JP2005007259A

JP2005007259A - 酸化触媒担持ディーゼルパティキュレートフィルタの製法

Info

Publication number: JP2005007259A
Application number: JP2003173017A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Fujisawa; 雅敏藤澤; Yasuyoshi Kato; 泰良加藤
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】高い捕集率でＰＭを除去可能な緻密質なＤＰＦの触媒化を簡単な操作で効率よく行うことができる酸化触媒担持ＤＰＦの製造方法を提供する。
【解決手段】ガス流路の入口開孔端から流入した排ガスを酸化触媒成分を担持した多孔質隔壁からなる濾材の細孔を経て隣接するガス流路に導入し、該隣接ガス流路の出口開孔端から流出させる酸化触媒担持ディーゼルパティキュレートフィルタの製法であって、前記濾材を触媒スラリ中に含浸、液切りした後、排ガスの流れ方向の上流側となる濾過面から濾材に熱風を通気させて乾燥することを特徴とする酸化触媒担持ディーゼルパティキュレートフィルタの製法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル排ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を除去するためのフィルタの製法に係り、特に重油などの灰分や硫黄分の多い燃料を使用した場合に用いる酸化触媒担持ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル排ガスの浄化方法については多くの研究がなされているが、特に、排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を効率よく除去するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦともいう）を用いる技術が開発されている。
【０００３】
ＤＰＦは、ハニカム状の多孔質隔壁で形成された多数のガス流路の入口開孔端から流入した排ガスを、隔壁の細孔を通過させて隣接するガス流路に導入し、ガス中のＰＭを除去した後、該隣接ガス流路の出口開孔端から流出させるものである。ここで入口開孔端および出口開孔端を有するガス流路の他の開孔端部は栓詰めされている。
【０００４】
ＤＰＦを用いたガス浄化方法として、ＤＰＦに酸化触媒を担持し、コンパクトな１つの装置で下記（１）式および（２）式の反応を同時に行う技術、および浄化効率を上げるために、触媒スラリの浸漬時間を調整することにより、排ガス入口である上流側に下流側に較べて触媒物質を多く分布させた排ガス浄化方法が開示されている（特許文献１）。
【０００５】
ＮＯ＋１／２Ｏ_２→ ＮＯ_２ … （１）
Ｃ＋２ＮＯ_２ → ＣＯ_２＋２ＮＯ … （２）
また、関連技術としてＤＰＦに酸化触媒を担持し、捕集したＰＭを酸化燃焼させて再生する技術（特開昭６０−２３５６２０号公報）や、再生温度の低温化、圧力損失の増加防止、ＳＯ_２の酸化防止、ＮＯｘの吸脱着やフィルタの損傷防止を目的とした触媒の担持技術（特開２００２−３３９７２８号公報、特開昭６１−１４９２２１号公報、特開平０７−３３２０６５号公報など）が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２０７８３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の技術の多くは多孔質なＤＰＦのフィルタによるものであり、捕集したＰＭは酸化分解され、細孔径より微粒子化されたものはそのまま排出される。このため、重油などの灰分や硫黄分が多い燃料を用いた場合、排出されるＰＭの絶対量が多くなるので、今後の規制強化に対してさらに対応する必要がある。
【０００８】
