專利名稱：含顆粒物質(zhì)的廢氣排放控制過濾器，廢氣排放控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含顆粒物質(zhì)的廢氣排放控制過濾器，其能夠以一種高效的方式，除去特別是從柴油機(jī)排放的廢氣中所含的顆粒物質(zhì)(PM)，且具有低的通風(fēng)損失，并且當(dāng)灰燼和煙灰積聚時(shí)，能夠除去沉積物而無需采用大尺寸的設(shè)備；本發(fā)明還涉及一種含PM的廢氣凈化方法以及使用上述過濾器的裝置。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)(DE)是最有效的內(nèi)燃機(jī)之一，因?yàn)樗恳欢枯敵龉β实亩趸?CO2)排放量減少了而且很經(jīng)濟(jì)，從而能夠使用低質(zhì)量的燃料，比如重油。存在一種趨勢，即頻繁地使用柴油機(jī)以防止全球變暖。這是因?yàn)?，人們重新考慮到，汽車和使用柴油機(jī)的固定式發(fā)電機(jī)具有高能效率而且二氧化碳(CO2)的排放量小。
然而，從這些使用重油或輕粗柴油作為其燃料的柴油機(jī)中排放出大量的顆粒物質(zhì)(PM)，顆粒物質(zhì)中未燃燒的碳?xì)浠衔锱c煙灰混合，這已經(jīng)成為污染的主要因素和社會(huì)問題。各種行業(yè)比如柴油機(jī)制造者和汽車制造者在除去PM方面進(jìn)行研究和研制，并且已經(jīng)在具有極好的除PM能力的過濾器方面做出研究和發(fā)明，從而設(shè)計(jì)出預(yù)過濾器氧化催化劑和DP(柴油機(jī)粒子)過濾器(DPF)，其中過濾器被制造成支承有一種氧化催化劑以將廢氣中的一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)而燃燒煙灰，從而防止或者延緩被煙灰長時(shí)間的堵塞(例如，非專利文獻(xiàn)1)。
這些技術(shù)中，許多技術(shù)想要通過使廢氣通過幾μm大小的多孔陶瓷制成的薄壁而過濾廢氣。通過煅燒金屬或陶瓷所獲得的板形或圓柱形過濾器、采用蜂窩狀陶瓷多孔模制體的過濾器(其網(wǎng)孔被交替地淤塞)、以及采用精煉純金屬線織物制成的過濾器，都是公知的。而且，通過使這些過濾器具有將NO氧化成NO2以氧化和燃燒煙灰的能力所獲得的過濾器，其目的是能夠防止或者限制這些過濾器被堵塞(例如，專利文獻(xiàn)1和2及非專利文獻(xiàn)2)。
非專利文獻(xiàn)1日本工業(yè)環(huán)境管理協(xié)會(huì)(Japan EnvironmentalManagement Association for Industry)，環(huán)境管理(EnvironmentalManagement)，第37卷，P441-449專利文獻(xiàn)1日本未審定專利申請公報(bào)No.1-318715專利文獻(xiàn)2日本未審定專利申請公報(bào)No.60-235620非專利文獻(xiàn)2日本汽車工程師協(xié)會(huì)的學(xué)術(shù)報(bào)告文集(Society ofAutomotive Engineers of Japan Academic Lecture Publisher)No.22-2上述傳統(tǒng)技術(shù)具有高的DP煅燒效率和優(yōu)良性能。然而，這些技術(shù)在廢氣使用輕油或重油作為燃料的情形下以及在將這些技術(shù)應(yīng)用到使用DE的固定式發(fā)電機(jī)的情形下，存在下述問題(i)這些過濾器是基于通過利用細(xì)孔過濾除去PM的基本原理，因而通風(fēng)損失大，而且經(jīng)常會(huì)削弱高效率DE的性能。(ii)在因不合適的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生大量煙灰的情況下，這些過濾器許多都有堵塞的傾向，并最終需要采取對(duì)策消除堵塞，比如，回洗過濾器、或者加熱和燃燒煙灰，以防止堵塞。(iii)燃料中的灰燼被積聚在過濾器的細(xì)孔中而導(dǎo)致堵塞，這縮短了過濾器的使用壽命。(iv)在廢氣的下游沒有設(shè)置脫硝裝置的情況下，未被燃燒煙灰而消耗的NO2被排放，導(dǎo)致產(chǎn)生黃煙和二次污染等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是解決傳統(tǒng)技術(shù)的上述問題，并提供一種除去顆粒物質(zhì)的過濾器，其由廉價(jià)的材料制成，能夠防止被灰燼堵塞或封閉并且不需要采取專門的手段，比如回洗、或煙灰的加熱和燃燒。本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供一種廢氣凈化方法以及使用上述過濾器的裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利申請要求保護(hù)的發(fā)明如下。
