JP2012528974A - 排ガス後処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
内燃機関の工程排ガスが通る排ガス管に炭化水素を導入するための装置(ここで当該炭化水素は、前記装置の中で少なくとも部分的に蒸発し、かつクラック反応によって、及び/又は部分酸化によって化学変化する)と、さらに
工程排ガスによって導入箇所の下流へと貫流される、一部が蒸発し、クラック反応によって及び/又は部分酸化によって化学的に変化した、前記導入された炭化水素を酸化することによって工程排ガス温度を高める処理装置と、
を有する前記後処理システムであって、
少なくとも部分的に蒸発させるため、またクラック反応により、及び/又は部分酸化により炭化水素に化学変化を起こすための前記装置が、燃料及び空気用の供給装置を備えるバーナー(2)と、燃焼チャンバ(3)と、炭化水素用注入装置(5)を備える排ガス導管(4)とを有する配置構成であり、当該導管(4)は、排ガス管(6)への導入箇所で合流しており、
工程排ガス温度を高める前記処理装置は、触媒により被覆された部材を有し、
ここで白金の割合が、少なくとも前記部材の触媒被覆の部分領域で、前記被覆の当該部分領域にある触媒作用を有する全物質の全質量の50%未満であり、
ここで触媒により被覆された前記部材は、触媒基材又は粒子フィルターであり、当該触媒基材又は粒子フィルターは、それぞれ一様に、又は領域によって異なって被覆されていてよい。
・パラジウムの価格は、長期的な平均値で見て、白金の価格よりも明らかに低く、非貴金属は、コスト的にさらに明らかに有利である。
・NO2放出量が非常に僅かなシステムが実現できる(NO2には毒性があり、その放出は規制されている。坑道内稼働、及び内部空間では、NO2を発生させるシステムは、許されない)。
・パラジウムの硫黄敏感性が知られているにも拘わらず、意外なことに、白金含有被覆と比べて、硫黄許容性が高まった。パラジウム及び非貴金属の活性金属は、白金と比べて、SO2からSO3への酸化に対する作用が明らかにより低く、多分これに相応して、硫黄による触媒被毒と直接的に関連する硫酸塩がより僅かな量でしか形成されないと考えられる。
触媒A(本発明によるもの):
コーディエライト基材上にPdを60g/ft3有するディーゼル酸化触媒(DOC)、寸法はD9.5"×L4.5"、セル密度300cpsi、壁厚5ミル(mil)。この触媒は、酸化アルミニウム(BET比表面積160m2/g)を硝酸パラジウム溶液で含浸し、この含浸した酸化物を130g/Lの負荷量で基材に施与し、引き続き乾燥及び温度処理して製造した。この触媒は、それから16時間、700℃で、炉内で空気中でエージングした。
コーディエライト上にPdを全部で25g/ft3有する、触媒で被覆されたフィルター(CDPF)、寸法はD9.5"×L12"、セル密度200cpsi、壁厚は12ミル。パラジウム含分は、入口から出発して5ツォルの領域で、46g/ft3であり、残りの領域では10g/ft3である。
コーディエライト基材上にPt:Pdを1:4(質量割合)で40g/ft3有するDOC、寸法はD9.5"×L4.5"、セル密度300cpsi、壁厚は5ミル。この触媒は、アルモシリケート(BET比表面積150m2/g、SiO2は5%)を硝酸パラジウム溶液及び硝酸白金溶液で含浸し、この含浸した酸化物を130g/Lの負荷量で基材に施与し、引き続き乾燥及び温度処理して製造した。この触媒は、それから16時間、700℃で、炉内で空気中でエージングした。
コーディエライト基材上にPt:Pdを1:2(質量割合)で30g/ft3有するDOC、寸法はD9.5"×L4.5"、セル密度300cpsi、壁厚は5ミル。この触媒は、アルモシリケート(BET比表面積150m2/g、SiO2は5%)を硝酸パラジウム溶液及び硝酸白金溶液で含浸し、この含浸した酸化物を130g/Lの負荷量で基材に施与し、引き続き乾燥及び温度処理して製造した。この触媒は、それから16時間、700℃で、炉内で空気中でエージングした。
コーディエライト基材上にPt:Pdを2:1(質量割合)で30g/ft3有するDOC、寸法はD9.5"×L4.5"、セル密度300cpsi、壁厚は5ミル。この触媒は、アルモシリケート(BET比表面積150m2/g、SiO2は5%)を硝酸パラジウム溶液及び硝酸白金溶液で含浸し、この含浸した酸化物を130g/Lの負荷量で基材に施与し、引き続き乾燥及び温度処理して製造した。この触媒は、それから16時間、700℃で、炉内で空気中でエージングした。
エンジン:Deutz社のTier III式TCD 2012 L06-4
バーナー:熱出力10kW(ディーゼル燃料供給)、バーナー火炎への二次ディーゼル注入部付き。
触媒システムを30分間、完全負荷に環境調整した後、所望のエンジン稼働点(EOP)に調整し、出力10kWでバーナーのスイッチを入れる。排ガス質量流MFRが得られる。DOC入口の温度を目標値のT5.0にした後、バーナーの炎の中に二次ディーゼル燃料を、断熱条件における完全燃焼で650℃という目的温度に達する量で注入する。この注入は、8分間にわたって一定に保ち、それから再び停止した。この温度は、触媒の前、触媒の後、及び触媒で記録され、またHC量は触媒の後(HC_out)で記録される。引き続き、新たなエンジン稼働点が、バーナーのスイッチが入ると始まる。DOC入口温度が安定化した後、再度適切なディーゼル燃料量がバーナーの炎に注入され、測定が行われる。このことが、あらゆる別の稼働点について繰り返される。
Claims (18)
- 内燃機関用排ガス後処理システムであって、
内燃機関の工程排ガスが通る排ガス管に炭化水素を導入するための装置(ここで当該炭化水素は、前記装置の中で少なくとも部分的に蒸発し、かつクラック反応によって、及び/又は部分酸化によって化学変化する)と、
