專利名稱：分區(qū)催化煙灰過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分區(qū)催化煙灰過濾器。這種煙灰過濾器包括壁流基底，該壁流基底包括入口端、出口端、在入口端與出口端之間延伸的基底軸向長度、以及由壁流基底的內(nèi)壁限定的多個(gè)通路。多個(gè)通路包括具有開啟的入口端和封閉的出口端的入口通路、以及具有封閉的入口端和開啟的出口端的出口通路。入口通路的內(nèi)壁包括第一入口涂層，該第一入口涂層從入口端延伸到第一入口涂層端，由此限定第一入口涂層長度，其中第一入口涂層長度是基底軸向長度的X%，其中0〈x〈100。出口通路的內(nèi)壁包括第一出口涂層，該第一出口涂層從出口端延伸到第一出口涂層端，由此限定第一出口涂層長度，其中第一出口涂層長度是基底軸向長度的100-x%。第一入口涂層長度由此限定上游區(qū)，并且第一出口涂層長度限定下游區(qū)。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一入口涂層和第一出口涂層兩者均包括氧化催化 齊U。根據(jù)本發(fā)明，第一入口涂層和第一出口涂層以特定涂層加載量比率而存在于壁流基底上，該特定涂層加載量比率定義為入口涂層加載量相對(duì)于出口涂層加載量。具體而言，所述涂層加載量比率小于O. 5。
背景技術(shù)：
貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)給用戶提供了優(yōu)良的燃料經(jīng)濟(jì)性，并且由于它們?cè)谌剂舷”l件下以高空氣/燃料比運(yùn)轉(zhuǎn)而具有很低的氣相碳?xì)浠衔锖鸵谎趸寂欧?。與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)還在它們的燃料經(jīng)濟(jì)性、耐久性和它們?cè)诘退佼a(chǎn)生高轉(zhuǎn)矩的能力方面提供了顯著的優(yōu)點(diǎn)。然而，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中含有某些已知導(dǎo)致污染并因此可能對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重影響的材料。除氣態(tài)排放物如一氧化碳(“CO”)、未燃燒的碳?xì)浠衔?“HC”)和氮氧化物(“NOx”)以外，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣還包含凝相材料，即液體和固體，其構(gòu)成所謂的微粒物質(zhì)(“PM”)。除可溶有機(jī)部分(“S0F”)和所謂的硫酸鹽部分以外，柴油機(jī)排氣中包含的總微粒物質(zhì)排放物還包括也稱為“煙灰”部分的固態(tài)且干燥的含碳部分。這種煙灰加劇了通常與柴油機(jī)排氣相關(guān)的可見煙灰排放物。視柴油機(jī)排氣的溫度而定，可溶有機(jī)部分可以作為蒸氣或氣霧——即液體濃縮物的微小液滴——存在于柴油機(jī)排氣中。通常，它在稀釋的排氣中在52°C的標(biāo)準(zhǔn)微粒集中溫度下作為濃縮液存在，正如諸如美國聯(lián)邦重負(fù)荷瞬態(tài)試驗(yàn)程序(U. S. Heavy Duty Transient Federal Test Procedure)的標(biāo)準(zhǔn)測量試驗(yàn)所規(guī)定的那樣。這些液體相信來自兩個(gè)來源一方面，每當(dāng)活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí)從發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸壁掃下的潤滑油，另一方面，未燃燒的或僅部分燃燒的柴油?？梢哉J(rèn)為，硫酸鹽部分由柴油燃料中存在的少量硫組分形成。催化過濾器通常設(shè)置在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)高程度的微粒物質(zhì)還原，尤其是煙灰還原，并且將一些或全部排氣組分轉(zhuǎn)化為無害組分。從柴油機(jī)排氣除去微粒物質(zhì)的已知過濾器結(jié)構(gòu)包括蜂巢壁流過濾器、纖維纏繞或填塞式過濾器，開孔泡沫、燒結(jié)金屬過濾器等。然而，下文描述的陶瓷壁流過濾器受到最多的關(guān)注。典型的陶瓷壁流過濾器基底由諸如堇青石或碳化硅之類的耐熱材料組成。壁流基底尤其用于從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中過濾微粒物質(zhì)。普遍的結(jié)構(gòu)是多通路蜂巢結(jié)構(gòu)，交替通路的端部在蜂巢結(jié)構(gòu)的入口側(cè)和出口側(cè)插入。這種結(jié)構(gòu)在任一端上產(chǎn)生棋盤型圖案。在入口軸向端上插入的通道在出口軸向端上開啟。這允許夾雜有微粒物質(zhì)的排氣進(jìn)入開啟的入口通路，流過多孔內(nèi)壁，并通過具有開啟的出口軸向端的通道離開。微粒物質(zhì)由此在基底的內(nèi)壁上被過濾。氣體壓力迫使排氣經(jīng)多孔結(jié)構(gòu)壁進(jìn)入在上游軸向端封閉并且在下游軸向端開啟的通道。聚集的粒子將增大來自發(fā)動(dòng)機(jī)上的過濾器的背壓。因此，聚集的粒子必須被連續(xù)或定期從過濾器燃盡，以維持可接受的背壓。沿壁流基底的內(nèi)壁沉淀的催化劑成分有助于通過促進(jìn)積聚的微粒物質(zhì)的燃燒而再生過濾器基底。聚集的微粒物質(zhì)的燃燒恢復(fù)了排氣系統(tǒng)內(nèi)可接受的背壓。這些過程可以是被動(dòng)的或主動(dòng)的再生過程。兩種過程均利用諸如O2或NO2之類的氧化劑來燃燒微粒物質(zhì)。被動(dòng)再生過程在柴油機(jī)排氣系統(tǒng)的通常操作范圍內(nèi)的溫度下燃燒微粒物質(zhì)。優(yōu)選地，用于再生過程中的氧化劑是NO2,因?yàn)闊熁也糠衷诒萇2用作氧化劑時(shí)所需的溫度低得多的溫度下燃燒。雖然O2易于從大氣獲得，但可以通過使用使排氣流中的NO氧化的上游氧化催化劑而主動(dòng)生成NO2。 盡管存在催化劑成分以及存在對(duì)使用NO2作為氧化劑的規(guī)定，但通常需要主動(dòng)再生過程來清除出積聚的微粒物質(zhì)，并恢復(fù)過濾器內(nèi)可接受的背壓。微粒物質(zhì)的煙灰部分通常需要超過500°C的溫度以在富氧(即稀薄)條件下燃燒，這一溫度高于柴油機(jī)排氣中通常存在的溫度。通常通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)管理以將過濾器前面的溫度提升到570-630°C而啟動(dòng)主動(dòng)再生過程。視驅(qū)動(dòng)模式而定，當(dāng)再生期間的冷卻不足時(shí)，諸如在低速/低負(fù)荷下或在怠速驅(qū)動(dòng)模式下，過濾器內(nèi)部會(huì)發(fā)生高放熱。過濾器內(nèi)的這種放熱可能超過800°C或以上。在涂覆的壁流過濾器中，在再生期間暴露于此類高溫度縮短了沿基底長度涂覆的催化劑成分的使用壽命。此外，沿基底的軸向長度的不同部段不成比例地受再生過程影響。微粒物質(zhì)的沉淀沿壁流過濾器的長度是不均勻的，在過濾器的下游部段中聚集了較高比例的微粒物質(zhì)。因此，溫度不均勻地分布在基底的長度上，而是在主動(dòng)再生事件期間在下游部段中呈現(xiàn)最高溫度。因而，沿下游部段的催化劑成分的耐久性限制了整個(gè)涂有催化劑的壁流基底的使用壽命。與某些氧化催化劑例如含有鉬系金屬的成分相關(guān)聯(lián)的高材料成本增加了對(duì)減緩或防止催化劑涂層由于主動(dòng)再生事件而退化的需求。布置在壁流過濾器上的催化劑涂層通常包含鉬系金屬組分作為活性催化劑組分，以確保柴油機(jī)排氣的氣體排放物如HC和/或CO可接受地轉(zhuǎn)化為無害組分(例如C02、H20)。此類組分的加載量通常被調(diào)節(jié)成使得催化劑基底即使在催化劑老化后也滿足排放規(guī)定。某些用于壁流基底的常規(guī)涂層設(shè)計(jì)使涂層沿內(nèi)壁的軸向全長均勻分布。在這種設(shè)計(jì)中，氧化催化劑濃度通常被調(diào)節(jié)成在最嚴(yán)格的條件下滿足排放要求。通常來說，這些條件是指在催化劑已老化后的催化劑性能。與要求的鉬系金屬濃度相關(guān)聯(lián)的成本通常高于期望。用于壁流基底的其它常規(guī)涂層設(shè)計(jì)采用鉬系金屬組分沿基底的軸向長度的濃度梯度。在這些設(shè)計(jì)中，某些催化劑區(qū)例如上游區(qū)具有比相鄰的軸向區(qū)如下游區(qū)高的鉬系金屬濃度。通常，布置有較高濃度的鉬系金屬組分的軸向區(qū)的內(nèi)壁將具有比由于較高的基底涂層加載量而具有較低的鉬系金屬濃度的相鄰區(qū)低的滲透率。沿輸入通路的長度流動(dòng)的排氣流將行進(jìn)通過具有最高滲透率的部段中的內(nèi)壁。因此，氣流將趨于流經(jīng)具有較低的氧化催化劑濃度的內(nèi)壁部段。這種差別流動(dòng)模式會(huì)引起不充分的污染物轉(zhuǎn)化。例如，某些氣體污染物，例如未燃燒的烴，需要與比微粒組分實(shí)現(xiàn)充分的燃燒水平的濃度高的濃度的鉬系金屬組分相接觸。在排氣溫度較冷的運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)期間，例如在起動(dòng)時(shí)，這種要求加劇。EP I 870 573 Al公開了一種柴油機(jī)微粒過濾器，該過濾器包括多個(gè)孔格，該多個(gè)孔格由多孔孔格壁分隔并且在過濾器的上游端及其相對(duì)的下游端由插塞以交錯(cuò)方式封閉，其中，在過濾器的下游部分中，在過濾器的上游端開口的孔格的孔格壁的整個(gè)表面上形成有第一氧化催化劑涂層，并且在過濾器的下游端開口的孔格的孔格壁的表面上形成有第二氧化催化劑涂層。因而，該文獻(xiàn)公開了具有分隔在上游端開口的孔格和在下游端開口的孔格的孔格壁區(qū)域的過濾器，其中，由于在相應(yīng)孔格壁的整個(gè)表面上形成有第一氧化催化劑涂層的事實(shí)，相應(yīng)孔格的催化劑涂層重疊。
