JP2005113832A - Method for controlling engine emission gas - Google Patents

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Shinriku Katsuta
晨陸 勝田
Mikiro Kumagai
幹郎 熊谷
Hisashi Yokota
久司 横田
Fujiharu Sano
藤治 佐野
Yasuhiro Daisei
泰弘 大聖
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for controlling engine emission gas in which a fuel as a reducing-agent is injected in a cylinder after a piston has reached the top dead center in the exhaust stroke, so that exhaust-gas containing thermally decomposed fuel reducing-agent is brought into contact with a denitration catalyst to efficiently remove NOx, and an un-reacted light-oil reducing agent, and HC, PM and CO are removed by an oxidation catalyst to attain simultaneous removal of NOx, PM, HC and CO in the exhaust gas of an diesel engine. <P>SOLUTION: By the method for controlling emission gas, nitrogen oxides (NOx) particulate matters (PM), hydrocarbons (HC), and carbon monoxide (CO) in the engine emission-gas are removed. The denitration catalyst and the oxidation catalyst are arranged in series in the exhaust-gas passage of the engine. Engine exhaust-gas is brought into contact with the denitration catalyst in the presence of fuel reducing-agent derived from a part of the fuel, subsequently is brought into contact with the oxidation catalyst to purify the exhaust gas. In this case, the fuel reducing-agent is injected in the cylinder after the piston having reached the top-dead center, so that the engine emission-gas containing the injected fuel reducing-agent is brought into contact with the denitration catalyst to purify the nitrogen oxides. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ディーゼルエンジンやリーン燃焼機関の排気ガスを浄化する方法に関する。   The present invention relates to a method for purifying exhaust gas from a diesel engine or a lean combustion engine.

ディーゼルエンジンなどのリーン燃焼では、酸素過剰排気ガスのために一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC)の還元成分共存下で三元触媒と接触しても窒素酸化物(NOx)の分解はできないが、近年、小型ディーゼルエンジンでは、電子制御式燃料噴射装置の採用によりリーン燃焼とリッチ燃焼の交互運転が可能になり、リーン燃焼時にNOxを吸収剤に吸収させ、リッチ燃焼時にNOx吸収剤からNOxを放出させて三元触媒でNOx分解するNOx吸蔵還元方法が提案されている(非特許文献1参照)。しかしながら、大型ディーゼルエンジンでは、リーン燃焼とリッチ燃焼の交互運転が可能であるが、燃費悪化は大きく、また燃料中の硫黄による触媒劣化も大きく、NOx吸蔵還元方法が実用化されていない(非特許文献2参照)。   In lean combustion such as diesel engines, nitrogen oxides (NOx) are not decomposed even if they come into contact with the three-way catalyst in the presence of reducing components of carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) due to excess oxygen exhaust gas. In recent years, however, small diesel engines have become possible to operate lean combustion and rich combustion alternately by adopting an electronically controlled fuel injection system. NOx is absorbed by the absorbent during lean combustion, and from the NOx absorbent during rich combustion. A NOx occlusion reduction method in which NOx is released and NOx decomposed with a three-way catalyst has been proposed (see Non-Patent Document 1). However, in large diesel engines, alternate operation of lean combustion and rich combustion is possible, but fuel consumption is greatly deteriorated, and catalyst deterioration due to sulfur in the fuel is also large, and the NOx occlusion reduction method has not been put into practical use (non-patent) Reference 2).

また、大型ディーゼルエンジン用NOx浄化方法として、尿素選択還元法の実用化が検討され、高い浄化性能が得られているが、除去装置の小型化や尿素供給インフラ整備などの課題があるために実用化に至っていない。   In addition, as a NOx purification method for large diesel engines, practical use of the urea selective reduction method has been studied, and high purification performance has been obtained, but it is practical due to problems such as downsizing of the removal equipment and development of urea supply infrastructure It has not led to.

なお、特許文献1には、排気ガス再循環(EGR)と脱硝触媒を組み合わせたNOx低減システムが開示されている。この方法は、エンジン排気路内に所定量の軽油還元剤を添加した排気ガスと脱硝触媒を接触させることにより、ある程度の効果は得られるが、年々、排出基準が厳しくなる現状では、この方法も十分とはいえなくなってきている。   Patent Document 1 discloses a NOx reduction system that combines exhaust gas recirculation (EGR) and a denitration catalyst. This method can achieve a certain level of effect by bringing the exhaust gas with a predetermined amount of diesel oil reducing agent into contact with the NOx removal catalyst in the engine exhaust passage, but this method is also becoming more stringent every year. It's not enough.

更に、コールド過給器やコールドEGRを付けた次世代ディーゼルエンジンの排気温度は180〜400℃、特に市街地では300℃以下の低温であり、直接排気路に軽油燃料を添加するNOx選択還元法は不利になる。
特開平9-122447号公報 広田他、ディーゼルPM、NOx同時低減触媒システム、自動車技術会 学術講演会集 No.68-01(2001) T.タナカ(T.Tanaka)著,アフター−トリートメント システム アンド ヒューエル プロパティズ フォア コントローリング エンジン エミッションズ(After-Treatment System and Fuel Properties for Controlling Engine Emissions),プロシーディングズ オブ ザ インターナショナル ワークショップ オン ネクスト ジェネレーション パワー システムズ フォア オートモービルズ(Proceedings of the International Workshop on Next Generation Power System for Automobiles).(IWPS2000)p58-67(2000)
Furthermore, the exhaust temperature of the next-generation diesel engine with a cold supercharger and cold EGR is 180-400 ° C, especially in urban areas, which is lower than 300 ° C. The NOx selective reduction method that adds light oil fuel directly to the exhaust path is It will be disadvantageous.
JP-A-9-122447 Hirota et al., Diesel PM, NOx simultaneous reduction catalyst system, Automobile Engineering Society Annual Conference No.68-01 (2001) T. Tanaka, After-Treatment System and Fuel Properties for Controlling Engine Emissions, Proceedings of the International Workshop on Next Generation Power Systems for Automobiles (Proceedings of the International Workshop on Next Generation Power System for Automobiles). (IWPS2000) p58-67 (2000)

本発明の目的は、排気上死点後のシリンダー内に燃料還元剤を噴射し、熱分解した燃料還元剤を含む排気ガスと脱硝触媒とを接触して窒素酸化物(NOx)を効率よく除去し、酸化触媒で未反応軽油還元剤除去や炭化水素(HC)、粒状物質(PM)、一酸化炭素(CO)を除去するディーゼルエンジンの排気ガス中のNOx、PM、HCおよびCOを同時除去できるエンジン排気ガスの浄化方法を提供することである。   An object of the present invention is to inject a fuel reducing agent into a cylinder after exhaust top dead center and efficiently remove nitrogen oxides (NOx) by contacting the exhaust gas containing the thermally decomposed fuel reducing agent with a denitration catalyst. NOx, PM, HC and CO in diesel engine exhaust gas that removes unreacted diesel oil reducing agent and removes hydrocarbon (HC), particulate matter (PM), and carbon monoxide (CO) with an oxidation catalyst It is to provide a method for purifying engine exhaust gas.

