JP2004211566A - Emission control system and emission control method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an emission control system and an emission control method having sufficiently high NOx decomposability by combining a plasma reactor with an NOx selecting reducing catalyst. <P>SOLUTION: This emission control system 1 exhausts purified gas via an exhaust pipe by purifying exhaust gas generated by combustion in an oxygen excessive atmosphere, and has the plasma reactor 2, an NO<SB>2</SB>adsorption catalyst part 4 and an NOx selecting reducing catalyst part 5 from the exhaust pipe upstream side of the exhaust gas, and has a heating-up catalyst part 3 for raising an exhaust gas temperature up to an operation temperature of an NOx selecting reducing catalyst for constituting the NOx selecting reducing catalyst part by combustion reaction of a reducing agent on the downstream side of the plasma reactor 2 and the upstream side of the NO<SB>2</SB>adsorption catalyst part 4. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法に関する。より詳しく述べるとディーゼルエンジン等の酸素過剰雰囲気下での燃焼により排気される排ガス中のNOxを浄化する排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球温暖化の問題から、二酸化炭素の排出量の少ないエンジンが注目されている。このようなエンジンとして、酸素過剰の雰囲気下で燃料を燃焼させるリーンバーンエンジン、ガソリン直噴エンジンおよびディーゼルエンジンが挙げられる。これらのエンジンより排出された排ガスには窒素酸化物(以下、NOxという。)が含まれているので、排ガス中からNOxを除去する排ガス後処理技術としてNOx吸着触媒やUREA−SCR等を適用する技術が一般的である。
【0003】
例えば、ディーゼルエンジンにNOx吸着触媒を適用する場合、空燃比を、リーンからリッチ、そしてストイキへと変化させる必要があり、そのため吸入される酸素量に対して、同等またはそれ以上の炭化水素を添加する必要があるので、多大な燃費のロスを生じてしまう。
【0004】
一方、UREA−SCRシステムとは、尿素(Urea)を還元剤として用いる尿素還元型NOx触媒(SCR=Selective Catalytic Reduction)を用いたシステムである。このUREA−SCEシステムにおいて、排ガスは、まず酸化触媒に入り、排出ガス中のNOxとNO2の割合を増加させながら、有害物質のCO(一酸化炭素)HC(炭化水素)を無害な物質に変換浄化する。次いで、SCR触媒の入口で尿素[CO(NH22]を噴射して、加水分解触媒により尿素をアンモニア(NH3)に変換し、そしてこのアンモニアにより排ガス中のNOxを還元して人体に無害な窒素(N2)と水(H2O)に変換する。
しかしながら、このようなシステムでは、アンモニア源である尿素を、常に必要とし、そのインフラストラクチャ整備に対する課題が残る。
【0005】
従来、NOx吸着触媒としてNOx選択還元触媒が使用されているが、この場合、ディーゼル排ガス中にはNOxを浄化するのに必要な未燃の炭化水素が少ない。
また、リーン雰囲気におけるNOx選択還元触媒として、例えば特許文献1に記載の通りPt系のNOx選択還元触媒が使用されている。しかしながら、このような排ガスに単にPt系のNOx選択還元触媒を適用してもNOxの浄化率が悪い。NOxの浄化率を改善するために多量の還元剤、すなわち炭化水素を排ガス中に添加すると、酸化反応による発熱のために、Pt系のNOx選択還元触媒の浄化温度域を外れてしまうので、高いNOx浄化率を達成することはできない。
【0006】
また、NOx選択還元触媒として、特許文献2は、Ir系のNOx選択還元触媒を提案している。このIr系のNOx選択還元触媒は、NOx浄化温度域が高いが、排ガス中に比較的多量に含まれているというパラフィン(炭化水素)に対する選択性が低いので、多量の炭化水素系の還元剤を添加したとしても高いNOx浄化率を達成することはできない。
【0007】
さらに、特許文献3は、Ag系のNOx選択還元触媒を提案している。特許文献3によると、このAg系のNOx選択還元触媒は、パラフィン選択性が高く、多量の炭化水素還元剤を添加することによって高いNOx浄化率を達成することができると言われている。しかしながら、特許文献3に記載のAg系のNOx選択還元触媒は、NOx浄化温度域が高いので、ディーゼル排ガス等での温度域では充分に活性を示さない。
【0008】
そのため、特許文献4および特許文献5では、高いNOx浄化能を達成するためにプラズマリアクタとNOx選択還元触媒とを組合せる技術を記載している。
【0009】
【特許文献1】
特許第2909553号公報
【特許文献2】
特開平6−31173号公報
【特許文献3】
特開平5−31173号公報
【特許文献4】
特開平6−335621号公報(全文)
【特許文献5】
特開2001−182525号公報(全文)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにプラズマリアクタとNOx選択還元触媒とを組合せても、使用するNOx選択還元触媒の浄化温度域が高いために、NOx選択還元触媒のNOx浄化能を充分に発揮させることができないのが現状である。
従って、本発明の課題は、プラズマリアクタとNOx選択還元触媒とを組合せて充分高いNOx分解能を有する排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明は、酸素過剰雰囲気下での燃焼により生じた排ガスを排気管を介して浄化したガスを排出する排ガス浄化システムであって、
前記排ガスの排気管上流から、プラズマリアクタ、NO2吸着触媒部およびNOx選択還元触媒部を具備し、前記プラズマリアクタの下流かつ前記NO2吸着触媒部の上流に、還元剤の燃焼反応により排ガス温度を、NOx選択還元触媒部を構成するNOx選択還元触媒の作動温度まで上昇させるヒートアップ触媒部を有することを特徴とするものである(請求項1)。
このように構成することによって、広範囲の排ガス温度領域で効率よく排ガスを浄化することが可能となる。
【0012】
請求項2に記載の発明は、本発明にかかる排ガス浄化システムにおいて、前記NOx選択還元触媒部の上流の排気管に還元剤を添加する還元剤添加手段を有することを特徴とするものである。
このように構成することによって、下流におけるNOx選択還元触媒部でのNOx浄化率を向上させることが可能である。
【0013】
請求項3に記載の発明は、本発明にかかる排ガス浄化システムにおいて、前記ヒートアップ触媒部の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段を有することを特徴とするものである。
このように構成することによって、ヒートアップ触媒から下流での温度を制御しやすく、NO2吸着触媒の脱離温度やNOx選択還元触媒の作動温度まで排ガス温度を上げることが容易となる。
【0014】
請求項4に記載の発明は、本発明にかかる排ガス浄化システムにおいて、前記NO2吸着触媒部は、多孔質担体にアルカリ金属、アルカリ土類金属および希土類金属からなる群から選択された少なくとも1種の金属元素を担持したNO2吸着触媒から構成されていることを特徴とするものである。
前記NO2吸着触媒は、そのNO2吸着能が充分確立したものである。本発明においてこのような、性能を有するNO2吸着触媒を好適に適用することが可能である。
【0015】
請求項5に記載の発明は、本発明にかかる排ガス浄化システムにおいて、前記NOx選択還元触媒部は、多孔質担体に銀を担持したNOx選択還元触媒から構成されていることを特徴とするものである。
多孔質担体に銀を担持したNOx選択還元触媒は、高いNOx浄化能を有する一方、作動温度域が高いという欠点を有する。本発明においては、このような高いNOx浄化能を有する触媒の性能を充分に発揮させることが可能となる。
【0016】
請求項6に記載の発明は、酸素過剰雰囲気下で燃料を燃焼させる乗物用エンジンからの排ガスを、エンジン側からプラズマリアクタ、NO2吸着触媒部およびNOx選択還元触媒部を介し浄化する排ガス浄化方法であって、
前記プラズマリアクタの下流かつ前記NO2吸着触媒部の上流に、炭化水素、一酸化炭素またはこれらの混合物の燃焼反応により排ガス温度をNOx選択還元触媒部を構成するNOx選択還元触媒の作動温度まで上昇させるヒートアップ触媒部を有しており、
