JP2001096152A - 化石燃料を改質する触媒 - Google Patents

化石燃料を改質する触媒

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Abstract

(57)【要約】 【課題】排気ガス中の黒煙量とNO量の両方を低減
させることのできる触媒を提供する。 【解決手段】化石燃料タンクとエンジン燃焼室との間に
配置される触媒であって、該触媒は、粘土とセリウム及
びトリウムとを主成分とし、これを還元焼結した化石燃
料を接触分解するセラミックス触媒と、白金触媒若しく
は白金を含有する触媒と、磁石とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】この発明は、化石燃料を改質
し、排気ガス中の黒煙量、NO量、CO量及びHC
量を大幅に低減させると共にパワーアップさせ燃費も向
上させる触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】新車或いは走行距離が数万km以下の車
両については、エンジンの燃焼効率が良いので、排気ガ
ス中の有害ガスの混入量も低位である。
【0003】しかしながら、長年使用され、走行距離が
増大してくると、燃焼効率が低下し、有害ガスの発生量
が増加してくる。特に、ディーゼルエンジン車において
は、排気ガス中の黒煙混入量が増加し、これが大気汚染
の大きな原因の一つとなっている。
【0004】これらの問題を解決する方法として、従来
から幾つかの試みがなされてきたが、多くは排気管の一
部に装置を装着し、主に燃焼後の排気ガスを吸着或いは
触媒により処理するものであり、燃料の燃焼効率の改善
とは無関係な方法であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】燃料の燃焼効率を改善
する方法として、燃料タンクに直接投入したり、燃料タ
ンクからエンジンの燃焼室にいたる通路に設けた容器の
内部に充填して使用される活性剤等も使用されていた
が、活性剤の性能や物理特性において不完全である等解
決すべき問題点が多く、未だ実用性が低いのが実状であ
る。
【0006】排気ガス中の黒煙量を低減させるだけなら
容易であるが、黒煙量を低減させるとNO量が増加
し、NO量を低減させると、黒煙量が増加するの
で、黒煙量とNO量の両方を低減させるのは、極め
て困難なことであった。
【0007】即ち、ガソリン中の難燃性成分を完全に燃
焼させる条件とすれば、黒煙量は減少するが、窒素も必
然的に酸化されるので、NO量も増大するからであ
る。
【0008】この発明のうち請求項1に記載の発明は、
黒煙量とNO量の両方を低減させることのできる触
媒を提供することを目的とする。
【0009】また、請求項7に記載の発明は、化石燃料
を接触分解し、容易に燃焼し得るように改質するセラミ
ックス触媒を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的に沿う本発明の
うち請求項1に記載の発明は、化石燃料タンクとエンジ
ン燃焼室との間に配置される化石燃料を改質する触媒で
あって、該触媒は、粘土とセリウム及びトリウムとを主
成分とし、これを還元焼結した前記化石燃料を接触分解
するセラミックス触媒と、白金触媒若しくは白金を含有
する触媒と、磁石とを有することを特徴とする。
【0011】また、請求項7に記載の発明は、粘土とセ
リウム及びトリウムとを主成分とし、これを還元焼結し
たことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
する。
【0013】本発明に使用するセラミックス触媒は、文
献未記載の新規な触媒であると信じられているが、マト
リックス成分としての粘土とセリウム及びトリウムとを
主成分とし、亜鉛、スズ若しくはコバルトのような黒煙
を低減させる元素を含有するセラミックス触媒であり、
化石燃料を接触分解する作用をする。その結果、黒煙量
とNO量の両方を低減させることができるものであ
る。
【0014】具体的には、粘土、トリウム、亜鉛、ス
ズ、マグネシウム及びカルシウムを含有するセラミック
ス触媒が好ましい。
【0015】本発明に使用するセラミックス触媒は、化
石燃料を接触分解し、小分子を多く含むものに変化させ
て、エンジン燃焼室での微小燃料滴噴霧とその空気との