上記の目的は、下記の本発明により達成される。
(1) エンジン排気ガス中の窒素酸化物(NOx)、粒子状物質(PM)、炭化水素(HC)および一酸化炭素(CO)を除去するエンジン排気ガスの浄化方法であって、エンジン排気ガスの排気路に脱硝触媒と酸化触媒とを直列に配置し、エンジン排気ガスを、燃料の一部を取り出した燃料還元剤の存在下に脱硝触媒に接触させ、その後、酸化触媒に接触させてエンジン排気ガスを浄化するに際し、
電子制御式燃料噴射装置により、ピストン位置の上死点後のシリンダーに燃料還元剤を噴射し、この噴射した燃料還元剤を含むエンジン排気ガスを脱硝触媒に接触させて窒素酸化物を浄化し、その後、酸化触媒に接触させるエンジン排気ガスの浄化方法。
(2) 脱硝触媒が、γ−アルミナにチタンおよび銀を担持した粒状またはモノリス状触媒であり、燃料還元剤として軽油を用い、エンジン回転数比50%以上で、かつエンジン負荷比40%以上に達したとき、電子制御式燃料噴射装置により、ピストン位置の上死点後のシリンダーに、軽油/窒素酸化物(NO換算量)比が質量比で0.5〜4の割合になるように軽油を噴射し、この噴射した軽油を含むエンジン排気ガスを脱硝触媒に接触させて窒素酸化物(NOx)選択還元法により窒素酸化物を浄化する上記(1)のエンジン排気ガスの浄化方法。
(3) 脱硝触媒が、γ−アルミナ担体にチタンを担持させて焼成してアナターゼ型のチタン酸化物を形成したチタン層を有し、さらに、このチタン層上に、銀を担持させて焼成して銀酸化物を形成した銀層を有する上記(2)のエンジン排気ガスの浄化方法。
(4) 電子制御式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンであり、燃料である軽油を還元剤とし、電子制御式燃料噴射装置により、ピストン位置の上死点後のシリンダーに、軽油/窒素酸化物(NO換算量)比が質量比で2〜3の割合になるように軽油を噴射し、電子制御式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンの排気ガスを浄化する上記(2)または(3)のエンジン排気ガスの浄化方法。
(5) 電子制御式燃料噴射装置により、ピストン位置の上死点後のシリンダーに、燃料還元剤を噴射し、熱分解により低分子化燃料還元剤を得る上記(1)〜(4)のいずれかのエンジン排気ガスの浄化方法。
(6) 酸化触媒が、γ−アルミナに白金およびパラジウムから選択される少なくとも1種の金属を担持した触媒である上記(1)〜(5)のいずれかのエンジン排気ガスの浄化方法。
(7) 脱硝触媒層を第1層とし、酸化触媒層を第2層とする触媒層をもつ触媒反応器を配置する上記(1)〜(6)のいずれかのエンジン排気ガスの浄化方法。
(8) 排気ガス再循環(EGR)システムを組み合わせ、エンジンの低負荷時にEGRシステムを作動させ、エンジンの高負荷時に脱硝触媒と酸化触媒とにエンジン排気ガスを接触させる上記(1)〜(7)のいずれかのエンジン排気ガスの浄化方法。
The above object is achieved by the present invention described below.
(1) A method for purifying engine exhaust gas that removes nitrogen oxides (NOx), particulate matter (PM), hydrocarbons (HC), and carbon monoxide (CO) in engine exhaust gas, the engine exhaust gas A denitration catalyst and an oxidation catalyst are arranged in series in the exhaust passage of the engine, and the engine exhaust gas is brought into contact with the denitration catalyst in the presence of a fuel reducing agent from which a part of the fuel has been taken out, and then brought into contact with the oxidation catalyst. When purifying exhaust gas,
An electronically controlled fuel injection device injects a fuel reducing agent into the cylinder after the top dead center of the piston position, and contacts the engine exhaust gas containing the injected fuel reducing agent with a denitration catalyst to purify nitrogen oxides, Thereafter, the engine exhaust gas purification method is brought into contact with the oxidation catalyst.
(2) The denitration catalyst is a granular or monolithic catalyst with titanium and silver supported on γ-alumina, using light oil as a fuel reducing agent, with an engine speed ratio of 50% or more and an engine load ratio of 40% or more. When it reaches, the diesel fuel is injected into the cylinder after the top dead center of the piston position by an electronically controlled fuel injection device so that the ratio of light oil / nitrogen oxide (NO conversion amount) ratio is 0.5-4 by mass ratio. The engine exhaust gas purification method according to (1), wherein the engine exhaust gas containing the injected light oil is brought into contact with a denitration catalyst and nitrogen oxide is purified by a nitrogen oxide (NOx) selective reduction method.
(3) The denitration catalyst has a titanium layer in which titanium is supported on a γ-alumina carrier and calcined to form anatase-type titanium oxide. Further, silver is supported on the titanium layer and calcined. (2) The method for purifying engine exhaust gas according to (2) above, comprising a silver layer on which silver oxide is formed.
(4) A diesel engine equipped with an electronically controlled fuel injection device, which uses diesel fuel as a reducing agent, and the electronically controlled fuel injection device allows the diesel oil / nitrogen oxide to be added to the cylinder after the top dead center of the piston position. (2) or (3) for purifying exhaust gas from a diesel engine equipped with an electronically controlled fuel injection device by injecting light oil so that the (NO equivalent) ratio is a mass ratio of 2 to 3 A method for purifying engine exhaust gas.
(5) Any one of the above (1) to (4), in which a fuel reducing agent is injected into a cylinder after the top dead center of the piston position by an electronically controlled fuel injection device to obtain a low molecular weight fuel reducing agent by thermal decomposition How to clean the engine exhaust.
(6) The method for purifying engine exhaust gas according to any one of the above (1) to (5), wherein the oxidation catalyst is a catalyst in which at least one metal selected from platinum and palladium is supported on γ-alumina.
(7) The engine exhaust gas purification method according to any one of (1) to (6), wherein a catalyst reactor having a catalyst layer having a denitration catalyst layer as a first layer and an oxidation catalyst layer as a second layer is disposed.
(8) The exhaust gas recirculation (EGR) system is combined, the EGR system is operated when the engine is under a low load, and the engine exhaust gas is brought into contact with the denitration catalyst and the oxidation catalyst when the engine is under a high load. ) Any method for purifying engine exhaust gas.

本発明によれば、好ましくはγ−アルミナを担体とし、この担体にチタンを担持して焼成し、更に、このチタン担持体の上に銀を担持して焼成したものを脱硝触媒とし、燃料の一部を排気ガスに添加した燃料還元剤とこの触媒と接触することによりディーゼルエンジン排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を除去している。本発明では、好ましくは軽油を燃料還元剤として用いており、軽油を含む排気ガスと脱硝触媒とを接触することによりNOxを除去することができるが、軽油は高分子、高沸点の飽和炭化水素類や芳香族化合物の混合物であるために脱硝反応を抑制し易い。軽油を熱分解すると低分子炭化水素に変換できるので、これを還元剤にすることにより、NOxを高効率に除去できる。   According to the present invention, preferably, γ-alumina is used as a carrier, titanium is supported on this carrier and calcined, and further, the silver supported on this titanium carrier and calcined is used as a denitration catalyst. Nitrogen oxide (NOx) in diesel engine exhaust gas is removed by contacting the catalyst with a fuel reducing agent partially added to the exhaust gas. In the present invention, preferably, light oil is used as a fuel reducing agent, and NOx can be removed by contacting the exhaust gas containing light oil with a denitration catalyst. However, light oil is a high-boiling point saturated hydrocarbon. It is easy to suppress the denitration reaction because it is a mixture of alcohols and aromatic compounds. When light oil is pyrolyzed, it can be converted into low-molecular hydrocarbons. By using this as a reducing agent, NOx can be removed with high efficiency.

この燃料還元剤の熱分解に際し、本発明では、ピストン位置の上死点後のシリンダーに燃料還元剤を噴射しているので、燃料還元剤の熱分解が極めて効率よく進行し、NOx除去に有利な低分子炭化水素への変換が十分になる。また、シリンダー毎に発生するNOxを除去できるために、排気路に燃料還元剤を噴射するよりも高効率である。   In this thermal decomposition of the fuel reducing agent, in the present invention, since the fuel reducing agent is injected into the cylinder after the top dead center of the piston position, the thermal reduction of the fuel reducing agent proceeds very efficiently, which is advantageous for NOx removal. Conversion to a low molecular weight hydrocarbon is sufficient. Further, since NOx generated in each cylinder can be removed, the efficiency is higher than injecting the fuel reducing agent into the exhaust passage.