(1)一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化過濾器，其采用一對(duì)支承有一種廢氣凈化催化劑的多孔波紋板和多孔平板作為一個(gè)基本單元，并且具有由所述對(duì)多孔波紋板和多孔平板疊加形成的模制件，以使多孔波紋板的脊線交替地垂直交叉，而且，模制件的與所述波紋板脊線垂直交叉的一個(gè)側(cè)面或者是垂直交叉?zhèn)让娴南嗷ム徑拥膬蓚€(gè)側(cè)面被密封，從而在所述多孔波紋板之間經(jīng)由多孔平板分別形成有廢氣流入通道和流出通道。
(2)根據(jù)上述第(1)項(xiàng)的過濾器，其中，所述廢氣凈化催化劑是一種氧化催化劑，其能夠氧化廢氣中的一氧化氮。
(3)根據(jù)上述第(1)或(2)項(xiàng)的過濾器，其中，所述氧化催化劑包含鉑。
(4)根據(jù)上述第(1)至(3)任一項(xiàng)的過濾器，其中，所述氧化催化劑包含氧化鈦。
(5)一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化方法，其采用根據(jù)上述(1)至(4)任一項(xiàng)的過濾器，包括將廢氣從通道沿著波紋板的脊線引入所述過濾器，該通道形成在模制體的多孔波紋板與多孔平板之間，允許通道中被凈化的氣體流過多孔平板和多孔波紋板，然后沿著相鄰的波紋板的脊線從相鄰的通道排放氣體，相鄰?fù)ǖ佬纬捎诙嗫灼桨迮c多孔波紋板之間并且與沿該波紋板脊線的所述通道垂直交叉。
(6)一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化裝置，包括上述第(1)項(xiàng)所要求的過濾器，一個(gè)用于將廢氣引入過濾器的所述廢氣流入通道的裝置，和一個(gè)用于將從所述流出通道排放的氣體的通道阻斷的裝置。
(7)根據(jù)上述第(6)項(xiàng)的廢氣凈化裝置，其中，所述用于阻斷氣體通道的裝置具有一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有準(zhǔn)許氣體通過或阻斷氣體通過的轉(zhuǎn)換功能。
(8)一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化過濾器，其具有一個(gè)模制體，該模制體設(shè)有作為基本單元的一對(duì)多孔波紋板和多孔平板，模制體通過將基本單元相互疊加而形成，以使多孔波紋板的脊線交替地垂直交叉，其中，模制體的與所述波紋板脊線垂直交叉的表面之一、或者是與所述波紋板脊線垂直交叉的側(cè)面且相互鄰接的兩個(gè)表面被密封，以通過所述多孔平板在這些多孔波紋板之間形成廢氣流入通道和廢氣流出通道，而且，在多孔波紋板的兩個(gè)表面上以及在多孔平板的一個(gè)與該多孔波紋板接觸的表面上支承有能氧化一氧化氮的氧化催化劑，形成廢氣流入通道，而且，所述氧化催化劑既不被支承在多孔波紋板的兩個(gè)表面上也不被支承在多孔平板的一個(gè)與該多孔波紋板接觸的表面上，形成廢氣流出通道。
(9)根據(jù)上述第(8)項(xiàng)的過濾器，其中，所述氧化催化劑包含鉑。
(10)根據(jù)上述第(8)或(9)項(xiàng)的過濾器，其中，所述氧化催化劑包含氧化鈦。
(11)一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化方法，其采用根據(jù)上述(8)至(10)任一項(xiàng)的過濾器，包括將廢氣從通道沿著波紋板的脊線引入所述過濾器，該通道形成在多孔波紋板與多孔平板之間并在模制體內(nèi)支承有所述氧化催化劑，將模制體中的被凈化氣體從通道沿著一塊相鄰波紋板的脊線排放，該通道被形成在沒有催化劑的多孔平板與多孔波紋板之間，并且與該波紋板脊線的通道垂直交叉。
(12)一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化裝置，其包括上述第(8)項(xiàng)要求的過濾器，一個(gè)用于將廢氣引入過濾器的所述廢氣流入通道的裝置，和一個(gè)用于將從所述流出通道排放的氣體的通道阻斷的裝置。
