[发明专利]汽油颗粒过滤器

说明书

用于废气处理系统中的壁流式催化整块材料，包含多孔基质和三元催化剂(TWC)，其中TWC基本分布在整个多孔基质中，和其中所述TWC包含：(i)氧化铝；(ii)一种或多种铂族金属；和(iii)贮氧组分(OSC)，其中所述OSC包含二氧化铈或一种或多种含铈的混合氧化物，和OSC与氧化铝的重量比为65:35‑85:15。

技术领域

本发明涉及颗粒过滤器，特别是用于强制点火如火花点火的以汽油为燃料的内燃机(优选为汽油直接点火发动机)的废气处理系统的催化剂涂覆的整块材料。所述整块材料提供处理发动机废气物流的有效方法。

背景技术

汽油发动机产生含烃、一氧化碳和氮氧化物并结合颗粒的燃烧废物流。已知用三元催化剂组合物处理这些气体，和已知在颗粒捕集器如灰分过滤器中回收颗粒。

历史上，已设计过基本按化学计量量操作的汽油发动机，从而形成较低浓度的颗粒物。但汽油直接喷射(GDI)发动机由于其燃料效率而有越来越多的用途，其中可能具有贫燃烧条件和分层燃烧，造成颗粒的产生。燃烧汽油燃料的发动机(如汽油直接喷射发动机)的颗粒物排放受法规管理，和现有的汽油发动机后处理系统不适合达到所提出的颗粒物标准。

与柴油贫燃发动机产生的颗粒物相比，汽油发动机产生的颗粒物倾向于更细小和浓度更低。这是由于相比于汽油发动机柴油发动机的燃烧条件不同。例如，汽油发动机在比柴油发动机更高的温度下运行。同时，相比于柴油发动机，汽油发动机排放中所形成的烃组分不同。

对于未燃烧烃、一氧化碳和氮氧化物污染物的排放标准变得越来越严苛。为符合这种标准，在以汽油为燃料的内燃机的排放管线上设置含三元催化剂(TWC)的催化转化器。这种催化剂促进废气物流中的未燃烧烃和一氧化碳被氧和氮氧化物氧化，同时伴随着氮氧化物还原为氮。

2014年9月1日开始的欧洲排放法规(欧6)要求控制柴油和汽油(强制点火)乘用车排放的颗粒物量。对于汽油EU轻载车，允许排放限为：1000mg/km的一氧化碳；60mg/km的氮氧化物(NO_x)；100mg/km的总烃(其中≤68mg/km为非甲烷烃)；和4.5mg/km的颗粒物((PM)，只对直接喷射发动机)。欧6PM标准经过多年分阶段实施，从2014开始标准设定为6.0x10¹²/km(欧6)，和从2017年开始标准设定为6.0x10¹¹/km(欧6c)。在实践概念中，法规规定的颗粒物范围为23nm至3μm之间。

在美国，2012年3月22日，加利福尼亚州空气资源委员会(CARB)从2017和随后的示范年采用了新的废气排放标准，“LEV III”乘用车、轻载卡车和中载车辆包括3mg/英里的排放限，随后有可能引入1mg/英里，只要各种内部审查认为其可行即可。

对于满足汽油排放标准，新欧6(欧6和欧6c)排放标准提出了多个具有挑战性的设计问题。具体地，为了减少PM汽油(强制点火)排放，同时符合非PM污染物如氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)和未燃烧烃(HC)中一种或多种的排放标准，如何设计过滤器或包含过滤器的废气系统，并且所有均在可接受的背压下进行，例如在EU驱动循环上按最大循环背压测量。

已知在汽油系统中提供位于基质载体如流通式整块材料上的三元催化剂(TWC)。也已知通过在壁流式整块材料(颗粒过滤器)上涂覆TWC而在单个设备中组合TWC和颗粒脱除功能。在US 2009/0193796中描述了一个例子。

因此，希望提供改进的颗粒过滤器和/或解决至少一些与现有技术相关的问题或至少为其提供工业上可用的替代方案。

US 2010/275579A1公开了催化活性颗粒过滤器、废气清洁系统和主要以化学计量量操作的内燃机的废气清洁方法，据说其适合于从废气中脱除颗粒物以及气相的CO、HC和NOx污染物。所述颗粒过滤器包括过滤器主体和包含两层的催化活性涂层。第一层与进入废气接触，第二层与流出废气接触。两层均含氧化铝。第一层含钯。第二层除了铑外，还含贮氧的铈/锆混合氧化物。