JP2007309152A - Exhaust emission control device - Google Patents

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Masaaki Mukaide
正明 向出
Hidehiro Iizuka
秀宏 飯塚
Toshiaki Nagayama
敏明 長山
Toshifumi Mukai
利文 向井
Kazuhisa Higashiyama
和寿 東山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an emission control device having an installation space equal to ever before in an exhaust emission control system of an diesel engine or the like and causing a nitrogen oxide removing catalyst not to be subject to sulfur poisoning because a special control system is necessary for regeneration when the nitrogen oxide-removing catalyst has sulfur poisoning and fuel consumption is lowered in regeneration. <P>SOLUTION: An exhaust particulate filter is united with sulfur content adsorbing material which does not substantially release sulfur content once adsorbed under ordinary conditions of an internal combustion engine and the filter is installed on an upstream side of the nitrogen oxide removing catalyst with respect to exhaust gas to prevent poisoning of the nitrogen oxide-removing catalyst. Performance of the sulfur content-absorbing material can be further improved by combination with an oxidation catalyst. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は内燃機関の排気中に含まれる硫黄分を吸収する材料を用いた排気微粒子除去装置に関し、またそれを用いた内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust particulate removal device using a material that absorbs sulfur contained in the exhaust gas of an internal combustion engine, and to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine using the same.

内燃機関から発生する窒素酸化物を浄化するために、触媒を用いて窒素酸化物を還元し、窒素とする技術が多く用いられている。通常のガソリンエンジンでは貴金属を複数用いた三元触媒が用いられ、その技術はほぼ完成の域に達している。   In order to purify nitrogen oxides generated from an internal combustion engine, a technique is often used in which nitrogen oxides are reduced to nitrogen by using a catalyst. Ordinary gasoline engines use a three-way catalyst that uses multiple precious metals, and the technology is almost complete.

またリーンバーンのガソリンエンジンやディーゼルエンジンでは、空燃比が通常のガソリンエンジンに比べて大きいことから、三元触媒は使用できない。三元触媒に変えて尿素を用いた選択還元(Selective Catalytic Reduction、SCR)等の手法があるが、近年、窒素酸化物吸蔵型の浄化触媒が開発され用いられている。これは空燃比が理論空燃比より大きい時に、触媒に窒素酸化物を取り込み、加速時のように空燃比が理論空燃比に近づいた時に、取り込んだ窒素酸化物を還元して窒素として放出するものである。   Also, lean burn gasoline engines and diesel engines cannot use a three-way catalyst because the air-fuel ratio is larger than that of ordinary gasoline engines. There is a technique such as selective catalytic reduction (SCR) using urea instead of a three-way catalyst, but in recent years, a nitrogen oxide storage type purification catalyst has been developed and used. When the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, nitrogen oxide is taken into the catalyst, and when the air-fuel ratio approaches the stoichiometric air-fuel ratio as in acceleration, the taken-in nitrogen oxide is reduced and released as nitrogen. It is.

これら空燃比が大きい領域で使用される内燃機関の窒素酸化物浄化触媒は、燃料に含まれる硫黄分によって被毒され、性能低下を引き起こすという問題を有している。これは燃料またはエンジンオイルに由来する硫黄酸化物が窒素酸化物と類似した挙動を取ることにより、浄化触媒に取り込まれて、本来窒素酸化物が反応すべき触媒の活性点を減少させるためである。   The nitrogen oxide purification catalyst for an internal combustion engine used in a region where these air-fuel ratios are large has a problem that it is poisoned by sulfur contained in the fuel and causes a decrease in performance. This is because sulfur oxides derived from fuel or engine oil behave in a similar manner to nitrogen oxides, and are taken into the purification catalyst to reduce the active sites of the catalyst that nitrogen oxides should react with. .

燃料中の硫黄分は、重質な燃料ほど多量に含まれる。このため軽油を燃料とするディーゼル機関では、ガソリンを燃料とする内燃機関に比べて上記の窒素酸化物浄化触媒の活性低下が生じやすい。   The heavier fuel contains a larger amount of sulfur in the fuel. For this reason, in a diesel engine using light oil as a fuel, the activity of the above-described nitrogen oxide purification catalyst is likely to decrease compared to an internal combustion engine using gasoline as a fuel.

硫黄被毒した窒素酸化物浄化触媒は、空燃比が理論空燃比に近い領域において高温処理する事で硫黄分を還元し、硫化水素の形で放出する事で触媒活性を回復させる手法が用いられる。   A sulfur-poisoned nitrogen oxide purification catalyst uses a technique in which the sulfur content is reduced by high-temperature treatment in a region where the air-fuel ratio is close to the stoichiometric air-fuel ratio, and the catalytic activity is restored by releasing it in the form of hydrogen sulfide. .

例えば特許公報第2605586号(特許文献1)には、空燃比が理論空燃比より大きく、かつ排気が高温の時、または窒素酸化物浄化触媒が高温の時に、空燃比を間欠的にまたは連続して理論空燃比近傍または理論空燃比より小さくして、窒素酸化物浄化触媒を被毒している硫黄分を脱離させて触媒を再生する方法が述べられている。   For example, in Japanese Patent Publication No. 2605586 (Patent Document 1), when the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio and the exhaust gas is hot or the nitrogen oxide purification catalyst is hot, the air-fuel ratio is intermittently or continuously set. Thus, a method is described in which the catalyst is regenerated by desorbing the sulfur component poisoning the nitrogen oxide purification catalyst in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio or smaller than the stoichiometric air-fuel ratio.