(13)根據(jù)上述第(12)項(xiàng)的廢氣凈化裝置，其中，所述用于阻斷氣體通道的裝置具有一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有準(zhǔn)許氣體通過或阻斷氣體通過的轉(zhuǎn)換功能。
根據(jù)本發(fā)明的含PM的廢氣凈化過濾器以及廢氣凈化方法，能夠?qū)崿F(xiàn)帶有催化劑的DPF，其具有高性能并且減小了壓力降，而沒有使用目前被使用的昂貴的陶瓷燒結(jié)過濾器。而且，因?yàn)镻M能被燃燒和被有效地除去，即使在昂貴的氧化催化劑諸如鉑的量被大大減少時(shí)，所以成本被顯著地降低。另外，在本發(fā)明中，將廢氣引入廢氣凈化過濾器的方向及其密封結(jié)構(gòu)被如此設(shè)計(jì)以致能有效地防止過濾器被灰塵等物堵塞。
而且，在將被交替地形成于模制體中的廢氣通道之中，僅僅沿著廢氣被引入方向上的通道被設(shè)計(jì)成支承有氧化催化劑，當(dāng)PM被除去后，通道內(nèi)廢氣中的NO幾乎未被氧化，因而使得能夠防止NO2從該裝置中排放出去。


圖1是一種廢氣凈化過濾器的說明性視圖，示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例；圖2是一個(gè)基本單元的說明性視圖，其由一塊多孔波紋板和一塊多孔平板組成；圖3是本發(fā)明所用的DPF塊的說明性視圖；圖4是本發(fā)明中的廢氣流入通道和流出通道的說明性視圖；圖5是用于說明在本發(fā)明的DPF中顆粒物質(zhì)積聚的視圖；圖6是用于說明在傳統(tǒng)的DPF中顆粒物質(zhì)積聚的視圖；圖7是一種廢氣凈化過濾器的說明性視圖，示出本發(fā)明的另一實(shí)例；圖8是一個(gè)反應(yīng)器的說明性視圖，本發(fā)明的DPF被裝入其中；圖9是一個(gè)反應(yīng)器的說明性視圖，實(shí)例中所用的DPF被裝入其中。
附圖標(biāo)記1 多孔波紋板2 多孔平板3 DPF塊4 密封材料5 顆粒物質(zhì)6 陶瓷DPF的孔壁(cell wall)7 反應(yīng)器8 法蘭9 DPF支承配件10 閥具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化過濾器，具有一種模制體，該模制體設(shè)有作為一個(gè)基本單元的一對(duì)多孔波紋板和多孔平板，所述板支承有一種廢氣凈化催化劑，比如一種氧化催化劑，該催化劑能夠?qū)U氣中的NO氧化成NO2，并且，模制體是通過將所述基本單元疊加形成的，以使多孔波紋板的脊線交替地成直角設(shè)置，其中，與模制體的波紋板脊線垂直交叉的一個(gè)側(cè)面或者是垂直交叉?zhèn)让娴南嗷ム徑拥膬蓚€(gè)側(cè)面被密封。
圖1是除去顆粒物質(zhì)的過濾器(DPF)的一個(gè)說明性視圖，示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖2是本發(fā)明中的一個(gè)基本單元的說明性視圖，其由一塊多孔波紋板和一塊多孔平板組成。圖3是模制體的說明性視圖，其中基本單元被疊加。
在圖1中，DPF設(shè)有一個(gè)塊狀的模制體(這里，被稱作DPF決)3和一種密封材料4。該DPF塊3被這樣構(gòu)造，多個(gè)由一對(duì)多孔波紋板1和多孔平板2組成的基本單元(如圖2所示)被疊加，以使多孔波紋板1的脊線交替地成直角設(shè)置，如圖3所示。在塊3的其中一個(gè)側(cè)面上設(shè)有密封材料4，所述側(cè)面與構(gòu)成DPF塊3的多孔波紋板1的脊線垂直交叉。這樣，在密封材料4與多孔波紋板1之間通過多孔平板2形成一個(gè)廢氣流入通道a(待處理氣體)和一個(gè)氣體流出通道b(凈化氣體)(見圖4)。
在本發(fā)明中，作為多孔波紋板1和多孔平板2的材料，比如可以采用使用了硅氧化鋁類型的陶瓷纖維的無紡織物或機(jī)織物，金屬纖維板或陶瓷比如堇青石的多孔燒結(jié)體。從獲得具有高多孔性的輕質(zhì)DPF的觀點(diǎn)看，在這些材料中，厚度為0.5至0.1mm的陶瓷無紡織物(板)是特別優(yōu)先采用的。盡管對(duì)多孔波紋板1的波紋板的形狀沒有特別的限制，但是，在采用上述板厚的情況下，波紋的節(jié)距和高度最好是被分別設(shè)計(jì)在2-10mm和1-5mm的范圍內(nèi)。至于由多孔波紋板1和多孔平板2組成的基本單元的形狀，兩塊板最好是通過無機(jī)粘結(jié)劑相互捆綁在一起，盡管它們可以被簡單地疊加。
