[发明专利]制造催化微粒过滤器的方法及催化微粒过滤器

说明书

本发明涉及多功能催化柴油微粒过滤器。特别是，本发明涉及制造催化柴油微粒过滤器的方法，该过滤器既具有通过已知的选择性催化还原(SCR)法除去氮氧化物的活性还具有将废气中含有的烃和一氧化碳氧化转化成水和二氧化碳及将SCR中用作还原剂的过量氨转化成氮气的氧化活性。

此外，本发明提供了催化颗粒过滤器，在其入口/分散通道，过滤器壁中采用SCR催化剂催化，在出口/渗透通道中采用氨泄漏催化剂(ammonia slip catalyst)与氧化催化剂一起催化。

除了未燃烧的烃，柴油废气还含有氮氧化物(NOx)和微粒物质。NOx、烃和微粒物质是代表对健康和环境有危害的材料和化合物，必须减少或除去来自发动机的废气，其通过使废气通过颗粒过滤器和一些催化剂单元进行。

一般地，这些过滤器是蜂窝壁流式过滤器，其中在蜂窝过滤器的隔壁上或其中捕获微粒物质。

除了微粒过滤器，若干在现有技术中公开的柴油废气清洁系统包括通过与氨反应生成氮气而具有选择性还原NOx的活性的催化剂单元和柴油氧化催化剂。

为了除去注入到废气中用于SCR的过量的氨，若干废气清洁系统另外包括将氨催化转化成氮气的下游催化剂单元，所谓的氨泄漏催化剂。

涂覆有催化上述反应的催化剂的多功能柴油微粒过滤器在现有技术中也是已知的。

在已知的多功能过滤器中，不同的催化剂分段或分区涂覆在过滤器的不同区域中。

分段或分区涂覆不同的催化剂在过滤器上是昂贵和困难的制造方法。

US 2010/0175372在一个实施方式中公开了具有过滤器的柴油废气处理系统，其在过滤器的分散侧采用SCR催化剂催化，并在渗透侧采用氨氧化催化剂和柴油氧化催化剂催化。SCR催化剂载体涂覆(washcoat)在整个过滤器基材上，随后将氨氧化催化剂施涂在出口过滤器通道处。柴油氧化催化剂以重叠层施涂在出口通道处的氨氧化催化剂上。

与已知的制造方法相比，本发明提出更简单的制造微粒过滤器的方法，该过滤器采用不同的催化剂催化以用氨选择性还原氮氧化物并除去烃、一氧化碳和过量的氨。

因此，本发明提供了制造催化微粒过滤器的方法，其包括以下步骤

a)提供微粒过滤器本体，其具有由纵向多孔壁界定的纵向流动通道，该纵向多孔壁限定了分散侧和渗透侧；

b)提供第一催化剂载体涂层，其含有对选择性催化还原氮氧化物具有活性的第一催化剂组合物，

c)提供第二催化剂载体涂层，其以对将氨选择性氧化成氮气有活性的催化剂和对氧化一氧化碳和烃有活性的催化剂的混合物形式含有第二组合型催化剂组合物；

d)将微粒过滤器本体涂覆成在过滤器本体的整个分散侧和隔壁内具有第一催化剂载体涂层，并将微粒过滤器涂覆成在过滤器本体的整个渗透侧具有第二催化剂载体涂层；以及

e)干燥和热处理涂覆的过滤器以得到催化微粒过滤器。

在本文中使用的术语“分散侧”和“渗透侧”分别指的是面向未过滤的废气的过滤器的流动通道，和面向过滤后的废气的流动通道。

根据本发明的方法的主要优点是过滤器可涂覆两种载体涂层得到四元催化微粒过滤器，其中一种载体涂层包含氧化催化剂与氨泄漏催化剂的组合。因此，多功能催化过滤器的制造在更简单和更廉价的生产装置方面改进很大。

在冷启动过程中，发现用催化不同反应的催化剂颗粒的混合物涂覆过滤器在改进的传热及加热(warm up)方面的进一步的优点。结果是，可能在发动机已经启动后不久启动还原剂的注入和SCR反应。

根据本发明的一个优选的实施方案，第一载体涂层中的第一催化剂组合物在选择性催化还原NOx中具有活性，该组合物包含沸石、磷酸硅铝、离子交换沸石、用铁和/或铜促进的磷酸硅铝的至少一种、一种或多种碱性金属氧化物(base metal oxides)和铈钨氧化物在氧化钛载体、氧化铝载体、氧化锆载体、氧化硅载体或它们的混合物上的至少一种的催化剂载体。

优选地，沸石催化剂选自β沸石或菱沸石。

优选地，沸石催化剂选自β沸石或菱沸石。

本发明中使用的进一步优选的SCR催化剂是具有菱沸石结构的用铜和/或铁促进的磷酸硅铝，如SAPO 34。

根据本发明的一个优选实施方案，在烃、一氧化碳和氨的氧化中有活性的第二催化剂组合物包含负载在氧化铝，氧化钛，氧化铈和氧化锆的至少一种上的铂和钯的催化剂颗粒与铜和/或铁促进的沸石，优选β沸石或菱沸石，如菱沸石结构的SAPO 34的催化剂颗粒相混合。