混合を容易にし、燃料をより完全に燃焼させ得るように
改質する作用をする。
【0016】本発明に使用するセラミックス触媒が、化
石燃料を接触分解することは、本発明の触媒により、化
石燃料の揮発性成分が増大することから、推定されてい
る。
【0017】上記成分の混合割合は、好ましくは、Th
20〜30重量部、CeO30〜40重量部、
ZnO2.0〜3.0重量部、SnO1〜5重量部
及びCoO1〜3重量部、残りが酸性粘土である。
【0018】酸性粘土が少なすぎると、触媒の圧縮強さ
及び摩耗減量が減じられ、多すぎると触媒効果が減じら
れる。
【0019】トリウム及びセリウムの量は、少なすぎる
とNO低減が不十分となり、多すぎると黒煙量が増加
する。
【0020】亜鉛、スズ及びコバルトは、いずれも黒煙
量を低減させる作用をするものであるので、少なくとも
いずれか1種存在させれば良い。しかしながら、このよ
うに3種存在させると、黒煙量を著しく低減させること
ができる。
【0021】上記成分を微粉末とし、好ましくは粒度1
0〜15ミクロンとして混合し、これを還元焼結して、
本発明のセラミックス触媒とする。
【0022】粒度が細かすぎると、取り扱いに不便とな
り、大きすぎると生成するセラミックス触媒の吸水率が
増加して、触媒効果が落ちるようになる。
【0023】還元焼結は、800〜1500℃で行うの
が好ましい。800℃未満では、焼結が不十分となるた
め所定の強度が得られないし、1500℃を越えると、
低融点物質が反応してガスが発生し、セラミックス内部
と表面にポアーが発生し強度が低下する。
【0024】還元焼結は、800〜1500℃の温度範
囲内で、温度を100℃以上複数回上下動させながら、
焼結させるのが好ましい。具体的には、800から15
00℃に上昇させて焼結したのち、1500℃から12
00℃に温度を降下させて焼結し、また1500℃に上
昇させて焼結するように、1500℃と1200℃〜1
400℃との間で、複数回上下動させて焼結するのが、
性能に優れた触媒が得られることから好ましい。更に、
温度を上下動させる幅を徐々に小さくするのが良い。
【0025】上記セラミックス触媒と、白金触媒若しく
は白金を含有する触媒とを一緒に使用する。
【0026】本発明に使用する白金を含有する触媒とし
ては、Pt―Re触媒、Pt―Pd−Re触媒等が挙げ
られるが、Ptを含有するものであれば良く、特に限定
されない。
【0027】白金触媒は、粒状として本発明のセラミッ
クス触媒に混合使用しても、或いは容器に別々に収容し
て使用しても良い。また、触媒を収容する容器の網状部
等に白金をコーティングしても良い。
【0028】セラミックス触媒に対する白金触媒若しく
は白金を含有する触媒の混合割合は、0.5〜20重量
%が好ましい。0.5重量%よりも少量であると黒煙量
は低下するがNO量は増大し、20重量%よりも多
すぎるとNO量は低下するが黒煙量は増大する。
【0029】上記セラミックス触媒と白金触媒に、更に
助触媒として磁石を併用すると、黒煙量とNO量の
両方を大幅に低下させることができる。セラミックス触
媒と白金だけでは、NO量を大幅には減少させるこ
とができない。
【0030】本発明に使用する磁石としては、永久磁石
も電磁石も使用することができる。磁石の使用割合は、
総重量(セラミックス触媒、白金触媒及び磁石の合計
量)の25〜35重量%使用するのが好ましい。
【0031】磁石の使用量が少なすぎると、NO
が十分減少しないし、多すぎると黒煙量が増加する。
【0032】永久磁石を使用する場合は、本発明の触媒
を充填したパイプの外側にコイルを巻きつけ、コイルに
通電して磁石の作用を奏するようにすれば良い。
【0033】本発明の触媒セラミックスは、吸水率(J
IS R2205による)が1.0%以下、圧縮強さ
(JIS A5210による)が6,000kg/cm
以上、摩耗減量(JIS A5209 7.8によ
る)が0.1g以下であるのが良い。
【0034】吸水率が多くなると、触媒能が減少するの
で、できるだけゼロに近いのが好ましい。
【0035】また、触媒セラミックスを上記のようにす
れば、車両に搭載した際の走行中の振動、衝撃に対して
欠けや摩耗等の損傷を少なくすることができ、触媒セラ
ミックスを長期にわたり安定的且つ経済的に使用するこ
とができる。
