JP2017207047A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】選択還元型触媒の被毒を防止して長期間に亘り高いＮＯx浄化率を保ち得る排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気管１の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニア（還元剤）と反応させる性質を有する選択還元型触媒３，４を一対一組で直列に装備し、該各選択還元型触媒３，４より上流で尿素水を排気ガス６中に添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置に関し、一番目の選択還元型触媒３の上流に、排気ガス６の流れ方向に貫通する多数の流路７ａを備えた被毒専用ダミー触媒７を追加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。

他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ₃）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、尿素水を還元剤として使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図４は尿素水を還元剤とする選択還元型触媒を用いた排気浄化装置の一例を示すもので、排気管１の途中（一般的には終端付近）に介装したケーシング２内に一対一組の選択還元型触媒３，４を直列に収容し、前記ケーシング２の入側に設けた尿素添加弁５により排気ガス６の流れに尿素水を添加し得るようにしている。

このように尿素添加弁５により尿素水を選択還元型触媒３，４の上流側で排気ガス６中に添加すれば、該排気ガス６中で尿素水が次式によりアンモニアと炭酸ガスに分解され、選択還元型触媒３，４上で排気ガス６中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
［化１］
（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂

一般的に、この種の尿素水を還元剤とする選択還元型触媒３，４にあっては、浄化率の高いゼオライト系の選択還元型触媒３，４が広く用いられているが、排気ガス規制が十分に強化されていない国では未だ硫黄分の多い軽油が使われているという事情があり、このような国に向けた車両については、燃料成分のサルファに対する耐性が高いバナジウム系の選択還元型触媒３，４を採用することが検討されている。

特開２００５−２７３６１４号公報

しかしながら、本発明者らがバナジウム系の選択還元型触媒３，４について耐久評価を行ったところでは、排気ガス６中に含まれるエンジンオイル由来のリンや亜鉛、カルシウム等といった被毒成分により選択還元型触媒３，４が徐々に被毒され、該選択還元型触媒３，４の触媒性能が低下して必要なＮＯx浄化率が得られなくなる虞れがあることが判明した。

本発明は、上述の実情に鑑みてなしたもので、選択還元型触媒の被毒を防止して長期間に亘り高いＮＯx浄化率を保ち得る排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明は、排気管の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を有する選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒より上流で還元剤を排気ガス中に添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、前記選択還元型触媒の上流に、排気ガスの流れ方向に貫通する多数の流路を備えた被毒専用ダミー触媒を追加したことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、排気ガス中にエンジンオイル由来のリンや亜鉛、カルシウム等といった被毒成分が含まれていても、排気ガスが先行して通過する被毒専用ダミー触媒の入側端面にて被毒成分による被毒が顕著に進行し、この被毒専用ダミー触媒の下流にある選択還元型触媒には、大半の被毒成分が取り除かれた排気ガスしか導かれなくなり、選択還元型触媒における被毒が防止されて触媒性能の低下が回避される。

即ち、エンジンオイル由来のリンや亜鉛、カルシウム等といった被毒成分により選択還元型触媒に生じる被毒が、その入側端面に集中して生じることが見いだされており、排気ガスが被毒専用ダミー触媒の各流路を区画している区画壁の入側端面に衝突して乱流化することで、被毒物質が集中的に被毒専用ダミー触媒の入側端面で捕らえられ、この入側端面に集中的に被毒が生じるものと考えられている。

そこで、選択還元型触媒の上流に被毒専用ダミー触媒を追加すれば、この被毒専用ダミー触媒が集中的に被毒されることになるので、この被毒専用ダミー触媒を予め排気浄化に寄与しないものとして扱い、選択還元型触媒だけで必要な触媒性能が得られるように触媒容量を設定しておくことにより、選択還元型触媒を被毒から保護して触媒性能の低下を回避することが可能となる。

また、本発明においては、複数の選択還元型触媒が直列に配置され、一番目の選択還元型触媒の上流に被毒専用ダミー触媒が追加されていることが好ましく、このようにすれば、製作が容易なサイズの選択還元型触媒を複数用意することで簡単に触媒容量を増やしてＮＯx浄化能力を向上することが可能となる。

更に、本発明においては、選択還元型触媒が酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させる性質を備え、還元剤として尿素水が添加されるように構成されているものであっても良い。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、敢えて被毒専用ダミー触媒の入側端面で被毒を進行させることにより、該被毒専用ダミー触媒の下流にある選択還元型触媒に対し大半の被毒成分が取り除かれた排気ガスを導くことができるので、該選択還元型触媒における被毒を防止して触媒性能の低下を回避することができ、これにより長期間に亘り高いＮＯx浄化率を保つことができるという優れた効果を奏し得る。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 被毒専用ダミー触媒の入側端面の様子を模式的に示す拡大図である。 本発明の別の形態例を示す概略図である。 従来例を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、本形態例においては、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させる性質を備えた選択還元型触媒３，４を採用し、該各選択還元型触媒３，４を一対一組として排気管１途中（一般的には終端付近）のケーシング２内に直列に収容し、該ケーシング２の入側に設けた尿素添加弁５により排気ガス６の流れに尿素水（還元剤）を添加し得るように構成してあるが、一番目の選択還元型触媒３の上流に、排気ガス６の流れ方向に貫通する多数の流路７ａを備えた被毒専用ダミー触媒７を追加したところが特徴となっている。尚、前記被毒専用ダミー触媒７は、後述する如く、排気浄化に寄与しないものであって良く、安価な触媒成分を担持させたものとしたり、触媒成分を全く担持しないものとしても良い。

