JP4084656B2

JP4084656B2 - 排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法

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Publication number: JP4084656B2
Application number: JP2002379685A
Authority: JP
Inventors: 義幸中西; 恵三岩間; 一秀寺田; 健児堂坂
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004211566A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法に関する。より詳しく述べるとディーゼルエンジン等の酸素過剰雰囲気下での燃焼により排気される排ガス中のＮＯ_xを浄化する排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化の問題から、二酸化炭素の排出量の少ないエンジンが注目されている。このようなエンジンとして、酸素過剰の雰囲気下で燃料を燃焼させるリーンバーンエンジン、ガソリン直噴エンジンおよびディーゼルエンジンが挙げられる。これらのエンジンより排出された排ガスには窒素酸化物（以下、ＮＯ_xという。）が含まれているので、排ガス中からＮＯ_xを除去する排ガス後処理技術としてＮＯ_x吸着触媒やＵＲＥＡ−ＳＣＲ等を適用する技術が一般的である。
【０００３】
例えば、ディーゼルエンジンにＮＯ_x吸着触媒を適用する場合、空燃比を、リーンからリッチ、そしてストイキへと変化させる必要があり、そのため吸入される酸素量に対して、同等またはそれ以上の炭化水素を添加する必要があるので、多大な燃費のロスを生じてしまう。
【０００４】
一方、ＵＲＥＡ−ＳＣＲシステムとは、尿素（Ｕｒｅａ）を還元剤として用いる尿素還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ＝ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）を用いたシステムである。このＵＲＥＡ−ＳＣＥシステムにおいて、排ガスは、まず酸化触媒に入り、排出ガス中のＮＯ_xとＮＯ₂の割合を増加させながら、有害物質のＣＯ（一酸化炭素）ＨＣ（炭化水素）を無害な物質に変換浄化する。次いで、ＳＣＲ触媒の入口で尿素［ＣＯ（ＮＨ₂）₂］を噴射して、加水分解触媒により尿素をアンモニア（ＮＨ₃）に変換し、そしてこのアンモニアにより排ガス中のＮＯｘを還元して人体に無害な窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）に変換する。
しかしながら、このようなシステムでは、アンモニア源である尿素を、常に必要とし、そのインフラストラクチャ整備に対する課題が残る。
【０００５】
従来、ＮＯ_x吸着触媒としてＮＯ_x選択還元触媒が使用されているが、この場合、ディーゼル排ガス中にはＮＯ_xを浄化するのに必要な未燃の炭化水素が少ない。
また、リーン雰囲気におけるＮＯ_x選択還元触媒として、例えば特許文献１に記載の通りＰｔ系のＮＯ_x選択還元触媒が使用されている。しかしながら、このような排ガスに単にＰｔ系のＮＯ_x選択還元触媒を適用してもＮＯ_xの浄化率が悪い。ＮＯ_xの浄化率を改善するために多量の還元剤、すなわち炭化水素を排ガス中に添加すると、酸化反応による発熱のために、Ｐｔ系のＮＯ_x選択還元触媒の浄化温度域を外れてしまうので、高いＮＯ_x浄化率を達成することはできない。
【０００６】
また、ＮＯ_x選択還元触媒として、特許文献２は、Ｉｒ系のＮＯ_x選択還元触媒を提案している。このＩｒ系のＮＯ_x選択還元触媒は、ＮＯ_x浄化温度域が高いが、排ガス中に比較的多量に含まれているというパラフィン（炭化水素）に対する選択性が低いので、多量の炭化水素系の還元剤を添加したとしても高いＮＯ_x浄化率を達成することはできない。
【０００７】