【0036】触媒セラミックスは、長時間燃料と接触し
ていると、セラミックス本体が有する気孔から燃料成分
が内部に浸潤する現象が生じる。触媒機能を発揮させる
ためには、セラミックスの表面積が大きく、多孔質の方
が好ましいが、燃料成分の浸潤は、セラミックスの組織
を脆弱化させ表面剥離や欠けの原因となる。
【0037】燃料中にセラミックス粒を720時間浸漬
させ、その前後の圧縮強さ試験の結果、JIS R22
05によるセラミックス粒の吸水率が、1%を越えるも
のでは、強度劣化が起こることが判明した。
【0038】触媒セラミックスの損傷(例えば、車両走
行中の振動によるセラミックスの欠けや摩耗等)は、セ
ラミックスの寿命短縮による経済的損失だけでなく、そ
の欠けにより発生する粒子や微粉末が燃焼室部分に侵入
してエンジン部分の損傷原因となったり、フイルター詰
まり等の原因となり、その影響は極めて大きい。
【0039】触媒セラミックスの耐摩耗性については、
耐摩耗性の異なるセラミックスを金属容器に充填し、車
両(トラック)に載せて約1ヶ月間、約150時間走行
した後、その前後のセラミックス粒の減量に基づいて測
定した。
【0040】その結果、JIS A5209 7.8(陶
磁器質タイル)による落砂式摩耗試験機で測定した測定
値(摩耗減量)で0.2gを越えるサンプルは、僅かで
あるが摩耗の痕跡が認められたが、0.1g以下では摩
耗の痕跡が全く認められなかった。
【0041】次に、実施例を挙げて本発明を更に説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されない。 実施例1 酸性粘土15重量部、ThO22重量部、CeO
32重量部、ZnO2.5重量部、SnO2.5
重量部及びCoO0.7重量部を混合し、粒度12ミク
ロンに粉砕した。
【0042】上記混合物に水を加えて混練、成形し、還
元炉中で還元焼結した。焼成条件は、図1に示すよう
に、1500℃まで昇温させるのに3時間、1500℃
付近で8時間、1500℃から1250℃に30分間で
降下させて5時間、1500℃に30分間で昇温させて
8時間、1300℃に30分間で降下させて5時間、1
500℃に30分間で昇温させて8時間、1350℃に
30分間で降下させて5時間、1500℃に昇温させて
8時間焼結した。
【0043】こにようにして得たセラミックス触媒は、
多種の形状にして使用することができる。ハニカム形状
の大きな形状のものと、球状、円柱状などの適当な形状
で0.5〜50mm程度の直径(又は縦、横の長さ)の
ものとを一緒に使用するのが良い。
【0044】実施例2 上記のようにして製造したセラミックス触媒(ハニカム
形状5約300g、直径若しくは縦、横5mm〜10m
mの多種形状の触媒6約300g)と永久磁石の小球7
(300g)とを使用した。図2に示すように、車両
(約22万k走行済みのいすず(株)のディーゼルエン
ジン車(4t車))のタンク1とエンジン2との間の配
管3に連結した容器4に触媒を充填した。尚粒状白金―
レニウム触媒100gは、触媒を収容した金属製の網状
容器8の先端にコーテイング9した。30Km走行後
に、黒煙量、NO量、CO量、HC量とを測定し
た。
【0045】尚、比較のため下記条件で行う以外は、上
記実施例と同様に行って、黒煙量とNO量とを測定
し、結果を比較例1〜7として、次表1に併記した。
【0046】比較例1 触媒を全く使用しない。
【0047】比較例2 白金―レニウム触媒を2g混合
した。
【0048】比較例3 白金―レニウム触媒を180g
混合した。
【0049】比較例4 白金触媒を使用しない。
【0050】比較例5 磁石を使用しない。
【0051】比較例6 磁石を200g混合した。
【0052】比較例7 磁石を400g混合した。
【0053】
【表1】 実施例3 セラミックス触媒として、下記表2に記載の組成の触媒
を使用する以外は、実施例2と同様にして、黒煙量とN
量とを測定した。結果を実施例3〜7として、後
記表3に示す。
【0054】
【表2】
【0055】
【表3】 実施例3 蓋付きのガラス瓶に実施例1に記載のセラミックス触媒
を1/3程度入れ、軽油を瓶の2/3迄入れて蓋に釘穴
程の孔を開け、日当たりの良い窓側に放置して置いた。
15日程度後に、日光が当たってガラス瓶内の温度が上昇
すると、軽油が動き出し、釘穴より霧状に噴射し出し
