專利名稱：具有汽油微粒過(guò)濾器的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放物處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常屬于具有用于處理含有烴、一氧化碳和氮氧化物的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)氣流連同微粒的催化劑的排放物處理系統(tǒng)。更特別地，本發(fā)明指向涂在微粒過(guò)濾器，例如煙灰過(guò)濾器上或內(nèi)部的三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化劑或氧化催化劑。
背景技術(shù)：
使汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的微粒排放物服從法規(guī)，包括即將到來(lái)Euio 6(2014)標(biāo)準(zhǔn)。特別的是，已經(jīng)研發(fā)了某些汽油直噴(GDI)發(fā)動(dòng)機(jī)，其工況引起細(xì)微粒形成。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)有后處理系統(tǒng)不適合達(dá)到提出的微粒物標(biāo)準(zhǔn)。與柴油稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的微粒相反，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)例如GDI發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的微粒往往更細(xì)且量更少。這是由于和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒條件不同。例如，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在比柴油發(fā)動(dòng)機(jī)更高的溫度下運(yùn)行。同樣，與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放物中烴組分不同。未燃燒的烴、一氧化碳和氧化氮污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)不斷變得更加嚴(yán)格。為了滿足此類標(biāo)準(zhǔn)，將裝有三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化劑的催化轉(zhuǎn)換器置于內(nèi)燃機(jī)的排氣管中。此類催化劑促進(jìn)用未燃燒的烴和一氧化碳的廢氣流中的氧氣氧化以及氧化氮還原為氮?dú)?。美?guó)專利申請(qǐng)公布No. 2009/0193796 (Wei)中提供了包含涂在微粒捕集器上或內(nèi)部的TWC催化劑的催化微粒捕集器。TWC催化劑可涂在過(guò)濾器的入口側(cè)、出口側(cè)或二者。反壓力和體積約束廢氣系統(tǒng)可限制添加另外的處理組分的能力。在一些⑶I排放系統(tǒng)中，需要與NOx捕集器和SCR催化劑組合的兩種或更多種TWC催化劑復(fù)合材料，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于此類系統(tǒng)而言，沿排氣管容納任何另外的磚形物或罐是一個(gè)挑戰(zhàn)。隨著微粒標(biāo)準(zhǔn)變得越來(lái)越嚴(yán)格，然而，需要提供微粒捕集功能性，而不過(guò)度聚集排氣管和增大反壓力。而且，HC、NOx和CO轉(zhuǎn)換不斷引起人們的興趣。某些過(guò)濾器技術(shù)具有相對(duì)小的孔和/或更小的孔隙度，旨在捕獲細(xì)微粒物質(zhì)，但是此類過(guò)濾器通常不能容納足夠的催化劑載量以滿足HC、NOx和CO轉(zhuǎn)換要求。仍然需要提供連同有效過(guò)濾器提供足夠TWC，而不過(guò)度增大反壓力的催化過(guò)濾器，以致在滿足微粒物質(zhì)排放的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)HC、NOx和CO轉(zhuǎn)換。
發(fā)明概要提供了適合連同汽油發(fā)動(dòng)機(jī)用于除處理氣體排放物，例如烴、氧化氮和一氧化碳外還用于捕獲微粒的廢氣系統(tǒng)和組分。有趣的是，為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)提供了微粒過(guò)濾器(GPF或PFG)，所述微粒過(guò)濾器提供對(duì)反壓力影響最小的全三元轉(zhuǎn)換(TWC)功能性。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，TffC催化過(guò)濾器可能需要連同第二 TWC催化劑一起使用，以滿足法規(guī)和汽車制造商要求。來(lái)自汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的微粒物質(zhì)主要在冷啟動(dòng)期間產(chǎn)生。這與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生微粒物質(zhì)的途徑相反，這在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工作過(guò)程中速率大致恒定。
方面包括廢氣處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括涂在汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)下游的排放物處理系統(tǒng)中的微粒過(guò)濾器上和/或內(nèi)部，用于處理包含烴、一氧化碳、氧化氮和微粒的廢氣流的三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化劑。
