JP2002102658A - 触媒装置 - Google Patents

触媒装置

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JP2002102658A
JP2002102658A JP2000304016A JP2000304016A JP2002102658A JP 2002102658 A JP2002102658 A JP 2002102658A JP 2000304016 A JP2000304016 A JP 2000304016A JP 2000304016 A JP2000304016 A JP 2000304016A JP 2002102658 A JP2002102658 A JP 2002102658A
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JP
Japan
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catalyst
catalyst device
felt
fiber structure
filter member
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JP2000304016A
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Shogo Suzuki
省伍 鈴木
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型であっても、通過するガスに接触可能な表
面積を広く確保できるとと共に、触媒の担持能力が高
く、また、耐久性も優れている触媒装置を提供する。 【解決手段】排ガス中のNOxの除去に使用したり、又
はCH4 とCO2 の改質に使用する触媒を備えた触媒装
置1を、微細な気孔11hを有する炭化ケイ素繊維1
1、又は、微細な気孔11hを有するSi−B−O系ガ
ラス繊維11を、ランダムに積層したフェルト状繊維構
造体10と、該フェルト状繊維構造体10の前記気孔1
1hに担持された、ブラウンミラライト系、又は、金属
と酸化セリウムと酸化マグネシウムの触媒20と、前記
フェルト状繊維構造体10を挟持する金網31,32と
からなるフィルタ部材40で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン等の内燃機関の排気ガス中のNOxを還元し浄化した
り、天然ガスエンジン等でCH4 とCO2 を反応させ
て、H2 +COに改質する触媒装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】自動車等のエンジンの排ガスをクリーン
にするために、ディーゼルエンジンの排ガス中のNOx
(窒素酸化物)を還元して浄化したり、或いは、天然ガ
ス燃料エンジンにおいて、天然ガスのCH4 (メタン)
とCO2 (二酸化炭素)を反応させて、H2 (水素)と
CO(一酸化炭素)に改質したりするのに、触媒作用が
利用され、多くの触媒装置が研究開発されたり、実用化
されている。
【0003】これらの触媒装置の多くには、多孔質のハ
ニカム構造体が用いられているが、この多孔質のハニカ
ム構造体は、その反応表面積に限度があるため、排ガス
や燃料ガスの処理に必要な反応表面積を確保しようとす
ると、装置の容積が大きくなり小型化が困難であるた
め、自動車等に搭載するには不都合であるという問題が
ある。
【0004】最近は、このハニカムタイプの触媒装置に
代えて、アルミナや炭化ケイ素等の無機繊維を用いるこ
とが提唱されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の無機繊維は、ガスに接触可能な表面積は多いが、表面
が滑らかで、コーデイエライトの表面のように粗くなっ
ていないために、触媒を担持するのが難しく、そのた
め、繊維量に対して担持できる触媒の量が少ないという
問題がある。
【0006】本発明は、上述の従来技術の触媒装置の問
題を解決するためになされたものであり、その目的は、
小型であっても、通過するガスに接触可能な表面積を広
く確保できるとと共に、触媒の担持能力が高く、また、
耐久性も優れている触媒装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するための触媒装置は、以下のように構成される。