一方で、濾材のガス流れに対して上流となる表面での濾過を特徴とした緻密なＤＰＦの場合、捕集したＰＭは逆洗により回収除去されるため環境面では優れている反面、重油などの燃料においてはＤＰＦで捕集されるＰＭ量は増加し、回収除去のための逆洗回数も増加することが問題となる。この問題に対して、ＤＰＦを触媒化することによりＰＭを燃焼させることで蓄積するＰＭ量を低減し、逆洗回数も減少可能と考えられるが、触媒によるＰＭの酸化分解は濾過面での接触反応となるため、効率よく接触酸化を行うことが課題とされる。
【０００９】
これには、上記した緻密なＤＰＦの触媒化において、触媒スラリにより担持することで触媒成分が濾過され、ＰＭとの接触面に高活性な触媒を担持することで可能となるが、逆洗による触媒の剥離が懸念される。
また特許文献１のように触媒の担持において、触媒スラリの浸漬時間を調整して排ガス入口側の触媒濃度を出口側より高める方法は、浸漬操作や浸漬時間の調整が厄介であるという問題がある。
【００１０】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消し、高い捕集率でＰＭを除去可能な緻密質なＤＰＦの触媒化を簡単な操作で効率よく行うことができる酸化触媒担持ＤＰＦの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
（１）ガス流路の入口開孔端から流入した排ガスを酸化触媒成分を担持した多孔質隔壁からなる濾材の細孔を経て隣接するガス流路に導入し、該隣接ガス流路の出口開孔端から流出させる酸化触媒担持ディーゼルパティキュレートフィルタの製法であって、前記濾材を触媒スラリ中に含浸、液切りした後、排ガスの流れ方向の上流側となる濾過面から濾材に熱風を通気させて乾燥することを特徴とする酸化触媒担持ディーゼルパティキュレートフィルタの製法。
【００１２】
（２）前記触媒スラリの第１成分として、チタニア、アルミナ、セリア及びシリカのなかから選ばれた１つ以上の酸化物のゾルまたは溶液を用い、次いで第２成分としてＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＲｈから選ばれた１つ以上の貴金属成分を含む液を用いることを特徴とする（１）記載の方法。
〔作用〕
緻密な細孔分布により表面での濾過を特徴としたＤＰＦではＰＭは細孔内部まで侵入しない。このためＤＰＦを触媒化してＰＭを酸化分解するためにはＰＭとの接触面すなわち濾過面に高活性な触媒を担持することが有効となる。しかしながら、濾過面への触媒担持は表層部に担持したのでは逆洗により剥離することが懸念されるため、細孔内部に担持され、且つＰＭとの接触反応に有効な濾過面に担持されることが必要とされる。そこで細孔内部に担持可能なゾルまたは硝酸溶液などにより触媒を担持し、ＤＰＦ濾材のガス流れに対して上流側となる面、すなわちＰＭの濾過面から熱風で通気乾燥することにより、触媒成分をその反対側の乾燥面に移動させることが可能となり、特に、活性成分である貴金属を乾燥面側に高濃度で分散担持できることで、酸化活性を大きく向上することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施例によりさらに詳細に説明する。
図１は、本発明に用いるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の概念図、図２は、本発明に用いる酸化触媒担持ＤＰＦの乾燥装置の説明図である。図１において、ＤＰＦ１は、ガス入口側と対向する端部が閉塞されたハニカムセル２を形成する多孔質隔壁と、該隔壁の両側に配置され、ガス出口側（例えば図面の紙面上方）に開放端を有するスリット３とから構成される。排ガスは、セル２入口に導入され、多孔質隔壁の細孔を通過する間に粒子状物質が除去され、その後、浄化ガスはスリット３の前記開放端から外部に排出される。
【００１４】
本発明の酸化触媒担持ＤＯＦは、図１のＤＯＦのセル２を触媒スラリに浸漬し、液切りしてセル２に触媒成分を付着させた後、図２に示すように熱風乾燥機５の出口に乾燥用治具４を介して図１のセル２を取り付け、セル２の管状ガス流路の出口側を栓で塞いだ状態とし、次いでセル２の排ガス入口側から熱風を吹きつけることにより触媒スラリを乾燥させ、触媒成分を付着させる。
【００１５】
図１の構造を持つＤＰＦでは、図２のようにジグを組んで排ガスの流入部であるセル２内部に熱風を通気する方法を用いることができるが、隣り合うセルの流入部と流出部が交互に栓した構造をもつＤＰＦの場合、流出部側のみ栓をした状態で熱風を通気する方法などが可能である。
