JP2002204960A - 排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法 - Google Patents

排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法

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JP2002204960A
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exhaust gas
catalyst
nitrogen oxide
decomposition catalyst
heating
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Masahiko Taniguchi
雅彦 谷口
Takeoki Iizuka
建興 飯塚
Isao Naito
功 内藤
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】窒素酸化物分解触媒の再生に際して、誘導加熱
若しくは誘電加熱等の間接型加熱装置によりエネルギー
効率よく触媒を加熱でき、触媒の失われた活性を回復す
ることができる排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法を提
供する。 【解決手段】排ガスG中の窒素酸化物を浄化する窒素酸
化物分解触媒4を備えた排ガス処理装置1であって、前
記窒素酸化物分解触媒4の再生のために前記窒素酸化物
分解触媒4を誘導加熱若しくは誘電加熱する間接型加熱
装置11,12,20を備えて形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関や燃焼装
置等の排ガス中の窒素酸化物(NOx)を還元して浄化
する排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法に関するもので
ある。
【0002】より詳細には、NOx吸着型の排ガス浄化
触媒に対して、この触媒を誘導加熱若しくは誘電加熱す
ることにより、この触媒を再生する排ガス浄化装置及び
排ガス浄化方法に関する。
【0003】
【従来の技術】自動車等の移動体の内燃機関や定置式の
内燃機関等の排ガスから、窒素酸化物(NOx)を還元
して除去するために、NOx還元触媒や酸化触媒や三元
触媒が使用されているが、ディーゼルエンジンの排気ガ
スを対象とする場合には、三元触媒は、排気ガス中の酸
素濃度が高いために使用できず、主に、NOx還元触媒
が使用されている。
【0004】このNOx直接分解作用を持つNOx還元
触媒には、金属イオン置換ゼオライト、ぺロブスカイ
ト、ブラウンミラライトや貴金属触媒が用いられてい
る。しかし、これらの触媒はNOx浄化能力は高いが、
NOxの一部が硝酸塩や亜硝酸塩として触媒中に残って
しまい、触媒活性が劣化するので、再生処理する必要が
ある。
【0005】これらの触媒を再生する方法として、特開
昭52−50990号公報では、酸化クロムを触媒成分
として含有するNOx還元触媒を、クロム酸、重クロム
酸又はそれらの塩を含む水溶液で処理した後に350〜
800℃で焼成する方法が記載されている。また、特開
昭54−29894号公報では、銅、マンガン等の卑金
属の酸化物のNOx還元触媒を、常温においてアンモニ
ア又はアンモニア含有ガスに接触させて還元する方法が
記載されている。
【0006】これらの方法においては、外部からクロム
酸水溶液やアンモニア等の再生剤を触媒に添加する必要
があるため、これらの再生剤用のタンク等の付設が不可
欠となる。そのため、自動車等の移動体における排ガス
浄化用触媒の再生方法としては不利で不向きであり、ボ
イラー等の定置型の触媒設備に使用されるだけであっ
た。
【0007】また、特開平09−253500号公報に
おいては、NOx分解用触媒を担持した触媒基材の周囲
に発熱体を配設し、この発熱体によるNOx分解用触媒
の加熱で、排気浄化により分解したNOx分解用触媒
を、初期の構造を戻す内燃機関の排気浄化装置が提案さ
れている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この発
熱体は、触媒を電熱ヒータ等で約900℃に強制的に加
熱する加熱装置であるが、電熱ヒータ等の加熱装置を用
いた場合には、この発熱体をNOx分解用触媒を担持し
た触媒基材の周囲に配設することになるため、触媒基材
の表面の触媒に対する加熱は十分に行えるが、触媒基材
の内部側の触媒に対する加熱は不十分になるという問題
がある。
【0009】また、触媒担持体の表面温度と内部温度と
