专利名称：一种三元催化器及其催化层的涂覆方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机的排气净化技术，尤其涉及一种三元催化器及其催化层的
涂覆方法。
背景技术：
三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可以将汽车排出的尾气中的CO、碳氢化合物(HC)和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转化为无害的二氧化碳、水和氮气。三元催化器包括壳体和载体，载体设置在壳体内，载体部件是一块多孔的陶瓷材料制成，也可以制成蜂窝状的结构，三元催化器真正起作用的不是载体本身，而是覆盖在载体上的由钼、钯、铑等贵金属组成的催化剂材料。催化剂的催化作用是在一定温度条件下才起反应，催化剂的起燃温度一般在300°C左右，即转化率达到50%时的温度，如果温度过低，则转化效率会急剧降低，则会使汽车排放的尾气没有完全转化就排放到大气中，而严重污染环境。由于三元催化器冷启动时的温度较低达不到催化剂的起燃温度；另一方面，废气与催化器中催化剂的接触过程中前后区的受热情况也有一定的温差，涂覆在催化器载体上后区的催化剂进入工作状态的速度更慢，不能较好的发挥催化剂的三元催化性能，从而在三元催化器冷启动时不能完全发挥催化剂的三元催化性能，使汽车排放的尾气中大部分的有害气体(如碳氢化合物)未被处理而直接排放到大气中造成环境污染。所以，需要设计一种三元催化器能够解决冷启动时所存在的问题。目前最常用的三元催化器的催化层是采用整体式涂覆结构，即在载体材料上均勻的涂覆催化剂层。如中国专利(授权公告号CN2013^446Y)公开了一种三元催化器的载体，包括三元催化器和载体，在载体的进气端表面具有一定的曲率半径或斜度的面，并使催化剂均勻的涂覆在载体的内表面上，该方法虽然增加了对废气的处理能力，但是其是通过载体的体积而增加催化剂与废气的接触面积来提高三元催化器对废气的处理能力，成本相对比较高，而且催化剂采用整体式涂覆的方式，需要较大的热量才能使催化剂完全达到起燃温度，所需起燃时间较长，催化转化效率很低，不能较好的解决三元催化器冷启动时对废气的处理能力的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出一种具有针对性强、能够有效提高冷启动时催化转化率的三元催化器及其工艺简单的三元催化器催化层的涂覆方法。本发明的目的之一可通过下列技术方案来实现一种三元催化器，包括壳体和设置在壳体内的载体，其特征在于，所述的载体的内表面上从进气口至出气口依次涂覆有采用三元催化剂一制成的催化层一和采用三元催化剂二制成的催化层二 ；所述的三元催化剂二中贵金属含量低于所述的三元催化剂一中贵金属含量。本发明的上述三元催化器的催化层采用分区涂覆，使两种催化剂被涂覆在载体的不同区域，能更有效的提高对汽车排放的尾气中有害气体的处理。在催化器的进气口端催化层一的区域上涂覆浓度较高的催化剂一，利用前区进气口端的尾气温度较高的特点，能使首先与废气接触的催化剂快速进入工作状态，达到起燃温度，提高对尾气的处理能力。增强前区催化剂一对尾气的处理能力，减少因冷启动时催化剂未达到起燃温度而使尾气的逃逸量，提高催化器的整体工作效率；而后区排气口端催化层二区域的温度相对较低，催化剂进入工作状态相对较慢，且后区催化层二区域上的催化剂对尾气中有害气体的处理量也相对较低，如果涂覆高浓度的催化剂涂层，也不能使多余的催化剂发挥作用，且生产成本也较高。