さらに、特許文献３は、Ａｇ系のＮＯ_x選択還元触媒を提案している。特許文献３によると、このＡｇ系のＮＯ_x選択還元触媒は、パラフィン選択性が高く、多量の炭化水素還元剤を添加することによって高いＮＯ_x浄化率を達成することができると言われている。しかしながら、特許文献３に記載のＡｇ系のＮＯ_x選択還元触媒は、ＮＯ_x浄化温度域が高いので、ディーゼル排ガス等での温度域では充分に活性を示さない。
【０００８】
そのため、特許文献４および特許文献５では、高いＮＯ_x浄化能を達成するためにプラズマリアクタとＮＯ_x選択還元触媒とを組合せる技術を記載している。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２９０９５５３号公報
【特許文献２】
特開平６−３１１７３号公報
【特許文献３】
特開平５−３１１７３号公報
【特許文献４】
特開平６−３３５６２１号公報（全文）
【特許文献５】
特開２００１−１８２５２５号公報（全文）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにプラズマリアクタとＮＯ_x選択還元触媒とを組合せても、使用するＮＯ_x選択還元触媒の浄化温度域が高いために、ＮＯ_x選択還元触媒のＮＯ_x浄化能を充分に発揮させることができないのが現状である。
従って、本発明の課題は、プラズマリアクタとＮＯ_x選択還元触媒とを組合せて充分高いＮＯ_x分解能を有する排ガス浄化システムおよび排ガス浄化方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明は、酸素過剰雰囲気下での燃焼により生じた排ガスを排気管を介して浄化したガスを排出する排ガス浄化システムであって、
前記排ガスの排気管上流から、プラズマリアクタ、ＮＯ₂吸着触媒部およびＮＯ_x選択還元触媒部を具備し、前記プラズマリアクタの下流かつ前記ＮＯ₂吸着触媒部の上流に、還元剤の燃焼反応により排ガス温度を、ＮＯ_x選択還元触媒部を構成するＮＯ_x選択還元触媒の作動温度まで上昇させるヒートアップ触媒部を有することを特徴とするものである（請求項１）。
このように構成することによって、広範囲の排ガス温度領域で効率よく排ガスを浄化することが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、本発明にかかる排ガス浄化システムにおいて、前記ＮＯ_x選択還元触媒部の上流の排気管に還元剤を添加する還元剤添加手段を有することを特徴とするものである。
このように構成することによって、下流におけるＮＯ_x選択還元触媒部でのＮＯ_x浄化率を向上させることが可能である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、本発明にかかる排ガス浄化システムにおいて、前記ヒートアップ触媒部の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段を有することを特徴とするものである。
このように構成することによって、ヒートアップ触媒から下流での温度を制御しやすく、ＮＯ₂吸着触媒の脱離温度やＮＯ_x選択還元触媒の作動温度まで排ガス温度を上げることが容易となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、本発明にかかる排ガス浄化システムにおいて、前記ＮＯ₂吸着触媒部は、多孔質担体にアルカリ金属、アルカリ土類金属および希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の金属元素を担持したＮＯ₂吸着触媒から構成されていることを特徴とするものである。
前記ＮＯ₂吸着触媒は、そのＮＯ₂吸着能が充分確立したものである。本発明においてこのような、性能を有するＮＯ₂吸着触媒を好適に適用することが可能である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、本発明にかかる排ガス浄化システムにおいて、前記ＮＯ_x選択還元触媒部は、多孔質担体に銀を担持したＮＯ_x選択還元触媒から構成されていることを特徴とするものである。
