JP2017510439A - 改良された触媒化スートフィルター - Google Patents
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Abstract
Description
複数の通路が、開放入口端および閉鎖出口端を有する入口通路、ならびに閉鎖入口端および開放出口端を有する出口通路を含み、
入口通路の内壁が、少なくとも1つの層を含む入口被覆物を含み、入口被覆物が、入口端から入口被覆物端まで延び、それにより、入口被覆物長さを規定し、入口被覆物長さが、基材軸長さのx%であり、25≦x≦100であり、
出口通路の内壁が、少なくとも1つの層を含む出口被覆物を含み、出口被覆物が出口端から出口被覆物端まで延び、それにより、出口被覆物長さを規定し、出口被覆物長さが、基材軸長さのy%であり、25≦y≦100であり、
入口被覆物長さが、触媒化スートフィルターの上流帯域を規定し、出口被覆物長さが、触媒化スートフィルターの下流帯域を規定し、
触媒化スートフィルターが、少なくとも1種の酸化触媒を含む少なくとも1つの層および少なくとも1種のH2S抑制物質を含む少なくとも1つの層を含み、
少なくとも1種の酸化触媒および少なくとも1種のH2S抑制物質が、壁流フィルター基材の内壁によって分離されており、
総被覆物長さが、x+yであり、x+y≧100である、
触媒化スートフィルターが提供される。
(i)DIN66133に従う水銀多孔度測定に従って決定して好ましくは38〜75の範囲の多孔度を有する前記壁流基材を準備する工程であり、
前記壁流基材が、好ましくはコージライト基材、チタン酸アルミニウムまたは炭化ケイ素基材であり、前記壁流基材が、入口端、および出口端、入口端と出口端の間に延びる基材軸長さ、ならびに壁流基材の内壁によって規定される複数の通路を含み、
複数の通路が、開放入口端および閉鎖出口端を有する入口通路、ならびに閉鎖入口端および開放出口端を有する出口通路を含み、
所与の入口通路、隣接する出口通路、および前記入口通路と前記出口通路の間の内壁が、通路全体を規定する、
工程と、
(ii)第1の被覆物を、通路全体の少なくとも25%の内壁の少なくとも一部に、第1の被覆物が入口端から第1の被覆物端まで延び、それにより、入口被覆物長さが規定されるように、適用する工程であり、入口被覆物長さが、基材軸長さのx%であり、25≦x≦100であり、前記第1の被覆物が、少なくとも1種の酸化触媒または少なくとも1種のH2S抑制物質を含む、工程と、
(iii)第2の被覆物を、通路全体の少なくとも25%の内壁の少なくとも一部に、第2の被覆物が出口端から第2の被覆物端まで延び、それにより、出口被覆物長さが規定されるように、適用する工程であり、出口被覆物長さが、基材軸長さのy%であり、25≦y≦100であり、前記第2の被覆物が、少なくとも1種の酸化触媒または少なくとも1種のH2S抑制物質を含む、工程と
を含み、
入口被覆物および出口被覆物の一方が、少なくとも1種の酸化触媒を含み、入口被覆物および出口被覆物の他方が、少なくとも1種のH2S抑制物質を含み、前記少なくとも1種の酸化触媒および前記少なくとも1種のH2S抑制物質が、壁流フィルター基材の内壁によって分離されており、総被覆物長さが、x+yであり、x+y≧100である、
方法も提供される。
排気マニホールドを介してディーゼルエンジンと流体連通している排気導管と、
上で定義されたとおりの触媒化スートフィルターと、
触媒化スートフィルターと流体連通している、以下:ディーゼル酸化触媒(DOC)、選択的触媒還元(SCR)物品、NOx吸蔵還元(NSR)触媒物品、希薄NOxトラップ(LNT)の1つ以上と
を含み、好ましくは、触媒化スートフィルターが、LNTの下流に配列されている、システムが提供される。
複数の通路が、開放入口端および閉鎖出口端を有する入口通路、ならびに閉鎖入口端および開放出口端を有する出口通路を含み、
入口通路の内壁が、少なくとも1つの層を含む入口被覆物を含み、入口被覆物が、入口端から入口被覆端まで延び、それにより、入口被覆物長さを規定し、入口被覆物長さが、基材軸長さのx%であり、25≦x≦100であり、