至于密封材料，對(duì)材料包括它的密封結(jié)構(gòu)沒有特別的限制，只要它能夠阻止在與廢氣被沿著多孔波紋板1的波紋板的脊線引入的表面相對(duì)的表面上形成廢氣流動(dòng)通道?？梢圆捎眠@樣的手段，比如，一種方法，其中，要被密封的表面上的流動(dòng)通道被塞入一種無機(jī)固化材料，一種方法，其中流動(dòng)通道被在壓力作用下敷貼一種無機(jī)纖維墊形密封材料，或者一種方法，其中流動(dòng)通道被金屬板堵塞。而且，可以采用一種材料來覆蓋DPF塊的周邊并且與DPF塊的支承孔壁形成整體，這種材料是通過給無機(jī)纖維墊浸潤一種高粘合膠比如具有高粘性的陶瓷粘合劑而制備的，因而形成一種牢固性高的密封材料。
多孔波紋板1和多孔平板2有必要支承一種廢氣凈化催化劑，尤其是一種氧化催化劑組分，其至少在廢氣引入側(cè)的所述廢氣通道內(nèi)，將廢氣中所含的NO氧化成NO2。作為催化劑組分，可以采用一種公知的催化劑，該催化劑是通過允許一種通常的貴金屬比如鉑(Pt)被支承在一個(gè)具有大表面積的支架上而制得的，比如氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯或者氧化硅。當(dāng)在燃燒含硫量高的重油之后處理廢氣時(shí)，特別優(yōu)選的是采用具有高耐酸性能的氧化鈦。
為了通過使用本發(fā)明的DPF來凈化廢氣，待處理氣體被沿著波紋板的脊線通過形成于DPF塊3的多孔波紋板1與多孔平板2之間的通道而供應(yīng)。具體地，如圖4所示，在DPF上形成有一個(gè)沿方向A的通道a和一個(gè)沿方向B的通道b，通道a形成在多孔波紋板1與多孔平板2之間，其中方向B垂直于方向A。從方向A引入的待處理氣體可以僅被引入通道a(廢氣流入通道)，同時(shí)，被引入通道a的氣體穿過多孔平板2上的孔并沿著方向B流入通道b(廢氣流出通道)，該通道b由多孔平板2、與該多孔平板2相鄰的另一多孔波紋板1以及另一多孔平板2形成，因?yàn)橥ǖ繿的出口部分被密封材料4密封。當(dāng)廢氣通過多孔平板2時(shí)，氣體中所含的PM通過過濾被除去并被積聚在多孔平板2的表面上。圖5示出了所積聚的PM的狀態(tài)的示意圖。在圖5中，符號(hào)5表示積聚的PM(顆粒物質(zhì))。
而且，當(dāng)待處理氣體與多孔波紋板1和多孔平板2接觸時(shí)，待處理氣體中的NO被支承在這些板上的具有氧化性的催化劑氧化成NO2。根據(jù)下面的公式(1)，積聚的PM(煙灰)通過NO2的反應(yīng)被氧化成CO2，然后被除去。因而有可能防止這樣的麻煩，即隨著時(shí)間的變化，多孔波紋板1和多孔平板2的壓力降增大或者被積聚的PM堵塞。
(1)在本發(fā)明的DPF中，如圖5所示，在通道a內(nèi)的多孔波紋板1的表面上沒有PM積聚。因而，氣體中的NO能夠與位于多孔平板2上游的多孔波紋板1有效接觸，而PM被積聚在多孔平板2上，導(dǎo)致NO2的有效產(chǎn)生。于是，積聚在多孔平板2表面上的PM能被NO2氧化而以有效的方式除去。因而，即使在多孔波紋板1和多孔平板2上支承的催化劑的量和將被使用的昂貴的貴金屬的量被減少，也能夠有效地進(jìn)行PM的氧化而總是減少沉積的煙灰的量，使DPF的低壓力降運(yùn)轉(zhuǎn)成為可能。應(yīng)當(dāng)注意到，在通過交替地堵塞蜂窩狀模制體的通道所形成的傳統(tǒng)DPF中，煙灰不能夠得到有效的燃燒，因?yàn)樵诜e聚煙灰的下部產(chǎn)生有NO2，如圖6所示。
通過過濾從中除去煙灰的氣體移向通道b，該通道b由支承NO氧化催化劑的多孔波紋板1和多孔平板2組成。通道b中的NO氣體也被氧化成NO2。因而，當(dāng)用于減少尿素或NH3中NOx的脫硝催化劑存在于通道b的下游時(shí)，按照下面公式(2)的脫硝反應(yīng)優(yōu)先地以很高的速率進(jìn)行，即使在低溫情況下，廢氣中的NOx也被非常有效地除去，提高了系統(tǒng)的脫硝能力。
(2)在本發(fā)明中，將廢氣中的NO氧化成NO2的氧化催化劑可以被支承在構(gòu)成所述塊的所有多孔波紋板1和多孔平板2上。然而，催化劑可以僅被支承在構(gòu)成廢氣流入通道的通道a中，特別是在構(gòu)成廢氣流入通道的多孔波紋板1的兩個(gè)表面上以及在多孔平板2的與多孔波紋板1接觸的一個(gè)表面上。
