JP2015183587A - 熱機関の排ガス浄化装置、排ガス浄化方法及び排ガス浄化触媒 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多孔質担体と該多孔質担体上に担持された触媒活性成分を有し、前記触媒活性成分として、Ptと、Zn,Ba,Ca,Pから選ばれる少なくとも一種とを含み、前記Zn,Ba,Ca,Pの含有量が、担体2mol部に対して、Baの場合は0.02〜0.5mol部、Caの場合は0.02〜0.5mol部、Znの場合は0.02〜0.7mol部、Pの場合は0.02〜1.4mol部であるCO,HC,NOの酸化触媒を、化学量論量よりも酸素過剰な雰囲気の排ガスを排出する熱機関の排ガス流路に設置する。
【選択図】図7
Description
2CO+O2 → 2CO2 ・・・(1)
CnHm+(n+m/4)O2 → nCO2+(m/2)H2O ・・・(2)
2NO + O2 → 2NO2 ・・・(3)
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O ・・・(4)
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O ・・・(5)
ベーマイト粉末を電気炉で大気下にて600℃×5時間の焼成を行うことで得たAl2O3粉末及びアルミナゾルを水へ添加して調製したスラリーを、コージェライト製ハニカム(300セル/inc2)にコーティングした後、150℃の熱風を15分間流通させることで乾燥した。更に、得られたサンプルを電気炉で大気下にて600℃×1時間の焼成を行うことで、ハニカムの見かけの容積1L当たり200gのAl2O3をコーティングしたAl2O3コートハニカムを得た。得られたAl2O3コートハニカムへ、ジニトロジアンミンPt硝酸溶液を含浸し、150℃×2時間乾燥後、電気炉を用いて600℃×1時間焼成した。
基準触媒へ硝酸Zn溶液を含浸し、150℃×2時間乾燥後、電気炉にて500℃×1時間焼成することで、基準触媒へZnを添加した。Zn添加量は、ハニカム1Lに対して金属元素換算で0.02mol〜0.87molとした。また、硝酸Znの代わりに酢酸Ba、酢酸Ca、リン酸を用いたこと以外は同様の手法により、基準触媒へBa,Ca,Pをそれぞれ添加した。Ba,Ca添加量は、Znの場合と同様にハニカム1Lに対して金属元素換算で0.02mol〜0.87molとし、P添加量は、ハニカム1Lに対して金属元素換算で0.02mol〜1.7molとした。
触媒の性能を評価するため、以下の条件でCO,HC,NO酸化性能評価試験を行った。試験に際しては、容量6cm3のハニカム触媒を石英ガラス製反応管中に固定し、この反応管を電気炉中に設置した。
CO浄化率(%)
=((触媒に流入したCO濃度)−(触媒から流出したCO濃度))
÷(触媒に流入したCO濃度)×100
HC浄化率(%)
=((触媒に流入したC3H6濃度)−(触媒から流出したC3H6濃度))
÷(触媒に流入したC3H6濃度)×100
NO酸化率(%)
=((触媒に流入したNO濃度)−(触媒から流出したNO2濃度))
÷(触媒に流入したNO濃度)×100
図1に、Zn添加触媒、Ba添加触媒及びCa添加触媒について、成分添加量を変化させた場合の200℃でのHC浄化率を示す。この図から明らかなように、Zn,Ba,Caの添加量がそれぞれ0.02mol/L以上0.5mol/Lの場合に、HC浄化率が向上し、その値は80%以上であった。
図2に、基準触媒と、基準触媒へハニカム1L当たり金属元素換算で0.2molのZnを添加した触媒についてのHC浄化率の温度依存性を示す。この図から明らかなように、0.2molのZnを添加した触媒は、基準触媒と比較して300℃以下でのHC浄化率が高まることが分かる。特に、175℃でのHC浄化率は21%から61%まで飛躍的に向上している。本結果から、Znを添加することによりHC浄化率が向上するのは明らかである。
図3に、P,Zn,Ba,Caを添加した基準触媒について、成分添加量を変化させた場合の250℃でのNO酸化率を示した。この図から明らかなように、P,Zn,Ba,Caの添加量がそれぞれ、Baの場合は0.02〜0.5mol、Caの場合は0.02〜0.5mol、Znの場合は0.02〜0.7mol、Pの場合は0.02〜1.4molの場合に、NO酸化率は向上し、基準触媒のNO酸化活性11%を上回った。
Y型ゼオライト(東ソー製)粉末へ硝酸Fe溶液を含浸し、大気下にて150℃×10h乾燥し、サンプルを得た。得られたサンプルを電気炉で大気下にて600℃×1時間の焼成を行うことで、ゼオライトに対して金属元素換算で2wt%のFeが担持されたFe/ゼオライト粉末を得た。このFe/ゼオライト粉末及びアルミナゾルを水へ添加して調製したスラリーをコージェライト製ハニカム(300セル/inc2)にコーティングした後、150℃の熱風を15分間流通させることで乾燥した。更に得られたサンプルを電気炉で大気下にて600℃×1時間の焼成を行うことで、ハニカムの見かけの容積1L当たり250gのFe/ゼオライトをコーティングしたハニカム触媒を得た。本触媒を実施例触媒1とする。