多孔質担体に銀を担持したＮＯ_x選択還元触媒は、高いＮＯ_x浄化能を有する一方、作動温度域が高いという欠点を有する。本発明においては、このような高いＮＯ_x浄化能を有する触媒の性能を充分に発揮させることが可能となる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、酸素過剰雰囲気下で燃料を燃焼させる乗物用エンジンからの排ガスを、エンジン側からプラズマリアクタ、ＮＯ₂吸着触媒部およびＮＯ_x選択還元触媒部を介し浄化する排ガス浄化方法であって、
前記プラズマリアクタの下流かつ前記ＮＯ₂吸着触媒部の上流に、炭化水素、一酸化炭素またはこれらの混合物の燃焼反応により排ガス温度をＮＯ_x選択還元触媒部を構成するＮＯ_x選択還元触媒の作動温度まで上昇させるヒートアップ触媒部を有しており、
前記プラズマリアクタで排ガス中のＮＯ_xをＮＯ₂に酸化した後に、前記ＮＯ₂吸着触媒部でＮＯ₂を吸着し、前記ＮＯ₂吸着触媒部におけるＮＯ₂の吸着量をエンジンの回転速度と負荷によるＮＯ_x排出量の積算から算出し、前記算出したＮＯ₂の吸着量が所定値以上となった場合、前記ＮＯ₂吸着触媒部の上流で還元剤を添加して前記排ガス中の還元剤濃度を高くし、前記ＮＯ_x選択還元触媒部を構成するＮＯ_x選択還元触媒の作動温度以上に排ガス温度を上昇させながら、前記ＮＯ₂吸着触媒部からＮＯ₂を排出させることを特徴とするものである。
【００１７】
このように構成することによって、ＮＯ_x選択還元触媒部において高い選択率でＮＯ_xを浄化することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る排ガス浄化システムを示す概略図である。先ず、図１に基づいて、本発明に係る排ガス浄化システムを説明する。
なお、以下の説明では車両、船舶等に本発明に係る排ガス浄化システムを適用した場合、特にディーゼルエンジン搭載車両または船舶に適用した場合を主として説明するが本発明はこのような具体例に限定されるものではなく、酸素過剰雰囲気下での燃焼により排出される各種排ガスの浄化を行なうための排ガス浄化システムに適用されるものである。
【００１９】
図１に示す通り、本発明に係る排ガス浄化システム１は、配管（Ｐ₁〜Ｐ₅）を介して排ガス発生源側から排気側（Ｐ₁側からＰ₅側）に向かって少なくとも１つのプラズマリアクタ２、ヒートアップ触媒部３、ＮＯ₂吸着触媒部４およびＮＯ_x選択還元触媒部５とから主として構成されている。
【００２０】
（プラズマリアクタ）
プラズマリアクタ２は、リーンバーンエンジン、ガソリン直噴エンジンまたはディーゼルエンジン等の酸素過剰雰囲気下での燃焼による排ガスを、プラズマにより排ガス中に含まれるＮＯ_xをＮＯ₂に酸化する。また、その酸化能を利用してＰＭ（パティキュレート・マター）を酸化することも可能である。
【００２１】
本発明のプラズマリアクタ２として、本発明の目的を達成するものであれば特に限定されるものではないが、コロナ放電、パルス放電、バリア放電形式のものが適用可能であり、ＰＭ分とＮＯ_xの酸化能を考慮するとバリア放電形式のものが好ましい。なお、図１では１台のプラズマリアクタ２を配置しているが、排ガスの種類、適用する形態等に応じてプラズマリアクタ２を２台以上（直列または並列）に配置することも本発明の範囲内であることは言うまでもない。
【００２２】
（ヒートアップ触媒部）
ヒートアップ触媒部３は、プラズマリアクタ２の下流に配置されプラズマリアクタ２でＮＯ_xがＮＯ₂に酸化された排ガスの温度を、下流のＮＯ_x選択還元触媒部５におけるＮＯ_x選択還元触媒の作用温度域内まで上昇させるヒートアップ触媒から構成されている。本発明で言うヒートアップ触媒とは、炭化水素、一酸化炭素の燃焼反応により発生する熱により排ガス温度を上昇する触媒を意味する。
【００２３】
