JP4045588B2 - Exhaust gas purification system - Google Patents
Exhaust gas purification system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4045588B2 JP4045588B2 JP01302899A JP1302899A JP4045588B2 JP 4045588 B2 JP4045588 B2 JP 4045588B2 JP 01302899 A JP01302899 A JP 01302899A JP 1302899 A JP1302899 A JP 1302899A JP 4045588 B2 JP4045588 B2 JP 4045588B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- nox storage
- storage catalyst
- purification system
- catalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、排気ガス浄化システムに係り、更に詳細には、内燃機関から排出される排ガス中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOx)を浄化する排気ガス浄化システム、特に酸素過剰域でのNOx浄化処理に着目した排気ガス浄化システムに関し、本排気ガス浄化システムは、例えば、自動車(ガソリン、ディーゼル)、ボイラー等の内燃機関から排出される排ガス処理に好適に用いられる。
【0002】
【従来の技術】
近年、石油資源の枯渇問題、地球温暖化問題から低燃費自動車の需要が増加しており、ガソリン自動車については、希薄燃焼自動車の開発が注目されている。
かかる希薄燃焼自動車においては、希薄燃焼走行時、排ガス雰囲気が理論空燃状態に比べ酸素過剰雰囲気(リーン)となるが、リーン域で通常の三元触媒を用いると、過剰な酸素の影響からNOx浄化作用が不十分となることが知られていた。このため、酸素が過剰となってもNOxを浄化できる触媒が種々提案されており、例えば、白金(Pt)とランタン(La)とを多孔質担体に担持した触媒(特開平5−168860号公報)に代表されるように、リーン域でNOxを吸収し、ストイキ時にNOxを放出させ浄化する触媒が提案されている。しかし、燃料及び潤滑油内には、硫黄が含まれており、この硫黄分が酸化物として排ガス中に排出されるため、NOx吸収材が硫黄酸化物による被毒を受け(以下、「硫黄被毒」という。)、NOx吸収能の低下が起こることが知られている。
【0003】
この硫黄被毒を防止するため、
▲1▼NOx吸収触媒の前段に硫黄トラップ触媒を配置し、リーン域で硫黄触媒を吸収させ、後段のNOx触媒に硫黄酸化物を流入させないという方法(特開平6−58138号公報)や、
▲2▼ある程度の硫黄被毒を前提として、一定時間毎に触媒を高温にするとともに、空燃比(以下「A/F」という。)をリッチにして、付着した硫黄酸化物を放出させ、性能回復を図る方法(特開平7−217474号公報)、
等が行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の排気ガス浄化方法にあっては、以下の課題がある。
即ち、上記▲1▼の方法では、リーン時に硫黄トラップ触媒で吸収しきれない余剰の硫黄酸化物がNOx吸収触媒に流入して、NOx吸収触媒が硫黄被毒を受ける。
また、リーン時に完全に硫黄を吸収できるような材料をNOx吸収触媒として使用すると、ストイキ〜リッチ時の硫黄放出が困難となる。
更に、ストイキ〜リッチ時に放出された硫黄酸化物が、後段のNOx吸収触媒を被毒してしまう。
【0005】
一方、上記▲2▼の方法では、NOx吸収材がバリウム(Ba)等の元素を含有して成る場合には、生成する硫酸塩の標準生成自由エネルギー変化の値(ΔG)が、負に大きくなり、硫酸塩の放出に700℃以上の高温を要することとなって触媒の熱劣化を起こすという課題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、排ガスを所望の温度に制御した後にNOx吸蔵触媒を使用することにより、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0007】
即ち、本発明の排ガス浄化触媒システムは、空燃比A/Fがリッチ〜ストイキ〜リーンとの間を変動するリーンバーン内燃機関の排ガスを浄化するシステムであって、
排気流路の上流側から、排ガス温度予測手段、排ガス冷却手段及びNOx吸蔵触媒を順次配置して成り、
上記排ガス温度予測手段は、排ガス温度を随時検知し、この検知結果に応じて、上記NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度を予測し、且つこの予測結果に応じて、上記排ガス冷却手段へ作動信号を送信し、
上記排ガス冷却手段は、上記排ガス温度予測手段からの作動信号に応じて排ガスを冷却することを特徴とする。
【0008】
また、本発明の排気ガス浄化システムの好適形態は、NOx吸蔵触媒に流入する排ガスのA/Fがリーンのとき、NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度が300℃以下に制御されることを特徴とする。
【0009】
更に、本発明の排気ガス浄化システムの他の好適形態は、NOx吸蔵触媒における入口排ガスの予測温度が400℃を超えるとき、上記排ガスのA/Fをストイキ〜リッチに調整し、これにより硫黄脱離を行うことを特徴とする。
【0010】
更にまた、本発明の排気ガス浄化システムの更に他の好適形態は、NOx吸蔵触媒入口排ガスの予測温度が、400℃を超える時間を1分間以上保持することを特徴とする。
【0011】
また、本発明の排気ガス浄化システムの他の好適形態は、排気流路がバイパス流路を有し、このバイパス流路に、上記排ガス冷却手段が設置されていることを特徴とする。
【0012】
更に、本発明の排気ガス浄化システムの更に他の好適形態は、排ガス温度予測手段の上流側に、三元触媒を付加して成ることを特徴とする。
【0013】
更にまた、本発明の排気ガス浄化システムの他の好適形態は、排ガス温度予測手段が、上流の三元触媒出口排ガス温度から、下流のNOx吸蔵触媒の入口排ガス温度を予測することを特徴とする。
【0014】
また、本発明の排気ガス浄化システムの好適形態は、NOx吸蔵触媒の下流側に、三元触媒を付加して成ることを特徴とする。
【0015】
更に、本発明の排気ガス浄化システムの他の好適形態は、NOx吸蔵触媒が、次の反応式▲1▼
1/2O2+SO2+AO→ASO4…▲1▼
(式中のAは、アルカリ土類金属、希土類金属又は遷移金属及びこれらの任意の混合物を示す。但し、Aは、2価の元素として表記した。)で表される反応における、複合酸化物(ASO4)の標準生成自由エネルギー変化値(ΔG)が−350kJ/mol以上である元素Aを含有することを特徴とする。
この場合、元素Aは、マグネシウム(Mg)、ランタン(La)、マンガン(Mn)又は鉄(Fe)及びこれらの任意の混合物であることが好ましい。
【0016】
更にまた、本発明の排ガス浄化システムの他の好適形態は、上記NOx吸蔵触媒が、次の一般式▲2▼
(Ln1−αAα)1−βBOδ…▲2▼
(式中のLnはランタン(La)、セリウム(Ce)、ネオジウム(Nd)又はサマリウム(Sm)及びこれらの任意の混合物、Aはマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)又はセシウム(Cs)及びこれらの任意の混合物、Bは鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)又はマンガン(Mn)及びこれらの任意の混合物、δは各元素の原子価を満足する酸素量を示し、0≦α≦1、0<β<1である。)で表される複合酸化物を含むことを特徴とする。
【0017】
また、本発明の排気ガス浄化システムの好適形態は、上記NOx吸蔵触媒を電磁波により加熱することを特徴とする。
【0018】
更に、本発明の浄化システムは、NOx吸蔵触媒が、白金(Pt)、ロジウム(Rh)又はパラジウム(Pd)及びこれら任意の混合物を含有し、更にまた、NOx吸蔵触媒に含まれる各成分粉末の平均粒径が4μm以下であることを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の排気ガス浄化システムについて詳細に説明する。
本発明の排気ガス浄化システムは、空燃比A/Fがリッチ〜ストイキ〜リーンとの間を変動するリーンバーン内燃機関の排ガスを浄化するシステムであって、排気流路の上流側から、排ガス温度予測手段、排ガス冷却手段及びNOx吸蔵触媒を順次配置して成る。
【0020】
ここで、NOx吸蔵触媒とは、リーンバーン内燃機関において、リーン域で排ガス中のNOxを吸収し、ストイキ〜リッチでNOxを放出して浄化する触媒である。
また、上記リーンバーンエンジンの内燃機関の空燃比は、代表的には、A/Fが10〜14.8(ストイキ〜リッチ)と、リーン(15〜50)の範囲とを繰り返すものである。
【0021】
このように、本発明の浄化システムにおいては、NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度を制御するが、その理由は以下の通りである。