出口通路の内壁が、少なくとも1つの層を含む出口被覆物を含み、出口被覆物が出口端から出口被覆物端まで延び、それにより、出口被覆物長さを規定し、出口被覆物長さが、基材軸長さのy%であり、25≦y≦100であり、
入口被覆物長さが、触媒化スートフィルターの上流帯域を規定し、出口被覆物長さが、触媒化スートフィルターの下流帯域を規定し、
触媒化スートフィルターが、少なくとも1種の酸化触媒を含む少なくとも1つの層および少なくとも1種のH2S抑制物質を含む少なくとも1つの層を含み、
少なくとも1種の酸化触媒および少なくとも1種のH2S抑制物質が、壁流フィルター基材の内壁によって分離されており、
総被覆物長さが、x+yであり、x+y≧100である、
触媒化スートフィルターに関する。
(i)DIN66133に従う水銀多孔度測定によって決定して好ましくは38〜75の範囲の多孔度を有する壁流基材を準備する工程であり、
前記壁流基材が、好ましくはコージライト基材、チタン酸アルミニウムまたは炭化ケイ素基材であり、前記壁流基材が、入口端、および出口端、入口端と出口端の間に延びる基材軸長さ、ならびに壁流基材の内壁によって規定される複数の通路を含み、
前記複数の通路が、開放入口端および閉鎖出口端を有する入口通路、ならびに閉鎖入口端および開放出口端を有する出口通路を含み、
所与の入口通路、隣接する出口通路、および前記入口通路と前記出口通路の間の内壁が、通路全体を規定する、
工程と、
(ii)第1の被覆物を、通路全体の少なくとも25%の内壁の少なくとも一部に、第1の被覆物が入口端から第1の被覆物端まで延び、それによって入口被覆物長さが規定されるように、適用する工程であって、入口被覆物長さが、基材軸長さのx%であり、25≦x≦100であり、前記第1の被覆物が、少なくとも1種の酸化触媒または少なくとも1種のH2S抑制物質を含む、工程と、
(iii)第2の被覆物が、通路全体の少なくとも25%の内壁の少なくとも一部に、第2の被覆物が出口端から第2の被覆物端まで延び、それによって出口被覆物長さが規定されるように、適用する工程であって、出口被覆物長さが、基材軸長さのy%であり、25≦y≦100であり、前記第2の被覆物が、少なくとも1種の酸化触媒または少なくとも1種のH2S抑制物質を含む、工程と
を含み、
入口被覆物および出口被覆物の一方が、少なくとも1種の酸化触媒を含み、入口被覆物および出口被覆物の他方が、少なくとも1種のH2S抑制物質を含み、前記少なくとも1種の酸化触媒および前記少なくとも1種のH2S抑制物質が、壁流フィルター基材の内壁によって分離されており、総被覆物長さが、x+yであり、x+y≧100である、
方法に関する。
排気マニホールドを介してディーゼルエンジンと流体連通している排気導管と、
上で定義されたとおりの触媒化スートフィルターと、
触媒化スートフィルターと流体連通している以下:ディーゼル酸化触媒(DOC)、選択的触媒還元(SCR)物品、NOx吸蔵還元(NSR)触媒物品、希薄NOxトラップ(LNT)物品の1つ以上と
を含み、好ましくは、触媒化スートフィルターが、H2Sを発生させる物品の下流、特にLNT物品の下流に配列されている、触媒化スートフィルターに関する。
1.1 例1.1〜例1.4−触媒製造
例1.1〜例1.4のフィルターを、以下の表1に概略されるとおりの異なる特徴を有する、類似の方法で製造した。
例1.1〜例1.4のそれぞれのCSFを、試験前に硫黄を負荷したLNTの下流で試験した。合わせたLNT+CSFの試料を、2Lの排気量の4気筒ライトデューティディーゼルエンジンの排気ストリームの中に置いた。
2.1 例2.1(比較)−入口側100%の上の一様な被覆物を有する触媒製造
例2.1は、0.1g/in3(g/(2.54cm)3)のSiO2/Al2O3(5%SiO2)上の1.5g/ft3(g/(30.48cm)3)のPtおよび0.4g/in3(g/(2.54cm)3)のCuOを含有する。この組成は、フィルターの長さを通して同じである。
例2.2は、0.05g/in3(g/(2.54cm)3)のSiO2/Al2O3(5%SiO2)上の1.0g/ft3(g/(30.48cm)3)のPtおよび0.25g/in3(g/(2.54cm)3)のCuOを含有する。この組成は、フィルターの長さを通して同じである。