ヒートアップ触媒の種類、量および適用形式は、目的とする排ガスの種類、排ガス中の炭化水素、一酸化炭素の量等を考慮して適宜選択されるが、本発明の目的を奏するものであれば特に限定されるものではない。本発明で使用可能なヒートアップ触媒の例として、例えば白金またはパラジウム系の触媒、例えば白金担持アルミナ触媒が挙げられる。このようなヒートアップ触媒を、従来公知の方式で、例えばハニカム状に構成して配置して本発明のヒートアップ触媒部３を形成する。
【００２４】
本発明においてこのような加熱手段としてヒートアップ触媒を使用することによって加熱する際の電力等の消費を抑えるという効果も奏する。
なお、本発明において、ヒートアップ触媒により排ガスを加熱するために、炭化水素を添加するが、本発明においては排ガスの発生源である燃焼機関（エンジン）の燃料を、還元剤添加手段６を介して添加することによって、炭化水素を供給する。この還元剤添加手段６は一般には従来公知のエンジンの配管内への噴射機構またはポストインジェクションにより構成することができる。
【００２５】
（ＮＯ₂吸着触媒部）
ＮＯ₂吸着触媒部４は、前記プラズマリアクタ２により酸化されたＮＯ₂を吸着させる触媒から構成されている。本発明で好適に使用されるＮＯ₂吸着触媒として、特に限定されるものではないがゼオライト等の多孔質体にアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属１種またはそれ以上を担持させた触媒を好適に使用することができる。
なお、ＮＯ₂吸着触媒部４を構成するＮＯ₂吸着触媒の量は、処理すべき気体の量に応じて適宜選択することが可能である。すなわち、ＮＯ₂吸着触媒の種類および量を決定することによって、ＮＯ₂吸着触媒部４におけるＮＯ₂の吸着量が決定する。
【００２６】
なお、本発明において、ＮＯ₂吸着触媒部４を構成するＮＯ₂吸着触媒におけるＮＯ₂の吸着量が飽和する前に、炭化水素等の還元剤を添加することによって、ヒートアップ触媒により排ガス温度を上げて、ＮＯ₂吸着触媒に吸着したＮＯ₂を排出してＮＯ₂吸着触媒を蘇生させることが可能である。
【００２７】
（ＮＯ_x選択還元触媒部）
ＮＯ_x選択還元触媒部５は、排ガス中のＮＯ_xを選択的に還元するＮＯ_x選択還元触媒から構成され、ＮＯ₂吸着触媒部４からの排ガスを最終的に浄化して排出する機能を有している。ＮＯ_x選択還元触媒は、排ガス中に存在するＮＯ_xを選択的に還元する触媒であり、触媒の種類に応じて所定の作動温度域を有している。本発明においては、ヒートアップ触媒により加熱されたＮＯ₂吸着触媒部４を構成するＮＯ₂吸着触媒のＮＯ₂脱離温度以上の温度を有する排ガスは、ＮＯ₂吸着触媒部４を通過して、下流のＮＯ_x選択還元触媒部５へと流れ込む。
【００２８】
従って、ＮＯ_x選択還元触媒部５を構成するＮＯ_x選択還元触媒は、高いＮＯ_x浄化能を有する触媒から構成することが望ましい。本発明において好適に使用できる触媒として限定されるものではないが、ゼオライト等の担体にＡｇを担持した触媒、例えば特開平５−３１１７３号公報に記載の触媒が挙げられる。
【００２９】
このように構成することによって、本発明に係る排ガス浄化システムは、リーンバーンエンジン、ガソリン直噴エンジンまたはディーゼルエンジンによる燃焼等の酸素過剰雰囲気下での燃焼により生じた排ガスを効率よく浄化することが可能である。
【００３０】
本発明に係る排ガス浄化システムにおいて、ＮＯ_x選択還元触媒部５よりも上流の排気管に還元剤を添加する還元剤添加手段６’を具備していることが好ましい。
この還元剤添加手段６’は、排ガス中の還元剤濃度を増加させることによってＮＯ_x選択還元触媒部５を構成するＮＯ_x選択還元触媒の選択率を増加させる（すなわち、ＮＯ_x浄化能を高める）目的で本発明に係る排ガス浄化システムに配置される。
還元剤添加手段６’は、還元剤添加手段６と同一であってもよく、あるいは還元剤添加手段６とは別体として設けても良い（図１においては還元剤添加手段６と還元剤添加手段６’とは同一）。一般に、構成を簡単にするために、還元剤添加手段６と６’とは、同一の手段でありバルブ等により還元剤の添加位置を変えることが構成が簡単である点で好ましい。
【００３１】
