JP3254058B2 - 排ガスの浄化方法 - Google Patents

排ガスの浄化方法

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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はイリジウム系触媒による
排ガス処理の効率化、低コスト化に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車等の排ガス処理においては排ガス
中の窒素酸化物、有機物、一酸化炭素は三元触媒(自動
車排ガス中の一酸化炭素、ハイドロカーボン及び窒素酸
化物を同時に浄化できる触媒)を利用して浄化するのが
一般的であった。しかし、三元触媒は排ガス中の酸素が
1.0%以下の極く狭い範囲でしか窒素酸化物を浄化す
ることができず、空気(酸素)が過剰なリーン状態では
急激に脱硝率が低下する。近年、自動車の低燃費化への
要求は非常に強くなってきており、理論空燃比以上の酸
素過剰状態にて燃焼させるリーンバーンエンジンが再度
見直されてきているが、リーン状態にて効率的に窒素酸
化物を浄化する実用的な触媒がないために十分な普及に
到っていない。
【0003】近年、リーン領域で窒素酸化物の浄化でき
る触媒としてゼオライトに銅等にてイオン交換された触
媒が開発された。例えば特開平01−139145号公
報では排気流入側(前方)にゼオライトに銅をイオン交
換した還元触媒を配置し、排気流出側(後方)にアルミ
ナに触媒成分を担持した酸化触媒又は三元触媒を配置し
た触媒の組み合わせで窒素酸化物を分解させるには還元
剤として有機物が必要なことが述べられている。また、
リーンバーンエンジンは実走行においては加速、減速を
繰り返しリーンとリッチの領域を頻繁に行き来している
ため、三元触媒だけでは窒素酸化物の浄化効率が十分で
ないので、三元触媒とゼオライトに銅をイオン交換した
触媒を組み合わせる提案、さらに残留する有機物を浄化
するために排気流出側に三元触媒の代わりに酸化触媒を
配置する提案もなされている。しかし、このゼオライト
に銅等でイオン交換した触媒はリーン状態全般に渡りN
Oxの浄化率が十分でなく、更に高温および水蒸気耐久
性にも問題があった。
【0004】最近になりNOx浄化率、耐久性ともに優
れたイリジウム系触媒が開発されたが、イリジウム系触
媒は理論空燃比(リッチ領域)以下では排ガス中の酸素
が0%となり、有機物があまり活性化せず還元剤として
の役割が弱くなる。一方、空気が過剰(リーン)領域で
は酸素の存在下で有機物が活性化し主として窒素酸化物
を浄化する。また、イリジウム系触媒はゼオライトに銅
をイオン交換した触媒に比較してリッチ以下でのNOx
浄化率は非常によいが、やはりリッチ状態に少し入いる
とNOx浄化率が低下する。従って、従来はガソリンエ
ンジン等の理論空燃比とリッチを頻繁に行き来するして
動作するガソリンエンジン等の排ガス浄化にはイリジウ
ム系触媒も三元触媒または酸化触媒と組み合わせる必要
があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】例えば窒素酸化物の主
要成分であるNOはゼライト触媒を用いれば還元剤がな
くても下記の反応にて窒素に分解することは最近の研究
で広く知られている。 2NO → N2 + O2 しかし、この反応は遅く大量の触媒を使用するため実用
的ではない。イリジウム系触媒を用い、排気中又は外部
より注入したオレフィン類等を含む有機物(ガソリン、
軽油等)を還元剤として利用すると窒素酸化物の分解反
応は非常に速くなり、小量の触媒にて済む。
【0006】ところが酸素がないリッチ状態ではオレフ
ィン等の有機物をCH2 等の窒素酸化物と活性な物質に
変えることが十分にできないため、排ガス中の酸素濃度
が変動したり、低い場合には活性が十分でなく単独では
使用が困難であり、三元触媒と組み合わせる必要があっ
た。またイリジウム系触媒と三元触媒を組み合わせて処
理する場合には、排ガスの圧力損失が増加しエンジンの
燃費効率を悪化させるという問題、さらに三元触媒は高
価な貴金属を使用しているため、車のコスト上昇の原因
となるという問題もあった。
【0007】本発明は上記技術水準に鑑み、エンジン排
ガス中に含まれる有機物あるいは添加された有機物を利
用してイリジウム系触媒の活性が最良の状態で作用する
ことができる排ガスの浄化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】本発明は(1)多孔質構