非被覆フィルター基材(平均細孔サイズ約11μmの約42%の多孔度および2.1リットルの容量を有する、炭化ケイ素から作られているフィルター基材)ならびに例2.1および2.2の2つのフィルター基材を、煤負荷フィルターの能動的フィルター再生の間のCO酸化(CO二次排出)について試験した。煤酸化中に高い量のCOが生成し、これは、酸化触媒によってフィルター基材の上でCO2に酸化される必要がある。
例2.1および2.2の試料を、煤負荷フィルターの能動的フィルター再生の間のH2S抑制について試験した。フィルターは両方とも、能動的フィルター再生の間に20ppm未満のH2S排出物を示す。
3.1 例3.1〜3.3−異なるCuO被覆による触媒製造
例3.1〜3.3は、0.05g/in3(g/(2.54cm)3)のSiO2/Al2O3(5%SiO2)上の2.0g/ft3(g/(30.48cm)3)のPdおよび0.25g/in3(g/(2.54cm)3)のCuOを含有する。この組成は、フィルターの長さを通して同じである。
CuOを水に懸濁させて、30〜40%の固形分のスラリーを作製し;このスラリーをD90<4μmに粉砕した。次いで、スラリーを10固体質量%に希釈した。
同様に、次いで、Pdスラリーをフィルターの出口側から被覆した。次いで、被覆された試料を110℃で2時間乾燥させ、空気中450℃で1時間焼成し、0.05g/in3(g/(2.54cm)3)のSiO2/Al2O3(5%SiO2)上の2.0g/ft3(g/(30.48cm)3)のPdによって被覆されているフィルターの出口側100%をもたらした。
使用したCuOは、96.7%のCuO、1.1%のAl2O3および0.6%のSiO2の組成(X線蛍光、XRFにより決定)を有する。CuOは、黒銅鉱相中にあり、平均微結晶サイズは15nmである。CuO粉末のBET表面は、3.66m2/gである。CuO粉末を分散させる前の粒径分布(PSD)は、以下のとおりである:D90<29.6μm、D50<8.4μmおよびD10<1.7μm。
使用したCuOは、92.4%のCuO、3.9%のAl2O3および2.2%のSiO2の組成(X線蛍光、XRFにより決定)を有する。CuOは、黒銅鉱相中にあり、平均微結晶サイズは15nmである。CuO粉末のBET表面は、2.32m2/gである。CuO粉末を分散させる前の粒径分布(PSD)は、以下のとおりである:D90<84.0μm、D50<64.4μmおよびD10<20.0μm。
使用したCuOは、95.5%のCuO、2.0%のAl2O3および0.7%のSiO2の組成(X線蛍光、XRFにより決定)を有する。CuOは、黒銅鉱相中にあり、平均微結晶サイズは55nmである。CuO粉末のBET表面は、0.94m2/gである。CuO粉末を分散させる前の粒径分布(PSD)は、以下のとおりである:D90<33.6μm、D50<16.3μmおよびD10<5.2μm。
非被覆フィルター基材(平均細孔サイズ約11μmの約42%の多孔度および2.1リットルの容量を有する、炭化ケイ素から作られているフィルター基材)ならびに例3.1〜3.3の3つのフィルター基材を、煤負荷フィルターの能動的フィルター再生の間のCO酸化(CO二次排出)について試験した。煤酸化の中に高い量のCOが生成し、これは、貴金属によってフィルター基材の上でCO2に酸化される必要がある。
例3.1〜3.3のフィルターを、煤負荷フィルターの能動的フィルター再生の間のH2S抑制について試験した。3つのフィルターはすべて、能動的フィルター再生の間に20ppm未満のH2S排出物を示す。
フィルターの背圧増加は、20℃での空気流によるフローベンチ(flow bench)(冷フローベンチ)で測定した。それぞれのフィルターを、全空気流がフィルターを強制的に通るように試料ホルダに取り付けた。
4.1 例4.1−SiO2/Al2O3上に担持されたCuOによる触媒製造
例4.1は、0.1g/in3(g/(2.54cm)3)のSiO2/Al2O3(5%SiO2)上の2g/ft3(g/(30.48cm)3)のPtおよびSiO2/Al2O3(5%SiO2)上に担持された0.3g/in3(g/(2.54cm)3)のCuO物質を含有し、ここで、CuO負荷は15質量%である。
