CN115387886B - 带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器 - Google Patents

带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及内燃机排放控制技术领域，公开了一种带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器，在所述颗粒过滤器的进气孔道的壁面上涂敷含贵金属的催化剂浆料涂层，同时在颗粒过滤器的过滤壁内也涂敷含有贵金属的催化剂浆料涂层，所述浆料涂层中含有氧化铝、和/或稀土元素构成的氧化物。本发明通过在内燃机车的颗粒过滤器的壁面和壁内分别涂抹特定的涂层，使排放的HC和NO2得到有效控制。

Description

带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器
技术领域
本发明涉及内燃机排放控制技术领域，尤其涉及一种带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器。
背景技术
现行燃油机排放法规要求，未充分燃烧带来的一氧化碳/碳氢化合物（CO/HC），燃烧过程总生成的微粒物质（PM）和NOx都需要利用后处理系统来控制它们的排放。
燃油机废气中的颗粒经过颗粒过滤器过滤后，使排放气体中的颗粒过滤掉，废气再经过排气路径中的催化剂涂层催化反应后，达到排放标准后，经排气管排出至环境。
在实际应用中，在颗粒过滤器的进口壁上涂覆催化剂涂层进行控制排放，以辅助控制废气排放，但应用少，没有形成完整的应用方案。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器，通过在内燃机车的颗粒过滤器的壁面和壁内分别涂抹特定的涂层，使排放的HC和NO2得到有效控制。
本发明采取的技术方案是：
一种带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器，其特征是，在所述颗粒过滤器的进气孔道的壁面上涂敷含贵金属的催化剂浆料涂层，同时在颗粒过滤器的过滤壁内也涂敷含有贵金属的催化剂浆料涂层，所述浆料涂层中含有氧化铝、和/或 稀土元素构成的氧化物。
进一步，所述进气孔道壁面上的浆料涂层中的贵金属包含Pt和Pd，Pt和Pd的质量比为1:0-4:1，贵金属的浓度为1g/ft3-10g/ft3。
进一步，所述过滤壁内的催化剂中的贵金属包含Pt和Pd，Pt和Pd的质量比为2:1-0:1，贵金属浓度为1g/ft3-10g/ft3。
进一步，在所述进气孔道壁面上的催化剂中的Pt和Pd的质量比高于过滤壁内的Pt和Pd的质量比。
进一步，在所述颗粒过滤器的进气孔道的壁面上，以及颗粒过滤器的过滤壁内，所述浆料涂层的涂敷深度为颗粒过滤器全长的50-90%。
进一步，所述涂敷深度为颗粒过滤器全长的50-75%。
进一步，所述浆料涂层内还包括金属元素Mn，Mg，Ce，Zr，Ba，Cu，Fe，La，Sr，Cs，Bi中的一种或几种。
本发明的有益效果是：
（1）颗粒过滤器出口的HC浓度较对比样低，表明涂敷在壁内的含有较高金属钯的贵金属成分发挥了较好的催化作用；
（2）具有较好的碳燃烧氧化能力，同时抑制了过量的NO2的生成，避免了下游SCR中生成大量的温室气体N2O；
（3）壁内涂层可以很好的燃烧上游流入的HC，可以有效的控制HC的排放。
具体实施方式
下面对本发明带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器的具体实施方式作详细说明。
本发明要保护的带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器，在其进气孔道的壁面上涂敷含贵金属的催化剂浆料涂层，同时在颗粒过滤器的过滤壁内也涂敷含有贵金属的催化剂浆料涂层，浆料涂层中含有氧化铝、和/或 稀土元素构成的氧化物。
其中，进气孔道壁面上的浆料涂层中的贵金属包含Pt和Pd，Pt和Pd的质量比为1:0-4:1，贵金属的浓度为1g/ft3-10g/ft3。
其中，过滤壁内的催化剂中的贵金属包含Pt和Pd，Pt和Pd的质量比为2:1-0:1，贵金属浓度为1g/ft3-10g/ft3。
优选地，在所述进气孔道壁面上的催化剂中的Pt和Pd的质量比高于过滤壁内的Pt和Pd的质量比。
浆料涂层的涂敷深度为颗粒过滤器全长的50-90%，优选50-75%。
浆料涂层内还包括金属元素Mn，Mg，Ce，Zr，Ba，Cu，Fe，La，Sr，Cs，Bi中的一种或几种。