而して、このように排気浄化装置を構成すれば、排気ガス６中にエンジンオイル由来のリンや亜鉛、カルシウム等といった被毒成分が含まれていても、排気ガス６が先行して通過する被毒専用ダミー触媒７の入側端面にて被毒成分による被毒が顕著に進行し、この被毒専用ダミー触媒７の下流にある選択還元型触媒３，４には、大半の被毒成分が取り除かれた排気ガス６しか導かれなくなり、選択還元型触媒３，４における被毒が防止されて触媒性能の低下が回避される。

即ち、本発明者らによる研究結果によれば、一対一組の選択還元型触媒３，４を直列に配置した場合、エンジンオイル由来のリンや亜鉛、カルシウム等といった被毒成分により前記各選択還元型触媒３，４に生じる被毒は、夫々の入側端面に集中して生じることが見いだされており、しかも、その被毒の度合いは、一番目の選択還元型触媒３における入側端面で最も顕著に現れ、二番目の選択還元型触媒４における入側端面では軽度な被毒で済むことが判っている。

そこで、一番目の選択還元型触媒３の上流に被毒専用ダミー触媒７を追加すれば、この被毒専用ダミー触媒７が従来における一番目の選択還元型触媒３と同様に集中的に被毒されることになるので、この被毒専用ダミー触媒７については、予め排気浄化に寄与しないものとして扱い、各選択還元型触媒３，４だけで必要な触媒性能が得られるように該各選択還元型触媒３，４の容量を設定しておくことにより、これら各選択還元型触媒３，４を被毒から保護して触媒性能の低下を回避することが可能となる。

この際、本発明者らの考察としては、図２に被毒専用ダミー触媒７の入側端面の様子を模式的に示す如く、排気ガス６が被毒専用ダミー触媒の各流路７ａを区画している区画壁７ｂの入側端面に衝突して乱流化することで、被毒物質が集中的に被毒専用ダミー触媒７の入側端面で捕らえられる結果、この入側端面に集中的に被毒が生じるものと考えられ、この被毒専用ダミー触媒７の下流にある選択還元型触媒３，４には、大半の被毒成分が取り除かれた排気ガス６しか導かれないものと考えられる。

尚、本形態例においては、一対一組の選択還元型触媒３，４が直列に配置されているが、これらを一纏めにした大型の選択還元型触媒３，４を製作することは容易ではないため、製作が容易なサイズの選択還元型触媒３，４を複数用意することで簡単に触媒容量を増やしてＮＯx浄化能力を向上するようにしている。ただし、必ずしも一対一組とすることに限定されるものではなく、選択還元型触媒３，４を三つ以上備えるようにしても良いことは勿論である。

以上に述べた通り、上記形態例によれば、敢えて被毒専用ダミー触媒７の入側端面で被毒を進行させることにより、該被毒専用ダミー触媒７の下流にある選択還元型触媒３，４に対し大半の被毒成分が取り除かれた排気ガス６を導くことができるので、該選択還元型触媒３，４における被毒を防止して触媒性能の低下を回避することができ、これにより長期間に亘り高いＮＯx浄化率を保つことができる。

また、図３は本発明の別の形態例を示すもので、被毒専用ダミー触媒７を選択還元型触媒３，４のケーシング２とは別のケーシング８により抱持して尿素添加弁５より上流に配置した例を示しており、このようにすれば、先の図１の形態例と同様の作用効果が得られることに加え、尿素添加弁５により添加された尿素水から生成されるアンモニアが被毒専用ダミー触媒７に吸着して目減りする懸念がなくなり、意図した添加量のアンモニアを確実に選択還元型触媒３，４に導くことができて効果的にＮＯxの還元浄化を図ることができる。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、選択還元型触媒が酸素共存下でも選択的にＮＯxをＨＣガスと反応させ得る性質を備えたもので、還元剤として燃料を添加するようにしたものであっても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 排気管
３ 選択還元型触媒
４ 選択還元型触媒
６ 排気ガス
７ 被毒専用ダミー触媒
７ａ 流路

Claims (3)

1. 排気管の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を有する選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒より上流で還元剤を排気ガス中に添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、前記選択還元型触媒の上流に、排気ガスの流れ方向に貫通する多数の流路を備えた被毒専用ダミー触媒を追加したことを特徴とする排気浄化装置。
2. 複数の選択還元型触媒が直列に配置され、一番目の選択還元型触媒の上流に被毒専用ダミー触媒が追加されていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 選択還元型触媒が酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させる性質を備え、還元剤として尿素水が添加されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。

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