第一方面提供了涂層孔隙度與其無(wú)涂層孔隙度大體上相同的催化微粒過(guò)濾器。 即，此類涂層過(guò)濾器引起對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能無(wú)害的反壓力或壓降。無(wú)害壓降指，在呈涂層或無(wú)涂層狀態(tài)的過(guò)濾器襯底存在下，發(fā)動(dòng)機(jī)通常將同樣以各種發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式進(jìn)行(例如，燃油消耗量)。一個(gè)或多個(gè)詳細(xì)實(shí)施方案提供，無(wú)涂層孔隙度和涂層孔隙度在相互的7%(或6% 或5%或4%或3%或2. 5%或2%或甚至1%)之內(nèi)。對(duì)過(guò)濾器測(cè)量涂層或無(wú)涂層的過(guò)濾器孔隙度。測(cè)量孔隙度的一種方式是將過(guò)濾器分部分，測(cè)量每個(gè)部分的孔隙度，并且取結(jié)果的平均值。例如，可將過(guò)濾器分為前/入口部分和后/出口部分，獲得每一部分的孔隙度，并且取結(jié)果的平均值。
另一方面提供了包含存在于過(guò)濾器上或內(nèi)，量為至少1.0g/in3(61g/L)的三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化材料的催化微粒過(guò) 濾器。一個(gè)詳細(xì)實(shí)施方案提供，量為1.0-4.0g/in3(61g/ L-244g/L)或I. 5-4. Og/in3或甚至2. 0-4. Og/in3。另一詳細(xì)方面提供了位于汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)下游的排放物處理系統(tǒng)中，用于處理包含烴、一氧化碳、氧化氮和微粒的廢氣流的催化微粒過(guò)濾器，所述催化微粒過(guò)濾器包括量在I. 0-4. Og/in3 (61g/L-244g/L)范圍內(nèi)，涂在微粒過(guò)濾器上或內(nèi)部的三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化材料；其中所述TWC催化材料在全使用壽命老化后儲(chǔ)存至少100mg/L的氧氣并且包含量在I. 0-4. Og/in3(61g/L_244g/L)范圍之內(nèi)的儲(chǔ)氧組分；其中所述微粒過(guò)濾器包含以致第一組孔的第一平均孔徑為30 μ m或更小而第二組孔的第二平均孔徑大于30 μ m的孔徑分布；并且其中所述TWC催化材料包含以致第一組顆粒的第一平均粒度為7. 5 μ m或更小而第二組顆粒的第二平均粒度大于7. 5 μ m的粒度分布。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，無(wú)涂層孔隙度和涂層孔隙度在55-70%的范圍之內(nèi)。在另一實(shí)施方案中，微粒過(guò)濾器包含在15-25 μ m范圍之內(nèi)的平均孔徑。在又一實(shí)施方案中， 涂層和無(wú)涂層孔隙度在60-70%的范圍之內(nèi)并且微粒過(guò)濾器的平均孔徑在18-23 μ m的范圍之內(nèi)。某些實(shí)施方案可提供，催化微粒過(guò)濾器，即涂層過(guò)濾器，也可包含在13-23 μ m(或甚至16-21 μ m)范圍之內(nèi)的平均孔徑。
微粒過(guò)濾器可包含以致第一組孔的第一平均孔徑為30 μ m或更小而第二組孔的第二平均孔徑大于30 μ m的孔徑分布。第一平均孔徑可在5-30 μ m的范圍之內(nèi)而第二平均孔徑可在30-300 μ m的范圍之內(nèi)。第一平均孔徑可在10-30 μ m的范圍之內(nèi)而第二平均孔徑可在30-100 μ m的范圍之內(nèi)。
TWC催化材料可包含以致第一組顆粒的第一 d9(l粒度為7. 5 μ m或更小而第二組顆粒的第二 d9(l粒度大于7. 5μπι的粒度分布。第一平均粒度可在1-7. 5μπι(或 1-6. 5 μ m,或1-6. O μ m，或1-5. 5 μ m，或甚至或1-5. O μ m)的范圍之內(nèi)而第二平均粒度可在 7. 6-100 μ m (或 10-100 μ m，或 15-100 μ m，或 20-100 μ m，或 30-100 μ m，或甚至或 50-100 μ m)的范圍之內(nèi)。d9Q粒度指粒度分布曲線上提供90%尺寸等于或小于d9Q的顆粒的點(diǎn)的點(diǎn)。換言之，僅10%的顆粒將具有大于d9(l的粒度。TWC催化材料可包含量為10重量％或更多，例如10-50重量％(或10-40重量％或10-30重量％或甚至10-20重量％)的第二組顆粒。一個(gè)詳細(xì)實(shí)施方案提供，第一 d9(l粒度為6. O μ m或更小而第二 d9(l粒度為10. O μ m 或更大。
一個(gè)實(shí)施方案提供，TffC催化材料在全使用壽命老化后儲(chǔ)存至少100mg/L (或甚至200mg/L)的氧氣。一個(gè)詳細(xì)實(shí)施方案提供，儲(chǔ)氧組分存在的量在1.0-4. 0g/in3(61g/ L-244g/L)范圍之內(nèi)。
TffC催化材料可包含含鉬族金屬的涂層和儲(chǔ)氧組分。一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案提供了， 涂層以單層提供。可在顆粒過(guò)濾器的入口側(cè)、出口側(cè)或二者處提供涂層。涂層可包含銠、鈀、 二氧化鈰或復(fù)合二氧化鈰和氧化鋁。按需要，涂層可不含氧化鋁(即，不故意向涂層添加氧化鋁，但是可能微量存在)，僅僅包含，例如，銠、鈀和二氧化鈰或復(fù)合二氧化鈰。
在一個(gè)實(shí)施方案中，第一單涂層存在于沿微粒過(guò)濾器的100%軸向長(zhǎng)度的入口側(cè)而第二單涂層存在于沿微粒過(guò)濾器的100%軸向長(zhǎng)度的出口側(cè)。在另一實(shí)施方案中，第一單涂層存在于從上游端沿微粒過(guò)濾器的50-75%軸向長(zhǎng)度的入口側(cè)而第二單涂層存在于從下游端沿微粒過(guò)濾器的50-75%軸向長(zhǎng)度的出口側(cè)。又一實(shí)施方案提供，第一單涂層存在于從上游端沿微粒過(guò)濾器長(zhǎng)達(dá)50%的軸向長(zhǎng)度的入口側(cè)而第二單涂層存在于從下游端沿微粒過(guò)濾器長(zhǎng)達(dá)50%的軸向長(zhǎng)度的出口側(cè)。
微粒過(guò)濾器可包含堇青石、氧化鋁、金剛砂、鈦酸鋁或莫來(lái)石。
更多實(shí)施方案包括具有上游區(qū)和下游區(qū)的催化過(guò)濾器，兩個(gè)區(qū)均包含鉬族金屬， 例如鈀組分，其中所述上游區(qū)包含的鉬族金屬的量大于下游區(qū)中鉬族金屬的量。
