JP2020045861A - 排ガス浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】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。【解決手段】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る浄化用触媒(例えば、ASC)と、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。【選択図】図1
Description
本開示は、排ガスを浄化する排ガス浄化装置に関する。
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)。
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。
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。
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、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を備える。
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。
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。
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。
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。
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。
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、および複合化触媒6が設けられている。
DOC2、尿素SCR4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。
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。
DPF3は、排ガスに含まれる粒子状物質(PM)を捕集する。
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。
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。
複合化触媒6は、ASC(Ammonia Slip Catalyst)と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。以下、ASC、吸着触媒、および分解触媒について説明する。
ASC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。ASCは、浄化用触媒の一例に相当する。
また、ASC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が、この亜酸化窒素は、以下に説明する吸着触媒および分解触媒により除去される。
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。
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。
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。
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
(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
以上、ASC、吸着触媒、および分解触媒について説明した。
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2D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2Dは、複合化触媒6の構成例4を示す模式図である。図2A〜図2D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2Dにおいて、排ガスは、左側から右側へ流れるとする。
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。
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、ASCと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。
また、一般的にASCは、酸化触媒層とSCR触媒層の2層構造である。よって、混合触媒9は、吸着触媒および分解触媒が酸化触媒層に混合された構成でもよいし、吸着触媒および分解触媒がSCR触媒層に混合された構成でもよい。または、混合触媒9は、吸着触媒が酸化触媒層に混合され、かつ、分解触媒がSCR触媒層に混合された構成でもよいし、吸着触媒がSCR触媒層に混合され、かつ、分解触媒が酸化触媒層に混合された構成でもよい。
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。
図2Bに示すように、構成例2では、ハニカム担体8にASC10がコーティングされ、そのASC10に混合触媒11がコーティングされている。混合触媒11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。なお、ASC10および混合触媒11の厚みは、図2Bの図示に限定されない。
また、ASC10、混合触媒11の位置は、図2Bに示した位置に限定されない。例えば、図2Bに示したASC10の位置と混合触媒11の位置とが逆であってもよい。
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。
図2Cに示すように、構成例3では、ハニカム担体8にASC10がコーティングされ、そのASC10に吸着触媒12がコーティングされている。さらに、その吸着触媒12に分解触媒13がコーティングされている。なお、ASC10、吸着触媒12、および分解触媒13の厚みは、図2Cの図示に限定されない。
また、ASC10、吸着触媒12、分解触媒13の位置は、図2Cに示した位置に限定されない。例えば、ハニカム担体8側から吸着触媒12、分解触媒13、ASC10の順にコーティングされてもよいし、ハニカム担体8側から吸着触媒12、ASC10、分解触媒13の順にコーティングされてもよい。吸着触媒12から脱離した亜酸化窒素を分解触媒13で確実に分解するために、吸着触媒12は、分解触媒13よりもハニカム担体8側に位置することが好ましい。
次に、図2Dを用いて、複合化触媒6の構成例4について説明する。
図2Dに示すように、構成例4では、ハニカム担体8にASC10がコーティングされ、ASC10における排ガスの流れ方向の上流側に、吸着触媒12がコーティングされている。また、ASC10における排ガスの流れ方向の下流側に、分解触媒13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12から脱離した亜酸化窒素を下流側の分解触媒13で確実に分解できる。なお、ASC10、吸着触媒12、および分解触媒13の厚みは、図2Dの図示に限定されない。
また、ASC10、吸着触媒12、分解触媒13の位置は、図2Dに示した位置に限定されない。例えば、図2Dに示したASC10の位置と吸着触媒12および分解触媒13の位置とが逆であってもよい。
なお、上述した構成例1〜4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。
以上、複合化触媒6の各構成例について説明した。
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、ASC)と、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。
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。
また、複合化触媒6は浄化用触媒と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。
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。
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。
[変形例1]
実施の形態では、複合化触媒6に含まれる浄化用触媒がASCである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。
実施の形態では、複合化触媒6に含まれる浄化用触媒がASCである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。
例えば、複合化触媒6に含まれる浄化用触媒は、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)、または貴金属触媒のいずれかであってもよい。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、複合化触媒6は、亜酸化窒素が生成されうる浄化用触媒を含む構成であればよい。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。
[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、排ガス浄化装置は、三元触媒と、吸着触媒と、分解触媒とが一体的に複合化された複合化触媒6を備えてもよい。
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、排ガス浄化装置は、三元触媒と、吸着触媒と、分解触媒とが一体的に複合化された複合化触媒6を備えてもよい。
[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。
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。
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)、各浄化用触媒と、吸着触媒と、分解触媒とが一体的に複合化された複合化触媒を備えてもよい。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。
[変形例4]
実施の形態では、複合化触媒6は浄化用触媒、吸着触媒、および分解触媒が一体的に複合化されて成る場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。
実施の形態では、複合化触媒6は浄化用触媒、吸着触媒、および分解触媒が一体的に複合化されて成る場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。
例えば、複合化触媒6は、浄化用触媒と、吸着触媒または分解触媒のいずれか一方とが一体的に複合化された触媒であってもよい。これにより、排ガス浄化装置100における省スペース化を実現できる。
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。
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。
1 排気管
2 DOC
3 DPF
4 尿素SCR
6 複合化触媒
7 尿素水噴射装置
8 ハニカム担体
9、11 混合触媒
10 ASC
12 吸着触媒
13 分解触媒
100 排ガス浄化装置
2 DOC
3 DPF
4 尿素SCR
6 複合化触媒
7 尿素水噴射装置
8 ハニカム担体
9、11 混合触媒
10 ASC
12 吸着触媒
13 分解触媒
100 排ガス浄化装置
Claims (6)
- 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、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を備える、
排ガス浄化装置。 - 前記複合化触媒は、
所定の担体に、前記浄化用触媒と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。 - 前記複合化触媒は、
所定の担体に前記浄化用触媒がコーティングされ、前記浄化用触媒に、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。 - 前記複合化触媒は、
所定の担体に前記浄化用触媒がコーティングされ、前記浄化用触媒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。 - 前記複合化触媒は、
所定の担体に前記浄化用触媒がコーティングされ、前記浄化用触媒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、前記浄化用触媒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。 - 前記浄化用触媒は、
白金族金属系酸化触媒、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、または貴金属触媒のいずれかである、
請求項1から5のいずれか1項に記載の排ガス浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018175945A JP2020045861A (ja) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | 排ガス浄化装置 |
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JP2018175945A JP2020045861A (ja) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | 排ガス浄化装置 |
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JP2018175945A Pending JP2020045861A (ja) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | 排ガス浄化装置 |
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JP (1) | JP2020045861A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115487859A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-12-20 | 东风商用车有限公司 | 一种n2o催化剂及车辆尾气处理系统 |
-
2018
- 2018-09-20 JP JP2018175945A patent/JP2020045861A/ja active Pending
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CN115487859A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-12-20 | 东风商用车有限公司 | 一种n2o催化剂及车辆尾气处理系统 |
CN115487859B (zh) * | 2022-09-30 | 2024-01-30 | 东风商用车有限公司 | 一种n2o催化剂及车辆尾气处理系统 |
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RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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