罐裝的蜂窩狀催化劑的制作方法
【專利摘要】一種蜂窩狀催化劑，其中該蜂窩狀催化劑包含基底，該基底由漿料涂覆的有凹槽的波紋狀板和漿料涂覆的平襯底構成，該漿料涂覆的板由非織造纖維材料制成，該基底被卷成圓柱體以形成多個流通通道，并且漿料涂覆的板和漿料涂覆的平襯底的漿料涂層中均含有催化劑，該蜂窩狀催化劑被罐裝在具有插入的墊的金屬外殼中，其中蜂窩具有等于或大于約10MPa但小于或等于約1000MPa的楊氏模量，并且基底具有在250至700g/l之間的體積密度。
【專利說明】
罐裝的蜂窩狀催化劑
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及罐裝于金屬外殼中的蜂窩形狀的催化劑。
[0002] 具體地說，本發(fā)明提供一種改進的蜂窩形狀的催化劑，該催化劑通過將波紋狀陶 瓷紙卷成圓柱體制備得到并用漿料涂層(wash coat)涂覆W提供該催化劑的最佳體積密 度，該催化劑在罐裝過程中具有高徑向壓縮強度和彈性并在催化劑的操作期間在金屬外殼 內具有改進的吸持力化olding force)。
【背景技術】
[0003] 本領域中已知的圓柱形式的蜂窩狀催化劑通過將波紋狀金屬板卷起來制備，W便 在與熱排放氣體或尾氣一起運用時提供穩(wěn)定的結構。參見例如US2010254864、US7101602、 EP0988892、EP0919280和US6689328。
[0004] 由非織造纖維材料(例如陶瓷紙)生產圓柱形蜂窩狀催化劑也是已知的。在該情況 下，將纖維材料的板用粘合劑預涂覆，然后將纖維材料的結構用陶瓷漿料填充，形成波紋， 并通常用平板作內襯。波紋狀板與平板一起卷繞成圓柱形蜂窩體，用陶瓷漿料涂覆，并用催 化活性材料浸潰。
[0005] 蜂窩形狀的催化劑常被用于凈化來自汽車來源的排放氣體。在運些應用中，催化 劑被罐裝在金屬外殼中并安置在發(fā)動機排氣系統(tǒng)中。
[0006] 為了在運用過程中使催化劑保持在適當位置W及為了防止破裂，通常將蜂窩體包 裹在由陶瓷纖維制成的固定墊中。該墊也起到熱絕緣體的作用并密封W防止排放氣體繞過 催化劑。上述防范措施要求該墊具有某些性質，包括導熱性、氣密性和摩擦系數。
[0007] 可W通過不同的方法將包裹的蜂窩狀催化劑罐裝在金屬外殼中。常用的方法是填 塞(stuffing)。
[000引在填塞方法中，將墊包裹的蜂窩狀催化劑推入到圓柱形金屬外殼中。使用填料錐 W促進整體材料的平穩(wěn)插入。
[0009] 為了確保墊和蜂窩體之間W及墊和外殼之間具有足夠的摩擦，包裹的蜂窩體的直 徑必須略大于外殼的內徑。
[0010] 墊和蜂窩體的安裝壓力在填塞過程中增加，并且如果其彈性太低，能導致蜂窩狀 催化劑的嚴重破裂。另一方面，如果蜂窩的彈性太高，則吸持力（即摩擦)不足W使蜂窩體在 運用過程中在金屬外殼中保持在適當位置。
[0011] 當僅僅使用非織造纖維材料(例如由玻璃纖維制成的卷繞的波紋狀板)作為蜂窩 狀催化劑的基底時，基底的彈性將會太高，導致金屬外殼內的吸持力太低，運是因為通過彈 性基底向墊施加的法向力太低。
[0012] 在該情況下，罐裝的蜂窩狀催化劑在運用過程中將經歷劇烈的振動，最終破碎，導 致發(fā)生故障。