与现有技术中采用整体式均勻涂覆的催化器相比，本发明的三元催化器利用废气进入三元催化器的温度变化特点，充分利用三元催化器前区达到催化剂起燃温度快的特点，对三元催化器载体上的催化层结构进行改进，使载体的前后区催化层上的催化剂的催化性能都能发挥最大的作用；同时也解决了因三元催化器冷启动时尾气中有害物质不能被及时处理而覆盖在催化剂表面使催化剂活性降低，降低了三元催化剂的使用寿命。本发明的三元催化器具有使用寿命长的优点。在上述的三元催化器中，所述的催化层一的轴向长度与催化层二的轴向长度的比例值为0. 8 1. 2。催化层采用分区的涂覆结构，能最大限度的发挥前区达到催化剂起燃温度快，催化剂能较快进入工作状态的优势，能最大限度的发挥催化剂的净化效果；如果该比例值过大，则由于废气至后区时温度相对较低，催化剂进入工作状态较慢，即使涂覆的催化剂的浓度过高，也不能发挥其应有的作用，既造成原料的浪费，又增加了生产成本。作为优选，所述的催化层一的轴向长度与催化层二的轴向长度的比例值为1。在上述的三元催化器中，所述的三元催化剂一中贵金属重量与三元催化剂二中贵金属重量的比例值为4 6。三元催化器中的贵金属是起催化作用的关键材料，能使发动机排出的废气中的有害气体在贵金属的催化作用下转化成无害气体后排放，减少对环境的污染。使两者的比例值在该范围，能较佳的提高催化层一对尾气中有害气体的处理能力，使催化剂能将废气中的HC、CO、NOx有害气体均通勤被催化还原成无害的气体排放，实现净化效果。所述的三元催化剂中还可以包括钼、稀土金属，能更有利于促进贵金属钯、铑的催化活性，能够更进一步提高转化率。在上述的三元催化器中，所述的三元催化剂一中贵金属包括钯和铑；钯的重量与铑的重量的比例值为20 观。在汽车尾气中大部分是因三元催化器冷启动时不能及时的使废气中的有害气体转化而污染环境。在汽车冷启动时产生的HC气体最多，贵金属钯是处理HC气体最主要的催化剂，在三元催化剂一中增加钯的量能够提高对HC气体的处理能力， 具有针对性强的特点。采用本发明的上述比例值的三元催化剂一作为催化层一的材料，能较好的处理HC气体，同时也能够解决尾气中CO和NOx气体的处理，实现三元催化的效果， 转化效率高。在上述的三元催化器中，所述的三元催化剂二中贵金属包括钯和铑；钯的重量与铑的重量的比例值为3 5。采用该比例范围内的三元催化剂二作为催化层二的材料，能更进一步的确保对废气的净化，充分净化HC、C0和NOx气体，使排放的气体符合汽车尾气的排放标准。本发明的另一个目的是通过以下技术方案来实现的一种三元催化器催化层的涂覆方法，其特征在于，该方法包括以下步骤
A、涂覆催化层一将三元催化剂一涂覆在催化层一所覆盖的区域上，并使三元催化剂一固化附着在载体上；B、涂覆催化层二 将三元催化剂二涂覆在催化层二所覆盖的区域上，并使三元催化剂二固化附着在载体上。在上述的三元催化器催化层的涂覆方法中，所述的涂覆包括以下步骤a、将载体竖直放置在灌浆机的出口上且使进料口与灌浆机的出口密封连接；b、通过灌浆机将对应的三元催化剂从进料口输入载体内，直至充满对应地涂覆区域；c、通过灌浆机排出多余的三元催化剂。上述的三元催化器催化层的涂覆方法中，能够保证催化剂均勻的涂覆在载体上， 也能够保证操作过程中催化剂能方便的进行灌浆涂覆，且准确的将催化剂涂覆在相应的催化层上；同时，密封连接又能够保证在操作过程中浆料不易外流，更有利于生产。在上述的三元催化器催化层的涂覆方法中，所述的催化层一的进料口为载体的进气口 ；所述的催化层二的进料口为载体的出气口。采用该方法能够保证不重复涂覆，且操作方便。在上述的三元催化器催化层的涂覆方法中，所述的三元催化剂从进料口输入载体内时灌浆机控制三元催化剂输入的体积。通过控制输入载体内的体积，使催化剂浆料覆盖在相应的区域上，既不造成重复涂覆，又能够保证催化剂均勻的涂覆在相应区域的表面上。 