造をもつ物質にイリジウムを含有させてなるイリジウム
系触媒を用いて排ガス中の窒素酸化物を浄化する方法に
おいて、該イリジウム系触媒の前方に酸素含有ガスを注
入して排ガス中の酸素濃度を1〜5%に保ち、排ガスに
含まれているか又は添加された有機物を窒素酸化物に対
して活性な物質に変えることにより排ガス中の窒素酸化
物を浄化することを特徴とする排ガスの浄化方法、及び
(2)イリジウム系触媒の前方の排ガス中に酸素濃度が
1%以下であるときに酸素含有ガスを注入することを特
徴とする上記(1)の排ガスの浄化方法である。
【0009】本発明のイリジウム系触媒において使用さ
れる多孔質構造をもつ物質としてはメタロシリケート、
ゼオライト、シリカ、チタニア、マグネシア、アルミナ
等が代表例としてあげられる。また、イリジウム系触媒
の多孔質構造をもつ物質への含有量は0.1〜10wt
%の範囲のものが好ましい。
【0010】
【作用】本発明をイリジウム系触媒1を前段におき後段
に三元触媒2をおいた図1によって説明するが、三元触
媒はかならずしも必要ではない。自動車等より排出され
た排ガス中には窒素酸化物、有機物、一酸化炭素等が含
まれているが、リーン領域ではイリジウム系触媒1で窒
素酸化物がオレフィン系の有機物により分解され、同時
に一酸化炭素も分解される。後段の三元触媒では窒素酸
化物は分解されず、残留した有機物と一酸化炭素が分解
され排出される。
【0011】一方、リッチ領域ではイリジウム系触媒1
では窒素酸化物はほとんど浄化されず、有機物および一
酸化炭素のみが一部分分解される。従って、三元触媒に
流入する排ガス中には還元剤としての有機物および一酸
化炭素は大部分残り、これらの還元作用により窒素酸化
物は三元触媒にて分解される。
【0012】図2にイリジウム系触媒および三元触媒の
排ガス中の酸素濃度とNOx除去率(ηNOx)の関係
を示す。( )内の数値は酸素濃度を示す。三元触媒は
理論空燃比以上の排ガス中では酸素が増加するので、N
Ox除去率(ηNOx)が急激に低下する。従って、現
在、三元触媒を使用してNOxの浄化を図っている自動
車はエンジンへの吸入空気量を制御することにより、燃
焼を理論空燃比以下にし、排ガス中の酸素がほとんどな
い1.0%以下の状態を保つことによりNOxの浄化を
図っている。このため、エンジンでは酸素が完全燃焼に
必要な量より少なくなり、燃費が悪くなっている。
【0013】図3にA/Fが14.7(理論空燃比、ス
トイキオ)と14.9(酸素濃度0.7%)での300
から500℃の温度範囲での脱硝率の差を示す。三元触
媒では14.7となると著しくNOx除去率が低下する
ことが分かる。一方、図2および図3よりイリジウム系
触媒は逆に排ガス中の酸素が0%で、特に300℃以下
では脱硝効率が下がることが分かる。これはイリジウム
系触媒1を単独にて用いた場合は酸素がないと、オレフ
ィン等の有機物をCH2 O等の窒素酸化物と活性な物質
に変換ができず、脱硝がほとんど起こらないことを意味
している。
【0014】ここで実験に用いた三元触媒の組成は上述
の白金(Pt:0.5%)、酸化ジルコニウム:3.0
%)、ロジウム(Ph:0.2%)およびセリア(Ce
2:21%)である。また、イリジウム触媒のイリジ
ウムの含有量が1%であり、メタロシリケートはSi/
Fe比(シリカ/鉄比)が40のフェロシリケートであ
る。図4に酸素濃度をパラメーターとした300℃から
500℃の温度範囲での温度と脱硝率の差を示す。上記
組成と同じイリジウム系触媒では望ましくは1.0%
(A/F=15.1)程度の酸素が必要となることが分
かる。例えばリッチまたはややリーンの領域においてイ
リジウム系触媒1はほとんど脱硝されないが、空気を小
量注入し、排ガスの酸素濃度を1.0%程度にすると、
脱硝率は有機物濃度にもよるが、70から80%以上と
なる。
【0015】
【実施例】以下の実施例により本発明の詳細を説明す
る。但し、本発明は下記の実施例に限定されるものでは
ない。図2に示すように、イリジウム系触媒1の脱硝率
は酸素濃度の増加と共に向上し、ある濃度を越えると低
下し始める。脱硝率は触媒の製法、排ガス条件により異
なるが、1.0%程度にて最高の脱硝率を示す場合が多
い。酸素濃度が0%以下ではほとんど脱硝しない。従っ
て、図5に示すようにイリジウム系触媒の前方に注入ノ
ズル4を設けて空気3を系外より取り入れ、脱硝に最適
な濃度とする。このシステムではエンジン本体はエンジ
ンでのNOxの発生量および排ガスのNOx処理を考慮
せずに、エンジンへの空気注入量を燃焼に最適な状態に
調整することができ、燃費を大幅に低減することが可能