WO 01/12320 Al公開了一種用于燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的壁流過濾器，該過濾器包括呈蜂巢狀布置的多個(gè)通道，其中至少一些通道在上游端被堵塞并且至少一些未在上游端被堵塞的通道在下游端被堵塞；位于在下游端被堵塞的通道的上游端的大致不透氣區(qū)上的氧化催化劑；以及在氧化催化劑下游用于捕集煙灰的透氣過濾器區(qū)，其特征在于，在排氣系統(tǒng)中，氧化催化劑能夠從NO生成充分的NO2,以在低于400°C的溫度下連續(xù)燃燒所捕集的煙灰。根據(jù)該文獻(xiàn)，以在兩側(cè)存在無涂層的孔格壁區(qū)域的方式涂布給定孔格壁的相對(duì)側(cè)上的涂層，以允許透氣區(qū)。EP I 486 248 Al公開了一種整體的多功能催化劑系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有用于接收流的入口側(cè)和相反的出口側(cè)的柴油機(jī)微粒過濾器；柴油機(jī)微粒過濾器中的基底，該基底具有內(nèi)壁表面和外壁表面；涂布到內(nèi)壁表面并鄰近入口側(cè)的第一基底涂層；以及涂布到外壁表面并鄰近出口側(cè)的第二基底涂層，其中通過基底的流動(dòng)分布是分散的，以使背壓最小化。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一基底涂層占據(jù)基底的第一長度，第二基底涂層占據(jù)基底的第二長度，其中第一長度與第二長度之和約等于基底的總長。根據(jù)又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，EP I486 248 Al公開了一種柴油機(jī)微粒過濾器，該過濾器具有用于接收流的入口側(cè)和相對(duì)的出口側(cè)；在柴油機(jī)微粒過濾器內(nèi)的多個(gè)蜂巢形孔格，其中交替的離開通道在入口側(cè)被阻塞并且交替的入口通道在相對(duì)的出口側(cè)被阻塞；用于各個(gè)入口通道的基底，各個(gè)基底具有內(nèi)壁表面和外壁表面；涂布到內(nèi)壁表面并鄰近入口側(cè)的第一基底涂層；以及涂布到外壁表面并鄰近出口側(cè)的第二基底涂層，其中通過基底的流動(dòng)分布是分散的，以使背壓最小化，這就是說該第二基底涂層包含與第一基底涂層不同的功能。WO 2006/031600 Al公開了一種分區(qū)催化煙灰過濾器，該分區(qū)催化煙灰過濾器具
有壁流基底，該壁流基底帶有入口端、出口端、在入口端與出口端之間延伸的基底軸向長度、以及由壁流基底的內(nèi)壁限定的多個(gè)通道。多個(gè)通道具有帶開啟的入口端和封閉的出口端的入口通道、以及帶封閉的入口端和開啟的出口端的出口通道。入口通道的內(nèi)壁具有第一入口涂層，該第一入口涂層從入口端延伸到第一入口涂層，由此限定第一入口涂層長度。第一入口涂層長度小于基底軸向長度。出口通道的內(nèi)壁具有出口涂層，該出口涂層從出口端延伸到出口涂層端，由此限定出口涂層長度。出口涂層長度小于基底軸向長度。第一入口涂層長度與出口涂層長度之和大致等于基底軸向長度。第一入口涂層長度限定上游區(qū)，且第一出口涂層長度限定下游區(qū)。第一入口涂層包括至少一種第一入口鉬系金屬組分。鉬系金屬組分的至少50%存在于上游區(qū)內(nèi)。根據(jù)該文獻(xiàn)的教導(dǎo)，定義為第一入口區(qū)的基底涂層加載量相對(duì)于出口涂層的基底涂層加載量的基底涂層加載量比在從O. 5至I. 5的范圍內(nèi)。因而，該文獻(xiàn)并未在基底涂層加載量比大于或小于I的實(shí)施例之間進(jìn)行區(qū)分。此外，基底涂層加載量比的特定下限是限定的，即O. 5的極限。通常，當(dāng)用于柴油機(jī)排氣系統(tǒng)中的催化煙灰過濾器的主動(dòng)再生在其運(yùn)行期間停止時(shí)，例如當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開始怠速運(yùn)行時(shí)，催化煙灰過濾器的后端中由于不受控的煙灰燃燒而出現(xiàn)很高的溫度。認(rèn)為過濾器的該后部中的最高溫度隨過濾器的后部中的煙灰加載量減小。過濾器上的最大煙灰加載量，通常稱為煙灰質(zhì)量極限(“SML”)，由該最高溫度決定。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種催化煙灰過濾器，該催化煙灰過濾器允許增加的煙灰質(zhì)量加載量(“SML”)并因而允許減小的最高溫度。因此，本發(fā)明針對(duì)一種具有涂層設(shè)計(jì)的催化煙灰過濾器，該涂層設(shè)計(jì)允許在下降到怠速再生期間的低的最高溫度和高的煙灰質(zhì)量極限
發(fā)明內(nèi)容

提供了一種催化煙灰過濾器，該催化煙灰過濾器包括壁流基底，該壁流基底包括入口端、出口端、在入口端與出口端之間延伸的基底軸向長度、以及由壁流基底的內(nèi)壁限定的多個(gè)通路；其中，多個(gè)通路包括具有開啟的入口端和封閉的出口端的入口通路、以及具有封閉的入口端和開啟的出口端的出口通路；其中，入口通路的內(nèi)壁包括第一入口涂層，該第一入口涂層從入口端延伸到第一入口涂層端，由此限定第一入口涂層長度，其中第一入口涂層長度為基底軸向長度的χ%，其中 0〈x〈100 ；其中，出口通路的內(nèi)壁包括第一出口涂層，該第一出口涂層從出口端延伸到第一出口涂層端，由此限定第一出口涂層長度，其中第一出口涂層長度是基底軸向長度的100-x% ；其中，第一入口涂層長度限定上游區(qū)，并且第一出口涂層長度限定下游區(qū)；其中，第一入口涂層和第一出口涂層以小于O. 5的涂層加載量比率存在于壁流基底上，該涂層加載量比率為第一入口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm)3)/第二入口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2.54cm)3)。優(yōu)選地，提供了一種催化煙灰過濾器，該催化煙灰過濾器包括壁流基底，該壁流基底包括入口端、出口端、在入口端與出口端之間延伸的基底軸向長度、以及由壁流基底的內(nèi)壁限定的多個(gè)通道；其中多個(gè)通路包括具有開啟的入口端和封閉的出口端的入口通路、以及具有封閉的入口端和開啟的出口端的出口通路。其中，入口通路的內(nèi)壁包括第一入口涂層，該第一入口涂層從入口端延伸到第一入口涂層端，由此限定第一入口涂層長度，其中第一入口涂層長度是基底軸向長度的X%，其中O < X < 100，所述第一入口涂層包含氧化催化劑；其中，出口通路的內(nèi)壁包括第一出口涂層，該第一出口涂層從出口端延伸到第一出口涂層端，由此限定第一出口涂層長度，其中第一出口涂層長度是基底軸向長度的100-x%，所述第一出口涂層包含氧化催化劑；其中，第一入口涂層長度限定上游區(qū)且第一出口涂層長度限定下游區(qū)；
其中，第一入口涂層和第一出口涂層以小于O. 5的涂層加載量比率存在于壁流基底上，該涂層加載量比率為第一入口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm)3)/第二入口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2.54cm)3)。還提供了一種用于制造這種催化煙灰過濾器的方法，該方法包括(i)提供壁流基底，該壁流基底優(yōu)選具有依照DIN 66133的汞孔隙度測量而確定的在從38至75的范圍內(nèi)的孔隙度，所述壁流基底包括入口端、出口端、在入口端與出口端之間延伸的基底軸向長度、以及由壁流基底的內(nèi)壁限定的多個(gè)通路；其中，多個(gè)通路包括具有開啟的入口端和封閉的出口端的入口通路、以及具有封閉的入口端和開啟的出口端的出口通路；(ii)將第一入口涂層涂布至入口通路的內(nèi)壁，使得第一入口涂層從入口端延伸到第一入口涂層端，由此限定第一入口涂層長度，其中第一入口涂層長度是基底軸向長度 的x%，其中O < X < 100，由此將第一入口涂層的加載量調(diào)節(jié)為優(yōu)選在從O. I至lg/inch3(g/2. 54cm) 3)的范圍內(nèi)的預(yù)定值；(iii)在(ii)之前或與(ii)同時(shí)或在(ii)之后，將第一出口涂層涂布到出口通路的內(nèi)壁，使得第一出口涂層從出口端延伸到第一出口涂層端，由此限定第一出口涂層長度，其中第一出口涂層長度是基底軸向長度的100-x%，由此將第一出口涂層的加載量調(diào)節(jié)為這樣的值該值使得作為第一入口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm)3))/第一出口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2.54cm)3))的比例計(jì)算的涂層加載量比率小于O. 5，優(yōu)選在從O. 10至O. 45、更優(yōu)選從O. 20至O. 40、更優(yōu)選從O. 30至O. 35的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，還提供了一種用于制造這種催化煙灰過濾器的方法，該方法包括(i)提供壁流基底，優(yōu)選地，該壁流基底具有根據(jù)依照DIN 66133的汞孔隙度測量而確定的在從38至75的范圍內(nèi)的孔隙度，所述壁流基底包括入口端、出口端、在入口端與出口端之間延伸的基底軸向長度、以及由壁流基底的內(nèi)壁限定的多個(gè)通路；其中，多個(gè)通路包括具有開啟的入口端和封閉的出口端的入口通路、以及具有封閉的入口端和開啟的出口端的出口通路；( i i )將第一入口涂層涂布至入口通路的內(nèi)壁，使得第一入口涂層從入口端延伸到第一入口涂層端，由此限定第一入口涂層長度，其中第一入口涂層長度是基底軸向長度的x%，其中O < X < 100，所述第一入口涂層包含氧化催化劑，由此將第一入口涂層的加載量調(diào)節(jié)為優(yōu)選在從O. I至lg/inch3 (g/2. 54cm) 3)的范圍內(nèi)的預(yù)定值；(iii)在(ii)之前或與(ii)同時(shí)或在(ii)之后，將第一出口涂層涂布到出口通路的內(nèi)壁，使得第一出口涂層從出口端延伸到第一出口涂層端，由此限定第一出口涂層長度，其中第一出口涂層長度為基底軸向長度的100-X%，所述第一出口涂層包含氧化催化劑，由此將第一出口涂層的加載量調(diào)節(jié)為這樣的值該值使得作為第一入口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm) 3)) / 第一出口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm) 3))的比例計(jì)算的涂層加載量比率小于O. 5，優(yōu)選在從O. 10至O. 45、更優(yōu)選從O. 20至O. 40、更優(yōu)選從O. 30至O. 35的范圍內(nèi)。還提供了一種用于處理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括經(jīng)由排氣歧管與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通的排氣管道；上述催化煙灰過濾器；以及與催化煙灰過濾器流體連通的以下構(gòu)件中的一者或多者柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)制品；選擇性催化還原(SCR)制品；NOx存儲(chǔ)和還原(NSR)催化制品。此外，提供了一種處理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流的方法，該排氣流包含煙灰粒子，所述方法包括可選地在已引導(dǎo)排氣流通過柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)制品之后使排氣流與上述催化煙灰過濾器接觸，所述DOC制品優(yōu)選包括通過基底或壁流基底的流。還提供了上述催化煙灰過濾器用于處理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流的用途，可選地與柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)制品和/或選擇性催化還原(SCR)制品和/或NOx存儲(chǔ)和還原(NSR)催化制品相結(jié)合。