更に、還元剤添加装置として電子制御式燃料噴射装置を利用しているので、新たな供給ポンプや制御装置、配管が不要になり、安全性、経済性からも有利である。   Furthermore, since an electronically controlled fuel injection device is used as the reducing agent addition device, a new supply pump, control device and piping are not required, which is advantageous from the viewpoint of safety and economy.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化を排気ガスの排気路に脱硝触媒(NOx還元触媒)と酸化触媒とを直列に配置して行う。この場合、排気ガスを脱硝触媒に接触させ、その後、酸化触媒に接触させる工程を施すが、脱硝触媒との接触に際しては、電子制御式燃料噴射装置によりピストン位置の上死点後のシリンダーに燃料を噴射し、熱分解した燃料還元剤の存在下に接触させる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the present invention, exhaust gas purification of a diesel engine is performed by arranging a denitration catalyst (NOx reduction catalyst) and an oxidation catalyst in series in the exhaust gas exhaust passage. In this case, the exhaust gas is brought into contact with the denitration catalyst, and then the oxidation catalyst is brought into contact. However, when contacting with the denitration catalyst, the electronically controlled fuel injection device uses a fuel to the cylinder after the top dead center of the piston position. Is injected and contacted in the presence of a pyrolyzed fuel reducing agent.

電子制御式燃料噴射装置は、燃料噴射圧が180MPaの高圧燃料噴射システムであり、サプライポンプと、コモンレール(蓄圧室)と、コモンレール圧力センサーと、ソレノイドインジェクタおよびインジェクタ駆動制御ユニットとエンジンコントロールユニットとから構成されている。サプライポンプから送られた高圧燃料はコモンレールに蓄えられ、ソレノイドインジェクタから燃焼室に噴射される。この噴射装置の特徴は、コモンレールに蓄えられた高圧燃料は、燃料の高圧噴射のみではなく、エンジンの低回転速度でも高圧噴射が可能であり、全運転域において燃料の微粒子化により排気ガス中のPMが低減できると言われている。またソレノイドインジェクタからの燃料噴射は2,000分の1秒の間隔で制御できるために多段噴射が可能であり、近い将来には、パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフター噴射およびポスト噴射の5段噴射もできると言われている。   The electronically controlled fuel injection device is a high-pressure fuel injection system with a fuel injection pressure of 180 MPa, and includes a supply pump, a common rail (pressure accumulation chamber), a common rail pressure sensor, a solenoid injector, an injector drive control unit, and an engine control unit. It is configured. The high-pressure fuel sent from the supply pump is stored in the common rail, and injected from the solenoid injector into the combustion chamber. The feature of this injection device is that high-pressure fuel stored in the common rail can be injected not only at high-pressure injection of fuel but also at low engine speeds. It is said that PM can be reduced. In addition, fuel injection from the solenoid injector can be controlled at intervals of 1/2000 second, so multistage injection is possible. In the near future, pilot injection, pre-injection, main injection, after-injection, and post-injection five-stage injection It is said that you can also.

本発明では、燃料として具体的には軽油が好ましく用いられることから、本発明の軽油燃料の熱分解方法は、この燃料噴射装置を活用して燃料還元剤の熱分解反応を行うことにより実施する。具体的には、吸気工程→圧縮工程→爆発工程→排気工程のピストン運動のうち、排気工程を用いる。このピストン工程をピストンバルブの開閉に対応させて見ると、エンジン付加装置の有無や燃料種により異なるが、一般的には、吸気はピストン上死点前5〜20°位置で開き、空気をシリンダーに吸入し、下死点後30〜40°で吸気バルブが閉じたのち、圧縮工程から爆発工程に移行する。爆発工程は下死点前50〜55°で終了し、直ちに排気バルブが開き、排気工程に移行して上死点後5〜20°で排気バルブが閉じる。このとき、ピストン上死点前後の±20°の範囲では、吸気および排気バルブは開放状態であるが、シリンダー内圧力が大気より高いために、燃焼排ガスは外部に放出される。   In the present invention, since light oil is specifically preferably used as the fuel, the method for thermally decomposing light oil fuel of the present invention is carried out by carrying out the pyrolysis reaction of the fuel reducing agent using this fuel injection device. . Specifically, the exhaust process is used among the piston movements of the intake process → the compression process → the explosion process → the exhaust process. If you look at this piston process corresponding to the opening and closing of the piston valve, it will vary depending on the presence or absence of the engine addition device and the fuel type, but in general, the intake air opens at a position of 5 to 20 ° before the top dead center of the piston, and the air flows into the cylinder. Then, after the intake valve closes at 30-40 ° after bottom dead center, the compression process shifts to the explosion process. The explosion process ends at 50 to 55 ° before the bottom dead center, the exhaust valve opens immediately, the process proceeds to the exhaust process, and the exhaust valve closes at 5 to 20 ° after the top dead center. At this time, in the range of ± 20 ° before and after the piston top dead center, the intake and exhaust valves are open, but the combustion exhaust gas is released to the outside because the pressure in the cylinder is higher than the atmosphere.

熱分解用燃料の噴射時期は、排気マニホールド温度が300℃以上となり、エンジン回転数比50%以上で、かつエンジン負荷比40%以上に達した時、ピストン排気工程、すなわち、ピストン位置が上死点に達した時点から排気バルブが閉じるまで(具体的には排気バルブが閉じる上死点後5〜20°の範囲)の間に、NOx量(NO換算量)に対して、好ましくは0.5〜4倍量(質量)、さらに好ましくは0.5〜3倍量(質量)、よりさらに好ましくは1〜3倍量(質量)、特に好ましくは2〜3倍量(質量)になるように各シリンダーに分散して噴射し、熱分解燃料還元剤を調製する。   When the exhaust manifold temperature reaches 300 ° C or higher, the engine speed ratio is 50% or higher, and the engine load ratio is 40% or higher, the piston exhaust process, that is, the piston position is dead. From the time when the point is reached until the exhaust valve is closed (specifically, in the range of 5 to 20 ° after the top dead center when the exhaust valve is closed), the NOx amount (NO conversion amount) is preferably 0.5 to 4 times the amount (mass), more preferably 0.5 to 3 times the amount (mass), even more preferably 1 to 3 times the amount (mass), particularly preferably 2 to 3 times the amount (mass) Dispersed and injected to prepare a pyrolytic fuel reducing agent.

このように燃料還元剤を噴射することにより、燃料還元剤は、エンジン回転数比およびエンジン負荷比などの条件によって、その温度は変化するが、400〜800℃の高温雰囲気にさらされることになり、熱分解し、脱硝反応の進行に好ましい低分子炭化水素となる。また、シリンダー内への噴射であるので、シリンダー毎に発生するNOxを除去できる。このため、極めて高効率なNOx除去が実現できる。また、電子制御式燃料噴射装置により、燃料還元剤の噴射を行っているので、新たに、燃料還元剤用の噴射装置を設置する必要がない。また、ディーゼルエンジンでは軽油を燃料としており、軽油をそのまま還元剤として用いることができ、電子制御式燃料噴射装置の使用とともに、新たな構成要素の付加を必要としない。   By injecting the fuel reducing agent in this way, the temperature of the fuel reducing agent varies depending on conditions such as the engine speed ratio and engine load ratio, but is exposed to a high temperature atmosphere of 400 to 800 ° C. It is thermally decomposed and becomes a low molecular hydrocarbon preferable for the progress of the denitration reaction. In addition, since the injection is in the cylinder, NOx generated in each cylinder can be removed. For this reason, extremely high efficiency NOx removal can be realized. Further, since the fuel reducing agent is injected by the electronically controlled fuel injection device, there is no need to newly install a fuel reducing agent injection device. Moreover, in diesel engines, light oil is used as fuel, and light oil can be used as a reducing agent as it is, and it is not necessary to add new components together with the use of an electronically controlled fuel injection device.

なお、電子制御式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンでは、電子制御式燃料噴射装置の設置により、燃料の燃焼効率が向上して、粒子状物質(PM)の発生が低減する傾向にあるが、NOx発生が多くなる傾向にあった。本発明では、NOx除去を効率よく行うことができるので、電子制御式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンにおいて、その効果を十分に発揮することができる。   In diesel engines equipped with an electronically controlled fuel injection device, the installation of the electronically controlled fuel injection device tends to improve fuel combustion efficiency and reduce the generation of particulate matter (PM). NOx generation tended to increase. In the present invention, since NOx removal can be performed efficiently, the effect can be sufficiently exerted in a diesel engine equipped with an electronically controlled fuel injection device.

