用于处理废气的经催化的过滤器的制造方法
【专利说明】用于处理废气的经催化的过滤器
[oow] 发明背景 1. 发明领域
[0002] 本发明设及用于处理燃烧废气的制品。更具体地，本发明设及用于从贫燃燃烧废 气中减少烟灰和其它不期望的组分的涂覆有催化剂的颗粒物过滤器。 2.
【背景技术】
[0003] 大多数燃烧废气的绝大部分包含相对良性的氮气化2)、水蒸气化2〇)和二氧化碳 (C〇2);但是所述废气还W相对小的份额包含有害和/或毒性物质，如来自不完全燃烧的一 氧化碳（C0)、来自未燃烧的燃料的控（HC)、由于燃烧溫度过高的氮氧化物（NOy)，和颗粒物 质（绝大部分为烟灰）。为了减轻释放至大气中的废气的环境影响，期望的是消除运些不期 望的组分或减少其量，优选通过不产生其它有害的或毒性物质的方法进行。
[0004] 某些贫燃发动机如柴油机，倾向于产生具有可观量的烟灰和其它颗粒物质的废 气。烟灰排放可W通过使含烟灰的废气通过柴油颗粒物过滤器值F巧如壁流式过滤器来补 救。 阳0化]为了减少废气系统所需空间的量，经常期望设计单独的废气部件W实现执行多于 一种功能。例如，将催化剂涂层施加至壁流式过滤器基材通过使一种基材具有两种功能 (即除去烟灰并作为非均相催化剂的基材）而起到减小废气处理系统的整体尺寸的作用。 然而，用可操作量的催化剂涂覆过滤器可能不期望地增加穿过所述过滤器的背压，运又降 低了发动机性能和燃油经济性。对于高性能催化剂载体涂层，如包含经过渡金属促进的沸 石的选择性催化还原（SCR)催化剂而言尤其如此。
[0006] 已进行许多尝试，W制备具有合适地高的量的催化剂和合适地低的背压的经载体 涂覆的DPF。然而，仍然存在对在用有效量的SCR催化剂涂覆时产生相对低的背压的DFP的 需求。
[0007] 发明简述
[0008] 申请人已令人惊讶地发现，穿过壁流式过滤器的背压可W通过仅用催化剂载体涂 层从出口侧涂覆过滤器而降低，只要所述载体涂层包含比过滤器的平均孔径大的催化剂颗 粒。更具体地，用大颗粒的载体涂层仅从过滤器的出口侧涂覆与具有仅从过滤器的入口侧 施加的等量的相同催化剂涂层或具有从所述过滤器的入口侧和出口侧二者均匀施加的等 量的相同催化剂涂层的相同过滤器相比，意料不到地减少穿过过滤器的烟灰负载的背压。 该结果也是令人惊讶的，因为仅施加至相同过滤器的出口侧的小颗粒载体涂层并不产生相 当的益处，并且实际上导致较高的背压。
[0009] 因此，提供了柴油颗粒物过滤器，其包括（a)具有平均孔径、入口侧、出口侧和介 于入口与出口侧之间的多孔内部的壁流式过滤器基材；和化）从所述基材的出口侧涂覆的 催化剂组合物，其中所述催化剂组合物具有屯。粒度分布，其中所述dw粒度分布大于或等于 所述平均孔径除W4. 9 + 0. 1，并且其中所述入口侧基本上不存在催化剂涂层。
[0010] 在本发明的另一方面，提供了用于处理贫燃废气的系统，其包括（a)本文中所描 述的柴油颗粒物过滤器；和化）与所述柴油颗粒物过滤器流体连通的至少一个排气系统部 件，其中所述排气系统部件选自设置在所述柴油颗粒物过滤器上游的N02源、设置在所述柴 油颗粒物过滤器上游的还原剂源、AM0X催化剂、NOy阱、NOy吸收催化剂、柴油氧化催化剂和 SCR催化剂。
[0011] 在本发明的又一方面，提供了用于减少贫燃废气中的烟灰的方法，所述方法包括 W下步骤：(a)使携带烟灰并且任选地包含NOy的废气物流与本文中所述的柴油颗粒物过 滤器接触；化）在所述柴油颗粒物过滤器上和/或在所述柴油颗粒物过滤器中捕获所述烟 灰的至少一部分，同时使得所述废气穿过所述柴油颗粒物过滤器；（C)周期性地和/或连续 地燃烧所捕获的烟灰W再生所述过滤器；和任选地（d)使所述废气与从所述过滤器的出口 侧涂覆的SCR催化剂接触，W降低废气中的NOx浓度。
[0012] 附图简述
[0013] 图1A为柴油颗粒物过滤器；
[0014] 图1B为柴油颗粒物过滤器的横截面视图；
[0015] 图2A为柴油颗粒物过滤器的多孔薄壁的图；