前記プラズマリアクタで排ガス中のNOxをNO2に酸化した後に、前記NO2吸着触媒部でNO2を吸着し、前記NO2吸着触媒部におけるNO2の吸着量をエンジンの回転速度と負荷によるNOx排出量の積算から算出し、前記算出したNO2の吸着量が所定値以上となった場合、前記NO2吸着触媒部の上流で還元剤を添加して前記排ガス中の還元剤濃度を高くし、前記NOx選択還元触媒部を構成するNOx選択還元触媒の作動温度以上に排ガス温度を上昇させながら、前記NO2吸着触媒部からNO2を排出させることを特徴とするものである。
【0017】
このように構成することによって、NOx選択還元触媒部において高い選択率でNOxを浄化することが可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る排ガス浄化システムを示す概略図である。先ず、図1に基づいて、本発明に係る排ガス浄化システムを説明する。
なお、以下の説明では車両、船舶等に本発明に係る排ガス浄化システムを適用した場合、特にディーゼルエンジン搭載車両または船舶に適用した場合を主として説明するが本発明はこのような具体例に限定されるものではなく、酸素過剰雰囲気下での燃焼により排出される各種排ガスの浄化を行なうための排ガス浄化システムに適用されるものである。
【0019】
図1に示す通り、本発明に係る排ガス浄化システム1は、配管(P1〜P5)を介して排ガス発生源側から排気側(P1側からP5側)に向かって少なくとも1つのプラズマリアクタ2、ヒートアップ触媒部3、NO2吸着触媒部4およびNOx選択還元触媒部5とから主として構成されている。
【0020】
(プラズマリアクタ)
プラズマリアクタ2は、リーンバーンエンジン、ガソリン直噴エンジンまたはディーゼルエンジン等の酸素過剰雰囲気下での燃焼による排ガスを、プラズマにより排ガス中に含まれるNOxをNO2に酸化する。また、その酸化能を利用してPM(パティキュレート・マター)を酸化することも可能である。
【0021】
本発明のプラズマリアクタ2として、本発明の目的を達成するものであれば特に限定されるものではないが、コロナ放電、パルス放電、バリア放電形式のものが適用可能であり、PM分とNOxの酸化能を考慮するとバリア放電形式のものが好ましい。なお、図1では1台のプラズマリアクタ2を配置しているが、排ガスの種類、適用する形態等に応じてプラズマリアクタ2を2台以上(直列または並列)に配置することも本発明の範囲内であることは言うまでもない。
【0022】
(ヒートアップ触媒部)
ヒートアップ触媒部3は、プラズマリアクタ2の下流に配置されプラズマリアクタ2でNOxがNO2に酸化された排ガスの温度を、下流のNOx選択還元触媒部5におけるNOx選択還元触媒の作用温度域内まで上昇させるヒートアップ触媒から構成されている。本発明で言うヒートアップ触媒とは、炭化水素、一酸化炭素の燃焼反応により発生する熱により排ガス温度を上昇する触媒を意味する。
【0023】
ヒートアップ触媒の種類、量および適用形式は、目的とする排ガスの種類、排ガス中の炭化水素、一酸化炭素の量等を考慮して適宜選択されるが、本発明の目的を奏するものであれば特に限定されるものではない。本発明で使用可能なヒートアップ触媒の例として、例えば白金またはパラジウム系の触媒、例えば白金担持アルミナ触媒が挙げられる。このようなヒートアップ触媒を、従来公知の方式で、例えばハニカム状に構成して配置して本発明のヒートアップ触媒部3を形成する。
【0024】
本発明においてこのような加熱手段としてヒートアップ触媒を使用することによって加熱する際の電力等の消費を抑えるという効果も奏する。
なお、本発明において、ヒートアップ触媒により排ガスを加熱するために、炭化水素を添加するが、本発明においては排ガスの発生源である燃焼機関(エンジン)の燃料を、還元剤添加手段6を介して添加することによって、炭化水素を供給する。この還元剤添加手段6は一般には従来公知のエンジンの配管内への噴射機構またはポストインジェクションにより構成することができる。
【0025】
(NO2吸着触媒部)
NO2吸着触媒部4は、前記プラズマリアクタ2により酸化されたNO2を吸着させる触媒から構成されている。本発明で好適に使用されるNO2吸着触媒として、特に限定されるものではないがゼオライト等の多孔質体にアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属1種またはそれ以上を担持させた触媒を好適に使用することができる。
なお、NO2吸着触媒部4を構成するNO2吸着触媒の量は、処理すべき気体の量に応じて適宜選択することが可能である。すなわち、NO2吸着触媒の種類および量を決定することによって、NO2吸着触媒部4におけるNO2の吸着量が決定する。
【0026】
なお、本発明において、NO2吸着触媒部4を構成するNO2吸着触媒におけるNO2の吸着量が飽和する前に、炭化水素等の還元剤を添加することによって、ヒートアップ触媒により排ガス温度を上げて、NO2吸着触媒に吸着したNO2を排出してNO2吸着触媒を蘇生させることが可能である。
【0027】
(NOx選択還元触媒部)
NOx選択還元触媒部5は、排ガス中のNOxを選択的に還元するNOx選択還元触媒から構成され、NO2吸着触媒部4からの排ガスを最終的に浄化して排出する機能を有している。NOx選択還元触媒は、排ガス中に存在するNOxを選択的に還元する触媒であり、触媒の種類に応じて所定の作動温度域を有している。本発明においては、ヒートアップ触媒により加熱されたNO2吸着触媒部4を構成するNO2吸着触媒のNO2脱離温度以上の温度を有する排ガスは、NO2吸着触媒部4を通過して、下流のNOx選択還元触媒部5へと流れ込む。
【0028】
従って、NOx選択還元触媒部5を構成するNOx選択還元触媒は、高いNOx浄化能を有する触媒から構成することが望ましい。本発明において好適に使用できる触媒として限定されるものではないが、ゼオライト等の担体にAgを担持した触媒、例えば特開平5−31173号公報に記載の触媒が挙げられる。
【0029】
このように構成することによって、本発明に係る排ガス浄化システムは、リーンバーンエンジン、ガソリン直噴エンジンまたはディーゼルエンジンによる燃焼等の酸素過剰雰囲気下での燃焼により生じた排ガスを効率よく浄化することが可能である。
【0030】
本発明に係る排ガス浄化システムにおいて、NOx選択還元触媒部5よりも上流の排気管に還元剤を添加する還元剤添加手段6’を具備していることが好ましい。
この還元剤添加手段6’は、排ガス中の還元剤濃度を増加させることによってNOx選択還元触媒部5を構成するNOx選択還元触媒の選択率を増加させる(すなわち、NOx浄化能を高める)目的で本発明に係る排ガス浄化システムに配置される。
還元剤添加手段6’は、還元剤添加手段6と同一であってもよく、あるいは還元剤添加手段6とは別体として設けても良い(図1においては還元剤添加手段6と還元剤添加手段6’とは同一)。一般に、構成を簡単にするために、還元剤添加手段6と6’とは、同一の手段でありバルブ等により還元剤の添加位置を変えることが構成が簡単である点で好ましい。
【0031】
本発明に係る排ガス浄化システムに適用可能な還元剤として、特に限定されるものではないが、処理対象となる燃焼装置の燃料として使用する炭化水素が好ましい。例えば、本発明に係る排ガス浄化システム処理対象がディーゼルエンジンから排出される排ガスである場合には、ディーゼルエンジンの燃料として使用される軽油を還元剤として使用することが好ましい。
【0032】
NOx選択還元触媒部5の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段6’をヒートアップ触媒部4の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段6と別体として設けた本発明の一実施形態において、還元剤添加手段6’は、燃焼装置の燃料タンクからNO2吸着触媒部4とNOx選択還元触媒部5の間の排気管へ還元剤である燃料を引き込む引込管(図示せず)を設け、前記引込管にポンプ等を介して燃料を所定位置に計量添加可能なノズル等の噴霧手段を設ける構成とすることができる。このように燃料を還元剤として使用する場合、新たな還元剤の供給源のインフラストラクチャを整備する必要がない点、省スペースを図れる点および燃料タンクに簡単な改良を加えることにより対応できる点で好ましい。
【0033】
また、NOx選択還元触媒部5の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段6’をヒートアップ触媒部3の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段6と別体として設けた本発明の別の実施形態において、還元剤として燃料以外の還元剤、例えば燃料以外の低級炭化水素を使用する場合、例えば図示しない還元剤供給タンクとNO2吸着触媒部4とNOx選択還元触媒部5の間の排気管の所定の位置に還元剤を噴霧する噴霧手段とから構成することができる。このように構成する場合、還元剤の還元力を自由に選択することが可能であるという利点がある。
勿論、燃料と他の還元剤を併用することも本発明の範囲内である。
【0034】
以上説明した通り、本発明に係る排ガス浄化システムは、プラズマリアクタ2で酸化されたNO2をNO2吸着触媒部4で吸着し、NO2吸着触媒部4におけるNO2離脱温度まで排ガス温度を上げることにより、NO2吸着触媒部4に吸着していたNO2を下流のNOx選択還元触媒部5に排出し、さらにNOx選択還元触媒部5を構成するNOx選択還元触媒の作動温度領域の温度でNO2を浄化する。しかしながら、ディーゼルエンジン等のエンジンを用いた場合、その排ガス温度が上昇しにくいことから、NO2吸着触媒部4においてNO2離脱温度まで排ガス温度が上がらずに、NO2吸着触媒部4は、プラズマリアクタ2から流れてきたNO2でいっぱいとなり吸着能が低下することがある。また、NOx選択還元触媒部5におけるNOx選択還元触媒の作動温度まで排ガス温度が上昇しないことから、NO2吸着触媒部4に吸着されずにNOx選択還元触媒部5まで流れてきた排ガス中のNO2も浄化されずにNOx選択還元触媒部5を通過していくことになる。