まず、上記の条件下で得られた熱分解燃料還元剤を含む排気ガスと脱硝触媒との接触によっては、特に、脱硝触媒による脱硝反応の作用温度となる250℃以上の排気温度であって、エンジン回転数比50%以上で、かつエンジン負荷比40%以上に達したときに、脱硝反応が開始し、窒素酸化物(NOx)が除去される。特に、軽油燃料を熱分解することにより低分子炭化水素に変換でき、これを還元剤にすることにより、NOx浄化率の効果が高まる。なお、脱硝触媒は250℃以上、さらには300℃以上、特に350〜550℃で活性を示す。   First, depending on the contact between the exhaust gas containing the pyrolytic fuel reducing agent obtained under the above conditions and the denitration catalyst, in particular, the exhaust temperature is 250 ° C. or more, which is the operating temperature of the denitration reaction by the denitration catalyst When the engine speed ratio is 50% or more and the engine load ratio is 40% or more, the denitration reaction starts and nitrogen oxides (NOx) are removed. In particular, light oil fuel can be converted into low molecular weight hydrocarbons by pyrolysis, and by using this as a reducing agent, the effect of the NOx purification rate is enhanced. The denitration catalyst exhibits activity at 250 ° C. or higher, further 300 ° C. or higher, particularly 350 to 550 ° C.

一方、酸化触媒との接触によっては、排気ガスの温度が250℃以上に達すると、粒子状物質(PM)、炭化水素(HC)および一酸化炭素(CO)の燃焼が開始し、燃焼によりこれらの物質が除去される。また、これとともに、脱硝反応に使用された燃料還元剤の未反応物質(余剰分)が燃焼除去される。なお、酸化触媒は250℃以上、特に250〜500℃で活性を示す。   On the other hand, depending on the contact with the oxidation catalyst, combustion of particulate matter (PM), hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) starts when the exhaust gas temperature reaches 250 ° C or higher. The material is removed. At the same time, the unreacted substance (surplus) of the fuel reducing agent used in the denitration reaction is removed by combustion. The oxidation catalyst exhibits activity at 250 ° C. or higher, particularly 250 to 500 ° C.

このように、脱硝触媒と酸化触媒とを順位に直列に配置することによって、排気ガス中のNOx、PM、HCおよびCOすべての除去を効率よく行うことができる。また、脱硝反応に使用されずに残った還元剤の除去を行うことができるので、排気ガス中の有害物質の除去がより一層進むことになる。   In this manner, by arranging the denitration catalyst and the oxidation catalyst in series in order, it is possible to efficiently remove all NOx, PM, HC and CO in the exhaust gas. Moreover, since the reducing agent remaining without being used in the denitration reaction can be removed, the removal of harmful substances in the exhaust gas further proceeds.

このような除去効果は、いずれか一方の触媒を配置したのみでは得られず、また、配置の順序を変えたのでは、上記の有害物質を増加させたり、一旦無害化したものを有害物質に戻すような方向に触媒が作用し、やはりこのような除去効果は得られなくなってしまう。   Such a removal effect cannot be obtained only by arranging one of the catalysts, and if the arrangement order is changed, the above harmful substances are increased, or once detoxified ones are made harmful substances. The catalyst acts in such a direction as to return, and again such a removal effect cannot be obtained.

本発明で用いる脱硝触媒はγ−アルミナを担体とし、この担体にチタンおよび銀を担持したものが好ましく、一方、酸化触媒はγ−アルミナを担体とし、白金およびパラジウムから選択される少なくとも一種の金属を担持したものが好ましい。   The denitration catalyst used in the present invention is preferably one in which γ-alumina is used as a carrier and titanium and silver are carried on this carrier, while the oxidation catalyst is at least one metal selected from platinum and palladium using γ-alumina as a carrier. It is preferable to carry one.

脱硝触媒と酸化触媒の担体はγ−アルミナの一次粒子(粒径0.9〜20μm 、好ましくは2〜10μm )をそのまま用いるか、あるいはこれを二次粒子に成形して用いてもよく、その触媒形状は、粒状や、ハニカム等のモノリス状であってもよい。   The carrier of the denitration catalyst and the oxidation catalyst may be primary particles of γ-alumina (particle size: 0.9 to 20 μm, preferably 2 to 10 μm), or may be used after being formed into secondary particles. May be granular or monolithic such as honeycomb.

γ−アルミナ粒子としては、窒素吸着法(BET法)による比表面積100m2/g以上の粒子を用いることが好適である。なお、比表面積の上限については特に制限はないが、通常は1000m2/g程度である。 As the γ-alumina particles, it is preferable to use particles having a specific surface area of 100 m 2 / g or more by a nitrogen adsorption method (BET method). In addition, although there is no restriction | limiting in particular about the upper limit of a specific surface area, Usually, it is about 1000 m < 2 > / g.

γ−アルミナ担体は、アルミナ成分中、γ−アルミナを好ましくは50%(質量百分率)以上、特に好ましくは90%(質量百分率)以上含有するものである。この含有量は、蛍光X線チャートから求めることができる。なお、γ−アルミナ担体は、Al23 成分が好ましくは90%(質量百分率)以上であり、SiO2 が好ましくは10%(質量百分率)以下、その他、Na2 O、Fe23 などの不純物の含有量が1%(質量百分率)以下であることが好ましい。γ−アルミナは、結晶性アルミナ水和物の熱分解法や、アルミン酸ナトリウムを硫酸アルミニウムで中和して焼成する方法(「触媒講座」”触媒設計”講談社1985)、アルミニウム金属アルコキシドの加水分解で調製する方法などのいずれの方法で得てもよく、市販されているものを用いてもよい。 The γ-alumina support preferably contains γ-alumina in the alumina component at 50% (mass percentage) or more, particularly preferably 90% (mass percentage) or more. This content can be determined from a fluorescent X-ray chart. In the γ-alumina carrier, the Al 2 O 3 component is preferably 90% (mass percentage) or more, SiO 2 is preferably 10% (mass percentage) or less, and Na 2 O, Fe 2 O 3 and the like. It is preferable that the content of impurities is 1% (mass percentage) or less. γ-alumina is a thermal decomposition method of crystalline alumina hydrate, a method in which sodium aluminate is neutralized with aluminum sulfate and calcined (“Catalyst Course” “Catalyst Design” Kodansha 1985), hydrolysis of aluminum metal alkoxide You may obtain by any methods, such as the method of preparing by, and may use what is marketed.

脱硝触媒は、まず初めにγ−アルミナ担体にチタンを担持したのち、乾燥、空気焼成し、次に銀を担持したのち、乾燥、空気焼成したものが好ましく、チタン層上に銀層を有するものが好ましい。この際の触媒は粒状であっても、粉末であってもよい。また、この粉末触媒をウォシュコートしたモノリス状でもよい。   The denitration catalyst is preferably one in which titanium is first supported on a γ-alumina carrier, then dried and air calcined, and then silver is supported and then dried and air calcined, and has a silver layer on the titanium layer. Is preferred. The catalyst at this time may be granular or powder. Alternatively, the powder catalyst may be a monolith that is wash-coated.

チタン、銀の順に担持した触媒のほか、その逆に担持した触媒、あるいは両成分を混合して担持した触媒でもよいが、排気ガス中の水分と硫黄酸化物(SO2)が共存した場合には前者のチタン、銀の順に担持した触媒の方が脱硝活性低下も小さく、また触媒寿命も長くなる。また、チタンと銀との併用により比較的低温(例えば250℃以上、さらには300℃以上)から脱硝活性を得ることが可能になる。 In addition to the catalyst supported in the order of titanium and silver, the catalyst supported on the opposite side, or the catalyst supported by mixing both components may be used. However, when moisture and sulfur oxide (SO 2 ) coexist in the exhaust gas In the former, the catalyst supported in the order of titanium and silver has a lower denitration activity reduction and a longer catalyst life. Further, the combined use of titanium and silver makes it possible to obtain denitration activity from a relatively low temperature (for example, 250 ° C. or higher, and further 300 ° C. or higher).