た。尚、比較のため、セラミックス触媒を使用しない以
外は同じ条件のガラス瓶からは、何の変化も観察されな
かった。
【0056】このことから、化石燃料(軽油)が、セラ
ミックス触媒の触媒効果によって、低分子量の揮発性成
分に分解されたものと推定される。
【0057】本発明の効果の原因は、理論的に十分解明
されているわけではないが、上記実施例3から本発明の
セラミックス触媒によって、化石燃料が低分子になるの
で、燃焼し易くなるから、窒素が酸化され難い条件でも
ほぼ完全燃焼が達成されるためと推定される。
【0058】
【発明の効果】以上のべた如く、本発明のうち請求項1
に記載の発明によれば、燃焼前の化石燃料を改質し、他
の触媒と併用することによって、黒煙量とNO量と
の両方を著しく減少させることができるというこの種従
来の触媒には全く見られない絶大な効果を奏する。
【0059】また、請求項7に記載の発明は、化石燃料
を接触分解するというこの種従来の触媒には全く見られ
ない作用を奏するので、他の触媒と組み合わせることに
よって、黒煙量とNO量との両方を著しく減少させ
ることができるという従来にない効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミックス触媒を還元焼結する温度
及び時間を示す線図である。
【図2】本発明による触媒を車両に使用する状態の概略
図である。
【符号の説明】
1………車両のタンク 2………エンジン 3………配管 4………容器 5………ハニカム形状のセラミックス触媒 6………多種形状のセラミックス触媒 7………永久磁石の小球 8………網状容器 9………白金―レニウム触媒のコーテイング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D048 AA06 AA13 AA14 AA18 BA01Y BA10X BA12X BA13Y BA16X BA18X BA19X BA21X BA29X BA30X BA37X BA41X BA42X BB01 BB02 CC39 4G069 AA02 AA03 AA08 BA00 BA10A BA10B BB02A BB02B BB04A BB04B BC10A BC22A BC22B BC35A BC35B BC43A BC43B BC46A BC46B BC64B BC67A BC67B BC75A BC75B CC31 CC40 EA02Y EA19 EB14Y EC06Y ED03 EE09 FB33 FB44 FC07 FC08

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化石燃料タンクとエンジン燃焼室との間に
    配置される化石燃料を改質する触媒であって、該触媒
    は、粘土とセリウム及びトリウムとを主成分とし、これ
    を還元焼結した前記化石燃料を接触分解するセラミック
    ス触媒と、白金触媒若しくは白金を含有する触媒と、磁
    石とを有することを特徴とする化石燃料を改質する触
    媒。
  2. 【請求項2】前記白金触媒若しくは白金を含有する触媒
    を、前記セラミックス触媒に対し、0.5〜20重量%
    使用してなる請求項1に記載の触媒。
  3. 【請求項3】前記還元焼結を、800〜1500℃で行
    う請求項1又は2に記載の触媒。
  4. 【請求項4】前記還元焼結を、800〜1500℃の温
    度範囲内で、温度を100℃以上複数回上下動させなが
    ら焼結させる請求項3に記載の触媒
  5. 【請求項5】前記セラミックス触媒が、更に亜鉛、ス
    ズ、マグネシウム及びコバルトを含有する請求項1〜4
    のいずれか1項に記載の触媒。
  6. 【請求項6】前記磁石が、永久磁石であり、該永久磁石
    を触媒総重量の25〜35重量%使用する請求項1〜5
    のいずれか1項に記載の触媒。
  7. 【請求項7】粘土とセリウム及びトリウムとを主成分と
    し、これを還元焼結したことを特徴とする化石燃料を接
    触分解するセラミックス触媒。
  8. 【請求項8】前記セラミックス触媒が、更に亜鉛、ス
    ズ、マグネシウム及びコバルトを含有する請求項7に記
    載の触媒。
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