NOx吸蔵触媒が硫黄被毒を受けるとき、その温度が高ければ高いほど、触媒中の硫黄を脱離させるためにより高温とさせることが必要となる。これは、温度が高いとNOx吸蔵材の硫酸塩が結晶化を起こしてしまうためである。また、NOx吸収は下記の反応によって進行し、▲3▼式の反応は低温ほど起こりやすくなるため、NOx吸収性能を向上させるためにも触媒を比較的低い温度で使うことが有効なのである。
NO+1/2O2→NO2 …▲3▼
NO2+NOx吸蔵触媒(Aの複合酸化物)→A(NO3)n …▲4▼
【0022】
本発明の排気ガス浄化システムにおいて、上記排ガス温度予測手段は、排ガス温度を随時検知し、この検知結果に応じて、上記NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度を予測し、且つこの予測結果に応じて、上記排ガス冷却手段へ作動信号を送信する。
そして、上記排ガス冷却手段は、上記排ガス温度予測手段からの作動信号に応じて排ガスを冷却する。
具体的には、排ガスのA/Fがリーンのときに、NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度を300℃以下に制御することが好ましく、この場合には、排気流路内のNOx吸蔵触媒配置部分において、高温でなければ除去できない金属硫酸塩の生成・蓄積を回避できるため、NOx吸蔵触媒の吸蔵性能を持続できる。
【0023】
また、上記NOx吸蔵触媒における入口排ガスの予測温度が400℃を超えるとき、上記排ガスのA/Fをストイキ〜リッチに調整し、これにより硫黄脱離を行うことが好ましい。
これは、常にリーン域では、NOx吸蔵触媒のNOx吸収量が飽和してしまうおそれがあり、また、比較的高温な排ガスに接触させ、NOxとともに硫黄酸化物をも放出させることで硫黄被毒を回避できるからである。
なお、NOx吸蔵触媒から硫黄分を脱離させるとき、高温であるほどA/Fを増大できることが知られている。一方、A/Fをむやみに小さくすると、燃費の低下を招くだけである。このため、A/Fは、NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度が400℃を超えるとき、ストイキ〜リッチの範囲に制御することが好ましい。例えば、予測されたNOx吸蔵触媒の入口排ガス温度が600℃のときにA/Fをストイキ、400℃のときにA/F=11(リッチ)と制御する場合には、その範囲内で瞬時に温度変化を行うことで硫黄分を脱離でき、燃費の低下も防止できるため、有効である。
【0024】
更に、本発明においては、NOx吸蔵触媒入口排ガスの予測温度が、400℃を超える時間を1分間以上保持することが好ましく、これにより、硫黄酸化物の脱離が容易になり、硫黄被毒が起こりにくくなる。
【0025】
なお、上記排ガス温度測定手段としては、上述の機能から、熱電対、赤外温度測定器及びサーミスタなどの各種温度センサーとパソコンやCPU等の演算装置との組合せを挙げることができる。
【0026】
更にまた、上記排ガス冷却手段としては、排ガスを冷却できれば十分であり、特に限定されるものではないが、クーラー、フィン付きバイパス流路及び導風板などを例示できる。
【0027】
また、本発明の浄化システムにおいては、上記排気流路にバイパス流路を設け、このバイパス流路に上記排ガス冷却手段を設置し、又はバイパス流路自体を排ガス冷却手段とすることができる。
この場合、上流に排ガス温度予測手段としての温度センサーを設置し、バイパス流路の長さを調整することにより、流路長による温度降下率から、NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度を予測することが可能であり、この際には、上述の演算装置を省略することができる。
なお、かかる温度降下の代表例としては、バイパス流路長10cm当たり排ガス温度が10℃の割合で降下する場合などを挙げることができる。
また、バイパス流路と排気流路との分岐点に切り換え弁を設置し、冷却時を調整できるのは言うまでもない。
【0028】
本発明における排ガス温度予測手段の上流側には、三元触媒を付加することができる。この場合、三元触媒の出口排ガス温度から、NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度を予測することがさらに好ましく、NOx以外の、HC、COまで効率よく除去することが可能となるため有効である。
また、NOx吸蔵触媒の下流側にも三元触媒を付加する場合には、NOx吸蔵を主体に考えると、その前後で、NOx、HC、COの処理が補助的に行われるため、より排ガスが浄化できる。
なお、後述するNOx吸蔵触媒だけでなく三元触媒においても、その形状をハニカム状とすることにより、触媒と排ガスとの接触面積を大きくでき、圧力損失も抑制できるため、特に自動車の排ガスを浄化するに当たっては、より有効となる。
【0029】
次に、NOx吸蔵触媒について説明する。
このNOx吸蔵触媒は、上述のように、NOxを吸収・放出・浄化するが、本発明においてNOx吸蔵触媒は、次の反応式▲1▼
1/2O2+SO2+AO→ASO4…▲1▼
(式中のAは、アルカリ土類金属、希土類金属又は遷移金属及びこれらの任意の組合せを示す。但し、Aは、2価の元素として表記した。)で表される反応における、複合酸化物(ASO4)の標準生成自由エネルギー変化値(ΔG)が−350kJ/mol以上である元素Aを含有することが好ましい。
【0030】
また、上述のように、NOx吸蔵は、以下の反応式▲3▼、▲4▼のように進行する。
NO+1/2O2→NO2 …▲3▼
NO2+NOx吸蔵触媒(Aの複合酸化物)→A(NO3)n …▲4▼
この反応式▲3▼の反応は低温ほど起こりやすい。また、NOx吸蔵触媒が高温で硫黄被毒を受けると、NOx吸蔵触媒と不純物である硫黄との硫酸塩が結晶化を起こし、この結晶化した硫酸塩は高温でなければ脱離できなくなり、反応式▲4▼のような反応は起こりにくくなる。
【0031】
本発明のNOx吸蔵触媒では、かかるNOx吸蔵触媒の性質を考慮して、複合酸化物(ASO4)の標準生成自由エネルギー変化値(ΔG)が−350kJ/mol以上である元素Aを含有させたことから、反応式▲3▼、▲4▼の反応が進行しやすく、比較的低温(400〜500℃)で不純物である硫黄を脱離でき、有効である。
即ち、低温での硫黄酸化物の脱離が可能となるとともに、吸蔵性能の再活性化・持続を可能とし、本発明の排ガス浄化触媒システムを長期に亘って使用することができることになる。
【0032】
また、NOx吸蔵触媒は、一体構造型担体に担持させて用いられることが好ましい。一体構造型担体としては、耐熱性材料から成るモノリス担体やメタル担体等を挙げることができ、これらにNOx吸蔵触媒をコートして使用することが好ましい。特に自動車の排ガス中のNOxを浄化するに当たっては、ハニカム状担体にコートすることにより、触媒と排ガスとの接触面積を大きくでき、圧力損失も抑制できるため、より有効となる。
なお、このハニカム状担体としては、一般にセラミックス等のコーディエライト質のものが多く用いられるが、フェライト系ステンレス等の金属材料から成るハニカム状担体を用いることも可能であり、更には触媒材料粉末そのものをハニカム状に成形してもよい。
【0033】
ここで、NOx吸蔵触媒に含有される元素Aは、Mg、La、Mn又はFe及びこれらの任意の組合せであることが好ましい。
また、元素Aは活性アルミナに担持させることもできる。具体的には、耐熱性が高く、表面積が50〜300m2/g程度の活性アルミナに担持されることがより好ましい。
【0034】
また、NOx吸蔵触媒は、次の一般式▲2▼
(Ln1−αAα)1−βBOδ…▲2▼
(式中のLnはLa、Ce、Nd又はSm及びこれらの任意の組合せ、AはMg、Ca、Sr、Ba、Na、K又はCs及びこれらの任意の組合せ、Bは鉄、コバルト、ニッケル又はマンガン及びこれらの任意の組合せ、δは各元素の原子価を満足する酸素量を示し、0≦α≦1、0<β<1である。)で表される複合酸化物を含むことが好ましい。
【0035】
これにより、ストイキ〜リッチ時における硫黄の放出がより容易になり、硫黄被毒のレベルを更に低減することができる。
なお、かかる複合酸化物においては、各成分の全てが複合化していることが好ましいが、その一部が複合化している場合でも、所望のNOx吸蔵性能を得られる。
【0036】
なお、上記▲2▼式で表される複合酸化物の製造方法としては、各成分の金属塩(硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、クエン酸塩及び塩酸塩等)の水溶液を調製し、必要に応じてこれに沈殿剤(アンモニアや炭酸アンモニウム等)の水溶液を添加して沈殿物を生成させ、これらの溶液又は沈殿物を乾燥、焼成して複合酸化物粉末を得る方法を例示できる。
かかる製法によれば、各成分の少なくとも一部が複合化し、目的に合致したものが得られる。但し、上記複合体の製造方法は、上記方法には必ずしも限定されるものではなく、上記以外の方法でも複合体が形成されるものであれば十分である。
【0037】
また、上記複合体中には、その作用を妨げる量でなければ、成分元素に含まれる不純物が含まれていても構わない。
例えば、この複合体を構成する元素のうち、バリウム中にストロンチウムが微量含まれていたり、ランタン中にセリウム、ネオジウム及びサマリウム等が微量含まれていることがあるが、いずれも少量であれば問題はない。
【0038】
次に、本発明におけるNOx吸蔵触媒は、電磁波により加熱することが好ましい。この場合には、電磁波をNOx吸蔵触媒に照射することにより、硫黄化合物となっていたペロブスカイト型複合酸化物が選択的に加熱励起され、硫黄分の放出がさらに促進される。
