JP2966675B2 - 排気の処理方法 - Google Patents

排気の処理方法

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JP2966675B2
JP2966675B2 JP5013575A JP1357593A JP2966675B2 JP 2966675 B2 JP2966675 B2 JP 2966675B2 JP 5013575 A JP5013575 A JP 5013575A JP 1357593 A JP1357593 A JP 1357593A JP 2966675 B2 JP2966675 B2 JP 2966675B2
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野島  繁
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    • F02B1/04Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
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    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関等の排気ガス、
すなわち、一酸化炭素(以下、COと略称)、炭化水素
(以下、HCと略称)及び窒素酸化物(以下、NOxと
略称)を含有する排気ガスの処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車等のガソリンエンジン、トラッ
ク、バス等のディーゼルエンジンなどから排出される燃
焼排ガス中にはNOx、CO、HCなどの光化学スモッ
グの原因になると言われている有害物質が含まれてお
り、環境保全の立場から、その除去方法の開発は重大か
つ緊急の社会的課題である。
【0003】上記物質を同時に除去する触媒としてはP
t、Pd等の貴金属を耐熱性基材上のアルミナコート層
に担持したものがほとんどである。上記3物質を同時に
除去できる触媒を通常三元触媒{例えばPt、Pd(活
性金属)/Al2 3 (担体)/コージェライト(ハニ
カム基材)}と呼ばれるが、これら触媒は排気中の酸素
量が理論量(排気中の未燃焼成分を完全に酸化するのに
必要な最少酸素濃度)より大きくなった場合(リーンバ
ーン)は排気中のNOxを還元除去することが不十分な
点がある。そのため、現状のガソリン自動車では排気中
の酸素量を理論量に調整して、燃料を過剰に消費させた
状態で運転を実施している。
【0004】ところが、最近の地球環境問題の高まりの
中で、自動車からの二酸化炭素(CO2 )発生の抑制が
急務とされ、早急に低燃費型のエンジンの搭載が必要と
なっている。しかし、現状、上記エンジンの排ガスでは
NOxの浄化が不十分のため、効率のよい低燃費型エン
ジン(リーンバーンエンジン等)を搭載することができ
ない。また、ディーゼルエンジンも窒素酸化物低減法が
急務であり、酸素が過剰な雰囲気でも脱硝が可能な触媒
の開発がまたれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】近年、ゼオライトに銅
をイオン交換した触媒がNOの直接分解に有効であるこ
とが報告された(特開昭60−125250号公報)。
又、本発明者らは種々の金属を含有させた結晶性シリケ
ート触媒が、酸素が大過剰なエンジン排ガス状態におい
てもNOx、CO、HCの排ガスを高活性で安定に浄化
することを見い出している(特願平01−303194
号、特願平02−105168号、特願平03−192
829号等)。さらに、本発明者らは貴金属系(Pt、
Rh、Ru、Pd、Au)触媒においても400℃以下
の低温において高酸素濃度域の排ガスのNOxが浄化さ
れることを確認している。
【0006】これまで、上記2種触媒の特性を有効に発
揮するために、広範囲な温度域(150〜550℃)を
有する自動車エンジン排ガス浄化への適用を進めてお
り、排気流入側に種々の金属を含有させた結晶性シリケ
ート触媒を、排気流出側に貴金属系触媒を直列に配置す
る方法を提案している。しかし、上記システムを取り入
れてもディーゼルエンジン等の排ガスでは排ガス中の炭
化水素分が足りないため、所定の脱硝を得るに到ったい
ない。
【0007】本発明は上記技術水準に鑑み、高酸素濃度
域の排ガスのNOxをも十分脱硝できる方法を提供しよ
うとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】脱硝活性を上げるため、
燃料をエンジンの吸気又は排気側に添加する方法があげ
