表面上。此后，再向下抽吸涂覆悬浮液，并且为防止管道阻塞，从管道中吹出或吸出多余的涂覆悬浮液。这种方法产生的支撑层在整个蜂窝式载体的长度上显示出良好的均匀性。

上述涂覆方法中，从一种载体到另一种载体的涂覆量发生变化。这种变化根据涂覆悬浮液的性质和待涂覆的蜂窝式载体的特性，例如它们的孔隙度。

发明内容