[發明專利]催化劑涂覆的柴油機微粒過濾器、其制備方法和應用

有效

• 申請號: 200780034719.5
• 申請日: 2007-08-17
• 公開（公告）號: CN101516502A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發明（設計）人: M·克格爾;M·普法伊菲爾;G·耶斯克;F-W·許策;S·弗朗茨;T·克羅伊策
• 申請（專利權）人: 烏米科雷股份兩合公司
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J29/70;B01D53/94;B01J37/02;B01J23/44;F01N3/022;B01J29/08;F01N3/28;B01J29/18
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 王 磊;過曉東

技術領域

本發明涉及用于清潔柴油發動機廢氣的催化劑涂覆的柴油機微粒過濾 器、涂覆過濾器的方法和其應用。

背景技術

微粒過濾器能夠過濾除去內燃機廢氣中的顆粒廢氣成分，特別是煙灰 顆粒(Ruβpartikel)，因此可以防止它們被排入大氣。原則上，可以使用表面 過濾器或深度過濾器(Tiefenfilter)來實現此目的。表面過濾器通常由陶瓷物 質如碳化硅、堇青石、鈦酸鋁或莫來石組成。這些過濾器所達到的過濾水 平大于95％。對于表面過濾器，作為可選方案，也可以使用用于煙灰顆粒 沉積的開放結構。這些開放結構主要是陶瓷泡沫或包含金屬線織物的過濾 器。這些開放過濾器系統的過濾效率遠遠低于通常的表面過濾器的過濾效 率(＜70％)。

然而，內燃機廢氣中微粒過濾器工作的真正挑戰不是煙灰顆粒的過濾， 而是所用過濾器的周期性再生。因為在現代的客車柴油發動機中，點火和 有氧燃燒煙灰所需的大于550℃的溫度通常只有在滿負荷工作下才能實現， 因此絕對需要其它方法來進行被過濾煙灰顆粒的氧化，以防止過濾器的阻 塞。通常，在此處對被動和主動加熱方法進行區分。在主動方法的情況中， 可以通過如電加熱器(如電熱塞或微波加熱器)或使用燃料工作的燃燒器來 提高微粒過濾器的溫度。這類主動方法總是會涉及更多的燃料需求。因此， 在許多商購的系統中優選使用被動方法。在被動系統的情況中，使用催化 劑可以降低燃燒煙灰顆粒所需的點火溫度。這可以通過兩種不同的思路來 實現。一種思路是使用有機金屬燃料添加劑如鈰化合物和鐵化合物作為均 相催化劑，其可以與燃料一起燃燒并進入到煙灰層中，以金屬簇(cluster)的 形式極好地分布。對于添加劑基系統的另一種思路是使用催化劑活性物質 來涂覆微粒過濾器。

因為通過催化方法降低煙灰點火溫度通常不足以確保過濾器在發動機 的所有工作狀態中均可完全的再生，因此在目前實踐中通常采用被動和主 動方法的組合。已發現微粒過濾器與設置在上游的氧化催化劑的組合特別 有用。由于有額外燃料的注入和其它與發動機相關的方法(如部分節流)的組 合，未燃燒的燃料和一氧化碳到達柴油機氧化催化劑并在那里被催化轉化 成二氧化碳和水。反應所釋放的熱加熱廢氣并因此加熱下游的微粒過濾器。 與通過過濾器的催化劑涂覆或通過使用燃料添加劑的方法來降低煙灰點火 溫度相組合，可以減少所需的注入并幾乎可以在發動機的特征圖中的任意 工作點將過濾器再生。

在第一代包含催化劑涂覆的微粒過濾器的廢氣后處理系統中，通常將 過濾器設置在機動車底部的一個或兩個上游氧化催化劑之后。與之不同的 是，在新型廢氣后處理系統中，將過濾器安裝在盡可能靠近發動機下游處。 由于建造空間有限和要減少費用，在這些情況中可以將氧化催化劑部分地 或全部地施用至過濾器。靠近發動機設置的此類過濾器必須具有相應的高 氧化能力，以符合在所要求的行進距離內對一氧化碳(CO)和碳氫化合物 (HC)的法律限制。此外，其也必須能夠在整個運行時間內將在主動過濾器 再生期間所注入的碳氫化合物轉化，以由此產生實現煙灰點火溫度所要求 的放熱。此外，用于此類靠近發動機的過濾器的催化劑活性涂層必須具有 高的熱穩定性。

至今，幾乎僅有包含鉑的過濾器涂層已經被用在柴油機客車中。包含 鉑和鈀的涂層也同樣是已知的(DE?102004040549A1)。值得注意的是包含鉑 和鈀的涂層具有非常好的熱穩定性，但是其具有的新鮮活性低于僅包含鉑 的催化涂層。不久前首次描述了包含鉑和鈀的涂層的原理。由于Pt/Pd涂層 對硫中毒的耐受性顯著較低以及與之相關的催化活性的下降，很長時間以 來妨礙了將鈀用于柴油機客車的廢氣催化轉化器中。然而，由于硫化作用 是在高溫下可逆的中毒，因此在周期性地活性再生系統如柴油機微粒過濾 器的情況中，催化涂層的貴金屬位點在再生期間同時地脫硫。這樣可以重 新恢復初始的氧化活性。

特別地，WO?02/26379A1描述了包含上下兩個催化劑層的煙灰過濾器。 第一層位于過濾器的進口通道且包含用于氧化一氧化碳和碳氫化合物的組 分。這些組分由其上沉積有鉑族金屬的載體物質組成，所述載體物質選自 于氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鋯和沸石，且鉑族金屬選自于鉑、鈀和 銠。第二層施用至第一層，且包含用于降低煙灰點火溫度的組分，更具體 地是至少一種氧儲存化合物和至少一種鉑族金屬。

發明內容