還提供了處理包含烴、一氧化碳、氧化氮和微粒的廢氣的方法。所述方法包括提供包含按每千米提供不超過(guò)6X IO11個(gè)微粒排放物有效的量涂在微粒過(guò)濾器上或內(nèi)部的三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化材料的催化微粒過(guò)濾器；將催化微粒過(guò)濾器置于汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的下游；并且使來(lái)自汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣與催化微粒過(guò)濾器接觸。
所述方法可進(jìn)一步包括提供催化微粒過(guò)濾器產(chǎn)生的全TWC功能性，流過(guò)襯底的 TffC催化劑或其組合。
詳細(xì)實(shí)施方案提供，微粒排放物數(shù)量不超過(guò)4. OX IO11個(gè)/km，不超過(guò)3. OX IO11個(gè) /km或甚至不超過(guò)2. O X IO11個(gè)/km。
還提供了制造催化微粒過(guò)濾器的方法。所述方法包括提供微粒過(guò)濾器；提供三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化材料；和按至少1.0g/in3(61g/L)的量將TWC催化材料涂在微粒過(guò)濾器上或內(nèi)部以形成所述催化微粒過(guò)濾器，以致催化微粒過(guò)濾器具有與微粒過(guò)濾器的無(wú)涂層孔隙度大體上相同的涂層孔隙度。
另一方面提供了一種處理包含烴、一氧化碳、氧化氮和微粒的廢氣的方法，所述方法包括將前述實(shí)施方案的任一個(gè)中的排放物處理系統(tǒng)置于汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的下游并且使來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣與催化微粒過(guò)濾器接觸。
附圖簡(jiǎn)述
圖I為示出了根據(jù)一個(gè)詳細(xì)實(shí)施方案所述的發(fā)動(dòng)機(jī)排放物處理系統(tǒng)的示意圖2為示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案所述的集成發(fā)動(dòng)機(jī)排放物處理系統(tǒng)的示意圖3為壁流式過(guò)濾器襯底的透視圖；并且
圖4為壁流式過(guò)濾器襯底的一部分的剖視圖。
圖5為根據(jù)各種孔隙度的實(shí)施方案的發(fā)動(dòng)機(jī)速度的催化劑壓降圖。
發(fā)明詳述
提供了適合連同汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，例如汽油直噴(GDI)發(fā)動(dòng)機(jī)，用于除還原氣體排放物，例如烴、氧化氮和一氧化碳外還用于捕獲微粒的廢氣系統(tǒng)和組分。一般地說(shuō)，雖然某些 GDI發(fā)動(dòng)機(jī)可使用稀薄(λ>1)方案，但是此類汽油發(fā)動(dòng)機(jī)按化學(xué)計(jì)量工作(λ=1)。然而， 汽油廢氣系統(tǒng)中的反壓力和體積約束可限制添加另外的處理組分的能力。對(duì)于此類系統(tǒng)而言，沿排氣管容納任何另外的磚形物或罐是一個(gè)挑戰(zhàn)。隨著微粒標(biāo)準(zhǔn)變得越來(lái)越嚴(yán)格，然而，需要提供微粒捕集功能性，而不過(guò)度增大反壓力。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可設(shè)計(jì)具有全TWC功能性，同時(shí)達(dá)到汽油發(fā)動(dòng)機(jī)細(xì)小微粒物質(zhì)的適合過(guò)濾效率的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)催化微粒過(guò)濾器(GPF 或PFG)。第一方面，可按需要為具有有兩個(gè)或更多個(gè)平均孔徑的孔徑分布，即不對(duì)稱孔徑分布的微粒過(guò)濾器涂覆具有指定粒度的涂層。這樣，可促進(jìn)過(guò)濾器不同大小的孔和過(guò)濾器壁的表面的TWC功能性，在通過(guò)較大孔中涂層的存在提高過(guò)濾器效率的同時(shí)對(duì)反壓力影響最小。第二方面，將涂層(例如，l_4g/in3)載至微粒過(guò)濾器上，對(duì)反壓力的影響最小，同時(shí)提供TWC催化活性和顆粒捕集功能性以滿足日益嚴(yán)格的法規(guī)例如Euio 6，還在所述過(guò)濾器上和/或內(nèi)部遞送足夠高水平的儲(chǔ)氧組分(OSC)。過(guò)濾器可具有與其無(wú)涂層孔隙度大體上相同的涂層孔隙度。即，涂層過(guò)濾器具有與無(wú)涂層過(guò)濾器相似的反壓力，以致對(duì)火車發(fā)動(dòng)機(jī)整體動(dòng)力性能存在極小影響。第三方面，可通過(guò)分區(qū)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)微粒過(guò)濾器的點(diǎn)火改進(jìn)。根據(jù)需要，可利用機(jī)械修改和熱量管 理在涂層過(guò)濾器中達(dá)到足夠溫度。這些方面可單獨(dú)或相互結(jié)合進(jìn)行。
至于微粒(或顆粒)過(guò)濾器，通常認(rèn)為需要相對(duì)小的孔和/或低孔隙度以捕獲細(xì)微粒物質(zhì)。在詳細(xì)實(shí)施方案中出乎意料地發(fā)現(xiàn)，孔徑較大且孔隙度較高的過(guò)濾器可在涂層載量存在下表現(xiàn)出過(guò)濾改善。不但實(shí)現(xiàn)了過(guò)濾改善，而且較大孔徑和較高孔隙度過(guò)濾器上的涂層載量可進(jìn)一步滿足氣體(HC、N0x和CO)排放標(biāo)準(zhǔn)。與較小孔徑/低孔隙度過(guò)濾器相比，大孔徑/高孔隙度過(guò)濾器還出乎意料地實(shí)現(xiàn)了在恒定粒度分布和涂層載量下隨時(shí)間推移的過(guò)濾改善。不旨在受理論約束，認(rèn)為較小孔徑/低孔隙度過(guò)濾器通常由于反壓力的影響，不能容納足夠催化劑載量，以滿足HC、NOx和CO轉(zhuǎn)換要求。
