一种柴油机用金属碳烟微粒过滤器.pdf

一种柴油机用金属碳烟微粒过滤器，包括外壳、设置在外壳内的一端面朝向进气侧组件的氧化催化剂的柱状载体，其特征在于氧化催化剂的柱状载体朝向出气侧组件的另一端面外设有包括金属丝网柱状载体的金属丝网型碳烟微粒过滤器，金属丝网型碳烟微粒过滤器在氧化催化剂将柴油机排气中的NO催化氧化还原为N2O所提供的催化燃烧条件下，先将碳烟PM过滤或截留后在催化剂的作用下进行催化氧化和催化燃烧，使碳烟PM中的可溶性有机成分SOF部分氧化成CO2和H2O，减小碳烟PM的尺寸，同时进行催化燃烧，消除其毒性和危害的因素，有效解决碳烟PM超标问题。本发明的低温催化活性和最大转化率有进一步的提高，更具备技术和经济方面的竞争力。

权利要求书
1.  一种柴油机用金属碳烟微粒过滤器，包括外壳、设置在所述外壳内 的一端面朝向进气侧组件的氧化催化剂的柱状载体，所述氧化催化剂用于 将柴油机排气中的NO催化氧化还原为N2O，其特征在于：
所述氧化催化剂的柱状载体朝向出气侧组件的另一端面外设有包括金 属丝网柱状载体的金属丝网型碳烟微粒过滤器，所述金属丝网型碳烟微粒 过滤器在所述氧化催化剂将柴油机排气中的NO催化氧化还原为N2O所提 供的催化燃烧条件下，先将碳烟PM过滤或截留后在催化剂的作用下进行 催化氧化和催化燃烧，使碳烟PM中的可溶性有机成分SOF部分氧化成 CO2和H2O，减小碳烟PM的尺寸，同时进行催化燃烧，消除其毒性和危 害的因素，有效解决碳烟PM超标问题。

2.  如权利要求1所述的柴油机用金属碳烟微粒过滤器，其特征在于：
所述金属丝网柱状载体是采用丝网孔隙率为30目～100目、直径为 0.1mm、波纹高度为1.0mm～2.1mm、波纹宽度为1.2mm～2.0mm的310S 不锈钢丝波纹网卷制成300目～400目的金属丝网柱状载体。

3.  如权利要求1所述的柴油机用金属碳烟微粒过滤器，其特征在于：
所述金属丝网型碳烟颗粒过滤器，还包括采用电泳沉积法制备在所述 金属丝网柱状载体表面的高粘结度的底膜，以及涂覆在所述高粘结度的底 膜上的碳烟催化燃烧催化剂涂层。

4.  如权利要求3所述的柴油机用金属碳烟微粒过滤器，其特征在于：
所述高粘结度的底膜是三氧化二铝Al2O3膜。

5.  如权利要求3所述的柴油机用金属碳烟微粒过滤器，其特征在于：
所述碳烟催化燃烧催化剂涂层是含氧化钾的铜基复合氧化物碳烟催化 燃烧催化剂涂层，是钙钛矿型铜基复合氧化物碳烟催化燃烧催化剂涂层和 非钙钛矿型铜基复合氧化物碳烟催化燃烧催化剂涂层中的一种。

6.  如权利要求1所述的柴油机用金属碳烟微粒过滤器，其特征在于：
所述氧化催化剂的柱状载体，是富含锡鋯固溶体催化剂的柱状载体。

7.  如权利要求6所述的柴油机用金属碳烟微粒过滤器，其特征在于：
所述氧化催化剂的柱状载体，是300目～400目的堇青石蜂窝陶瓷柱状 载体，用84wt％～90wt％的堇青石、3wt％～5wt％的红柱石、2wt％～5wt％ 的碳化硅和5wt％～6wt％的纤维碳球磨混合、再加入粘接剂、润滑剂和水 球磨混合后陈腐，再进行挤压成型、表面干燥定型和高温烧制而成；再在 蜂窝孔的孔壁表面上涂覆氧化催化剂的活性涂层，经干燥、焙烧制成氧化 催化剂。

8.  如权利要求1所述的柴油机用金属碳烟微粒过滤器，其特征在于：
所述进气侧组件包括依次连接的发动机排气管的过滤器进气管、进气 扩张管、连接进气扩张管的第一法兰、固定所述氧化催化剂的柱状载体的 第一金属档圈，以及安装在所述发动机排气的进气扩张管外壁的第一压差 传感器，所述第一金属档圈与所述氧化催化剂的柱状载体的外壳焊接固定。