下面结合实验结果对本发明进行性能评测。通过对比样和实验样的实验参数进行对比。
对比样 1：取D50为0.5um的氧化铝悬浮液1500g，搅拌半个小时后加入硝酸铂溶液和硝酸钯溶液，继续搅拌半个小时后加入增粘剂，调整浆料粘度。金属铂和金属钯的质量比为4:1，金属铂和金属钯的总浓度为5g/ft3（基于涂敷催化剂的体积计算）。使用康宁公司的7.5×5（直径×长度，单位：英寸）， 300/9（目数/壁厚） DPF空白载体进行涂敷。分别从颗粒过滤器载体的进出口将制备的浆料均匀涂敷在载体的过滤壁内。上载量为12g/L(基于涂敷催化剂的体积计算)。涂敷干燥后，进行煅烧，完成催化剂样品的制备。
对比样 2：取D50为0.5um的氧化铝悬浮液1500g，搅拌半个小时后加入硝酸铂溶液和硝酸钯溶液，继续搅拌半个小时后加入增粘剂，调整浆料粘度。金属铂和金属钯的质量比为2:1，金属铂和金属钯的总浓度为5g/ft3（基于涂敷催化剂的体积计算）。使用康宁公司的7.5×5（直径×长度，单位：英寸）， 300/9（目数/壁厚） DPF空白载体进行涂敷。分别从颗粒过滤器载体的进出口将制备的浆料均匀涂敷在载体的过滤壁内。上载量为12g/L(基于涂敷催化剂的体积计算)。涂敷干燥后，进行煅烧，完成催化剂样品的制备。
对比样 3：取D50为20 um的氧化铝悬浮液1500g，搅拌半个小时后加入硝酸铂溶液和硝酸钯溶液，继续搅拌半个小时后加入增粘剂，调整浆料粘度。金属铂和金属钯的质量比为4:1，金属铂和金属钯的总浓度为10g/ft3（基于涂敷催化剂的体积计算）。使用康宁公司的7.5×5（直径×长度，单位：英寸）， 300/9（目数/壁厚） DPF空白载体进行涂敷。从颗粒过滤器载体的进口将制备的浆料均匀涂敷在载体的过滤壁面上。从催化剂进口起，催化剂的覆盖长度为3.5英寸。上载量为18 g/L(基于涂敷催化剂的体积计算)。涂敷干燥后，进行煅烧，完成催化剂样品的制备。
对比样 4：取D50为20 um的氧化铝悬浮液1500g，搅拌半个小时后加入硝酸铂溶液和硝酸钯溶液，继续搅拌半个小时后加入增粘剂，调整浆料粘度。金属铂和金属钯的质量比为2:1，金属铂和金属钯的总浓度为10g/ft3（基于涂敷催化剂的体积计算）。使用康宁公司的7.5×5（直径×长度，单位：英寸）， 300/9（目数/壁厚） DPF空白载体进行涂敷。从颗粒过滤器载体的进口将制备的浆料均匀涂敷在载体的过滤壁面上。从催化剂进口起，催化剂的覆盖长度为3.5英寸。上载量为18 g/L(基于涂敷催化剂的体积计算)。涂敷干燥后，进行煅烧，完成催化剂样品的制备。
实验样 1：
（1）用于颗粒过滤器的进气孔道的壁面上涂覆。
取D50为20 um的氧化铝悬浮液1500g，搅拌半个小时后加入硝酸铂溶液和硝酸钯溶液，继续搅拌半个小时后加入增粘剂，调整浆料粘度。金属铂和金属钯的质量比为4:1，金属铂和金属钯的总浓度为5g/ft3（基于涂敷催化剂的体积计算）。使用康宁公司的7.5×5（直径×长度，单位：英寸）， 300/9（目数/壁厚） DPF空白载体进行涂敷。从载体的进口将制备的浆料均匀涂敷在载体的过滤壁面上。从催化剂进口起，催化剂的覆盖长度为3.5英寸。上载量为18 g/L(基于涂敷催化剂的体积计算)。
（2）用于颗粒过滤器的壁内涂覆。
取D50为0.5um的氧化铝悬浮液1500g，搅拌半个小时后加入硝酸铂溶液和硝酸钯溶液，继续搅拌半个小时后加入增粘剂，调整浆料粘度。金属铂和金属钯的质量比为2:1，金属铂和金属钯的总浓度为5g/ft3（基于涂敷催化剂的体积计算）。在完成进口涂敷的DPF载体上，从载体的出口将制备的浆料均匀涂敷在载体的过滤壁内。从催化剂出口起，催化剂的覆盖长度为3.5英寸。上载量为12g/L(基于涂敷催化剂的体积计算)。
实验样 2：
（1）用于颗粒过滤器的进气孔道的壁面上涂覆。
取D50为20 um的氧化铝悬浮液1500g，搅拌半个小时后加入硝酸铂溶液和硝酸钯溶液，继续搅拌半个小时后加入增粘剂，调整浆料粘度。金属铂和金属钯的质量比为1:0，金属铂和金属钯的总浓度为5g/ft3（基于涂敷催化剂的体积计算）。使用康宁公司的7.5×5（直径×长度，单位：英寸）， 300/9（目数/壁厚） DPF空白载体进行涂敷。从载体的进口将制备的浆料均匀涂敷在载体的过滤壁面上。从催化剂进口起，催化剂的覆盖长度为3.5英寸。上载量为18 g/L(基于涂敷催化剂的体积计算)。
（2）用于颗粒过滤器的壁内涂覆。
取D50为0.5um的氧化铝悬浮液1500g，搅拌半个小时后加入硝酸铂溶液和硝酸钯溶液，继续搅拌半个小时后加入增粘剂，调整浆料粘度。金属铂和金属钯的质量比为1:1，金属铂和金属钯的总浓度为5g/ft3（基于涂敷催化剂的体积计算）。在完成进口涂敷的DPF载体上，从载体的出口将制备的浆料均匀涂敷在载体的过滤壁内。从催化剂出口起，催化剂的覆盖长度为3.5英寸。上载量为12g/L(基于涂敷催化剂的体积计算)。