[0013] 因此，將基底的彈性降低至某種程度是必要的。通過用漿料涂層涂覆基底并進行 賠燒可W降低基底的彈性。然而，漿料涂層的量必須在某些體積密度限值內平衡。用太大量 的漿料涂層涂覆紙基底導致太高的體積密度，在用于氣體凈化過程時會在蜂窩狀催化劑上 造成不期望的高壓降，并且另外地造成昂貴催化劑材料的浪費。 【實用新型內容】
[0014]我們已發(fā)現，可W如下制成罐裝于金屬外殼中的穩(wěn)定的圓柱形蜂窩形狀的催化 劑：由任選地被陶瓷漿料預涂覆的陶瓷紙、用E-玻璃纖維強化的陶瓷紙板或陶瓷紙作為起 始材料，用陶瓷漿料涂層涂覆波紋狀的紙W獲得250至700g/l之間的體積密度，并賠烷烴涂 覆的基底W獲得作為楊氏模量的值E所測定的10至1000 MPa之間的彈性。
[0015]因此，本發(fā)明提供了具有多個流通通道(flow through channel)的蜂窩狀催化 劑，其中該蜂窩狀催化劑包含由漿料涂覆的(wash coated)有凹槽的波紋狀板和漿料涂覆 的平襯底構成的基底，該漿料涂覆的板由非織造纖維材料制成，該基底被卷成圓柱體W形 成多個流通通道，并且漿料涂覆的板和漿料涂覆的平襯底的漿料涂層中均含有催化劑，該 蜂窩狀催化劑被罐裝在具有插入的墊的金屬外殼中，其中蜂窩的楊氏模量E等于或大于約 IOM化但小于或等于約1000 MPa，并且基底的體積密度在250至700g^之間。
【附圖說明】
[0016] 圖1是根據本發(fā)明的蜂窩狀催化劑的截面圖。
【具體實施方式】
[0017] 如圖1所示，根據本發(fā)明的蜂窩狀催化劑的基底1由漿料涂層涂覆的襯底2和漿料 涂層涂覆的波紋狀板3構成。將基底1卷曲成圓柱體。
[0018] 如附圖標記4所示，在最終的漿料涂覆的催化劑中，襯底2的壁厚度在襯底2與波紋 狀板3接觸的區(qū)域之外的點處測量。在最終的漿料涂覆的催化劑中，波紋狀板3的壁厚度在 波6的切線區(qū)域中的點5處測量。最終的漿料涂覆的催化劑中的波長在點7和8處的兩個波谷 之間測量。最終的漿料涂覆的催化劑中的波紋高度H在襯底2的內表面9和波6的內表面10之 間測量。將基底1灌裝在金屬外殼12中，并通過設置在外殼的內壁和襯底2之間的墊11而保 持在外殼12中。
[0019] 在一個實施方式中，所述墊包含無機纖維。在另一個實施方式中，所述墊包含生物 可溶性纖維。
[0020] 根據楊氏模量E通過用拉伸應力除W延伸應變來計算彈性。
[0021：
[0022] 其中；
[0023] E是楊氏模量(彈性模量）；
[0024] F是在張力下施加在物體上的力；
[0025] Ao是施加的力通過的最初橫斷面積；
[0026] A L是物體長度的變化量；
[0027] Lo是物體的最初長度。
[0028] 優(yōu)選地，漿料涂覆的有凹槽的波紋狀板的壁厚在0.28至0.38毫米之間，而漿料涂 覆的襯底的壁厚在0.37至0.47毫米之間，有凹槽的波紋狀板的波長在2.40和3.40毫米之 間，W及波紋高度在0.65至2.05毫米之間，并且通道的水力直徑在0.6至1.5毫米之間。
[0029] 罐裝蜂窩狀催化劑的典型應用為發(fā)動機排氣凈化，包括通過催化氧化或氮氧化物 的選擇性催化還原(SCR)來除去未燃燒的發(fā)動機燃料和一氧化碳。