本発明に係る排ガス浄化システムに適用可能な還元剤として、特に限定されるものではないが、処理対象となる燃焼装置の燃料として使用する炭化水素が好ましい。例えば、本発明に係る排ガス浄化システム処理対象がディーゼルエンジンから排出される排ガスである場合には、ディーゼルエンジンの燃料として使用される軽油を還元剤として使用することが好ましい。
【００３２】
ＮＯ_x選択還元触媒部５の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段６’をヒートアップ触媒部４の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段６と別体として設けた本発明の一実施形態において、還元剤添加手段６’は、燃焼装置の燃料タンクからＮＯ₂吸着触媒部４とＮＯ_x選択還元触媒部５の間の排気管へ還元剤である燃料を引き込む引込管（図示せず）を設け、前記引込管にポンプ等を介して燃料を所定位置に計量添加可能なノズル等の噴霧手段を設ける構成とすることができる。このように燃料を還元剤として使用する場合、新たな還元剤の供給源のインフラストラクチャを整備する必要がない点、省スペースを図れる点および燃料タンクに簡単な改良を加えることにより対応できる点で好ましい。
【００３３】
また、ＮＯ_x選択還元触媒部５の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段６’をヒートアップ触媒部３の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段６と別体として設けた本発明の別の実施形態において、還元剤として燃料以外の還元剤、例えば燃料以外の低級炭化水素を使用する場合、例えば図示しない還元剤供給タンクとＮＯ₂吸着触媒部４とＮＯ_x選択還元触媒部５の間の排気管の所定の位置に還元剤を噴霧する噴霧手段とから構成することができる。このように構成する場合、還元剤の還元力を自由に選択することが可能であるという利点がある。
勿論、燃料と他の還元剤を併用することも本発明の範囲内である。
【００３４】
以上説明した通り、本発明に係る排ガス浄化システムは、プラズマリアクタ２で酸化されたＮＯ₂をＮＯ₂吸着触媒部４で吸着し、ＮＯ₂吸着触媒部４におけるＮＯ₂離脱温度まで排ガス温度を上げることにより、ＮＯ₂吸着触媒部４に吸着していたＮＯ₂を下流のＮＯｘ選択還元触媒部５に排出し、さらにＮＯｘ選択還元触媒部５を構成するＮＯｘ選択還元触媒の作動温度領域の温度でＮＯ₂を浄化する。しかしながら、ディーゼルエンジン等のエンジンを用いた場合、その排ガス温度が上昇しにくいことから、ＮＯ₂吸着触媒部４においてＮＯ₂離脱温度まで排ガス温度が上がらずに、ＮＯ₂吸着触媒部４は、プラズマリアクタ２から流れてきたＮＯ₂でいっぱいとなり吸着能が低下することがある。また、ＮＯｘ選択還元触媒部５におけるＮＯｘ選択還元触媒の作動温度まで排ガス温度が上昇しないことから、ＮＯ₂吸着触媒部４に吸着されずにＮＯｘ選択還元触媒部５まで流れてきた排ガス中のＮＯ₂も浄化されずにＮＯｘ選択還元触媒部５を通過していくことになる。
【００３５】
そこで、本発明にかかる排ガス浄化システムにおいて、ＮＯ_x量の積算からＮＯ₂吸着触媒部４に吸着されたＮＯ₂吸着触量を算出し、ＮＯ₂吸着触媒部４を構成するＮＯ₂吸着触媒の吸着能が低下する前にヒートアップ触媒部３の上流で還元剤を添加することにより、還元剤をヒートアップ触媒により燃焼させる。この燃焼熱により排ガス温度を、ＮＯ₂吸着触媒部４におけるＮＯ₂離脱温度域およびＮＯｘ選択還元触媒部５におけるＮＯｘ選択還元触媒の作動温度領域まで強制的に上げることが可能となる。
このような構成および作用を有する本発明に係る排ガス浄化システムは、ディーゼルエンジン等の酸素過剰下での燃焼を伴う燃焼機関を有する車両、船舶等の乗物にも好適に適用することが可能となる。
【００３６】
［排ガス浄化システムの動作（排ガス浄化方法）］
以上、本発明に係る排ガス浄化システムについて説明したが、次いで本発明に係る排ガス浄化システムの動作について本発明に係る排ガス浄化方法とともに図２を用いて説明する。
