JP2004305841A

JP2004305841A - ＮＯｘ浄化システム

Info

Publication number: JP2004305841A
Application number: JP2003100486A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Nakanishi; 義幸中西; Keizo Iwama; 恵三岩間; Shinya Ishimaru; 真也石丸; Kenji Dousaka; 健児堂坂
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】ＮＯｘ浄化システムの触媒担体であるゼオライトにおいて，ＨＣの吸着に伴うコーキングの発生を抑制する。
【解決手段】ＮＯｘ浄化システム１は，ＮＯｘ排出源２の排気管３に，そのＮＯｘ排出源２側から順次，ＨＣ添加装置５と，プラズマリアクタ６と，ＮＯｘ選択還元触媒を有する浄化装置７とを配設したもので，酸素過剰雰囲気下にて排ガス中のＮＯｘを浄化するようになっている。浄化装置７は，プラズマリアクタ６を経た排ガスを導入される第１浄化部９と，その第１浄化部９を経た排ガスを導入される第２浄化部１０とを有する。第１浄化部は，アルミナにＡｇを担持させた触媒Ａｇ／Ａｌ_２Ｏ_３を備え，第２浄化部１０はゼオライトにＡｇを担持させた触媒Ａｇ／ゼオライトを備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，ＮＯｘ排出源，例えばリーンバーンエンジン，ガソリン直噴エンジン，ディーゼルエンジン等から排出される排ガス中のＮＯｘを，酸素過剰雰囲気下にて浄化するためのＮＯｘ浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，この種のＮＯｘ浄化システムとしては，ディーゼルエンジンの排気管に，そのＮＯｘ排出源側から順次，ＨＣ添加装置と，プラズマリアクタと，ＮＯｘ選択還元触媒を有する浄化装置とを配設して，酸素過剰雰囲気下にて排ガス中のＮＯｘを浄化するようにしたＮＯｘ浄化システムが知られている。ＨＣ添加装置は，ディーゼルエンジンの排ガス中にＨＣ量が少ないことから，その排ガスにＨＣを還元剤として添加するものであり，また浄化装置においてはゼオライトにＣｕ，Ｃｏ等の活性成分を担持させた触媒が用いられている（例えば，特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−９９０３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように担体としてゼオライトを用いると，活性成分の酸化性能とゼオライトの酸点による酸化性能とにより，還元剤であるＨＣを部分的に酸化して還元性の強い活性ＣＨＯを生成し，その活性ＣＨＯによってＮＯｘを還元浄化することができるもので，これは排ガス温度が低くても生じることから，ディーゼルエンジンの排ガス処理に適している。
【０００５】
しかしながらゼオライトにおいてはＨＣの部分的酸化よりもＨＣの吸着が先行し易く，またＨＣはその反応性を考慮して比較的多目に添加されることから，ゼオライトのＨＣ吸着量が嵩み，その吸着されたＨＣが排ガス温度が低い場合には離脱せず，その結果，コーキングが生じてＮＯｘ浄化率の低下を招くおそれがある，という問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は，ゼオライトを担体として用いた場合において，そのゼオライトにおけるコーキングの発生を抑制して高いＮＯｘ浄化率を長期に亘り維持し得るようにした前記ＮＯｘ浄化システムを提供することを目的とする。
【０００７】
