JP2009291764A - 内燃機関用の排ガス浄化フィルタ、及び内燃機関用の排ガス浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の小型化を図ることが可能であり、しかも、耐熱性及び圧力損失低減特性に優れた内燃機関用の排ガス浄化フィルタ、及び内燃機関用の排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】ＤＰＦの担体に、ＳＣＲ触媒を含有する材料がコートされてなる内燃機関用の排ガス浄化フィルタであって、ＳＣＲ触媒は、アンモニアの存在下で窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒であり、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、及び酸化セリウムからなる複合金属酸化物を含有し、その組成比が、前記酸化タングステン：５〜１５重量％、前記酸化セリウム：１０〜３０重量％である。
【選択図】図１
【解決手段】ＤＰＦの担体に、ＳＣＲ触媒を含有する材料がコートされてなる内燃機関用の排ガス浄化フィルタであって、ＳＣＲ触媒は、アンモニアの存在下で窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒であり、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、及び酸化セリウムからなる複合金属酸化物を含有し、その組成比が、前記酸化タングステン：５〜１５重量％、前記酸化セリウム：１０〜３０重量％である。
【選択図】図１
Description
本発明は、内燃機関用の排ガス浄化フィルタ、及び内燃機関用の排ガス浄化装置に関する。
内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）から排出された排ガスには、有害物質である粒子状物質（ＰＭ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれている。そのため、内燃機関から排出された排ガスを浄化して、当該排ガスから粒子状物質（ＰＭ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去若しくは低減しておくことが要請されている。このような要請を実現するために、従来より、各種の開発が行われており、近年では、ＤＰＦシステムと尿素ＳＣＲシステムとを組み合わせた装置（特許文献１参照）が開発され、実用化されるに至っている。
なお、ＤＰＦシステムは、排ガスから粒子状物質（ＰＭ）を除去若しくは低減するための装置であり、ＤＯＣ（＝Diesel Oxidation Catalyst）及びＤＰＦ(＝Diesel Particulate Filter)を備えたものである。一方、尿素ＳＣＲシステムは、窒素酸化物（ＮＯｘ）とアンモニアとの選択還元反応を利用して、排ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去若しくは低減するための装置であり、ＳＣＲ触媒（＝Selective Catalytic Reduction）及びアンモニアスリップ触媒を備えたものである。
ところが、このように、ＤＰＦシステムと尿素ＳＣＲシステムとを組み合わせた場合には、必然的に装置の大型化を招いてしまうこととなり、その結果、装置の搭載性が悪化したり、或いは、装置の製造コストが増加してしまうなどの問題が生じてしまう。
そこで、このような問題を解決するために、ＤＰＦの担体にＳＣＲ触媒をコートして、ＤＰＦとＳＣＲ触媒とを一体化する手法（図３及び特許文献２参照）が提案されている。
なお、図３には、ＤＰＦの担体にＳＣＲ触媒を含有する材料がコートされてなる内燃機関用の排ガス浄化フィルタ１０、及びＤＰＦシステムと尿素ＳＣＲシステムとが組み合わされて構成された内燃機関用の排ガス浄化装置１００が図示されており、この内燃機関用の排ガス浄化装置１００は、内燃機関用の排ガス浄化フィルタ１０を備えている。
特表２００２−５０２９２７号公報
特開２００４−６０４９４号公報
しかしながら、前記手法にあっては、ＤＰＦで捕集されたＰＭを強制的に熱で酸化処理することとなるため、ＰＭの酸化熱によって高熱が発生することとなる。このように高熱が発生すると、従来のＳＣＲ触媒の材料（例えば、ゼオライト系の材料、チタン系の材料など）では耐熱性が不足し、実用に耐えられないことが懸念される。
しかも、前記手法のように、ＤＰＦとＳＣＲ触媒とを一体化する場合には、十分なＮＯｘ浄化率を得るために、少なくない量のＳＣＲ触媒をコートする必要がある。しかし、その場合、ＰＭがＤＰＦに捕集されると、短時間で圧力損失が著しく増大してしまう可能性がある。そのため、従来のＳＣＲ触媒の材料では、ＤＰＦでのＰＭ捕集可能量が不足して、実用に耐えられないことが懸念される。