圖I是在分區(qū)催化煙灰過濾器(CSF)的出口區(qū)具有較高的基底涂層加載量的分區(qū)催化煙灰過濾器的架構(gòu)，其中50%在入口涂層上方且50%在出口涂層上方。在圖I中，I示出了入口涂層。2示出了具有比入口涂層更高的基底涂層加載量的出口涂層。3示出了用于封閉入口通道的過濾器基底的插塞。4示出了用于封閉出口通道的過濾器基底的插塞。箭頭指示流動(dòng)通過CSF的方向。圖2示出了在分區(qū)催化煙灰過濾器的出口區(qū)中具有較高的基底涂層加載量的分區(qū)催化煙灰過濾器的架構(gòu)，其中基底涂層在軸向基底長度上方具有梯度。在圖2中，I示出了入口涂層。2示出了具有比入口涂層高的基底涂層加載量的出口涂層。3示出了出口涂層2的頂部上的第二出口涂層。 4示出了用于封閉入口通道的過濾器基底的插塞。5示出了用于封閉出口通道的過濾器基底的插塞。箭頭指示流動(dòng)通過CSF的方向。圖3示出了根據(jù)示例將熱電偶I至4安放在樣品A和B中以下降到怠速再生。熱電偶I位于距CSF的入口端I英寸處，熱電偶2位于距CSF的入口端3英寸處，熱電偶3位于距CSF的入口端4英寸處，且熱電偶4位于距CSF的入口端4英寸處。箭頭指示流動(dòng)通過CSF的方向。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明示例用于樣品A的4個(gè)熱電偶的下降到怠速試驗(yàn)期間溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線。在圖4中，熱電偶I表示為1”，熱電偶2表示為2”，熱電偶3表示為3”，且熱電偶4表示為4”。圖5示出了根據(jù)比較示例用于樣品B的4個(gè)熱電偶的下降到怠速試驗(yàn)期間溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線。在圖5中，熱電偶I表不為I”，熱電偶2表不為2”,熱電偶3表不為3”，且熱電偶4表示為4”。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種催化煙灰過濾器，包括壁流基底，該壁流基底包括入口端、出口端、在入口端與出口端之間延伸的基底軸向長度、以及由壁流基底的內(nèi)壁限定的多個(gè)通路；
其中，多個(gè)通路包括具有開啟的入口端和封閉的出口端的入口通路、以及具有封閉的入口端和開啟的出口端的出口通路。其中，入口通路的內(nèi)壁包括第一入口涂層，該第一入口涂層從入口端延伸到第一入口涂層端，由此限定第一入口涂層長度，其中第一入口涂層長度為基底軸向長度的χ%，其中 0〈x〈100 ；其中，出口通路的內(nèi)壁包括第一出口涂層，該第一出口涂層從出口端延伸到第一出口涂層端，由此限定第一出口涂層長度，其中第一出口涂層長度是基底軸向長度的100-x% ；其中，第一入口涂層長度限定上游區(qū)，并且第一出口涂層長度限定下游區(qū)；其中，第一入口涂層和第一出口涂層以小于O. 5的涂層加載量比率存在于壁流基底上，該涂層加載量比率為第一入口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm)3)/第一出口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm) 3)的比例。
·
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述第一入口涂層包含氧化催化劑。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述第一出口涂層包含氧化催化劑。更優(yōu)選地，第一入口涂層和第二出口涂層兩者均包含氧化催化劑。根據(jù)本發(fā)明，作為第一入口涂層的加載量/第一出口涂層的加載量的比例計(jì)算的基底涂層加載量比率小于O. 5。出乎意料地，發(fā)現(xiàn)通過涂布所述第一入口涂層和所述第一出口涂層使得基底涂層加載量比率小于O. 5可以增大SML并且可以減小下降到怠速再生所需的最高溫度。此外，發(fā)現(xiàn)這種小于O. 5的基底涂層加載量比率允許催化煙灰過濾器在驅(qū)動(dòng)期間的較低頻率的主動(dòng)再生。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，作為第一入口涂層的加載量/第一出口涂層的加載量的比例計(jì)出的基底涂層加載量比率小于O. 49，更優(yōu)選小于O. 45。更優(yōu)選地，所述基底涂層比例在從O. 05至O. 49的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在從O. I至O. 45的范圍內(nèi)。更加優(yōu)選的實(shí)施例針對(duì)在從O. 15至O. 45的范圍內(nèi)、更優(yōu)選在從O. 15至O. 40的范圍內(nèi)、更優(yōu)選在從O. 20至O. 40的范圍內(nèi)的所述基底涂層加載量比率?；淄繉蛹虞d量比率尤其優(yōu)選在從O. 25至O. 40、更優(yōu)選從O. 25至O. 35、更優(yōu)選從O. 30至O. 35的范圍內(nèi)、如O. 30,0. 31,0. 32,0. 33,0. 34、O. 35。如在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語特定涂層的“基底涂層加載量”指的是由根據(jù)本發(fā)明的壁流基底在已涂布相應(yīng)的基底涂層接著如下文所述對(duì)催化煙灰過濾器進(jìn)行干燥和煅燒前后的重量測量所確定的加載量。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,入口涂層的加載量在從O. I至lg/inch3(g八2. 54cm)3)的范圍內(nèi)。再更優(yōu)選地，所述加載量在從O. I至O. 5g/inch3 (g/ (2. 54cm)3)的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，第一入口涂層長度是基底軸向長度的x%，其中O < X < 100，并且第一出口涂層長度是基底軸向長度的100-x%。因此，第一入口涂層長度與第一出口涂層長度之和可以等于基底軸向長度。然而，應(yīng)理解，由于制造技術(shù)，第一入口涂層長度與第一出口涂層長度可以通過特定部分(“重疊區(qū)域”)重疊。還可以想到，第一入口涂層長度與第一出口涂層長度之和略小于基底軸向長度，從而在第一入口涂層端與第一出口涂層端之間形成小的間隙，其中在給定的內(nèi)壁上，所述內(nèi)壁的特定部分既未涂覆第一入口涂層，也未涂覆第一出口涂層(“間隙區(qū)域”)。通常，如果存在的話，給定內(nèi)壁的這種間隙區(qū)域和/或重疊區(qū)域是基底軸向長度的最多1%，優(yōu)選基底軸向長度的最多O. 5%，更優(yōu)選基底軸向長度的最多O. 1%。更加優(yōu)選地，本發(fā)明的催化煙灰過濾器不具有此類間隙區(qū)域。如上所述，第一入口涂層長度是基底軸向長度的x%，其中O < X < 100，并且第一出口涂層長度是基底軸向長度的100-x%。通常，X在從I至99、優(yōu)選從5至95、更優(yōu)選從10至90、更優(yōu)選從15至85、更優(yōu)選從20至80的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中催化煙灰過濾器包含僅一個(gè)入口涂層和僅一個(gè)出口涂層，即，其中催化煙灰過濾器的涂層由第一入口涂層和第一出口涂層組成，X優(yōu)選在從25至75、更優(yōu)選從30至70、更優(yōu)選從35至65、更優(yōu)選從40至60、更優(yōu)選從45至55的范圍內(nèi)。具體而言，如果催化煙灰過濾器的涂層由第一入口涂層和第一出口涂層組成，則X在從47至53的范圍內(nèi)(如47、48、49、50、51、52、53 )、更優(yōu)選從48至52、更優(yōu)選從49至51的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，第一入口涂層和第一出口涂層包括氧化催化劑。在上下文中，如在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語“氧化催化劑”還涉及這樣的實(shí)施例其中，第一入口涂層中包含至少一種氧化催化劑，并且其中第一出口涂層中包含至少一種氧化催化劑。第一入口涂層中包含的至少一種氧化催化劑可以是與第一出口涂層中包含的至少一種氧化催化劑相 同或不同的催化劑。優(yōu)選地，第一入口涂層中包含的氧化催化劑是鉬系金屬(“PGM “)組分。如在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語“PGM “涉及釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、鋨(Os)、銥(Ir)和鉬(Pt)。第一入口涂層中包含的優(yōu)選氧化催化劑是PGM組分，其中PGM從由Pt、Pd、Rh、Ir及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇。更優(yōu)選地，PGM從由Pt、Pd、以及Pt與Pd的混合物組成的群組中選擇。再更優(yōu)選地，PGM由Pd與Pt的混合物組成。如果第一入口涂層的PGM包含Pd與Pt的混合物，優(yōu)選由Pd與Pt的混合物組成，則關(guān)于Pt與Pd的重量比不存在特別限制。通常，第一入口涂層中的重量比在從10:1至I 10、優(yōu)選從9:1至大于I: I、更優(yōu)選從8:1至I. I: I、更優(yōu)選從7:1至I. 2: I、更優(yōu)選從6:1至I. 3: I、更優(yōu)選從5:1至I. 4: I、更優(yōu)選從4:1至I. 5:1的范圍內(nèi)。通常，本發(fā)明的催化煙灰過濾器的第一入口涂層包含的氧化催化劑的量為從5至100g/ft3 (g/ (30. 48cm) 3)、更優(yōu)選從7至90g/ft3、更優(yōu)選從8至80g/ft3、更優(yōu)選從9至70g/ft3、更優(yōu)選從10至60g/ft3。