[发明专利]催化转化器基体

说明书

本发明涉及：包括多个微结构管的催化转化器基体，催化转化器，用于催化转化器的套件，制造催化转化器基体的方法，装配催化转化器的方法，以及包括包含多个微结构管的催化转化器基体的内燃机。

已知催化转化器在汽车排气处理中的应用。它们通常由两个主要部分构成：基体和具有催化活性的载体涂层(washcoat)。

当设计催化转化器时，主要关心的是最终由基体与催化剂的性质决定的转化器成本、排放目标和发动机性能。

由供排出气通过的多个通道构成的基体的主要目的是提供大的几何表面积(GSA)，在其上可以沉积具有催化活性的载体涂层。这是因为催化剂基体的GSA是确定所需的催化剂量和转化器的转化效率时的关键因素。转化效率可以通过增加催化剂载量来增加，然而，随着量的增加，增加的催化剂载量的额外益处大幅减少，这缘于载体涂层内的扩散限制。因此，通过增加GSA，可以减少催化剂的量并且增加催化剂与排出气之间的接触。

同样重要的是，在减少排气系统中的反压的负面效果和改进气体-催化剂接触等方面，基体提供了有利的流动流体力学。

已知的催化转化器由陶瓷蜂窝整料基体以及铂系金属(PGM)催化活性载体涂层构成，并且以所谓的三元催化系统(TWC)工作，其将碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物转化为二氧化碳、水和氮气。

在实践中，这种构造的转化能力受到陶瓷蜂窝整料基体的GSA的限制。还已知的是，由于转化器的快速的热循环，在当前的整料设计中可能出现裂纹形成。这对由低热膨胀系数特性推动的整料设计的材料选择产生了限制。

已知的是，对于汽车应用而言，迄今为止实现的整料基体的最大GSA是接近5000m²/m³的数值。

本发明设法克服这些问题。本发明的目标是提供一种用于催化转化器的改进的基体，其具有高GSA并且提供有利的流体动力学。

空心纤维膜已在以下文章中采用：Wang等，(2009)Industrial&Chemical Engineering Research 48，510；Tan等，Preparation and characterisation of inorganic hollow fibre membranes，J Membr Sci，2001，188：87-95；Preparation of LSCF ceramic hollow fibre membranes for oxygen production by a phase-inversion/sintering technique.Ind Eng Chem Res，2005，44：61-66；Yttria stabilised zirconia hollow fiber membranes.J Am Ceram Soc 2006，89：1156-1159；和A phase inversion/sintering process to fabricate nickel/yttria-stablished zirconia hollow fibers as the anode support for micro-tubular solid oxide fuel cells，J Power Sources，2008，183；14-19。在这些应用中，管的氧渗透性/传导性具有很大的益处。

发明人已经发现由这些管提供的大表面积在其它应用中也是有益的。

根据本发明的第一方面，提供了一种包括多个微结构管的催化转化器基体，每个管具有内表面和外表面，内表面和外表面中的至少一个具有微通道的开口，所述微通道通过管的横截面总体径向地延伸，所述微通道从至少一个表面中的所述开口向另一表面延伸。

优选地，基体涂覆有催化活性涂层，例如载体涂层。

优选地，微结构管是陶瓷的。

微通道可以从内表面和/或外表面中的一个或两个起延伸。

优选地，微通道从内表面起延伸。

基体的微结构管可以使用先进的倒相和烧结组合技术来制造。有利地，这使得可以基于改进基体的机械性质、热性质和化学性质和改进与载体涂层的相容性的因素来选择材料。微通道可以进一步提高质量传递和热传递。