【0035】
そこで、本発明にかかる排ガス浄化システムにおいて、NOx量の積算からNO2吸着触媒部4に吸着されたNO2吸着触量を算出し、NO2吸着触媒部4を構成するNO2吸着触媒の吸着能が低下する前にヒートアップ触媒部3の上流で還元剤を添加することにより、還元剤をヒートアップ触媒により燃焼させる。この燃焼熱により排ガス温度を、NO2吸着触媒部4におけるNO2離脱温度域およびNOx選択還元触媒部5におけるNOx選択還元触媒の作動温度領域まで強制的に上げることが可能となる。
このような構成および作用を有する本発明に係る排ガス浄化システムは、ディーゼルエンジン等の酸素過剰下での燃焼を伴う燃焼機関を有する車両、船舶等の乗物にも好適に適用することが可能となる。
【0036】
[排ガス浄化システムの動作(排ガス浄化方法)]
以上、本発明に係る排ガス浄化システムについて説明したが、次いで本発明に係る排ガス浄化システムの動作について本発明に係る排ガス浄化方法とともに図2を用いて説明する。
図2は、本発明に係る排ガス浄化システムの動作を示すフローチャートである。
【0037】
まず、プラズマリアクタ2の電源をオンにして排ガス中のNOxをNO2に酸化して、NO2をNO2吸着触媒部4で吸着させる(S1)。
次いで、NO2吸着触媒部4におけるNO2の吸着量を測定する(S2)。NO2吸着触媒部4におけるNO2の吸着量は、NO2吸着触媒部を構成するNO2吸着触媒の種類およびその量により予め決定される最大値(飽和量)があり、本発明においては、その飽和量を超えない所定値、例えば飽和量の90%を閾値として決定する。
【0038】
なお、NO2の吸着量は、本発明に係る排ガス浄化システムが例えば車両や船舶等のエンジン等の場合、エンジンの回転速度と負荷によりまずNOx排出量を積算する。エンジンの回転速度と負荷とNOx排出量との関係は予めマッピングされており、そのマッピング値より求める。また、NOx排出量とNO2の吸着量は、比例関係にあるので(具体的には、NO2の吸着量が飽和していない場合にはNOx排出量=NO2の吸着量)、NOx排出量からNO2の吸着量が決定する。
【0039】
次いで、NO2の吸着量が所定量を超えるか否かを判断し(S3)、NO2の吸着量が所定量を超えない場合(No)には、S1に戻り、排ガス中のNOxをNO2に酸化して、NO2をNO2吸着触媒部4で吸着させる。
一方、NO2の吸着量が所定量を超えた場合(Yes)、前記ヒートアップ触媒の上流で還元剤を添加して、前記排ガス中の還元剤濃度を高くする(S4)。すなわち、燃料(還元剤)の添加によりヒートアップ触媒部3におけるヒートアップ触媒による還元剤の燃焼反応により、下流のNO2吸着触媒部4を構成するNO2吸着触媒のNO2離脱温度以上かつNOx選択還元触媒部5を構成するNOx選択還元触媒の作動温度以上に排ガス温度を上昇させる。
【0040】
そして、NOx選択還元触媒の作用を促進させる目的で、還元剤添加手段6(’)によりNOx選択還元触媒部5の上流で還元剤を添加することが好ましい(S5:図示せず)。
このようにして、排ガスの温度がNOx選択還元触媒部5のNOx選択還元触媒の作動温度以上に上昇しかつ反応の促進のために還元剤が添加された排ガスは、NOx選択還元触媒部5により効率よく浄化させる。
【0041】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて更に具体的に説明する。
[プラズマリアクタ]
以下の実施例および比較例において図3に示す実験用プラズマリアクタ20を使用した。すなわち、実験用プラズマリアクタ20は、対向する金属電極21、22のうちの片側の電極22を誘電体22aで覆い、誘電体と相手側の金属電極21との間にプラズマを発生させる構成とした。金属電極21、22に使用した金属はSUS316(厚さ:1.0mm)とし、誘電体22aにはアルミナ(Al23)セラミック(厚さ:0.5mm)を使用した。なお電極サイズは、20×50mmとし、そしてプラズマ空間の厚みを0.5mmとした。実験用プラズマリアクタ20は、プラズマ空間が5層発生するように電極を積み重ね、交互に金属電極22を高電極21と接地電極22に設定して並列に接続した。
【0042】
このようにして構成した実験用プラズマリアクタ20のプラズマ発生条件は以下の通りである。
交流の正弦波200MHz、印加電圧7.6Vで実験用プラズマリアクタ20に入力した。この時の電力を、3.1Wとし、電界強度を7.6kV/mm、そして電力密度を1.2W/cm3とした。
【0043】
ヒートアップ触媒の調製(1):
ジニトロジアンミン白金・硝酸溶液(白金:5質量%)80g、Na−Y型ゼオライト96g、純水1000gをナス型フラスコに入れ、ロータリエバポレータで余分な水分を除去した後、混合物を乾燥炉にて200℃で2時間、マッフル炉にて600℃で2時間焼成して白金担持Na−Y型ゼオライト粉末を得た。
得られた粉末90g、Siバインダ(SiO2濃度:20%)50g、水150gおよびアルミナボールをポットに入れ、12時間湿式粉砕して触媒スラリを調製した。
得られた触媒スラリにハニカム体積30cc、400セル/インチ2(2.54cm2)、6ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬して、次いでハニカム支持体をスラリから取り出して、過剰分をエア噴霧により除去した後、ハニカム支持体を150℃で1時間焼成した。この操作を所定の触媒担持量が得られるまで繰り返した。所定量の触媒が担持されたハニカムをマッフル炉中500℃で2時間焼成してPt担持γ−アルミナ触媒(触媒1)を得た。この触媒のウオッシュコート量は100g/Lであった。Pt担持量は3.6g/Lであった。
【0044】
NO2吸着触媒の調製
Na−Y型ゼオライト90g、Siバインダ(SiO2濃度:20%)50g、水150gおよびアルミナボールをポットに入れ、12時間湿式粉砕して触媒スラリを調製した。
得られた触媒スラリにハニカム体積30cc、400セル/インチ2(2.54cm2)、6ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬して、次いでハニカム支持体をスラリから取り出して、過剰分をエア噴霧により除去した後、ハニカム支持体を150℃で1時間焼成した。この操作を所定の触媒担持量が得られるまで繰り返した。所定量の触媒が担持されたハニカムをマッフル炉中400℃で12時間焼成してNa−Y型ゼオライト触媒(触媒2)を得た。この触媒のウオッシュコート量は100g/Lであった。
【0045】
NO2選択還元触媒の調製
硝酸銀4.72g、硝酸アルミニウム713.4g、クエン酸水和物608.2g、純水1000gをナス型フラスコに入れ、ロータリエバポレータで余分な水分を除去した後、混合物を乾燥炉にて200℃で2時間、マッフル炉にて600℃で2時間焼成して銀担持アルミナ粉末を得た。
得られた粉末90g、Siバインダ(SiO2濃度:20%)50g、水150gおよびアルミナボールをポットに入れ、12時間湿式粉砕して触媒スラリを調製した。
得られた触媒スラリにハニカム体積30cc、400セル/インチ2(2.54cm2)、6ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬して、次いでハニカム支持体をスラリから取り出して、過剰分をエア噴霧により除去した後、ハニカム支持体を150℃で1時間焼成した。この操作を所定の触媒担持量が得られるまで繰り返した。所定量の触媒が担持されたハニカムをマッフル炉中500℃で2時間焼成してAg担持アルミナ触媒(触媒3)を得た。この触媒のウオッシュコート量は100g/Lであり、そしてAg担持量は3g/Lであった。
【0046】
(実施例1および比較例1)
このようにして得られた触媒を、NO100ppm、HC(C1022)600ppm(炭素換算)、CO1100ppm、CO24%、O215%、H2O4%および残部N2から構成されたモデルガスを使用して図4(a)および図4(b)に示す排ガス浄化システムを用いてNOxの浄化率を調べた。結果を図5に示す。
【0047】
なお、図4(a)は、本発明の一実施例に係る排ガス処理システムの構成を示す概略図であり、図4(b)は、比較例に係る排ガス処理システムの構成を示す概略図である。また、本発明および比較用排ガス処理システムを使用した触媒入口温度とNOx浄化率の関係を示すグラフである。
【0048】
図4(a)に示す排ガス浄化システムは、モデルガスを加熱炉で所定温度で燃焼した際に生じる排ガスを、実験用プラズマリアクタ20にて加熱し、ヒートアップ触媒(触媒1)、NO2吸着触媒(触媒2)およびNOx選択還元触媒(触媒3)により排ガスを浄化する本発明の排ガス浄化システムである。なお、NO2吸着触媒(触媒2)とNOx選択還元触媒(触媒3)との間には還元剤としての所定量の炭化水素を添加する還元剤添加手段が設けてある。
【0049】
図4(b)に示す排ガス浄化システムは、モデルガスを加熱炉で所定温度で燃焼した際に生じる排ガスを、実験用プラズマリアクタ20にて加熱し、ヒートアップ触媒を介さずにNO2吸着触媒(触媒2)およびNOx選択還元触媒(触媒3)により排ガスを浄化する本発明の排ガス浄化システムである。なお、NO2吸着触媒(触媒2)とNOx選択還元触媒(触媒3)との間には還元剤としての所定量の炭化水素を添加する還元剤添加手段が設けてある。
【0050】