脱硝触媒中のチタンと銀の担持量は、金属換算量で、チタンが0.1〜2%(質量百分率)であるのが好ましく、より好ましくは0.2〜0.8%(質量百分率)であり、また銀が0.1〜2.5%(質量百分率)であるのが好ましく、より好ましくは0.3〜1.2%(質量百分率)である。このように金属担持量を調整することにより脱硝活性は向上する。   The supported amount of titanium and silver in the denitration catalyst is, in terms of metal, preferably 0.1 to 2% (mass percentage) of titanium, more preferably 0.2 to 0.8% (mass percentage). The content is preferably 0.1 to 2.5% (mass percentage), more preferably 0.3 to 1.2% (mass percentage). Thus, the denitration activity is improved by adjusting the metal loading.

なお、チタン層、銀層を形成する場合、隣接層同士の接触面近傍で、例えば銀がチタン層に、あるいはチタンが銀層に互いに拡散して混合した状態となっていてもよい。また、担体にチタン等の金属が、また担体中の成分がチタン層等の金属層に拡散していてもよい。また、チタンや銀は、通常、酸化物として存在するが、その一部または全部が金属状態であってもよい。チタンは、焼成によりアナターゼ型のチタン酸化物を生成する。   In addition, when forming a titanium layer and a silver layer, it may be in the state which diffused and mixed, for example, silver into the titanium layer or titanium into the silver layer in the vicinity of the contact surface of adjacent layers. Further, a metal such as titanium may be diffused in the carrier, and components in the carrier may be diffused into a metal layer such as a titanium layer. Titanium and silver are usually present as oxides, but some or all of them may be in a metallic state. Titanium produces anatase-type titanium oxide by firing.

酸化触媒はγ−アルミナ担体にパラジウムを担持したのち、乾燥、空気焼成したものが好ましく、この際の触媒は粒状であっても、粉末であってもよい。またこの粉末触媒をウォシュコートしたモノリス状でもよい。このようにパラジウムの使用が好ましいが、パラジウムのかわりに白金を用いてもよく、両者を併用してもよい。両者を併用する場合、層状に担持させても、混合して担持させてもよく、層同士、あるいは層と担体との間で成分の拡散が生じていてもよい。また、これらは酸化物として、通常、存在するが、金属として存在していてもよい。   The oxidation catalyst is preferably one in which palladium is supported on a γ-alumina carrier, then dried and air calcined, and the catalyst in this case may be granular or powder. Moreover, the powder catalyst may be a monolith that is wash-coated. Thus, it is preferable to use palladium, but platinum may be used instead of palladium, or both may be used in combination. When both are used in combination, they may be supported in a layered form or mixed and supported, or diffusion of components may occur between layers or between a layer and a carrier. These are usually present as oxides, but may be present as metals.

酸化触媒中のパラジウムおよび/または白金の担持量は、金属換算量で0.03〜0.5%(質量百分率)が好ましく、より好ましくは0.05〜0.1%(質量百分率)である。   The supported amount of palladium and / or platinum in the oxidation catalyst is preferably 0.03 to 0.5% (mass percentage) in terms of metal, more preferably 0.05 to 0.1% (mass percentage).

パラジウム、白金を低担持した触媒を用いるのは、特に、電子制御式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンでは燃焼効率が向上し、燃料中の硫黄成分により硫酸が生じやすくなるが、これが防止されるためであり、上記金属担持量とすることで、さらに硫酸生成を抑制することができる。   The use of a catalyst with a low palladium / platinum catalyst, particularly in a diesel engine equipped with an electronically controlled fuel injection device, improves combustion efficiency, and sulfuric acid tends to be generated by sulfur components in the fuel, but this is prevented. For this reason, sulfuric acid production can be further suppressed by using the above metal loading.

上記において、担体に金属を担持させる方法としては、金属塩等の金属化合物の水溶液に担体を加え、攪拌しながら担持させる方法が一般的である。この際の担体は、粒状であってもモノリス状であってもよい。この後、120℃程度の温度で10〜20時間ほど乾燥し、400〜700℃程度で1〜4時間ほど焼成すればよい。このとき用いる金属化合物としては、チタン化合物として、三塩化チタン、四塩化チタン、硫酸チタン、チタンアルコキシド(例えばチタンブトキシド)等が挙げられ、銀化合物として、硝酸銀、酢酸銀等が挙げられ、パラジウム化合物として、塩化パラジウム、硝酸パラジウム、酢酸パラジウム等の金属塩や錯塩が挙げられ、白金化合物として、塩化白金酸類、テトラアミン白金酸、ヘキサヒドロキソ白金酸Na等が挙げられる。このとき、用いる金属化合物の水溶液の濃度は0.005〜0.2mol/L 程度とする。   In the above, as a method of supporting a metal on a carrier, a method of adding a carrier to an aqueous solution of a metal compound such as a metal salt and carrying the mixture while stirring is common. The carrier at this time may be granular or monolithic. Thereafter, drying may be performed at a temperature of about 120 ° C. for about 10 to 20 hours, and baking may be performed at about 400 to 700 ° C. for about 1 to 4 hours. Examples of the metal compound used at this time include titanium trichloride, titanium tetrachloride, titanium sulfate, titanium alkoxide (for example, titanium butoxide) as the titanium compound, and silver compounds such as silver nitrate and silver acetate as the palladium compound, and palladium compound. Examples thereof include metal salts and complex salts such as palladium chloride, palladium nitrate, and palladium acetate, and examples of platinum compounds include chloroplatinic acids, tetraamineplatinic acid, and hexahydroxoplatinic acid Na. At this time, the concentration of the aqueous solution of the metal compound to be used is about 0.005 to 0.2 mol / L.

脱硝触媒と酸化触媒とは、容器内に各触媒を層状に充填し、排気ガス導入側から脱硝触媒を第1層とし、酸化触媒層を第2層とした触媒反応器として使用することが好ましい。これにより、触媒の設置や交換が容易になる。   The denitration catalyst and the oxidation catalyst are preferably used as a catalyst reactor in which each catalyst is packed in layers in the container, the denitration catalyst is the first layer and the oxidation catalyst layer is the second layer from the exhaust gas introduction side. . This facilitates installation and replacement of the catalyst.

本発明はディーゼルエンジンやリーン燃焼エンジンなどの排気ガス浄化に適用される。現行排出規制適合ディーゼルエンジン(平成10年度)の排気ガスは、NOx:100〜700ppm、HC:50〜400ppm、CO:60〜300ppm、CO2:1〜10体積%、SO2:5〜20ppm程度の成分を含んでいる。 The present invention is applied to exhaust gas purification of diesel engines and lean combustion engines. Exhaust gas current emission compliance diesel engine (1998) is, NOx: 100~700ppm, HC: 50~400ppm , CO: 60~300ppm, CO 2: 1~10 vol%, SO 2: 5~20ppm about Contains ingredients.

また、本発明では、触媒反応器および電子制御式燃料噴射装置と組み合わせて、他の排出低減技術との複合化を行ってもよい。このようなものとしては、過給器、EGR(排気ガス再循環)、ディーゼル微粒子フィルター(DPF:Diesel Particulate Filter)等の排出低減技術との組み合わせがある。   Moreover, in this invention, you may combine with another emission reduction technique in combination with a catalyst reactor and an electronically controlled fuel injection apparatus. As such a thing, there exist a combination with emission reduction technologies, such as a supercharger, EGR (exhaust gas recirculation), and a diesel particulate filter (DPF: Diesel Particulate Filter).

特に、EGRとの組み合わせによっては、NOxの低減効果がさらに向上する。   In particular, depending on the combination with EGR, the NOx reduction effect is further improved.

EGRシステムは、排気ガスを吸気路に還流させるためのEGR流路と、このEGR流路を開閉するためのEGR調節バルブとを有するものであり、吸気空気中の酸素温度を下げ、NOx生成を抑制するものである。EGRシステムの作動制御、すなわちEGR率の調節は、排気ガスと吸気ガス中の二酸化炭素濃度、吸気路内の酸素濃度、吸気路内の圧力、エンジン回転数、冷却水温度、燃料噴射量および排気ガス温度から選択されるパラメータの少なくとも1種を検出し、これらのパラメータに基づいて行うことが好ましい。   The EGR system has an EGR passage for recirculating exhaust gas to the intake passage, and an EGR control valve for opening and closing the EGR passage. The EGR system lowers the oxygen temperature in the intake air and generates NOx. It is to suppress. The operation control of the EGR system, that is, the adjustment of the EGR rate is performed by adjusting the carbon dioxide concentration in the exhaust gas and the intake gas, the oxygen concentration in the intake passage, the pressure in the intake passage, the engine speed, the coolant temperature, the fuel injection amount, and the exhaust gas. It is preferable to detect at least one type of parameters selected from the gas temperature and perform based on these parameters.