であると共に、運転性能も大幅に向上でできる。
【0016】空気の注入量は排ガス出口付近または触媒
入り口に設置されたO2 センサー5により排ガス中の酸
素濃度を検出し、電子制御機器(例えば小型のコンピュ
ーター等)により最適の注入量を決定する方法が一般的
であり、その他エンジンの回転数、スロットルの開度等
を検出し間接的に制御する方法もある。また、空気の注
入方法は小型の空気圧縮機を設け、エンジンの動力を利
用して運転するのが一般的である。この場合、排ガスの
圧力は低く、注入空気量は排ガス量の20分の1程度と
非常に低いので、エンジンの動力の低下は大きな問題と
はならない。注入位置は排ガスと空気がよく混入させる
ために十分な混合距離があるが、あまり排ガス温度が高
温であると排ガス中の有機物が燃焼するので触媒の比較
的前方に注入するようにすることが好ましい。また、排
ガスとの混合をよくするために多数の点にて注入する方
法もある。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば下記の効果が奏される。 (1)三元触媒が不用となる。 (2)窒素酸化物、有機物、一酸化炭素等の浄化効率を
向上できる。 (3)広範囲の空燃比の排ガスに適用でき、自動車の排
ガスのように空燃比、エンジン排ガス中の窒素酸化物、
有機物、一酸化炭素等の量が変動する排ガスに対しても
安定して浄化できる。 (4)イリジウム系触媒の量を減少できる。 (5)三元触媒が不要となるので、三元触媒にて排ガス
の通気抵抗がなくなり、エンジンの負荷がその分、低減
できるので、エンジン馬力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のイリジウム系触媒を用いる排ガス中の
窒素酸化物を浄化する方法の作用の説明図。
【図2】イリジウム系触媒及び三元触媒の排ガス中の酸
素濃度と窒素酸化物の除去率の関係を示す図表。
【図3】空燃比(A/F)が14.7(理論空燃比)と
14.9(酸素濃度:0.7%)での300〜500℃
におけるイリジウム系触媒と三元触媒の脱硝率の差を示
す図表。
【図4】イリジウム系触媒の酸素濃度をパラメータとし
た300〜500℃における温度と脱硝率の関係を示す
図表。
【図5】本発明の一実施例の説明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 耕三 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22 号 三菱重工業株式会社 広島研究所内 (72)発明者 野島 繁 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22 号 三菱重工業株式会社 広島研究所内 (56)参考文献 特開 平6−288229(JP,A) 特開 平5−171921(JP,A) 特開 平4−63907(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/86 F01N 3/20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多孔質構造をもつ物質にイリジウムを含
    有させてなるイリジウム系触媒を用いて排ガス中の窒素
    酸化物を浄化する方法において、該イリジウム系触媒の
    前方に酸素含有ガスを注入して排ガス中の酸素濃度を1
    〜5%に保ち、排ガスに含まれているか又は添加された
    有機物を窒素酸化物に対して活性な物質に変えることに
    より排ガス中の窒素酸化物を浄化することを特徴とする
    排ガスの浄化方法。
  2. 【請求項2】 イリジウム系触媒の前方の排ガス中に酸
    素濃度が1%以下であるときに酸素含有ガスを注入する
    ことを特徴とする請求項1記載の排ガスの浄化方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8330364B2 (en) 2008-02-21 2012-12-11 Hamamatsu Photonics K.K. Photomultiplier

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US8330364B2 (en) 2008-02-21 2012-12-11 Hamamatsu Photonics K.K. Photomultiplier

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