図5に示す通り、図4(a)に示す本発明の排ガス浄化システムは、広範囲の温度に亘って高いNOx浄化率を示す。これに対して、図4(b)に示す比較例の排ガス浄化システムは、図4(a)に示す排ガス浄化システムに比較して200℃付近で浄化率の低下が見られる。
【0051】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明は次の優れた効果を奏する。
請求項1によると、広範囲の排ガス温度領域で効率よく排ガスを浄化することが可能となる。
請求項2によると、下流におけるNOx選択還元触媒部でのNOx浄化率を向上させることが可能である。
請求項3によると、ヒートアップ触媒から下流での温度を制御しやすく、NO2吸着触媒の脱離温度やNOx選択還元触媒の作動温度まで排ガス温度を上げることが容易となる。
請求項4によると、アルカリ金属、アルカリ土類金属および希土類金属元素を担持したNO2吸着触媒は、そのNO2吸着能が充分確立したものである。本発明においてこのような、性能を有するNO2吸着触媒を好適に適用することが可能である。
請求項5によると、多孔質担体に銀を担持したNOx選択還元触媒は、高いNOx浄化能を有する一方、作動温度域が高いという欠点を有するが、本発明においては、このような高いNOx浄化能を有する触媒の性能を充分に発揮させることが可能となる。
請求項6によると、NOx選択還元触媒部において高い選択率でNOxを浄化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る排ガス浄化システムを示す概略図である。
【図2】本発明に係る排ガス浄化システムの動作を示すフローチャートである。
【図3】本発明の実施例で使用した実験用プラズマリアクタを示す概略図である。
【図4】図4(a)は、本発明の一実施例に係る排ガス処理システムの構成を示す概略図であり、図4(b)は、比較例に係る排ガス処理システムの構成を示す概略図である。
【図5】本発明および比較用排ガス処理システムを使用した触媒入口温度とNOx浄化率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 排ガス浄化システム
2 プラズマリアクタ
3 ヒートアップ触媒部
4 NO2吸着触媒部
5 NOx選択還元触媒部
6,6’ 還元剤添加手段
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification system and an exhaust gas purification method. More specifically, NO in exhaust gas exhausted by combustion in an oxygen-excess atmosphere such as a diesel engine x The present invention relates to an exhaust gas purification system and an exhaust gas purification method for purifying exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
In recent years, due to the problem of global warming, engines that emit less carbon dioxide have attracted attention. Such engines include lean burn engines, gasoline direct injection engines, and diesel engines that burn fuel in an oxygen-rich atmosphere. Exhaust gas discharged from these engines includes nitrogen oxides (hereinafter referred to as NO x That. ), So NO from exhaust gas x NO as an exhaust gas after-treatment technology to remove NO x A technique of applying an adsorption catalyst, UREA-SCR, or the like is general.
[0003]
For example, NO x When an adsorption catalyst is applied, the air-fuel ratio needs to be changed from lean to rich, and then to stoichiometry.Therefore, it is necessary to add an equivalent or more hydrocarbon to the amount of oxygen to be inhaled. This results in significant fuel consumption loss.
[0004]
On the other hand, the UREA-SCR system is a system using a urea reduction type NOx catalyst (SCR = Selective Catalytic Reduction) using urea (Urea) as a reducing agent. In this UREA-SCE system, the exhaust gas first enters the oxidation catalyst, and the NO in the exhaust gas x And NO Two While converting the harmful substances CO (carbon monoxide) and HC (hydrocarbon) into harmless substances and purifying them. Then, urea [CO (NH) was introduced at the inlet of the SCR catalyst. Two ) Two ], And urea is converted into ammonia (NH Three ), And this ammonia reduces NOx in the exhaust gas to produce nitrogen (N Two ) And water (H Two O).
However, such a system always requires urea, which is a source of ammonia, and there remains a problem with the infrastructure development.
[0005]
Conventionally, NO x NO as adsorption catalyst x Although a selective reduction catalyst is used, in this case, NO x Low unburned hydrocarbons required to purify the water.
NO in a lean atmosphere x As a selective reduction catalyst, for example, as described in Patent Document 1, Pt-based NO x A selective reduction catalyst is used. However, Pt-based NO is simply added to such exhaust gas. x NO even if selective reduction catalyst is applied x Poor purification rate. NO x When a large amount of a reducing agent, that is, a hydrocarbon is added to exhaust gas to improve the purification rate of Pt, NO due to Pt-based NO x Since the temperature falls outside the purification temperature range of the selective reduction catalyst, high NO x Purification rates cannot be achieved.
[0006]
NO x As a selective reduction catalyst, Patent Document 2 discloses an Ir-based NO x A selective reduction catalyst is proposed. NO of this Ir system x The selective reduction catalyst is NO x Although the purification temperature range is high, the selectivity to paraffin (hydrocarbon), which is relatively large in the exhaust gas, is low, so that even if a large amount of hydrocarbon-based reducing agent is added, high NO x Purification rates cannot be achieved.