煤負荷フィルターの能動的フィルター再生の間のH2S抑制に関して、例2.2のフィルターを例4.1のフィルターと比較した。
5.1 例5.1〜5.6−触媒製造
以下の表2に概略されるとおりの異なる特性を有し、例5.1〜5.6のフィルターを類似の方法で製造した。
例5.1〜5.6の6つのフィルター基材を、煤負荷フィルターの能動的フィルター再生の間のCO酸化(CO二次排出)について試験した。煤酸化の間に高い量のCOが生成し、これは、酸化触媒によってフィルター基材の上でCO2に酸化される必要がある。
Claims (17)
- 入口端、出口端、入口端と出口端の間に延びる基材軸長さ、および壁流フィルター基材の内壁により規定される複数の通路を含む壁流基材を含む触媒化スートフィルターであって、
前記複数の通路が、開放入口端および閉鎖出口端を有する入口通路、ならびに閉鎖入口端および開放出口端を有する出口通路を含み、
前記入口通路の内壁が、少なくとも1つの層を含む入口被覆物を含み、前記入口被覆物が、入口端から入口被覆端まで延び、それにより、入口被覆物長さを規定し、入口被覆物長さが、基材軸長さのx%であり、25≦x≦100であり、
前記出口通路の内壁が、少なくとも1つの層を含む出口被覆物を含み、前記出口被覆物が出口端から出口被覆物端まで延び、それにより、前記出口被覆物長さを規定し、前記出口被覆物長さが、前記基材軸長さのy%であり、25≦y≦100であり、
前記入口被覆物長さが、前記触媒化スートフィルターの上流帯域を規定し、前記出口被覆物長さが、前記触媒化スートフィルターの下流帯域を規定し、
前記壁流基材が、少なくとも1種の酸化触媒を含む少なくとも1つの層および少なくとも1種のH2S抑制物質を含む少なくとも1つの層を含み、
前記少なくとも1種の酸化触媒および前記少なくとも1種のH2S抑制物質が、前記壁流フィルター基材の内壁によって分離されており、
総被覆物長さが、x+yであり、x+y≧100であることを特徴とする、
触媒化スートフィルター。 - x+y>100、好ましくはx+y≧150、さらに好ましくはx+y≧175、より好ましくはx+y=200である、請求項1に記載の触媒化スートフィルター。
- 50≦x≦100、好ましくは60<x≦100、さらに好ましくは75<x≦100、より好ましくは90<x≦100、最も好ましくは95<x≦100である、請求項1または2に記載の触媒化スートフィルター。
- 50≦y≦100、好ましくは75<y≦100、より好ましくは90<y≦100、最も好ましくは95<y≦100である、請求項1から3のいずれか一項に記載の触媒化スートフィルター。
- 前記入口被覆物が、前記少なくとも1種のH2S抑制物質を含み、前記出口被覆物が前記少なくとも1種の酸化触媒を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の触媒化スートフィルター。
- 前記H2S抑制物質が、アルミナ(Al2O3)を含有しない担体材料上に担持され、好ましくは前記H2S抑制物質が、担体材料上に担持されない、請求項1から5のいずれか一項に記載の触媒化スートフィルター。
- 前記H2S抑制物質が、Cu、Mn、Fe、Niおよびそれらの混合物からなる群から選択される金属を含み、好ましくは前記H2S抑制物質が、Cu、Mn、Fe、Niおよびそれらの混合物からなる群から選択される金属の酸化物を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の触媒化スートフィルター。
- 前記H2S抑制物質が、Cu、好ましくはCuの酸化物、さらに好ましくはCuO、最も好ましくは黒銅鉱相中のCuOを含む、請求項7に記載の触媒化スートフィルター。
- 前記H2S抑制物質が、黒銅鉱相中のCuOを含み、前記CuOの平均微結晶サイズが、少なくとも30nm、好ましくは少なくとも40nm、より好ましくは少なくとも50nmである、請求項8に記載の触媒化スートフィルター。
- 前記H2S抑制物質が、5m2/g未満、好ましくは2m2/g未満のBET表面を有する、請求項1から9のいずれか一項に記載の触媒化スートフィルター。
- 前記壁流基材が、多孔質壁流基材であり、前記少なくとも1種の酸化触媒および/または前記少なくとも1種のH2S抑制物質が、前記多孔質壁流基材の多孔質壁に導入されている、請求項1から10のいずれか一項に記載の触媒化スートフィルター。