在前一種情況下，氧化催化劑被支承在所有多孔波紋板1和多孔平板2上，PM被從中除去的廢氣中的NO也被在通道b中氧化。因而，在過濾器的下游沒有設(shè)置脫硝裝置的情況下，所產(chǎn)生的高毒的NO2被排放到空氣中，由此導(dǎo)致產(chǎn)生二次污染，產(chǎn)生黃煙及類似問題。此時(shí)，最好是像后一種情況那樣，僅僅是構(gòu)成廢氣流入通道的通道a被制成支承氧化催化劑，而構(gòu)成廢氣流出通道的通道b被制成不支承氧化催化劑。這一結(jié)構(gòu)限制了在通道b中NO被氧化成NO2，從而防止了NO2排出系統(tǒng)。
當(dāng)在通道b的內(nèi)部沒有支承氧化催化劑時(shí)，假如多孔波紋板1和多孔平板2具有高的剛性，可以像現(xiàn)在這樣使用支架。然而，在改善支架強(qiáng)度的情形下，氧化鈦、氧化鋁或氧化鋯的非活性氧化物的漿液或溶膠可以作為增強(qiáng)劑被支承在多孔波紋板1的兩個(gè)表面上和與多孔波紋板1接觸的多孔平板2的每一個(gè)表面上。
通過將催化劑組分的漿液從圖4中的方向A容易地引入并將該漿液從相反方向拉出，還通過將增強(qiáng)劑漿液從圖4中的方向B容易地引入并將該漿液從相反方向拉出，通道a的內(nèi)部表面就可以被制成支承催化劑組分，而通道b的內(nèi)部表面可以被制成支承上述增強(qiáng)劑。此時(shí)，最好是對(duì)漿液未被引入其中的通道的表面進(jìn)行保護(hù)，比如通過給該表面覆蓋密封材料。而且，可以采用一種方法，其中當(dāng)支架的基本單元被制造成如圖2所示時(shí)，上述組分被支承，將這些組分包含或涂敷到支架上，然后所生成的基本單元被疊加。
圖7是一種DPF的說明性視圖，示出本發(fā)明的另一實(shí)例。在圖7中，DPF與圖1所示的不同之處在于，密封材料4是被設(shè)置在兩個(gè)相鄰的表面上，這兩個(gè)表面是垂直于DPF塊3的波紋板脊線的側(cè)面。這一結(jié)構(gòu)確保被引入該DPF塊3的待處理氣體能被在一個(gè)方向上排出，因而被裝入DPF的反應(yīng)器中死角空間被減少，從而使得廢氣凈化裝置更緊湊。
圖8是一個(gè)說明性視圖，示出當(dāng)本發(fā)明的DPF被裝入一個(gè)反應(yīng)器中時(shí)DPF結(jié)構(gòu)的各種實(shí)例。圖8(A)是該反應(yīng)器的一個(gè)說明性視圖，在DPF塊3的兩個(gè)表面上設(shè)有密封材料4的DPF裝入其中，圖8(B)和8(C)是一個(gè)反應(yīng)器的說明性視圖，該反應(yīng)器設(shè)有一個(gè)閥10，該閥將與引入廢氣的表面相對(duì)的側(cè)面上的廢氣通道阻斷。在圖8(B)中，兩個(gè)平面被密封材料4和閥10的組合所密封，而在圖8(C)中，僅一個(gè)表面被閥10密封。當(dāng)閥10被設(shè)置用來密封時(shí)，通過接通或切斷閥10來控制廢氣能被通過或被停止。因而，由于誤操作或者發(fā)動(dòng)機(jī)故障，當(dāng)通道被煙灰(PM)堵塞而超過DPF的煙灰氧化能力時(shí)，閥10被開啟以排放氣體，從而積聚的煙灰能被排出以迅速地將運(yùn)轉(zhuǎn)恢復(fù)到它的原始狀態(tài)。
實(shí)例下面將通過實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地解釋，然而不是要用這些實(shí)例限制本發(fā)明。
實(shí)例1一種由一塊0.2mm厚的多孔波紋板和一塊0.2mm厚的多孔平板構(gòu)成的疊加塊被浸潤了一種15％的TiO2溶膠(由Ishihara Sangyo有限公司制造)，所述板由硅氧化鋁纖維的無紡織物制成(交叉的波紋狀蜂窩由NICHIAS公司制造，波紋板節(jié)距3.3mm，兩平板之間的間隙1.9mm，外形尺寸300mm×300mm×300mm)，疊加塊被通風(fēng)晾干并在150℃干燥。然后，疊加塊被浸潤一種二硝基二氨鉑(dinitrodiammineplatinum)溶液(Pt濃度1.33g/L)，再次干燥并在600℃煅燒以便為DPF制造一種基材，DPF支承一種含0.2g/L Pt的氧化催化劑。
實(shí)例2用于制造具有氧化催化劑的DPF的基材是采用與實(shí)例1相同的方式制造的，只是二硝基二氨鉑的濃度從實(shí)例1中的1.33g/L變?yōu)?.32g/L。