[0007]
Further, Patent Document 3 discloses an Ag-based NO x A selective reduction catalyst is proposed. According to Patent Document 3, this Ag-based NO x The selective reduction catalyst has a high paraffin selectivity and a high NO by adding a large amount of a hydrocarbon reducing agent. x It is said that a purification rate can be achieved. However, Ag-based NO described in Patent Document 3 x The selective reduction catalyst is NO x Since the purification temperature range is high, the activity is not sufficiently exhibited in the temperature range of diesel exhaust gas or the like.
[0008]
Therefore, in Patent Document 4 and Patent Document 5, high NO x Plasma Reactor and NO to Achieve Purification x A technique for combining with a selective reduction catalyst is described.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2909553
[Patent Document 2]
JP-A-6-31173
[Patent Document 3]
JP-A-5-31173
[Patent Document 4]
JP-A-6-335621 (full text)
[Patent Document 5]
JP 2001-182525 A (full text)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the plasma reactor and the NO x NO used even when combined with selective reduction catalyst x Due to the high purification temperature range of the selective reduction catalyst, NO x NO of selective reduction catalyst x At present, it is not possible to sufficiently exert the purifying ability.
Therefore, an object of the present invention is to provide a plasma reactor and a NO x High enough NO in combination with selective reduction catalyst x It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification system and an exhaust gas purification method having resolution.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that solves the above-mentioned problems is an exhaust gas purification system that discharges a gas obtained by purifying exhaust gas generated by combustion under an oxygen-excess atmosphere through an exhaust pipe,
From the exhaust pipe upstream of the exhaust gas, a plasma reactor, NO Two Adsorption catalyst part and NO x A selective reduction catalyst section, downstream of the plasma reactor and the NO Two The exhaust gas temperature is set to NO by the combustion reaction of the reducing agent upstream of the adsorption catalyst section. x NO constituting the selective reduction catalyst section x It is characterized by having a heat-up catalyst section for raising the operating temperature of the selective reduction catalyst (claim 1).
With this configuration, it is possible to efficiently purify the exhaust gas in a wide exhaust gas temperature range.
[0012]
The invention described in claim 2 is the exhaust gas purification system according to the present invention, wherein the NO x It is characterized by having a reducing agent adding means for adding a reducing agent to an exhaust pipe upstream of the selective reduction catalyst section.
With this configuration, the downstream NO x NO in the selective reduction catalyst section x It is possible to improve the purification rate.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the exhaust gas purifying system according to the present invention, there is provided a reducing agent adding means for adding a reducing agent upstream of the heat-up catalyst section.
With this configuration, it is easy to control the temperature downstream from the heat-up catalyst, and NO Two Desorption temperature and NO of adsorption catalyst x It becomes easy to raise the exhaust gas temperature to the operating temperature of the selective reduction catalyst.
[0014]
The invention described in claim 4 is the exhaust gas purification system according to the present invention, wherein the NO Two The adsorption catalyst unit is a NO carrier in which at least one metal element selected from the group consisting of an alkali metal, an alkaline earth metal, and a rare earth metal is supported on a porous carrier. Two It is characterized by being composed of an adsorption catalyst.
NO Two The adsorption catalyst has its NO Two Adsorption ability is well established. In the present invention, such NO. Two It is possible to suitably apply the adsorption catalyst.
[0015]
In the exhaust gas purifying system according to the present invention, the NO. x The selective reduction catalyst section is composed of a NO. x It is characterized by comprising a selective reduction catalyst.
NO with silver supported on porous carrier x The selective reduction catalyst has high NO x While having a purifying ability, it has a disadvantage that the operating temperature range is high. In the present invention, such high NO x It is possible to sufficiently exhibit the performance of a catalyst having a purifying ability.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, an exhaust gas from a vehicle engine that burns fuel in an oxygen-excess atmosphere is supplied to a plasma reactor from an engine side by a NO Two Adsorption catalyst part and NO x An exhaust gas purification method for purifying via a selective reduction catalyst unit,
Downstream of the plasma reactor and the NO Two The exhaust gas temperature is set to NO by the combustion reaction of hydrocarbon, carbon monoxide or a mixture thereof upstream of the adsorption catalyst section. x NO constituting the selective reduction catalyst section x It has a heat-up catalyst unit that raises the operating temperature of the selective reduction catalyst,
NO in exhaust gas in the plasma reactor x NO Two After oxidizing to NO Two NO at adsorption catalyst Two And adsorb the NO Two NO in the adsorption catalyst section Two Of adsorption by the engine speed and load x Calculated from the integrated emission amount, and the calculated NO Two If the amount of adsorption of NO has exceeded a predetermined value, the NO Two A reducing agent is added upstream of the adsorption catalyst section to increase the reducing agent concentration in the exhaust gas, and the NO x NO constituting the selective reduction catalyst section x While raising the exhaust gas temperature above the operating temperature of the selective reduction catalyst, the NO Two NO from adsorption catalyst Two Is discharged.
[0017]
With this configuration, NO x NO with high selectivity in the selective reduction catalyst section x Can be purified.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an exhaust gas purification system according to the present invention. First, an exhaust gas purification system according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the following description, a case in which the exhaust gas purification system according to the present invention is applied to a vehicle, a ship, and the like, and particularly a case in which the exhaust gas purification system is applied to a vehicle or a ship equipped with a diesel engine, will be mainly described. However, the present invention is not limited to such specific examples. Instead, the present invention is applied to an exhaust gas purification system for purifying various exhaust gases discharged by combustion in an oxygen-excess atmosphere.
[0019]
As shown in FIG. 1, an exhaust gas purification system 1 according to the present invention includes a pipe (P 1 ~ P Five ) Through the exhaust gas source side to the exhaust side (P 1 P from the side Five Side), at least one plasma reactor 2, heat-up catalyst unit 3, NO Two Adsorption catalyst unit 4 and NO x And a selective reduction catalyst section 5.
[0020]
(Plasma reactor)
The plasma reactor 2 includes NOx contained in the exhaust gas due to plasma generated by combustion in an oxygen-excess atmosphere such as a lean burn engine, a gasoline direct injection engine, or a diesel engine. x NO Two Oxidizes to In addition, it is also possible to oxidize PM (particulate matter) using the oxidizing ability.
[0021]
The plasma reactor 2 of the present invention is not particularly limited as long as it achieves the object of the present invention, but a corona discharge, a pulse discharge, and a barrier discharge type can be applied. x In consideration of the oxidizing ability of the above, a barrier discharge type is preferable. Although one plasma reactor 2 is arranged in FIG. 1, two or more plasma reactors 2 may be arranged (in series or in parallel) according to the type of exhaust gas, the form to be applied, and the like. It goes without saying that it is inside.
[0022]
(Heat-up catalyst section)
The heat-up catalyst unit 3 is disposed downstream of the plasma reactor 2 and x Is NO Two The temperature of the exhaust gas oxidized to x NO in selective reduction catalyst unit 5 x It consists of a heat-up catalyst that raises the temperature within the operating temperature range of the selective reduction catalyst. The heat-up catalyst referred to in the present invention means a catalyst that raises the temperature of exhaust gas by heat generated by a combustion reaction of hydrocarbon and carbon monoxide.
[0023]
The type, amount, and application type of the heat-up catalyst are appropriately selected in consideration of the type of the intended exhaust gas, the amount of hydrocarbons in the exhaust gas, the amount of carbon monoxide, and the like. It is not particularly limited. Examples of heat-up catalysts that can be used in the present invention include, for example, platinum or palladium-based catalysts, such as a platinum-supported alumina catalyst. Such a heat-up catalyst is arranged and arranged in a known manner, for example, in a honeycomb shape to form the heat-up catalyst section 3 of the present invention.
[0024]
In the present invention, the use of a heat-up catalyst as such a heating means also has an effect of suppressing consumption of electric power and the like when heating.