また、EGRシステムの作動制御は以下のように行うことが好ましい。EGRシステムは、エンジン負荷量が低く排気ガス温度が低いときに作動させる。EGR調節バルブを全閉するタイミングは、エンジン負荷比が好ましくは20〜60%、より好ましくは30〜50%となったときであり、また、排気ガス温度が好ましくは300〜500℃、より好ましくは350〜450℃となったときである。なお、エンジン負荷量が減少する際にEGR調節バルブを開けるタイミングも同様である。   The operation control of the EGR system is preferably performed as follows. The EGR system is operated when the engine load is low and the exhaust gas temperature is low. The timing for fully closing the EGR control valve is when the engine load ratio is preferably 20 to 60%, more preferably 30 to 50%, and the exhaust gas temperature is preferably 300 to 500 ° C, more preferably. Is when it becomes 350-450 degreeC. The timing for opening the EGR adjustment valve when the engine load decreases is the same.

なお、EGR作動タイミングは、いつも一定というわけではなく、同一エンジンでも運転パターンによって異なる。すなわち、同じ負荷比であっても運転パターンによってそのときの排気ガス温度は異なるので、負荷比や排気ガス温度などから総合的に判断して作動タイミングを制御することが好ましい。また、作動タイミングは、エンジン排気量等によっても異なる。このような理由によって、好ましい作動タイミングは上記のように幅をもつのである。   Note that the EGR operation timing is not always constant, and varies depending on the operation pattern even in the same engine. That is, even if the load ratio is the same, the exhaust gas temperature at that time varies depending on the operation pattern. Therefore, it is preferable to comprehensively determine the operation timing based on the load ratio and the exhaust gas temperature. The operation timing also varies depending on the engine displacement and the like. For this reason, the preferred operation timing has a width as described above.

EGR調節バルブが開いているときのEGR率は、好ましくは50%以下、より好ましくは10〜40%である。また、EGR率を一定としてもよいが、前記範囲内においてEGR率が変化するようにEGR調節バルブを可変作動させることが好ましい。この場合、負荷が高くなるにしたがってEGR率が減少するように可変作動させることが好ましい。アイドリング等の低負荷域ではEGR率を高くすることによりNOxが低減できるが、負荷が高くなってくるとCO、HCが増加し、粒子状物質(PM)の排出も増えるため、これらの増加を防ぐためにEGR率を下げることが好ましい。   The EGR rate when the EGR control valve is open is preferably 50% or less, more preferably 10 to 40%. The EGR rate may be constant, but it is preferable to variably operate the EGR control valve so that the EGR rate changes within the above range. In this case, it is preferable that the variable operation is performed so that the EGR rate decreases as the load increases. In low load areas such as idling, NOx can be reduced by increasing the EGR rate, but as the load increases, CO and HC increase and particulate matter (PM) emissions also increase. In order to prevent this, it is preferable to lower the EGR rate.

また、EGR率は、EGRが作動していないときの吸入空気量をV0 とし、EGR作動時の吸入空気量をVS としたとき、
EGR率=100(V0 −VS )/V0 [%]
である。
The EGR rate is defined as V 0 when the amount of intake air when the EGR is not operating and V S when the amount of intake air when the EGR is operated.
EGR rate = 100 (V 0 −V S ) / V 0 [%]
It is.

EGRによりNOxの低減効果が向上するが、特に、低負荷時にEGRの作動を行い、高負荷時にEGRの作動を停止して本発明の触媒反応器による浄化を行うことによって、一段と大きいNOx低減効果が得られる。   EGR improves the NOx reduction effect. In particular, the EGR operation is performed at a low load, and the EGR operation is stopped at a high load and the purification by the catalytic reactor of the present invention is performed. Is obtained.

なお、エンジン負荷量は、エンジン回転数、荷重、トルクによって決まる。一定の回転数を保つために必要なエンジン出力は、そのときの負荷に応じて変化するので、一定の回転数を保つために必要なエンジン出力から負荷比を算出する。具体的には、定格エンジン回転数(=最大トルク発生回転数)の60%の回転数を保ちながら負荷を変化させ、その回転数を保つために必要な出力の最大値Pmax を求める。このときの負荷比は100%である。そして、ある負荷をかけて定格エンジン回転数の60%の回転数に保ったときの出力のPmax に対する比率が、そのときの負荷比となる。   The engine load is determined by the engine speed, load, and torque. Since the engine output necessary for maintaining a constant rotational speed changes according to the load at that time, the load ratio is calculated from the engine output necessary for maintaining the constant rotational speed. Specifically, the load is changed while maintaining the rotational speed of 60% of the rated engine rotational speed (= maximum torque generating rotational speed), and the maximum output value Pmax required to maintain the rotational speed is obtained. The load ratio at this time is 100%. The ratio of the output to Pmax when a certain load is applied and maintained at 60% of the rated engine speed is the load ratio at that time.

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.

<軽油燃料の熱分解>
電子制御式燃料噴射装置により、ピストン位置の上死点後のシリンダーに燃料還元剤として軽油燃料を噴射したときの軽油燃料の熱分解について調べるため、次のような模擬試験を行った。なお、熱分解温度は、上記で実現していると考えられる700℃と800℃を採用した。
<Thermal decomposition of light oil fuel>
In order to investigate the thermal decomposition of light oil fuel as a fuel reducing agent was injected into the cylinder after the top dead center of the piston position with an electronically controlled fuel injection device, the following simulation test was conducted. The pyrolysis temperatures were 700 ° C and 800 ° C, which are considered to be realized as described above.

電気炉内にステンレス管(φ2mm径とφ3mm径、長さ500mm、スパイラル形状)の反応管、入口側に微量定量ポンプ、出口側に気液分離器を設置した模擬熱分解装置でガス生成量とガスクロマトグラフにより生成物を確認した。   The amount of gas produced by a simulated pyrolysis device with a stainless steel tube (φ2 mm and φ3 mm diameter, length 500 mm, spiral shape) in the electric furnace, a micro metering pump on the inlet side, and a gas-liquid separator on the outlet side The product was confirmed by gas chromatography.

軽油分解試験は、上記模擬熱分解装置を用い、分解温度:700℃または800℃、反応管φ2mm径とφ3mm径、反応管断面積あたりの軽油流速:5.3kg/m2・sまたは11.9kg/m2・s、接触時間2秒または3秒の条件から表1に示すように組み合わせ、ガス化率(%)を求めた。なお、ガス化率(%)は、[(軽油供給量)−(気液分離後の軽油量)]×100/(軽油供給量)から算出した。結果を表1に示す。表1に示すとおり、ガス化率は、同分解温度でも断面積あたりの軽油流速が速く、また接触時間の長い方が高かった。 The light oil cracking test uses the above simulated pyrolysis device, cracking temperature: 700 ° C or 800 ° C, reaction tube φ2mm diameter and φ3mm diameter, light oil flow rate per cross section of reaction tube: 5.3kg / m 2 · s or 11.9kg / The gasification rate (%) was determined by combining as shown in Table 1 from the conditions of m 2 · s and contact time of 2 seconds or 3 seconds. The gasification rate (%) was calculated from [(light oil supply amount) − (light oil amount after gas-liquid separation)] × 100 / (light oil supply amount). The results are shown in Table 1. As shown in Table 1, the gasification rate was high when the light oil flow rate per cross-sectional area was fast and the contact time was long even at the same decomposition temperature.

