JP2020045860A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、排ガスを浄化する排ガス浄化装置に関する。 The present disclosure relates to an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas.
従来、内燃機関から排出された排ガスを浄化するために、各種触媒を備えた排ガス浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。 BACKGROUND ART Conventionally, an exhaust gas purifying apparatus provided with various catalysts for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine is known (for example, see Patent Document 1).
上述した排ガス浄化装置では、排ガスを浄化する過程において亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が生成されることがある。亜酸化窒素は、非常に高い温暖化係数（二酸化炭素の温暖化係数の約３００倍）を有しており、また、オゾン層の破壊に強く寄与していることが知られている。よって、亜酸化窒素の大気中への排出を防止する技術の重要性が高まっている。 In the exhaust gas purifying apparatus described above, nitrous oxide (N 2 O) may be generated in the process of purifying the exhaust gas. Nitrous oxide has a very high global warming potential (about 300 times the global warming potential of carbon dioxide) and is known to contribute strongly to the destruction of the ozone layer. Therefore, the importance of technology for preventing nitrous oxide from being emitted into the atmosphere is increasing.
本開示の目的は、亜酸化窒素の大気中への排出を防止する性能を向上させる排ガス浄化装置を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide an exhaust gas purifying apparatus that improves performance of preventing nitrous oxide from being discharged into the atmosphere.
本開示の一態様に係る排ガス浄化装置は、内燃機関から排出された排ガスの浄化に用いられる浄化用触媒と、前記浄化用触媒の下流側に、亜酸化窒素を吸着する吸着触媒と、亜酸化窒素を分解する分解触媒とが一体的に複合化された複合化触媒と、を備える。 An exhaust gas purifying apparatus according to one embodiment of the present disclosure includes a purifying catalyst used for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine, an adsorption catalyst that adsorbs nitrous oxide downstream of the purifying catalyst, And a composite catalyst in which a decomposition catalyst for decomposing nitrogen is integrally composited.
本開示によれば、亜酸化窒素の大気中への排出を防止する性能を向上させることができる。 According to the present disclosure, it is possible to improve the performance of preventing nitrous oxide from being discharged into the atmosphere.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
本実施の形態に係る排ガス浄化装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、排ガス浄化装置１００の構成の一例を示す模式図である。
An exhaust gas purifying
図１に示す排ガス浄化装置１００は、車両に搭載され、内燃機関（図示略）から排出される排ガスを浄化する装置である。内燃機関は、例えばディーゼルエンジンである。なお、排ガス浄化装置１００は、車両の内燃機関に限らず、例えば船舶や定置式の内燃機関に適用することも可能である。
An exhaust gas purifying
排気管１の上流側（図の左側）は、内燃機関に接続された排気マニホールド（図示略）の下流側に接続されている。よって、排気マニホールドから排出された排ガスは、排気管１を図中の左側から右側へ流れ（図中の矢印参照）、最終的には車両の外部へ排出される。
An upstream side (left side in the figure) of the
排気管１には、その上流側から順に、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）２、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）３、尿素水噴射装置７、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）４、ＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst）５、複合化触媒６が設けられている。
The
ＤＯＣ２、尿素ＳＣＲ４、ＡＳＣ５は、排ガスの浄化に用いられる「浄化用触媒」の一例に相当する。また、ＤＯＣ２は、酸化触媒の一例であり、尿素ＳＣＲ４は、選択還元型触媒の一例である。 DOC2, urea SCR4, and ASC5 correspond to an example of a "purification catalyst" used for purifying exhaust gas. DOC2 is an example of an oxidation catalyst, and urea SCR4 is an example of a selective reduction catalyst.
ＤＯＣ２は、排ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を酸化させる。
The
また、ＤＯＣ２は、排ガスに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）を酸化させる。これにより、二酸化窒素（ＮＯ２）が生成されるので、尿素ＳＣＲ４のＮＯｘ浄化効率を向上させることができる。
The
ＤＰＦ３は、排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。 The DPF 3 captures particulate matter (PM) contained in the exhaust gas.