關(guān)于優(yōu)選實(shí)施例,其中第一入口涂層的氧化催化劑是至少一種PGM組分，如在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語“氧化催化劑的量”指的是最終催化煙灰過濾器中至少一種PGM的重量，即，在如下文所述進(jìn)行干燥和煅燒之后的催化煙灰過濾器。優(yōu)選地，第一出口涂層中包括的氧化催化劑是PGM組分。第一出口涂層中包括的優(yōu)選氧化催化劑是PGM組分，其中PGM從由Pt、Pd、Rh、Ir及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇。更優(yōu)選地，PGM從由Pt、Pd、以及Pt與Pd的混合物組成的群組中選擇的。更加優(yōu)選地，PGM由Pd與Pt的混合物組成。如果第一出口涂層的PGM包含Pd與Pt的混合物，優(yōu)選由Pd與Pt的混合物組成，則關(guān)于Pt與Pd的重量比不存在特別限制。通常，第一出口涂層中的重量比在從10:1至I 10、優(yōu)選從9:1至大于I: I、更優(yōu)選從8:1至I. I: I、更優(yōu)選從7:1至I. 2: I、更優(yōu)選從6:1至I. 3: I、更優(yōu)選從5:1至I. 4: I、更優(yōu)選從4:1至I. 5:1的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明還涉及如上所述的催化煙灰過濾器，其中第一入口涂層和第一出口涂層包括由鉬和鈀組成的氧化催化劑，其中第一入口涂層中鉬鈀的重量比在從10:1至1:10、優(yōu)選從4:1至I. 5:1的范圍內(nèi)，并且其中第一出口涂層中鉬鈀的重量比在從10:1至1:10、優(yōu)選從4:1至I. 5:1的范圍內(nèi)。通常，本發(fā)明的催化煙灰過濾器的第一出口涂層包括的氧化催化劑的量為從5至100g/ft3 (g/ (30. 48cm) 3)、更優(yōu)選從7至90g/ft3、更優(yōu)選從8至80g/ft3、更優(yōu)選從9至70g/ft3、更優(yōu)選從10至60g/ft3。關(guān)于優(yōu)選實(shí)施例,其中第一出口涂層的氧化催化劑是至少一種PGM組分，如在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語“氧化催化劑的量”指的是最終催化煙灰過濾器中至少一種PGM的重量，即，在如下文所述進(jìn)行干燥和煅燒之后的催化煙灰過濾器。根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，上游區(qū)的氧化催化劑含量，優(yōu)選為PGM含量，低于下游區(qū)的氧化催化劑含量，優(yōu)選為PGM含量。通常，定義為第一入口涂層中包含的PGM的總量(g/ft3 (g/ (30. 48cm)3))除以第一出口涂層中包含的 PGM 的總量(g/ft3 (g/ (30. 48cm)3))的PGM比小于1，優(yōu)選在從1:10至1:2的范圍內(nèi)。PGM比優(yōu)選在從1:9至1:2、更優(yōu)選從1:8至1:3、且更優(yōu)選從1:7至1:3的范圍內(nèi)。
出乎意料地，發(fā)現(xiàn)當(dāng)用于SCR催化劑的催化煙灰過濾器中需要例如50%的Ν02/Ν0χ比時(shí)，本發(fā)明的基底涂層加載量以及低于第一出口涂層的PGM含量的第一入口涂層的PGM含量例如作為預(yù)SCR涂布具有優(yōu)勢，這種情況下與下游區(qū)中的較高PGM加載量相比，僅為了氣體活性而需要上游區(qū)中的低PGM加載量。因而，可以在催化煙灰過濾器的上游區(qū)中節(jié)省PGM。根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例，上游區(qū)的氧化催化劑含量，優(yōu)選為PGM含量，高于下游區(qū)的氧化催化劑含量，優(yōu)選PGM含量。通常，定義為第一入口涂層中包含的PGM的總量(g/ft3 (g/ (30.48cm)3))除以第一出口涂層中包含的 PGM 的總量(g/ft3 (g/ (30.48cm)3))的PGM比大于1，優(yōu)選在從2:1至10:2的范圍內(nèi)。PGM比優(yōu)選在從2:1至9: I、更優(yōu)選從3:1至8: I、且更優(yōu)選從3:1至7:1的范圍內(nèi)。出乎意料地，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的基底涂層加載量以及高于第一出口涂層的PGM含量的第一入口涂層的PGM含量與在基底長度上具有均勻的PGM分布的催化煙灰過濾器相比形成較高的HC/C0氣體轉(zhuǎn)化活性。因而，發(fā)現(xiàn)當(dāng)催化煙灰過濾器需要具有HC/C0氣體轉(zhuǎn)化活性時(shí)，該實(shí)施例例如作為DOC下游的僅CSF應(yīng)用具有優(yōu)勢。這種情況下，上游區(qū)內(nèi)的PGM加載量主要有助于氣體活性。因而，與在CSF長度上具有均勻PGM分布的催化煙灰過濾器相比，可以在催化煙灰過濾器的下游區(qū)內(nèi)節(jié)省PGM。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例，上游區(qū)的氧化催化劑含量，優(yōu)選為PGM含量，高于下游區(qū)的氧化催化劑含量，優(yōu)選PGM含量。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一入口涂層包括至少一種多孔支撐材料。雖然不存在特別限制，但優(yōu)選多孔支撐材料是耐熱金屬氧化物。更優(yōu)選地，第一入口涂層的多孔支撐材料從由氧化鋁、氧化鋯、氧化硅、氧化鈦、稀土金屬氧化物(如氧化鈰、氧化鐠、氧化鑭、氧化釹和氧化衫)、氧化娃-氧化招、招娃酸鹽-娃酸鹽、氧化招-氧化錯(cuò)、氧化招-氧化鉻、氧化鋁-稀土金屬氧化物、氧化鈦-氧化硅、氧化鈦-氧化鋯、氧化鈦-氧化鋁及它們中的兩者或更多者組成的群組中選擇。更優(yōu)選地，所述至少一種多孔支撐材料從由Al203、Zr02、CeO2, SiO2及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一出口涂層包括至少一種多孔支撐材料。雖然不存在特別限制，但優(yōu)選多孔支撐材料是耐熱金屬氧化物。更優(yōu)選地，第一出口涂層的多孔支撐材料從由氧化鋁、氧化鋯、氧化硅、氧化鈦、稀土金屬氧化物(如氧化鈰、氧化鐠、氧化鑭、氧化釹和氧化衫)、氧化娃-氧化招、招娃酸鹽-娃酸鹽、氧化招-氧化錯(cuò)、氧化招-氧化鉻、氧化鋁-稀土金屬氧化物、氧化鈦-氧化硅、氧化鈦-氧化鋯、氧化鈦-氧化鋁及它們中的兩者或更多者組成的群組中選擇。更優(yōu)選地，所述至少一種多孔支撐材料從由Al203、Zr02、CeO2, SiO2及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇。因此，本發(fā)明還涉及如上文所述的催化煙灰過濾器，其中，第一入口涂層和第一出口涂層包括至少一種多孔支撐材料，其中第一入口涂層的至少一種多孔支撐材料優(yōu)選從由Al203、Zr02、Ce02、Si02及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇，并且其中第一出口涂層的至少一種多孔支撐材料優(yōu)選從由Al203、Zr02、Ce02、Si02&它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一入口涂層和/或第一出口涂層的耐熱金屬氧化物主要由氧化鋁、更優(yōu)選地由Y-氧化鋁或活性氧化鋁如Y-或n-氧化鋁組成。優(yōu)選地，活性氧 化鋁具有從60至300m2/g、優(yōu)選從90至200m2/g、更優(yōu)選從100至180m2/g的根據(jù)依照DIN66131的BET表面積測量而確定的比表面積。用于本發(fā)明的催化煙灰過濾器的壁流基底具有沿基底的縱向軸線延伸的多個(gè)細(xì)小、大致平行的流動(dòng)通路。各個(gè)通路在基底體部的一端被阻塞，交錯(cuò)的通路在相對(duì)的端面被阻塞。這種整體式載體可以包含高達(dá)每平方英寸((2. 54cm) 2)截面約400個(gè)流動(dòng)通路(或“孔格”)，不過可以使用少得多的流動(dòng)通路。例如，每平方英寸(“cpsi”)載體可以具有從7至400、優(yōu)選從100至400個(gè)孔格?？赘窨梢跃哂芯匦?、正方形、圓形、橢圓形、三角形、六邊形或者具有其它多邊形形狀的截面。優(yōu)選的壁流基底由陶瓷狀材料如堇青石、α-氧化鋁、碳化硅、氮化硅、氧化鋯、多鋁紅柱石、氧化鋁-氧化硅-氧化鎂或硅酸鋯或者耐熱金屬如不銹鋼組成。優(yōu)選的壁流基底由堇青石和碳化硅形成。此類材料能夠耐受在處理排氣流時(shí)遇到的環(huán)境，特別是高溫。陶瓷壁流基底通常由具有約40至70的孔隙度的材料形成。如在該上下文中使用的術(shù)語“孔隙度”理解為根據(jù)依照DIN 66133的汞孔隙度測量來確定。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選具有在從38至75、更優(yōu)選從55至70的范圍內(nèi)的孔隙度的壁流基底。例如，在一些構(gòu)造中，具有60的孔隙度和約15-25微米的平均孔徑的壁流基底提供足夠的排氣流。其它特定實(shí)施例例如是使用具有17密爾(I密爾對(duì)應(yīng)于O. 0254mm)和IOOcpsi的壁流基底以及具有300cpsi和12-14密爾的壁流基底的構(gòu)造。通常，關(guān)于本發(fā)明的催化煙灰過濾器的基底軸向長度不存在限制?；纵S向長度將主要取決于本發(fā)明的催化煙灰過濾器的預(yù)期用途。用于例如汽車領(lǐng)域中的催化煙灰過濾器的典型基底軸向長度在從4至10、優(yōu)選從6至8英寸(I英寸=2. 54cm)的范圍內(nèi)。壁流基底上存在的本發(fā)明的各個(gè)涂層由包含如上所述的至少一種多孔支撐材料的相應(yīng)基底涂層成分形成。水洗成分中包括其它添加劑如粘結(jié)劑和穩(wěn)定劑。第一入口涂層或第一出口涂層中或者進(jìn)一步的出口涂層中可以包含這種穩(wěn)定劑，如下文所述。如美國專利No. 4，727，052中公開的，可以使多孔支撐材料如活性氧化鋁熱穩(wěn)定，以在升高的溫度下延遲不希望的從Y到α的氧化鋁相位變換。穩(wěn)定劑可以從至少一種堿土金屬組分選擇，該至少一種堿土金屬組分從由鎂、鋇、鈣和鍶、優(yōu)選由鍶和鋇組成的群組中選擇。當(dāng)存在時(shí)，以從約 0.01g/in3 (g/ (2. 54cm) 3)至 O. 15g/in3 (g/ (2. 54cm) 3)向涂層中添加穩(wěn)定劑材料。給定的涂層布置在內(nèi)壁的表面上。