そこで、本発明は、装置の小型化を図ることが可能であり、しかも、耐熱性及び圧力損失低減特性に優れた内燃機関用の排ガス浄化フィルタ、及び内燃機関用の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、ＤＰＦの担体に、ＳＣＲ触媒を含有する材料がコートされてなる内燃機関用の排ガス浄化フィルタであって、前記ＳＣＲ触媒は、アンモニアの存在下で窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒であり、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、及び酸化セリウムからなる複合金属酸化物を含有し、その組成比が、前記酸化タングステン：５〜１５重量％、前記酸化セリウム：１０〜３０重量％であることを特徴とする。前記ＳＣＲ触媒を含有する材料は、その平均粒径が１μｍ未満であることが望ましい。
また、本発明は、ＤＰＦシステムと尿素ＳＣＲシステムとが組み合わされて構成された内燃機関用の排ガス浄化装置であって、ＤＰＦの担体には、ＳＣＲ触媒を含有する材料がコートされており、当該ＳＣＲ触媒は、アンモニアの存在下で窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒であり、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、及び酸化セリウムからなる複合金属酸化物を含有し、その組成比が、前記酸化タングステン：５〜１５重量％、前記酸化セリウム：１０〜３０重量％であることを特徴とする。前記ＳＣＲ触媒を含有する材料は、その平均粒径が１μｍ未満であることが望ましい。
本発明によれば、装置の小型化を図ることが可能であり、しかも、耐熱性及び圧力損失低減特性に優れた内燃機関用の排ガス浄化フィルタ、及び内燃機関用の排ガス浄化装置を提供することが可能となる。
本発明者らは、特開２００８−４９２９０号公報に開示された発明に基づき、ＤＰＦの担体にコートするＳＣＲ触媒として、アンモニアの存在下で窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒であって、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、及び酸化セリウムからなる複合金属酸化物を含有し、その組成比が、前記酸化タングステン：５〜１５重量％、前記酸化セリウム：１０〜３０重量％であるもの（以下「新触媒」という。）を使用することを考えた。そして、本発明者らは、次のような耐熱性及び圧力損失低減特性を評価するための評価試験を行って、その効果を確認し、本発明を完成するに至ったのである。
以下、この評価試験について説明する。
以下、この評価試験について説明する。
＝＝＝評価試験の概要＝＝＝
＜サンプルの作製法＞
本発明者らは、まず、評価試験のサンプルを試作した。すなわち、本発明者らは、新触媒を含有する触媒スラリー（平均粒径；１μｍ未満）を調整し、ＤＰＦの担体（日本ガイシ製；１２ｍｉｌ／３００ｃｐｓｉのコージェライト担体）に、この触媒スラリーをコートさせてサンプル（Ｆｒｅｓｈ）を試作した。また、本発明者らは、既存のＦｅベータゼオライト触媒を用いて同様のサンプルを試作し、当該サンプルを比較品（Ｆｒｅｓｈ）とした。その上で、本発明者らは、各サンプル（Ｆｒｅｓｈ）につき、９００℃で６時間加熱処理したもの（９００℃×６ｈ；Ｈ２Ｏ＝１０％，Ｏ２＝１０％／Ｎ２）を作製した。
＜サンプルの作製法＞
本発明者らは、まず、評価試験のサンプルを試作した。すなわち、本発明者らは、新触媒を含有する触媒スラリー（平均粒径；１μｍ未満）を調整し、ＤＰＦの担体（日本ガイシ製；１２ｍｉｌ／３００ｃｐｓｉのコージェライト担体）に、この触媒スラリーをコートさせてサンプル（Ｆｒｅｓｈ）を試作した。また、本発明者らは、既存のＦｅベータゼオライト触媒を用いて同様のサンプルを試作し、当該サンプルを比較品（Ｆｒｅｓｈ）とした。その上で、本発明者らは、各サンプル（Ｆｒｅｓｈ）につき、９００℃で６時間加熱処理したもの（９００℃×６ｈ；Ｈ２Ｏ＝１０％，Ｏ２＝１０％／Ｎ２）を作製した。
＜耐熱性の評価試験；脱硝反応試験＞
次に、本発明者らは、本願発明の耐熱性を評価するために、各サンプルについて脱硝反応試験を行い、各サンプルの触媒入口温度を測定しつつ、模擬ガス条件下での窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率を測定した。その測定結果を図１に示す。
次に、本発明者らは、本願発明の耐熱性を評価するために、各サンプルについて脱硝反応試験を行い、各サンプルの触媒入口温度を測定しつつ、模擬ガス条件下での窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率を測定した。その測定結果を図１に示す。
図１は、各サンプルの触媒入口温度と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率との関係を示すグラフであり、（ａ）はサンプル（Ｆｒｅｓｈ）を対象とした場合のグラフ、（ｂ）はサンプル（９００℃×６ｈ）を対象にした場合のグラフである。なお、脱硝反応試験では、模擬ガス（ＮＯ＝ＮＯ２＝１５０ｐｐｍ、ＮＨ３＝３００ｐｐｍ、Ｏ２＝１０％、Ｈ２Ｏ＝５％、及びＮ２バランスからなる混合ガス）を使用し、昇温条件は＋３０℃／ｍｉｎ、ＳＶ（空間速度）＝３００００／ｈとした。
図１に示すように、サンプル（Ｆｒｅｓｈ；図１（ａ）参照）及びサンプル（９００℃×６ｈ；図１（ｂ）参照）のいずれにおいても、ＤＰＦに一体化させるＳＣＲ触媒として新触媒を使用した場合には、従来のＳＣＲ触媒（Ｆｅゼオライト系のＳＣＲ触媒）を使用した場合と比べて、触媒入口温度が約１８０℃以上になると、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率が高くなった。特に、サンプル（９００℃×６ｈ；図１（ｂ）参照）において、触媒入口温度が約２５０℃のときには、新触媒を使用すると、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率が１００％付近まで上昇したものの、従来のＳＣＲ触媒を使用すると、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率が２０％程度に留まり、両者の差が顕著となった。
このような結果から、ＤＰＦに一体化させるＳＣＲ触媒として、本願発明の如く、新触媒を使用した場合には、従来のＳＣＲ触媒（Ｆｅゼオライト系のＳＣＲ触媒）を使用した場合よりも、耐熱性に優れた内燃機関用の排ガス浄化フィルタ、及び内燃機関用の排ガス浄化装置が得られるといえる。
＜圧力損失低減特性の評価試験；圧力損失試験＞
また、本発明者らは、本願発明の圧力損失低減特性を評価するために、前述した各サンプル（Ｆｒｅｓｈ）を初期品とし、さらに、この初期品に１リットルあたり１ｇのカーボン（平均粒径：０．０４９μｍ）を捕集させたものカーボン捕集後のサンプルとして、それぞれのサンプルについて、圧力損失試験を行った。その試験結果を図２に示す。なお、この圧力損失試験では、評価設備としてエアスタンドを使用し、空気の流量を７．５ｍ３／ｍｉｎ（ＳＶ（空間速度）＝約２２万／ｈ）にした。また、サンプルサイズは、いずれもφ５．６６”×５”であった。
また、本発明者らは、本願発明の圧力損失低減特性を評価するために、前述した各サンプル（Ｆｒｅｓｈ）を初期品とし、さらに、この初期品に１リットルあたり１ｇのカーボン（平均粒径：０．０４９μｍ）を捕集させたものカーボン捕集後のサンプルとして、それぞれのサンプルについて、圧力損失試験を行った。その試験結果を図２に示す。なお、この圧力損失試験では、評価設備としてエアスタンドを使用し、空気の流量を７．５ｍ３／ｍｉｎ（ＳＶ（空間速度）＝約２２万／ｈ）にした。また、サンプルサイズは、いずれもφ５．６６”×５”であった。
図２に示すように、ＤＰＦに一体化させるＳＣＲ触媒として、従来のＳＣＲ触媒（Ｆｅゼオライト系のＳＣＲ触媒）を使用した場合には、初期品のサンプルは、圧量損失が約３ｋＰａであったものの、カーボン捕集後のサンプルは、圧力損失が約８ｋＰａまで上昇してしまった。これに対し、ＤＰＦに一体化させるＳＣＲ触媒として、新触媒を使用した場合には、初期品のサンプルは、圧量損失が３ｋＰａ弱程度であり、カーボン捕集後のサンプルは、圧力損失が約４ｋＰａまで上昇したにすぎなかった。
このような結果から、ＤＰＦに一体化させるＳＣＲ触媒として、本願発明の如く、新触媒を使用した場合には、従来のＳＣＲ触媒（Ｆｅゼオライト系のＳＣＲ触媒）を使用した場合よりも、圧力損失低減特性に優れた内燃機関用の排ガス浄化フィルタ、及び内燃機関用の排ガス浄化装置が得られるといえる。
１０ 内燃機関用の排ガス浄化フィルタ
１００ 内燃機関用の排ガス浄化装置
１００ 内燃機関用の排ガス浄化装置
Claims (4)
- ＤＰＦの担体に、ＳＣＲ触媒を含有する材料がコートされてなる内燃機関用の排ガス浄化フィルタであって、
前記ＳＣＲ触媒は、アンモニアの存在下で窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒であり、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、及び酸化セリウムからなる複合金属酸化物を含有し、その組成比が、前記酸化タングステン：５〜１５重量％、前記酸化セリウム：１０〜３０重量％であることを特徴とする内燃機関用の排ガス浄化フィルタ。 - 請求項１において、
前記ＳＣＲ触媒を含有する材料は、その平均粒径が１μｍ未満であることを特徴とする内燃機関用の排ガス浄化フィルタ。 - ＤＰＦシステムと尿素ＳＣＲシステムとが組み合わされて構成された内燃機関用の排ガス浄化装置であって、
ＤＰＦの担体には、ＳＣＲ触媒を含有する材料がコートされており、当該ＳＣＲ触媒は、アンモニアの存在下で窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒であり、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、及び酸化セリウムからなる複合金属酸化物を含有し、その組成比が、前記酸化タングステン：５〜１５重量％、前記酸化セリウム：１０〜３０重量％であることを特徴とする内燃機関用の排ガス浄化装置。 - 請求項３において、
前記ＳＣＲ触媒を含有する材料は、その平均粒径が１μｍ未満であることを特徴とする内燃機関用の排ガス浄化装置。
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- 2008-06-09 JP JP2008150625A patent/JP2009291764A/ja active Pending
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