尿素水噴射装置７は、還元剤としての尿素水を排気管１内に噴射する。排気管１内に噴射された尿素水は、ＤＰＦ３を通過した排ガスの熱により、アンモニアに加水分解される。なお、尿素水の噴射タイミングおよび噴射量は、図示しない制御装置（例えば、ＥＣＵ：Electronic Control Unit）によって制御される。
The urea water injection device 7 injects urea water as a reducing agent into the
尿素ＳＣＲ４は、排ガスに含まれるＮＯｘを浄化する。具体的には、上述したアンモニアが尿素ＳＣＲ４に供給されることにより、尿素ＳＣＲ４において排ガス中のＮＯｘが窒素と水に還元される。 The urea SCR4 purifies NOx contained in the exhaust gas. Specifically, NOx in the exhaust gas is reduced to nitrogen and water in the urea SCR4 by supplying the above-described ammonia to the urea SCR4.
ＡＳＣ５は、尿素ＳＣＲ４で消費しきれなかったアンモニアを酸化、分解する。これにより、アンモニアが大気中に排出されることを防止できる。 ASC5 oxidizes and decomposes ammonia that could not be consumed by urea SCR4. This can prevent ammonia from being discharged into the atmosphere.
ＡＳＣ５では、アンモニアの酸化過程において、亜酸化窒素が生成されうる。これらの亜酸化窒素は、以下に説明する複合化触媒６により除去される。 In ASC5, nitrous oxide can be generated in the oxidation process of ammonia. These nitrous oxides are removed by the composite catalyst 6 described below.
複合化触媒６は、吸着触媒と分解触媒とが一体的に複合化された触媒である。 The composite catalyst 6 is a catalyst in which an adsorption catalyst and a decomposition catalyst are integrally composited.
ここでまず、吸着触媒について説明する。 Here, the adsorption catalyst will be described first.
吸着触媒は、亜酸化窒素を吸着する触媒である。吸着された亜酸化窒素は、吸着触媒の表面または内部に保持される。ただし、排ガスが高温になった場合、吸着触媒に保持された亜酸化窒素は、吸着触媒から脱離する。よって、吸着触媒は、排ガスが低温である場合に吸着能力を発揮する。 The adsorption catalyst is a catalyst that adsorbs nitrous oxide. The adsorbed nitrous oxide is held on or inside the adsorption catalyst. However, when the temperature of the exhaust gas becomes high, nitrous oxide held by the adsorption catalyst is desorbed from the adsorption catalyst. Therefore, the adsorption catalyst exhibits the adsorption ability when the exhaust gas is at a low temperature.
吸着触媒は、例えば、アルミナ（Al2O3）、セリア(Ce2O4)、ゼオライト等といった、高い比表面積を有し、貴金属酸化触媒を担持可能な無機材料である。 The adsorption catalyst is an inorganic material having a high specific surface area and capable of supporting a noble metal oxidation catalyst, such as alumina (Al 2 O 3 ), ceria (Ce 2 O 4 ), and zeolite.
以上、吸着触媒について説明した。 The adsorption catalyst has been described above.
次に、分解触媒について説明する。 Next, the decomposition catalyst will be described.
分解触媒は、亜酸化窒素を窒素と酸素とに分解する触媒である。具体的には、分解触媒は、排ガスが高温（例えば３００℃程度）になると、亜酸化窒素の５０％以上を窒素と酸素とに分解できる。 The decomposition catalyst is a catalyst that decomposes nitrous oxide into nitrogen and oxygen. Specifically, the decomposition catalyst can decompose 50% or more of the nitrous oxide into nitrogen and oxygen when the exhaust gas reaches a high temperature (for example, about 300 ° C.).
分解触媒は、例えば、以下の（１）〜（４）のいずれかの触媒である。
（１）Rh/CeO2、Rh/Al2O3、Rh/silica、Rh/Ce0.9Pr0.1O2、Pd/Rh/Al2O3で示されるRhを主体とした触媒
（２）CuO/CeO2、Co3O4/CeO2、Fe2O3/CeO2、Ce0.32Zr0.68O2、CuO/CeO2、NiO/CeO2で示されるセリアもしくはセリア−ジルコニアを担体もしくは触媒とし、さらに遷移金属酸化物を担持した触媒
（３）Cs-CuO、K-Co3O4、Cs-Co3O4、Na-Co3O4で示される遷移金属酸化物にアルカリ金属を添加した触媒
（４）Co0.6Fe2.4O4、Ni0.75Fe2.25O4、Mg0.58Fe2.42O4、Zn0.6Fe0.4Fe2O4、Mn0.8Fe0.2Fe2O4、Zn0.36Co0.64Co2O4、Ni0.74Co0.26Co2O4、Mg0.54Co0.46Co2O4、Ni0.5Co0.5Co2O4、Ni0.75Co0.25Co2O4で示されるスピネル構造の触媒
The cracking catalyst is, for example, any one of the following (1) to (4).
