本發明專利技術涉及一種用于從壓燃式發動機排放的廢氣過濾顆粒物的過濾器，所述過濾器包括具有進口表面和出口表面的多孔基材，其中所述進口表面通過多孔結構與所述出口表面分隔，所述多孔結構含有具有第一平均孔徑大小的孔，其中所述多孔基材涂覆有包含多個固體顆粒的洗涂層，所述固體顆粒包含用至少一種金屬促進的分子篩，其中洗涂的多孔基材的多孔結構含有具有第二平均孔徑大小的孔，并且其中所述第二平均孔徑大小小于所述第一平均孔徑大小。
【技術實現步驟摘要】
本申請是一項專利技術專利申請的分案申請，其母案的申請日為2010年2月26日、申請號為201080019272.6(PCT/GB2010/050347)、專利技術名稱為“用于從壓燃式發動機排放的廢氣過濾顆粒物的過濾器”。
本專利技術涉及用于處理由壓燃式發動機產生的顆粒物(PM)和氮氧化物的過濾器。
技術介紹
壓燃式發動機通過將烴噴射到壓縮空氣中而引起烴燃燒，并且可通過柴油燃料、生物柴油燃料、柴油燃料和生物柴油燃料的共混物以及壓縮天然氣供給燃料。本專利技術目的與2010年2月26日提交的題為“Filter(過濾器)”的英國專利申請第1003244.9號要求保護的專利技術不同。該英國專利申請的專利技術目的在于用于強制點火(positive ignition)發動機廢氣中顆粒物的過濾器。環境PM被大多數作者基于其空氣動力學直徑(空氣動力學直徑定義為與被測定顆粒在空氣中具有相同沉降速度的1g/cm3密度球體的直徑)分為以下類別：(i)PM-10-空氣動力學直徑小于10μm的顆粒；(ii)直徑低于2.5μm的細顆粒(PM-2.5)；(iii)直徑低于0.1μm(或100nm)的超細顆粒；和(iv)納米顆粒，由小于50nm的直徑表征。自從二十世紀九十年代中期以來，由于細顆粒和超細顆粒對健康可能的不利影響，由內燃機排放的顆粒狀物的粒徑分布愈來愈受關注。在美國，環境空氣中PM-10顆粒狀物的濃度受到法律管制。由于健康研究表明人類死亡率與低于2.5μm的細顆粒的濃度之間的密
切關聯，因此在美國，在1997年引入了對于PM-2.5的新的另外的環境空氣質量標準。人們已轉而關注由柴油發動機和汽油發動機產生的納米顆粒，因為根據對2.5-10.0μm范圍內的顆粒狀物研究的結果推測，它們被認為相比較大尺寸的顆粒狀物能夠更加深入地滲透到人肺中，并因此被認為比較大顆粒更加有害。柴油顆粒狀物的尺寸分布具有對應于顆粒成核和附聚機理的非常確實的雙峰特征，其中相應的顆粒類型分別稱作核模和積聚模(參見圖1)。如圖1可見，在核模中，柴油PM由大量具有非常小質量的小顆粒組成。幾乎所有的柴油顆粒狀物尺寸均顯著小于1μm，即它們包含細顆粒(即落入1997年美國法律)、超細顆粒和納米顆粒的的混合物，。據相信，核模顆粒主要由揮發性冷凝物(烴、硫酸、硝酸等)組成，并且含有很少的固體材料，例如灰和碳。一般認為積聚模顆粒含有與冷凝物和吸附材料(重質烴、硫物質、氮氧化物衍生物等)混合的固體(碳、金屬灰等)。據相信，粗粒模顆粒不在柴油燃燒過程中產生，而是可通過例如沉積和隨后從發動機氣缸、排氣系統或顆粒狀物取樣系統再夾帶粒狀材料等機理形成。這些模式之間的關系示于圖1。成核顆粒的組成可隨發動機運行條件、環境條件(特別是溫度和濕度)、稀釋和取樣系統條件而變。實驗室工作和理論已表明，大多數核模形成和生長在低稀釋比率范圍內發生。在該范圍內，揮發性顆粒前體(如重質烴和硫酸)的氣體到顆粒的轉變導致核模的成核和生長以及吸附到現有積聚模顆粒上同時發生。實驗室測試(例如參見SAE 980525和SAE 2001-01-0201)已表明，隨著空氣稀釋溫度的降低，核模形成強烈增加，但是關于濕度是否具有影響存在矛盾的證據。