在将催化剂通过灌浆机输入载体内的同时，还可以控制输入的压力，使催化剂浆料缓慢的输入载体内，如果压力过大，容易使输送过程中产生冲料现象，既不安全，又浪费原料。在上述的三元催化器催化层的涂覆方法中，所述的固化附着包括对涂覆有三元催化剂的载体进行加热并保温。通过加热固化使涂覆的三元催化剂固化附着在载体上，保证催化剂在使用过程中不易脱落。在上述的三元催化器催化层的涂覆方法中，所述的涂覆有三元催化剂的载体置于焙烧炉内加热至400°C 500°C并保温6小时以上。与现有技术相比，本发明的三元催化器由于采用了分区涂覆催化剂，结构新颖，提高了催化器的整体催化性能和三元催化器冷启动时的催化转化率，增强了对汽车尾气中有害气体的处理能力，提高了三元催化器的整体催化转化效率，具有针对性强和催化性能强的优点；且本发明的三元催化剂催化层的涂覆方法还具有工艺简单、能够确保催化剂均勻涂覆和适用于实际工业生产的优点。
图1是本发明的三元催化器的结构示意图。图中，1、壳体；2、催化层二 ；3、载体；4、催化层一 ；5、进气口 ；6、排气口。
具体实施例方式以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述， 但本发明并不限于这些实施例。如图1所示，本三元催化器包括一个壳体1，壳体1上具有气流进气口 5和排气口6，壳体1内设置有带有催化剂涂层的载体3，载体3内表面上从进气口至排气口依次涂覆有催化剂一制成的催化层一 4和催化剂二制成的催化层二 2，载体3上的催化层一 4靠近于气流进气口 5，催化层二 2靠近于气流出排气口 6 ；其中催化层一 4的轴向长度与催化层二 2的轴向长度的比例值为0. 8 1. 2 ；催化剂一中贵金属重量与催化剂二中贵金属重量的比例值为4 6 ；催化剂一中贵金属包括钯和铑，钯的重量与铑的重量的比例值为20 观；催化剂二中贵金属包括钯和铑，钯的重量与铑的重量的比例值为3 5。本三元催化器是一种用于发动机的排气净化装置，将本三元催化器安装在排气净化装置中，当发动机排放的废气从三元催化器的进气口 5进入通过三元催化器，再从三元催化器的排气口 6排出气体至大气，当废气通过三元催化器时，与三元催化器中载体上的催化剂一制成的催化层一 4和催化剂二制成的催化层二 2接触，在催化剂的催化下，将废气中的HC、CO、NOx的有害气体转化成水、二氧化碳和氮气再排放至大气中，从而实现净化的目的。本三元催化器将整体式涂覆改进为分区涂覆，使载体3上催化层一 4中贵金属的量相对整体式均勻涂覆时贵金属的量增加，前区催化层一首先与气流接触，温度上升比较快，能更快的达到催化剂的起燃温度，使载体3内表面上涂覆的催化层一 4中的催化剂更快的进入工作状态，这样可以增加前区催化剂对有害气体的处理量，减少有害气体在三元催化器冷启动时的逃逸量，提高催化器的转化效率。实施例1取三元催化器的载体基材，将其竖直放置在灌浆机的出口上且使进料口与灌浆机的出口密封连接，所述的进料口为载体的进气口，通过灌浆机向载体内输入一定体积的包括三元催化剂一的浆料，使浆料从载体的下方开始向上均勻的涂覆在催化层一的区域上，使催化层一中催化剂钯和铑的贵金属总质量为100g/ft3，上述包括三元催化剂一的浆料中钯与铑的重量比例值为20，所述的浆料可以采用本领域常规的方法配制而成的，然后将多作的浆料排出，然后将涂覆了催化层一的载体放进焙烧炉中进行焙烧，将温度升温至 400°C，然后控制温度在400°C 500°C，进行焙烧保温6小时，从而保证催化层一固化附着在载体上，焙烧结束后，将载体取出冷却后，再进行催化层二的涂覆。