JP2021087951A - リーンエンジン排気のための端部被覆を有する触媒式フィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
エンジン排気、特にディーゼルエンジン排気は、異成分から成る混合物であり、この混合物は、気体状の排出物、例えば一酸化炭素(「CO」)、燃焼しなかった炭化水素(「HC」)、および窒素酸化物(「NOx」)だけでなく、凝縮相物質(液体および固体)、一般的には微粒子または微粒子状物質と呼ばれるものも含有する。排気排出物の規制種は、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)、炭化水素(HC)および微粒子状物質(PM)を含む。
様々な実施形態を、以下に列挙する。以下に列挙した実施形態は、以下に列挙したものとしてだけではなく、本発明の範囲に従ってその他の適切な組み合わせで、組み合わせ可能なことが理解されるだろう。
長手方向に伸びて、入口端部から出口端部へと伸びる平行な複数の通路を形成する複数の多孔質壁、ここで多数の通路が、入口端部で開いており、かつ出口端部で出口プラグにより閉じられた入口通路であり、多数の通路が、入口端部で入口プラグにより閉じられ、かつ出口端部で開いている出口通路であり、出口プラグは、深さおよび出口プラグ端面を有し、出口端部は、出口プラグおよび出口プラグ端面を含む出口通路の出口端部表面を規定し、
パティキュレートフィルタの多孔質壁に適用された選択触媒還元(SCR)触媒、および
出口端部表面およびプラグの出口端面を覆う白金族金属(PGM)端部被覆、白金族金属被覆(PGM)端部は、出口端部表面から出口プラグの深さの1.5倍に満たない距離で伸び、白金族金属(PGM)の局所的な担持量を、約20〜約200g/ft3の範囲で有する、
を有する触媒式パティキュレートフィルタに関する。第二の実施形態において、第一の実施形態の触媒式パティキュレートフィルタは、出口端部におけるプラグが、約3mm〜約8mmの範囲の長さを有するように変形されている。
長手方向に伸びて、入口端部から出口端部へと伸びる平行な複数の通路を形成する複数の多孔質壁を含む触媒式スートフィルタを被覆する工程、ここで多数の通路が、入口端部で開いており、かつ出口端部で出口プラグにより閉じられた入口通路であり、多数の通路が、入口端部で入口プラグにより閉じられ、かつ出口端部で開いている出口通路であり、出口プラグは、深さおよび出口プラグ端面を有し、出口端部は、出口プラグ端面を含む出口端部表面を規定し、ここで触媒式スートフィルタを被覆することは、選択触媒還元触媒ウォッシュコートをパティキュレートフィルタの多孔質壁上にウォッシュコートすることを含み、および
出口プラグ端面および出口端部表面を、白金族金属被覆を含有するアプリケータと接触させる工程、これによって白金族金属被覆が、アプリケータから出口プラグ端面および出口端部表面に移る、
を有する。
本発明の幾つかの例示的な実施形態を記載する前に、本発明が、以下の記載で規定する構成または方法工程の詳細に限定されないことが理解されるべきである。本発明は、別の実施形態で、また様々なやり方で実行または行うことができる。
1つ以上の実施形態において、パティキュレートフィルタは、長手方向に伸びて、入口端部から出口端部へと伸びる平行な複数の通路を形成する長さを有する複数の多孔質壁を有し、ここで多数の通路は、入口端部で開いており、かつ出口端部で閉じられた入口通路であり、入口通路とは異なる多数の通路は、入口端部で閉じられ、かつ出口端部で開いている出口通路である。様々な実施形態において、これらの通路は、プラグで閉じられており、ここでプラグは、約1/4’’の長さ(およびフィルタとの関連で記載する場合には、相応する「深さ」)を有することができる。開口面積率(open frontal area)は、表面積の50%〜85%を有することができ、セルの壁厚さは4〜20ミルであり、ここで1ミルは、0.001インチである。1つ以上の実施形態において、パティキュレートフィルタは、ガスが入口通路へと入ることができる入口端部、およびガスが出口通路を出ることができる出口端部を有し、ここでガスは、平行な通路を形成する多孔質壁を通って移動することにより、入口通路から出口通路へと通過する。