[0030] 在運些應用中，漿料涂層包含二氧化鐵，其用氧化饑W及任選的氧化鶴浸潰，作為 在SCR反應中有活性的催化材料;或者當用作氧化催化劑時漿料涂層包含二氧化鐵和/或氧 化侶，并用銷和/或鈕浸潰。
[0031] 在根據本發(fā)明的蜂窩狀催化劑中，可W在基底上用漿料涂層在不同區(qū)域涂覆，其 中每個區(qū)域的漿料涂層中含有相同或不同的催化劑；或者用疊加的多層漿料涂層涂覆基 底，其中每一層含有相同或不同的催化劑。該基底可W具有含有氨泄露催化劑(ammonia slip catalyst)的下游區(qū)域或者底層。
[0032] 整體基底或蜂窩狀整體基底的漿料涂覆通常通過將漿料倒入整體基底的通道中 在基底中進行漿料黏著(pickup)或者通過將基底的一面浸潰到漿料涂層的漿料中并任選 地在相反面施加真空來進行。
[0033] 在已經用漿料涂層涂覆后，在用包含催化活性金屬氧化物的可溶性前驅物的含水 浸潰溶液浸潰漿料涂層之前，干燥并賠烷基底。
[0034] 浸潰步驟包含將經漿料涂覆的基底浸沒在含有含水浸潰溶液的浸潰槽中或用浸 潰溶液噴涂經漿料涂覆的基底。
[0035] 代替浸潰漿料涂層，也可W在涂覆前將催化材料加入到漿料涂覆的漿料中。
【主權項】
1. 一種蜂窩狀催化劑，其中所述蜂窩狀催化劑包含基底，所述基底由漿料涂覆的有凹 槽的波紋狀板和漿料涂覆的平襯底構成，所述漿料涂覆的板由非織造纖維材料制成，所述 基底被卷成圓柱體以形成多個流通通道，并且漿料涂覆的板和漿料涂覆的平襯底的漿料涂 層中均含有催化劑，所述蜂窩狀催化劑被罐裝在具有插入的墊的金屬外殼中，其中所述蜂 窩具有等于或大于IOMPa但小于或等于1000 MPa的楊氏模量，并且所述基底具有在250至 700g/l之間的體積密度。2. 權利要求1所述的蜂窩狀催化劑，其中漿料涂覆的有凹槽的波紋狀板的壁厚在0.28 至0.38毫米之間，漿料涂覆的襯底的壁厚在0.37至0.47毫米之間，有凹槽的波紋狀板的波 長在2.40至3.40毫米之間，以及波紋高度在0.65至2.05毫米之間；并且通道的水力直徑在 0.6至1.5毫米之間。3. 根據權利要求1或2所述的蜂窩狀催化劑，其中所述墊包含無機纖維。4. 根據權利要求1或2所述的蜂窩狀催化劑，其中所述墊包含生物可溶性纖維。5. 根據權利要求1或2所述的蜂窩狀催化劑，其中漿料涂層包含二氧化鈦，并且催化劑 包含氧化釩和任選的氧化鎢。6. 根據權利要求1或2所述的蜂窩狀催化劑，其中漿料涂層包含二氧化鈦和/或氧化鋁， 并且催化劑包含鉑和/或鈀。7. 根據權利要求1或2所述的蜂窩狀催化劑，其中在基底上用漿料涂層在不同區(qū)域涂 覆，其中每個區(qū)域的漿料涂層中含有相同或不同的催化劑;或者用疊加的多層漿料涂層涂 覆基底，其中每一層含有相同或不同的催化劑。8. 根據權利要求7所述的蜂窩狀催化劑，其中基底具有含氨泄漏催化劑的下游區(qū)域或 底層。
【文檔編號】B01J23/44GK205517799SQ201620085695
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月28日
【發(fā)明人】E·S·塞拉
【申請人】托普索公司