の差が非常に大きくなってしまい、内部の触媒を再生さ
せようとすると、担持体表面の触媒相が分解を起こして
しまい、触媒が劣化してしまうという問題がある。
【0010】更に、この担持体の外側からの加熱による
場合には、先ず、触媒担持体を加熱するので、触媒の加
熱に多くのエネルギーが必要となり、窒素酸化物分解触
媒の再生効果を得るための消費電力が大きくなるという
問題がある。
【0011】本発明は、上述の従来技術の問題を解決す
るためになされたものであり、その目的は、窒素酸化物
分解触媒の再生に際して、誘導加熱若しくは誘電加熱等
の間接型加熱装置によりエネルギー効率よく触媒を加熱
でき、触媒の失われた活性を回復することができる排ガ
ス浄化装置及び排ガス浄化方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するための排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法は、以下
のように構成される。
【0013】先ず、排ガス浄化装置は、排ガス中の窒素
酸化物を浄化する窒素酸化物分解触媒を備えた排ガス処
理装置であって、前記窒素酸化物分解触媒の再生のため
に前記窒素酸化物分解触媒を誘導加熱若しくは誘電加熱
する間接型加熱装置を備えて形成されることを特徴とす
る。
【0014】そして、上記の排ガス浄化装置において、
前記窒素酸化物分解触媒が、ブラウンミラライト、ペロ
ブスカイト、金属イオン置換ゼオライト、貴金属のいず
れか、若しくはこれらの組み合わせで形成される触媒で
あることを特徴とする。
【0015】また、上記の排ガス浄化装置おいて、前記
窒素酸化物分解触媒が、導電性物質若しくは誘電性物質
の少なくとも一方を含むことを特徴とする。
【0016】この間接型加熱装置は、例えば、窒素酸化
物捕集体の外周に配設された誘導コイルと、この誘導コ
イルに2.45GHz程度の工業用高周波電流を流すた
めの高周波電流供給装置等で形成され、この誘導コイル
に生じる電磁波や電界によって、窒素酸化物触媒の導電
性物質や誘電性物質を加熱するものである。
【0017】この加熱により、触媒活性を失った窒素酸
化物分解触媒を効率よく加熱して、触媒活性を回復させ
て窒素酸化物触媒を再生処理することができる。
【0018】窒素酸化物触媒に担持させる導電性物質と
しては、ロジウム(Rh)、白金(Pt)等の金属やフ
ェライト等の酸化物等があり、誘電性物資としては、酸
化アルミや酸化タンタル、ペロブスカイト型酸化物等が
ある。
【0019】そして、上記の排ガス浄化装置を用いて行
なう排ガス浄化方法は次のような特徴を有する方法であ
る。
【0020】1)排ガス中の窒素酸化物を窒素酸化物分
解触媒で浄化し、該窒素酸化物分解触媒の触媒活性が低
下した時に、誘導加熱若しくは誘電加熱の間接型加熱装
置により、前記窒素酸化物分解触媒を誘導加熱若しくは
誘電加熱して前記窒素酸化物分解触媒の再生を行うこと
を特徴とする。
【0021】2)そして、上記の排ガス浄化方法におい
て、前記窒素酸化物分解触媒が、ブラウンミラライト、
ペロブスカイト、金属イオン置換ゼオライト、貴金属の
いずれか、若しくはこれらの組み合わせで形成される触
媒であることを特徴とする。
【0022】3)また、上記の排ガス浄化方法におい
て、前記窒素酸化物分解触媒が、導電性物質若しくは誘
電性物質の少なくとも一方を含むことを特徴とする。
【0023】つまり、通常は排ガス中の窒素酸化物を窒
素酸化物分解触媒で浄化し、浄化能力が低下した時、即
ち、触媒活性が低下した時に、間接型加熱装置により触
媒の導電性物質若しくは誘電性物質を、誘導加熱若しく
は誘電加熱して、この加熱により触媒を加熱して触媒活
性を回復させる方法である。
【0024】この排ガス浄化方法により、触媒活性を失
った窒素酸化物分解触媒を効率よく加熱して、触媒活性
を回復させて窒素酸化物触媒を再生処理することがで
き、排ガスの浄化を低エネルギーで効率よく行うことが
できる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明に係
る実施の形態の排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法につ
いて説明する。
【0026】図1に示すように、この排ガス処理装置1
は、自動車等のディーゼルエンジンの排気通路等の排ガ
スの通路2,3に配置されるもので、排気ガスG中の窒
素酸化物(NOx)を吸着及び分解する窒素酸化物分解
触媒4と、誘導加熱や誘電加熱用の間接型加熱装置10
を備えて形成される。
【0027】この間接型加熱装置10は、窒素酸化物分
解触媒4の周囲に設けた誘導コイル11とこの誘導コイ