【0008】排ガス中のNOxの除去に使用したり、又
はCH4 とCO2 の改質に使用する触媒を備えた触媒装
置において、微細な気孔を有する炭化ケイ素繊維、又
は、微細な気孔を有するSi−B−O系ガラス繊維を、
ランダムに積層したフェルト状繊維構造体と、該フェル
ト状繊維構造体の前記気孔に担持された、ブラウンミラ
ライト系、又は、金属と酸化セリウムと酸化マグネシウ
ムの触媒と、前記フェルト状繊維構造体を挟持する金網
とからなるフィルタ部材で形成される。
【0009】つまり、担持体として、多孔質の無機繊
維、特に多孔質の炭化ケイ素繊維、或いは、ガラス繊維
を用いることを特徴とし、この多孔無機繊維をフェルト
状とし、かつ、金網で挟んで、この気孔部分にNOx触
媒やCH4 とCO2 の改質触媒を担持させるものであ
る。
【0010】この多孔質の無機繊維は、サブミクロン単
位の大きさの孔がその表面に多数形成された径が10μ
m程度の繊維であり、表面に多数の孔を有する活性炭素
繊維をSiO等で反応させSiCとする等で得ることが
でき、多孔質のガラス繊維としては、ガラスからナトリ
ウム成分を除去して多孔にしたリーチトアウトガラスを
用いたSi−B−O系ガラス繊維等を用いることができ
る。
【0011】そして、上記の触媒装置において、前記フ
ィルタ部材を、蛇腹状に折り曲げながら、折り曲げ部分
の一方側が円筒の外側に、他方側が円筒の内部側になる
ように巻き回して、篭状円筒体を形成する。
【0012】また、上記の触媒装置において、前記金網
の金属を、少なくとも鉄とクロムとアルミニウムの元素
を含む合金で形成し、更に、前記金網の少なくとも一方
を通電可能に形成すると共に、該金網に通電して、前記
触媒を加熱できるように構成する。
【0013】また、上記の触媒装置において、前記ブラ
ウンミラライト系触媒に、ブラウンミラライトに貴金属
を添加した触媒を用い、更に、前記CH4 とCO2 の改
質触媒が、金属元素としてRu,Pt,Ni,Rhの内
の少なくとも1種を含むように構成される。
【0014】この構成により、排ガスとの接触可能な面
積を最大限広く取れるようにしながら、微細な気孔に多
くの触媒を担持することができるので、触媒装置の全体
をコンパクトにして、取り扱い易い形状にすることがで
きる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明に係
る実施の形態の触媒装置について説明する。
【0016】図1は本発明の実施の形態の触媒装置1を
示す概略説明図であり、図2は図1の触媒装置1に用い
たフィルタ部材40からなる篭状円筒体50を示す、図
1のA−A断面における模式的な断面図である。また、
図3は図2の篭状円筒体50の符号Bの領域を示す拡大
説明図であり、図4は微細な気孔を持つ繊維を示す拡大
説明図である。
【0017】本発明の触媒装置1で使用するフィルタ部
材40の繊維11は、サブミクロンの微細な気孔11h
を有する線径10μm,比表面積900m2 /gの活性
炭素繊維を、約1,300℃の炉中においてガス状Si
O(酸化ケイ素)と反応させて、この微細な気孔11h
を多数有する炭化ケイ素繊維を形成して作られる。
【0018】また、この微細多孔無機繊維11として
は、上記の炭化ケイ素繊維以外にも、ガラスからナトリ
ウム成分を除去して多孔にしたリーチトアウトガラスを
用いたSi−B−O系ガラス繊維を用いることもでき
る。
【0019】この図4に示すような微細な気孔11hを
持つ繊維11をランダムに積層してフェルト加工し、目
付重量を250g/m2 とする。このフェルト状繊維構
造体10にブラウンミラ−ライト系触媒20のゾルを含
浸し、乾燥させて気孔11hへ触媒20を担持させる。
【0020】この触媒20は、NOx還元触媒として
は、ブラウンミラ−ライト系の触媒や、ブラウンミラ−
ライト系の触媒の耐久性を増加させるために、ブラウン
ミラ−ライトに貴金属触媒22を添加した触媒等を用い
る。
【0021】また、CH4 (メタン)とCO2 (二酸化
炭素)の改質に使用する触媒としては、金属元素として
Ru(ルテニウム),Pt(白金),Ni(ニッケ
ル),Rh(ロジウム)や、酸化物としてCeO(酸化
セリウム),MgO(酸化マグネシウム)等の内の少な
くとも1種を含む触媒を用いることができる。そして、
これらの触媒の繊維量に対する繊維上への担持量が従来