9.  如权利要求1所述的柴油机用金属碳烟微粒过滤器，其特征在于：
所述出气侧组件包括依次连接的连接出气扩张管的第二法兰、固定所 述金属丝网型碳烟微粒过滤器的金属丝网柱状载体的第二金属档圈、出气 扩张管，以及出气管和安装在出气扩张管外壁的第二压差传感器，所述第 二金属档圈与所述金属丝网型碳烟微粒过滤器的金属丝网柱状载体的外壳 焊接固定。

10.  如权利要求1至9中任意一项的所述的柴油机用金属碳烟微粒过滤 器，其特征在于：
所述外壳是单层外壳和带保温层的双层外壳中的一种；
所述外壳是SUS409铁素体不锈钢外壳和表面镀铝的普通钢外壳中的 一种。

说明书一种柴油机用金属碳烟微粒过滤器
技术领域
本发明涉及一般的发动机对排气的有害成分进行催化转化的催化反应 器结构，特别是涉及一种柴油机用金属碳烟微粒过滤器。
背景技术
现有采用柴油机的汽车(以下简称柴油车)尾气污染处理方法，大多 存在减少一种污染，势必导致另一种污染增加的缺陷。在排放法规的压力 下，一方面车用柴油机正不断进行技术升级和改进，另一方面，选择恰当 的诸如颗粒氧化催化器(Particulate Oxidation Catalyst，缩略词为POC)、 选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，缩略词为SCR)、柴油氧 化催化器(Diesel Oxidation Catalyst，缩略词为DOC)与壁流式柴油颗粒 过滤器(Diesel Particle Filter，缩略词为DPF)等柴油发动机烟后处理器， 以满足国四、欧IV、欧V和国V排放标准。其中POC烟后处理器是先将 碳烟微粒，又称颗粒物(Particulate Matter，缩略词为PM)过滤或截留后， 在催化剂的作用下进行氧化，使碳烟PM中的可溶性有机成分(Soluble  Organic Fraction，缩略词为SOF)部分氧化成CO2和H2O，减小碳烟PM 的尺寸，同时催化燃烧，消除其毒性和危害的因素，有效解决碳烟PM超 标的问题。POC后处理器是先进的载体和催化剂技术的结合，载体最为关 键，不仅影响性能，也影响成本和寿命。现有POC后处理器对碳烟PM的 处理效率一般为50％～80％，被堵塞的故障率也远远低于壁流式柴油颗粒过 滤器DPF。最具代表性的Ecocat公司采用的POC载体是结构独特的金属 蜂窝板和超细金属纤维纺织毡的组合体，其价格昂贵，国产的柴油车难以 大批量采用处理尾气污染。
本申请人的在先专利CN103352742A公开了《一种柴油机微粒过滤器 载体》，它包括过滤器本体，所述过滤器本体为圆柱体，过滤器本体内部具 有蜂窝孔，其特征是：所述过滤器本体用84-90wt％的堇青石、3-5wt％的 红柱石、2-5wt％的碳化硅和5-6wt％的纤维碳球磨混合、再加入粘接剂、 润滑剂和水球磨混合后陈腐，再进行挤压成型、表面干燥定型和高温烧制 而成，再在蜂窝孔的孔壁表面上涂覆活性催化剂层，在蜂窝孔两端内分别 交错设置有堵头，经干燥制成过滤器载体。在先专利CN103352742A在蜂 窝孔两端内分别交错设置堵头，使蜂窝孔形成半封闭式的过滤通道，使微 粒在蜂窝孔中的过滤面积增大，吸附时间增长，微粒更多地被捕捉积存在 孔内而不外排，从而使柴油机废气排放达到欧V标准。但是，其低温催化 活性和最大转化率有进一步的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，对本申请人 的在先专利CN103352742A作出进一步的改进，提供一种柴油机用金属碳 烟微粒过滤器。
本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种柴油机用金属碳烟微粒过滤器，包括外壳、设置在所述外壳内的 一端面朝向进气侧组件的氧化催化剂的柱状载体，所述氧化催化剂用于将 柴油机排气中的NO催化氧化还原为N2O。
这种柴油机用金属碳烟微粒过滤器的特点是：