[0016] 图2B为根据本发明的实施方案的具有催化剂涂层的柴油颗粒物过滤器的多孔薄 壁的图讯
[0017] 图3为根据本发明的实施方案的具有催化剂涂层的柴油颗粒物过滤器的横截面 图。
[0018] 本发明的优选实施方案的详述
[0019] 本发明部分地设及用于改进环境空气质量且尤其是用于改进由柴油和其它贫燃 发动机产生的废气排放的催化过滤器。废气排放至少部分地通过减少一种或多种气态组分 如NOy和NH3和降低贫燃废气中的颗粒物质浓度得W改进。因此，优选的催化过滤器包括多 孔基材，如柴油颗粒物过滤器值FP)，其既起到从穿过所述多孔基材的废气物流中机械除去 颗粒物质的作用，又起到负载可用于除去废气中的不期望的气态组分的催化剂组合物的作 用。
[0020] 在某些实施方案中，所述过滤器为具有某种平均孔径、入口侧、出口侧和介于入口 与出口侧之间的多孔内部的壁流式过滤器基材，和具有屯。粒度分布的从所述基材的出口 侧涂覆的催化剂组合物，其中所述屯。粒度分布大于或等于所述平均孔径除W4. 8、4. 9或 5. 0,并且其中所述入口侧基本上不存在催化剂涂层。
[0021] 优选的过滤器基材包括柴油颗粒物过滤器，且用于移动应用的优选的柴油颗粒物 过滤器包括壁流式过滤器如壁流式陶瓷整料。其它过滤器基材包括流通式过滤器如金属或 陶瓷泡沫或纤维过滤器。除了堇青石、碳化娃和陶瓷W外，可用于多孔基材的其它材料包 括，但不限于氧化侣二氧化娃、氮化侣、氮化娃、铁酸侣、α-氧化侣、莫来石、飽恼石、错石、 氧化错、尖晶石、棚化物、长石、二氧化铁、烙融石英、棚化物、陶瓷纤维复合物、运些中的任 意的混合物、或包含其两种或更多种的片段的复合物。尤其优选的基材包括堇青石、碳化娃 和铁酸侣（AT)，其中AT为占优势的结晶相。
[0022] 转到图1A，其示出了根据本发明的实施方案的壁流式过滤器基材10。所述壁流式 过滤器具有前端20和后端22,其中将前端20设计为在过滤之前接收废气21且将后端22 设计为允许经清洁的废气29离开过滤器10。
[0023] 在图1B中示出了壁流式过滤器的一部分的横截面。壁流式过滤器基材具有许多 被薄的多孔壁23分隔的方形平行通道14,所述薄的多孔壁从出口侧被催化剂载体涂层44 涂覆。所述通道14在轴向上从所述基材的前端20向所述基材的后端22延伸。所述通道 14仅在一端开口。将所述通道的相对端封堵。在前端与后端之间W交替的棋盘图案12布 置封堵端，从而使得废气21进入向所述基材前端开口的通道24,穿过薄的多孔壁23,进入 向所述基材后端开口的通道26,然后离开所述基材。特别是当与本文所描述的催化剂组合 物组合时，所述壁23的孔隙率和孔径对于气体渗透而言足够，但有效捕获颗粒物质的主要 部分（包括烟灰）。目P，在废气穿过过滤器时，所述废气携带的颗粒物质被薄的多孔壁捕获， 由此使得不含颗粒物的废气离开所述过滤器。所述颗粒物质在过滤器上积聚直至再生所述 过滤器。
[0024] 所述通道的横截面形状没有特别限制，并且例如可W为方形、圆形、楠圆形、矩形、 Ξ角形、六边形等。用于柴油发动机的壁流式过滤器基材典型地包含约100-800cpsi(每平 方英寸通道数），例如约100至约400cpsi，约200至约300cpsi，或约500至约eOOcps。在 某些实施方案中，所述壁具有约0. 1至约1. 5mm如约0. 15至约0. 25mm、约0. 25至约0. 35mm 或约0. 25至约0. 50mm的平均壁厚度。 阳0巧]转到图2A和2B，多孔壁23具有相对于废气流34穿过所述壁的典型方向的入口 侧30和出口侧32。所述入口侧30具有暴露至向所述基材的前端开口的通道24的入口表 面40,并且所述出口侧32具有暴露至向所述基材的后端开口的通道26的出口表面42。所 述过滤器还具有与出口表面42和入口表面40等距的中屯、50。如本文中所使用的，关于所 述薄的多孔壁的术语"入口侧"30意指所述入口表面40和从所述入