一般而言，低溫、低稀釋比率、高濕度和長停留時間有利于納米顆粒形成和生長。研究已表明，納米顆粒主要由揮發性材料(如重質烴和硫酸)組成，有證據表明僅在非常高負載下具有固體部分。在柴油顆粒過濾器中柴油顆粒狀物的顆粒收集基于使用多孔屏障將由氣體產生的顆粒狀物與氣相分離的原理。柴油過濾器可定義為深層過濾器和/或表面型過濾器。在深層過濾器中，過濾器介質的平均孔徑大小比收集顆粒的平均直徑大。通過包括擴散沉積(布朗運動)、慣性沉積(壓緊)和流線截取(布朗運動或慣性)的深度過濾機理的組合，顆粒在介質上沉積。在表面型過濾器中，過濾器介質的孔直徑小于PM的直徑，因此通過篩分分離PM。通過收集柴油PM本身的累積進行分離，該累積通常稱為“過濾濾餅”，該方法通常稱為“濾餅過濾”。應理解的是，柴油顆粒過濾器(例如陶瓷壁流整體料)可通過深度過濾和表面過濾的組合工作：當深度過濾容量飽和并且顆粒層開始覆蓋過濾表面時，過濾濾餅以較高的煙灰負載發展。深度過濾表征為比濾餅過濾稍低的過濾效率和較低的壓降。首先開發通過含氮化合物(例如氨或尿素)選擇性催化還原(SCR)NOx，用于處理工業固定應用。SCR技術首先在二十世紀七十年代后期在日本用于熱電廠，并自二十世紀八十年代中期以來在歐洲廣泛應用。在美國，在二十世紀九十年代引入SCR系統用于燃氣輪機，最近用于燃煤發電廠。除了燃煤熱電聯產發電廠和燃氣輪機以外，SCR應用包括在化學加工工業中的工廠和煉油廠加熱器和鍋爐、加熱爐、焦爐、市政廢物處理廠和焚燒爐。最近，在歐洲、日本和美國，開發了基于SCR技術的NOx還原系統用于多種車輛(移動)應用，例如用于處理柴油廢氣。在NH3SCR系統中發生一些化學反應，所有這些化學反應代表合乎需要的將NOx還原為氮氣的反應。占優勢的反應用反應(1)表示。4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (1)與氧的競爭性非選擇性反應可產生二次排放或者可非生產性地消耗氨。一種該非選擇性反應為示于反應(2)的氨的完全氧化。4NH3+5O2→4NO+6H2O (2)另外，副反應可產生不期望的產物，例如N2O，如反應(3)所表示的。4NH3+5NO+3O2→4N2O+6H2O (3)用于促進NH3-SCR的各種催化劑為已知的，包括V2O5/WO3/TiO2和過渡金屬/沸石如Fe/Beta(參見US 4,961,917)和過渡金屬/小孔沸石(參見WO 2008/132452)。EP 1663458公開了一種SCR過濾器，其中該過濾器為壁流整體料，并且SCR催化劑組合物滲透壁流整體料的壁。該說明書一般性地公開了壁流過濾器的壁可在其上或其中(即，不是二者)含有一種或多種催化材料。根據該公開，當用于描述催化劑漿料在壁流整體料基材上分散時，“滲透”是指催化劑組合物在整個基材的壁中分散。WO 2008/136232 A1公開了一種具有由多孔槽壁基礎材料組成且僅在其流入側上或在其流入和流出側上提供表面層的槽壁，并滿足以下要求(1)至(5)的蜂窩狀過濾器用作DPF：(1)表面層的峰值孔直徑等于或小于槽壁基礎材料的平均孔直徑，并且表面層的孔隙率大于槽壁基礎材料；(2)關于表面層，峰值孔直徑為0.3至小于20μm，并且孔隙率為60至小于95％(通過汞透入法測定)；(3)表面層的厚度(L1)為槽壁的厚度(L2)的0.5至小于30％；(4)單位過濾面積的表面層的質量為0.01至小于6mg/cm2；和(5)關于槽壁基礎材料，平均孔直徑為10至小于60μm，并且孔隙率為40至小于65％。還參見SAE paper 2009-01-0292。