将涂覆了催化层一的三元催化器再竖直放置在灌浆机的出口上且使进料口与灌浆机的出口密封连接，所述的进料口为载体的出气口，通过灌浆机向载体内输入一定体积的包括三元催化剂二的浆料，使浆料从载体的下方开始向上均勻的涂覆在催化层二的区域上，使催化层二中催化剂钯和铑的贵金属总质量为20g/ft3，上述包括三元催化剂二的浆料中钯与铑的重量比例值为5，所述的浆料可以采用本领域常规的方法配制而成，涂覆均勻后，将多余的浆料排出，然后将涂覆了催化层二的载体再放进焙烧炉中进行焙烧，将温度升温至400°C，然后控制温度在400°C 500°C，进行焙烧保温6小时，从而保证催化层二固化附着在载体上，焙烧结束后取出载体，即得到分区涂覆了催化层一和催化层二的载体，其中催化层一的轴向长度与催化层二的轴向长度的比例值为1. 0。实施例2取三元催化器的载体基材，将其竖直放置在灌浆机的出口上且使进料口与灌浆机的出口密封连接，所述的进料口为载体的进气口，通过灌浆机向载体内输入一定体积的包括三元催化剂一的浆料，使浆料从载体的进气口的下方开始向上均勻的涂覆在催化层一的区域上，形成催化层一，使催化层一中催化剂钯和铑的贵金属总质量为120g/ft3，上述包括三元催化剂一的浆料中钯与铑的重量比例值为观，所述的浆料可以采用本领域常规的方法配制而成，将多作的浆料排出，然后将涂覆了催化层一的载体放进焙烧炉中进行焙烧，将温度升温至400°C以上，然后控制温度在400°C 500°C，进行焙烧保温6小时，保证催化层一固化附着在载体上，且在使用过程中也不易脱落，焙烧结束后，将载体取出冷却后，再进行下一步工序催化层二的涂覆。将涂覆了催化层一的三元催化器再竖直放置在灌浆机的出口上且使进料口与灌浆机的出口密封连接，所述的进料口为载体的出气口，通过灌浆机向载体内输入一定体积的包括三元催化剂二的浆料，使浆料从载体的出气口的下方开始向上均勻的涂覆在催化层二的区域上，使催化层二中催化剂钯和铑的贵金属总质量为20g/ft3，上述包括三元催化剂二的浆料中钯与铑的重量比例值为4，所述的浆料可以采用本领域常规的方法配制而成，涂覆均勻后，将多余的浆料排出，然后将涂覆了催化层二的载体再放进焙烧炉中进行焙烧，将温度升温至400°C以上，然后控制温度在400°C 500°C，进行焙烧保温7小时，从而保证催化层二固化附着在载体上，焙烧结束后，取出载体，即得到分区涂覆了催化层一和催化层二的载体，其中催化层一的轴向长度与催化层二的轴向长度的比例值为1. 2。实施例3取三元催化器的载体基材，将其竖直放置在灌浆机的出口上且使进料口与灌浆机的出口密封连接，所述的进料口为载体的进气口，通过灌浆机向载体内输入一定体积的包括三元催化剂一的浆料，使浆料从载体的进气口的下方开始向上均勻的涂覆在催化层一的区域上，形成催化层一，使催化层一中催化剂钯和铑的贵金属总质量为120g/ft3，上述包括三元催化剂一的浆料中钯与铑的重量比例值为对，所述的浆料可以采用本领域常规的方法配制而成，将多作的浆料排出，然后将涂覆了催化层一的载体放进焙烧炉中进行焙烧，将温度升温至400°C以上，然后控制温度在400°C 500°C，进行焙烧保温6小时，保证催化层一固化附着在载体上，且在使用过程中也不易脱落，焙烧结束后，将载体取出冷却后，再进行下一步工序催化层二的涂覆。将涂覆了催化层一的三元催化器再竖直放置在灌浆机的出口上且使进料口与灌浆机的出口密封连接，所述的进料口为载体的出气口，通过灌浆机向载体内输入一定体积的包括三元催化剂二的浆料，使浆料从载体的出气口的下方开始向上均勻的涂覆在催化层二的区域上，使催化层二中催化剂钯和铑的贵金属总质量为30g/ft3，上述包括三元催化剂二的浆料中钯与铑的重量比例值为3，所述的浆料可以采用本领域常规的方法配制而成，涂覆均勻后，将多余的浆料排出，然后将涂覆了催化层二的载体再放进焙烧炉中进行焙烧，将温度升温至400°C以上，然后控制温度在400°C 500°C，进行焙烧保温8小时，从而保证催化层二固化附着在载体上，焙烧结束后，取出载体，即得到分区涂覆了催化层一和催化层二的载体，其中催化层一的轴向长度与催化层二的轴向长度的比例值为0. 