られる。しかし燃料の添加により燃費の悪化は避けられ
ず、燃費の悪化をできるだけ少なくする方法が望まれて
いる。そこで本発明者らは燃費悪化低減法を鋭意検討し
た結果、排気ガスが一定温度以上に達した時に燃料を添
加する方法がよく、始動時、アイドリング時等の低温の
時は燃料を添加しない方が効率的であることを見い出
し、本発明を完成した。すなわち、本発明は排気流入側
後述する結晶性シリケート上にコバルトニッケ
ルのうちの1種以上を担持した結晶性シリケート触媒
を、排気流出側に貴金属触媒を直列に配置し、排気ガス
温度が250℃以上に達した時に炭化水素を添加するこ
とを特徴とする窒素酸化物一酸化炭素及び炭化水素を
含有する排気の処理方法である。
【0009】
【作用】本発明は用いた2種の触媒の反応特性に基づい
てなされたものである。排気流入側に配置する種々の金
属を含有させた結晶性シリケート触媒の脱硝活性温度域
は250〜550℃であり、下記反応式にて脱硝反応が
進む。
【0010】
【化1】
【0011】上述ではHCの1例をC3 6 で表わし、
活性化されたC3 6 をCH2 *で表わしている。上
記反応は触媒上において、炭化水素(HC)が酸素によ
り活性化され(式)、活性化されたHCが燃焼する
(式)とともにNO除去用の還元剤としても利用され
る(式)。通常、式と式は競争反応であり、活性
化された炭化水素は反応条件により消費量が異なる。こ
の触媒は炭化水素量に大きく依存し、炭化水素濃度が高
くなるとCH2 * の生成割合が多くなり、式で表わ
される脱硝反応が進むため高い脱硝率を得ることが可能
である。
【0012】一方、排気流出側に配置する貴金属系触媒
の脱硝温度域は150〜400℃であり、前段の触媒に
比べ炭化水素濃度の影響は少なく炭化水素濃度を高くし
ても脱硝反応はあまり向上しない。
【0013】すなわち、本発明は上記知見に基づいて、
2種の組み合わせ触媒を用いた場合の燃料を添加する際
の燃費悪化低減法として、排気ガス温度が250℃以上
に達した時に燃料を添加して排気流入側の触媒の活性向
上を狙ったものである。
【0014】本発明において、高温域で脱硝活性を有す
る排気流入側に配置する触媒としては表Aに示すX線パ
ターンを有し、酸化物のモル比で表して、(1±0.
6)R2 O・〔aM2 3 ・bAl2 3 ・cMeO〕
・ySiO2(上式中、Rはアルカリ金属イオン及び/
又は水素イオン、MはVIII族金属、希土類金属、チタ
ン、バナジウム、クロム、ニオブ、アンチモン、ガリウ
ムからなる群から選ばれた1種以上の元素イオン、Me
はアルカリ土類金属、a>0、b>0、c>0、a+b
=1、y/c>12、y>12)の化学式を有する結晶
性シリケート上に、活性金属として銅、コバルト、ニッ
ケルの中の少なくとも1種以上を担持させた触媒があげ
られる。
【0015】また、上記結晶性シリケートを母結晶とし
て、その母結晶の外表面に母結晶と同一の結晶構造を有
するSiとOよりなる結晶性シリケートを成長させてな
り、かつ表Aに示すX線パターンを有する層状複合結晶
性シリケートを用いると、より耐熱性に優れた触媒とな
る。
【0016】本発明において、低温域で脱硝活性を有す
る排気流出側に配置する触媒としては活性金属として白
金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、金、イリジウ
ムを少くとも1種有する触媒があげられる。
【0017】
【表2】
【0018】
【実施例】
(実験例1)排気ガス流入側には高温にて脱硝活性の高
い触媒を、流出側には低温で脱硝活性が高い触媒を直列
に配置した排気ガス触媒は下記のようにして調製され
る。
【0019】(排気ガス流入側触媒) 水熱合成法とイオン交換法によって調製し、酸化物のモ
ル比でCuO・〔0.2Fe2 3 ・0.8Al2 3
・0.1CaO〕・40SiO2 で表わされ、結晶構造
が前記表AのX線回折パターンを有する結晶性シリケー
ト触媒粉末に、バインダ(シリカゾル、アルミナゾル)
を添加してスラリ化して400セル/inch2 のコー
ジェライトハニカム基材にウォッシュコート法にて80
g/m2をコートして調製し、これを触媒Aとする。
【0020】(排気ガス流出側触媒)まず、アナターゼ
型チタニアを400セル/inch2 のコージェライト
ハニカム基材にウォッシュコート法にて80g/m2
コートした。次に塩化白金酸水溶液(Pt:22.7g
/リットル水溶液)を調製し、上記チタニア担体を浸漬
し、白金を含浸担持させ、含浸乾燥後、500℃で3時
間窒素パージして調製し、これを触媒aとする。
【0021】(活性評価試験)ディーゼルエンジン排ガ