なお、このとき、貴金属は加熱吸収体とはならず、貴金属の焼結による加熱劣化は排ガス温度によるもののみとなるので効率もよい。
【0039】
また、電磁波の使用は、NOx吸蔵触媒入口の排ガス温度が500℃以上になったときに行うことが好ましく、500℃以上の排ガス温度と電磁波の照射により硫黄化合物となったペロブスカイト型複合酸化物からの硫黄の除去が容易になり有効である。
【0040】
更に、上記NOx吸蔵触媒には、Pt、Rh又はPd及びこれらの任意の組合せである貴金属を含有させることができ、例えば、アルミナ等の多孔質担体に担持させることが好ましい。これにより、三元触媒としての機能を発揮させて排ガスの浄化を確実にすることができる。
また、活性アルミナの耐熱性を向上させるため、セリウム(Ce)、ランタン(La)等の希土類化合物の添加や、三元触媒としての機能増強のため、例えば、酸素ストレージ機能を持つセリア(CeO2)、貴金属へのHC吸着を緩和するバリウム(Ba)、Rhの耐熱性向上に寄与するジルコニア(ZrO2)等を更に添加してもよい。
【0041】
上記NOx吸蔵触媒に含まれる各成分粉末の平均粒径は、代表的にはメディアン径で4μm以下とすることが好ましい。
この場合には、触媒の表面積が増大するので、触媒成分と排ガスとの接触頻度を増大することができ、触媒の吸蔵性能を更に向上することができるとともに、硫黄酸化物の放出が起こりやすくなる。
【0042】
以上に説明した本排気ガス浄化システムは、代表的には、図2に示す配置図のような構成を有し、図1に示すフローチャートに従って実行することができる。
図2において、この浄化システムは、排気流路の上流から、排ガス温度予測手段の一例である温度センサー3、排ガス冷却手段の一例である冷却装置(クーラー)4及びNOx吸蔵触媒の一例であるMg−NOx吸蔵触媒5を順次配置して成る。上記排気流路は内燃機関1に連結しており、また、温度センサー3の上流側と、NOx吸蔵触媒5の下流側には、それぞれ三元触媒2及び6が設置されており、排ガス浄化の完全性が図られている。
以下、図2を参照しつつ、図1のフローチャートをステップ順に説明する。
【0043】
ステップ1(以下、単に「S1」と略す)では、上流の温度予測手段の一例である温度センサー3により、NOx吸蔵触媒5の入口排ガス温度が400℃以上になるかどうか判定される。
排ガス温度が400℃以上であれば、硫黄酸化物の放出を行えるため、その必要性を判断すべく、例えば、以前に硫黄脱離処理を行ってからの走行距離が300km以上か否かを基準として判定される[S2]。
この判定が、Yesの場合、冷却装置の一例であるクーラー4に通じるバイパス流路を閉じ、排ガスのA/Fをストイキ〜リッチに制御する。これは、バイパス流路を閉じることにより、NOx吸蔵触媒5が瞬時に高温排ガスに曝され、吸蔵しているNOxとともに硫黄が放出されるからである。
【0044】
また、S2の判定がNoの場合、即ち、硫黄被毒の程度が軽く、NOx吸蔵性能が落ち込まないときは、硫黄放出処理は行う必要がないため、冷却装置4に通じるバイパス流路は開いたまま、NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度を300℃以下に維持する。これは、頻繁に放出処理を行うことによるNOx吸蔵触媒の熱劣化、吸収した硫黄の結晶化、更には燃費の低下を防止するためである。
【0045】
一方、S1の判定で、NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度が400℃未満の場合には、クーラー4に通じるバイパス流路を開いて冷却し、NOx吸蔵触媒5の入口排ガス温度を300℃以下としてNOx吸蔵触媒5を継続して使用することができる。しかし、常にリーン域では、NOx吸蔵触媒5が飽和してしまうため、NOx吸蔵触媒5が飽和に達したか判定され[S3]、飽和に達したときは、A/Fをストイキ〜リッチ域に変える。
なお、この際、低温では放出処理ができず、高温では吸収した硫黄が結晶化してしまうことを考慮して、バイパス流路を閉じ、一気に温度を400〜600℃の範囲内まで上げることが好ましい。また、この高温への加熱は短時間であっても十分である。
【0046】
本発明では、以上のようなフロー制御を行うことにより、硫黄被毒の影響を抑制しつつ、排ガスの浄化を効率よく行うことができる。
【0047】
【実施例】
以下、本発明を、図面を参照して実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0048】
実施例1〜7及び比較例1、2では以下の操作により、後述の試験1、2で用いるNOx吸蔵触媒を得た。
(実施例1)
酢酸マグネシウム水溶液を活性アルミナに含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、マグネシウム担持アルミナの粉末(粉末A)を得た。この粉末のマグネシウム濃度は20.0wt%であった。
硝酸Pd水溶液を粉末Aに含浸し、乾燥空気中400℃で1時間焼成して、Pd、マグネシウム担持アルミナ粉末(粉末B)を得た。この粉末のPd濃度は5.0wt%であった。
硝酸Rh水溶液を粉末Aに含浸し、乾燥後空気中400℃で1時間焼成して、Rh,マグネシウム担持アルミナ粉末(粉末C)を得た。この粉末のRh濃度は2.0wt%であった。
粉末Bを522g、粉末Cを135g、活性アルミナ粉末を243g、水900gを磁性ボールミルに投入し、2.5時間混合粉砕してスラリー液を得た。このスラリー液の平均粒径は、3.5μmであった。このスラリー液をコーディライト質モノリス担体(1.7L、400セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層重量300g/Lの触媒を得た。
【0049】
(実施例2)
粉末Aの酢酸マグネシウムを硝酸鉄とした以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して触媒を得た。
【0050】
(実施例3)
粉末Aの酢酸マグネシウムを硝酸マンガンとした以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して触媒を得た。
【0051】
(実施例4)
粉末Aの酢酸マグネシウムを硝酸ランタンとした以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して触媒を得た。
【0052】
(実施例5)
硝酸鉄水溶液を活性粉末Aに含浸し、乾燥後空気中800℃で1時間焼成して、マグネシウム、鉄担持アルミナの粉末(粉末D)を得た。この粉末のマグネシウム濃度は20.0wt%であり、鉄濃度は7.0%wtであった。
硝酸Pd水溶液を粉末Dに含浸し、乾燥空気中400℃で1時間焼成して、Pd、マグネシウム担持アルミナ粉末(粉末E)を得た。この粉末のPd濃度は5.0wt%であった。
硝酸Rh水溶液を粉末Dに含浸し、乾燥空気中400℃で1時間焼成して、Rh、マグネシウム、鉄担持アルミナ粉末(粉末F)を得た。この粉末のRh濃度は2.0wt%であった。
粉末Bを522g、粉末Cを135g、活性アルミナ粉末を243g、水900gを磁性ボールミルに投入し、2.5時間混合粉砕してスラリー液を得た。このスラリー液の平均粒径は、3.5μmであった。このスラリー液をコーディライト質モノリス担体(1.7L、400セル)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを取り除いて130℃で乾燥した後、400℃で1時間焼成し、コート層重量300g/Lの触媒を得た。
【0053】
(実施例6)
粉末Dの硝酸鉄を硝酸マンガンとした以外は、実施例5と同様の操作を繰り返して触媒を得た。
【0054】
(実施例7)
粉末Dの硝酸鉄を硝酸ランタンとした以外は、実施例5と同様の操作を繰り返して触媒を得た。
【0055】
(比較例1)
粉末Aの酢酸マグネシウムを酢酸バリウムとした以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して触媒を得た。
【0056】
(比較例2)
スラリー液の平均粒径を5μmとした以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して触媒を得た。
【0057】
以上の操作により得られた各触媒について以下の試験を行った。
(試験1)
排気量4400ccのエンジンの排気系に触媒を装着し、NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度を650℃とし、50時間運転して耐久性を測定した(表1の「1サイクル目」のデータ参照)。
【0058】
300ppmの硫黄を含んだガソリンを使用し、排気量2000ccのエンジンの排気系に触媒を装着して、EC+EUDCモードを100サイクル繰り返した。このモード中では、NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度が1分以上400℃以上になるように制御した。
このモードのトータル転化率を1サイクル目と100サイクル目により求めて評価した。また、1サイクル目と100サイクル目との転化率の減少比から悪化率を求めた。この結果を表1に示す。
【0059】
(試験2)
実施例1の触媒を用いて、モード中のNOx吸蔵触媒の入口排ガス温度を常に400℃以上になるように設定した以外は、試験1と同様の操作を繰り返して試験を行った。この結果を表1に示す。
【0060】
【表1】
【0061】