また特許公報第2745985号(特許文献2)には、窒素酸化物浄化触媒への硫黄分の吸収量を推定する手段を設け、設定された量を超えた硫黄分が吸収された場合に、排気をヒータ加熱するとともに、空燃比を理論空燃比近傍に制御することで、吸収された硫黄分を触媒から脱離させ再生させる方法が述べられている。   Japanese Patent Publication No. 2745985 (Patent Document 2) is provided with means for estimating the amount of sulfur absorbed in the nitrogen oxide purification catalyst, and when a sulfur content exceeding a set amount is absorbed, exhaust gas is exhausted. A method is described in which the sulfur content absorbed is desorbed from the catalyst and regenerated by controlling the air-fuel ratio in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio while heating the heater.

特許公報第2727914号(特許文献3)では、窒素酸化物浄化触媒に対して排気の上流側に硫黄分吸収材料を設置し、それぞれに流れ込む酸素濃度を調節する手段を設けている。これによって、あらかじめ窒素酸化物浄化触媒に流れ込む排気の酸素濃度を低下させて、硫黄分が触媒に吸収しにくい状態を作っておいて、その後硫黄分吸収材料に流れ込む酸素濃度を低下して硫黄分吸収材料に吸収された硫黄分を放出することを可能としている。   In Japanese Patent No. 2727914 (Patent Document 3), a sulfur-absorbing material is installed upstream of the exhaust with respect to the nitrogen oxide purification catalyst, and means for adjusting the oxygen concentration flowing into each is provided. As a result, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide purification catalyst is lowered in advance to create a state in which the sulfur content is difficult to be absorbed by the catalyst, and then the oxygen concentration flowing into the sulfur content absorbing material is lowered to reduce the sulfur content. It is possible to release the sulfur content absorbed by the absorbent material.

WO2005/090760(特許文献4)では、硫黄分吸収材料に吸収された硫黄分を放出せず、窒素酸化物の浄化性能と燃費性能を維持することを記載している。また、この場合には、硫黄分除去に対する制御が不要で、排気処理関連のシステムの複雑化を防止できる。   WO 2005/090760 (Patent Document 4) describes that the sulfur content absorbed by the sulfur content-absorbing material is not released and the nitrogen oxide purification performance and fuel consumption performance are maintained. Further, in this case, control for removing the sulfur content is unnecessary, and it is possible to prevent complication of the exhaust treatment-related system.

特許公報第2605586号Japanese Patent Publication No. 2605586 特許公報第2745985号Japanese Patent No. 2745985 特許公報第2727914号Japanese Patent Publication No. 2727914 国際公開WO2005/090760International Publication WO2005 / 090760

硫黄分を放出しにくい捕捉剤を使用する場合、硫黄分の捕捉量を大きくするためには、捕捉材の量を多くする必要がある。一方で、捕捉材量を多くすると、捕捉材層の厚みによる圧損が大きくなるという問題がある。   In the case of using a scavenger that does not easily release sulfur, it is necessary to increase the amount of the trapping material in order to increase the amount of trapped sulfur. On the other hand, when the amount of the capturing material is increased, there is a problem that the pressure loss due to the thickness of the capturing material layer increases.

本願は上記課題を解決するものである。   The present application solves the above problems.

上述課題を解決する本願発明の特徴は、内燃機関からの排気中に含まれる微粒子を排気微粒子フィルタで除去し、前記排気微粒子フィルタよりもガス後流側で排気中の窒素酸化物を窒素酸化物浄化触媒で浄化する排気浄化装置において、硫黄被毒を受ける窒素酸化物触媒に対して排気の上流に、硫黄分を吸収し、一旦吸収した硫黄分を実質的に脱離させない材料を前記硫黄分吸収材料は、排気微粒子フィルタと一体化して設置することにある。   A feature of the present invention that solves the above-mentioned problems is that particulates contained in the exhaust gas from the internal combustion engine are removed by an exhaust particulate filter, and nitrogen oxides in the exhaust gas are removed from the exhaust particulate filter on the gas downstream side. In an exhaust purification device that purifies with a purification catalyst, a material that absorbs sulfur upstream of the exhaust with respect to the nitrogen oxide catalyst that is subject to sulfur poisoning and does not substantially desorb the once absorbed sulfur content. The absorbent material is to be integrated with the exhaust particulate filter.

ただし、硫黄分吸収材料を排気微粒子フィルタと一体化する場合には、フィルタにおける圧損が、硫黄分吸収材料無しの場合に比べて大きく上昇しないようにすることが必要である。   However, when the sulfur content absorbing material is integrated with the exhaust particulate filter, it is necessary that the pressure loss in the filter does not increase significantly as compared with the case without the sulfur content absorbing material.