ス浄化試験を想定して、下記条件にて活性評価を実施し
た。 〇触媒:前段触媒A・・・9cc 後段触媒a・・・4.5cc 〇ガス量:945Nリットル/h(GHSV:70,0
00h-1) ガス組成 NO : 500ppm O2 : 10% CO : 300ppm CO2 : 6% C2 4 : 750ppm H2 O : 6% SO2 : 15ppm N2 : 残 上記条件にてガスを50時間供給後における定常脱硝活
性結果を図1に示す。
【0022】(実験例2)実験例1の触媒Aの代わりに
酸化物のモル比でCoO・〔0.1La2 3 ・0.9
Al2 3 ・0.1BaO〕・40SiO2 及びNiO
・〔0.1Cr23 ・0.9Al2 3 ・0.1Mg
O〕・40SiO2 で表わされる結晶性シリケート粉末
触媒を用いて、触媒Aと同様にハニカム化し、各々触媒
B,Cを得た。
【0023】又実験例1の触媒aの代わりに塩化ロジウ
ム水溶液(Rh:1.8wt%水溶液)、塩化ルテニウ
ム水溶液(Ru:1.5wt%水溶液)に、チタニアを
コートしたハニカム担体を浸漬し、実験例1と同様の方
法で触媒b,cを得た。
【0024】触媒B(9cc)と触媒b(4.5c
c)、触媒C(9cc)と触媒c(4.5cc)を組み
合わせて実験例1と同様の条件で活性評価試験を実施し
た。定常脱硝活性結果を図2に示す。
【0025】(実施例1)実験例1、2の活性評価条件
において、目標平均脱硝率である40%を達成させるた
めC2 4 を250℃以上の温度にて追加添加した。こ
のC2 4 は軽油又はガソリンを吸気又は排気にて添加
して脱硝率を向上させることを想定して添加したもので
ある。C2 4 :1500ppm含有する状態(250
℃以上)での脱硝活性評価結果を図3に示す。
【0026】その結果3種(触媒A+a,触媒B+b,
触媒C+c)組み合わせとも、250℃以上にてC2
4 を過剰に添加(計1500ppm)することにより、
平均脱硝率40%をクリアーすることができた。
【0027】(比較例1)実験例1において、全領域
(150〜550℃)においてC2 4 を1500pp
mの状態で活性評価試験を実施した。その結果本発明方
法のように低温領域からC2 4 を多く添加したにもか
かわらず、3種組み合わせ触媒とも実施例1で得られた
図3の結果と同様であった。
【0028】実施例にて示すように、前段に配置する触
媒は炭化水素濃度に大きく影響されるが、後段の触媒は
炭化水素濃度にあまり影響されない。そのため、ディー
ゼルエンジン排ガス処理等で燃費の悪化を少なくして脱
硝活性を向上させるためには前段触媒が作用する250
℃以上に排ガスが達した時点で炭化水素(ガソリン、軽
油等)を添加すればよいことが判る。実際のディーゼル
エンジン排ガス250℃以下が約半分の頻度であるた
め、本発明方法により燃費の悪化を半分程度に低減する
ことが可能である。
【0029】
【発明の効果】本発明により燃費の悪化を招くことな
く、排気中のNOxを脱硝することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一特定触媒の組み合せにおける脱硝状
況の一実験例の結果を示す図表。
【図2】本発明の異なる特定触媒の組み合せにおける脱
硝状況の一実験例の結果を示す図表。
【図3】本発明の一実施例の脱硝状況の結果を示す図
表。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01N 3/08 B01D 53/94 F01N 3/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気流入側に表Aに示すX線パターンを
    有し、酸化物のモル比表わして、 (1±0.6)R2 O・〔aM2 3 ・bAl2 3
    cMeO〕・ySiO2(上式中、Rはアルカリ金属イ
    オン及び/又は水素イオン、MはVIII族金属、希土類金
    属、チタン、バナジウム、クロム、ニオブ、アンチモ
    ン、ガリウムからなる群から選ばれた1種以上の元素イ
    オン、Meはアルカリ土類金属、a>0、b>0、c>
    0、a+b=1、y/c>12、y>12)の化学式を
    有する結晶性シリケート上に、銅、コバルト、ニッケル
    のうちの1種以上を担持した結晶性シリケート触媒を、
    排気流出側に貴金属触媒を直列に配置し、排気ガス温度
    が250℃以上に達した時に炭化水素を添加することを
    特徴とする窒素酸化物、一酸化炭素及び炭化水素を含有
    する排気の処理方法。 【表1】
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