对比样和实验样的涂层对比如下表：
测试内容及条件
（1）碳平衡点测试
利用潍柴国六的WP04发动机进行台架测试。系统的布置为DOC+DPF。所有测试使用同一个DOC，DPF为对比样品和实验样品。首先，在积碳工况下，对DPF进行碳加载，目标积碳量为4g/L(基于DPF的载体计算)。然后调整发动机的转速和扭矩，控制DPF的进口温度分别为280度，290度，300度，320度和340度，监控DPF的压降。如果DPF的压降维持稳定，则表明DPF的积碳速度和碳燃烧速度达到平衡，则该温度点为DPF的碳平衡点。如果DPF的背压持续下降，则表明DPF的碳燃烧速度大于积碳速度。
（2）DPF HC泄露测试：
利用潍柴国六的WP04发动机进行台架测试。系统的布置为DOC+DPF。所有测试使用同一个DOC，DPF为对比样品和实验样品。调整发动机的转速和扭矩，控制DPF的进口温度分别为280度。在DOC的进口喷入定量的柴油，控制DOC出口的HC浓度为3000ppmC，监控DPF的出口碳氢浓度。DPF出口浓度越低，则表明HC在DPF上的燃烧越充分，DPF的HC氧化能力越高。
（3）DPF出口NO2测试：
利用潍柴国六的WP04发动机进行台架测试。系统的布置为DOC+DPF。所有测试使用同一个DOC，DPF为对比样品和实验样品。首先，在积碳工况下，对DPF进行碳加载，目标积碳量为4g/L(基于DPF的载体计算)。然后调整发动机的转速和扭矩，控制DPF的进口温度分别为250度， 300度，350度和400度，监控DPF的出口的NO2/NOx的比例。NO2/NOx的比例越高，则表明进入下游SCR的NO2浓度越高，在SCR上生成N2O的浓度就越高。
测试结果如下表：
实验样 1和实验样2的碳平衡点在290度和300度附近，较对比样1和对比样2低，表明实验样上的碳燃烧速度较快。其主要原因是涂敷在壁面上含有较高金属铂的贵金属成分发挥了较好的催化作用。
同时实验样 1和实验样2出口的HC浓度较对比样低，表明涂敷在壁内的含有较高金属钯的贵金属成分发挥了较好的催化作用。
在DPF出口的NO2/NOx测试中发现，实验样的NO2/NOx比较低，表明在壁面上的含有较高金属铂的贵金属转化成的NO2在碳燃烧过程中被消耗殆尽。对比样1和对比样2出口中含有很高的NO2，表明涂敷在壁内的贵金属产生了大量的NO2，但是无法和壁面上的碳发生燃烧反应。对比样3和对比样4也产生了大量的NO2，其原因是壁面上的贵金属浓度较高产生了大量的NO2，在碳的燃烧反应中有过剩。
因此基于本发明的实验样1和实验样2具有较好的碳燃烧氧化能力，同时抑制了过量的NO2的生成，避免了下游SCR中生成大量的温室气体N2O。实验样1和实验样2具有壁内涂敷，可以很好的燃烧上游流入的HC，可以有效的控制HC的排放。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器，其特征在于：在所述颗粒过滤器的进气孔道的壁面上涂敷含贵金属的催化剂浆料涂层，同时在颗粒过滤器的过滤壁内也涂敷含有贵金属的催化剂浆料涂层，所述浆料涂层中含有氧化铝、和/或 稀土元素构成的氧化物，并且壁面上Pt和Pd的质量比高于壁内的Pt和Pd的质量比，所述进气孔道壁面上的浆料涂层中的贵金属中Pt和Pd的质量比为1:0-4:1，贵金属的浓度为1g/ft3-10g/ft3，所述过滤壁内的催化剂中的贵金属中Pt和Pd的质量比为2:1-0:1，贵金属浓度为1g/ft3-10g/ft3，在所述进气孔道壁面上的催化剂中的Pt和Pd的质量比高于过滤壁内的Pt和Pd的质量比。
2.根据权利要求1所述的带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器，其特征在于：在所述颗粒过滤器的进气孔道的壁面上，以及颗粒过滤器的过滤壁内，所述浆料涂层的涂敷深度为颗粒过滤器全长的50-90%。
3.根据权利要求2所述的带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器，其特征在于：所述涂敷深度为颗粒过滤器全长的50-75%。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的带催化剂浆料涂层的内燃机车颗粒过滤器，其特征在于：所述浆料涂层内还包括金属元素Mn，Mg，Ce，Zr，Ba，Cu，Fe，La，Sr，Cs，Bi中的一种或几种。
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