前記目的を達成するため本発明によれば，ＮＯｘ排出源の排気管に，そのＮＯｘ排出源側から順次，ＨＣ添加装置と，プラズマリアクタと，ＮＯｘ選択還元触媒を有する浄化装置とを配設して，酸素過剰雰囲気下にて排ガス中のＮＯｘを浄化するようにしたシステムにおいて，前記浄化装置は，前記プラズマリアクタを経た排ガスを導入される第１浄化部と，その第１浄化部を経た排ガスを導入される第２浄化部とを有し，前記第１浄化部は，アルミナにＡｇを担持させた触媒Ａｇ／Ａｌ_２Ｏ_３を備え，前記第２浄化部はゼオライトにＡｇを担持させた触媒Ａｇ／ゼオライトを備えているＮＯｘ浄化システムが提供される。
【０００８】
前記のように構成すると，第１浄化部に設置された触媒Ａｇ／Ａｌ_２Ｏ_３により還元剤であるＨＣが酸化されて，その減少が図られるので，その減少量に応じてゼオライトにおけるＨＣ吸着量が少なくなり，これによりゼオライトにおけるコーキングを抑制することができる。一方，第２浄化部においては所定量のＨＣを得て，触媒Ａｇ／ゼオライトの性能，つまりＡｇの酸化性能とゼオライトの酸点による酸化性能とにより，還元剤であるＨＣを部分的に酸化して還元性の強い活性ＣＨＯを生成し，その活性ＣＨＯによってＮＯｘが還元浄化される。この場合のＮＯｘ浄化率は前記コーキングの抑制に伴い高く，且つ長期に亘り維持される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示すＮＯｘ浄化システム１において，ディーゼルエンジン等のＮＯｘ排出源２の排気管３に，そのＮＯｘ排出源２側から順次，加熱炉４と，ＨＣ添加装置５と，プラズマリアクタ６と，ＮＯｘ選択還元触媒を有する浄化装置７とが配設され，その浄化装置７からの排ガスは分析計８に導入される。浄化装置７は，プラズマリアクタ６を経て活性化された排ガスを導入される第１浄化部９と，その第１浄化部９を経た排ガスを導入される第２浄化部１０とを有する。第１浄化部９は，アルミナにＡｇを担持させた触媒Ａｇ／Ａｌ_２Ｏ_３を備え，第２浄化部１０はゼオライトにＡｇを担持させた触媒Ａｇ／ゼオライトを備えている。触媒Ａｇ／Ａｌ_２Ｏ_３および触媒Ａｇ／ゼオライトにおけるＡｇ担持量はそれぞれ２ｗｔ％≦Ａｇ≦５ｗｔ％に設定される。ただし，Ａｇ担持量がＡｇ＜２ｗｔ％ではＡｇを担持させる意義が失われ，一方，Ａｇ＞５ｗｔ％では，ＮＯｘの還元剤であるＨＣの酸化が優先して行われるため，ＨＣ量が減少してＮＯｘの浄化性能が低下する。ゼオライトとしてはフェリエライト型，ＭＦＩ型，β型，Ｙ型等が用いられる。
【００１０】
図２において，プラズマリアクタ６は，複数，実施例では板状をなす金属製第１〜第６電極１４_１〜１４_６を備え，それら第１〜第６電極１４_１〜１４_６は排気ガス流通方向Ａと平行に，且つ相隣る両電極１４_１，１４_２；１４_２，１４_３；１４_３，１４_４；１４_４，１４_５；１４_５，１４_６が相対向するようにハウジング１５（図１参照）内に設置される。一端側に存する第１電極１４_１の第２電極１４_２との対向面は被覆無しの金属面であるが，第２電極１４_２の第１電極１４_１との対向面はその全体を誘電体１６により覆われている。この第１，第２電極１４_１，１４_２における対向面の構成関係は，第２，第３電極１４_２，１４_３；第３，第４電極１４_３，１４_４；第４，第５電極１４_４，１４_５；および第５，第６電極１４_５，１４_６について同じである。そして，第１，第３，第５電極１４_１，１４_３，１４_５がリード線１７を介し電源１８に接続され，一方，第２，第４，第６電極１４_２，１４_４，１４_６がリード線１９を介して接地される。
【００１１】
このように構成すると，電圧印加時に各誘電体１６の表面全体が一様に荷電されるため，各誘電体１６およびそれと対向する他方の電極１４_１〜１４_５間の空間全体がプラズマ空間Ｐｐとなる，つまり第１，第２電極１４_１，１４_２間，第２，第３電極１４_２，１４_３間，第３，第４電極１４_３，１４_４間，第４，第５電極１４_４，１４_５間および第５，第６電極１４_５，１４_６間にそれぞれ相対向する両電極により規定されたプラズマ空間Ｐｐが形成される。