In the present invention, hydrocarbons are added in order to heat the exhaust gas with the heat-up catalyst. To provide hydrocarbons. The reducing agent adding means 6 can be generally constituted by a conventionally known injection mechanism into a pipe of an engine or a post injection.
[0025]
(NO Two Adsorption catalyst section)
NO Two The adsorption catalyst section 4 contains NO oxidized by the plasma reactor 2. Two It is composed of a catalyst for adsorbing. NO preferably used in the present invention Two As the adsorption catalyst, although not particularly limited, a catalyst in which one or more alkali metals, alkaline earth metals, or rare earth metals are supported on a porous body such as zeolite can be suitably used.
Note that NO Two NO constituting the adsorption catalyst unit 4 Two The amount of the adsorption catalyst can be appropriately selected according to the amount of the gas to be treated. That is, NO Two By determining the type and amount of the adsorption catalyst, NO Two NO in adsorption catalyst section 4 Two Is determined.
[0026]
In the present invention, NO Two NO constituting the adsorption catalyst unit 4 Two NO in adsorption catalyst Two By adding a reducing agent such as a hydrocarbon before the adsorption amount of NO is saturated, the exhaust gas temperature is raised by the heat-up catalyst, Two NO adsorbed on the adsorption catalyst Two And NO Two It is possible to revive the adsorption catalyst.
[0027]
(NO x Selective reduction catalyst section)
NO x The selective reduction catalyst unit 5 is provided for removing NO in exhaust gas. x To selectively reduce NO x Composed of a selective reduction catalyst, NO Two It has a function of finally purifying and discharging the exhaust gas from the adsorption catalyst section 4. NO x The selective reduction catalyst removes NO present in exhaust gas. x And has a predetermined operating temperature range according to the type of the catalyst. In the present invention, NO heated by the heat-up catalyst Two NO constituting the adsorption catalyst unit 4 Two NO of adsorption catalyst Two Exhaust gas having a temperature higher than the desorption temperature is NO Two After passing through the adsorption catalyst section 4, the downstream NO x It flows into the selective reduction catalyst section 5.
[0028]
Therefore, NO x NO constituting the selective reduction catalyst unit 5 x The selective reduction catalyst has high NO x It is desirable to use a catalyst having a purifying ability. The catalyst that can be suitably used in the present invention is not limited, and examples thereof include a catalyst in which Ag is supported on a carrier such as zeolite, for example, a catalyst described in JP-A-5-31173.
[0029]
With such a configuration, the exhaust gas purification system according to the present invention can efficiently purify exhaust gas generated by combustion in an oxygen-excess atmosphere such as combustion by a lean burn engine, a gasoline direct injection engine, or a diesel engine. It is possible.
[0030]
In the exhaust gas purification system according to the present invention, NO x It is preferable to include a reducing agent adding unit 6 ′ for adding a reducing agent to an exhaust pipe upstream of the selective reduction catalyst unit 5.
The reducing agent adding means 6 'increases the concentration of the reducing agent in the exhaust gas to reduce NO. x NO constituting the selective reduction catalyst unit 5 x Increase the selectivity of the selective reduction catalyst (ie, NO x It is arranged in the exhaust gas purification system according to the present invention for the purpose of (improving purification performance).
The reducing agent adding unit 6 ′ may be the same as the reducing agent adding unit 6, or may be provided separately from the reducing agent adding unit 6 (in FIG. 1, the reducing agent adding unit 6 and the reducing agent adding unit 6). Means 6 '). Generally, in order to simplify the structure, the reducing agent adding means 6 and 6 'are the same means, and it is preferable to change the adding position of the reducing agent by a valve or the like because the structure is simple.
[0031]
The reducing agent applicable to the exhaust gas purification system according to the present invention is not particularly limited, but a hydrocarbon used as a fuel of a combustion device to be treated is preferable. For example, when the exhaust gas purification system according to the present invention is an exhaust gas discharged from a diesel engine, it is preferable to use light oil used as fuel for the diesel engine as the reducing agent.
[0032]
NO x One embodiment of the present invention in which a reducing agent adding unit 6 ′ for adding a reducing agent upstream of the selective reduction catalyst unit 5 is provided separately from the reducing agent adding unit 6 for adding a reducing agent upstream of the heat-up catalyst unit 4. , The reducing agent adding means 6 ' Two Adsorption catalyst part 4 and NO x A suction pipe (not shown) for drawing a fuel as a reducing agent into an exhaust pipe between the selective reduction catalyst units 5 is provided. It is possible to adopt a configuration in which means are provided. When fuel is used as a reducing agent in this way, there is no need to develop a new reducing agent supply infrastructure, space can be saved, and simple improvements can be made to the fuel tank. preferable.
[0033]
NO x Another embodiment of the present invention in which a reducing agent adding means 6 'for adding a reducing agent upstream of the selective reducing catalyst section 5 is provided separately from a reducing agent adding means 6 for adding a reducing agent upstream of the heat-up catalyst section 3 In the embodiment, when a reducing agent other than fuel, for example, a lower hydrocarbon other than fuel is used as the reducing agent, for example, a reducing agent supply tank (not shown) Two Adsorption catalyst part 4 and NO x Spraying means for spraying a reducing agent to a predetermined position of the exhaust pipe between the selective reduction catalyst units 5. This configuration has the advantage that the reducing power of the reducing agent can be freely selected.
Of course, the combined use of fuel and other reducing agents is also within the scope of the present invention.
[0034]
As described above, the exhaust gas purification system according to the present invention uses the NO oxidized in the plasma reactor 2. Two NO Two Adsorbed by the adsorption catalyst unit 4 and NO Two NO in adsorption catalyst section 4 Two By increasing the exhaust gas temperature to the desorption temperature, NO Two NO adsorbed on the adsorption catalyst unit 4 Two Is discharged to the downstream NOx selective reduction catalyst unit 5, and the NOx is discharged at the operating temperature range of the NOx selective reduction catalyst constituting the NOx selective reduction catalyst unit 5. Two To purify. However, when an engine such as a diesel engine is used, the temperature of the exhaust gas is unlikely to rise. Two NO in the adsorption catalyst section 4 Two The exhaust gas temperature does not rise to the desorption temperature, and NO Two The adsorbing catalyst unit 4 is provided with the NO flowing from the plasma reactor 2. Two And the adsorption capacity may decrease. Further, since the exhaust gas temperature does not rise to the operating temperature of the NOx selective reduction catalyst in the NOx selective reduction catalyst section 5, NO Two NO in the exhaust gas flowing to the NOx selective reduction catalyst unit 5 without being adsorbed by the adsorption catalyst unit 4 Two Also pass through the NOx selective reduction catalyst section 5 without being purified.
[0035]
Therefore, in the exhaust gas purification system according to the present invention, NO x NO from integration of quantity Two NO adsorbed on the adsorption catalyst unit 4 Two Calculate the adsorption contact amount and set NO Two NO constituting the adsorption catalyst unit 4 Two By adding a reducing agent upstream of the heat-up catalyst unit 3 before the adsorption capacity of the adsorption catalyst decreases, the reducing agent is burned by the heat-up catalyst. This combustion heat reduces the exhaust gas temperature to NO. Two NO in adsorption catalyst section 4 Two It is possible to forcibly increase the temperature to the desorption temperature range and the operating temperature range of the NOx selective reduction catalyst in the NOx selective reduction catalyst unit 5.
The exhaust gas purification system according to the present invention having such a configuration and operation can be suitably applied to vehicles such as vehicles and ships having a combustion engine involving combustion under excess oxygen such as a diesel engine. .
[0036]
[Operation of exhaust gas purification system (exhaust gas purification method)]
The exhaust gas purifying system according to the present invention has been described above. Next, the operation of the exhaust gas purifying system according to the present invention will be described with reference to FIG. 2 together with the exhaust gas purifying method according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the exhaust gas purification system according to the present invention.
[0037]
First, the power of the plasma reactor 2 is turned on to turn off the NO in the exhaust gas. x NO Two Oxidized to NO Two NO Two The adsorption is performed by the adsorption catalyst section 4 (S1).