在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，過(guò)濾器襯底具有兩種(或更多種)平均孔徑，這意味著當(dāng)進(jìn)行孔徑分布測(cè)量時(shí)可存在一種以上的平均孔徑?？蓪?duì)過(guò)濾器襯底進(jìn)行此類測(cè)量。例如， 在孔徑分布測(cè)量中可存在兩個(gè)不同峰值。在一個(gè)實(shí)施方案中，過(guò)濾器具有以致由于孔徑分布的斜率不對(duì)稱，第一平均孔徑小于或等于30、25、20、15或甚至10 μ m而第二平均孔徑大于或等于30、50、70或甚至100 μ m的孔徑分布。
類似地，可將催化材料表征為具有兩種(或更多種)平均粒度，這意味著在催化材料中可存在一種以上的平均粒度。證明這一點(diǎn)的一種方式是通過(guò)不對(duì)稱粒度分布曲線。此類曲線可由一種或多種單峰(即，對(duì)稱)分布的總和產(chǎn)生。例如，在催化材料的粒度分布測(cè)量中可存在兩個(gè)不同峰值。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方案，以使得第一 d9(l粒度小于或等于 7. 5 μ m(例如，約6. 5,6. 0,5. 5、5、4、3、2或甚至Iym)而第二 d9(l粒度大于7. 5 μ m(例如， 7.6、10、15、20、30或甚至5(^111)的粒度分布提供催化劑或催化材料。可用許多方式進(jìn)行具有一種以上平均粒度的催化材料的遞送，例如通過(guò)提供一種或多種具有兩種或更多種平均粒度的粒度分布的涂層，或通過(guò)提供一種或多種各自具有不同單峰或單一粒度分布的涂層，或通過(guò)其組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，提供了具有以致存在兩種平均(d5(l)和/或d9(l粒度的粒度分布的一種涂層。在另一實(shí)施方案中，提供了兩種涂層，各自具有不同單峰粒度分布。另一實(shí)施方案提供，第一涂層具有兩種平均(d5(l)和/或d9(l粒度的粒度分布而第二涂層具有單峰粒度分布。不旨在受理論約束，認(rèn)為使用具有有一種以上的平均粒度的粒度分布的催化材料將增強(qiáng)在具有有一種以上的平均孔徑的孔徑分布的過(guò)濾器上和內(nèi)部的涂層。 然后可提供適合捕集GDI發(fā)動(dòng)機(jī)細(xì)微粒，同時(shí)仍提供排放物的催化處理的整體孔隙度/孔徑分布，而不損失反壓力。
提到“全TWC功能性”意味著可根據(jù)監(jiān)管機(jī)構(gòu)和/或汽車制造商的要求實(shí)現(xiàn)HC和 CO氧化和NOx還原。這樣，提供鉬族金屬組分，例如鉬、鈀和銠，以實(shí)現(xiàn)HC、CO和NOx轉(zhuǎn)換并提供足夠儲(chǔ)氧組分(OSC)以達(dá)到足夠儲(chǔ)氧容量以確保在不同A/F(空燃)比的環(huán)境中適當(dāng)?shù)腍C、CO和NOx轉(zhuǎn)換。足夠儲(chǔ)氧容量通常指，在汽車制造商限定的全使用壽命后，催化劑可儲(chǔ)存并釋放最小量的氧氣。在一個(gè)實(shí)例中，可用儲(chǔ)氧容量可為每升IOOmg氧氣。再如,在 1050°C下放熱老化80h后，足夠儲(chǔ)氧容量可為每升200mg氧氣。需要足夠儲(chǔ)氧容量以確保車載診斷(OBD)系統(tǒng)檢測(cè)到功能催化劑。在沒(méi)有足夠儲(chǔ)氧容量時(shí)，OBD將觸發(fā)非功能催化劑警報(bào)器。高儲(chǔ)氧容量超過(guò)足夠量，這加寬了催化劑的工作窗口并允許汽車制造商對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)管理更加靈活。
提到儲(chǔ)氧組分(OSC)指具有多價(jià)態(tài)并且可在氧化條件下與諸如氧氣或一氧化二氮的氧化劑活躍反應(yīng)，或在還原條件與諸如一氧化碳(CO)或氫氣的還原劑反應(yīng)的實(shí)體。適合儲(chǔ)氧組分的實(shí)例包括二氧化鈰。氧化鐠也可作為OSC包括在內(nèi)?？赏ㄟ^(guò)使用，例如，混合氧化物實(shí)現(xiàn)OSC向涂層的遞送。例如，可用鈰和鋯的混合氧化物，和/或鈰、鋯和釹的混合氧化物遞送二氧化鋪。例如，可用鐠和錯(cuò)的混合氧化物，和/或鐠、鋪、鑭、釔、錯(cuò)和釹的混合氧化物遞送氧化鐠。
在描述本發(fā)明的若干示例性實(shí)施方案之前，應(yīng)理解本發(fā)明不限于以下描述中提及的構(gòu)造或工序詳情。本發(fā)明能夠是以各種方式實(shí)踐或執(zhí)行的其它實(shí)施方案。
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圖1，一種排放物處理系統(tǒng)3包括通過(guò)管線7將廢棄運(yùn)送到任選的第一 TWC催化劑9處的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)5。在一些情況下，由于通過(guò)管線11接收廢氣流的涂有TWC的下游微粒過(guò)濾器13，第一 TWC催化劑可比其它需要的小。在涂有TWC的微粒過(guò)濾器13提供全 TffC功能性的情況下，可能不需要第一 TWC。管線15可通向的更多處理組件和/或尾管和系統(tǒng)外。在其它情況下，涂有TWC的微粒過(guò)濾器13裝有設(shè)計(jì)用于連同第一 TWC催化劑一起作用，以滿足排放要求的TWC催化劑載量。
圖2描繪了集成排放物處理系統(tǒng)30，包括TWC催化劑部分32、微粒過(guò)濾器部分34、 任選的NOx捕集器36和SCR 38。在廢氣排放流處理期間，廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)流過(guò)集成排放物處理系統(tǒng)30，以處理和/或轉(zhuǎn)換廢氣排放污染物，例如未燃燒的烴(HC)、一氧化碳(CO)、氧化氮(NOx)和微粒物質(zhì)。廢氣依次流過(guò)上游TWC催化劑部分32、微粒過(guò)濾器部分34、任選的 NOx捕集器36和SCR催化劑38。在一種備選集成系統(tǒng)中，可將TWC催化劑涂在微粒過(guò)濾器上，從而取消一個(gè)部分。