図4に示した排ガス浄化システムにおけるNOx浄化性能を評価するため、次の条件でNOx浄化性能を評価した。容量6cm3のハニカム触媒を石英ガラス製反応管内に固定した。この反応管を電気炉中に設置した。反応管に導入する反応ガスは、酸素過剰雰囲気の排ガスを模擬した組成である、NO+NO2:150ppm,NH3:180ppm,CO2:0%〜8.5%,O2:10%,H2O:6%,N2:残差とした。NO+NO2の組成は、実施例触媒2の後段のガスに含まれるNO+NO2の組成と一致させた。具体的にはガス温度が200℃の場合は135ppmNO+15ppmNO2とし、ガス温度が250℃の場合は115ppmNO+35ppmNO2とした。触媒のNOx浄化性能を次式に示すNOx浄化率により見積もった。なお、体積空間速度は45,000/hとした。反応ガスを流通させながら、ガス温度を200℃及び250℃となるように加熱制御し、NOx浄化性能を測定した。
NOx浄化率(%)
=((触媒に流入したNOx濃度)−(触媒から流出したNOx濃度))
÷(触媒に流入したNO濃度)×100
図5に、NOx浄化率の結果を示す。比較例として、実施例触媒2を設置せず、従って実施例触媒1へのNO2流入が無い場合のNOx浄化率を示した。図5から、実施例触媒1の前段に実施例触媒2を設置することで、200℃及び250℃でのNOx浄化率が向上することは明らかである。
基準触媒へハニカム1L当たり金属元素換算で0.2molのZnを添加した触媒を実施例触媒3とする。図6に、エンジンの排ガス流路の上流側に実施例触媒3を設置し、下流側に実施例触媒1を設置すると共に、実施例触媒3と実施例触媒1との間にCOセンサを設置した排ガス浄化システムを示す。本例の排ガス浄化システムは、実施例触媒3と実施例触媒1との間にCOセンサを設置したので、実施例触媒3の出口側におけるCO濃度を測定することができ、実施例触媒3のCO,HC,NO酸化性能を確認できる。
Claims (11)
- 熱機関の排ガス中に含まれるCO,HC,NOを酸化する酸化触媒を備え、前記酸化触媒は、多孔質担体に担持される触媒活性成分として、Ptと、Zn,Ba,Ca,Pから選ばれる少なくとも一種とを含み、前記Zn,Ba,Ca,Pの含有量が、担体2mol部に対して、Baの場合は0.02〜0.5mol部、Caの場合は0.02〜0.5mol部、Znの場合は0.02〜0.7mol部、Pの場合は0.02〜1.4mol部であることを特徴とする熱機関の排ガス浄化装置。
- 請求項1に記載の熱機関の排ガス浄化装置において、前記Zn,Ba,Ca,Pの含有量を、これら触媒活性成分の種類に関わりなく、担体2mol部に対して、0.02〜0.5mol部としたことを特徴とする熱機関の排ガス浄化装置。
- 請求項1又は2に記載の熱機関の排ガス浄化装置において、前記酸化触媒の触媒活性成分として、Ptと、Pと、Zn,Ba,Caから選ばれる少なくとも一種とを含むことを特徴とする熱機関の排ガス浄化装置。
- 請求項1から3のいずれかに記載の熱機関の排ガス浄化装置において、前記排ガスの流れ方向に関し、前記酸化触媒の後段にNOx浄化触媒を設置することを特徴とする熱機関の排ガス浄化装置。
- 請求項1から4のいずれかに記載の熱機関の排ガス浄化装置において、前記NOx浄化触媒の前段にNH3を添加することを特徴とする熱機関の排ガス浄化装置。
- 請求項1から5のいずれかに記載の熱機関の排ガス浄化装置において、前記NOx浄化触媒の後段に、排ガス中のCO,HC又はNH3を酸化する触媒を更に設置したことを特徴とする熱機関の排ガス浄化装置。
- 請求項1から6のいずれかに記載の熱機関の排ガス浄化装置において、前記酸化触媒には、触媒活性成分として、Pd,Ceから選ばれる少なくとも一種を更に含むことを特徴とする熱機関の排ガス浄化装置。
- 請求項1から7のいずれかに記載の熱機関の排ガス浄化装置において、前記NOx浄化触媒は、ゼオライト担体上に、触媒活性成分として、V,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zrから選ばれる少なくとも1種を担持してなることを特徴とする熱機関の排ガス浄化装置。
- 請求項1から8のいずれかに記載の熱機関の排ガス浄化装置において、前記酸化触媒に流入する排ガスは、常に、CO及びHCの酸化反応における化学量論量よりも酸素過剰な雰囲気に保つことを特徴とする熱機関の排ガス浄化装置。
- CO及びHCの酸化反応における化学量論量よりも過剰な酸素雰囲気で燃料を燃焼する熱機関の排ガス流路に、多孔質担体に担持される触媒活性成分として、Ptと、Zn,Ba,Ca,Pから選ばれる少なくとも一種とを含み、前記Zn,Ba,Ca,Pの含有量が、担体2mol部に対して、Baの場合は0.02〜0.5mol部、Caの場合は0.02〜0.5mol部、Znの場合は0.02〜0.7mol部、Pの場合は0.02〜1.4mol部に調整された酸化触媒を設置し、排ガス中のCO,HC,NOを酸化することを特徴とする排ガス浄化方法。
- 多孔質担体と該多孔質担体上に担持された触媒活性成分を有し、前記触媒活性成分として、Ptと、Zn,Ba,Ca,Pから選ばれる少なくとも一種とを含み、前記Zn,Ba,Ca,Pの含有量が、担体2mol部に対して、Baの場合は0.02〜0.5mol部、Caの場合は0.02〜0.5mol部、Znの場合は0.02〜0.7mol部、Pの場合は0.02〜1.4mol部であることを特徴とするCO,HC,NOの酸化触媒。
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