NOx吸收劑催化劑(NACs)例如由美國專利第5,473,887號得知，并且設計用于吸附貧廢氣(λ大于1)的氮氧化物(NOx)和在廢氣中的氧濃度下降時脫附NOx。脫附的NOx可使用合適的還原劑(例如，汽油燃料)還原為N2，并通過NAC本身或位于NAC下游的催化劑組分(例如銠)促進。在實踐中，可響應NAC的計算剩本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于從由壓燃式發動機排放的廢氣過濾顆粒物(PM)的過濾器，所述過濾器包括具有進口表面和出口表面的多孔基材，該多孔基材為陶瓷壁流整體料過濾器，其中所述進口表面通過多孔結構與所述出口表面分隔，所述多孔結構含有具有第一平均孔徑大小的裸露的過濾器孔，其中所述過濾器涂覆有包含多個固體顆粒的洗涂層，所述固體顆粒包含用至少一種過渡金屬促進的分子篩，所述洗涂層涂覆在進口表面和/或出口表面上以及多孔基材的多孔結構中，其中經洗涂的過濾器含有具有第二平均孔徑大小的孔，并且其中所述第二平均孔徑大小小于所述第一平均孔徑大小，并且其中經涂覆的過濾器提供了深度過濾和表面過濾。
【技術特征摘要】
2009.02.26 GB 0903262.4;2009.12.24 GB 0922612.71.一種用于從由壓燃式發動機排放的廢氣過濾顆粒物(PM)的過濾器，所述過濾器包括具有進口表面和出口表面的多孔基材，該多孔基材為陶瓷壁流整體料過濾器，其中所述進口表面通過多孔結構與所述出口表面分隔，所述多孔結構含有具有第一平均孔徑大小的裸露的過濾器孔，其中所述過濾器涂覆有包含多個固體顆粒的洗涂層，所述固體顆粒包含用至少一種過渡金屬促進的分子篩，所述洗涂層涂覆在進口表面和/或出口表面上以及多孔基材的多孔結構中，其中經洗涂的過濾器含有具有第二平均孔徑大小的孔，并且其中所述第二平均孔徑大小小于所述第一平均孔徑大小，并且其中經涂覆的過濾器提供了深度過濾和表面過濾。2.權利要求1的過濾器，其中所述多孔基材的多孔結構的第一平均孔徑大小為8-45 μm，且所述第二平均孔徑大小為5.0 nm-5.0 μm。3.權利要求1或2的過濾器，其中所述洗涂層負載大于0.50 g/in3。4.權利要求3的過濾器，其中所述洗涂層負載大于1.00 g/in3。5.權利要求1或2的過濾器，其中所述洗涂層為實質上覆蓋所述進口表面和/或出口表面處的基材孔的一層或多層。6.權利要求5的過濾器，其中多孔洗涂層的平均顆粒間孔徑大小為5.0nm-5.0μm。7.權利要求1或2的過濾器，其中固體洗涂層顆粒的平均尺寸大于所述第一平均孔徑大小。8.權利要求7的過濾器，其中所述固體洗涂層顆粒的平均尺寸為1-40μm。9.權利要求1或2的過濾器，其中所述洗涂層涂覆在所述多孔基材的多孔結構中，以縮小裸露的過濾器基材的表面孔徑大小。10.權利要求9的過濾器，其中固體洗涂層顆粒的平均尺寸小于所述多孔基材的平均孔徑大小。11.權利要求10的過濾器，其中固體洗涂層顆粒的平均尺寸為0.1-20μm。12.權利要求10的過濾器，其中固體洗涂層顆粒的D90為0.1-20μm。13.權利要求1或2的過濾器，其中在進口表面、出口表面或者進口表面和出口表面二者上涂覆所述洗涂層。14.權利要求13的過濾器，其中所述進口表面和所述出口表面均被洗涂，并且其中在所述進口表面上的洗...
【專利技術屬性】
技術研發人員：L阿諾，R布里斯利，GR錢德勒，AF基費，KA弗拉納根，D格林威爾，C摩根，
申請(專利權)人：約翰遜馬西有限公司，
類型：發明
國別省市：英國;GB
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