表1より、以下のことが分かる。
実施例1の触媒を用いて行った試験1、2では、NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度を常に400℃以上に保持した場合には、硫黄被毒が抑えられている。しかし、この場合には、NOx転化率が悪く、これは、常に温度が高いと硫黄酸化物が放出するために被毒が緩和されるだけでなく、同時に上述の▲3▼式の反応が起こりにくくなりNOx吸収量が減少するためであると考えられる。これより、本発明の排ガス浄化触媒システムでは、冷却装置につながるバイパス流路を有することが有効であるといえる。
【0062】
また、実施例1、5〜7と比較例1との比較から、上述の▲1▼式の反応のΔGにより、硫黄被毒の度合が大きく異なることが分かる。
即ち、ΔGが−350kJ/mol以下のBaを含むNOx吸蔵触媒では、初期のNOx転化率は高いが、硫黄被毒の影響を受け易く、NOx転化率の悪化率が大きい。逆に、ΔGが−350kJ/mol以上のMgでは、初期のNOx転化率は低いが、硫黄被毒の影響を受けにくく、NOx転化率の悪化率が小さくなる。更に、NOx触媒の構成元素を数種として、複合化効果により、悪化率を小さくできることも分かる(実施例5〜7)。よって、本発明の排気ガス浄化システムには、▲1▼式の反応のΔGが−350kJ/molより大きなアルカリ土類金属、希土類金属及び遷移金属をNOx吸蔵触媒に含有させることが有効であることがわかる。
【0063】
更に、実施例1と比較例2との比較から、スラリー液の平均粒径は、5μmとするよりも4μm以下までに小さくすることがより有効であることが明かである。
【0064】
以上、本発明を好適実施例により詳細に説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の開示の範囲内において種々の変形が可能である。
例えば、本発明の浄化システムの大きな利点は、NOx吸蔵触媒中に硫酸金属塩を残存させないことであり、従来は、硫酸金属塩が徐々にではあるが不可避的にNOx吸蔵触媒中に残存して行き、ついには飽和量に達してしまうが、本発明の浄化システムではかかる現象を回避することができる。
【0065】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、排ガスを所望の温度に制御した後NOx吸蔵触媒でNOxの吸収・放出を行うため、従来から知られる排気ガス浄化方法に比べ、硫黄被毒を低減するとともに、NOx吸蔵触媒の熱劣化を防止することができる排気ガス浄化システムを提供することができる。
【0066】
即ち、本発明によれば、上流に設置した温度予測手段で予測したNOx吸蔵触媒の入口排ガス温度に基づいて、必要時には瞬時にストイキ〜リッチ域に変動させることによって、NOx吸蔵触媒に流入した硫黄酸化物を放出することができ、硫黄被毒の低減及びNOx吸蔵触媒を再生して使用できる。
また、ΔGが−350kJ/mol以上となるような元素を含むNOx吸蔵触媒を用いて、不純物である硫黄を比較的低温で複合硫黄酸化物とするため、NOx吸蔵触媒に、高温でなければ除去できない金属硫酸塩の生成・蓄積を回避できるだけでなく、低温で容易に硫黄酸化物をNOxとともに放出することによってNOx吸蔵触媒の熱劣化を防止でき、結果としてNOx吸蔵性能を持続できる。更に、電磁波をNOx吸蔵触媒に照射することにより、硫黄化合物となっていたペロブスカイト型複合酸化物が選択的に加熱励起され、硫黄分の放出をさらに促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排気ガス浄化システムの一例を示すフローチャートである。
【図2】本発明の排気ガス浄化システムの一例を示す配置図である。
【符号の説明】
1 内燃機関
2 三元触媒
3 温度予測手段
4 冷却手段(クーラー)
5 NOx吸蔵触媒
6 三元触媒[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an exhaust gas purification system, and more particularly, exhaust gas purification that purifies hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine. The exhaust gas purification system focusing on the NOx purification process in the system, particularly in the oxygen excess region, is suitable for the exhaust gas treatment discharged from an internal combustion engine such as an automobile (gasoline, diesel) or a boiler. Used.
[0002]
[Prior art]
In recent years, demand for fuel-efficient vehicles has increased due to the problem of depletion of petroleum resources and global warming, and the development of lean-burn vehicles has attracted attention for gasoline vehicles.
In such lean burn automobiles, the exhaust gas atmosphere becomes an oxygen-excess atmosphere (lean) compared to the theoretical air-burning state during lean burn driving. However, when a normal three-way catalyst is used in the lean region, NOx is caused by the influence of excess oxygen. It has been known that the purification action is insufficient. For this reason, various catalysts capable of purifying NOx even when oxygen is excessive have been proposed. For example, a catalyst in which platinum (Pt) and lanthanum (La) are supported on a porous carrier (Japanese Patent Laid-Open No. 5-168860). ), A catalyst that absorbs NOx in a lean region and releases NOx during stoichiometry to purify the catalyst has been proposed. However, since sulfur is contained in the fuel and the lubricating oil, and this sulfur content is discharged into the exhaust gas as an oxide, the NOx absorbent is poisoned by the sulfur oxide (hereinafter referred to as “sulfur covered”). It is known that the NOx absorption ability is reduced.
[0003]
To prevent this sulfur poisoning,
(1) A method of disposing a sulfur trap catalyst in front of the NOx absorption catalyst, absorbing the sulfur catalyst in the lean region, and preventing sulfur oxide from flowing into the subsequent NOx catalyst (JP-A-6-58138),
(2) Based on the premise of a certain degree of sulfur poisoning, the temperature of the catalyst is increased at regular intervals, the air-fuel ratio (hereinafter referred to as “A / F”) is made rich, and the attached sulfur oxide is released. A method for recovery (Japanese Patent Laid-Open No. 7-217474),
Etc. are done.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional exhaust gas purification method as described above has the following problems.