(1) Rh-based catalyst represented by Rh / CeO 2 , Rh / Al 2 O 3 , Rh / silica, Rh / Ce 0.9 Pr 0.1 O 2 , Pd / Rh / Al 2 O 3 (2) CuO / CeO 2, Co 3 O 4 /
以上、分解触媒について説明した。 The cracking catalyst has been described above.
次に、図１に示した複合化触媒６の各構成例について、図２Ａ〜図２Ｃを用いて説明する。図２Ａは、複合化触媒６の構成例１を示す模式図である。図２Ｂは、複合化触媒６の構成例２を示す模式図である。図２Ｃは、複合化触媒６の構成例３を示す模式図である。図２Ａ〜図２Ｃは、それぞれ、図１に示した複合化触媒６の長手方向（排ガスの流れ方向）の一部の断面を拡大して示している。なお、図２Ａ〜図２Ｃにおいて、排ガスは、左側から右側へ流れるとする。 Next, each configuration example of the composite catalyst 6 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2A to 2C. FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a configuration example 1 of the composite catalyst 6. FIG. 2B is a schematic diagram illustrating a configuration example 2 of the composite catalyst 6. FIG. 2C is a schematic diagram illustrating a configuration example 3 of the composite catalyst 6. FIGS. 2A to 2C each show an enlarged cross section of a part of the composite catalyst 6 shown in FIG. 1 in the longitudinal direction (the flow direction of the exhaust gas). 2A to 2C, the exhaust gas flows from left to right.
まず、図２Ａを用いて、複合化触媒６の構成例１について説明する。 First, Configuration Example 1 of the composite catalyst 6 will be described with reference to FIG. 2A.
図２Ａに示すように、構成例１では、ハニカム担体８（より詳細には、セル壁）に混合触媒９がコーティングされている。混合触媒９は、吸着触媒と分解触媒とが物理的に混合された触媒である。ハニカム担体８（担体の一例）は、例えば金属製である。なお、混合触媒９の厚みは、図２Ａの図示に限定されない。
As shown in FIG. 2A, in the configuration example 1, the honeycomb catalyst 8 (more specifically, the cell wall) is coated with the
次に、図２Ｂを用いて、複合化触媒６の構成例２について説明する。 Next, a configuration example 2 of the composite catalyst 6 will be described with reference to FIG. 2B.
図２Ｂに示すように、構成例２では、ハニカム担体８に吸着触媒１０がコーティングされ、その吸着触媒１０に分解触媒１１がコーティングされている。なお、吸着触媒１０および分解触媒１１の厚みは、図２Ｂの図示に限定されない。
As shown in FIG. 2B, in the configuration example 2, the
また、図２Ｂに示した吸着触媒１０、分解触媒１１の位置は逆であってもよいが、吸着触媒１０から脱離した亜酸化窒素を分解触媒１１で確実に分解するために、図２Ｂに示したように、吸着触媒１０は、分解触媒１１よりもハニカム担体８側に位置することが好ましい。
The positions of the
次に、図２Ｃを用いて、複合化触媒６の構成例３について説明する。 Next, a configuration example 3 of the composite catalyst 6 will be described with reference to FIG. 2C.
図２Ｃに示すように、構成例３では、ハニカム担体８における排ガスの流れ方向の上流側に、吸着触媒１０がコーティングされている。また、ハニカム担体８における排ガスの流れ方向の下流側に、分解触媒１１がコーティングされている。これにより、上流側の吸着触媒１０から脱離した亜酸化窒素を下流側の分解触媒１１で確実に分解できる。なお、吸着触媒１０および分解触媒１１の厚みは、図２Ｃの図示に限定されない。
As shown in FIG. 2C, in Configuration Example 3, the
なお、上述した構成例１〜３において、ハニカム担体８の代わりに、例えばコージライトを用いてもよい。
In the configuration examples 1 to 3 described above, for example, cordierite may be used instead of the
以上、複合化触媒６の各構成例について説明した。 As above, each configuration example of the composite catalyst 6 has been described.
ここまで詳述したように、本実施の形態の排ガス浄化装置１００は、内燃機関から排出された排ガスの浄化に用いられ、排ガスの浄化過程において亜酸化窒素が生成されうる浄化用触媒（例えば、ＡＳＣ５）の下流側に、亜酸化窒素を吸着する吸着触媒と、亜酸化窒素を分解する分解触媒とが一体的に複合化された複合化触媒６を備えることを特徴とする。
As described in detail above, the exhaust
よって、複合化触媒６は、排ガスが低温である場合では、吸着触媒の機能により亜酸化窒素を吸着でき、排ガスが高温となった場合では、分解触媒の機能により亜酸化窒素を分解できる。したがって、排ガス浄化装置１００は、幅広い排ガスの温度に対応できるので、亜酸化窒素の大気中への排出を防止する性能を向上させることができる。
Therefore, the composite catalyst 6 can adsorb nitrous oxide by the function of the adsorption catalyst when the exhaust gas has a low temperature, and can decompose nitrous oxide by the function of the decomposition catalyst when the exhaust gas has a high temperature. Therefore, the exhaust
また、複合化触媒６は吸着触媒と分解触媒とが一体化された構成であるので、排ガス浄化装置１００における省スペース化を実現できる。
Further, since the composite catalyst 6 has a configuration in which the adsorption catalyst and the decomposition catalyst are integrated, space saving in the exhaust
また、吸着触媒のみを用いた場合では、亜酸化窒素の保持量が一定量を超えると、その吸着触媒を交換する必要がある。これに対し、複合化触媒６は、排ガスが高温になった場合でも分解触媒の機能により亜酸化窒素を分解できるため、複合化触媒６の交換が不要であり、利便性が向上する。 When only the adsorption catalyst is used, if the amount of nitrous oxide retained exceeds a certain amount, it is necessary to replace the adsorption catalyst. On the other hand, the composite catalyst 6 can decompose nitrous oxide by the function of the decomposition catalyst even when the temperature of the exhaust gas becomes high, so that the replacement of the composite catalyst 6 is unnecessary, and the convenience is improved.
なお、本開示は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、変形例について説明する。 Note that the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present disclosure. Hereinafter, modified examples will be described.
［変形例１］
実施の形態では、排ガス浄化装置１００が複合化触媒６の上流側にＤＯＣ２、ＤＰＦ３、尿素ＳＣＲ４、ＡＳＣ５を備える場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。
[Modification 1]
In the embodiment, the case where the exhaust
例えば、排ガス浄化装置１００は、複合化触媒６の上流側に、浄化用触媒として、白金族金属（ＰＧＭ）系酸化触媒、受動的ＮＯｘ吸着触媒（Passive NOx Adsorber：ＰＮＡ）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（Lean NOx Trap：ＬＮＴ）、炭化水素選択還元型触媒（Hydro Carbon-Selective Catalytic Reduction：ＨＣ−ＳＣＲ）、貴金属触媒のうち少なくとも１つを備えてもよい。これらの浄化用触媒は、排ガスの浄化過程において亜酸化窒素が生成されうる触媒である。すなわち、本開示の排ガス浄化装置１００は、亜酸化窒素が生成されうる少なくとも１つの浄化用触媒の下流側に、複合化触媒６が設けられる構成であればよい。なお、ＨＣ−ＳＣＲは、選択還元型触媒の一例である。また、貴金属触媒は、例えばパラジウム、白金、ロジウム等で構成される。
For example, the exhaust
［変形例２］
実施の形態では、内燃機関がディーゼルエンジンである場合を例に挙げて説明したが、内燃機関は、ガソリンエンジンであってもよい。その場合、排ガス浄化装置には、窒素酸化物、炭化水素および一酸化炭素の除去を行う三元触媒（浄化用触媒の一例）が設けられることが一般的である。三元触媒では、その温度が３２０℃を下回る場合（例えば、冷間始動時）、排ガスの浄化過程において亜酸化窒素が生成されうる。よって、三元触媒の下流側に、複合化触媒６を設けてもよい。
[Modification 2]
In the embodiment, the case where the internal combustion engine is a diesel engine has been described as an example, but the internal combustion engine may be a gasoline engine. In that case, the exhaust gas purifying apparatus is generally provided with a three-way catalyst (an example of a purifying catalyst) for removing nitrogen oxides, hydrocarbons and carbon monoxide. When the temperature of the three-way catalyst is lower than 320 ° C. (for example, during a cold start), nitrous oxide may be generated in the purification process of the exhaust gas. Therefore, the composite catalyst 6 may be provided downstream of the three-way catalyst.
