罐装的蜂窝状催化剂的制作方法
【专利摘要】一种蜂窝状催化剂，其中该蜂窝状催化剂包含基底，该基底由浆料涂覆的有凹槽的波纹状板和浆料涂覆的平衬底构成，该浆料涂覆的板由非织造纤维材料制成，该基底被卷成圆柱体以形成多个流通通道，并且浆料涂覆的板和浆料涂覆的平衬底的浆料涂层中均含有催化剂，该蜂窝状催化剂被罐装在具有插入的垫的金属外壳中，其中蜂窝具有等于或大于约10MPa但小于或等于约1000MPa的杨氏模量，并且基底具有在250至700g/l之间的体积密度。
【专利说明】
罐装的蜂窝状催化剂
技术领域
[0001] 本发明设及罐装于金属外壳中的蜂窝形状的催化剂。
[0002] 具体地说，本发明提供一种改进的蜂窝形状的催化剂，该催化剂通过将波纹状陶 瓷纸卷成圆柱体制备得到并用浆料涂层(wash coat)涂覆W提供该催化剂的最佳体积密 度，该催化剂在罐装过程中具有高径向压缩强度和弹性并在催化剂的操作期间在金属外壳 内具有改进的吸持力化olding force)。
【背景技术】
[0003] 本领域中已知的圆柱形式的蜂窝状催化剂通过将波纹状金属板卷起来制备，W便 在与热排放气体或尾气一起运用时提供稳定的结构。参见例如US2010254864、US7101602、 EP0988892、EP0919280和US6689328。
[0004] 由非织造纤维材料(例如陶瓷纸)生产圆柱形蜂窝状催化剂也是已知的。在该情况 下，将纤维材料的板用粘合剂预涂覆，然后将纤维材料的结构用陶瓷浆料填充，形成波纹， 并通常用平板作内衬。波纹状板与平板一起卷绕成圆柱形蜂窝体，用陶瓷浆料涂覆，并用催 化活性材料浸溃。
[0005] 蜂窝形状的催化剂常被用于净化来自汽车来源的排放气体。在运些应用中，催化 剂被罐装在金属外壳中并安置在发动机排气系统中。
[0006] 为了在运用过程中使催化剂保持在适当位置W及为了防止破裂，通常将蜂窝体包 裹在由陶瓷纤维制成的固定垫中。该垫也起到热绝缘体的作用并密封W防止排放气体绕过 催化剂。上述防范措施要求该垫具有某些性质，包括导热性、气密性和摩擦系数。
[0007] 可W通过不同的方法将包裹的蜂窝状催化剂罐装在金属外壳中。常用的方法是填 塞(stuffing)。
[000引在填塞方法中，将垫包裹的蜂窝状催化剂推入到圆柱形金属外壳中。使用填料锥 W促进整体材料的平稳插入。
[0009] 为了确保垫和蜂窝体之间W及垫和外壳之间具有足够的摩擦，包裹的蜂窝体的直 径必须略大于外壳的内径。
[0010] 垫和蜂窝体的安装压力在填塞过程中增加，并且如果其弹性太低，能导致蜂窝状 催化剂的严重破裂。另一方面，如果蜂窝的弹性太高，则吸持力（即摩擦)不足W使蜂窝体在 运用过程中在金属外壳中保持在适当位置。
[0011] 当仅仅使用非织造纤维材料(例如由玻璃纤维制成的卷绕的波纹状板)作为蜂窝 状催化剂的基底时，基底的弹性将会太高，导致金属外壳内的吸持力太低，运是因为通过弹 性基底向垫施加的法向力太低。
[0012] 在该情况下，罐装的蜂窝状催化剂在运用过程中将经历剧烈的振动，最终破碎，导 致发生故障。
[0013] 因此，将基底的弹性降低至某种程度是必要的。通过用浆料涂层涂覆基底并进行 赔烧可W降低基底的弹性。然而，浆料涂层的量必须在某些体积密度限值内平衡。用太大量 的浆料涂层涂覆纸基底导致太高的体积密度，在用于气体净化过程时会在蜂窝状催化剂上 造成不期望的高压降，并且另外地造成昂贵催化剂材料的浪费。 【实用新型内容】
[0014]我们已发现，可W如下制成罐装于金属外壳中的稳定的圆柱形蜂窝形状的催化 剂：由任选地被陶瓷浆料预涂覆的陶瓷纸、用E-玻璃纤维强化的陶瓷纸板或陶瓷纸作为起 始材料，用陶瓷浆料涂层涂覆波纹状的纸W获得250至700g/l之间的体积密度，并赔烷烃涂 覆的基底W获得作为杨氏模量的值E所测定的10至1000 MPa之间的弹性。
[0015]因此，本发明提供了具有多个流通通道(flow through channel)的蜂窝状催化 剂，其中该蜂窝状催化剂包含由浆料涂覆的(wash coated)有凹槽的波纹状板和浆料涂覆 的平衬底构成的基底，该浆料涂覆的板由非织造纤维材料制成，该基底被卷成圆柱体W形 成多个流通通道，并且浆料涂覆的板和浆料涂覆的平衬底的浆料涂层中均含有催化剂，该 蜂窝状催化剂被罐装在具有插入的垫的金属外壳中，其中蜂窝的杨氏模量E等于或大于约 IOM化但小于或等于约1000 MPa，并且基底的体积密度在250至700g^之间。
【附图说明】
[0016] 图1是根据本发明的蜂窝状催化剂的截面图。
【具体实施方式】
[0017] 如图1所示，根据本发明的蜂窝状催化剂的基底1由浆料涂层涂覆的衬底2和浆料 涂层涂覆的波纹状板3构成。将基底1卷曲成圆柱体。