That is, in the method (1), surplus sulfur oxides that cannot be absorbed by the sulfur trap catalyst at the time of lean flow into the NOx absorption catalyst, and the NOx absorption catalyst is subjected to sulfur poisoning.
Further, when a material capable of completely absorbing sulfur at the time of lean is used as the NOx absorption catalyst, it becomes difficult to release sulfur during stoichiometric and rich conditions.
Furthermore, the sulfur oxide released during the stoichiometric to rich time poisons the NOx absorption catalyst in the subsequent stage.
[0005]
On the other hand, in the method (2), when the NOx absorbent contains an element such as barium (Ba), the standard free energy change value (ΔG) of the generated sulfate is negatively large. Therefore, there is a problem that a high temperature of 700 ° C. or higher is required for releasing the sulfate, which causes thermal deterioration of the catalyst.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by using the NOx storage catalyst after controlling the exhaust gas to a desired temperature. It came to be completed.
[0007]
That is, the exhaust gas purification catalyst system of the present invention is a system for purifying exhaust gas of a lean burn internal combustion engine in which the air-fuel ratio A / F varies between rich to stoichiometric to lean,
From the upstream side of the exhaust passage, the exhaust gas temperature predicting means, the exhaust gas cooling means and the NOx storage catalyst are sequentially arranged,
The exhaust gas temperature predicting means detects the exhaust gas temperature as needed, predicts the inlet exhaust gas temperature of the NOx storage catalyst according to the detection result, and transmits an operation signal to the exhaust gas cooling means according to the prediction result. And
The exhaust gas cooling means cools the exhaust gas in accordance with an operation signal from the exhaust gas temperature prediction means.
[0008]
In a preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention, when the A / F of the exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst is lean, the inlet exhaust gas temperature of the NOx storage catalyst is controlled to 300 ° C. or lower. .
[0009]
Furthermore, in another preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention, when the predicted temperature of the inlet exhaust gas in the NOx storage catalyst exceeds 400 ° C., the exhaust gas A / F is adjusted to stoichiometric to rich so that the sulfur desorption is performed. It is characterized by performing separation.
[0010]
Furthermore, still another preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention is characterized in that the predicted temperature of the NOx storage catalyst inlet exhaust gas is maintained for more than 400 minutes for more than 400 ° C.
[0011]
In another preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention, the exhaust passage has a bypass passage, and the exhaust gas cooling means is installed in the bypass passage.
[0012]
Still another preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention is characterized in that a three-way catalyst is added upstream of the exhaust gas temperature predicting means.
[0013]
Furthermore, another preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention is characterized in that the exhaust gas temperature predicting means predicts the inlet exhaust gas temperature of the downstream NOx storage catalyst from the upstream three-way catalyst outlet exhaust gas temperature. .
[0014]
A preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention is characterized in that a three-way catalyst is added to the downstream side of the NOx storage catalyst.
[0015]
Furthermore, in another preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention, the NOx storage catalyst has the following reaction formula (1):
1 / 2O 2 + SO 2 + AO → ASO 4 … ▲ 1 ▼
(Wherein A represents an alkaline earth metal, rare earth metal or transition metal, and any mixture thereof, where A is represented as a divalent element). (ASO 4 ) Containing element A having a standard free energy change value (ΔG) of −350 kJ / mol or more.
In this case, the element A is preferably magnesium (Mg), lanthanum (La), manganese (Mn) or iron (Fe) and any mixture thereof.
[0016]
Furthermore, in another preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention, the NOx storage catalyst has the following general formula (2):
(Ln 1-α A α ) 1-β BO δ … ▲ 2 ▼
(Wherein Ln is lanthanum (La), cerium (Ce), neodymium (Nd) or samarium (Sm) and any mixture thereof, A is magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), sodium (Na), potassium (K) or cesium (Cs) and any mixture thereof, B is iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) or manganese (Mn) and any of these Wherein δ represents the amount of oxygen satisfying the valence of each element, and 0 ≦ α ≦ 1 and 0 <β <1).
[0017]
A preferred embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention is characterized in that the NOx storage catalyst is heated by electromagnetic waves.
[0018]
Further, in the purification system of the present invention, the NOx storage catalyst contains platinum (Pt), rhodium (Rh) or palladium (Pd) and any mixture thereof, and furthermore, each component powder contained in the NOx storage catalyst. The average particle size is 4 μm or less.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the exhaust gas purification system of the present invention will be described in detail.
The exhaust gas purification system of the present invention is a system for purifying exhaust gas of a lean burn internal combustion engine in which the air-fuel ratio A / F fluctuates between rich, stoichiometric and lean, and from the upstream side of the exhaust passage, the exhaust gas temperature The predicting means, the exhaust gas cooling means and the NOx storage catalyst are sequentially arranged.
[0020]
Here, the NOx occlusion catalyst is a catalyst that absorbs NOx in exhaust gas in a lean region and releases NOx in a lean region and purifies by exhausting NOx in a lean burn internal combustion engine.
The air-fuel ratio of the internal combustion engine of the lean burn engine is typically such that A / F repeats from 10 to 14.8 (stoichi to rich) and lean (15 to 50).
[0021]
As described above, in the purification system of the present invention, the exhaust gas temperature at the inlet of the NOx storage catalyst is controlled for the following reason.
When the NOx storage catalyst is subjected to sulfur poisoning, the higher the temperature, the higher the temperature required to desorb sulfur in the catalyst. This is because when the temperature is high, the sulfate of the NOx storage material causes crystallization. Further, NOx absorption proceeds by the following reaction, and the reaction of formula (3) is more likely to occur at a lower temperature. Therefore, it is effective to use the catalyst at a relatively low temperature in order to improve NOx absorption performance.
NO + 1 / 2O 2 → NO 2 … ▲ 3 ▼
NO 2 + NOx storage catalyst (complex oxide of A) → A (NO 3 ) n … ▲ 4 ▼
[0022]
In the exhaust gas purification system of the present invention, the exhaust gas temperature predicting means detects the exhaust gas temperature as needed, predicts the inlet exhaust gas temperature of the NOx storage catalyst according to the detection result, and according to the prediction result, An operation signal is transmitted to the exhaust gas cooling means.
The exhaust gas cooling means cools the exhaust gas in response to an operation signal from the exhaust gas temperature prediction means.
Specifically, when the exhaust gas A / F is lean, the NOx storage catalyst inlet exhaust gas temperature is preferably controlled to 300 ° C. or lower. In this case, in the NOx storage catalyst arrangement portion in the exhaust passage Since the production and accumulation of metal sulfates that can only be removed at high temperatures can be avoided, the storage performance of the NOx storage catalyst can be maintained.
[0023]
Further, when the predicted temperature of the inlet exhaust gas in the NOx storage catalyst exceeds 400 ° C., it is preferable to adjust the A / F of the exhaust gas to stoichiometric to rich, thereby performing sulfur desorption.
This is because there is a possibility that the NOx absorption amount of the NOx occlusion catalyst is always saturated in the lean region, and it is brought into contact with a relatively high temperature exhaust gas to release sulfur oxide together with NOx, thereby reducing sulfur poisoning. This is because it can be avoided.
It is known that when the sulfur content is desorbed from the NOx storage catalyst, the A / F can be increased as the temperature increases. On the other hand, if the A / F is reduced excessively, only the fuel consumption is reduced. For this reason, it is preferable to control A / F in a stoichiometric to rich range when the inlet exhaust gas temperature of the NOx storage catalyst exceeds 400 ° C. For example, when A / F is stoichiometrically controlled when the predicted exhaust gas temperature of the NOx storage catalyst is 600 ° C., and A / F = 11 (rich) when 400 ° C., instantaneously within that range. This is effective because the sulfur content can be eliminated and the fuel consumption can be prevented from being lowered by changing the temperature.
[0024]
Further, in the present invention, it is preferable that the predicted temperature of the exhaust gas at the inlet of the NOx storage catalyst exceeds 400 ° C. for 1 minute or longer, thereby facilitating desorption of sulfur oxides and preventing sulfur poisoning. Less likely to occur.