図２は、本発明に係る排ガス浄化システムの動作を示すフローチャートである。
【００３７】
まず、プラズマリアクタ２の電源をオンにして排ガス中のＮＯ_xをＮＯ₂に酸化して、ＮＯ₂をＮＯ₂吸着触媒部４で吸着させる（Ｓ１）。
次いで、ＮＯ₂吸着触媒部４におけるＮＯ₂の吸着量を測定する（Ｓ２）。ＮＯ₂吸着触媒部４におけるＮＯ₂の吸着量は、ＮＯ₂吸着触媒部を構成するＮＯ₂吸着触媒の種類およびその量により予め決定される最大値（飽和量）があり、本発明においては、その飽和量を超えない所定値、例えば飽和量の９０％を閾値として決定する。
【００３８】
なお、ＮＯ₂の吸着量は、本発明に係る排ガス浄化システムが例えば車両や船舶等のエンジン等の場合、エンジンの回転速度と負荷によりまずＮＯ_x排出量を積算する。エンジンの回転速度と負荷とＮＯ_x排出量との関係は予めマッピングされており、そのマッピング値より求める。また、ＮＯ_x排出量とＮＯ₂の吸着量は、比例関係にあるので（具体的には、ＮＯ₂の吸着量が飽和していない場合にはＮＯ_x排出量＝ＮＯ₂の吸着量）、ＮＯ_x排出量からＮＯ₂の吸着量が決定する。
【００３９】
次いで、ＮＯ₂の吸着量が所定量を超えるか否かを判断し（Ｓ３）、ＮＯ₂の吸着量が所定量を超えない場合（Ｎｏ）には、Ｓ１に戻り、排ガス中のＮＯ_xをＮＯ₂に酸化して、ＮＯ₂をＮＯ₂吸着触媒部４で吸着させる。
一方、ＮＯ₂の吸着量が所定量を超えた場合（Ｙｅｓ）、前記ヒートアップ触媒の上流で還元剤を添加して、前記排ガス中の還元剤濃度を高くする（Ｓ４）。
すなわち、燃料（還元剤）の添加によりヒートアップ触媒部３におけるヒートアップ触媒による還元剤の燃焼反応により、下流のＮＯ₂吸着触媒部４を構成するＮＯ₂吸着触媒のＮＯ₂離脱温度以上かつＮＯ_x選択還元触媒部５を構成するＮＯ_x選択還元触媒の作動温度以上に排ガス温度を上昇させる。
【００４０】
そして、ＮＯ_x選択還元触媒の作用を促進させる目的で、還元剤添加手段６（’）によりＮＯ_x選択還元触媒部５の上流で還元剤を添加することが好ましい（Ｓ５：図示せず）。
このようにして、排ガスの温度がＮＯ_x選択還元触媒部５のＮＯ_x選択還元触媒の作動温度以上に上昇しかつ反応の促進のために還元剤が添加された排ガスは、ＮＯ_x選択還元触媒部５により効率よく浄化させる。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて更に具体的に説明する。
［プラズマリアクタ］
以下の実施例および比較例において図３に示す実験用プラズマリアクタ２０を使用した。すなわち、実験用プラズマリアクタ２０は、対向する金属電極２１、２２のうちの片側の電極２２を誘電体２２ａで覆い、誘電体と相手側の金属電極２１との間にプラズマを発生させる構成とした。金属電極２１、２２に使用した金属はＳＵＳ３１６（厚さ：１．０ｍｍ）とし、誘電体２２ａにはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミック（厚さ：０．５ｍｍ）を使用した。なお電極サイズは、２０×５０ｍｍとし、そしてプラズマ空間の厚みを０．５ｍｍとした。実験用プラズマリアクタ２０は、プラズマ空間が５層発生するように電極を積み重ね、交互に金属電極２２を高電極２１と接地電極２２に設定して並列に接続した。
【００４２】
このようにして構成した実験用プラズマリアクタ２０のプラズマ発生条件は以下の通りである。
交流の正弦波２００ＭＨｚ、印加電圧７．６Ｖで実験用プラズマリアクタ２０に入力した。この時の電力を、３．１Ｗとし、電界強度を７．６ｋＶ／ｍｍ、そして電力密度を１．２Ｗ／ｃｍ³とした。
【００４３】
ヒートアップ触媒の調製（１）：
ジニトロジアンミン白金・硝酸溶液（白金：５質量％）８０ｇ、Ｎａ−Ｙ型ゼオライト９６ｇ、純水１０００ｇをナス型フラスコに入れ、ロータリエバポレータで余分な水分を除去した後、混合物を乾燥炉にて２００℃で２時間、マッフル炉にて６００℃で２時間焼成して白金担持Ｎａ−Ｙ型ゼオライト粉末を得た。