1つ以上の実施形態においてSCR触媒は、モレキュラーシーブを含有する。様々な実施形態においてモレキュラーシーブは、ゼオライト骨格を有することができ、ゼオライト骨格は、12以下の環サイズを有することができる。1つ以上の実施形態において、ゼオライト骨格材料は、二重6員環(d6r)単位を有する。1つ以上の実施形態においてゼオライト骨格材料は、AEI、AFT、AFX、CHA、EAB、EMT、ERI、FAU、GME、JSR、KFI、LEV、LTL、LTN、MOZ、MSO、MWW、OFF、SAS、SAT、SAV、SBS、SBT、SFW、SSF、SZR、TSC、WEN、およびこれらの組み合わせから選択されていてよい。様々な実施形態においてゼオライト骨格材料は、AEI、CHA、AFX、ERI、KFI、LEV、およびこれらの組み合わせから選択されていてよい。様々な実施形態においてゼオライト骨格材料は、AEI、CHA、およびAFXから選択されていてよい。様々な実施形態においてゼオライト骨格材料は、CHAである。
本発明の原理および実施形態は、触媒式パティキュレートフィルタの少なくとも1つのゾーン上/その中に配置されたPGMを含有する酸化触媒に関する。1つ以上の実施形態において、酸化触媒のPGMは、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、オスミウムおよびイリジウム、またはこれらの組み合わせから選択されていてよい。様々な実施形態において、酸化触媒のPGMは、白金、パラジウム、またはこれらの組み合わせから選択されていてよい。
1つ以上の実施形態において、出口端部表面およびウォールフローフィルタプラグの出口端面を覆う白金族金属端部被覆をもたらすことができ、この被覆は、出口端部表面から出口プラグの長さの1.5倍に満たない距離で伸び、かつ20〜200g/ft3の範囲の局所的な白金族金属担持量を有する。1つ以上の実施形態において、白金族金属端部被覆は、被覆を移すためのアプリケータを用いてPGMを端面塗布することにより、出口端部表面およびプラグの出口端面にのみ適用される。1つ以上の実施形態によれば、アプリケータは、刷毛、ローラ、スキージまたはスタンプパッドから選択される。1つ以上の実施形態によれば、PGM端部被覆は、ウォッシュコートを適用するために用いられる従来のスラリーよりも高い粘度を有する被覆として適用される。1つ以上の実施形態において、PGM端部被覆は、適用される時に、被覆が、フィルタの多孔質壁に沿って軸方向に移行することを防止する粘度でペーストの粘稠度を有する。
本発明の原理および実施形態は、少なくとも2つの触媒ゾーンまたは少なくとも3つの触媒ゾーンを有する触媒式パティキュレートフィルタの製造方法にも関し、ここで触媒ゾーンはそれぞれ、少なくとも2つまたは少なくとも3つの触媒被覆を用いて形成されている。
長手方向に伸びて、入口端部から出口端部へと伸びる平行な複数の通路を形成する複数の多孔質壁を含む触媒式スートフィルタを被覆する工程、ここで多数の通路が、入口端部で開いており、かつ出口端部で出口プラグにより閉じられた入口通路であり、多数の通路が、入口端部で入口プラグにより閉じられ、かつ出口端部で開いている出口通路であり、出口プラグは、深さおよび出口プラグ端面を有し、出口端部は、出口プラグ端面を含む出口端部表面を規定する、
を含む。触媒式スートフィルタを被覆することは、SCR触媒ウォッシュコートをパティキュレートフィルタの多孔質壁上にウォッシュコートすること、および出口プラグ端面および出口端部表面を、PGM被覆を有するアプリケータと接触させることを含み、これによってPGM被覆が、アプリケータから出口プラグ端面および出口端部表面へと移る。SCRウォッシュコートは、最初に適用することができ、それからアプリケータによって適用される白金族金属被覆を、二番目に適用することができる。あるいは、被覆適用の順序を、逆にすることができる。
本発明の原理および実施形態はまた、ここに記載するような、少なくとも1つの触媒式パティキュレートフィルタを有する触媒排気システムに関する。様々な実施形態において触媒排気システムは、本開示による触媒式パティキュレートフィルタと、複数のガス状汚染物質および微粒子状物質のいくらかの割合を低減させるための1つ以上のさらなる構成要素とを有することができる。
ここに開示された非限定的な例は、特定の空間配置、および触媒基材上での(複数の)触媒材料の担持量を説明する。本発明は、言及した配置構成、構造の細部、または本実施例の以下の記載で規定する方法工程に限られないこと、また本発明が他の実施形態で可能なこと、および様々な方法で実行または実施できることが理解されるべきである。