[0025]
As the exhaust gas temperature measuring means, a combination of various temperature sensors such as a thermocouple, an infrared temperature measuring device, and a thermistor and a computing device such as a personal computer and a CPU can be mentioned because of the above-described functions.
[0026]
Furthermore, as the exhaust gas cooling means, it is sufficient if the exhaust gas can be cooled, and is not particularly limited, but examples thereof include a cooler, a finned bypass flow path, and a wind guide plate.
[0027]
In the purification system of the present invention, a bypass flow path can be provided in the exhaust flow path, the exhaust gas cooling means can be installed in the bypass flow path, or the bypass flow path itself can be used as the exhaust gas cooling means.
In this case, by installing a temperature sensor as exhaust gas temperature prediction means upstream and adjusting the length of the bypass flow path, the exhaust gas temperature at the inlet of the NOx storage catalyst can be predicted from the temperature drop rate due to the flow path length. In this case, the above-mentioned arithmetic unit can be omitted.
A typical example of such a temperature drop is when the exhaust gas temperature drops at a rate of 10 ° C. per 10 cm of the bypass flow path length.
Needless to say, a switching valve can be installed at the branch point between the bypass flow path and the exhaust flow path to adjust the cooling time.
[0028]
A three-way catalyst can be added upstream of the exhaust gas temperature predicting means in the present invention. In this case, it is more preferable to predict the inlet exhaust gas temperature of the NOx storage catalyst from the outlet exhaust gas temperature of the three-way catalyst, which is effective because it is possible to efficiently remove HC and CO other than NOx.
In addition, when adding a three-way catalyst to the downstream side of the NOx occlusion catalyst, considering NOx occlusion mainly, the treatment of NOx, HC, and CO is performed before and after that, so that more exhaust gas is generated. It can be purified.
Note that not only the NOx storage catalyst described later but also the three-way catalyst has a honeycomb shape, so that the contact area between the catalyst and the exhaust gas can be increased and the pressure loss can be suppressed. In doing so, it becomes more effective.
[0029]
Next, the NOx storage catalyst will be described.
As described above, this NOx storage catalyst absorbs, releases, and purifies NOx. In the present invention, the NOx storage catalyst has the following reaction formula (1):
1 / 2O 2 + SO 2 + AO → ASO 4 … ▲ 1 ▼
(Wherein A represents an alkaline earth metal, rare earth metal or transition metal, and any combination thereof, where A is represented as a divalent element). (ASO 4 It is preferable to contain an element A having a standard free energy change value (ΔG) of −350 kJ / mol or more.
[0030]
Further, as described above, NOx occlusion proceeds as shown in the following reaction formulas (3) and (4).
NO + 1 / 2O 2 → NO 2 … ▲ 3 ▼
NO 2 + NOx storage catalyst (complex oxide of A) → A (NO 3 ) n … ▲ 4 ▼
The reaction of reaction formula (3) is more likely to occur at lower temperatures. In addition, if the NOx storage catalyst is poisoned with sulfur at a high temperature, the sulfate of the NOx storage catalyst and sulfur, which is an impurity, crystallizes, and this crystallized sulfate cannot be desorbed unless the temperature is high. Reaction like Formula (4) becomes difficult to occur.
[0031]
In the NOx storage catalyst of the present invention, in consideration of the properties of the NOx storage catalyst, a composite oxide (ASO) 4 ) Has a standard formation free energy change value (ΔG) of −350 kJ / mol or more, the reaction of the reaction formulas (3) and (4) is likely to proceed, and the reaction temperature is relatively low (400 to 500.degree. C.), which is an impurity, can be eliminated and is effective.
That is, the sulfur oxide can be desorbed at a low temperature, and the occlusion performance can be reactivated and maintained, so that the exhaust gas purification catalyst system of the present invention can be used for a long time.
[0032]
Further, the NOx storage catalyst is preferably used while being supported on an integral structure type carrier. Examples of the monolithic structure type carrier include a monolith carrier made of a heat resistant material, a metal carrier, and the like, and these are preferably used after being coated with a NOx storage catalyst. In particular, when purifying NOx in the exhaust gas of an automobile, it is more effective because the contact area between the catalyst and the exhaust gas can be increased and the pressure loss can be suppressed by coating the honeycomb carrier.
In general, cordierite materials such as ceramics are often used as the honeycomb-shaped carrier, but a honeycomb-shaped carrier made of a metal material such as ferritic stainless steel can also be used. It may be formed into a honeycomb shape.
[0033]
Here, the element A contained in the NOx storage catalyst is preferably Mg, La, Mn, Fe, or any combination thereof.
Element A can also be supported on activated alumina. Specifically, it has high heat resistance and a surface area of 50 to 300 m. 2 More preferably, it is supported on activated alumina of about / g.
[0034]
The NOx storage catalyst has the following general formula (2)
(Ln 1-α A α ) 1-β BO δ … ▲ 2 ▼
(Wherein Ln is La, Ce, Nd or Sm and any combination thereof, A is Mg, Ca, Sr, Ba, Na, K or Cs and any combination thereof, B is iron, cobalt, nickel or Manganese and any combination thereof, δ represents an oxygen amount satisfying the valence of each element, and preferably includes a complex oxide represented by 0 ≦ α ≦ 1, 0 <β <1. .
[0035]
Thereby, it becomes easier to release sulfur during stoichiometric to rich conditions, and the level of sulfur poisoning can be further reduced.
In this complex oxide, it is preferable that all of the components are complexed, but the desired NOx occlusion performance can be obtained even when some of the components are complexed.
[0036]
In addition, as a manufacturing method of the composite oxide represented by the above formula (2), an aqueous solution of metal salts (nitrate, carbonate, acetate, citrate, hydrochloride, etc.) of each component is prepared and necessary. Accordingly, there can be exemplified a method in which an aqueous solution of a precipitating agent (ammonia, ammonium carbonate or the like) is added thereto to form precipitates, and these solutions or precipitates are dried and fired to obtain composite oxide powder.
According to such a production method, at least a part of each component is compounded, and a product meeting the purpose is obtained. However, the manufacturing method of the said composite body is not necessarily limited to the said method, It is sufficient if a composite body is formed also by methods other than the above.
[0037]
Further, the complex may contain impurities contained in the component elements as long as the amount does not hinder the action.
For example, among the elements constituting this complex, barium may contain a small amount of strontium or lanthanum may contain a small amount of cerium, neodymium, samarium, etc. There is no.
[0038]
Next, the NOx storage catalyst in the present invention is preferably heated by electromagnetic waves. In this case, by irradiating the NOx storage catalyst with electromagnetic waves, the perovskite complex oxide that has been a sulfur compound is selectively heated and excited, and the release of the sulfur content is further promoted.
At this time, the noble metal does not become a heat absorber, and the heat deterioration due to sintering of the noble metal is only due to the exhaust gas temperature, which is efficient.
[0039]
The use of electromagnetic waves is preferably carried out when the exhaust gas temperature at the NOx storage catalyst inlet becomes 500 ° C. or higher. From the perovskite complex oxide that has become a sulfur compound by irradiation of the exhaust gas temperature of 500 ° C. or higher and electromagnetic waves. Removal of sulfur is easy and effective.
[0040]
Further, the NOx storage catalyst can contain Pt, Rh or Pd and a noble metal which is any combination thereof, and is preferably supported on a porous carrier such as alumina. Thereby, the function as a three-way catalyst can be exhibited and the purification | cleaning of exhaust gas can be ensured.
In order to improve the heat resistance of activated alumina, for example, ceria (CeO) having an oxygen storage function is added to add rare earth compounds such as cerium (Ce) and lanthanum (La) and to enhance the function as a three-way catalyst. 2 ), Barium (Ba) that alleviates HC adsorption to noble metals, zirconia (ZrO) that contributes to improving the heat resistance of Rh 2 ) Etc. may be further added.
[0041]
The average particle size of each component powder contained in the NOx storage catalyst is preferably 4 μm or less as a median diameter.