此外，可想到給定的涂層布置在已涂布到內(nèi)壁的表面上或又一個(gè)涂層上的另一個(gè)涂層上。下文描述具有兩個(gè)或更多涂層、尤其是兩個(gè)或更多出口涂層的本發(fā)明的實(shí)施例。此外，給定涂層可以部分地穿透多孔內(nèi)壁或該涂層涂布于其上的涂層。給定基底涂層可以根據(jù)任何可想到的方法作為涂層涂布。例如，可想到通過將基底涂層噴灑到壁流基底的內(nèi)壁上而涂布基底涂層。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選通過浸涂將給定基底涂層涂布到壁流基底的內(nèi)壁上。特別地，如果PGM組分被用作氧化催化劑，則優(yōu)選通過將合適的PGM組分前體分散到合適的多孔支撐材料、優(yōu)選如上文所述的合適的耐熱金屬氧化物上而制備待涂布到壁流 基底的內(nèi)壁上的基底涂層成分。更優(yōu)選地，將可溶于水或可分散在水中的PGM組分前體浸潰在合適的多孔支撐材料、優(yōu)選合適的耐熱金屬氧化物上，接著進(jìn)行干燥和固定步驟。合適的PGM組分前體包括例如氯化鉬鉀、硫氰酸鉬氨、胺可溶的氫氧化鉬、氫氯鉬酸、硝酸鈀、氯化銠、硝酸銠、六氨合氯化銠等。其它合適的PGM組分前體對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。浸潰的支撐材料優(yōu)選在PGM組分固定在其上的狀態(tài)下進(jìn)行干燥。通常，干燥溫度在從60至250°C、優(yōu)選從90至210°C、更優(yōu)選從100至150°C的范圍內(nèi)?？梢栽诎ǖ?dú)饣蚩諝獾娜魏魏线m的氣氛中執(zhí)行干燥。在干燥后，優(yōu)選最終通過合適的煅燒和/或其它合適的方法如使用醋酸處理而將PGM組分固定在支撐材料上。一般而言，任何形成呈可溶于水的形式的PGM組分的方法是合適的。通常，干燥溫度在從250至800°C、優(yōu)選從350至700°C、更優(yōu)選從400至600°C的范圍內(nèi)?？梢栽诎ǖ?dú)饣蚩諝獾娜魏魏线m的氣氛中執(zhí)行煅燒。通過例如煅燒獲得催化活性元素PGM或其氧化物，應(yīng)理解，如本發(fā)明的上下文中使用的最終催化煙灰過濾器中存在的術(shù)語“PGM組分”涉及形式為呈催化活性元素PGM或其氧化物或者元素PGM與其氧化物的混合物的形式的PGM。因而，本發(fā)明還涉及一種制造如上文所述的催化煙灰過濾器的方法，該方法包括(i)提供壁流基底，該壁流基底優(yōu)選具有依照DIN 66133的汞孔隙度測量而確定的從38至75的范圍內(nèi)的孔隙度，所述壁流基底包括入口端、出口端、在入口端與出口端之間延伸的基底軸向長度、以及由壁流基底的內(nèi)壁限定的多個(gè)通路；其中，多個(gè)通路包括具有開啟的入口端和封閉的出口端的入口通路、以及具有封閉的入口端和開啟的出口端的出口通路；(ii)將第一入口涂層涂布至入口通路的內(nèi)壁，使得第一入口涂層從入口端延伸到第一入口涂層端，由此限定第一入口涂層長度，其中第一入口涂層長度是基底軸向長度的x%，其中O < X < 100，由此將第一入口涂層的加載量調(diào)節(jié)為優(yōu)選在從O. I至lg/inch3(g/2. 54cm) 3)的范圍內(nèi)的預(yù)定值；(iii)在(ii)之前或與(ii)同時(shí)或在(ii)之后，將第一出口涂層涂布到出口通路的內(nèi)壁，以使得第一出口涂層從出口端延伸到第一出口涂層端，由此限定第一出口涂層長度，其中第一出口涂層長度是基底軸向長度的100-X%，由此將第一出口涂層的加載量調(diào)節(jié)為這樣的值該值使得作為第一入口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm) 3))/第一出口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm)3))的比例計(jì)算出的涂層加載量比率小于O. 5，優(yōu)選在從O. 10至O. 45、更優(yōu)選從O. 20至O. 40、更優(yōu)選從O. 30至O. 35的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述第一入口涂層包含氧化催化劑。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述第一出口涂層包含氧化催化劑。更優(yōu)選地，第一入口涂層和第一出口涂層兩者均包括氧化催化劑。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，催化煙灰過濾器包含第一入口涂層、第一出口涂層并且另外包含至少一個(gè)另外的出口涂層。通常，本發(fā)明的催化煙灰過濾器可以另外包含k個(gè)另外的出口涂層，其中k為整數(shù)，I。優(yōu)選地，本發(fā)明的催化煙灰過濾器可以包含高達(dá)9個(gè)、更優(yōu)選高達(dá)7個(gè)、更優(yōu)選高達(dá)5個(gè)且更優(yōu)選高達(dá)3個(gè)另外的出口涂層，諸如1、2或3個(gè)另外的出口涂層。更優(yōu)選地，本發(fā)明的催化煙灰過濾器的第j+Ι個(gè)出口涂層位于第j個(gè)出口涂層的上方。舉例而言，如果催化煙灰過濾器包含3個(gè)附加出口涂層，則第二出口涂層——即第一 附加出口涂層(其中j=l)——位于第一出口涂層的上方，第三出口涂層——即第二附加出口涂層(其中j=2)——位于第二出口涂層的上方，并且第四出口涂層——即第三附加出口涂層(其中j=3)——位于第三出口涂層的上方。通常，給定的附加出口涂層從催化煙灰過濾器的(總體)出口端延伸到該出口涂層的相應(yīng)端部。因而，該出口涂層的長度是限定的。一般而言，本發(fā)明的催化煙灰過濾器的第j+Ι個(gè)出口涂層從出口端延伸到第j+Ι個(gè)出口涂層端，由此限定第j+Ι個(gè)出口涂層長度。通常，可想到給定出口涂層的出口涂層長度小于或等于位于所述給定出口涂層下方的出口涂層的出口涂層長度。舉例而言，如果催化煙灰過濾器包含3個(gè)附加出口涂層，則第二出口涂層一即第一附加出口涂層(其中j=l) 一一位于第一出口涂層的上方，其中第二出口涂層長度小于或等于第一出口涂層長度，第三出口涂層一即第二附加出口涂層(其中j=2)——位于第二出口涂層的上方，其中第三出口涂層長度小于或等于第二出口涂層長度，并且第四出口涂層一即第三附加出口涂層(其中j=3)—位于第三出口涂層的上方，其中第四出口涂層長度小于或等于第三出口涂層長度。一般而言，第j+Ι個(gè)出口涂層長度是第j個(gè)出口涂層長度的yj+1%，其中O < yj+1 ( 100。 因此，本發(fā)明還涉及如上文所述的催化煙灰過濾器，該催化煙灰過濾器另外包括k個(gè)進(jìn)一步的出口涂層，其中第j+Ι個(gè)出口涂層位于第j個(gè)出口涂層的上方，所述第j+Ι個(gè)出口涂層從出口端延伸到第j+Ι個(gè)出口涂層端，由此限定第j+Ι個(gè)出口涂層長度，其中第j+Ι個(gè)出口涂層長度是第j個(gè)出口涂層長度的yj+1%，其中O < yj+1 ( 100 ；其中k是整數(shù)，k彡1，k優(yōu)選在從I至4、更優(yōu)選從I至3的范圍內(nèi)；并且其中j是整數(shù)，1彡j彡k。如上所述，給定出口涂層的出口涂層長度小于或等于位于所述給定出口涂層下方的出口涂層的長度。通常，第j+Ι個(gè)出口涂層長度是第j個(gè)出口涂層長度的L+1%，其中O< yJ+1 ( 100。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，給定出口涂層的出口涂層長度小于位于所述給定出口涂層下方的出口涂層的長度。因而，優(yōu)選地，O < yJ+1 < 100。更加優(yōu)選地，出口涂層將形成所謂的規(guī)則“樓梯形”結(jié)構(gòu)，其中，視第一出口涂層長度而定，附加出口涂層的給定長度具有特定長度。即，第j+Ι個(gè)出口涂層長度是第一出口涂層長度的100 · (1-j/ (k+l))%。通常，如上所述，第一入口涂層長度是基底軸向長度的x%，其中O < X < 100。如果本發(fā)明的催化煙灰過濾器包含至少一個(gè)附加出口涂層，即總計(jì)至少兩個(gè)出口涂層，則第一入口涂層長度也選擇成連同出口涂層的樓梯形結(jié)構(gòu)一起形成規(guī)則的樓梯形圖案，其中各個(gè)臺(tái)階具有大致相同的長度。因此，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，X是100/ (k+2)。如果本發(fā)明的催化煙灰過濾器包含一個(gè)或多個(gè)附加出口涂層，則給定的出口涂層可以具有與其它出口涂層中的一個(gè)或全部相同的化學(xué)成分。所有出口涂層也可以具有不同的化學(xué)成分。優(yōu)選至少一個(gè)、優(yōu)選進(jìn)一步的k個(gè)出口涂層中的每一個(gè)出口涂層包括氧化催化齊U。優(yōu)選地，進(jìn)一步的出口涂層中包括的氧化催化劑包括至少一種鉬系金屬(PGM)。更優(yōu)選地，進(jìn)一步的出口涂層中包括的氧化催化劑從由鉬、鈀、銠、銥及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇。各個(gè)出口涂層可以包括相同或不同的氧化催化劑。更優(yōu)選地，所述至少一個(gè)、優(yōu)選進(jìn)一步的k個(gè)出口涂層中的每一個(gè)出口涂層的氧化催化劑由鉬與鈀的混合物組成。 如果本發(fā)明的催化煙灰過濾器包含兩個(gè)或更多出口涂層，則優(yōu)選出口涂層總計(jì)包括的氧化催化劑的量一即k+Ι個(gè)出口涂層總計(jì)一為從5至100g/ft3、更優(yōu)選從7至90g/ft3、更優(yōu)選從 8 至 80g/ft3、更優(yōu)選從 9 至 70g/ft3、優(yōu)選從 10 至 60g/ft3(g/(30. 48cm)3)。關(guān)于優(yōu)選實(shí)施例，其中出口涂層的氧化催化劑是至少一種PGM組分，如在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語“氧化催化劑的量”指的是最終催化煙灰過濾器中至少一種PGM的重量，即，在進(jìn)行干燥和煅燒之后的催化煙灰過濾器。此外，如果本發(fā)明的催化煙灰過濾器包含兩個(gè)或更多出口涂層，則優(yōu)選定義為第一入口涂層中包含的PGM的量(g/ft3 (g/ (30. 48cm)3))除以k+1個(gè)出口涂層中包含的PGM的總量(g/ft3 (g/ (30. 48cm)3))的PGM比在從1:10至1:2的范圍內(nèi)。PGM比優(yōu)選在從1:9至1:2、更優(yōu)選從1:8至1:3、且更優(yōu)選從1:7至1:3的范圍內(nèi)，優(yōu)選在從1:7至1:3的范圍內(nèi)。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，如果本發(fā)明的催化煙灰過濾器包含兩個(gè)或更多出口涂層，則優(yōu)選定義為第一入口涂層中包含的PGM的量(g/ft3 (g/ (30. 