硫黄分吸収材料はフィルタと一体化することにより、排気浄化装置の設置スペースを従来の硫黄分吸収材料を用いない排気浄化システムと同等に抑えることが可能になる。そのためには、排気微粒子フィルタ壁の貫通孔を塞ぐことなしに硫黄分吸収材料を設置しなければならない。充填率が高いと、従来は空隙だった部分が塞がれるために、フィルタでの圧損は大きくなってしまう。そのため、充填部には適度な空隙を設けることが必要である。   By integrating the sulfur content-absorbing material with the filter, the installation space for the exhaust gas purification device can be reduced to the same level as a conventional exhaust gas purification system that does not use the sulfur content-absorbing material. For this purpose, it is necessary to install the sulfur-absorbing material without blocking the through holes in the exhaust particulate filter wall. When the filling rate is high, the portion that was previously a gap is closed, and the pressure loss in the filter becomes large. Therefore, it is necessary to provide an appropriate gap in the filling portion.

従って一体化に際しては、排気微粒子フィルタを構成するハニカムの孔(空隙部分)に粒状あるいは繊維状の硫黄分吸収材料を充填し、かつその充填部に適度な空隙を設けることで、圧損を大きくすることなしに必要量の硫黄分吸収材料を組み入れることが可能である。   Therefore, when integrating, the pores (voids) of the honeycomb constituting the exhaust particulate filter are filled with particulate or fibrous sulfur-absorbing material, and an appropriate gap is provided in the filling part to increase the pressure loss. It is possible to incorporate the required amount of sulfur-absorbing material.

空隙を設けるためには、ハニカム空隙に充填する上記硫黄分吸収材料の形状を、粒状とするか、あるいは繊維状とする。その結果、適度な空隙を確保することが可能である。   In order to provide voids, the sulfur-absorbing material filled in the honeycomb voids is made granular or fibrous. As a result, it is possible to ensure an appropriate gap.

具体的な硫黄分吸収材料としては、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属を主成分とする硫黄分吸収成分を、担体に含有させることで達成可能である。アルカリ金属化合物および/またはアルカリ土類化合物、またはそれらを主体としその他の化合物を含む混合物は、排気中の硫黄分と反応して容易に硫酸塩を形成する。これらの硫酸塩は分解温度が通常の内燃機関の排気温度よりも高い領域であるため、一旦形成されると極めて安定であり、実質的に硫黄分の脱離が生じない。   As a specific sulfur content-absorbing material, it can be achieved by containing a sulfur content-absorbing component mainly composed of alkali metal and / or alkaline earth metal in the carrier. Alkali metal compounds and / or alkaline earth compounds, or a mixture mainly composed of them and containing other compounds react with the sulfur content in the exhaust gas to easily form sulfates. Since these sulfates are in a region where the decomposition temperature is higher than the exhaust temperature of a normal internal combustion engine, once they are formed, they are extremely stable and virtually no sulfur desorption occurs.

また、これらの硫黄分吸収材料の設置位置に対し、排気の上流側に二酸化硫黄を三酸化硫黄に酸化する酸化触媒を設置することで、これらの硫黄分吸収材料をより効果的に使用することが可能である。これは酸化触媒によって硫黄分が三酸化硫黄の形になって、硫黄分吸収成分であるアルカリ金属含有化合物,アルカリ土類金属含有化合物と反応しやすくなるからである。   In addition, by installing an oxidation catalyst that oxidizes sulfur dioxide to sulfur trioxide on the upstream side of the exhaust with respect to the installation position of these sulfur content absorption materials, use these sulfur content absorption materials more effectively. Is possible. This is because the oxidation catalyst causes the sulfur content to be in the form of sulfur trioxide, which makes it easier to react with the alkali metal-containing compound and alkaline earth metal-containing compound that are sulfur-absorbing components.

上記酸化触媒は上述の様に、内燃機関運転条件において、二酸化硫黄を三酸化硫黄に酸化する能力があれば、材料は限定されないが、例えば活性成分を貴金属とし、担体は3ないし6族元素化合物またはアルミニウム化合物またはケイ素化合物またはそれらを主体とした混合物、あるいはゼオライトとして構成することが可能である。   As described above, the oxidation catalyst is not limited as long as it has the ability to oxidize sulfur dioxide to sulfur trioxide under internal combustion engine operating conditions. For example, the active component is a noble metal and the carrier is a group 3-6 element compound. Alternatively, it can be configured as an aluminum compound, a silicon compound, a mixture based on them, or a zeolite.

本発明による内燃機関の排気浄化システムにおいては、一旦吸収させた硫黄分を外部からの空燃比制御によって強制的に脱離させることがないので、そのような制御が不要であり制御系の複雑化を伴わない。   In the exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention, once absorbed sulfur is not forcibly desorbed by external air-fuel ratio control, such control is unnecessary and the control system is complicated. Without.

本発明において、硫黄分吸収材料を窒素酸化物浄化触媒の排気上流に設置することで、燃料に起因する発生硫黄分を硫黄分吸収材料に吸収させ、これを実質的に脱離させないことで、窒素酸化物浄化触媒に流入する排気中に硫黄分が含まれなくなる。これによって窒素酸化物浄化触媒の被毒を防止して、長期間にわたる安定な窒素酸化物浄化機能の維持を可能とする。   In the present invention, by installing the sulfur content absorbing material upstream of the exhaust of the nitrogen oxide purification catalyst, the generated sulfur content resulting from the fuel is absorbed by the sulfur content absorbing material, and this is not substantially desorbed. Sulfur is not contained in the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide purification catalyst. This prevents the nitrogen oxide purification catalyst from being poisoned, and makes it possible to maintain a stable nitrogen oxide purification function over a long period of time.