表現(xiàn)出良好活性和長(zhǎng)壽命的TWC催化劑包含一種或多種置于高表面積、難熔性金屬氧化物支撐體，例如高表面積氧化鋁涂層上的鉬族金屬(例如，鉬、鈀、銠、錸和銥)。支撐體載于適合載體或襯底上，例如包含耐火陶瓷或金屬蜂窩結(jié)構(gòu)，或耐火顆粒，例如球體或適合耐火材料的短擠出片段的單塊式載體。在受材料諸如氧化鋯、氧化鈦，諸如氧化鋇、氧化鈣或氧化鍶的堿土金屬氧化物或，最通常地，稀土金屬氧化物，例如二氧化鈰、氧化鑭和兩種或更多種稀土金屬氧化物的混合物熱降解后，難熔性金屬氧化物支撐體可穩(wěn)定。例如，見(jiàn)美國(guó)專利No. 4，171，288 (Keith)。也可將TWC催化劑配制為包括儲(chǔ)氧組分。
提到催化劑涂層中的“支撐體”指通過(guò)締合、分散、浸潰或其它適合方法接收貴金屬、穩(wěn)定劑、促進(jìn)劑、粘合劑等的材料。支撐體的實(shí)例包括但不限于高表面積難溶性金屬氧化物和含有儲(chǔ)氧組分的復(fù)合材料。高表面難溶性金屬氧化物支撐體指具有大于20人的孔和寬孔分布的支撐體顆粒。高表面積難溶性金屬氧化物支撐體，例如，氧化鋁支撐體材料，也稱為“Y氧化鋁”或“活化氧化鋁”，通常表現(xiàn)出超過(guò)60平方米每克(“m2/g”)的BET表面積，常常高達(dá)約200m2/g或更高。此類活化氧化鋁通常是Y和δ氧化鋁相的混合物，但也可能含有大量的Π、K和Θ氧化鋁相。除活化氧化鋁外的難熔性金屬氧化物可用作指定催化劑中至少一些催化組分的支撐體。例如，已知散裝二氧化鈰、氧化鋯、α氧化鋁和其它材料用于此類用途。雖然這些材料中的許多材料受到具有比活化氧化鋁低很多的BET表面積的缺點(diǎn)影響，但是該缺點(diǎn)往往受所得催化劑的更大耐用性所彌補(bǔ)?！癇ET表面積”具有提到用于通過(guò)N2吸附確定表面積的Brunauer、Emmett、Teller方法的通常含義。
一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案包括包含選自氧化鋁、氧化鋁_氧化鋯、氧化鋁_ 二氧化鋪_氧化錯(cuò)、氧化鑭_氧化招、氧化鑭_氧化錯(cuò)_氧化招、氧化鋇_氧化招、氧化鋇氧化鑭_氧化鋁、氧化鋇氧化鑭_氧化釹氧化鋁和氧化鋁_ 二氧化鈰的活化化合物的高表面積難熔性金屬氧化物支撐體。含有儲(chǔ)氧組分的復(fù)合材料的實(shí)例包括但不限于二氧化鈰-氧化鋯和二氧化鈰_氧化鋯_氧化鑭。提到“二氧化鈰_氧化鋯復(fù)合材料”指包含二氧化鈰和氧化鋯， 而未指定每種組分的量的復(fù)合材料。適合的二氧化鈰-氧化鋯復(fù)合材料包括但不限于具有 (例如)5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90% 或甚至95% 二氧化鈰含量的復(fù)合材料。某些實(shí)施方案提供，支撐體包含具有100%(即，>99% 純度)的標(biāo)稱二氧化鈰含量的散裝二氧化鈰。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，支撐體材料大體上不含氧化鋁，以將催化劑的儲(chǔ)氧容量增加到最大限度。提到“大體上不含氧化鋁”意味著氧化鋁以不超過(guò)催化材料總載量的5%的量存在。根據(jù)需要，催化材料可完全不含氧化鋁， 即，所述催化材料可無(wú)氧化鋁。
如本文所使用，分子篩，例如沸石，指可能呈微粒形式支撐催化貴金屬的材料，所述材料具有大體均勻的孔分布，平均孔徑不大于20Ju提到催化劑涂層中的“非沸石支撐體”指并非分子篩或沸石且通過(guò)締合、分散、浸潰或其它適合方法接收貴金屬、穩(wěn)定劑、促進(jìn)劑、粘合劑的材料。此類支撐體的實(shí)例包括但不限于高表面積難熔性金屬氧化物。
提到“浸潰”意味著，使含有貴金屬的溶液進(jìn)入支撐體的孔內(nèi)。在詳細(xì)實(shí)施方案中， 通過(guò)初期潤(rùn)濕實(shí)現(xiàn)貴金屬的浸潰，其中含有貴金屬的稀溶液的體積與支撐體本身的孔體積大致相等。初期潤(rùn)濕浸潰通常導(dǎo)致前體溶液在支撐體的整個(gè)孔隙系統(tǒng)中大體均勻的分布。 提到“密切接觸”包括具有有效量的組分在相同支撐體上的這種接觸(例如，Pd和0SC)，直接接觸和/或大體上靠近，以致OSC在Pd組分之前接觸氧氣組分。
TWC催化材料可包含含鉬族金屬和儲(chǔ)氧組分復(fù)合材料的第一涂層。任選地，可在任何含有鉬族金屬的涂層之前，為過(guò)濾器涂覆包含二氧化鈰且任選包含選自鑭、鋯、鐠、釔和釹的穩(wěn)定劑的下涂層。儲(chǔ)氧組分可以O(shè). 5-4. Og/in3(30. 5g/L_244g/L)范圍之內(nèi)的量存在。一個(gè)實(shí)施方案提供了大體上不含氧化鋁的TWC催化材料。另一實(shí)施方案提供，TWC催化材料不含NOx捕集組分。在又一實(shí)施方案中，TWC催化材料在全使用壽命老化之后儲(chǔ)存至少 200mg/L的氧氣。
在一個(gè)分區(qū)實(shí)施方案中，催化微粒過(guò)濾器包含上游區(qū)和下游區(qū)，所述兩個(gè)區(qū)均包含鈀組分，其中上游區(qū)包含的鈀組分的量大于下游區(qū)中鈀組分的量。一個(gè)實(shí)例提供，在上游區(qū)中存在 20-100g/ft3(0. 7-3. 5g/L)的鈀，下游存在 l_20g/ft3。
微粒捕集器
提到微粒捕集器指，如此大小并且構(gòu)造用于捕集直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中由燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的微粒的過(guò)濾器。例如，可通過(guò)使用微粒(或煙灰)過(guò)濾器，通過(guò)使用具有內(nèi)部彎路以致微粒流向的改變使微粒從廢氣流中退出的流通型襯底，通過(guò)使用金屬襯底，例如波形金屬載體，或通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它方法進(jìn)行微粒的捕集。其它過(guò)濾裝置可能適合，例如可將顆粒從廢氣流中敲出的粗糙面的管道。具有彎頭的管道也可能適合。