In this case, since the surface area of the catalyst is increased, the contact frequency between the catalyst component and the exhaust gas can be increased, the occlusion performance of the catalyst can be further improved, and the release of sulfur oxides easily occurs. .
[0042]
The exhaust gas purification system described above typically has a configuration such as the layout shown in FIG. 2 and can be executed according to the flowchart shown in FIG.
In FIG. 2, this purification system includes a
Hereinafter, the flowchart of FIG. 1 will be described in the order of steps with reference to FIG.
[0043]
In Step 1 (hereinafter simply referred to as “S1”), it is determined whether or not the temperature of the exhaust gas at the inlet of the
If the exhaust gas temperature is 400 ° C. or higher, sulfur oxide can be released. Therefore, in order to judge the necessity, for example, whether or not the travel distance from the previous sulfur desorption treatment is 300 km or more [S2].
When this determination is Yes, the bypass flow path leading to the
[0044]
In addition, when the determination of S2 is No, that is, when the degree of sulfur poisoning is light and the NOx occlusion performance does not deteriorate, there is no need to perform sulfur release treatment, so the bypass flow path leading to the
[0045]
On the other hand, if the NOx storage catalyst inlet exhaust gas temperature is lower than 400 ° C. in S1, the bypass passage leading to the
In this case, it is preferable to close the bypass flow path and raise the temperature to a range of 400 to 600 ° C. at once, considering that the release treatment cannot be performed at a low temperature and the absorbed sulfur is crystallized at a high temperature. . Further, heating to this high temperature is sufficient even for a short time.
[0046]
In the present invention, by performing the flow control as described above, it is possible to efficiently purify the exhaust gas while suppressing the influence of sulfur poisoning.
[0047]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples and comparative examples with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these examples.
[0048]
In Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2, NOx storage catalysts used in
Example 1
Activated alumina was impregnated with a magnesium acetate aqueous solution, dried, and then fired in air at 400 ° C. for 1 hour to obtain magnesium-supported alumina powder (powder A). The magnesium concentration of this powder was 20.0 wt%.
An aqueous Pd nitrate solution was impregnated into powder A and calcined at 400 ° C. for 1 hour in dry air to obtain Pd, magnesium-supported alumina powder (powder B). The Pd concentration of this powder was 5.0 wt%.
An aqueous Rh nitrate solution was impregnated into powder A, dried and then calcined in air at 400 ° C. for 1 hour to obtain Rh, magnesium-supported alumina powder (powder C). The Rh concentration of this powder was 2.0 wt%.
522 g of powder B, 135 g of powder C, 243 g of activated alumina powder, and 900 g of water were put into a magnetic ball mill, and mixed and ground for 2.5 hours to obtain a slurry liquid. The average particle size of this slurry liquid was 3.5 μm. This slurry liquid is attached to a cordierite monolith carrier (1.7 L, 400 cells), excess slurry in the cells is removed by air flow, dried at 130 ° C., and then baked at 400 ° C. for 1 hour. A catalyst having a layer weight of 300 g / L was obtained.
[0049]
(Example 2)
A catalyst was obtained by repeating the same operation as in Example 1 except that the magnesium acetate of the powder A was changed to iron nitrate.
[0050]
(Example 3)
A catalyst was obtained by repeating the same operation as in Example 1, except that the magnesium acetate of the powder A was changed to manganese nitrate.
[0051]
Example 4
A catalyst was obtained by repeating the same operation as in Example 1 except that the magnesium acetate of the powder A was changed to lanthanum nitrate.
[0052]
(Example 5)
An active iron powder A was impregnated with an aqueous iron nitrate solution, dried, and then fired in air at 800 ° C. for 1 hour to obtain magnesium and iron-supported alumina powder (powder D). The magnesium concentration of this powder was 20.0 wt%, and the iron concentration was 7.0% wt.
An aqueous Pd nitrate solution was impregnated into powder D, and calcined at 400 ° C. for 1 hour in dry air to obtain Pd, magnesium-supported alumina powder (powder E). The Pd concentration of this powder was 5.0 wt%.
A powder D was impregnated with an aqueous Rh nitrate solution and calcined at 400 ° C. for 1 hour in dry air to obtain an alumina-supported Rh, magnesium and iron powder (powder F). The Rh concentration of this powder was 2.0 wt%.
522 g of powder B, 135 g of powder C, 243 g of activated alumina powder, and 900 g of water were put into a magnetic ball mill, and mixed and ground for 2.5 hours to obtain a slurry liquid. The average particle size of this slurry liquid was 3.5 μm. This slurry solution is attached to a cordierite monolith carrier (1.7 L, 400 cells), excess slurry in the cells is removed with an air flow, dried at 130 ° C., and then baked at 400 ° C. for 1 hour. A catalyst having a layer weight of 300 g / L was obtained.
[0053]
(Example 6)
A catalyst was obtained by repeating the same operation as in Example 5, except that the iron nitrate of the powder D was changed to manganese nitrate.
[0054]
(Example 7)
A catalyst was obtained by repeating the same operation as in Example 5 except that the iron nitrate of powder D was lanthanum nitrate.
[0055]
(Comparative Example 1)
A catalyst was obtained by repeating the same operation as in Example 1 except that powder A magnesium acetate was changed to barium acetate.
[0056]
(Comparative Example 2)
A catalyst was obtained by repeating the same operation as in Example 1 except that the average particle size of the slurry liquid was 5 μm.
[0057]
The following tests were conducted for each catalyst obtained by the above operation.
(Test 1)
A catalyst was attached to the exhaust system of an engine with a displacement of 4400 cc, the exhaust gas temperature at the inlet of the NOx storage catalyst was set to 650 ° C., and the durability was measured by operating for 50 hours (refer to the data of “first cycle” in Table 1).
[0058]
Using gasoline containing 300 ppm of sulfur, a catalyst was mounted on the exhaust system of a 2000 cc engine, and the EC + EUDC mode was repeated 100 cycles. During this mode, the exhaust gas temperature at the inlet of the NOx storage catalyst was controlled to be 400 ° C. or more for 1 minute or more.
The total conversion in this mode was determined and evaluated from the first cycle and the 100th cycle. Moreover, the deterioration rate was calculated | required from the reduction ratio of the conversion rate of 1st cycle and 100th cycle. The results are shown in Table 1.
[0059]
(Test 2)
Using the catalyst of Example 1, the test was performed by repeating the same operation as in
[0060]
[Table 1]
[0061]
Table 1 shows the following.
In
[0062]
Further, from comparison between Examples 1 and 5 to 7 and Comparative Example 1, it can be seen that the degree of sulfur poisoning varies greatly depending on ΔG of the reaction of the above-mentioned formula (1).
That is, in the NOx storage catalyst containing Ba with ΔG of −350 kJ / mol or less, the initial NOx conversion rate is high, but it is easily affected by sulfur poisoning, and the deterioration rate of the NOx conversion rate is large. Conversely, Mg with ΔG of −350 kJ / mol or more has a low initial NOx conversion rate, but is less susceptible to sulfur poisoning, and the NOx conversion rate deterioration rate becomes small. Further, it can be seen that the deterioration rate can be reduced due to the composite effect by using several kinds of constituent elements of the NOx catalyst (Examples 5 to 7). Therefore, in the exhaust gas purification system of the present invention, it is effective that the NOx storage catalyst contains an alkaline earth metal, a rare earth metal and a transition metal having a ΔG of the reaction of the formula (1) larger than −350 kJ / mol. I understand.
[0063]
Furthermore, it is clear from comparison between Example 1 and Comparative Example 2 that it is more effective to reduce the average particle size of the slurry liquid to 4 μm or less than to 5 μm.
[0064]
As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail by the preferable Example, this invention is not limited to these Examples, A various deformation | transformation is possible within the range of the indication of this invention.
For example, the major advantage of the purification system of the present invention is that the metal sulfate salt does not remain in the NOx storage catalyst. Conventionally, the metal sulfate salt is gradually but inevitably left in the NOx storage catalyst. In the end, the saturation amount is reached, but this phenomenon can be avoided in the purification system of the present invention.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since NOx is absorbed and released by the NOx storage catalyst after the exhaust gas is controlled to a desired temperature, sulfur poisoning is reduced as compared with conventionally known exhaust gas purification methods. It is possible to provide an exhaust gas purification system that can reduce and prevent thermal deterioration of the NOx storage catalyst.