實(shí)例3通過在一種二硝基二氨鉑的溶液(Pt濃度1.7g/L)中懸浮300g的TiO2粉末(商標(biāo)名G5，由Millennium Pharmaceuticals股份有限公司制造，表面積320m2/g)所制備的一種漿液被在80℃下保持2小時(shí)以使Pt組分被吸收到TiO2的表面。1kg的硅膠(商標(biāo)名Silicasol-OS，由Nissan Chemical Industries(化學(xué)工業(yè))有限公司制造，SiO2的濃度20％)被加入到1kg所得到的溶液中，溶液的pH值被一種硝酸溶液調(diào)節(jié)，以獲得一種將被支承在通道a內(nèi)的催化劑漿液。
制備一種0.2mm厚的交叉波紋狀蜂窩，其由硅氧化鋁纖維的無紡織物制成(由NICHIAS公司制造，波紋板節(jié)距3.3mm，兩平板之間的間隙1.9mm，外形尺寸300mm×300mm×300mm)。采用一種方法，其中，漿液被從圖4中的方向A引入一個(gè)表面，然后從相對(duì)的表面排出，催化劑組分僅被支承在通道a的內(nèi)表面，被通風(fēng)晾干，在150℃干燥并且在600℃煅燒以便為DPF制造一種基材，DPF支承一種含0.1g/L Pt的氧化催化劑。
實(shí)例4通過在一種二硝基二氨鉑的溶液(Pt濃度1.7g/L)中懸浮300g的TiO2粉末(商標(biāo)名G5，由Millennium Pharmaceuticals股份有限公司制造，表面積320m2/g)所制備的一種漿液被在80℃下保持2小時(shí)以使Pt組分被吸收到TiO2的表面。1kg的硅膠(商標(biāo)名Silicasol-OS，由Nissan Chemical Industries(化學(xué)工業(yè))有限公司制造)被加入到1kg所得到的溶液中，該溶液的pH值被一種硝酸溶液調(diào)節(jié)，以獲得一種將被支承在通道a內(nèi)的催化劑漿液。
另外，1kg的硅膠(商標(biāo)名Silica sol-OS，由Nissan ChemicalIndustries(化學(xué)工業(yè))有限公司制造，SiO2的濃度20％)被加入到1kg的一種通過懸浮300g TiO2粉末(商標(biāo)名CR50，由Ishihara Sangyo有限公司制造，表面積3m2/g)所制備的漿液中，該溶液的pH值被一種硝酸溶液調(diào)節(jié)，以獲得一種將被支承在通道b內(nèi)的非活性無機(jī)氧化物漿液。
制備一種0.2mm厚的交叉波紋狀蜂窩，其由硅氧化鋁纖維的無紡織物制成(由NICHIAS公司制造，波紋板節(jié)距3.3mm，兩平板之間的間隙1.9mm，外形尺寸300mm×300mm×300mm)。采用一種方法，其中，用于通道a的上述漿液被從圖4中的方向A引入一個(gè)表面，并從相對(duì)的表面排出，催化劑組分僅被支承在通道a的內(nèi)表面，被通風(fēng)晾干，在150℃干燥。然后，采用一種方法，其中，用于通道b的上述漿液被從圖4中的方向B引入一個(gè)表面，并從相對(duì)的表面排出，所述非活性氧化物被支承在通道b的內(nèi)表面，被通風(fēng)晾干，在150℃干燥，并在600℃煅燒以便為具有氧化催化劑的DPF制造一種基材。
實(shí)例5用于制造具有氧化催化劑的DPF的基材是采用與實(shí)例4相同的方式制造的，只是用于通道a的催化劑漿液流入通道b，而不是非活性組分漿液流入通道b以支承催化劑，因而使得通道a和b支承有一種NO-氧化組分。
比較例1一種商業(yè)上可獲得的DPF(由Hitachi Metals(日立金屬)有限公司制造，蜂窩數(shù)100cpsi，5.66英寸×6英寸長)由堇青石陶瓷制成，其通過交替地將蜂窩模制體的通道的開口部堵塞而制造，該DPF被浸潤一種二氧化鈦溶膠(由Ishihara Sangyo有限公司制造，TiO2含量30％)，接著用離心機(jī)甩干以支承60g/L的TiO2。被浸潤二氧化鈦溶膠的DPF在150℃干燥之后，進(jìn)一步被一種二硝基二氨鉑酸溶液浸潤，從而基于PDF將被支承的Pt量為1.6g/L，干燥然后在600℃溫度下煅燒2小時(shí)，以制造一種具有催化劑的DPF。
比較例2用于制造具有催化劑的DPF的基材是采用與比較例1相同的方式制造的，只是二硝基二氨鉑的濃度被稀釋到1/8以將被支承的鉑的量減少到0.2g/L。
試驗(yàn)例將用于制造在實(shí)例1-5中獲得的具有氧化催化劑的DPF的每一種基材切成150mm長、150mm高和117mm寬的長方體，它的其中一個(gè)表面被用一種密封材料。該基材(DPF塊)被填充在如圖9所示的反應(yīng)器中，從而，其余未被密封的表面之一朝上(氣體供應(yīng)側(cè))。就是說，該DPF塊3被固定到一個(gè)設(shè)置在反應(yīng)器7內(nèi)的DPF支承配件9上，從而該未被密封的表面朝上。而且，在比較例1和2中所獲得的具有催化劑的每一種DPF塊被填充在一個(gè)圓柱形的反應(yīng)器中，并密封了DPF塊和該反應(yīng)器的周邊。