【００１６】
このとき、触媒成分の含浸担持には第１成分としてチタニア、アルミナ、セリア及びシリカのなかから選ばれた１つ以上の酸化物のゾルまたは溶液、さらに第２成分としてＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＲｈのなかから選ばれた１つ以上の貴金属を含んだ硝酸溶液などを用いることができ、これらの溶液を含浸後に熱風乾燥することで乾燥面に高濃度で担持することが可能となる。第１成分は細孔内部に担持され、逆洗による剥離が無いことが必要とされ、担持による圧損の増加は少ない方が好ましいため低濃度での担持が好ましい。勿論、緻密な細孔よりも微粒子の触媒スラリを用いることも可能であるが、粒子が大きいと乾燥面への移動が少なくなるため、ゾルまたは硝酸溶液や水溶液などが好ましい。
【００１７】
【実施例】
実施例１
アルミナゾル（日産化学社製、アルミナゾル５２０）とセリウムゾル（多木化学社製、ニードラールＵ−１５）を重量比２：１で混合した含浸液を調製した。これにディーゼルパティキュレートフィルタ（旭硝子社製、セラミック系コージェライトＤＰＦ、□５０×５０ｍｍ）のセルを含浸し、遠心分離により液切り後、図２に示すようにジグ４に入れて１５０℃で熱風乾燥した。５００℃で２時間焼成後、ジニトロジアンミン白金硝酸液に含浸し、同様に乾燥後、５５０℃で２時間焼成を行い、酸化触媒担持ＤＰＦ（担持量：Ａｌ_２Ｏ_３・ＣｅＯ_２＝２６ｇ／Ｌ、Ｐｔ＝１．６ｇ／Ｌ）を得た。
２セル×５０ｍｍＬ×３枚のサンプルを切り出し、セル内部にのみ模擬ガスが流れるように反応管に充填し、表１に示す条件で試験を行い、各酸化率を測定した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
比較例１
実施例１における乾燥が熱風乾燥しないで通常の乾燥器により１５０℃で乾燥した以外は同様な条件で酸化触媒担持ＤＰＦを調製し、同様の反応試験を行い、ＨＣ、ＣＯおよびＮＯの各酸化率を測定した。
実施例１及び比較例１における反応温度と各酸化率の関係を図３〜５に示す。いずれの酸化反応においても実施例のＤＰＦが比較例よりも高活性であることが分る。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１および２記載の発明によれば、触媒の多孔質隔壁の濾過面側よりもその反対側の乾燥面側に選択的に触媒を付着させることにより、重油などの灰分や硫黄分を多く含んだ燃料においても、高効率でＰＭを除去することが可能となり、ＰＭ及びその他の有害物質の酸化分解を効率良く行うことができ、また逆洗による再生回数を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いるディーゼルパティクレートフィルタ（ＤＰＦ）の要部概念図。
【図２】本発明に用いる酸化触媒担持ＤＰＦセルの乾燥装置の説明図。
【図３】実施例及び比較例における炭化水素分解反応（ＨＣ酸化率）の温度分布を示す図。
【図４】実施例及び比較例におけるＣＯ酸化率の温度分布を示す図。
【図５】実施例及び比較例におけるＮＯ酸化率の温度分布を示す図。
【符号の説明】
１…ディーゼルパティキュレートフィルタ、２…ＤＰＦセル、３…ＤＰＦスリット、
４…乾燥用ジグ、５…熱風発生器

Claims

ガス流路の入口開孔端から流入した排ガスを酸化触媒成分を担持した多孔質隔壁からなる濾材の細孔を経て隣接するガス流路に導入し、該隣接ガス流路の出口開孔端から流出させる酸化触媒担持ディーゼルパティキュレートフィルタの製法であって、前記濾材を触媒スラリ中に含浸、液切りした後、排ガスの流れ方向の上流側となる濾過面から濾材に熱風を通気させて乾燥することを特徴とする酸化触媒担持ディーゼルパティキュレートフィルタの製法。
前記触媒スラリの第１成分として、チタニア、アルミナ、セリア及びシリカのなかから選ばれた１つ以上の酸化物のゾルまたは溶液を用い、次いで第２成分としてＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ及びＲｈから選ばれた１つ以上の貴金属成分を含む液を用いることを特徴とする請求項１記載の方法。