［変形例３］
実施の形態では、排ガス浄化装置１００が１つの複合化触媒６を備える場合を例に挙げて説明したが、排ガス浄化装置１００は、複数の複合化触媒６を備えてもよい。
[Modification 3]
In the embodiment, the case where the exhaust
例えば、排ガス浄化装置１００は、亜酸化窒素が生成されうる複数の浄化用触媒を備える場合（例えば、２種類以上の浄化用触媒を備える場合や、同種の浄化用触媒を２つ以上備える場合）、各浄化用触媒の下流側に複合化触媒６を備えてもよい。これにより、亜酸化窒素の排出防止の性能をさらに向上させることができる。
For example, when the exhaust
以上、変形例について説明した。各変形例は、適宜組み合わせてもよい。 The modification has been described above. Each modification may be combined as appropriate.
本開示の排ガス浄化装置は、排ガスの浄化過程において生成された亜酸化窒素の大気中への排出を防止する技術に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The exhaust gas purifying apparatus according to the present disclosure is useful for a technology for preventing nitrous oxide generated in a process of purifying exhaust gas from being discharged into the atmosphere.
１ 排気管
２ ＤＯＣ
３ ＤＰＦ
４ 尿素ＳＣＲ
５ ＡＳＣ
６ 複合化触媒
７ 尿素水噴射装置
８ ハニカム担体
９ 混合触媒
１０ 吸着触媒
１１ 分解触媒
１００ 排ガス浄化装置
1
3 DPF
4 Urea SCR
5 ASC
Reference Signs List 6 composite catalyst 7 urea
Claims (5)
前記浄化用触媒の下流側に、亜酸化窒素を吸着する吸着触媒と、亜酸化窒素を分解する分解触媒とが一体的に複合化された複合化触媒と、を備える、
排ガス浄化装置。 A purifying catalyst used for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine,
On the downstream side of the purification catalyst, an adsorption catalyst that adsorbs nitrous oxide, and a composite catalyst in which a decomposition catalyst that decomposes nitrous oxide is integrally composited,
Exhaust gas purification device.
所定の担体に、前記吸着触媒と前記分解触媒とが物理的に混合された混合触媒がコーティングされた触媒である、
請求項１に記載の排ガス浄化装置。 The composite catalyst,
A predetermined carrier is a catalyst coated with a mixed catalyst in which the adsorption catalyst and the decomposition catalyst are physically mixed.
The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1.
所定の担体に前記吸着触媒がコーティングされ、前記吸着触媒に前記分解触媒がコーティングされた触媒である、
請求項１に記載の排ガス浄化装置。 The composite catalyst,
A predetermined carrier is coated with the adsorption catalyst, and the adsorption catalyst is a catalyst coated with the decomposition catalyst.
The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1.
所定の担体における前記排ガスの流れ方向の上流側に前記吸着触媒がコーティングされ、前記所定の担体における前記排ガスの流れ方向の下流側に前記分解触媒がコーティングされた触媒である、
請求項１に記載の排ガス浄化装置。 The composite catalyst,
The adsorption catalyst is coated on the upstream side in the flow direction of the exhaust gas in a predetermined carrier, and the decomposition catalyst is coated on the downstream side in the flow direction of the exhaust gas in the predetermined carrier.
The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1.
白金族金属系酸化触媒、炭化水素選択還元型触媒、アンモニアスリップ触媒、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、受動的ＮＯｘ吸着触媒、三元触媒、および貴金属触媒のうち少なくとも１つである、
請求項１から４のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。 The purification catalyst,
At least one of a platinum group metal-based oxidation catalyst, a hydrocarbon selective reduction catalyst, an ammonia slip catalyst, a NOx storage reduction catalyst, a passive NOx adsorption catalyst, a three-way catalyst, and a noble metal catalyst,
The exhaust gas purifying apparatus according to any one of claims 1 to 4.
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