這些反應(yīng)器的每一個(gè)被設(shè)置在用重油作為燃料的柴油機(jī)的排放口處，從柴油機(jī)中排放的廢氣被允許以100m3/h的速率排出，以檢測下面的項(xiàng)目。其結(jié)果示于表1中。
(1)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)煙灰的存在。
(2)在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)壓力降上升的情況(DPF溫度約300℃)。
(3)在100％額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)壓力降和壓力降的上升情況(DPF溫度約400℃)。
(4)在100％額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在DPF的入口和出口處顆粒物質(zhì)的濃度。
(5)在100％額定運(yùn)轉(zhuǎn)情形下在DPF的出口處NO2的濃度。
表1

表1中示出了所獲得的結(jié)果，從表中可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的具有氧化催化劑的DPF能使煙灰被有效地燃燒，即使催化劑Pt的量非常小而且還能夠?qū)⑺膲毫狄种频揭粋€(gè)低水平。
從表1中可以發(fā)現(xiàn)，與在比較例中所獲得的DPF相比，在本發(fā)明的實(shí)例1-5中獲得的具有氧化催化劑的DPF能使煙灰被更加有效地燃燒，即使催化劑Pt的量非常小，而且還能夠?qū)⑺膲毫狄种频揭粋€(gè)低水平。而且可以知道，由于在實(shí)例3和4中該氧化催化劑未被支承在通道b(廢氣流出通道)中，在DPF出口處NO2的濃度被限制到一個(gè)低水平，顯示出本發(fā)明的這些DPF在環(huán)境上是優(yōu)良的。依次地，在DPF具有實(shí)例5的氧化催化劑的情形下，在DPF出口處NO2的濃度被升高，因?yàn)檠趸呋瘎┍恢С性谡麄€(gè)廢氣通道內(nèi)。然而，在此情形下，通過在DPF的下游設(shè)置一個(gè)脫硝催化劑裝置，就可以防止NO2排出系統(tǒng)。
相反，在比較例1和2中所獲得的傳統(tǒng)的陶瓷DPF其壓力降增大，而且在每一DPF的出口處NO2的濃度也增大。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，特別是從柴油機(jī)中排放的廢氣中所含的顆粒物質(zhì)能被除去，且具有低的通風(fēng)損失和高的效率，而且當(dāng)灰分和煙灰積聚時(shí)，它們還能被除去卻無需采用大尺寸的設(shè)備，這能夠確保提供一種有利于防止環(huán)境空氣污染的廉價(jià)的DPF，因而本發(fā)明的DPF將產(chǎn)生很大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化過濾器，其采用一對(duì)支承廢氣凈化催化劑的多孔波紋板和多孔平板作為基本單元，并且具有一模制件，該模制件通過疊加所述多孔波紋板和多孔平板對(duì)使得多孔波紋板的脊線交替地垂直交叉而形成，所述模制件的與波紋板脊線垂直交叉的一個(gè)側(cè)面或者是垂直交叉?zhèn)让娴南嗷ム徑拥膬蓚€(gè)表面被密封，從而在所述多孔波紋板之間通過所述多孔平板分別形成廢氣流入通道和流出通道。
2.按照權(quán)利要求1所述的過濾器，其特征在于，所述廢氣凈化催化劑是一種氧化催化劑，其氧化廢氣中的一氧化氮。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的過濾器，其特征在于，所述氧化催化劑包含鉑。
4.按照權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的過濾器，其特征在于，所述氧化催化劑包含氧化鈦。
5.一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化方法，其采用根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的過濾器，包括將廢氣從通道沿著波紋板脊線引入所述過濾器中，該通道形成在模制體的多孔波紋板與多孔平板之間，允許通道中被凈化的氣體通過多孔平板和多孔波紋板，然后沿著相鄰波紋板的脊線從相鄰?fù)ǖ琅欧艢怏w，所述相鄰?fù)ǖ佬纬稍诙嗫灼桨搴投嗫撞y板之間并且與所述沿波紋板脊線的通道垂直交叉。