ル11に高周波電流を供給する高周波電流供給装置12
等で構成され、この誘導コイル11に生じる電磁波や電
界によって、窒素酸化物触媒4に含まれる導電性物質や
誘電性物質を加熱するものである。
【0028】そして、この窒素酸化物分解触媒4は、ブ
ラウンミラライト、ペロブスカイト、金属イオン置換ゼ
オライト、貴金属のいずれか若しくはこれらの組み合わ
せで形成される。
【0029】そして、誘導加熱若しくは誘電加熱の効果
を一層高めるために、窒素酸化物分解触媒4に導電体物
質であるロジウム(Rh)を担持させるが、担持させる
物質はこのロジウムに限定する物ではなく、導電性、若
しくは、誘電性をもつ物質であれば、電磁波若しくは電
界による誘導加熱若しくは誘電加熱が可能であるので、
これらを担持させることにより、加熱をより効率よく行
うことができるようになる。
【0030】また、再生時期の検知や加熱の制御のため
に、窒素酸化物分解触媒4に温度センサ21を設け、下
流側の排気通路3に窒素酸化物濃度センサ22を設け
る。
【0031】[排ガス処理方法]次に、上記の構成によ
る排ガス浄化装置1による排ガス浄化方法について説明
する。
【0032】先ず、窒素酸化物分解触媒4の触媒が活性
化された状態では、間接型加熱装置10を作動させず
に、排ガスGを浄化する。
【0033】この排ガスGの浄化を継続すると、窒素酸
化物分解触媒4に、窒素酸化物の一部が硝酸塩や亜硝酸
塩として触媒中に残って蓄積され、触媒活性が劣化す
る。
【0034】この劣化状態は、下流側排気通路3に設け
た窒素酸化物濃度センサ22によって検出される窒素酸
化物濃度により、制御装置20で検知されるので、所定
の判定値以上の窒素酸化物濃度となった時に、窒素酸化
物分解触媒4を再生処理する。
【0035】この再生処理は、制御装置20により、高
周波電流供給装置12を作動させ、2.45GHz程度
の工業用高周波電流を誘導コイル11に供給し、この誘
導コイル11で電磁波及び電界を発生する。
【0036】この一方の電磁波により、窒素酸化物分解
触媒4のロジウム等の導電性物質が誘導加熱されて発熱
するので、窒素酸化物分解触媒4の触媒成分が加熱され
る。また、他方の電界により、窒素酸化物分解触媒4の
誘電性物質が誘電加熱されるので発熱し、窒素酸化物分
解触媒4の触媒成分が加熱される。
【0037】この窒素酸化物分解触媒4の触媒成分は加
熱されることにより、吸着した窒素酸化物が活性化され
て脱離して、窒素N2 及び酸素O2 に分解され、浄化さ
れたガスGcとなって排出される。それと共に、窒素酸
化物分解触媒4に蓄積された硝酸塩や亜硝酸塩等を放出
および分解するので、触媒活性を取り戻すことができ、
触媒成分は再生される。
【0038】なお、窒素酸化物に対する浄化能力の低下
は、NOx濃度センサによる検知の他に、装置の簡略化
を図るために浄化継続時間が所定の判定値を超えたこと
で判断してもよい。
【0039】そして、この再生時には、制御装置20で
窒素酸化物分解触媒4を昇温し過ぎないように、温度セ
ンサ21の検出値を入力して監視し、窒素酸化物分解触
媒4が再生の適温内にあるように電磁波及び電界のエネ
ルギー、即ち、誘導コイルに流す高周波電流を制御す
る。
【0040】そして、適当な再生設定時間を経過した時
に、窒素酸化物分解触媒4の再生が終了したとして、誘
導コイル11への高周波電流の供給を停止する。
【0041】以上の窒素酸化物分解触媒4が活性化され
た状態の排ガスGの浄化と、窒素酸化物分解触媒4の再
生とを繰り返し行い、継続して排ガスGの浄化を行う。
【0042】この再生処理に関して、本発明者らは、導
電性物質としてロジウム(Rh)を担持したブラウンミ
ラライト系触媒に対して、長期間使用して活性を完全に
失った後で、誘導加熱による加熱を行い、その再生状態
を図2〜図4に示すX線回折パターンで検討した。
【0043】先ず、ブラウンミラライト系のNOx還元
触媒の排ガス浄化試験使用前のX線回折パターンを図2
に、長期間排ガス浄化試験に使用し、活性を完全に失っ
た状態のX線回折パターンを図3に示す。
【0044】この図2〜図4への移行により、図4の□
印で示すように19°付近に排ガス中のNOxによって
生成した硝酸バリウムのピークが発現し、図2及び図4
の▽印で示すように30°付近のブラウンミラライトの
ピークが消失する。
【0045】この図3の活性を完全に失った状態の触媒
に、誘導加熱で加熱した後の状態のX線回折パターンを
図4に示す。この図4の□印で示すように19°付近の
硝酸バリウムのピークが減少し、また、▽印で示すよう
に30°付近のブラウンミラライトのピークが再度発現
し、この触媒が再生されていることを示した。
【0046】そこで、この触媒でNOx還元試験を行な