48cm)3))除以k+1個(gè)出口涂層中包含的PGM的總量(g/ft3 (g/ (30. 48cm)3))的PGM比在從2:1至10:1的范圍內(nèi)。PGM比優(yōu)選在從2:1至9: I、更優(yōu)選從3:1至8: I、且更優(yōu)選從3:1至7:1的范圍內(nèi)。如上文所述，優(yōu)選地，在本發(fā)明的催化煙灰過濾器包含氧化催化劑的情況下，第一入口涂層和各個(gè)出口涂層最優(yōu)選由鈀與鉬的混合物組成。通常，第一出口涂層中的重量比PtPd在從10:1至1:10、優(yōu)選從9:1至大于I: I、更優(yōu)選從8:1至I. I: I、更優(yōu)選從7:1至I. 2: I、更優(yōu)選從6:1至I. 3: I、更優(yōu)選從5:1至I. 4: I、更優(yōu)選從4:1至I. 5:1的范圍內(nèi)，如上文所述。此外，k+Ι個(gè)出口涂層中的鉬鈀的重量比在從10:1至1:10、優(yōu)選從9:1至大于I: I、更優(yōu)選從8:1至I. I: I、更優(yōu)選從7:1至I. 2: I、更優(yōu)選從6:1至I. 3: I、更優(yōu)選從5:1至I. 4: I、更優(yōu)選從4:1至I. 5:1的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明還涉及如上文所述的催化煙灰過濾器，其中第一入口涂層和k+Ι個(gè)出口涂層包括由鉬和鈀組成的氧化催化劑，其中第一入口涂層中鉬鈀的重量比在從10:1至1:10、優(yōu)選從4:1至I. 5:1的范圍內(nèi)，并且其中k+Ι個(gè)出口涂層中鉬鈀的重量比在從10:1至1:10、優(yōu)選從4:1至I. 5:1的范圍內(nèi)。k+Ι個(gè)出口涂層中僅包含鉬或僅包含鈀也是可能的。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，進(jìn)一步的出口涂層中的至少一個(gè)、優(yōu)選進(jìn)一步的出口涂層中的每一個(gè)出口涂層包含至少一種多孔支撐材料。如果給定的進(jìn)一步的出口涂層包括至少一種多孔材料，則它可以包含與另一個(gè)出口涂層相同或不同的多孔材料。更優(yōu)選地，所有出口涂層均包括至少一種多孔材料。雖然不存在特別限制，但優(yōu)選進(jìn)一步的出口涂層中包括的多孔支撐材料是耐熱金屬氧化物。更優(yōu)選地，至少一個(gè)進(jìn)一步的出口涂層、優(yōu)選進(jìn)一步的出口涂層中的每一個(gè)出口涂層的多孔支撐材料從由氧化鋁、氧化鋯、氧化硅、氧化鈦、稀土金屬氧化物(如氧化鋪、氧化鐠、氧化鑭、氧化釹和氧化衫)、氧化娃-氧化招、招娃酸鹽-硅酸鹽、氧化鋁-氧化鋯、氧化鋁-氧化鉻、氧化鋁-稀土金屬氧化物、氧化鈦-氧化硅、氧化鈦-氧化鋯、氧化鈦-氧化鋁及它們中的兩者或更多者組成的群組中選擇。更優(yōu)選地，所述至少一種多孔支撐材料從由Al203、Zr02、Ce02、Si02及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇。因而，本發(fā)明還涉及如上文所述的催化煙灰過濾器，其中k個(gè)進(jìn)一步的出口涂層中的至少一個(gè)、優(yōu)選每一個(gè)出口涂層包括至少一種多孔支撐材料，其中所述k個(gè)進(jìn)一步的出口涂層中的至少一個(gè)、優(yōu)選每一個(gè)出口涂層的至少一種多孔材料優(yōu)選從由A1203、ZrO2, CeO2, SiO2及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇。因此，本發(fā)明還涉及如上文所述的催化煙灰過濾器，其中第一入口涂層和出口涂層包括至少一種多孔支撐材料，其中第一入口涂層的至少一種多孔支撐材料優(yōu)選從由Al203、Zr02、Ce02、Si02及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇，并且其中各出口涂層的至少一種多孔支撐材料優(yōu)選從由Al203、Zr02、Ce02、Si02及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一入口涂層和/或各出口涂層的耐熱金屬氧化物主要由氧化招、更優(yōu)選地由Y-氧化招或活性氧化招如Y-或η-氧化招組成。優(yōu)選地，活性氧化鋁具有從60至300m2/g、優(yōu)選從90至200m2/g、更優(yōu)選從100至180m2/g的根據(jù)依照DSN66131的BET表面積測量而確定的比表面積。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)更加優(yōu)選的實(shí)施例，各個(gè)出口涂層均具有相同的化學(xué)成分，即，在用于制備本發(fā)明的催化煙灰過濾器的過程中，使用一種特定基底涂層成分來實(shí)現(xiàn)k+Ι個(gè)出口涂層涂覆壁流基底。更優(yōu)選地，所有涂層，即第一入口涂層和所有出口涂層，具有相同的化學(xué)成分。如果本發(fā)明的催化煙灰過濾器包括一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步的出口涂層，即至少兩個(gè)出口涂層，則第一入口涂層和出口涂層以小于O. 5的涂層加載量比率存在于壁流基底上，該涂層加載量比率為第一入口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm)3))/所有出口涂層的總加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm) 3))的比例。關(guān)于用于制造包括兩個(gè)或更多出口涂層的本發(fā)明的催化煙灰過濾器的過程，如上文所述對(duì)僅包括第一入口涂層的催化煙灰過濾器執(zhí)行大致相同的方法。然而，在步驟(i i i )后，將至少一個(gè)進(jìn)一步的出口涂層涂布到第一出口涂層上。優(yōu)選地，在已涂布第一入口涂層之后，可選地在第一次干燥和/或煅燒之后，將第二出口涂層涂布到第一出口涂層上。如果涂布第三出口涂層，則優(yōu)選可選地在對(duì)包含第一和第二出口涂層的過濾器進(jìn)行干燥和/或煅燒后將第三出口涂層涂布到第二出口涂層上。因此，本發(fā)明還涉及如上文所述的過程，其中所述過程還包括
(iv):在(iii)后，涂布k個(gè)進(jìn)一步的出口涂層，其中將第j+Ι個(gè)出口涂層涂布到第j個(gè)出口涂層上，使得第j+Ι個(gè)出口涂層從出口端延伸到第j+Ι個(gè)出口涂層端，由此限定第j+Ι個(gè)出口涂層長度，并且第j+Ι個(gè)出口涂層長度是第j個(gè)出口涂層長度的&+1%，其中O< yJ+i 彡 100 ;其中k是整數(shù)，k彡1，k優(yōu)選在從I至4、更優(yōu)選從I至3的范圍內(nèi)；并且其中j是整數(shù)，I彡j彡k。更優(yōu)選地，將第j+Ι個(gè)出口涂層涂布到第j個(gè)出口涂層上，使得第j+Ι個(gè)出口涂層長度是第一出口涂層長度的100 ·(l-j/ (k+1))%。更加優(yōu)選地，在(ii)中，涂布第一入口涂層，使得X為100/ (k+2)。關(guān)于涂布k個(gè)進(jìn)一步的出口涂層的典型和優(yōu)選方法，可以參考如上文所述用于涂布第一出口涂層的典型和優(yōu)選方法。關(guān)于在單個(gè)的出口涂層的涂布之間或涂布之后的干燥和/或煅燒步驟期間采用的典型和優(yōu)選條件，可以參考如上文所述的用于第一出口涂層的干燥和/或煅燒的典型和優(yōu)選條件。本發(fā)明的催化煙灰過濾器可以用于一體的排放物處理系統(tǒng)中，特別是包括用于處理柴油機(jī)排氣排放物的一個(gè)或更多附加構(gòu)件的排氣管道。例如，最優(yōu)選與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通的這種排氣管道可以包括根據(jù)本發(fā)明的催化煙灰過濾器，并且還可以包括柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)制品和/或選擇性催化還原(SCR)制品和/或NOx存儲(chǔ)和還原(NSR)催化制品。最優(yōu)選地，DOC制品和/或SCR制品和/或NSR制品與催化煙灰過濾器流體連通。柴油機(jī)氧化催化劑可以位于催化煙灰過濾器和/或選擇性催化還原構(gòu)件的上游或下游。更優(yōu)選地，本發(fā)明的催化煙灰過濾器位于DOC制品下游。更加優(yōu)選地，本發(fā)明的催化煙灰過濾器位于SCR制品的上游或下游。因此，本發(fā)明還涉及一種用于處理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括經(jīng)由排氣歧管與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通的排氣管道；如上文所述的催化煙灰過濾器；以及與催化煙灰過濾器流體連通的以下構(gòu)件中的一個(gè)或更多柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)制品；選擇性催化還原(SCR)制品；Ν0χ存儲(chǔ)和還原(NSR)催化制品。用于排氣管道的合適的SCR制品通常能夠在低于600°C的溫度下有效地催化柴油機(jī)排氣中包括的NOx組分的還原，使得即使在通常與較低的排氣溫度相關(guān)的低負(fù)荷條件下也能夠充分地處理NOx。優(yōu)選地，合適的SCR制品能夠?qū)Ox組分中的至少50%轉(zhuǎn)化為N2,視向系統(tǒng)添加的合適的還原劑的量而定。SCR制品的另一種期望屬性是它具備催化O2與任何過量的NH3反應(yīng)生成N2和H2O的能力，使得NH3不會(huì)排放到大氣。用于排氣管道中的有用的SCR催化劑成分應(yīng)該還具有大于650°C的溫度的熱抵抗力。這種高溫可能在上游催化煙灰過濾器的再生期間遇到。例如，US4，961，917和US 5，516，497中記載了合適的SCR制品。合適的SCR制品包括鐵和銅促進(jìn)劑中的一者或兩者，該促進(jìn)劑通常以促進(jìn)劑加沸石的總重量的從約O. 1%至30% (按重量計(jì))、優(yōu)選從1%至5% (按重量計(jì))的量存在于沸石中。除它們催化NOx與NH3還原為N2的能力外，所公開的SCR制品還可以促進(jìn)過量的NH3被O2的氧化，尤其對(duì)于具有較高的促進(jìn)劑濃度的那些成分。本發(fā)明的排氣處理系統(tǒng)還可以包括NOx存儲(chǔ)(和可選地還原)制品。NOx存儲(chǔ)(和 可選地還原)制品優(yōu)選位于催化煙灰過濾器的下游。