關(guān)于過(guò)濾器，圖3描繪了適合微粒過(guò)濾器的示例性壁流式過(guò)濾器襯底的透視圖。 用于支撐TWC或氧化催化劑組合物的壁流式襯底具有若干沿著襯底的縱軸(或軸向長(zhǎng)度) 延伸，大體平行的細(xì)氣流通道。通常，每個(gè)通道在襯底本身的一端阻斷，備用通道在相對(duì)端面阻斷。雖然可使用遠(yuǎn)遠(yuǎn)更少的通道，但是此類單塊式載體每平方英寸橫截面可容納達(dá)約 300個(gè)流動(dòng)通道(“小室”)。例如，載體每平方英寸(“cpsi”)可具有約7至300個(gè)，更通常地具有約200至300個(gè)小室。小室可具有矩形、正方形、圓形、橢圓形、三角形、六邊形或其它多邊形形狀的橫截面。壁流式襯底通常壁厚為O. 008-0. 016英寸。特定壁流式襯底的壁厚為O. 010-0. 012英寸?？赡苄枰S向分區(qū)，以致沿過(guò)濾器的軸向長(zhǎng)度提供涂層。在入口側(cè)，從上游端54測(cè)量，涂層可延伸至軸向長(zhǎng)度的50%(例如，1-49. 9%，或10-45%)，軸向長(zhǎng)度的50-75%，或甚至軸向長(zhǎng)度的100%。在出口側(cè)，從下游端56測(cè)量，涂層可延伸至軸向長(zhǎng)度的50%(例如，1-49. 9%，或10-45%)，軸向長(zhǎng)度的50_75%，或甚至軸向長(zhǎng)度的100%。
圖3和4說(shuō)明了具有若干通道52的壁流式過(guò)濾器襯底50。過(guò)濾器襯底的內(nèi)壁53 呈管狀圍繞封閉。襯底具有入口或上游端54和出口或下游端56。在入口端用入口塞58而在出口端用出口塞60堵塞備用通道，以在入口 54和出口 56處形成相反棋盤(pán)形圖案。氣流 62進(jìn)入上游端54通過(guò)未堵塞的通道入口 64，被出口塞60阻止并通過(guò)通道壁53 (多孔)擴(kuò)散至出口側(cè)66。過(guò)濾器入口側(cè)上的涂層指留在壁53上或內(nèi)部的涂層，以致氣流62首先接觸入口涂層。過(guò)濾器出口側(cè)上的涂層指流在壁53上或內(nèi)部的涂層，以致氣流62在接觸入口涂層之后接觸出口涂層。由于入口塞58，氣體不能回到壁的入口側(cè)。
壁流式過(guò)濾器襯底可由陶瓷樣材料，例如堇青石、氧化鋁、金剛砂、鈦酸鋁、莫來(lái)石或難熔性金屬構(gòu)成。壁流式襯底也可由陶瓷纖維復(fù)合材料形成。特定壁流式襯底由堇青石、 金剛砂和鈦酸鋁形成。此類材料能夠耐受在處理廢氣流時(shí)遇到的環(huán)境，特別是高溫。
用于本發(fā)明系統(tǒng)的壁流式襯底包括多孔薄壁蜂窩(單塊)，液體流通過(guò)其中，不引起反壓力或通過(guò)物品的壓力增大太多。系統(tǒng)中使用的陶瓷壁流式襯底可由具有至少 40%(例如，40-70%)孔隙度的材料形成。有用壁流式襯底可具有10 μ m或更大的整體平均孔徑。某些壁流式襯底具有第一平均孔徑不大于30 μ m而第二平均孔徑不小于30 μ m的不對(duì)稱孔徑分布。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，襯底可具有的孔隙度為至少55%且第一平均孔徑在10-30 μ m的范圍之內(nèi)而第二平均孔徑在31-100 μ m的范圍之內(nèi)。當(dāng)用以下所述技術(shù)涂10覆具有這些孔隙度和這些平均孔徑的襯底時(shí)，可將足夠水平的TWC組合物載至襯底上，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的烴、CO和/或NOx轉(zhuǎn)換率。盡管載有催化劑，這些襯底仍能保持足夠的廢氣流特征，即可接受的反壓力。
催化本發(fā)明中使用的多孔壁流式過(guò)濾器，因?yàn)樗鲈谋谏嫌谢騼?nèi)部裝有一種或多種催化材料。催化材料可僅存在于元件壁的入口，僅存在于出口側(cè)，存在于入口和出口側(cè)，或壁本身可全部或部分由催化材料組成。本發(fā)明包括在元件的入口和/或出口壁上使用一種或多種催化材料涂層和一種或多種催化材料涂層的組合。
為用TWC或氧化催化劑組合物涂覆壁流式過(guò)濾器，將襯底垂直浸入一部分催化劑漿料中，以致襯底的頂部正好位于漿料表面的上方。以這種方式，漿料接觸每個(gè)蜂窩壁的入口面，但是防止?jié){料接觸每個(gè)壁的出口面。將樣品留在漿料中約30-60秒。將過(guò)濾器從漿料中移出，并首先通過(guò)使過(guò)量漿料從通道排出，然后充入壓縮空氣(與漿料滲透的方向相反)，然后從漿料滲透的方向拉真空將過(guò)量漿料從壁流式過(guò)濾器中去除。通過(guò)使用這種技術(shù)，催化劑漿料滲入過(guò)濾器的壁，然而未將孔堵塞至在成品過(guò)濾器中會(huì)建立過(guò)度反壓力的程度。如本文所使用，當(dāng)用于描述催化劑漿料在過(guò)濾器上分散時(shí)，術(shù)語(yǔ)“滲入”指，催化劑組合物分散于過(guò)濾器的整個(gè)壁上。
通常在約100°C下干燥涂層過(guò)濾器并且在更高的溫度(例如，300-450°C和達(dá) 5900C )下煅燒。煅燒之后，可通過(guò)計(jì)算過(guò)濾器的涂層和無(wú)涂層重量確定催化劑載量。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)，可通過(guò)改變涂層漿料的固體含量修改催化劑載量。可選地，可將過(guò)濾器重復(fù)浸沒(méi)于涂層漿料中，接著如以上所述去除過(guò)量漿料。
關(guān)于金屬襯底，有用襯底可由一種或多種金屬或金屬合金構(gòu)成?？刹捎酶鞣N形狀， 例如波形板或單塊形式的金屬載體。特定的金屬支撐體包括耐熱金屬和金屬合金例如鈦和不銹鋼以及鐵為實(shí)質(zhì)性組分或主要組分的其它合金。此類合金可能含有鎳、鉻和/或鋁的一種或多種，并且這些金屬的總量可能有利地包含至少15重量％的合金，例如10-25重量％ 的鉻，3-8重量％的鋁和達(dá)20重量％的鎳。合金可能還含有少量或微量的一種或多種其它金屬，例如錳、銅、釩、鈦等。金屬載體的表面可在高溫下氧化，例如1000°C和更高溫度，以通過(guò)在載體的表面形成氧化物層提高合金的耐腐蝕性。此類高溫誘導(dǎo)的氧化可增強(qiáng)催化材料與載體的粘著。
催化劑復(fù)合材料涂層的制備
可形成單層或多層的催化劑復(fù)合材料。在一些情況下，可能適合制備一種催化材料的漿料并使用這種漿料在載體上形成多層?？梢子谕ㄟ^(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已知的工藝制備復(fù)合材料。以下提出了代表性工藝。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“涂層”具有在涂在足夠多孔以允許處理氣流在其中通過(guò)的襯底載體材料，例如蜂窩型載體構(gòu)件上的催化或其它材料的薄粘著涂層領(lǐng)域中通常的含義。因此，“涂層”定義為由支撐體顆粒組成的涂層?！按呋繉印笔怯山⒘舜呋M分的支撐體顆粒組成的涂層。