った結果、図5に示すようなNOx除去特性を得られ、
誘導加熱により、触媒が活性を回復することが確認でき
た。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る排ガ
ス処理装置及び排ガス処理方法によれば、次のような効
果を奏することができる。
【0048】排ガス中のNOxを還元浄化するNOx還
元触媒の再生処理を、誘導加熱若しくは誘電加熱の間接
型加熱装置により、触媒に担持させた導電性物質や誘電
性物質を誘導加熱若しく誘電加熱させることにより行な
うので、捕集体の内部の触媒まで、効率よく加熱するこ
とができ、触媒全体を効率よく再生できる。
【0049】また、この誘導加熱は、常時行なわずに、
触媒の再生時のみに行なうのでエネルギー的にも効率が
良い。
【0050】従って、触媒活性を失った窒素酸化物分解
触媒を効率よく加熱して、触媒活性を回復させて窒素酸
化物触媒を再生処理することができ、排ガスの浄化を低
エネルギーで効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の排ガス触媒用装置の構成
図である。
【図2】ブラウンミラライト系触媒のX線回折パターン
を示す図であり、排ガス浄化試験を行なう前の状態を示
す図である。
【図3】ブラウンミラライト系触媒のX線回折パターン
を示す図であり、排ガス浄化試験を行なった後の状態を
示す図である。
【図4】ブラウンミラライト系触媒のX線回折パターン
を示す図であり、排ガス浄化試験の後で再生させた後の
状態を示す図である。
【図5】本発明に係わる排ガス処理方法におけるNOx
除去特性の変化を示す図である。
【符号の説明】
1 排ガス処理装置 2,3 排ガス通路 4 窒素酸化物分解触媒 10 間接型加熱装置 11 誘導コイル 12 高周波電流供給装置 20 制御装置 G 排気ガス
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) F01N 3/24 F01N 3/28 301C 3/28 301 B01D 53/36 ZABK (72)発明者 内藤 功 神奈川県藤沢市土棚8番地 株式会社い すゞセラミックス研究所内 Fターム(参考) 3G091 AA18 AB05 AB06 BA07 CA01 CA04 EA18 EA33 FC02 GB05W GB09W HA37 HA38 4D048 AA06 AB02 BA03Y BA09X BA11Y BA24Y BA30Y BA31Y BA32Y BA33X BA41X BA42X BD01 CC53 DA01 DA02 DA08 DA13 EA03

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排ガス中の窒素酸化物を浄化する窒素酸
    化物分解触媒を備えた排ガス処理装置であって、前記窒
    素酸化物分解触媒の再生のために前記窒素酸化物分解触
    媒を誘導加熱若しくは誘電加熱する間接型加熱装置を備
    えて形成されることを特徴とする排ガス浄化装置。
  2. 【請求項2】 前記窒素酸化物分解触媒が、ブラウンミ
    ラライト、ペロブスカイト、金属イオン置換ゼオライ
    ト、貴金属のいずれか、若しくはこれらの組み合わせで
    形成された触媒であることを特徴とする請求項1記載の
    排ガス浄化装置。
  3. 【請求項3】 前記窒素酸化物分解触媒が、導電性物質
    若しくは誘電性物質の少なくとも一方を含むことを特徴
    とする請求項1又は2に記載の排ガス浄化装置。
  4. 【請求項4】 排ガス中の窒素酸化物を窒素酸化物分解
    触媒で浄化し、該窒素酸化物分解触媒の触媒活性が低下
    した時に、誘導加熱若しくは誘電加熱の間接型加熱装置
    により、前記窒素酸化物分解触媒を誘導加熱若しくは誘
    電加熱して前記窒素酸化物分解触媒の再生を行うことを
    特徴とする排ガス浄化方法。
  5. 【請求項5】 前記窒素酸化物分解触媒が、ブラウンミ
    ラライト、ペロブスカイト、金属イオン置換ゼオライ
    ト、貴金属のいずれか、若しくはこれらの組み合わせか
    らなる触媒であることを特徴とする請求項4記載の排ガ
    ス浄化方法。
  6. 【請求項6】 前記窒素酸化物分解触媒が、導電性物質
    若しくは誘電性物質の少なくとも一方を含むことを特徴
    とする請求項4又は5に記載の排ガス浄化方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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