[0066]
That is, according to the present invention, the sulfur flowing into the NOx storage catalyst is instantaneously changed from the stoichiometric to rich region when necessary based on the inlet exhaust gas temperature of the NOx storage catalyst predicted by the temperature prediction means installed upstream. Oxides can be released, sulfur poisoning can be reduced, and NOx storage catalysts can be regenerated and used.
In addition, the NOx storage catalyst containing an element that has an ΔG of −350 kJ / mol or more is used to convert sulfur, which is an impurity, into a composite sulfur oxide at a relatively low temperature. In addition to avoiding the generation and accumulation of metal sulfates that cannot be performed, it is possible to prevent thermal deterioration of the NOx storage catalyst by easily releasing the sulfur oxide together with NOx at a low temperature, and as a result, the NOx storage performance can be maintained. Furthermore, by irradiating the NOx storage catalyst with electromagnetic waves, the perovskite complex oxide, which has been a sulfur compound, is selectively heated and excited to further promote the release of the sulfur content.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing an example of an exhaust gas purification system of the present invention.
FIG. 2 is a layout view showing an example of an exhaust gas purification system of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine
2 Three-way catalyst
3 Temperature prediction means
4 Cooling means (cooler)
5 NOx storage catalyst
6 Three-way catalyst
Claims (14)
排気流路の上流側から、排ガス温度予測手段、排ガス冷却手段及びNOx吸蔵触媒を順次配置して成り、
上記排ガス温度予測手段は、排ガス温度を随時検知し、この検知結果に応じて、上記NOx吸蔵触媒の入口排ガス温度を予測し、且つこの予測結果に応じて、上記排ガス冷却手段へ作動信号を送信し、
上記排ガス冷却手段は、上記排ガス温度予測手段からの作動信号に応じて排ガスを冷却することを特徴とする排気ガス浄化システム。A system for purifying exhaust gas of a lean burn internal combustion engine in which an air-fuel ratio A / F varies between rich, stoichiometric, and lean,
From the upstream side of the exhaust passage, the exhaust gas temperature predicting means, the exhaust gas cooling means and the NOx storage catalyst are sequentially arranged,
The exhaust gas temperature predicting means detects the exhaust gas temperature as needed, predicts the inlet exhaust gas temperature of the NOx storage catalyst according to the detection result, and transmits an operation signal to the exhaust gas cooling means according to the prediction result. And
The exhaust gas purifying system, wherein the exhaust gas cooling means cools the exhaust gas in accordance with an operation signal from the exhaust gas temperature predicting means.
1/2O2+SO2+AO→ASO4…▲1▼
(式中のAは、アルカリ土類金属、希土類金属及び遷移金属から成る群より選ばれた少なくとも1種を示す。但し、Aは、2価の元素として表記した。)で表される反応における、複合酸化物(ASO4)の生成自由エネルギー変化値(ΔG)が−350kJ/mol以上である元素Aを含有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化システム。The above NOx storage catalyst has the following reaction formula (1):
1 / 2O 2 + SO 2 + AO → ASO 4 ( 1)
(Wherein A represents at least one selected from the group consisting of alkaline earth metals, rare earth metals, and transition metals, provided that A is expressed as a divalent element). The exhaust gas according to any one of claims 1 to 8, comprising an element A having a free energy change value (ΔG) of a composite oxide (ASO 4 ) of -350 kJ / mol or more. Gas purification system.
(Ln1−αAα)1−βBOδ…▲2▼
(式中のLnはランタン、セリウム、ネオジウム及びサマリウムから成る群より選ばれた少なくとも1種の元素、Aはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ナトリウム、カリウム及びセシウムから成る群より選ばれた少なくとも1種の元素、Bは鉄、コバルト、ニッケル及びマンガンから成る群より選ばれた少なくとも1種の元素、δは各元素の原子価を満足する酸素量を示し、0≦α≦1、0<β<1である。)で表される複合酸化物を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化システム。The NOx storage catalyst has the following general formula (2)
(Ln 1−α A α ) 1−β BO δ ( 2)
(Wherein Ln is at least one element selected from the group consisting of lanthanum, cerium, neodymium and samarium, and A is at least one selected from the group consisting of magnesium, calcium, strontium, barium, sodium, potassium and cesium) Species element, B is at least one element selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel and manganese, δ indicates the amount of oxygen satisfying the valence of each element, 0 ≦ α ≦ 1, 0 <β The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 10, further comprising a composite oxide represented by <1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01302899A JP4045588B2 (en) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | Exhaust gas purification system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01302899A JP4045588B2 (en) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | Exhaust gas purification system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000213338A JP2000213338A (en) | 2000-08-02 |
JP4045588B2 true JP4045588B2 (en) | 2008-02-13 |
Family
ID=11821696
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01302899A Expired - Lifetime JP4045588B2 (en) | 1999-01-21 | 1999-01-21 | Exhaust gas purification system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4045588B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004061400B4 (en) | 2004-12-21 | 2012-12-20 | Umicore Ag & Co. Kg | Method for generating a stream of hot combustion gases with adjustable temperature, apparatus for carrying out the method and use of the combustion gases for the targeted aging of catalysts |
US7829492B2 (en) * | 2005-01-31 | 2010-11-09 | Toyota Motor Corporation | Microwave assisted desulfurization of nitrogen oxide storage reduction catalysts |
JP5229181B2 (en) * | 2009-10-12 | 2013-07-03 | 株式会社デンソー | Exhaust gas purification device |
-
1999
- 1999-01-21 JP JP01302899A patent/JP4045588B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000213338A (en) | 2000-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7375054B2 (en) | Exhaust gas treatment catalyst and exhaust gas treatment method | |
JP4092441B2 (en) | Exhaust gas purification catalyst | |
JP5590640B2 (en) | Exhaust gas purification system | |
JP4330202B2 (en) | Operation method of exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
US20060133969A1 (en) | Exhaust system for a lean burn internal combustion engine | |
EP1064985B1 (en) | Exhaust gas purifying system | |
JP2008516768A (en) | NOx trapping layered catalyst having SOx tolerance and method for producing the same | |
JP2007332881A (en) | Exhaust emission control device and exhaust emission control method using this device | |
JP4144174B2 (en) | Exhaust gas purification device | |
EP1731727A1 (en) | Exhaust gas purification apparatus, exhaust gas purification method, and sulfur trapping agent for internal combustion engine | |
JP4573993B2 (en) | Exhaust gas purification catalyst and method for producing the same | |
JP3704701B2 (en) | Exhaust gas purification catalyst | |
JP4450396B2 (en) | Exhaust gas purification device using NOx occlusion reduction type three-way catalyst | |
JP2006177346A (en) | Exhaust emission control device and exhaust gas purification system | |
JP3555694B2 (en) | Exhaust gas purification device | |
JP4045588B2 (en) | Exhaust gas purification system | |
JP2003245523A (en) | Exhaust gas cleaning system | |
JP2000054825A (en) | SULFUR POISONING RESISTANT NOx OCCLUDING MATERIAL, AND EXHAUST GAS PURIFYING CATALYST AND EMISSION CONTROL SYSTEM USING THIS | |
JP3659028B2 (en) | Exhaust gas purification device and method of using the same | |
JP5094199B2 (en) | Exhaust gas purification device | |
JP2003311152A (en) | Catalyst for purifying exhaust gas and exhaust gas purifier | |
JP2001293374A (en) | Catalyst for cleaning exhaust gas and exhaust gas cleaning system | |
JP2002168117A (en) | Exhaust emission control system | |
JP3523843B2 (en) | Exhaust gas purification catalyst, method for producing the same, and exhaust gas purification method | |
JP2007113497A (en) | Exhaust emission control device of internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070312 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070314 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071029 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101130 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111130 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121130 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121130 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131130 Year of fee payment: 6 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |