罐裝的蜂窩狀催化劑的制作方法
【專利摘要】一種蜂窩狀催化劑，其中該蜂窩狀催化劑包含基底，該基底由漿料涂覆的有凹槽的波紋狀板和漿料涂覆的平襯底構(gòu)成，該漿料涂覆的板由非織造纖維材料制成，該基底被卷成圓柱體以形成多個(gè)流通通道，并且漿料涂覆的板和漿料涂覆的平襯底的漿料涂層中均含有催化劑，該蜂窩狀催化劑被罐裝在具有插入的墊的金屬外殼中，其中蜂窩具有等于或大于約10MPa但小于或等于約1000MPa的楊氏模量，并且基底具有在250至700g/l之間的體積密度。
【專利說(shuō)明】
罐裝的蜂窩狀催化劑
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及罐裝于金屬外殼中的蜂窩形狀的催化劑。
[0002] 具體地說(shuō)，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的蜂窩形狀的催化劑，該催化劑通過(guò)將波紋狀陶 瓷紙卷成圓柱體制備得到并用漿料涂層(wash coat)涂覆W提供該催化劑的最佳體積密 度，該催化劑在罐裝過(guò)程中具有高徑向壓縮強(qiáng)度和彈性并在催化劑的操作期間在金屬外殼 內(nèi)具有改進(jìn)的吸持力化olding force)。
【背景技術(shù)】
[0003] 本領(lǐng)域中已知的圓柱形式的蜂窩狀催化劑通過(guò)將波紋狀金屬板卷起來(lái)制備，W便 在與熱排放氣體或尾氣一起運(yùn)用時(shí)提供穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)例如US2010254864、US7101602、 EP0988892、EP0919280和US6689328。
[0004] 由非織造纖維材料(例如陶瓷紙)生產(chǎn)圓柱形蜂窩狀催化劑也是已知的。在該情況 下，將纖維材料的板用粘合劑預(yù)涂覆，然后將纖維材料的結(jié)構(gòu)用陶瓷漿料填充，形成波紋， 并通常用平板作內(nèi)襯。波紋狀板與平板一起卷繞成圓柱形蜂窩體，用陶瓷漿料涂覆，并用催 化活性材料浸潰。
[0005] 蜂窩形狀的催化劑常被用于凈化來(lái)自汽車來(lái)源的排放氣體。在運(yùn)些應(yīng)用中，催化 劑被罐裝在金屬外殼中并安置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)中。
[0006] 為了在運(yùn)用過(guò)程中使催化劑保持在適當(dāng)位置W及為了防止破裂，通常將蜂窩體包 裹在由陶瓷纖維制成的固定墊中。該墊也起到熱絕緣體的作用并密封W防止排放氣體繞過(guò) 催化劑。上述防范措施要求該墊具有某些性質(zhì)，包括導(dǎo)熱性、氣密性和摩擦系數(shù)。
[0007] 可W通過(guò)不同的方法將包裹的蜂窩狀催化劑罐裝在金屬外殼中。常用的方法是填 塞(stuffing)。
[000引在填塞方法中，將墊包裹的蜂窩狀催化劑推入到圓柱形金屬外殼中。使用填料錐 W促進(jìn)整體材料的平穩(wěn)插入。
[0009] 為了確保墊和蜂窩體之間W及墊和外殼之間具有足夠的摩擦，包裹的蜂窩體的直 徑必須略大于外殼的內(nèi)徑。
[0010] 墊和蜂窩體的安裝壓力在填塞過(guò)程中增加，并且如果其彈性太低，能導(dǎo)致蜂窩狀 催化劑的嚴(yán)重破裂。另一方面，如果蜂窩的彈性太高，則吸持力（即摩擦)不足W使蜂窩體在 運(yùn)用過(guò)程中在金屬外殼中保持在適當(dāng)位置。
[0011] 當(dāng)僅僅使用非織造纖維材料(例如由玻璃纖維制成的卷繞的波紋狀板)作為蜂窩 狀催化劑的基底時(shí)，基底的彈性將會(huì)太高，導(dǎo)致金屬外殼內(nèi)的吸持力太低，運(yùn)是因?yàn)橥ㄟ^(guò)彈 性基底向墊施加的法向力太低。
[0012] 在該情況下，罐裝的蜂窩狀催化劑在運(yùn)用過(guò)程中將經(jīng)歷劇烈的振動(dòng)，最終破碎，導(dǎo) 致發(fā)生故障。
[0013] 因此，將基底的彈性降低至某種程度是必要的。通過(guò)用漿料涂層涂覆基底并進(jìn)行 賠燒可W降低基底的彈性。然而，漿料涂層的量必須在某些體積密度限值內(nèi)平衡。用太大量 的漿料涂層涂覆紙基底導(dǎo)致太高的體積密度，在用于氣體凈化過(guò)程時(shí)會(huì)在蜂窩狀催化劑上 造成不期望的高壓降，并且另外地造成昂貴催化劑材料的浪費(fèi)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0014]我們已發(fā)現(xiàn)，可W如下制成罐裝于金屬外殼中的穩(wěn)定的圓柱形蜂窩形狀的催化 劑：由任選地被陶瓷漿料預(yù)涂覆的陶瓷紙、用E-玻璃纖維強(qiáng)化的陶瓷紙板或陶瓷紙作為起 始材料，用陶瓷漿料涂層涂覆波紋狀的紙W獲得250至700g/l之間的體積密度，并賠烷烴涂 覆的基底W獲得作為楊氏模量的值E所測(cè)定的10至1000 MPa之間的彈性。
[0015]因此，本發(fā)明提供了具有多個(gè)流通通道(flow through channel)的蜂窩狀催化 劑，其中該蜂窩狀催化劑包含由漿料涂覆的(wash coated)有凹槽的波紋狀板和漿料涂覆 的平襯底構(gòu)成的基底，該漿料涂覆的板由非織造纖維材料制成，該基底被卷成圓柱體W形 成多個(gè)流通通道，并且漿料涂覆的板和漿料涂覆的平襯底的漿料涂層中均含有催化劑，該 蜂窩狀催化劑被罐裝在具有插入的墊的金屬外殼中，其中蜂窩的楊氏模量E等于或大于約 IOM化但小于或等于約1000 MPa，并且基底的體積密度在250至700g^之間。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的蜂窩狀催化劑的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的蜂窩狀催化劑的基底1由漿料涂層涂覆的襯底2和漿料 涂層涂覆的波紋狀板3構(gòu)成。將基底1卷曲成圓柱體。
[0018] 如附圖標(biāo)記4所示，在最終的漿料涂覆的催化劑中，襯底2的壁厚度在襯底2與波紋 狀板3接觸的區(qū)域之外的點(diǎn)處測(cè)量。在最終的漿料涂覆的催化劑中，波紋狀板3的壁厚度在 波6的切線區(qū)域中的點(diǎn)5處測(cè)量。最終的漿料涂覆的催化劑中的波長(zhǎng)在點(diǎn)7和8處的兩個(gè)波谷 之間測(cè)量。最終的漿料涂覆的催化劑中的波紋高度H在襯底2的內(nèi)表面9和波6的內(nèi)表面10之 間測(cè)量。將基底1灌裝在金屬外殼12中，并通過(guò)設(shè)置在外殼的內(nèi)壁和襯底2之間的墊11而保 持在外殼12中。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施方式中，所述墊包含無(wú)機(jī)纖維。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述墊包含生物 可溶性纖維。
[0020] 根據(jù)楊氏模量E通過(guò)用拉伸應(yīng)力除W延伸應(yīng)變來(lái)計(jì)算彈性。
[0021：
[0022] 其中；
[0023] E是楊氏模量(彈性模量）；
[0024] F是在張力下施加在物體上的力；
[0025] Ao是施加的力通過(guò)的最初橫斷面積；
[0026] A L是物體長(zhǎng)度的變化量；
[0027] Lo是物體的最初長(zhǎng)度。
[0028] 優(yōu)選地，漿料涂覆的有凹槽的波紋狀板的壁厚在0.28至0.38毫米之間，而漿料涂 覆的襯底的壁厚在0.37至0.47毫米之間，有凹槽的波紋狀板的波長(zhǎng)在2.40和3.40毫米之 間，W及波紋高度在0.65至2.05毫米之間，并且通道的水力直徑在0.6至1.5毫米之間。
[0029] 罐裝蜂窩狀催化劑的典型應(yīng)用為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化，包括通過(guò)催化氧化或氮氧化物 的選擇性催化還原(SCR)來(lái)除去未燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料和一氧化碳。
[0030] 在運(yùn)些應(yīng)用中，漿料涂層包含二氧化鐵，其用氧化饑W及任選的氧化鶴浸潰，作為 在SCR反應(yīng)中有活性的催化材料;或者當(dāng)用作氧化催化劑時(shí)漿料涂層包含二氧化鐵和/或氧 化侶，并用銷和/或鈕浸潰。
[0031] 在根據(jù)本發(fā)明的蜂窩狀催化劑中，可W在基底上用漿料涂層在不同區(qū)域涂覆，其 中每個(gè)區(qū)域的漿料涂層中含有相同或不同的催化劑；或者用疊加的多層漿料涂層涂覆基 底，其中每一層含有相同或不同的催化劑。該基底可W具有含有氨泄露催化劑(ammonia slip catalyst)的下游區(qū)域或者底層。
[0032] 整體基底或蜂窩狀整體基底的漿料涂覆通常通過(guò)將漿料倒入整體基底的通道中 在基底中進(jìn)行漿料黏著(pickup)或者通過(guò)將基底的一面浸潰到漿料涂層的漿料中并任選 地在相反面施加真空來(lái)進(jìn)行。
[0033] 在已經(jīng)用漿料涂層涂覆后，在用包含催化活性金屬氧化物的可溶性前驅(qū)物的含水 浸潰溶液浸潰漿料涂層之前，干燥并賠烷基底。
[0034] 浸潰步驟包含將經(jīng)漿料涂覆的基底浸沒(méi)在含有含水浸潰溶液的浸潰槽中或用浸 潰溶液噴涂經(jīng)漿料涂覆的基底。
[0035] 代替浸潰漿料涂層，也可W在涂覆前將催化材料加入到漿料涂覆的漿料中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種蜂窩狀催化劑，其中所述蜂窩狀催化劑包含基底，所述基底由漿料涂覆的有凹 槽的波紋狀板和漿料涂覆的平襯底構(gòu)成，所述漿料涂覆的板由非織造纖維材料制成，所述 基底被卷成圓柱體以形成多個(gè)流通通道，并且漿料涂覆的板和漿料涂覆的平襯底的漿料涂 層中均含有催化劑，所述蜂窩狀催化劑被罐裝在具有插入的墊的金屬外殼中，其中所述蜂 窩具有等于或大于IOMPa但小于或等于1000 MPa的楊氏模量，并且所述基底具有在250至 700g/l之間的體積密度。2. 權(quán)利要求1所述的蜂窩狀催化劑，其中漿料涂覆的有凹槽的波紋狀板的壁厚在0.28 至0.38毫米之間，漿料涂覆的襯底的壁厚在0.37至0.47毫米之間，有凹槽的波紋狀板的波 長(zhǎng)在2.40至3.40毫米之間，以及波紋高度在0.65至2.05毫米之間；并且通道的水力直徑在 0.6至1.5毫米之間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蜂窩狀催化劑，其中所述墊包含無(wú)機(jī)纖維。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蜂窩狀催化劑，其中所述墊包含生物可溶性纖維。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蜂窩狀催化劑，其中漿料涂層包含二氧化鈦，并且催化劑 包含氧化釩和任選的氧化鎢。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蜂窩狀催化劑，其中漿料涂層包含二氧化鈦和/或氧化鋁， 并且催化劑包含鉑和/或鈀。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蜂窩狀催化劑，其中在基底上用漿料涂層在不同區(qū)域涂 覆，其中每個(gè)區(qū)域的漿料涂層中含有相同或不同的催化劑;或者用疊加的多層漿料涂層涂 覆基底，其中每一層含有相同或不同的催化劑。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的蜂窩狀催化劑，其中基底具有含氨泄漏催化劑的下游區(qū)域或 底層。
【文檔編號(hào)】B01J23/44GK205517799SQ201620085695
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月28日
【發(fā)明人】E·S·塞拉
【申請(qǐng)人】托普索公司