得られた粉末９０ｇ、Ｓｉバインダ（ＳｉＯ₂濃度：２０％）５０ｇ、水１５０ｇおよびアルミナボールをポットに入れ、１２時間湿式粉砕して触媒スラリを調製した。
得られた触媒スラリにハニカム体積３０ｃｃ、４００セル／インチ²（２．５４ｃｍ²）、６ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬して、次いでハニカム支持体をスラリから取り出して、過剰分をエア噴霧により除去した後、ハニカム支持体を１５０℃で１時間焼成した。この操作を所定の触媒担持量が得られるまで繰り返した。所定量の触媒が担持されたハニカムをマッフル炉中５００℃で２時間焼成してＰｔ担持γ−アルミナ触媒（触媒１）を得た。この触媒のウオッシュコート量は１００ｇ／Ｌであった。Ｐｔ担持量は３．６ｇ／Ｌであった。
【００４４】
ＮＯ₂吸着触媒の調製
Ｎａ−Ｙ型ゼオライト９０ｇ、Ｓｉバインダ（ＳｉＯ₂濃度：２０％）５０ｇ、水１５０ｇおよびアルミナボールをポットに入れ、１２時間湿式粉砕して触媒スラリを調製した。
得られた触媒スラリにハニカム体積３０ｃｃ、４００セル／インチ²（２．５４ｃｍ²）、６ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬して、次いでハニカム支持体をスラリから取り出して、過剰分をエア噴霧により除去した後、ハニカム支持体を１５０℃で１時間焼成した。この操作を所定の触媒担持量が得られるまで繰り返した。所定量の触媒が担持されたハニカムをマッフル炉中４００℃で１２時間焼成してＮａ−Ｙ型ゼオライト触媒（触媒２）を得た。この触媒のウオッシュコート量は１００ｇ／Ｌであった。
【００４５】
ＮＯ₂選択還元触媒の調製
硝酸銀４．７２ｇ、硝酸アルミニウム７１３．４ｇ、クエン酸水和物６０８．２ｇ、純水１０００ｇをナス型フラスコに入れ、ロータリエバポレータで余分な水分を除去した後、混合物を乾燥炉にて２００℃で２時間、マッフル炉にて６００℃で２時間焼成して銀担持アルミナ粉末を得た。
得られた粉末９０ｇ、Ｓｉバインダ（ＳｉＯ₂濃度：２０％）５０ｇ、水１５０ｇおよびアルミナボールをポットに入れ、１２時間湿式粉砕して触媒スラリを調製した。
得られた触媒スラリにハニカム体積３０ｃｃ、４００セル／インチ²（２．５４ｃｍ²）、６ミルのコージエライト製ハニカム支持体を浸漬して、次いでハニカム支持体をスラリから取り出して、過剰分をエア噴霧により除去した後、ハニカム支持体を１５０℃で１時間焼成した。この操作を所定の触媒担持量が得られるまで繰り返した。所定量の触媒が担持されたハニカムをマッフル炉中５００℃で２時間焼成してＡｇ担持アルミナ触媒（触媒３）を得た。この触媒のウオッシュコート量は１００ｇ／Ｌであり、そしてＡｇ担持量は３ｇ／Ｌであった。
【００４６】
（実施例１および比較例１）
このようにして得られた触媒を、ＮＯ１００ｐｐｍ、ＨＣ（Ｃ₁₀Ｈ₂₂）６００ｐｐｍ（炭素換算）、ＣＯ１１００ｐｐｍ、ＣＯ₂４％、Ｏ₂１５％、Ｈ₂Ｏ４％および残部Ｎ₂から構成されたモデルガスを使用して図４（ａ）および図４（ｂ）に示す排ガス浄化システムを用いてＮＯ_xの浄化率を調べた。結果を図５に示す。
【００４７】
なお、図４（ａ）は、本発明の一実施例に係る排ガス処理システムの構成を示す概略図であり、図４（ｂ）は、比較例に係る排ガス処理システムの構成を示す概略図である。また、本発明および比較用排ガス処理システムを使用した触媒入口温度とＮＯ_x浄化率の関係を示すグラフである。
【００４８】
図４（ａ）に示す排ガス浄化システムは、モデルガスを加熱炉で所定温度で燃焼した際に生じる排ガスを、実験用プラズマリアクタ２０にて加熱し、ヒートアップ触媒（触媒１）、ＮＯ₂吸着触媒（触媒２）およびＮＯ_x選択還元触媒（触媒３）により排ガスを浄化する本発明の排ガス浄化システムである。なお、ＮＯ₂吸着触媒（触媒２）とＮＯ_x選択還元触媒（触媒３）との間には還元剤としての所定量の炭化水素を添加する還元剤添加手段が設けてある。
【００４９】