8。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管本文较多地使用了壳体1 ；催化层二 2 ；载体3 ；催化层一 4 ；进气口 5 ；排气口 6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
权利要求
1.一种三元催化器，包括壳体和设置在壳体内的载体，其特征在于所述的载体的内表面上从进气口至出气口依次涂覆有采用三元催化剂一制成的催化层一和采用三元催化剂二制成的催化层二 ；所述的三元催化剂二中贵金属含量低于所述的三元催化剂一中贵金属含量。
2.根据权利要求1所述的一种三元催化器，其特征在于所述的催化层一的轴向长度与催化层二的轴向长度的比例值为0. 8 1. 2。
3.根据权利要求1所述的一种三元催化器，其特征在于所述的三元催化剂一中贵金属重量与三元催化剂二中贵金属重量的比例值为4 6。
4.根据权利要求1或3所述的一种三元催化器，其特征在于所述的三元催化剂一中贵金属包括钯和铑；钯的重量与铑的重量的比例值为20 观。
5.根据权利要求1或3所述的一种三元催化器，其特征在于所述的三元催化剂二中贵金属包括钯和铑；钯的重量与铑的重量的比例值为3 5。
6.一种如权利要求1所述的三元催化器催化层的涂覆方法，其特征在于该方法包括以下步骤A、涂覆催化层一将三元催化剂一涂覆在催化层一所覆盖的区域上，并使三元催化剂一固化附着在载体上；B、涂覆催化层二将三元催化剂二涂覆在催化层二所覆盖的区域上，并使三元催化剂二固化附着在载体上。
7.根据权利要求6所述的一种三元催化器催化层的涂覆方法，其特征在于所述的涂覆包括以下步骤a、将载体竖直放置在灌浆机的出口上且使进料口与灌浆机的出口密封连接；b、通过灌浆机将对应的三元催化剂从进料口输入载体内，直至充满对应地涂覆区域；c、通过灌浆机排出多余的三元催化剂。
8.根据权利要求7所述的一种三元催化器催化层的涂覆方法，其特征在于所述的催化层一的进料口为载体的进气口 ；所述的催化层二的进料口为载体的出气口。
9.根据权利要求6所述的一种三元催化器催化层的涂覆方法，其特征在于所述的固化附着包括对涂覆有三元催化剂的载体进行加热并保温。
10.根据权利要求9所述的一种三元催化器催化层的涂覆方法，其特征在于所述的涂覆有三元催化剂的载体置于焙烧炉内加热至400°C 500°C并保温6小时以上。
全文摘要
本发明涉及一种三元催化器及其催化层的涂覆方法，本三元催化器包括壳体和设置在壳体内的载体，所述的载体的内表面上从进气口至出气口依次涂覆有采用三元催化剂一制成的催化层一和采用三元催化剂二制成的催化层二；所述的三元催化剂二中贵金属含量低于所述的三元催化剂一中贵金属含量。与现有技术相比，本三元催化器由于采用了分区涂覆催化剂，结构新颖，提高了催化器的整体催化性能和三元催化器冷启动时的催化转化率，提高了三元催化器的整体催化转化效率，具有针对性强和催化性能强的优点；而且本三元催化剂催化层的涂覆方法具有工艺简单、能够确保催化剂均匀涂覆和适用于实际工业生产。
文档编号B05C9/06GK102400745SQ20111032878
公开日2012年4月4日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者丁勇, 任颖睦, 杨安志, 王杰, 赵福全, 金吉刚 申请人:浙江吉利控股集团有限公司, 浙江吉利汽车研究院有限公司