【００１２】
第１〜第６電極１４_１〜１４_６はステンレス鋼（例えば，ＪＩＳＳＵＳ３１６）より構成され，その寸法は縦２０ｍｍ，横５０ｍｍ，厚さ１．０ｍｍであって，その横辺が排気ガス流通方向Ａに沿っている。各誘電体１６は厚さ０．５ｍｍのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）層よりなり，そのアルミナ層は機械的押付けにより第２〜第６電極１４_２〜１４_６に接合されている。この接合には接着剤による接着，溶射等も適用される。また各プラズマ空間Ｐｐのギャップｇ，つまり相隣る，電極１４_１〜１４_５と誘電体１６との間の距離は０．５ｍｍである。
【００１３】
（１）第１浄化部９の製造
４．７２ｇの硝酸銀（銀量：３ｇ）と，９７ｇのγ−アルミナと，１０００ｇの純水をナス型フラスコに入れ，次いでロータリエバポレータを用いてフラスコ中の余分な水分を除去し，その後，乾燥炉を用いた１５０℃，１時間の乾燥，それに次ぐマッフル炉を用いた５００℃，２時間の焼成を経て，アルミナにＡｇを担持させた粉末状触媒Ａｇ／Ａｌ_２Ｏ_３を得た。この触媒におけるＡｇ担持量はＡｇ≒３ｗｔ％であった。
【００１４】
９０ｇの粉末状触媒Ａｇ／Ａｌ_２Ｏ_３と，５０ｇのアルミナバインダ（Ａｌ_２Ｏ_３濃度：２０ｗｔ％）と，１５０ｇの水と，８０個の直径５ｍｍのアルミナボールをポットに入れ，ボールミルにて次いで１２時間の湿式粉砕を行ってスラリを得た。
【００１５】
スラリに，ハニカム体積３０ｃｃ，４００セル／ｉｎ^２，６ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬し，次いで，そのハニカム支持体をスラリから取出して，過剰分をエア噴射により除去し，その後，ハニカム支持体に１５０℃，１時間の加熱処理を施した。この浸漬，過剰分の除去および加熱を４回繰返して行い，次いでマッフル炉を用い，５００℃，２時間の焼成を行ってウオッシュコートを得た。このウオッシュコート量は１００ｇ／Ｌであり，またウオッシュコートにおける銀量は約３ｇ／Ｌであった。
【００１６】
（２）第２浄化部１０の製造
３．１５ｇの硝酸銀（銀量：２ｇ）と，９８ｇのβ−ゼオライト（ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比２５）と，１０００ｇの純水をナス型フラスコに入れ，次いでロータリエバポレータを用いてフラスコ中の余分な水分を除去し，その後，乾燥炉を用いた１５０℃，１時間の乾燥，それに次ぐマッフル炉を用いた４００℃，１２時間の焼成を経て，β型ゼオライトにＡｇを担持させた粉末状触媒Ａｇ／ゼオライトを得た。この触媒におけるＡｇ担持量はＡｇ≒２ｗｔ％であった。
【００１７】
９０ｇの粉末状触媒Ａｇ／ゼオライトと，５０ｇのシリカバインダ（ＳｉＯ_２濃度：２０ｗｔ％）と，１５０ｇの水と，８０個の直径５ｍｍのアルミナボールをポットに入れ，ボールミルにて１２時間の湿式粉砕を行ってスラリを得た。
【００１８】
スラリに，ハニカム体積３０ｃｃ，４００セル／ｉｎ^２，６ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬し，次いで，そのハニカム支持体をスラリから取出して，過剰分をエア噴射により除去し，その後，ハニカム支持体に１５０℃，１時間の加熱処理を施した。この浸漬，過剰分の除去および加熱を４回繰返して行い，次いでマッフル炉を用い，４００℃，１２時間の焼成を行ってウオッシュコートを得た。このウオッシュコート量は１００ｇ／Ｌであり，またウオッシュコートにおける銀量は約２ｇ／Ｌであった。