所述氧化催化剂的柱状载体朝向出气侧组件的另一端面外设有包括金 属丝网柱状载体的金属丝网型碳烟微粒过滤器，所述金属丝网型碳烟微粒 过滤器在所述氧化催化剂将柴油机排气中的NO催化氧化还原为N2O所提 供的催化燃烧条件下，先将碳烟PM过滤或截留后在催化剂的作用下进行 催化氧化和催化燃烧，使碳烟PM中的可溶性有机成分SOF部分氧化成 CO2和H2O，减小碳烟PM的尺寸，同时进行催化燃烧，消除其毒性和危 害的因素，有效解决碳烟PM超标问题。
本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
所述金属丝网柱状载体是采用丝网孔隙率为30目～100目、直径为 0.1mm、波纹高度为1.0mm～2.1mm、波纹宽度为1.2mm～2.0mm的310S 不锈钢丝波纹网卷制成300目～400目的金属丝网柱状载体。
所述310S不锈钢丝是25Cr-20Ni系的高合金不锈钢，耐高温氧化性优 秀，最高使用温度1200℃，连续使用温度1150℃。
所述金属丝网型碳烟颗粒过滤器，还包括采用电泳沉积法制备在所述 金属丝网柱状载体表面的高粘结度的底膜，以及涂覆在所述高粘结度的底 膜上的碳烟催化燃烧催化剂涂层。
优选的是，所述高粘结度的底膜是三氧化二铝Al2O3膜。
所述碳烟催化燃烧催化剂含氧化钾的铜基复合氧化物碳烟催化燃烧催 化剂涂层，是钙钛矿型铜基复合氧化物碳烟催化燃烧催化剂涂层和非钙钛 矿型铜基复合氧化物碳烟催化燃烧催化剂涂层中的一种。
优选的是，所述钙钛矿型铜基复合氧化物碳烟催化燃烧催化剂涂层是 钙钛矿粉体La0.8K0.2Cu0.05Mn0.95O3。钙钛矿粉体 La0.8K0.2Cu0.05Mn0.95O3具有同时去除碳烟-NOx；在无氧条件下，CO 和C3H6在催化剂的作用下和NO反应生成NO2和N，碳烟PM的起燃温 度为300℃，而碳烟PM完全燃尽的温度也只有438℃，体现了该催化剂具 有良好的PM低温催化活性，其最大转化率可达70％以上。
优选的是，所述非钙钛矿型铜基复合氧化物碳烟催化燃烧催化剂涂层 是非钙钛矿粉体Cu0.5Ce0.5O。非钙钛矿粉体Cu0.5Ce0.5O具有大量的氧 缺位，可提高固溶体催化剂结构中氧原子的分散性和储氧能力，同时出现 Cu+和Cu2+物种，为氧化碳烟PM和CO提供了更多的活性中心，可以进 一步提高催化剂活性，碳烟PM的起燃温度降低至281℃，而碳烟PM完 全燃尽的温度也只有438℃，体现了该催化剂具有良好的PM低温催化活 性，其最大转化率可达70％以上。
本发明的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。
所述氧化催化剂的柱状载体，是富含锡鋯固溶体催化剂的柱状载体。
所述氧化催化剂的柱状载体，是300目～400目的堇青石蜂窝陶瓷柱状 载体，用84wt％～90wt％的堇青石、3wt％～5wt％的红柱石、2wt％～5wt％ 的碳化硅和5wt％～6wt％的纤维碳球磨混合、再加入粘接剂、润滑剂和水 球磨混合后陈腐，再进行挤压成型、表面干燥定型和高温烧制而成；再在 蜂窝孔的孔壁表面上涂覆氧化催化剂的活性涂层，经干燥、焙烧制成氧化 催化剂。
所述进气侧组件包括依次连接的发动机排气管的过滤器进气管、进气 扩张管、连接进气扩张管的第一法兰、固定所述氧化催化剂的柱状载体的 第一金属档圈，以及安装在所述发动机排气的进气扩张管外壁的第一压差 传感器，所述第一金属档圈与所述氧化催化剂的柱状载体的外壳焊接固定。
所述出气侧组件包括依次连接的连接出气扩张管的第二法兰、固定所 述金属丝网型碳烟微粒过滤器的金属丝网柱状载体的第二金属档圈、出气 扩张管，以及出气管和安装在出气扩张管外壁的第二压差传感器，所述第 二金属档圈与所述金属丝网型碳烟微粒过滤器的金属丝网柱状载体的外壳 焊接固定。
所述外壳是单层外壳和带保温层的双层外壳中的一种。
所述外壳是SUS409铁素体不锈钢外壳和表面镀铝的普通钢外壳中的 一种。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明的低温催化活性和最大转化率有进一步的提高，更具备技术和 经济方面的竞争力。
附图说明