6.一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化裝置，包括如權(quán)利要求1所述的過濾器、用于將廢氣引入過濾器的所述廢氣流入通道的裝置以及用于將從所述流出通道排放的氣體的通道阻斷的裝置。
7.按照權(quán)利要求6所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述用于阻斷氣體通道的裝置具有一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有準(zhǔn)許氣體通過或阻斷氣體通過的轉(zhuǎn)換功能。
8.一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化過濾器，其具有一個(gè)模制體，該模制體設(shè)有作為基本單元的一對(duì)多孔波紋板和多孔平板該，該模制體通過將所述基本單元相互疊加以使多孔波紋板的脊線交替地垂直交叉而形成，其中，模制體的與所述波紋板脊線垂直交叉的一個(gè)表面、或者是與所述波紋板脊線垂直交叉的側(cè)面且相互鄰接的兩個(gè)表面被密封，以通過所述多孔平板在這些多孔波紋板之間形成廢氣流入通道和廢氣流出通道，在多孔波紋板的兩個(gè)表面上以及在多孔平板的與該多孔波紋板接觸的一個(gè)表面上支承有能氧化一氧化氮的氧化催化劑，形成廢氣流入通道，所述氧化催化劑既不被支承在多孔波紋板的兩個(gè)表面上也不被支承在多孔平板的與該多孔波紋板接觸的一個(gè)表面上，形成廢氣流出通道。
9.按照權(quán)利要求8所述的過濾器，其特征在于，所述氧化催化劑包含鉑。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的過濾器，其特征在于，所述氧化催化劑包含氧化鈦。
11.一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化方法，其采用根據(jù)權(quán)利要求8-10中任意一項(xiàng)所述的過濾器，包括將廢氣從通道沿著波紋板的脊線引入所述過濾器中，該通道在模制體內(nèi)形成于支承所述氧化催化劑的多孔波紋板與多孔平板之間，將在模制體中被凈化的氣體從通道沿著相鄰波紋板的脊線排放，該通道形成在沒有支承催化劑的多孔平板和多孔波紋板之間并且與該波紋板脊線的通道垂直交叉。
12.一種含顆粒物質(zhì)的廢氣凈化裝置，包括如權(quán)利要求8所述的過濾器，并設(shè)置用于將廢氣引入過濾器的所述廢氣流入通道的裝置以及用于將從所述流出通道排放的氣體的通道阻斷的裝置。
13.按照權(quán)利要求12所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述用于阻斷氣體通道的裝置具有一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有準(zhǔn)許氣體通過或阻斷氣體通過的轉(zhuǎn)換功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種除去顆粒物質(zhì)的過濾器，能防止堵塞或灰分阻塞，無需采取專門手段，比如回洗和加熱燃燒，其由廉價(jià)材料制成；本發(fā)明還涉及使用該過濾器的廢氣排放控制方法和裝置。(1)一種含顆粒物質(zhì)的廢氣排放控制過濾器，其采用一對(duì)支承廢氣排放控制催化劑的多孔波紋板和多孔平板作為基本單元，并且具有通過將多孔波紋板疊加以使它們的脊線交替地垂直交叉而形成的模制體，而且模制體的與波紋板脊線垂直交叉的一個(gè)側(cè)面、或者是垂直交叉?zhèn)让娴南嗷ム徑拥膬蓚€(gè)面被密封，并且在多孔波紋板之間經(jīng)由多孔平板分別形成有廢氣流入通道和廢氣流出通道。(2)一種過濾器，具有廢氣排放控制催化劑，該催化劑是一種用于氧化廢氣中的一氧化氮的氧化催化劑。
文檔編號(hào)F01N3/24GK1902384SQ200480039330
公開日2007年1月24日 申請日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者加藤泰良, 道本孝司, 宮本英治, 今田尚美, 藤澤雅敏, 小林和樹, 石坂浩, 廣田健 申請人:巴布考克日立株式會(huì)社