Then, NO Two NO in adsorption catalyst section 4 Two Is measured (S2). NO Two NO in adsorption catalyst section 4 Two The adsorption amount of NO Two NO constituting the adsorption catalyst section Two There is a maximum value (saturation amount) determined in advance by the type and amount of the adsorption catalyst. In the present invention, a predetermined value that does not exceed the saturation amount, for example, 90% of the saturation amount is determined as the threshold.
[0038]
Note that NO Two When the exhaust gas purification system according to the present invention is, for example, an engine of a vehicle or a ship, the adsorption amount of NO is first determined by the rotational speed and load of the engine. x Integrate the emissions. Engine speed, load and NO x The relationship with the emission amount is mapped in advance, and is obtained from the mapping value. NO x Emissions and NO Two Are proportional to each other (specifically, NO Two NO if the adsorption amount of x Emission amount = NO Two Adsorption amount), NO x NO from emissions Two Is determined.
[0039]
Then, NO Two It is determined whether or not the adsorption amount exceeds a predetermined amount (S3). Two If the adsorption amount of NO does not exceed the predetermined amount (No), the process returns to S1, and NO in the exhaust gas x NO Two Oxidized to NO Two NO Two Adsorption is performed by the adsorption catalyst unit 4.
On the other hand, NO Two If the adsorption amount exceeds a predetermined amount (Yes), a reducing agent is added upstream of the heat-up catalyst to increase the concentration of the reducing agent in the exhaust gas (S4). That is, the combustion reaction of the reducing agent by the heat-up catalyst in the heat-up catalyst unit 3 due to the addition of the fuel (reducing agent) causes the NO. Two NO constituting the adsorption catalyst unit 4 Two NO of adsorption catalyst Two Above the release temperature and NO x NO constituting the selective reduction catalyst unit 5 x The temperature of the exhaust gas is raised above the operating temperature of the selective reduction catalyst.
[0040]
And NO x In order to promote the action of the selective reduction catalyst, NO x It is preferable to add a reducing agent upstream of the selective reduction catalyst section 5 (S5: not shown).
In this way, the temperature of the exhaust gas becomes NO x NO of selective reduction catalyst unit 5 x Exhaust gas that has risen above the operating temperature of the selective reduction catalyst and to which a reducing agent has been added to promote the reaction is NO x Purification is performed efficiently by the selective reduction catalyst unit 5.
[0041]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples.
[Plasma reactor]
In the following Examples and Comparative Examples, the experimental plasma reactor 20 shown in FIG. 3 was used. That is, the experimental plasma reactor 20 has a configuration in which the electrode 22 on one side of the metal electrodes 21 and 22 facing each other is covered with the dielectric 22a, and plasma is generated between the dielectric and the metal electrode 21 on the other side. . The metal used for the metal electrodes 21 and 22 was SUS316 (thickness: 1.0 mm), and alumina (Al) was used for the dielectric 22a. Two O Three ) Ceramic (thickness: 0.5 mm) was used. The electrode size was 20 × 50 mm, and the thickness of the plasma space was 0.5 mm. In the experimental plasma reactor 20, the electrodes were stacked so that five layers of plasma space were generated, and the metal electrodes 22 were alternately set to the high electrode 21 and the ground electrode 22 and connected in parallel.
[0042]
The plasma generation conditions of the experimental plasma reactor 20 thus configured are as follows.
An AC sine wave of 200 MHz and an applied voltage of 7.6 V were input to the experimental plasma reactor 20. The power at this time was set to 3.1 W, the electric field strength was set to 7.6 kV / mm, and the power density was set to 1.2 W / cm. Three And
[0043]
Preparation of heat-up catalyst (1):
80 g of dinitrodiammineplatinum / nitric acid solution (platinum: 5% by mass), 96 g of Na-Y type zeolite, and 1000 g of pure water are put in an eggplant-shaped flask. C. for 2 hours and in a muffle furnace at 600.degree. C. for 2 hours to obtain a platinum-supported Na-Y type zeolite powder.
90 g of the obtained powder, Si binder (SiO Two (Concentration: 20%) 50 g, water 150 g and alumina balls were placed in a pot, and wet-pulverized for 12 hours to prepare a catalyst slurry.
The obtained catalyst slurry has a honeycomb volume of 30 cc and 400 cells / inch. Two (2.54cm Two ), A 6 mil cordierite honeycomb support was immersed, then the honeycomb support was taken out of the slurry, the excess was removed by air spraying, and the honeycomb support was fired at 150 ° C for 1 hour. This operation was repeated until a predetermined amount of supported catalyst was obtained. The honeycomb supporting a predetermined amount of the catalyst was fired in a muffle furnace at 500 ° C. for 2 hours to obtain a Pt-supported γ-alumina catalyst (catalyst 1). The washcoat amount of this catalyst was 100 g / L. The Pt carrying amount was 3.6 g / L.
[0044]
NO Two Preparation of adsorption catalyst
90 g of Na-Y type zeolite, Si binder (SiO Two (Concentration: 20%) 50 g, water 150 g and alumina balls were placed in a pot, and wet-pulverized for 12 hours to prepare a catalyst slurry.
The obtained catalyst slurry has a honeycomb volume of 30 cc and 400 cells / inch. Two (2.54cm Two ), A 6 mil cordierite honeycomb support was immersed, then the honeycomb support was taken out of the slurry, the excess was removed by air spraying, and the honeycomb support was fired at 150 ° C for 1 hour. This operation was repeated until a predetermined amount of supported catalyst was obtained. The honeycomb supporting a predetermined amount of the catalyst was calcined in a muffle furnace at 400 ° C. for 12 hours to obtain a Na—Y type zeolite catalyst (catalyst 2). The washcoat amount of this catalyst was 100 g / L.
[0045]
NO Two Preparation of selective reduction catalyst
4.72 g of silver nitrate, 713.4 g of aluminum nitrate, 608.2 g of citric acid hydrate and 1000 g of pure water are put in an eggplant-shaped flask, excess water is removed by a rotary evaporator, and the mixture is dried at 200 ° C. in a drying furnace. It was calcined at 600 ° C. for 2 hours in a muffle furnace for 2 hours to obtain a silver-supported alumina powder.
90 g of the obtained powder, Si binder (SiO Two (Concentration: 20%) 50 g, water 150 g and alumina balls were placed in a pot, and wet-pulverized for 12 hours to prepare a catalyst slurry.
The obtained catalyst slurry has a honeycomb volume of 30 cc and 400 cells / inch. Two (2.54cm Two ), A 6 mil cordierite honeycomb support was immersed, then the honeycomb support was taken out of the slurry, the excess was removed by air spraying, and the honeycomb support was fired at 150 ° C for 1 hour. This operation was repeated until a predetermined amount of supported catalyst was obtained. The honeycomb supporting a predetermined amount of the catalyst was fired in a muffle furnace at 500 ° C. for 2 hours to obtain an Ag-supported alumina catalyst (catalyst 3). The washcoat amount of this catalyst was 100 g / L, and the Ag loading was 3 g / L.
[0046]
(Example 1 and Comparative Example 1)
The catalyst obtained in this manner was converted to 100 ppm of NO and HC (C Ten H twenty two ) 600 ppm (carbon equivalent), CO1100 ppm, CO Two 4%, O Two 15%, H Two O4% and balance N Two 4A and 4B using a model gas composed of x The purification rate was examined. FIG. 5 shows the results.
[0047]
4A is a schematic diagram illustrating a configuration of an exhaust gas treatment system according to one embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a configuration of an exhaust gas treatment system according to a comparative example. is there. In addition, the catalyst inlet temperature and the NO x It is a graph which shows the relationship of a purification rate.
[0048]
The exhaust gas purification system shown in FIG. 4A heats an exhaust gas generated when a model gas is burned in a heating furnace at a predetermined temperature in an experimental plasma reactor 20, and heats up a catalyst (catalyst 1), NO Two Adsorption catalyst (catalyst 2) and NO x This is an exhaust gas purification system of the present invention for purifying exhaust gas by a selective reduction catalyst (catalyst 3). Note that NO Two Adsorption catalyst (catalyst 2) and NO x Between the selective reduction catalyst (catalyst 3), a reducing agent adding means for adding a predetermined amount of hydrocarbon as a reducing agent is provided.