ここで硫黄分吸収材料からの硫黄分脱離に関して実質的に脱離しないと称するのは、内燃機関作動時の排気温度と排気組成雰囲気において、硫黄分吸収材料の後段に設置する窒素酸化物浄化触媒が硫黄被毒により長期間劣化しない程度に僅かであるという意味である。   Nitrogen oxide purification installed at the subsequent stage of the sulfur-absorbing material in the exhaust temperature and the exhaust composition atmosphere during operation of the internal combustion engine means that the sulfur component is not substantially desorbed from the sulfur-absorbing material. This means that the catalyst is so small that it does not deteriorate for a long time due to sulfur poisoning.

上記硫黄分吸収材料よりも排気の上流側に二酸化硫黄を三酸化硫黄に酸化する酸化触媒を設置することにより、上記硫黄分吸収材料を効果的に使用することが可能である。   By installing an oxidation catalyst that oxidizes sulfur dioxide to sulfur trioxide upstream of the sulfur content absorbing material, it is possible to effectively use the sulfur content absorbing material.

このような排気浄化装置を用いる内燃機関としては、硫黄分を含む燃料を用いるさまざまな種類の機関への適用が考えられるが、特にディーゼル機関で有効である。   As an internal combustion engine using such an exhaust purification device, application to various types of engines using a fuel containing sulfur is conceivable, but it is particularly effective in a diesel engine.

上記本発明によれば、圧損が少なく、かつ硫黄捕捉量の多いコンパクトな排気浄化装置を提供可能である。   According to the present invention, it is possible to provide a compact exhaust gas purification device with little pressure loss and a large amount of sulfur trapped.

図1には本発明にかかる排気浄化装置の一例を示す。内燃機関1から排出された排気は排気通路2を通って、酸化触媒3に入る。ここで排気中の硫黄分は三酸化硫黄に酸化される。排気中の微粒子と硫黄分は、硫黄分吸収材料を一体化した排気微粒子フィルタ4で捕捉される。排気中の微粒子と硫黄分が除かれた排気中には、まだ窒素酸化物が含まれているので、これをさらに後段の窒素酸化物浄化触媒5で浄化する。   FIG. 1 shows an example of an exhaust emission control device according to the present invention. Exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 enters the oxidation catalyst 3 through the exhaust passage 2. Here, the sulfur content in the exhaust is oxidized to sulfur trioxide. The particulates and sulfur content in the exhaust are captured by the exhaust particulate filter 4 integrated with the sulfur absorbing material. Since the exhaust gas from which the particulates and sulfur content in the exhaust gas are removed still contains nitrogen oxides, it is further purified by the downstream nitrogen oxide purification catalyst 5.

酸化触媒3は図1で示したように硫黄分吸収材料を一体化した排気微粒子フィルタ4と隣接して設置することもできるし、図2に示すように離して設置することも可能である。   The oxidation catalyst 3 can be installed adjacent to the exhaust particulate filter 4 in which the sulfur content absorbing material is integrated as shown in FIG. 1, or can be installed separately as shown in FIG.

また図1,図2では窒素酸化物浄化触媒5は、排気流れに対して上流側の酸化触媒3,硫黄分吸収材料を一体化した排気微粒子フィルタ4と離れて描いているが、位置関係が図1,図2と同じであれば、窒素酸化物浄化触媒5は、硫黄分吸収材料を一体化した排気微粒子フィルタ4に隣接して設置してもかまわない。   1 and 2, the nitrogen oxide purification catalyst 5 is drawn away from the exhaust particulate filter 4 in which the upstream oxidation catalyst 3 and the sulfur content absorbing material are integrated with respect to the exhaust flow. 1 and 2, the nitrogen oxide purification catalyst 5 may be installed adjacent to the exhaust particulate filter 4 in which the sulfur content absorbing material is integrated.

図3には硫黄分吸収材料を一体化した排気微粒子フィルタの模式図を示す。この図は本発明の概念を示したもので、実際の各構成部分の寸法比はこの図とは異なる。排気微粒子フィルタは通常、コーディエライトや炭化ケイ素等のセラミックで構成されたハニカムを用いている。ハニカム壁11は多孔質であり、排気微粒子は通さないが、気体は大きな圧損を受けずに透過することができる。ハニカムは隣接するハニカム孔15,16同士が交互に両端で目封じ12されており、排気流れは一方の端部から入って、必ずハニカム壁
11を通過するようになっている。
FIG. 3 shows a schematic diagram of an exhaust particulate filter integrated with a sulfur content absorbing material. This figure shows the concept of the present invention, and the actual dimensional ratio of each component is different from this figure. The exhaust particulate filter usually uses a honeycomb made of a ceramic such as cordierite or silicon carbide. The honeycomb wall 11 is porous and does not allow exhaust particulates to pass therethrough, but gas can permeate without undergoing a large pressure loss. In the honeycomb, adjacent honeycomb holes 15 and 16 are alternately plugged 12 at both ends, and the exhaust flow enters from one end and always passes through the honeycomb wall 11.

排気流れに対して出口側のハニカム孔16には、硫黄分吸収材料13が充填されている。図3では粒状の硫黄分吸収材料が充填されており、これに排気中の硫黄分が吸収される。硫黄分吸収材料13は、ハニカム孔に適度な空隙を残すように充填され、硫黄分吸収材料の層を排気が通過する際に大きな圧損が生じないようになっている。   The honeycomb holes 16 on the outlet side with respect to the exhaust flow are filled with a sulfur content absorbing material 13. In FIG. 3, the particulate sulfur content-absorbing material is filled, and the sulfur content in the exhaust is absorbed therein. The sulfur content-absorbing material 13 is filled so as to leave an appropriate gap in the honeycomb hole, so that a large pressure loss does not occur when the exhaust gas passes through the layer of the sulfur content-absorbing material.

空隙の量は30%以上(充填率が70%以下)とする必要がある。これ以上充填をすると、圧損が高く、硫黄分吸収材料が充分に活用されないこととなるからである。硫黄分吸収材料は、大きさや形状の異なる粒子を混合してもよいが、特に大小の粒子を混合すると空隙率が小さくなるため、上記範囲になるよう調整するとよい。   The amount of voids needs to be 30% or more (filling rate is 70% or less). This is because if it is filled more than this, the pressure loss is high, and the sulfur-absorbing material is not fully utilized. The sulfur content-absorbing material may be mixed with particles having different sizes and shapes, but the porosity is reduced particularly when large and small particles are mixed.

また、空隙率が80%以下とすると、硫黄分吸収材料の効果を得られる。特に70%以下であれば、実用化されている硫黄分吸収材料のほとんどのものについて、活性を得られる。   When the porosity is 80% or less, the effect of the sulfur content absorbing material can be obtained. In particular, if it is 70% or less, the activity can be obtained for most of the sulfur-absorbing materials in practical use.

また、出口側ハニカム孔16の排気流れ出口には、排気は流れ出るが、硫黄分吸収材料は通過しない間隔のメッシュ14が設置してあり、硫黄分吸収材料がこぼれ出ないようになっている。   Further, a mesh 14 having an interval at which the exhaust gas flows out but the sulfur component absorbing material does not pass is provided at the exhaust flow outlet of the outlet side honeycomb hole 16 so that the sulfur component absorbing material does not spill out.

硫黄分吸収材料13に一旦吸収された硫黄分は、引き続いてどのような排気組成,温度になっても、実質的にそこから脱離することなく、したがって排気流れに対して後流側の窒素酸化物浄化触媒へと流出することがない。このため、窒素酸化物浄化触媒は排気中に含まれる硫黄分で被毒する事がなく長期間にわたって安定な浄化性能を示す。   The sulfur content once absorbed by the sulfur content-absorbing material 13 is not substantially desorbed from any exhaust composition and temperature, and therefore nitrogen on the downstream side of the exhaust flow. It does not flow out to the oxide purification catalyst. For this reason, the nitrogen oxide purification catalyst is not poisoned by sulfur contained in the exhaust gas, and exhibits a stable purification performance for a long period of time.

図4には同じく本発明にかかる硫黄分吸収材料を一体化した排気粒子フィルタの、別の一例を模式図で示す。図4も図3と同様に本発明の機能を示すもので、各部位の寸法比率は実際とは異なる。   FIG. 4 is a schematic view showing another example of the exhaust particle filter in which the sulfur content absorbing material according to the present invention is integrated. FIG. 4 also shows the function of the present invention as in FIG.

排気は図3の場合と同様に入口側ハニカム孔から入り、排気中の微粒子はハニカム壁
11を通過する際に捕捉される。排気流れに対して出口側のハニカム孔には、繊維状の硫黄分吸収材料17が設置されており、排気中の硫黄分はこれに捕捉される。繊維状の硫黄分吸収材料17には適度な空隙があり、排気がこの層を通過しても大きな圧損は生じない。
As in the case of FIG. 3, the exhaust enters from the inlet side honeycomb hole, and the particulates in the exhaust are captured when passing through the honeycomb wall 11. A fibrous sulfur content-absorbing material 17 is installed in the honeycomb hole on the outlet side with respect to the exhaust flow, and the sulfur content in the exhaust is captured by this. The fibrous sulfur content-absorbing material 17 has an appropriate gap, and no large pressure loss occurs even if the exhaust gas passes through this layer.

硫黄分吸収材料の形状は、粒状の場合、球形であっても、円柱状であっても、粒径は揃っていても不揃いでもかまわない。   The shape of the sulfur-absorbing material may be spherical, cylindrical, or uniform in size or irregular in particle size.

ただしいずれの場合にも、充填層に圧損が大きくならない程度の空隙を設けることが重要である。   However, in any case, it is important to provide a void in the packed bed so that the pressure loss does not increase.

以下実施例で具体的に本発明を説明する。   The present invention will be specifically described below with reference to examples.

炭酸バリウムとアナターゼ型チタニアを、バリウムとチタンのモル比で2:1の割合になるよう秤量した後、ボールミルを用いて混合し、これを電気炉中650℃で2時間処理した。この粉末をポリビニルアルコールおよび温水と混合してスラリーを調製し、スプレードライで造粒した。造粒粉を650℃で2時間加熱して脱脂し、これに硝酸ナトリウムと酢酸バリウムの混合溶液を、ナトリウム重量,バリウム重量に換算してそれぞれ11.5g/L,68.7g/L となるよう含浸した後、空気中650℃で1時間焼成して硫黄分吸収材料とした。硫黄分吸収材料は球状で平均粒径は150μmであった。   Barium carbonate and anatase type titania were weighed so as to have a molar ratio of barium to titanium of 2: 1, mixed using a ball mill, and treated in an electric furnace at 650 ° C. for 2 hours. This powder was mixed with polyvinyl alcohol and warm water to prepare a slurry, and granulated by spray drying. The granulated powder is degreased by heating at 650 ° C. for 2 hours, and the mixed solution of sodium nitrate and barium acetate is converted to sodium weight and barium weight to 11.5 g / L and 68.7 g / L, respectively. After impregnation, the sulfur content-absorbing material was baked in air at 650 ° C. for 1 hour. The sulfur component absorbing material was spherical and the average particle size was 150 μm.

硫黄分吸収材料をコーディエライト製の排気微粒子フィルタハニカム(長さ20mm)の出口側の孔に充填し、出口を200メッシュの網で塞いだ。重量と平均粒径の関係から求めた出口側ハニカム孔の空隙率は65%であった。   A sulfur-absorbing material was filled in a hole on the outlet side of a cordierite exhaust particulate filter honeycomb (length: 20 mm), and the outlet was closed with a 200-mesh net. The porosity of the outlet-side honeycomb holes determined from the relationship between the weight and the average particle diameter was 65%.

コーディエライトハニカムに170g/Lの分量でシリカスラリーをウォッシュコートした。これにジニトロジアンミン白金溶液を用い、白金重量に換算して3g/Lとなるよう含浸した。これを600℃で1時間焼成して酸化触媒とした。   A cordierite honeycomb was wash-coated with a silica slurry in an amount of 170 g / L. A dinitrodiammine platinum solution was used for this and impregnated so as to be 3 g / L in terms of platinum weight. This was calcined at 600 ° C. for 1 hour to obtain an oxidation catalyst.

ガス流れ方向に対して酸化触媒ハニカム,排気微粒子フィルタの順になるよう石英ガラス反応管に配置し、電気炉で300℃に昇温して硫黄分を含むガスを5時間流通した。ガス成分としては乾燥時換算で酸素10vol% ,一酸化炭素0.2vol%,一酸化窒素200
volppm,二酸化硫黄150ppm ,残部窒素である。これに水をガス全量に対して気体標準状態容積換算で3vol% となるよう添加した。ガス流通の空間速度は30000h-1とした。ガラス反応管前後の差圧を差圧計で測定した。酸化触媒のみの圧損を測定した結果、ほぼ無視できる値で、圧損はほとんどが排気微粒子フィルタに起因することがわかった。
Arranged in the order of the oxidation catalyst honeycomb and the exhaust particulate filter in the gas flow direction, the quartz glass reaction tube was heated to 300 ° C. in an electric furnace, and a gas containing sulfur was circulated for 5 hours. As gas components, oxygen 10vol%, carbon monoxide 0.2vol%, nitric oxide 200 in dry conversion
volppm, sulfur dioxide 150ppm, balance nitrogen. Water was added to this so that it would be 3 vol% in terms of gas standard state volume with respect to the total amount of gas. The space velocity of gas distribution was 30000 h −1 . The differential pressure before and after the glass reaction tube was measured with a differential pressure gauge. As a result of measuring the pressure loss of only the oxidation catalyst, it was found that the pressure loss was almost negligible, and most of the pressure loss was caused by the exhaust particulate filter.

前記ガス流通試験後、空燃比が理論空燃比に近い領域を模擬したガスを流通しながら、常温から700℃まで電気炉で昇温した。流通ガス組成は乾燥時換算で、酸素0.5vol%,一酸化炭素0.5vol%,一酸化窒素800volppm,残部窒素とした。これに水をガス全量に対して気体標準状態容積換算で3vol% となるよう添加した。ガス流通の空間速度は30000h-1とした。 After the gas flow test, the temperature was raised in an electric furnace from room temperature to 700 ° C. while flowing a gas simulating a region where the air-fuel ratio was close to the theoretical air-fuel ratio. The distribution gas composition was converted to the oxygen content of 0.5 vol%, carbon monoxide 0.5 vol%, nitrogen monoxide 800 volppm, and the balance nitrogen. Water was added to this so that it would be 3 vol% in terms of gas standard state volume with respect to the total amount of gas. The space velocity of gas distribution was 30000 h −1 .

これらの試験の後、硫黄分吸収材料を粉砕し、硫黄分析計を用いてその粉末中の硫黄分を定量した。その結果、最初に二酸化硫黄で加えた量の99.4%が検出された。   After these tests, the sulfur-absorbing material was pulverized and the sulfur content in the powder was quantified using a sulfur analyzer. As a result, 99.4% of the amount initially added with sulfur dioxide was detected.

また、試験時のガラス反応管の前後における圧損は約1.3kPaであった。   The pressure loss before and after the glass reaction tube during the test was about 1.3 kPa.

これらの結果から、硫黄分はほぼ全て硫黄分吸収材料に吸収され、700℃以下では脱離しないことがわかる。また、これらのガス流通時の圧損はフィルタ長さ当たり0.65kPa/cmであり、充分実用可能な圧損領域である。   From these results, it can be seen that almost all the sulfur content is absorbed by the sulfur content-absorbing material and does not desorb at 700 ° C. or lower. Further, the pressure loss during the flow of these gases is 0.65 kPa / cm per filter length, which is a sufficiently practical pressure loss region.

30%酸性チタニアゾルに、酢酸水溶液に溶解した酢酸ストロンチウムを混合し、ディップ用溶液とした。この溶液にシリカ繊維を浸漬して、10mm/min の速度で引き上げた。これを120℃で24時間乾燥後、600℃で1時間焼成した。これに酢酸カリウム溶液を浸漬して乾燥、650℃で焼成して、繊維状の硫黄分吸収材料を得た。繊維を切り揃えた後、排気微粒子フィルタの出口側の孔に挿入して、硫黄分吸収材料を一体化した排気微粒子フィルタを調製した。   A 30% acidic titania sol was mixed with strontium acetate dissolved in an acetic acid aqueous solution to prepare a dip solution. Silica fibers were immersed in this solution and pulled up at a speed of 10 mm / min. This was dried at 120 ° C. for 24 hours and then calcined at 600 ° C. for 1 hour. This was immersed in a potassium acetate solution, dried and fired at 650 ° C. to obtain a fibrous sulfur content-absorbing material. After the fibers were aligned, the exhaust particulate filter integrated with the sulfur content-absorbing material was prepared by inserting it into the hole on the outlet side of the exhaust particulate filter.

コーディエライトハニカムに200g/Lの分量でモルデナイトスラリーをウォッシュコートした。これにヘキサアンミン白金溶液を用い、白金重量に換算して2.5g/L となるよう含浸した。これを600℃で1時間焼成して酸化触媒とした。   A cordierite honeycomb was wash-coated with a mordenite slurry in an amount of 200 g / L. A hexaammine platinum solution was used for this and impregnated so as to be 2.5 g / L in terms of platinum weight. This was calcined at 600 ° C. for 1 hour to obtain an oxidation catalyst.

実施例1と同様に、二酸化硫黄を含む空燃比が大きい領域での硫黄分吸収処理,空燃比が理論空燃比に近い領域での硫黄分脱離処理を行った。その結果、硫黄分吸収材料に吸収され、保持され続けた硫黄は最初の仕込量の99.1% 以上であった。また、この場合の排気微粒子フィルタでの圧損は0.55kPa/cmであった。   Similarly to Example 1, sulfur content absorption processing in a region where the air-fuel ratio containing sulfur dioxide is large and sulfur content desorption processing in a region where the air-fuel ratio is close to the theoretical air-fuel ratio were performed. As a result, the sulfur absorbed and retained in the sulfur content absorbing material was 99.1% or more of the initial charge. In this case, the pressure loss in the exhaust particulate filter was 0.55 kPa / cm.

この例から判るように繊維状の硫黄分吸収材料を用いても、圧損が充分に小さく、硫黄分を有効に吸収できる排気微粒子フィルタが構成できる。   As can be seen from this example, even if a fibrous sulfur content absorbing material is used, an exhaust particulate filter capable of absorbing sulfur content effectively with a sufficiently small pressure loss can be configured.

実施例1と同じ組成の酸化触媒と、硫黄分吸収材料を一体化した排気微粒子フィルタとを用いた。ただし、両者は実車用ハニカムとしてそれぞれ、0.9L,2.1Lとした。これらの下流側に窒素酸化物浄化触媒を配置して、ディーゼルエンジン排気の窒素酸化物浄化性能の時間依存性を調べた。   An oxidation catalyst having the same composition as that of Example 1 and an exhaust particulate filter integrated with a sulfur content absorbing material were used. However, both were 0.9L and 2.1L as the honeycomb for actual vehicles, respectively. A nitrogen oxide purification catalyst was arranged on the downstream side of these, and the time dependence of the nitrogen oxide purification performance of diesel engine exhaust was investigated.

試験は加速のために、燃料中にチオフェンを400ppm添加して実施した。チオフェン添加後の燃料中の総硫黄分は硫黄換算で約150wtppmである。   The test was conducted with 400 ppm thiophene added to the fuel for acceleration. The total sulfur content in the fuel after addition of thiophene is about 150 wtppm in terms of sulfur.

エンジンは空燃比14で1分間運転した後、空燃比6で10秒間運転するサイクルを繰り返した。一定の時間になるまで運転し、窒素酸化物浄化触媒の前後からガスをサンプリングして、それぞれ窒素酸化物量を分析して触媒での窒素酸化物浄化率を求めた。   The engine was operated for 1 minute at an air-fuel ratio of 14, and then a cycle of operating at an air-fuel ratio of 6 for 10 seconds was repeated. The operation was continued for a certain time, gas was sampled from before and after the nitrogen oxide purification catalyst, and the amount of nitrogen oxide was analyzed to determine the nitrogen oxide purification rate at the catalyst.

図5には上記運転パターンを長時間実施した場合、窒素酸化物浄化率の変化を示した。比較のために、硫黄分吸収材料を排気微粒子フィルタに挿入せず、酸化触媒,排気浄化触媒,窒素酸化物浄化触媒の構成で同様の試験を実施した場合の窒素酸化物浄化率の変化を併せて示す。図からわかるように、硫黄分吸収材料を充填した排気微粒子フィルタを挿入しない場合では、運転時間の経過とともに浄化率が低下するのに対し、硫黄分吸収材料と酸化触媒を窒素酸化物浄化触媒の上流に設置した場合には、浄化率がほとんど低下しない。   FIG. 5 shows the change in the nitrogen oxide purification rate when the above operation pattern is carried out for a long time. For comparison, the change in the nitrogen oxide purification rate when the same test was conducted with the configuration of the oxidation catalyst, exhaust purification catalyst, and nitrogen oxide purification catalyst without inserting the sulfur content absorbing material into the exhaust particulate filter was also combined. Show. As can be seen from the figure, when the exhaust particulate filter filled with the sulfur content-absorbing material is not inserted, the purification rate decreases as the operating time elapses, while the sulfur content-absorbing material and the oxidation catalyst are combined with the nitrogen oxide purification catalyst. When installed upstream, the purification rate hardly decreases.

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に用いる事が可能であり、特にディーゼル機関等、窒素酸化物浄化触媒が硫黄分によって被毒した場合、従来では特別な手法でそれを再生していた排気浄化装置に用いることが可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine. In particular, when a nitrogen oxide purification catalyst is poisoned by a sulfur content, such as a diesel engine, exhaust gas that has been regenerated by a special method in the past. It can be used in a purification device.

本発明による排気浄化装置の一例である。1 is an example of an exhaust emission control device according to the present invention. 本発明による排気浄化装置の別の一例である。It is another example of the exhaust gas purification apparatus by this invention. 硫黄分吸収材料を一体化した排気微粒子フィルタの一例(模式図)である。It is an example (schematic diagram) of the exhaust particulate filter which integrated the sulfur content absorption material. 硫黄分吸収材料を一体化した排気微粒子フィルタの別の一例(模式図)である。It is another example (schematic diagram) of the exhaust particulate filter which integrated the sulfur content absorption material. 本発明による硫黄分吸収材料を一体化した排気浄化フィルタを用いた場合の、窒素酸化物浄化触媒の浄化率の時間変化、および比較として従来の硫黄分吸収材料を用いない場合の浄化率の時間変化を示した図である。Time change of purification rate of nitrogen oxide purification catalyst when using an exhaust purification filter integrated with a sulfur content absorbing material according to the present invention, and time of purification rate when a conventional sulfur content absorbing material is not used as a comparison It is the figure which showed the change.

符号の説明Explanation of symbols

1…内燃機関、2…排気通路、3…酸化触媒、4…硫黄分吸収材料を一体化した排気微粒子フィルタ、5…窒素酸化物浄化触媒、11…排気微粒子フィルタのハニカム壁、12…排気微粒子フィルタの目封じ、13…硫黄分吸収材料(粒状)、14…メッシュ、15…排気微粒子フィルタの入口側ハニカム孔、16…排気微粒子フィルタの出口側ハニカム孔、17…硫黄分吸収材料(繊維状)。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 2 ... Exhaust passage, 3 ... Oxidation catalyst, 4 ... Exhaust particulate filter which integrated sulfur content absorption material, 5 ... Nitrogen oxide purification catalyst, 11 ... Honeycomb wall of exhaust particulate filter, 12 ... Exhaust particulate Filter sealing, 13 ... Sulfur content absorbing material (granular), 14 ... Mesh, 15 ... Inlet side honeycomb hole of exhaust particulate filter, 16 ... Exit side honeycomb hole of exhaust particulate filter, 17 ... Sulfur content absorbing material (fibrous) ).

Claims (6)

内燃機関からの排気中に含まれる微粒子を除去する排気微粒子フィルタと、
前記排気微粒子フィルタのガス後流側に配置され、排気中の窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化触媒とを有する排気浄化装置において、
前記排気微粒子フィルタはハニカムで構成されており、前記ハニカムの空隙に硫黄分を吸収し実質的に放出しない硫黄分吸収材料を充填したことを特徴とする排気浄化装置。
An exhaust particulate filter that removes particulates contained in the exhaust from the internal combustion engine;
In the exhaust gas purification apparatus having a nitrogen oxide purification catalyst disposed on the gas downstream side of the exhaust particulate filter and purifying nitrogen oxide in the exhaust gas,
The exhaust particulate filter is composed of a honeycomb, and the exhaust purification device is characterized in that a void content of the honeycomb is filled with a sulfur-absorbing material that absorbs sulfur but does not substantially release it.
請求項1に記載された排気浄化装置において、
前記硫黄分吸収材料は充填率30〜80%でハニカムに充填されていることを特徴とする排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 1,
An exhaust emission control device, wherein the sulfur content absorbing material is filled in a honeycomb at a filling rate of 30 to 80%.
請求項1に記載された排気浄化装置において、
前記硫黄分吸収材料は繊維状または粒状であることを特徴とする排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 1,
2. The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the sulfur content absorbing material is fibrous or granular.
請求項1ないし3のいずれかに記載された排気浄化装置において、
二酸化硫黄を三酸化硫黄に酸化する酸化触媒を有することを特徴とする排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 3,
An exhaust emission control device comprising an oxidation catalyst for oxidizing sulfur dioxide to sulfur trioxide.
請求項4に記載された排気浄化装置において、
前記酸化触媒は前記硫黄分吸収材料の排気の上流側に設置されていることを特徴とする排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 4,
The exhaust purification apparatus according to claim 1, wherein the oxidation catalyst is installed upstream of the exhaust of the sulfur-absorbing material.
請求項1ないし5のいずれかに記載された排気浄化装置において、
前記内燃機関はディーゼル機関であることを特徴とする排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 5,
The exhaust gas purification apparatus, wherein the internal combustion engine is a diesel engine.
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