【００１９】
（３）ＮＯｘ浄化テスト
第１，第２浄化部９，１０を有する浄化装置７を構成した。またディーゼルエンジンの排ガスを想定して，次のようなモデルガスを調製した。モデルガス：ＮＯ１００ｐｐｍ；ＨＣ（Ｃ_１６Ｈ_３４）２０００ｐｐｍ；ＣＯ１１００ｐｐｍ；ＣＯ_２４ｗｔ％；Ｏ_２１５ｗｔ％；Ｈ_２Ｏ４ｗｔ％；Ｎ_２残部．
ＮＯｘ排出源２としてのモデルガス供給源よりモデルガスを排気管３に２５Ｌ／ｍｉｎといった条件で流し，またＨＣ添加装置５から還元剤としてのヘキサデカン（Ｃ_１６Ｈ_３４）を２０００ｐｐｍＣといった条件で添加し，さらに加熱炉４によりモデルガスを加熱し，さらにまたプラズマリアクタ６を，正弦波交流，周波数２００Ｈｚ，電圧７．６ｋＶｐ−ｐ，電力３．１Ｗ，電界の強さ７．６ｋＶ／ｍｍ，電力密度１．２Ｗ／ｃｍ^３の電気入力条件で作動させ，第２浄化部１０から排出された排ガスを分析計８により分析し，触媒温度（触媒Ａｇ／Ａｌ_２Ｏ_３と触媒Ａｇ／ゼオライトの温度は同一とする）とＮＯｘ浄化率との関係を求めたところ，図３，線（ａ）の結果を得た。図３，線（ａ）より，第１，第２浄化部９，１０を備えた浄化装置７は優れたＮＯｘ浄化性能を有することが判る。この場合，触媒温度約２４４℃に最大ＮＯｘ浄化率が存する。
【００２０】
また，比較のため第２浄化器１０のみを用いて，前記同様の条件でＮＯｘ浄化化テストを行ったところ，図３，線（ｂ）の結果を得た。図３，線（ｂ）より，比較例においては，ゼオライトによるヘキサデカンの吸着に起因してＮＯｘ浄化性能が著しく低いことが判る。
【００２１】
なお，ハニカム支持体の複数のセルにおいて，触媒Ａｇ／ゼオライトを備えた第２浄化部１０が下側に，触媒Ａｇ／Ａｌ_２Ｏ_３を備えた第１浄化部９が上側にそれぞれ位置するように，両浄化部９，１０を二層構造に構成することも可能である。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば，前記のように構成することにより，ゼオライトを担体として用いた場合において，そのゼオライトにおけるコーキングの発生を抑制して高いＮＯｘ浄化率を長期に亘り維持し得るようにしたＮＯｘ浄化システムを提供することができる。
【００２３】
請求項２記載の発明によればＮＯｘの浄化を効率良く行うことが可能なＮＯｘ浄化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＮＯｘ浄化システムの説明図である。
【図２】プラズマリアクタの説明図である。
【図３】触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１………ＮＯｘ浄化システム
２………ＮＯｘ排出源
３………排気管
４………加熱炉
５………ＨＣ添加装置
６………プラズマリアクタ
７………浄化装置
８………分析計
９………第１浄化部
１０……第２浄化部

Claims

ＮＯｘ排出源（２）の排気管（３）に，そのＮＯｘ排出源側から順次，ＨＣ添加装置（５）と，プラズマリアクタ（６）と，ＮＯｘ選択還元触媒を有する浄化装置（７）とを配設して，酸素過剰雰囲気下にて排ガス中のＮＯｘを浄化するようにしたＮＯｘ浄化システムにおいて，前記浄化装置（７）は，前記プラズマリアクタ（６）を経た排ガスを導入される第１浄化部（９）と，その第１浄化部（９）を経た排ガスを導入される第２浄化部（１０）とを有し，前記第１浄化部（９）は，アルミナにＡｇを担持させた触媒Ａｇ／Ａｌ_２Ｏ_３を備え，前記第２浄化部（１０）はゼオライトにＡｇを担持させた触媒Ａｇ／ゼオライトを備えていることを特徴とするＮＯｘ浄化システム。
前記触媒Ａｇ／Ａｌ_２Ｏ_３および触媒Ａｇ／ゼオライトにおけるＡｇ担持量がそれぞれ２ｗｔ％≦Ａｇ≦５ｗｔ％である，請求項１記載のＮＯｘ浄化システム。