Figure 2005113832
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同様に、分解温度:700℃または800℃、反応管φ3mm径、軽油添加量:130〜280g/hの条件で接触時間を0.6〜3.0秒の間で表2に示すように変えたときの分解生成物を調べた。結果を表2に示す。表2に示すとおり、C1からC4の飽和炭化水素と不飽和炭化水素の生成が確認され、その生成量は、エタン+エチレン>メタン>プロピレンの順であった。特に、エタン・エチレンおよびプロピレンを含む還元剤はNOx除去に有効な還元剤である。   Similarly, decomposition when the contact time is changed as shown in Table 2 between 0.6 and 3.0 seconds under the conditions of decomposition temperature: 700 ° C. or 800 ° C., reaction tube φ3 mm diameter, and light oil addition amount: 130 to 280 g / h. The product was examined. The results are shown in Table 2. As shown in Table 2, the production of saturated hydrocarbons and unsaturated hydrocarbons from C1 to C4 was confirmed, and the production amounts were in the order of ethane + ethylene> methane> propylene. In particular, reducing agents containing ethane / ethylene and propylene are effective reducing agents for removing NOx.

Figure 2005113832
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軽油の熱分解による脱硝効果を確認するため、次のような試験を行った。
触媒性能試験は、直接燃料噴射式、排気量2290cc(2290ml)の4気筒ディーゼルエンジンに負荷用交流発電機を設置したものを用い、エンジン排気ガスの組成は、質量表示でNOx:900〜1250ppm、CO:90ppm、CO2:8.9%、SO2:9.6ppm、水分:7.6%であった。
In order to confirm the denitration effect by thermal decomposition of light oil, the following test was conducted.
The catalyst performance test uses a direct fuel injection, 2290cc (2290ml) 4-cylinder diesel engine with a load AC generator installed. The composition of the engine exhaust gas is NOx: 900-1250ppm in mass display, CO: 90 ppm, CO 2 : 8.9%, SO 2 : 9.6 ppm, and moisture: 7.6%.

下記のように調製した脱硝触媒40cc(40ml)を反応管に充填し、SV=20,000/h、触媒温度は350〜500℃の範囲で50℃ごと変化させた。軽油還元剤は、触媒反応管の手前に模擬熱分解装置を設置してNO量に対して2〜3倍量(質量)の軽油を熱分解装置に供給し、その全量を脱硝触媒反応層に通気した。反応後のNOxは常圧化学発光式NOx計で分析した。   A reaction tube was charged with 40 cc (40 ml) of a denitration catalyst prepared as described below, SV = 20,000 / h, and the catalyst temperature was changed in every 50 ° C. within the range of 350 to 500 ° C. For the diesel oil reducing agent, a simulated pyrolysis device is installed in front of the catalyst reaction tube to supply 2 to 3 times the mass (mass) of diesel oil to the pyrolysis device. Aerated. The NOx after the reaction was analyzed with an atmospheric pressure chemiluminescence NOx meter.

(脱硝触媒の調製)
γ−アルミナにチタン、銀を担持した触媒を調製した。
γ−アルミナ(水沢化学工業製)の粒状担体を用い、この担体に0.08mol/Lの三塩化チタン溶液に固体/溶液=1:2(体積比)になるように加え、50℃、1時間撹拌しながら浸漬、2倍量のイオン交換水で水洗(3回繰り返す)、固液分離後、再びイオン交換水で固体/溶液=1:2(体積比)にして、そして50℃の保持と撹拝しながら1mol/Lの水酸化アンモニアで中和し、その状態を1時間保持した。固液分離後、2倍量のイオン交換水で水洗し、120℃、12時間乾燥後、空気中で550℃、2時間の焼成を行い、チタンを担持した。
(Preparation of denitration catalyst)
A catalyst having titanium and silver supported on γ-alumina was prepared.
A granular carrier of γ-alumina (manufactured by Mizusawa Chemical Co., Ltd.) was used, and this carrier was added to a 0.08 mol / L titanium trichloride solution so that the solid / solution = 1: 2 (volume ratio), and 50 ° C. for 1 hour. Soaking with stirring, washing with 2 times the amount of ion exchange water (repeat 3 times), solid-liquid separation, solid / solution = 1: 2 (volume ratio) again with ion exchange water, and holding at 50 ° C. While stirring, the solution was neutralized with 1 mol / L ammonia hydroxide and kept in that state for 1 hour. After solid-liquid separation, it was washed with twice the amount of ion-exchanged water, dried at 120 ° C. for 12 hours, and then fired in air at 550 ° C. for 2 hours to carry titanium.

引き続き、チタンを担持したものを0.1mol/L硝酸銀溶液(固体/液体=1:2(体積比))に浸し、30℃の保持と撹拌しながら30分間放置した。固液分離後、120℃で乾燥し、空気中で500℃、2時間焼成して脱硝触媒(NOx還元触媒)を調製した。   Subsequently, the titanium-supported one was immersed in a 0.1 mol / L silver nitrate solution (solid / liquid = 1: 2 (volume ratio)) and left for 30 minutes while maintaining and stirring at 30 ° C. After solid-liquid separation, it was dried at 120 ° C. and calcined in air at 500 ° C. for 2 hours to prepare a denitration catalyst (NOx reduction catalyst).

調製した脱硝触媒の金属担持量を蛍光X線分析法で測定した結果、チタンが0.4%(質量百分率)、銀が0.8%(質量百分率)であった。   As a result of measuring the metal loading of the prepared denitration catalyst by fluorescent X-ray analysis, titanium was 0.4% (mass percentage) and silver was 0.8% (mass percentage).

熱分解温度700℃または800℃で、熱分解軽油還元剤、軽油還元剤(熱分解なし)またはプロパン還元剤を用いたときの脱硝率を表3に示す。軽油還元剤、プロパン還元剤を用いたときの脱硝率を比較例とする。   Table 3 shows the denitration rate when a pyrolysis gas oil reducing agent, a gas oil reducing agent (no thermal decomposition) or a propane reducing agent is used at a pyrolysis temperature of 700 ° C or 800 ° C. The denitration rate when using a light oil reducing agent and a propane reducing agent is taken as a comparative example.

Figure 2005113832
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分解温度700℃、800℃における脱硝率の温度依存性を見ると、両者の分解温度の脱硝率はほぼ同等であり、比較例の軽油還元剤と比べ、いずれの触媒温度でも脱硝率は高く、またプロパン還元剤と比べた場合は400℃以下の触媒温度で脱硝率が高かった。これより、熱分解軽油還元剤の利点を見ると、400℃以下の脱硝率が、熱分解生成物のエタン+エチレンの低分子炭化水素より、また450℃以上では、生成されたプロパンとプロピレンにより向上することが挙げられる。   Looking at the temperature dependence of the denitration rate at decomposition temperatures of 700 ° C and 800 ° C, the denitration rate of both decomposition temperatures is almost the same, and compared with the light oil reducing agent of the comparative example, the denitration rate is high at any catalyst temperature, When compared with the propane reducing agent, the denitration rate was higher at catalyst temperatures below 400 ° C. From this, it can be seen that the denitration rate of 400 ° C or less is lower than that of the low-molecular hydrocarbons of ethane + ethylene, which is the pyrolysis product, and propane and propylene produced above 450 ° C. It can be improved.

以上のことから、軽油燃料をそのまま排気路に添加するよりもエンジンシリンダー内で軽油燃料を熱分解して低分子炭化水素に変換し、脱硝触媒と接触させた方が窒素酸化物の分解効果は大きくなる。   From the above, rather than adding light oil fuel directly to the exhaust passage, the decomposition effect of nitrogen oxides is better when the light oil fuel is pyrolyzed in the engine cylinder and converted to low molecular hydrocarbons and brought into contact with the denitration catalyst. growing.

このように、本発明の燃料還元剤(軽油)の熱分解により脱硝効果の向上が期待でき、さらに、本発明に従い、酸化触媒を用いることによって、PM、HC、CO等の除去が可能となる。   Thus, the NOx removal effect can be improved by thermal decomposition of the fuel reducing agent (light oil) of the present invention, and PM, HC, CO, etc. can be removed by using an oxidation catalyst according to the present invention. .