の無機繊維では3%であったものが、気孔11hを有す
る無機繊維11を使用すると、20%以上にすることが
できる。
【0022】そして、この触媒20と無機繊維11との
界面にAl2 3 (アルミナ)を介在させることによ
り、触媒20の担持寿命を増すことができる。
【0023】次に、この触媒20を担持した触媒含有繊
維体30の両面を、線径0.3mm,15メッシュの耐
熱金網31、32で挟み、フィルタ部材40を形成す
る。この耐熱金網31、32は、少なくとも元素とし
て、Fe(鉄)とAl(アルミニウム)とCr(クロ
ム)とを含むFe−Al−Cr合金製である。
【0024】また、少なくとも一方の金網32を通電可
能にして、フィルタ部材40の触媒20を加熱して触媒
20の活性を高められるように構成する。
【0025】そして、フィルタ部材40を、図2に示す
ように、蛇腹状に折り曲げながら、折り曲げ部分の一方
側が円筒の外側に、他方側が円筒の内部側に、また、蛇
腹状のフィルタ部材40の平坦部分が円筒の中心に対し
て放射状になるように巻き回して、篭状円筒体50を形
成する。
【0026】そして、触媒装置1は、図1及び図2に示
すように、フィルタ部材40からなる円筒篭状体50と
ケース60とを有して構成され、ケース60の入口側に
は、ガス流入口61が形成され、出口側にはガス流出口
63が形成される。
【0027】また、篭状円筒体50は、触媒装置1の入
口側に配置される部分の端部全体が入口側端板51で覆
われ、ケース60との間に排ガス通路54が形成される
ように距離をおいて配置される。
【0028】また、ケース60の外筒部62は篭状円筒
体50より大径に形成し、両者の間に隙間を生じさせて
排ガスGが流入する外周通路55を設ける。
【0029】一方、篭状円筒体50の出口側に配置され
る部分には、円筒の中空部52に連通する開口部53a
を有する出口側端板53が設けられている。
【0030】触媒装置1のこの構成により、排ガス処理
の場合は、排ガスGは触媒装置1の排ガス入口61から
ガス通路54と外周通路55を通り、篭状円筒体50の
外周側から触媒20を担持するフィルタ部材40を通過
して浄化される。この浄化された排ガスGcは篭状円筒
体50の中空部52からガス流出口63を経由して排出
される。
【0031】また、天然ガスの改質処理の場合は、CH
4 とCO2 のガスは触媒装置1の排ガス入口61からガ
ス通路54と外周通路55を通り、篭状円筒体50の外
周側から触媒20を担持するフィルタ部材40を通過し
て、H2 (水素)とCO(一酸化炭素)に改質される。
この改質されたガスは篭状円筒体50の中空部52から
ガス流出口63を経由して排出される。
【0032】以上のようにして形成した気孔11hを有
する無機繊維11に触媒20を担持させた触媒装置1
と、従来通りの無機繊維に触媒を担持させた触媒装置と
を比較のために作成し、ディーゼルエンジンの排ガス導
入部分に設置して、それぞれに排ガスを流し、そのNO
xの除去性能を測定した。
【0033】この測定結果において、本発明の触媒装置
1では、NOxの除去効率が1時間後で70%、50時
間後で60%、100時間後で40%を達成できたのに
対して、一方の比較用の従来の触媒装置では、1時間後
で65%、50時間後で30%、100時間後で10%
となっており、本発明の触媒装置1は従来の無機繊維の
触媒装置に比べ、NOxの除去効率が向上し、特に、経
過時間が長くなっても、除去効率が衰えず、優れている
ことが確認された。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る触媒
装置によれば、触媒装置を構成するフィルタ部材を気孔
を有する無機繊維のフェルト状繊維構造体で形成し、こ
の気孔に触媒を担持させているので、触媒担持能力が高
く、耐久性に優れている。
【0035】そのため、NOx還元触媒を用いた場合に
は、ディーゼルエンジンの排ガス中のNOx浄化に極め
て高い効果があり、天然ガスの改質のための触媒を用い
た場合にはCH4 とCO2 からH2 とCOへ改質する反
応を効率よく促進できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の触媒装置を示す概略説明
図である。
【図2】図1の触媒装置に用いたフィルタを示す図1の
A−A断面における拡大断面図である。
【図3】図2にBで示すフィルタ部材の一部分の領域を