- 前記少なくとも1種の酸化触媒を含有する前記被覆物において、前記酸化触媒が、
(a)Ptを含むがPdを含まない、または
(b)Pdを含むがPtを含まない、または
(c)PtおよびPdを含み、但し、Pt:Pdの質量比が、20:1〜1:1、より好ましくは10:1〜2:1、より好ましくは8:1〜2:1の範囲である、
請求項1から11のいずれか一項に記載の触媒化スートフィルター。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載の触媒化スートフィルターを製造する方法であって、
(iv)DIN66133に従う水銀多孔度測定に従って決定して好ましくは38〜75の範囲の多孔度を有する壁流基材を準備する工程であり、
前記壁流基材が、好ましくはコージライト基材、チタン酸アルミニウムまたは炭化ケイ素基材であり、前記壁流基材が、入口端、および出口端、入口端と出口端の間に延びる基材軸長さ、ならびに前記壁流基材の内壁によって規定される複数の通路を含み、
前記複数の通路が、開放入口端および閉鎖出口端を有する入口通路、ならびに閉鎖入口端および開放出口端を有する出口通路を含み、
所与の入口通路、隣接する出口通路、および前記入口通路と前記出口通路の間の内壁が、通路全体を規定する、
工程と、
(v)第1の被覆物を、前記通路全体の少なくとも25%の内壁の少なくとも一部に、前記第1の被覆物が前記入口端から第1の被覆物端まで延び、それにより、入口被覆物長さが規定されるように適用する工程であって、前記入口被覆物長さは、前記基材軸長さのx%であり、25≦x≦100であり、前記第1の被覆物は、少なくとも1種の酸化触媒または少なくとも1種のH2S抑制物質を含む、工程と、
(vi)第2の被覆物を、前記通路全体の少なくとも25%の内壁の少なくとも一部に、前記第2の被覆物が前記出口端から第2の被覆物端まで延び、それにより、出口被覆物長さが規定されるように、適用する工程であって、前記出口被覆物長さは、前記基材軸長さのy%であり、25≦y≦100であり、前記第2の被覆物は、少なくとも1種の酸化触媒または少なくとも1種のH2S抑制物質を含む、工程と
を含み、
前記入口被覆物および前記出口被覆物の一方が、少なくとも1種の酸化触媒を含み、前記入口被覆物および前記出口被覆物の他方が、少なくとも1種のH2S抑制物質を含み、前記少なくとも1種の酸化触媒および前記少なくとも1種のH2S抑制物質が、前記壁流フィルター基材の内壁によって分離されており、総被覆物長さが、x+yであり、x+y≧100である、
方法。 - ディーゼルエンジン排気ストリームを処理するシステムであって、
排気マニホールドを介してディーゼルエンジンと流体連通している排気導管と、
請求項1から12のいずれか一項に記載の触媒化スートフィルターと、
前記触媒化スートフィルターと流体連通している以下:ディーゼル酸化触媒(DOC)、選択的触媒還元(SCR)物品、NOx吸蔵及び還元(NSR)触媒物品、希薄NOxトラップ(LNT)物品の1つ以上と
を含み、好ましくは、前記触媒化フィルターが、H2Sを生成する物品の下流に配列されている、システム。 - 煤粒子を含有する、ディーゼルエンジン排気ストリームを処理する方法であって、前記排気ストリームを、好ましくはH2Sを生成する物品の下流に配列された、請求項1から12のいずれか一項に記載の触媒化スートフィルターと接触させる工程を含む方法。
- 煤粒子を含有する排気ストリーム、好ましくはディーゼルエンジン排気ストリームの処理における請求項1から12のいずれか一項に記載の触媒化スートフィルターを使用する方法であって、前記排気ストリームを、前記触媒化スートフィルターと接触させる、さらに好ましくは、前記排気スートフィルターを、H2Sを発生する物品の下流に配列する、方法。
- 黒銅鉱相中のCuOをH2S抑制物質として使用する方法であって、好ましくは、前記CuOの平均微結晶サイズは、少なくとも30nm、さらに好ましくは少なくとも40nm、より好ましくは少なくとも50nmである、方法。
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