また、本発明の実際の実施形態は、電子制御式燃料噴射装置による軽油噴射となるので、新たに、噴射装置を設置する必要がない。また、電子制御式燃料噴射装置を用いた場合、PM等の低減が可能になる反面、NOxが増加しやすいという問題があるが、本発明は、この点を改善する有効な方法である。また、NOx除去に関しては、EGRとの併用も有効である。   Moreover, since actual embodiment of this invention becomes light oil injection by an electronically controlled fuel injection apparatus, it is not necessary to newly install an injection apparatus. Further, when an electronically controlled fuel injection device is used, PM and the like can be reduced, but there is a problem that NOx tends to increase. The present invention is an effective method for improving this point. For NOx removal, combined use with EGR is also effective.

なお、排気路に軽油を噴射する場合は、その温度が高くても500℃ぐらいであり、エンジン回転数比やエンジン負荷比などの条件を同一とした場合、シリンダー内の温度に比べて、その温度が200〜300℃程度低くなり、軽油の熱分解が本発明に比べて十分でなく、また、本発明のように、シリンダー毎に軽油を噴射する場合に比べて効率が悪くなる。
In addition, when light oil is injected into the exhaust passage, even if the temperature is high, it is around 500 ° C. If the conditions such as the engine speed ratio and engine load ratio are the same, the temperature is higher than the temperature in the cylinder. The temperature is lowered by about 200 to 300 ° C., and the thermal decomposition of the light oil is not sufficient as compared with the present invention, and the efficiency is deteriorated as compared with the case where the light oil is injected into each cylinder as in the present invention.

Claims (8)

エンジン排気ガス中の窒素酸化物(NOx)、粒子状物質(PM)、炭化水素(HC)および一酸化炭素(CO)を除去するエンジン排気ガスの浄化方法であって、エンジン排気ガスの排気路に脱硝触媒と酸化触媒とを直列に配置し、エンジン排気ガスを、燃料の一部を取り出した燃料還元剤の存在下に脱硝触媒に接触させ、その後、酸化触媒に接触させてエンジン排気ガスを浄化するに際し、
電子制御式燃料噴射装置により、ピストン位置の上死点後のシリンダーに燃料還元剤を噴射し、この噴射した燃料還元剤を含むエンジン排気ガスを脱硝触媒に接触させて窒素酸化物を浄化し、その後、酸化触媒に接触させるエンジン排気ガスの浄化方法。
A method for purifying engine exhaust gas that removes nitrogen oxides (NOx), particulate matter (PM), hydrocarbons (HC), and carbon monoxide (CO) in engine exhaust gas, the engine exhaust gas exhaust path The NOx removal catalyst and the oxidation catalyst are arranged in series, and the engine exhaust gas is brought into contact with the NOx removal catalyst in the presence of the fuel reducing agent from which a part of the fuel is taken out, and then the engine exhaust gas is brought into contact with the oxidation catalyst. In purifying,
An electronically controlled fuel injection device injects a fuel reducing agent into the cylinder after the top dead center of the piston position, and contacts the engine exhaust gas containing the injected fuel reducing agent with a denitration catalyst to purify nitrogen oxides, Thereafter, the engine exhaust gas purification method is brought into contact with the oxidation catalyst.
脱硝触媒が、γ−アルミナにチタンおよび銀を担持した粒状またはモノリス状触媒であり、燃料還元剤として軽油を用い、エンジン回転数比50%以上で、かつエンジン負荷比40%以上に達したとき、電子制御式燃料噴射装置により、ピストン位置の上死点後のシリンダーに、軽油/窒素酸化物(NO換算量)比が質量比で0.5〜4の割合になるように軽油を噴射し、この噴射した軽油を含むエンジン排気ガスを脱硝触媒に接触させて窒素酸化物(NOx)選択還元法により窒素酸化物を浄化する請求項1のエンジン排気ガスの浄化方法。 When the denitration catalyst is a granular or monolithic catalyst with titanium and silver supported on γ-alumina, light oil is used as the fuel reducing agent, the engine speed ratio is 50% or more, and the engine load ratio is 40% or more By using an electronically controlled fuel injection device, light oil is injected into the cylinder after the top dead center of the piston so that the light oil / nitrogen oxide (NO equivalent) ratio is 0.5 to 4 in terms of mass ratio. 2. The engine exhaust gas purification method according to claim 1, wherein engine exhaust gas containing injected light oil is brought into contact with a denitration catalyst and nitrogen oxide is purified by a nitrogen oxide (NOx) selective reduction method. 脱硝触媒が、γ−アルミナ担体にチタンを担持させて焼成してアナターゼ型のチタン酸化物を形成したチタン層を有し、さらに、このチタン層上に、銀を担持させて焼成して銀酸化物を形成した銀層を有する請求項2のエンジン排気ガスの浄化方法。 The denitration catalyst has a titanium layer in which titanium is supported on a γ-alumina carrier and baked to form anatase-type titanium oxide. Further, silver is supported on the titanium layer and baked to oxidize silver. The method for purifying engine exhaust gas according to claim 2, further comprising a silver layer on which an object is formed. 電子制御式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンであり、燃料である軽油を還元剤とし、電子制御式燃料噴射装置により、ピストン位置の上死点後のシリンダーに、軽油/窒素酸化物(NO換算量)比が質量比で2〜3の割合になるように軽油を噴射し、電子制御式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンの排気ガスを浄化する請求項2または3のエンジン排気ガスの浄化方法。 It is a diesel engine equipped with an electronically controlled fuel injection device. Light oil / nitrogen oxide (NO conversion) is added to the cylinder after the top dead center of the piston position by the electronically controlled fuel injection device using diesel fuel as the reducing agent. The method for purifying engine exhaust gas according to claim 2 or 3, wherein light oil is injected so that the ratio is 2 to 3 in terms of mass ratio, and exhaust gas of a diesel engine equipped with an electronically controlled fuel injection device is purified. . 電子制御式燃料噴射装置により、ピストン位置の上死点後のシリンダーに、燃料還元剤を噴射し、熱分解により低分子化燃料還元剤を得る請求項1〜4のいずれかのエンジン排気ガスの浄化方法。 5. The engine exhaust gas according to claim 1, wherein a fuel reducing agent is injected into a cylinder after top dead center of the piston position by an electronically controlled fuel injection device to obtain a low molecular weight fuel reducing agent by thermal decomposition. Purification method. 酸化触媒が、γ−アルミナに白金およびパラジウムから選択される少なくとも1種の金属を担持した触媒である請求項1〜5のいずれかのエンジン排気ガスの浄化方法。 The method for purifying engine exhaust gas according to any one of claims 1 to 5, wherein the oxidation catalyst is a catalyst in which at least one metal selected from platinum and palladium is supported on γ-alumina. 脱硝触媒層を第1層とし、酸化触媒層を第2層とする触媒層をもつ触媒反応器を配置する請求項1〜6のいずれかのエンジン排気ガスの浄化方法。 The method for purifying engine exhaust gas according to any one of claims 1 to 6, wherein a catalyst reactor having a catalyst layer having a denitration catalyst layer as a first layer and an oxidation catalyst layer as a second layer is disposed. 排気ガス再循環(EGR)システムを組み合わせ、エンジンの低負荷時にEGRシステムを作動させ、エンジンの高負荷時に脱硝触媒と酸化触媒とにエンジン排気ガスを接触させる請求項1〜7のいずれかのエンジン排気ガスの浄化方法。
The engine according to any one of claims 1 to 7, wherein an exhaust gas recirculation (EGR) system is combined, the EGR system is operated when the engine is under a low load, and the engine exhaust gas is brought into contact with the denitration catalyst and the oxidation catalyst when the engine is under a high load. Exhaust gas purification method.
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Cited By (2)

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KR101395505B1 (en) * 2014-02-07 2014-05-14 주식회사 나오텍크 An oil-elimination apparatus of compressor air

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007029059A1 (en) * 2005-09-08 2007-03-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifying system for internal combustion engine and exhaust gas purifying method
US7874146B2 (en) 2005-09-08 2011-01-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifying system for internal combustion engine and exhaust gas purifying method
KR101395505B1 (en) * 2014-02-07 2014-05-14 주식회사 나오텍크 An oil-elimination apparatus of compressor air

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