附图是本发明具体实施方式的结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行说明。
一种如附图所示的柴油机用金属碳烟微粒过滤器，包括带保温层的双 层SUS409铁素体不锈钢外壳、设置在外壳内的一端面朝向进气侧组件的 氧化催化剂的柱状载体5，氧化催化剂的柱状载体5是富含锡鋯固溶体催 化剂的300目～400目的堇青石蜂窝陶瓷柱状载体，用84wt％～90wt％的堇 青石、3wt％～5wt％的红柱石、2wt％～5wt％的碳化硅和5wt％～6wt％的纤 维碳球磨混合、再加入粘接剂、润滑剂和水球磨混合后陈腐，再进行挤压 成型、表面干燥定型和高温烧制而成；再在蜂窝孔的孔壁表面上涂覆氧化 催化剂的活性涂层，经干燥、焙烧制成氧化催化剂。氧化催化剂用于将柴 油机排气中的NO催化氧化还原为N2O。
氧化催化剂的柱状载体5朝向出气侧组件的另一端面外设有包括采用 丝网孔隙率为70目、直径为0.1mm、波纹高度为1.5mm、波纹宽度为1.6 mm的25Cr-20Ni系的310S高合金不锈钢丝波纹网卷制而成的金属丝网柱 状载体6的金属丝网型碳烟微粒过滤器，金属丝网型碳烟微粒过滤器在氧 化催化剂将柴油机排气中的NO催化氧化还原为N2O所提供的催化燃烧条 件下，先将碳烟PM过滤或截留后在催化剂的作用下进行催化氧化和催化 燃烧，使碳烟PM中的可溶性有机成分SOF部分氧化成CO2和H2O，减 小碳烟PM的尺寸，同时进行催化燃烧，消除其毒性和危害的因素，有效 解决碳烟PM超标问题。本具体实施方式的低温催化活性和最大转化率有 进一步的提高，更具备技术和经济方面的竞争力。
金属丝网型碳烟微粒过滤器，还包括采用电泳沉积法制备在金属丝网 柱状载体6表面的三氧化二铝Al2O3高粘结度的底膜，以及涂覆在三氧化 二铝Al2O3高粘结度的底膜上的碳烟催化燃烧催化剂涂层。
碳烟催化燃烧催化剂涂层钙钛矿型铜基复合氧化物碳烟催化燃烧催化 剂涂层和非钙钛矿型铜基复合氧化物碳烟催化燃烧催化剂涂层中的一种。
钙钛矿型铜基复合氧化物碳烟催化燃烧催化剂涂层是钙钛矿粉体 La0.8K0.2Cu0.05Mn0.95O3。钙钛矿粉体La0.8K0.2Cu0.05Mn0.95O3具有同时去除碳 烟-NOx；在无氧条件下，CO和C3H6在催化剂的作用下和NO反应生成 NO2和N，碳烟PM的起燃温度为300℃，而碳烟PM完全燃尽的温度也 只有438℃，体现了该催化剂具有良好的PM低温催化活性，其最大转化 率可达70％以上。
非钙钛矿型铜基复合氧化物碳烟催化燃烧催化剂涂层是非钙钛矿粉体 Cu0.5Ce0.5O。非钙钛矿粉体Cu0.5Ce0.5O具有大量的氧缺位，可提高固溶体 催化剂结构中氧原子的分散性和储氧能力，同时出现Cu+和Cu2+物种，为 氧化碳烟PM和CO提供了更多的活性中心，可以进一步提高催化剂活性， 碳烟PM的起燃温度降低至281℃，而碳烟PM完全燃尽的温度也只有438 ℃，体现了该催化剂具有良好的PM低温催化活性，其最大转化率可达70％ 以上。
本具体实施方式的进气侧组件包括依次连接的发动机排气管的过滤器 进气管、进气扩张管、连接进气扩张管的第一法兰1、固定氧化催化剂的 柱状载体5的第一金属档圈4，以及安装在发动机排气的进气扩张管3外 壁的第一压差传感器2，第一金属档圈4与氧化催化剂的柱状载体5的外 壳焊接固定。
本具体实施方式的出气侧组件包括依次连接的连接出气扩张管的第二 法兰9、固定金属丝网型碳烟微粒过滤器的金属丝网柱状载体6的第二金 属档圈7、出气扩张管，以及出气管和安装在出气扩张管外壁的第二压差 传感器8，第二金属档圈7与金属丝网型碳烟微粒过滤器的金属丝网柱状 载体6的外壳焊接固定。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说 明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替 代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的 权利要求书确定的专利保护范围。