示す拡大説明図である。
【図4】フィルタ部材を構成する無機繊維の構造を模式
的に示す拡大説明図である。
【符号の説明】
1 触媒装置 10 フェルト状繊維構造体 11 無機繊維(炭化ケイ素繊維) 11a 気孔 12 密構造の無機繊維フェルト 20 触媒 31,32 耐熱金網 40 フィルタ部材 50 篭状円筒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C01B 3/40 F01N 3/10 A F01N 3/10 3/20 K 3/20 3/28 301P 3/28 301 B01D 53/36 102D Fターム(参考) 3G091 AA02 AA18 AA19 AB01 AB04 BA14 BA39 CA04 GA04 GA05 GB01W GB01X GB02W GB04W GB05W GB06W GB10W GB10X GB16X 4D048 AA06 BA01Y BA06X BA19Y BA30X BA31X BA32X BA33X BA38X BA41Y BA45X BA46X BB05 BB08 BB12 BB18 CA01 CC29 CC53 CC63 4G040 EA03 EA05 EB23 EC01 EC02 EC03 EC08 4G069 AA03 AA11 BA01B BA14A BA14B BA18 BB04A BB09A BB09B BB15A BB15B BC10A BC43A BC68A BC68B BC69A BC69B BC70A BC71A BC75A BD05A BD05B CA02 CA03 CA13 CC17 CC26 EA10 EA12 EA13 EB02 EB08 EE03 4G140 EA03 EA05 EB23 EC01 EC02 EC03 EC08

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排ガス中のNOxの除去に使用したり、
    又はCH4 とCO2の改質に使用する触媒を備えた触媒
    装置において、微細な気孔を有する炭化ケイ素繊維、又
    は、微細な気孔を有するSi−B−O系ガラス繊維を、
    ランダムに積層したフェルト状繊維構造体と、該フェル
    ト状繊維構造体の前記気孔に担持された、ブラウンミラ
    ライト系、又は、金属と酸化セリウムと酸化マグネシウ
    ムの触媒と、前記フェルト状繊維構造体を挟持する金網
    とからなるフィルタ部材で形成されることを特徴とする
    触媒装置。
  2. 【請求項2】 前記フィルタ部材を、蛇腹状に折り曲げ
    ながら、折り曲げ部分の一方側が円筒の外側に、他方側
    が円筒の内部側になるように巻き回して、篭状円筒体を
    形成することを特徴とする請求項1記載の触媒装置。
  3. 【請求項3】 前記金網の金属が、少なくとも鉄とクロ
    ムとアルミニウムの元素を含む合金であることを特徴と
    する請求項1又は2に記載の触媒装置。
  4. 【請求項4】 前記金網の少なくとも一方を通電可能に
    形成すると共に、該金網に通電して、前記触媒を加熱で
    きるように構成したことを特徴とする請求項1〜3のい
    ずれか1項に記載のガス改質触媒装置。
  5. 【請求項5】 前記ブラウンミラライト系触媒に、ブラ
    ウンミラライトに貴金属を添加した触媒を用いることを
    特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の触媒装
    置。
  6. 【請求項6】 前記CH4 とCO2 の改質触媒が、金属
    元素としてRu,Pt,Ni,Rhの内の少なくとも1
    種を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項
    に記載の触媒装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003206105A (ja) * 2002-01-11 2003-07-22 Honda Motor Co Ltd 触媒反応器
CN102733905A (zh) * 2012-07-11 2012-10-17 中国第一汽车股份有限公司 低背压后处理金属载体单元

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