[0049]
The exhaust gas purification system shown in FIG. 4 (b) heats the exhaust gas generated when the model gas is burned at a predetermined temperature in a heating furnace in the experimental plasma reactor 20 and emits NO gas without using a heat-up catalyst. Two Adsorption catalyst (catalyst 2) and NO x This is an exhaust gas purification system of the present invention for purifying exhaust gas by a selective reduction catalyst (catalyst 3). Note that NO Two Adsorption catalyst (catalyst 2) and NO x Between the selective reduction catalyst (catalyst 3), a reducing agent adding means for adding a predetermined amount of hydrocarbon as a reducing agent is provided.
[0050]
As shown in FIG. 5, the exhaust gas purification system of the present invention shown in FIG. x Indicates the purification rate. On the other hand, in the exhaust gas purification system of the comparative example shown in FIG. 4B, the purification rate is reduced at around 200 ° C. compared to the exhaust gas purification system shown in FIG. 4A.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following excellent effects.
According to the first aspect, the exhaust gas can be efficiently purified in a wide range of the exhaust gas temperature range.
According to claim 2, NO in the downstream x NO in the selective reduction catalyst section x It is possible to improve the purification rate.
According to the third aspect, it is easy to control the temperature downstream from the heat-up catalyst. Two Desorption temperature and NO of adsorption catalyst x It becomes easy to raise the exhaust gas temperature to the operating temperature of the selective reduction catalyst.
According to claim 4, NO carrying an alkali metal, an alkaline earth metal and a rare earth metal element Two The adsorption catalyst has its NO Two Adsorption ability is well established. In the present invention, such NO. Two It is possible to suitably apply the adsorption catalyst.
According to claim 5, NO supported on a porous carrier with silver x The selective reduction catalyst has high NO x While having the purifying ability, it has a disadvantage that the operating temperature range is high, but in the present invention, such high NO x It is possible to sufficiently exhibit the performance of a catalyst having a purifying ability.
According to claim 6, NO x NO with high selectivity in the selective reduction catalyst section x Can be purified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an exhaust gas purification system according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the exhaust gas purification system according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing an experimental plasma reactor used in an example of the present invention.
FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a configuration of an exhaust gas treatment system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a configuration of an exhaust gas treatment system according to a comparative example. FIG.
FIG. 5 shows catalyst inlet temperature and NO using the present invention and a comparative exhaust gas treatment system. x It is a graph which shows the relationship of a purification rate.
[Explanation of symbols]
1 Exhaust gas purification system
2 Plasma reactor
3 Heat-up catalyst section
4 NO Two Adsorption catalyst section
5 NO x Selective reduction catalyst section
6,6 'means for adding reducing agent

Claims (6)

酸素過剰雰囲気下での燃焼により生じた排ガスを排気管を介して浄化したガスを排出する排ガス浄化システムであって、
前記排ガスの排気管上流から、プラズマリアクタ、NO2吸着触媒部およびNOx選択還元触媒部を具備し、
前記プラズマリアクタの下流かつ前記NO2吸着触媒部の上流に、還元剤の燃焼反応により排ガス温度を、NOx選択還元触媒部を構成するNOx選択還元触媒の作動温度まで上昇させるヒートアップ触媒部を有することを特徴とする排ガス浄化システム。
An exhaust gas purification system that exhausts gas obtained by purifying exhaust gas generated by combustion in an oxygen-excess atmosphere through an exhaust pipe,
From the exhaust pipe upstream of the exhaust gas, comprising a plasma reactor, NO 2 adsorptive catalyst unit and the NO x selective reduction catalyst unit,
Upstream of the downstream and the NO 2 adsorptive catalyst unit of the plasma reactor, the exhaust gas temperature by the combustion reaction of the reducing agent, the heat-up catalyst portion is raised to the operating temperature of the NO x selective reduction catalyst constituting the the NO x selective reduction catalyst unit An exhaust gas purification system comprising:
前記NOx選択還元触媒部の上流の排気管に還元剤を添加する還元剤添加手段を有することを特徴とする請求項1に記載の排ガス浄化システム。The exhaust gas purification system according to claim 1, further comprising a reducing agent adding unit that adds a reducing agent to an exhaust pipe upstream of the NO x selective reduction catalyst unit. 前記ヒートアップ触媒部の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排ガス浄化システム。3. The exhaust gas purification system according to claim 1, further comprising a reducing agent adding unit that adds a reducing agent upstream of the heat-up catalyst unit. 4. 前記NO2吸着触媒部は、多孔質担体にアルカリ金属、アルカリ土類金属および希土類金属からなる群から選択された少なくとも1種の金属元素を担持したNO2吸着触媒から構成されていることを特徴とする請求項1からは請求項3のいずれか1項に記載の排ガス浄化システム。The NO 2 adsorptive catalyst unit, characterized by being composed of a porous carrier in the alkali metal, at least one NO 2 adsorptive catalyst carrying a metal element selected from the group consisting of alkaline earth metals and rare earth metals The exhaust gas purification system according to any one of Claims 1 to 3. 前記NOx選択還元触媒部は、多孔質担体に銀を担持したNOx選択還元触媒から構成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の排ガス浄化システム。Wherein the NO x selective reduction catalyst unit, an exhaust gas purifying system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is composed of the NO x selective reduction catalyst supported silver on a porous support . 酸素過剰雰囲気下で燃料を燃焼させる乗物用エンジンからの排ガスを、エンジン側からプラズマリアクタ、NO2吸着触媒部およびNOx選択還元触媒部を介し浄化する排ガス浄化方法であって、
前記プラズマリアクタの下流かつ前記NO2吸着触媒部の上流に、炭化水素、一酸化炭素またはこれらの混合物の燃焼反応により排ガス温度をNOx選択還元触媒部を構成するNOx選択還元触媒の作動温度まで上昇させるヒートアップ触媒部を有しており、
前記プラズマリアクタで排ガス中のNOxをNO2に酸化した後に、前記NO2吸着触媒部でNO2を吸着し、
前記NO2吸着触媒部におけるNO2の吸着量をエンジンの回転速度と負荷によるNOx排出量の積算から算出し、
前記算出したNO2の吸着量が所定値以上となった場合、前記NO2吸着触媒部の上流で還元剤を添加して前記排ガス中の還元剤濃度を高くし、前記NOx選択還元触媒部を構成するNOx選択還元触媒の作動温度以上に排ガス温度を上昇させながら、前記NO2吸着触媒部からNO2を排出させる
ことを特徴とする排ガスの浄化方法。
The exhaust gas from the vehicle engine to burn the fuel in an oxygen-rich atmosphere, a plasma reactor, NO 2 adsorptive catalyst unit and NO x exhaust gas purification method for purifying through the selective reduction catalyst unit from the engine side,
Upstream of the downstream and the NO 2 adsorptive catalyst unit of the plasma reactor, hydrocarbons, carbon monoxide or the operating temperature of the NO x selective reduction catalyst the exhaust gas temperature by the combustion reaction of these mixtures constitute a the NO x selective reduction catalyst unit It has a heat-up catalyst part to raise up to
After oxidizing the NO x in the exhaust gas to NO 2 by the plasma reactor, adsorbs NO 2 in the NO 2 adsorptive catalyst unit,
The NO 2 adsorption amount in the NO 2 adsorption catalyst section is calculated from the integration of the NO x emission amount due to the engine speed and load,
When the calculated adsorption amount of NO 2 is equal to or more than a predetermined value, a reducing agent is added upstream of the NO 2 adsorption catalyst unit to increase the concentration of the reducing agent in the exhaust gas, and the NO x selective reduction catalyst unit while raising the exhaust gas temperature above NO x operating temperature of the selective reduction catalyst constituting the purification method of the exhaust gas, characterized in that discharging the NO 2 from the NO 2 adsorptive catalyst unit.
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