工程排ガスによって導入箇所の下流へと貫流される、一部が蒸発し、クラック反応によって及び/又は部分酸化によって化学的に変化した、前記導入された炭化水素を酸化することによって工程排ガス温度を高める処理装置と、
を有する前記排ガス後処理システムにおいて、
少なくとも部分的に蒸発させるため、またクラック反応により、及び/又は部分酸化により炭化水素に化学変化を起こすための前記装置が、燃料及び空気用の供給装置を備えるバーナー(2)と、燃焼チャンバ(3)と、炭化水素用注入装置(5)を備える排ガス導管(4)とを有する配置構成であり、当該導管(4)は、排ガス管(6)への導入箇所で合流しており、
工程排ガス温度を高める前記処理装置は、触媒により被覆された部材を有し、
ここで白金の割合が、少なくとも前記部材の触媒被覆の部分領域で、前記被覆の当該部分領域にある触媒作用を有する全物質の全質量の50%未満であり、
ここで触媒により被覆された前記部材は、触媒基材又は粒子フィルターであり、当該触媒基材又は粒子フィルターは、それぞれ一様に、又は領域により異なって被覆されていてよい、
ことを特徴とする、前記排ガス後処理システム。 - 前記処理装置の前記部材にある触媒被覆の部分領域が、工程排ガス温度を高める処理装置の部材における触媒被覆の全質量の少なくとも20%であることを特徴とする、請求項1に記載の排ガス後処理システム。
- 前記部分領域の触媒被覆が、全貴金属質量が部材体積若しくは基材体積に対して0.1〜10g/Lの範囲の貴金属を含有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の排ガス後処理システム。
- 貴金属の割合が、前記処理装置の部分領域にある触媒作用を有する全物質の全質量に対して、10%超であることを特徴とする、請求項3に記載の排ガス後処理システム。
- 前記部分領域の触媒被覆のパラジウム割合が、前記処理装置の部分領域にある全貴金属の全質量の少なくとも50%であることを特徴とする、請求項3又は4に記載の排ガス後処理システム。
- 前記部分領域にある触媒被覆の白金含分が、前記処理装置の部分領域にある触媒作用を有する全物質の全質量の1%未満であることを特徴とする、請求項3、4、又は5に記載の排ガス後処理システム。
- 前記部分領域が、工程排ガス温度を高める触媒被覆部材の全部、又は工程排ガス温度を高める1つの触媒被覆部材の一部、若しくは工程排ガス温度を高める複数の触媒被覆部材の一部を含むことを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の排ガス後処理システム。
- 前記部分領域が、流れ方向で、工程排ガス温度を高める触媒被覆部材の領域的な被覆の前方部であることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の排ガス後処理システム。
- 前記排ガス導管(4)中にある前記注入装置(5)の合流部(11)が特に、噴霧ノズル、特に圧力噴霧ノズル又は空気流噴霧ノズルを有することを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の排ガス後処理システム。
- 前記注入装置(5)の合流部(11)の領域にある前記排ガス導管(4)に、ベンチュリ装置(12a、12b)が配置されていることを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項に記載の排ガス後処理システム。
- 前記バーナー(2)、前記排ガス導管(4)、及び前記注入装置(5)が、ジャケット(1)内に組み込まれており、当該ジャケット(1)が排ガス管(6)に適合されていることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項に記載の排ガス後処理システム。
- 排出部(7)を有する前記排ガス導管(4)が、前記排ガス管(6)内に延伸していることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の排ガス後処理システム。
- 前記排ガス導管(4)が、前記排ガス管(6)内へと同心状に通じており、これにより前記排ガス導管(4)からの前記排出部(7)が、工程排ガス流の流れ方向に配置されていることを特徴とする、請求項12に記載の排ガス後処理システム。
- 前記排出部(7)の領域にクエンチ装置(13)、及び/又はベンチュリ装置が存在していることを特徴とする、請求項1から13までのいずれか1項に記載の排ガス後処理システム。
- 工程排ガスを通すガス誘導装置(14)が、好適には前記導入装置の合流部(11)の上流で、前記排ガス導管(4)に合流していることを特徴とする、請求項1から14までのいずれか1項に記載の排ガス後処理システム。
- 請求項1から15までのいずれか1項に記載の内燃機関用排ガス後処理システムの稼働方法において、
炭化水素が前記装置内で少なくとも部分的に蒸発し、またクラック反応によって、及び/又は部分酸化によって化学変化し、かつバーナー(2)が前記装置の構成要素として、定格熱出力を有し、当該出力の下限が、注入装置(5)により前記バーナー(2)の排ガス導管(4)に導入される炭化水素の量を蒸発させるために充分なエネルギー量をもたらすことによって規定されていることを特徴とする、前記稼働方法。 - 触媒作用を有する被覆が、酸化作用をもたらす処理装置の少なくとも部分領域に配置されており、かつ白金の割合が、少なくとも部材の触媒被覆の部分領域で、前記被覆の当該部分領域にある触媒作用を有する全物質の全質量の50%未満であることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
- 前記バーナー(2)がさらに、工程排ガスを規定の温度に加熱する熱出力をもたらすことを特徴とする、請求項16又は17に記載の方法。
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