[0018] 如附图标记4所示，在最终的浆料涂覆的催化剂中，衬底2的壁厚度在衬底2与波纹 状板3接触的区域之外的点处测量。在最终的浆料涂覆的催化剂中，波纹状板3的壁厚度在 波6的切线区域中的点5处测量。最终的浆料涂覆的催化剂中的波长在点7和8处的两个波谷 之间测量。最终的浆料涂覆的催化剂中的波纹高度H在衬底2的内表面9和波6的内表面10之 间测量。将基底1灌装在金属外壳12中，并通过设置在外壳的内壁和衬底2之间的垫11而保 持在外壳12中。
[0019] 在一个实施方式中，所述垫包含无机纤维。在另一个实施方式中，所述垫包含生物 可溶性纤维。
[0020] 根据杨氏模量E通过用拉伸应力除W延伸应变来计算弹性。
[0021：
[0022] 其中；
[0023] E是杨氏模量(弹性模量）；
[0024] F是在张力下施加在物体上的力；
[0025] Ao是施加的力通过的最初横断面积；
[0026] A L是物体长度的变化量；
[0027] Lo是物体的最初长度。
[0028] 优选地，浆料涂覆的有凹槽的波纹状板的壁厚在0.28至0.38毫米之间，而浆料涂 覆的衬底的壁厚在0.37至0.47毫米之间，有凹槽的波纹状板的波长在2.40和3.40毫米之 间，W及波纹高度在0.65至2.05毫米之间，并且通道的水力直径在0.6至1.5毫米之间。
[0029] 罐装蜂窝状催化剂的典型应用为发动机排气净化，包括通过催化氧化或氮氧化物 的选择性催化还原(SCR)来除去未燃烧的发动机燃料和一氧化碳。
[0030] 在运些应用中，浆料涂层包含二氧化铁，其用氧化饥W及任选的氧化鹤浸溃，作为 在SCR反应中有活性的催化材料;或者当用作氧化催化剂时浆料涂层包含二氧化铁和/或氧 化侣，并用销和/或钮浸溃。
[0031] 在根据本发明的蜂窝状催化剂中，可W在基底上用浆料涂层在不同区域涂覆，其 中每个区域的浆料涂层中含有相同或不同的催化剂；或者用叠加的多层浆料涂层涂覆基 底，其中每一层含有相同或不同的催化剂。该基底可W具有含有氨泄露催化剂(ammonia slip catalyst)的下游区域或者底层。
[0032] 整体基底或蜂窝状整体基底的浆料涂覆通常通过将浆料倒入整体基底的通道中 在基底中进行浆料黏着(pickup)或者通过将基底的一面浸溃到浆料涂层的浆料中并任选 地在相反面施加真空来进行。
[0033] 在已经用浆料涂层涂覆后，在用包含催化活性金属氧化物的可溶性前驱物的含水 浸溃溶液浸溃浆料涂层之前，干燥并赔烷基底。
[0034] 浸溃步骤包含将经浆料涂覆的基底浸没在含有含水浸溃溶液的浸溃槽中或用浸 溃溶液喷涂经浆料涂覆的基底。
[0035] 代替浸溃浆料涂层，也可W在涂覆前将催化材料加入到浆料涂覆的浆料中。
【主权项】
1. 一种蜂窝状催化剂，其中所述蜂窝状催化剂包含基底，所述基底由浆料涂覆的有凹 槽的波纹状板和浆料涂覆的平衬底构成，所述浆料涂覆的板由非织造纤维材料制成，所述 基底被卷成圆柱体以形成多个流通通道，并且浆料涂覆的板和浆料涂覆的平衬底的浆料涂 层中均含有催化剂，所述蜂窝状催化剂被罐装在具有插入的垫的金属外壳中，其中所述蜂 窝具有等于或大于IOMPa但小于或等于1000 MPa的杨氏模量，并且所述基底具有在250至 700g/l之间的体积密度。2. 权利要求1所述的蜂窝状催化剂，其中浆料涂覆的有凹槽的波纹状板的壁厚在0.28 至0.38毫米之间，浆料涂覆的衬底的壁厚在0.37至0.47毫米之间，有凹槽的波纹状板的波 长在2.40至3.40毫米之间，以及波纹高度在0.65至2.05毫米之间；并且通道的水力直径在 0.6至1.5毫米之间。3. 根据权利要求1或2所述的蜂窝状催化剂，其中所述垫包含无机纤维。4. 根据权利要求1或2所述的蜂窝状催化剂，其中所述垫包含生物可溶性纤维。5. 根据权利要求1或2所述的蜂窝状催化剂，其中浆料涂层包含二氧化钛，并且催化剂 包含氧化钒和任选的氧化钨。6. 根据权利要求1或2所述的蜂窝状催化剂，其中浆料涂层包含二氧化钛和/或氧化铝， 并且催化剂包含铂和/或钯。7. 根据权利要求1或2所述的蜂窝状催化剂，其中在基底上用浆料涂层在不同区域涂 覆，其中每个区域的浆料涂层中含有相同或不同的催化剂;或者用叠加的多层浆料涂层涂 覆基底，其中每一层含有相同或不同的催化剂。8. 根据权利要求7所述的蜂窝状催化剂，其中基底具有含氨泄漏催化剂的下游区域或 底层。
【文档编号】B01J23/44GK205517799SQ201620085695
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】E·S·塞拉
【申请人】托普索公司