此外，本發(fā)明還涉及一種處理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流的方法，該排氣流包含煙灰粒子，所述方法包括可選地在已引導(dǎo)排氣流通過柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)制品之后使排氣流與如上文所述的催化煙灰過濾器接觸，所述DOC制品優(yōu)選包括通過基底或壁流基底的流。這種方法可選地還包括引導(dǎo)從DOC制品或催化煙灰過濾器形成的排氣流通過選擇性催化還原(SCR)制品。在下文中，將通過示例進(jìn)一步說明本發(fā)明。示例I.催化劑制備I. I具有O. 3的入口 /出口涂層的基底涂層加載量比率的分區(qū)催化煙灰過濾器(樣品A，本發(fā)明的實(shí)施例) 對(duì)于入口涂層，用提供10g/ft3的最終干燥Pd含量的硝酸鈀溶液浸潰O. 3g/in3的Y-氧化鋁，接著以鉬作為胺穩(wěn)定Pt絡(luò)合物浸潰鉬溶液，以提供20g/ft3的干燥Pt含量。使得到的粉末分散在水中。隨后，得到的漿狀物用于從入口側(cè)到過濾器總長的50%涂覆堇青石過濾器基底(SiC，長度6英寸=15. 24cm ;直徑5. 66英寸=14. 38cm)。在空氣中在110°C下進(jìn)行干燥并在空氣中在450°C下進(jìn)行煅燒之后，過濾器基底的50%入口上的基底涂層的量約為 O. 32g/in3。對(duì)于出口涂層，用提供5g/ft3的最終干燥Pd含量的硝酸鈀溶液浸潰I. Og/in3的
Y-氧化鋁，接著以鉬作為胺穩(wěn)定Pt絡(luò)合物浸潰鉬溶液，以提供10g/ft3的干燥Pt含量。使得到的粉末分散在水中。隨后，得到的漿狀物用于從過濾器出口側(cè)到過濾器全長的50%涂覆堇青石過濾器基底。在空氣中在110°C下進(jìn)行干燥并在空氣中在450°C下進(jìn)行煅燒之后，過濾器基底的50%出口上的基底涂層的量約為I. 01g/in3。因而，涂層加載量比率約為O. 32。I. 2具有入口 /出口涂層的均勻基底涂層加載量比率的分區(qū)催化煙灰過濾器(樣品B,對(duì)比示例)對(duì)于入口涂層，用提供10g/ft3的最終干燥Pd含量的硝酸鈀溶液浸潰0. 3g/in3的Y-氧化鋁，接著以鉬作為胺穩(wěn)定Pt絡(luò)合物浸潰鉬溶液，以提供20g/ft3的干燥Pt含量。使得到的粉末分散在水中。隨后，得到的漿狀物用于從入口側(cè)到過濾器全長的50%涂覆過濾器基底(與I. I中相同的基底)。在空氣中在110°C下進(jìn)行干燥并在空氣中在450°C下進(jìn)行煅燒之后，過濾器基底的50%入口上的基底涂層的量約為0. 32g/in3。對(duì)于出口涂層，用提供5g/ft3的最終干Pd含量的硝酸鈀水溶液浸潰0. 3g/in3的
Y-氧化鋁，接著以鉬作為胺穩(wěn)定Pt絡(luò)合物浸潰鉬溶液，以提供10g/ft3的干燥Pt含量。使得到的粉末分散在水中。隨后，得到的漿狀物用于從過濾器出口側(cè)到過濾器全長的50%涂覆過濾器基底。在空氣中在110°C下進(jìn)行干燥并在空氣中在450°C下進(jìn)行煅燒之后，過濾器基底的50%出口上的基底涂層的量約為0. 32g/in3。因而，涂層加載量比約為I. O。2.現(xiàn)有技術(shù)催化劑技術(shù)與本發(fā)明技術(shù)的比較(通過下降到怠速再生試驗(yàn)測試最大煙灰加載量)2. I樣品A (本發(fā)明)具有0. 32的入口 /出口涂層的基底涂層加載量比率的分區(qū)催化煙灰過濾器
-入口涂層20g/ft3Pt, 10g/ft3Pd,0. 3g/in3, Y -氧化招-出口涂層10g/ft3Pt，5g/ft3Pd，1.0g/in3，Y -氧化鋁2. 2樣品B (對(duì)比示例)具有約I的入口 /出口涂層的基底涂層加載量比率(均勻的基底涂層加載量)的分區(qū)催化煙灰過濾器-入口涂層20g/ft3Pt，10g/ft3Pd，0. 3g/in3，Y -氧化鋁-出口涂層10g/ft3Pt，5g/ft3Pd，0. 3g/in3，Y -氧化鋁3.試驗(yàn)步驟(對(duì)于SML的下降到怠速測試)在下降到怠速再生測試中，對(duì)樣品A和B測試最高溫度。在下降到怠速再生期間的最高溫度和梯度越低，過濾器的最大煙灰加載量越高。在測試前，經(jīng)由低速市區(qū)模式驅(qū)動(dòng)·用具有2L發(fā)動(dòng)機(jī)排量的4缸輕負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流中的5. 5g/l (=5. 5g/基底)煙灰加載量樣品。為了下降到怠速再生測試，將各樣品放置在具有2L排量的4缸輕負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管下游。催化煙灰過濾器前面的溫度上升到620°C。當(dāng)催化煙灰過濾器的第一熱電偶(1，參見圖3，與CSF入口側(cè)的距離1英寸=2. 54cm)中的溫度通過煙灰還原達(dá)到650°C時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)切換到怠速模式。CSF的后部中出現(xiàn)最高溫度和溫度梯度。用于下降到怠速再生的樣品A和B中的熱電偶I至4的安放在圖3中示出。在用于樣品A和B的4個(gè)熱電偶的下降到怠速試驗(yàn)期間的溫度與時(shí)間關(guān)系曲線分別在圖4和5中示出。樣品A呈現(xiàn)了比樣品B明顯更低的最高溫度。由于溫度越低，煙灰質(zhì)量極限就越高，所以對(duì)于樣品A最大煙灰質(zhì)量極限更高。催化煙灰過濾器樣品A和B中的熱電偶的最高溫度在下表I中示出。對(duì)于遠(yuǎn)離催化煙灰過濾器入口的后部位置的熱電偶4”的最高溫度，具有O. 32的入口 /出口涂層的基底涂層加載量比率的分區(qū)催化煙灰過濾器要低約140°C
熱電偶位置
樣品1__2__3__4
距CSF入距CSF入距CSF入距CSF入[。167]__口 I英寸口 3英寸口 4英寸口 S英寸
樣品 A 6500C 665°C 693°C 722°C樣品 B 6500C 680°C 744°C 860°C
權(quán)利要求
1.ー種催化煙灰過濾器，包括 壁流基底，所述壁流基底包括入口端、出口端、在所述入口端與所述出口端之間延伸的基底軸向長度、以及由所述壁流基底的內(nèi)壁限定的多個(gè)通路； 其中，所述多個(gè)通路包括具有開啟的入口端和封閉的出口端的入口通路、以及具有封閉的入口端和開啟的出口端的出口通路； 其中，所述入口通路的內(nèi)壁包括第一入口涂層，所述第一入口涂層從入口端延伸到第一入ロ涂層端，由此限定第一入口涂層長度，其中所述第一入口涂層長度為基底軸向長度的 x%,其中 0〈x〈100 ； 其中，所述出口通路的內(nèi)壁包括第一出口涂層，所述第一出口涂層從出口端延伸到第一出ロ涂層端，由此限定第一出ロ涂層長度，其中所述第一出ロ涂層長度為基底軸向長度的 100-x% ； 其中，所述第一入口涂層長度限定上游區(qū)，并且所述第一出口涂層長度限定下游區(qū)； 其中，所述第一入口涂層和第一出ロ涂層以小于O. 5的涂層加載量比率存在于壁流基底上，該涂層加載量比率為第一入口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm)3)/第一出口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2.54cm)3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的催化煙灰過濾器，其中，所述第一入口涂層包含氧化催化劑，并且其中所述第一出ロ涂層包含氧化催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的催化煙灰過濾器，其中，所述涂層加載量比率在從O.10至O. 45、優(yōu)選從O. 20至O. 40、更優(yōu)選從O. 30至O. 35的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，X在從25至75、優(yōu)選從35至65、更優(yōu)選從45至55的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，所述第一入口涂層包括氧化催化劑，所述氧化催化劑包括至少ー種鉬系金屬(PGM)，至少ー種鉬系金屬優(yōu)選從由鉬、鈀、銠、銥及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇，并且其中所述第一入ロ涂層的氧化催化劑更優(yōu)選由鉬與鈀的混合物組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，所述第一入口涂層包含的氧化催化劑的量為從5至100g/ft3(g/(30. 48cm)3)、優(yōu)選從10至60g/ft3(g/(30. 48cm)3)0
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，所述第一出ロ涂層包括氧化催化劑，所述氧化催化劑包括至少ー種鉬系金屬(PGM)，至少ー種鉬系金屬優(yōu)選從由鉬、鈀、銠、銥及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇，并且其中所述第一出ロ涂層的氧化催化劑更優(yōu)選由鉬與鈀的混合物組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，所述第一出ロ涂層包含的氧化催化劑的量為從5至100g/ft3(g/(30. 48cm)3)、優(yōu)選從10至60g/ft3(g/(30. 48cm)3)0