可易于在載體上制備分層的催化劑復(fù)合材料。對(duì)于第一層特定涂層而言，在適當(dāng)媒介物(例如水)中將高表面積難熔性金屬氧化物(例如Y氧化鋁)的細(xì)微顆粒制成漿料。為了并入諸如貴金屬(例如，鈀、銠、鉬和/或其組合)、穩(wěn)定劑和/或促進(jìn)劑的組分，可將此類組分作為水溶性或水分散性化合物或復(fù)合物的混合物并入漿料中。通常，當(dāng)需要鈀時(shí)，利用呈化合物或復(fù)合物形式的鈀組分，以實(shí)現(xiàn)組分在難熔性金屬氧化物支撐體，例如活化氧化鋁上的分散。術(shù)語(yǔ)“鈀組分”指，一經(jīng)煅燒或使用，就分解或轉(zhuǎn)化為催化活性形式的任何化合物、復(fù)合物等，通常為金屬或金屬氧化物。可使用金屬組分的水溶性化合物或水分散性化合物或復(fù)合物，只要用于使金屬組分浸潰或沉積于難熔性金屬氧化物支撐體顆粒上的液體介質(zhì)不與催化劑組合物中可能存在的金屬或其化合物或其復(fù)合物或其它組分不利反應(yīng)并且能夠通過(guò)在加熱和/或應(yīng)用真空時(shí)通過(guò)揮發(fā)或分解從金屬組分中去除。在一些情況下，在將催化劑投入使用并經(jīng)受在工作期間遇到的高溫之前，不可能完成液體的去除。通常，從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面的角度看，利用貴金屬的可溶性化合物或組合物的水溶液。例如，適合的化合物為硝酸鈀或硝酸銠。
制備本發(fā)明任一層的分層催化劑復(fù)合材料的適合方法是制備所需貴金屬化合物 (例如，鈀化合物)的溶液和至少一種支撐體的混合物，支撐體例如細(xì)微、高表面積、難熔性金屬氧化物支撐體(例如Y氧化鋁)，所述支撐體足夠干燥以吸附大體上所有的溶液以形成濕潤(rùn)固體，濕潤(rùn)固體之后與水結(jié)合形成可涂漿料。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，漿料為酸性，例如pH為約2至約7以下?？赏ㄟ^(guò)向漿料中添加適量的無(wú)機(jī)或有機(jī)酸降低漿料的pH。 當(dāng)考慮到酸和原材料的相容性時(shí)，可使用無(wú)機(jī)和有機(jī)酸的組合。無(wú)機(jī)酸包括但不限于硝酸。 有機(jī)酸包括但不限于醋酸、丙酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、谷氨酸、己二酸、馬來(lái)酸、富馬酸、鄰苯二甲酸、酒石酸、檸檬酸等。之后，若需要，可向漿料中添加儲(chǔ)氧組分的水溶性或水分散性化合物(例如鈰_鋯復(fù)合材料)、穩(wěn)定劑(例如，乙酸鋇)和促進(jìn)劑(例如，硝酸鑭)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，之后可粉碎漿料以產(chǎn)生大體上全部的粒度小于約30 μ m,即平均直徑在約O. 1_15μπι之間的固體?？稍谇蚰C(jī)、圓磨機(jī)或其它相似設(shè)備中完成粉碎，并且漿料的固體含量可能為(例如)約20-60重量％，更特別地為約30-40重量％。
可制備另外的層，即第二層和第三層并且按如上所述將第一層置于載體上的相同方式置于第一層上。實(shí)施例
以下非限制性實(shí)施例應(yīng)用于說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案。在每個(gè)實(shí)施例中，載體為堇青石。
實(shí)施例I
比較性
制備涂層載量為lg/in3(61g/L)的蜂窩流通型襯底上的三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化劑。 流通型襯底的尺寸為4. 66*5”、300/12cpsi、體積I. 4L、鉬族金屬(PGM) 30g/ft3且Pt/Pd/Rh 的 PGM 比為 0/27/3。
實(shí)施例2
按lg/in3(61g/L)、2g/in3(122g/L(2g/in3)和 3g/in3(183g/L)的涂層載量制備在襯底壁內(nèi)具有三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化劑的低孔隙度顆粒過(guò)濾器。過(guò)濾器襯底的尺寸為 4. 66*5”、300/12cpsi、體積 I. 4L、鉬族金屬(PGM) 30g/ft3 且 PGM Pt/Pd/Rh 比為 0/27/3。過(guò)濾器襯底具有45%孔隙度且平均孔徑為13 μ m。
實(shí)施例3
按lg/in3(61g/L)、2g/in3(122g/L)和 3g/in3(183g/L)的涂層載量制備在襯底內(nèi)具有三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化劑的高孔隙度顆粒過(guò)濾器。過(guò)濾器襯底的尺寸為4. 66*5”、300/12cpsi、體積 I. 4L、鉬族金屬(PGM) 30g/ft3 且 PGM Pt/Pd/Rh 比為 0/27/3。過(guò)濾器襯底具有65%孔隙度且平均孔徑為20 μ m。
實(shí)施例4
在900°C下于2%02、10%H20和平衡N2中在熱水爐老化下老化實(shí)施例1、2和3中各自具有l(wèi)g/in3(61g/L)的復(fù)合材料4h。在新歐洲行駛循環(huán)(NEDC)條件和在緊密偶合位置有復(fù)合材料位于汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)下游的I. 6L發(fā)動(dòng)機(jī)下，使用PMP方法測(cè)量微粒數(shù)量(表I)。 還測(cè)量了非甲烷類烴(NMHC)、總烴(HC)、一氧化碳(CO)和NOx的排放(表I)。
表I
權(quán)利要求
1.一種在汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)下游，用于處理包含烴、一氧化碳、氧化氮和微粒的廢氣流的排放物處理系統(tǒng)，所述排放物處理系統(tǒng)包括催化微粒過(guò)濾器，所述過(guò)濾器包括 涂在具有無(wú)涂層孔隙度的微粒過(guò)濾器上或內(nèi)部的三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化材料； 其中所述催化微粒過(guò)濾器具有與所述微粒過(guò)濾器的無(wú)涂層孔隙度大體上相同的涂層孔隙度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排放物處理系統(tǒng)，其中所述TWC催化材料在全部使用壽命老化后儲(chǔ)存至少100mg/L的氧氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的排放物處理系統(tǒng)，其中所述無(wú)涂層孔隙度和所述涂層孔隙度在相互的7%之內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的排放物處理系統(tǒng)，其中所述無(wú)涂層孔隙度和所述涂層孔隙度在55-70%的范圍之內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的排放物處理系統(tǒng)，其中所述TWC催化材料的量在1.0-4.0g/in3(61-244g/L)的范圍之內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的排放物處理系統(tǒng)，其中所述第一平均孔徑在5-30 μ m的范圍之內(nèi)而所述第二平均孔徑在30-300 μ m的范圍之內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的排放物處理系統(tǒng)，其中所述TWC催化材料包含以致所述第一組顆粒的第一 d9(l粒度為7. 5 μ m或更小而所述第二組顆粒的第二 d9(l粒度大于7.5μπι的粒度分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的排放物處理系統(tǒng)，其中所述TWC催化材料包含量在10-50重量％的范圍之內(nèi)的第二組顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的排放物處理系統(tǒng)，其中所述TWC催化材料由單涂層組分形成并且第一單涂層存在于沿所述微粒過(guò)濾器的100%軸向長(zhǎng)度的入口側(cè)而第二單涂層存在于沿所述微粒過(guò)濾器的100%軸向長(zhǎng)度的出口側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的排放物處理系統(tǒng)，其中所述TWC催化材料由單涂層組分形成并且第一單涂層存在于從上游端沿所述微粒過(guò)濾器的50-75%軸向長(zhǎng)度的入口側(cè)而第二單涂層存在于從下游端沿所述微粒過(guò)濾器的50-75%軸向長(zhǎng)度的出口側(cè)。
11.一種位于在汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)下游，用于處理包含烴、一氧化碳、氧化氮和微粒的廢氣流的排放物處理系統(tǒng)內(nèi)的催化微粒過(guò)濾器，所述催化微粒過(guò)濾器包含 以在1.0-4g/in3(122-244g/L)范圍之內(nèi)的量涂在微粒過(guò)濾器上或內(nèi)部的三元轉(zhuǎn)換(TffC)催化材料； 其中所述TWC催化材料在全部使用壽命老化后儲(chǔ)存至少100mg/L的氧氣并且包含量在1.0-4.0g/in3(122g/L-244g/L)范圍之內(nèi)的儲(chǔ)氧組分； 其中所述微粒過(guò)濾器包含以致第一組孔的第一平均孔徑為30 μ m或更小而第二組孔的第二平均孔徑大于30 μ m的孔徑分布；并且 其中所述TWC催化材料包含以致第一組顆粒的第一 d9(l粒度為7. 5 μ m或更小而第二組顆粒的第二 d9(l粒度大于7. 5 μ m的粒度分布。
12.一種處理包含烴、一氧化碳、氧化氮和微粒的廢氣的方法，所述方法包括 提供包含按每千米提供不超過(guò)6X IO11個(gè)微粒排放物有效的量涂在微粒過(guò)濾器上或內(nèi)部的三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化材料的催化微粒過(guò)濾器；
13.將所述催化微粒過(guò)濾器置于汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的下游；并且 使來(lái)自所述汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣與所述催化微粒過(guò)濾器接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述方法包括提供權(quán)利要求11的催化微粒過(guò)濾器。
15.一種制造催化微粒過(guò)濾器的方法，所述方法包括 提供微粒過(guò)濾器； 提供三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化材料；和 按至少1.0g/in3(61g/L)的量將所述TWC催化材料涂在所述微粒過(guò)濾器上或內(nèi)部以形成所述催化微粒過(guò)濾器，以致所述催化微粒過(guò)濾器具有與所述微粒過(guò)濾器的無(wú)涂層孔隙度大體上相同的涂層孔隙度。
全文摘要
提供了適合連同汽油發(fā)動(dòng)機(jī)用于除還原氣體排放物，例如烴、氧化氮和一氧化碳外還用于捕獲微粒的廢氣系統(tǒng)和組分。提供了包括位于微粒過(guò)濾器上的三元轉(zhuǎn)換(TWC)催化劑的廢氣處理系統(tǒng)。具有1-4g/ft范圍的涂層載量的涂層顆粒過(guò)濾器對(duì)反壓力產(chǎn)生最小的影響，同時(shí)提供TWC催化活性和顆粒捕集功能性以滿足日益嚴(yán)格的法規(guī)例如Euro 6，還在所述過(guò)濾器上和/或內(nèi)部遞送足夠高水平的儲(chǔ)氧組分(OSC)。所述過(guò)濾器可具有與其無(wú)涂層孔隙度大體上相同的涂層孔隙度。所述TWC材料可包含以致第一組顆粒的第一d90粒度為7.5μm或更小而第二組顆粒的第二d90粒度大于7.5μm的粒度分布。還提供了制造和使用所述廢氣系統(tǒng)和組分的方法。
文檔編號(hào)F01N3/20GK102939445SQ201180029144
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者M·阿諾德, S·西蒙德, A·斯阿尼, K·瓦塞爾曼 申請(qǐng)人:巴斯夫公司, 巴斯夫歐洲公司