非限定的な例1〜6が、表1にまとめられている。これらの例のマトリックスは、触媒材料の「端面塗布(face painting)」を伴う。触媒材料がフィルタの多孔質媒体内に入り込むウォッシュコートとは異なり、端面塗布は、フィルタの端面(または露出端部)上にのみ、触媒ペーストを刷毛またはローラで塗布することによって適用する。このため触媒材料は、毛管作用によってフィルタプラグを超えてフィルタに入り込むことが期待されない。基材の端部をウォッシュコートスラリーに浸すことによりウォッシュコートを端部表面に適用する場合、被覆は、毛管力によって端部から基材の内部に向かって軸方向に伸びる。ウォッシュコート技術により適用される被覆の長さを厳密に制御することは困難であり得る。しかしながら、アプリケータ、例えばローラにより端面塗布技術を用い、また粘度(これはペーストの粘稠度であり、ウォッシュコートスラリーの粘度よりも高い)を有する被覆を用いることによって、ウォールフロー基材の出口端部上に適用されるゾーンの深さまたは長さを厳密に制御することができる。例2、4および6について、Pd端面塗布被覆ペーストを、Al2O3担体をPd硝酸塩溶液でまず含浸することによって作製して、Pd担持量を5.5質量%にした。Pd/Al2O3粉末をその後、5%のアルミナバインダーおよび2.5%のZr酢酸塩を添加した水中に懸濁させた。最終的な被覆ペーストは、9%の固体含分を有する。表8に示された端面塗布のためのPd担持量は、フィルタ体積全体を基準としている。しかしながら、他の被覆についての触媒担持量は、適用されたゾーン(局所的な担持量)を基準としている。乾燥(110℃で1時間)およびか焼(450℃で2時間)は、各被覆(端面塗布を含む)後に行った。
例1〜6の試料1〜6を、NO 500ppm、NH3 550ppm、CO 500ppm、O2 10%、H2O 5%、CO2 5%、残分のN2から成る別のフィードで評価した。このフィードはCOを含有していたので、別個のCO試験は行わなかった。表2は、試料1〜6についてNOx転化率をまとめている。試料1は、SCRである。試料2および5はSCR参照(試料1)と比べて、全ての温度において同等、またはやや高いNOx転化率を示す。その他の試料は500℃において、やや低いNOx転化率を示す。表3は、NH3転化率を比較している。全ての試料は、SCR参照と比べて、かなり高いNH3転化率を示し、試料4が、最も活性が高い。表4は、ピークN2O形成および500℃でのCO転化率を示す。全ての試料についてピークN2O形成は、SCR参照のピークN2O形成と同等である(6〜8ppm)。SCR参照のCO転化率は、500℃では0に近く、その一方で試料3、4および6は、CO転化率についてずっと活性が高い(49〜76%)。
Claims (26)
- 触媒式パティキュレートフィルタであって、
長手方向に伸びて、入口端部から出口端部へと伸びる平行な複数の通路を形成する複数の多孔質壁、ここで多数の通路が、入口端部で開いており、かつ出口端部で出口プラグにより閉じられた入口通路であり、多数の通路が、入口端部で入口プラグにより閉じられ、かつ出口端部で開いている出口通路であり、出口プラグは、深さおよび出口プラグ端面を有し、出口端部は、出口プラグおよび出口プラグ端面を含む出口通路の出口端部表面を規定し、
パティキュレートフィルタの多孔質壁に適用された選択触媒還元触媒、および
出口端部表面およびプラグの出口端面を覆う白金族金属端部被覆、白金族金属被覆端部は、出口端部表面から出口プラグの深さの1.5倍に満たない距離で伸び、かつ白金族金属の局所的な担持量を、約20〜約200g/ft3の範囲で有する、
を有する、触媒式パティキュレートフィルタ。 - 出口端部におけるプラグが、約3mm〜約8mmの範囲の長さを有する、請求項1記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 白金族金属端部被覆が、アプリケータによって出口端部表面およびプラグの出口端面のみに適用された端面である、請求項1記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- アプリケータが、刷毛、ローラ、スキージおよびスタンプパッドから成る群から選択される、請求項3記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- アプリケータがローラである、請求項3記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 白金族金属端部被覆が、出口端部表面から出口プラグの深さの距離と同じまたはこれに満たない距離で伸びる、請求項1記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 