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，定義為所述第一入口涂層中包含的PGM的總量(g/ft3 (g/ (30.48cm)3))除以所述第一出口涂層中包含的PGM的總量(g/ft3 (g/ (30. 48cm)3))的PGM比在從1:10至1:2的范圍內(nèi)，優(yōu)選在從1:7至1:3的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，定義為所述第一入口涂層中包含的PGM的總量(g/ft3 (g/ (30.48cm)3))除以所述第一出口涂層中包含的PGM的總量(g/ft3 (g/ (30. 48cm)3))的PGM比在從2:1至10:1的范圍內(nèi)，優(yōu)選在從3:1至7:1的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，所述第一入口涂層和所述第一出口涂層包含由鉬和鈀組成的氧化催化劑，其中所述第一入口涂層中鉬鈀的重量比在從10:1至1:10、優(yōu)選從4:1至I. 5:1的范圍內(nèi)，并且其中所述第一出口涂層中鉬鈀的重量比在從10:1至1:10、優(yōu)選從4:1至I. 5:1的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，所述第一入口涂層和所述第一出口涂層包含至少一種多孔支撐材料，其中所述第一入口涂層的至少一種多孔支撐材料優(yōu)選地從由Al203、Zr02、Ce02、Si02及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇，并且其中所述第一出口涂層的至少一種多孔支撐材料優(yōu)選地從由A1203、ZrO2, CeO2,SiO2及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至12中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，還包括k個(gè)進(jìn)一步的出口涂層， 其中，第j+1個(gè)出口涂層位于第j個(gè)出口涂層的上方，所述第j+1個(gè)出口涂層從出口端延伸到第j+1個(gè)出口涂層端，由此限定第j+1個(gè)出口涂層長度， 其中，第j+1個(gè)出口涂層長度是第j個(gè)出口涂層長度的yj+1%，其中0 < yj+1 ( 100 ； 其中，k是整數(shù)，k彡1，k優(yōu)選在從I至4、更優(yōu)選從I至3的范圍內(nèi)；并且 其中，j是整數(shù)，I彡j彡k。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的催化煙灰過濾器，其中，第j+1個(gè)出口涂層長度是第一出口涂層長度的 100 (1-j/ (k+l))%。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的催化煙灰過濾器，其中，1是100/(k+2)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，進(jìn)一步的k個(gè)出口涂層中的至少一個(gè)、優(yōu)選其中每一個(gè)出口涂層包括氧化催化劑，所述氧化催化劑包括至少一種鉬系金屬(PGM)，至少一種鉬系金屬優(yōu)選從由鉬、鈀、銠、銥及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇，并且其中進(jìn)一步的k個(gè)出口涂層中的至少一個(gè)、優(yōu)選其中每一個(gè)出口涂層更優(yōu)選由鉬與鈀的混合物組成。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，k+1個(gè)出口涂層總計(jì)包含的氧化催化劑的量為從5至100g/ft3 (g/ (30. 48cm) 3)、優(yōu)選從10至60g/ft3 (g/(30.48cm)3)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，定義為所述第一入口涂層中包含的PGM的量(g/ft3 (g/ (30. 48cm) 3))除以k+1個(gè)出口涂層中包含的PGM的總量(g/ft3 (g/ (30. 48cm)3))的PGM比在從1:10至1:2的范圍內(nèi)，優(yōu)選在從1:7至1:3的范圍內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，定義為所述第一入口涂層中包含的PGM的量(g/ft3 (g/ (30. 48cm) 3))除以k+1個(gè)出口涂層中包含的PGM的總量(g/ft3 (g/ (30. 48cm)3))的PGM比在從2:1至10:1的范圍內(nèi)、優(yōu)選從3:1至7:1的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，所述第一入口涂層和k+Ι個(gè)出口涂層包含由鉬和鈀組成的氧化催化劑，其中所述第一入口涂層中鉬鈀的重量比在從10:1至1:10、優(yōu)選從4:1至I. 5:1的范圍內(nèi)，并且其中k+Ι個(gè)出口涂層中鉬鈀的重量比在從10:1至1:10、優(yōu)選從4:1至I. 5:1的范圍內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求13至22中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，k個(gè)進(jìn)一歩的出口涂層中的至少ー個(gè)、優(yōu)選其中每ー個(gè)出口涂層包括至少ー種多孔支撐材料，其中k個(gè)進(jìn)ー步的出ロ涂層中的至少ー個(gè)、優(yōu)選其中每ー個(gè)出ロ涂層優(yōu)選從由A1203、ZrO2, CeO2, SiO2及它們中的兩者或更多者的混合物組成的群組中選擇。
22.根據(jù)權(quán)利要求I至21中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，所述壁流基底具有根據(jù)依照DIN 66133的汞孔隙度測量而確定的在從38至75的范圍內(nèi)的孔隙度，其中所述壁流基底優(yōu)選為堇青石基底或碳化硅基底。
23.根據(jù)權(quán)利要求I至22中任一項(xiàng)所述的催化煙灰過濾器，其中，所述第一入口涂層的加載量在從 O. I 至 lg/inch3 (g/ (2. 54cm) 3)、優(yōu)選從 O. I 至 O. 5g/inch3 (g/ (2.54cm)3)的范圍內(nèi)。
24.一種用于制造權(quán)利要求I至23中任一項(xiàng)的催化煙灰過濾器的方法，包括 (i)提供壁流基底，所述壁流基底優(yōu)選具有依照DIN66133的汞孔隙度測量而確定的在從38至75的范圍內(nèi)的孔隙度，所述壁流基底包括入口端、出ロ端、在所述入口端與所述出口端之間延伸的基底軸向長度、以及由所述壁流基底的內(nèi)壁限定的多個(gè)通路； 其中，所述多個(gè)通路包括具有開啟的入口端和封閉的出口端的入口通路、以及具有封閉的入口端和開啟的出口端的出口通路； (ii)將第一入口涂層涂布至所述入ロ通路的內(nèi)壁，使得所述第一入ロ涂層從入ロ端延伸到第一入口涂層端，由此限定第一入口涂層長度，其中所述第一入口涂層長度是基底軸向長度的x%，其中O < X < 100，由此將所述第一入口涂層的加載量調(diào)節(jié)為優(yōu)選在從O. I至lg/inch3 (g/2. 54cm) 3)的范圍內(nèi)的預(yù)定值； (iii)在(ii)之前或與(ii)同時(shí)或在(ii)之后，將第一出口涂層涂布到出口通路的內(nèi)壁，使得第一出ロ涂層從出ロ端延伸到第一出ロ涂層端，由此限定第一出ロ涂層長度，其中所述第一出ロ涂層長度是基底軸向長度的100-x%，由此將所述第一出ロ涂層的加載量調(diào)節(jié)為這樣的值該值使得作為第一入口涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm)3))/第一出ロ涂層的加載量(g/inch3 (g/ (2. 54cm)3))的比例計(jì)算的涂層加載量率比小于O. 5，優(yōu)選在從O. 10至O. 45、更優(yōu)選從O. 20至O. 40、更優(yōu)選從O. 30至O. 35的范圍內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述第一入口涂層包含氧化催化劑，并且所述第一出ロ涂層包含氧化催化劑。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的方法，還包括 (iv)在(iii)之后，涂布k個(gè)進(jìn)ー步的出ロ涂層，其中將第j+Ι個(gè)出ロ涂層涂布到第j個(gè)出ロ涂層上方，使得第j+Ι個(gè)出ロ涂層從出ロ端延伸到第j+Ι個(gè)出ロ涂層端，由此限定第j+Ι個(gè)出ロ涂層長度，并且第j+Ι個(gè)出ロ涂層長度是第j個(gè)出ロ涂層長度的ハ+1%，其中O< yJ+i ≤ loo ; 其中，k是整數(shù)，k≥1，k優(yōu)選在從I至4、更優(yōu)選從I至3的范圍內(nèi)；并且 其中，j是整數(shù)，I≤j ≤ k。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，將第j+1個(gè)出口涂層涂布到第j個(gè)出口涂層上方，使得第j+1個(gè)出口涂層長度為第一出口涂層長度的100 (1-j/ (k+1)) %。
28.根據(jù)權(quán)利要求24至27的任一項(xiàng)所述的方法，其中，在步驟(ii)中，涂布第一入口涂層，使得X為100/ (k+2)。
29.一種用于處理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括經(jīng)由排氣歧管與所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通的排氣管道； 權(quán)利要求I至23中任一項(xiàng)的催化煙灰過濾器；以及 與催化煙灰過濾器流體連通的以下構(gòu)件中的一者或多者柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)制品；選擇性催化還原(SCR)制品；N0x存儲(chǔ)和還原(NSR)催化制品。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中，所述催化煙灰過濾器布置在所述DOC制品的下游以及所述SCR制品的上游或下游。
31.一種處理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流的方法，所述排氣流包含煙灰粒子，所述方法包括可選地在已引導(dǎo)所述排氣流通過柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)制品之后，使排氣流與權(quán)利要求I至23中任一項(xiàng)的催化煙灰過濾器接觸，所述DOC制品優(yōu)選包括通過基底或壁流基底的流。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，還包括引導(dǎo)從所述DOC制品或所述催化煙灰過濾器形成的排氣流通過選擇性催化還原(SCR)制品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種催化煙灰過濾器，該催化煙灰過濾器包括壁流基底，該壁流基底帶有入口端、出口端、在入口端與出口端之間延伸的基底軸向長度、以及由壁流基底的內(nèi)壁限定的多個(gè)通路，其中，多個(gè)通路包括具有開啟的入口端和封閉的出口端的入口通路、以及具有封閉的入口端和開啟的出口端的出口通路，并且其中入口通路的內(nèi)壁包括分區(qū)的第一入口涂層，出口通路的內(nèi)壁包括分區(qū)的第一出口涂層，并且其中第一入口涂層和第一出口涂層以小于0.5的涂層加載量比率存在于壁流基底上。
文檔編號(hào)B01J37/02GK102711960SQ201080061873
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者G·格魯貝特 申請(qǐng)人:巴斯夫歐洲公司