白金族金属端部被覆の担持量が、約20g/ft3〜約150g/ft3の範囲にある、請求項1記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 端部被覆のための白金族金属が、パラジウムである、請求項1記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- さらに、通路の出口端部から、壁長さの約10%〜約50%の範囲にある深さにわたって伸びる白金族金属を含む酸化触媒ウォッシュコートを有する、請求項1記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 選択触媒還元触媒被覆が、多孔質壁の長さ全体に伸びる、請求項1記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 選択触媒還元触媒被覆が、多孔質壁に侵入する、請求項1記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 選択触媒還元触媒被覆が、酸化触媒ウォッシュコートと重なる、請求項9記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 酸化触媒ウォッシュコートが、選択触媒還元触媒と重なる、請求項9記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 選択触媒還元触媒が、卑金属で促進されたモレキュラーシーブを有する、請求項1記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 選択触媒還元触媒が、Cu、Fe、Co、Ni、La、Ce、Mn、V、Agおよびこれらの組み合わせから選択される金属で促進されたゼオライト骨格材料である、請求項1記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 選択触媒還元触媒が、Cu、Feおよびこれらの組み合わせから選択される金属で促進されたCHA骨格のゼオライトである、請求項1記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 白金族金属端部被覆が、触媒式パティキュレートフィルタ上にある白金族金属被覆のみである、請求項1記載の触媒式パティキュレートフィルタ。
- 請求項1から17までのいずれか1項記載の触媒式パティキュレートフィルタから上流にディーゼル酸化触媒を有する、リーン燃焼エンジン排気システム。
- 請求項1から17までのいずれか1項記載の触媒式パティキュレートフィルタから上流にリーンNOxトラップを有する、リーン燃焼エンジン排気システム。
- 触媒式スートフィルタを製造する方法であって、
長手方向に伸びて、入口端部から出口端部へと伸びる平行な複数の通路を形成する複数の多孔質壁を含む触媒式スートフィルタを被覆する工程、ここで多数の通路が、入口端部で開いており、かつ出口端部で出口プラグにより閉じられた入口通路であり、多数の通路が、入口端部で入口プラグにより閉じられ、かつ出口端部で開いている出口通路であり、出口プラグは、深さおよび出口プラグ端面を有し、出口端部は、出口プラグ端面を含む出口端部表面を規定し、
ここで触媒式スートフィルタを被覆することは、選択触媒還元触媒ウォッシュコートをスートフィルタの多孔質壁上にウォッシュコートすることを含み、および
出口プラグ端面および出口端部表面を、白金族金属被覆を含有するアプリケータと接触させる工程、これによって白金族金属被覆が、アプリケータから出口プラグ端面および出口端部表面に移る、
を含む、前記製造する方法。 - 白金族金属被覆が、出口端部表面から出口プラグの深さの1.5倍に満たない距離で伸びる、請求項20記載の方法。
- 白金族金属被覆が、出口プラグの深さと同じまたはこれに満たない距離で伸びる、請求項20記載の方法。
- 白金族金属被覆が、アプリケータから、端部プラグ端面および多孔質壁の出口端部表面へと移る時に、白金族金属被覆が、この被覆が多孔質壁の軸長に沿って移行することを防止する粘度を有する、請求項20記載の方法。
- アプリケータが、刷毛、ローラ、スキージおよびスタンプパッドからなる群から選択される、請求項20記載の方法。
- アプリケータがローラである、請求項20記載の方法。
- さらに、通路の出口端部から、壁長さの約10%〜約50%の範囲の長さにわたって伸びる白金族金属を含有する酸化触媒ウォッシュコートをウォッシュコートすることを含む、請求項20記載の方法。
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