図４（ｂ）に示す排ガス浄化システムは、モデルガスを加熱炉で所定温度で燃焼した際に生じる排ガスを、実験用プラズマリアクタ２０にて加熱し、ヒートアップ触媒を介さずにＮＯ₂吸着触媒（触媒２）およびＮＯ_x選択還元触媒（触媒３）により排ガスを浄化する本発明の排ガス浄化システムである。なお、ＮＯ₂吸着触媒（触媒２）とＮＯ_x選択還元触媒（触媒３）との間には還元剤としての所定量の炭化水素を添加する還元剤添加手段が設けてある。
【００５０】
図５に示す通り、図４（ａ）に示す本発明の排ガス浄化システムは、広範囲の温度に亘って高いＮＯ_x浄化率を示す。これに対して、図４（ｂ）に示す比較例の排ガス浄化システムは、図４（ａ）に示す排ガス浄化システムに比較して２００℃付近で浄化率の低下が見られる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明は次の優れた効果を奏する。
請求項１によると、広範囲の排ガス温度領域で効率よく排ガスを浄化することが可能となる。
請求項２によると、下流におけるＮＯ_x選択還元触媒部でのＮＯ_x浄化率を向上させることが可能である。
請求項３によると、ヒートアップ触媒から下流での温度を制御しやすく、ＮＯ₂吸着触媒の脱離温度やＮＯ_x選択還元触媒の作動温度まで排ガス温度を上げることが容易となる。
請求項４によると、アルカリ金属、アルカリ土類金属および希土類金属元素を担持したＮＯ₂吸着触媒は、そのＮＯ₂吸着能が充分確立したものである。本発明においてこのような、性能を有するＮＯ₂吸着触媒を好適に適用することが可能である。
請求項５によると、多孔質担体に銀を担持したＮＯ_x選択還元触媒は、高いＮＯ_x浄化能を有する一方、作動温度域が高いという欠点を有するが、本発明においては、このような高いＮＯ_x浄化能を有する触媒の性能を充分に発揮させることが可能となる。
請求項６によると、ＮＯ_x選択還元触媒部において高い選択率でＮＯ_xを浄化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排ガス浄化システムを示す概略図である。
【図２】本発明に係る排ガス浄化システムの動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例で使用した実験用プラズマリアクタを示す概略図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の一実施例に係る排ガス処理システムの構成を示す概略図であり、図４（ｂ）は、比較例に係る排ガス処理システムの構成を示す概略図である。
【図５】本発明および比較用排ガス処理システムを使用した触媒入口温度とＮＯ_x浄化率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１排ガス浄化システム
２プラズマリアクタ
３ヒートアップ触媒部
４ＮＯ₂吸着触媒部
５ＮＯ_x選択還元触媒部
６，６’ 還元剤添加手段

Claims

酸素過剰雰囲気下での燃焼により生じた排ガスを排気管を介して浄化したガスを排出する排ガス浄化システムであって、
前記排ガスの排気管上流から、プラズマリアクタ、ＮＯ₂吸着触媒部およびＮＯ_x選択還元触媒部を具備し、
前記プラズマリアクタの下流かつ前記ＮＯ₂吸着触媒部の上流に、還元剤の燃焼反応により排ガス温度を、ＮＯ_x選択還元触媒部を構成するＮＯ_x選択還元触媒の作動温度まで上昇させるヒートアップ触媒部を有することを特徴とする排ガス浄化システム。
前記ＮＯ_x選択還元触媒部の上流の排気管に還元剤を添加する還元剤添加手段を有することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化システム。
前記ヒートアップ触媒部の上流に還元剤を添加する還元剤添加手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排ガス浄化システム。
前記ＮＯ₂吸着触媒部は、多孔質担体にアルカリ金属、アルカリ土類金属および希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の金属元素を担持したＮＯ₂吸着触媒から構成されていることを特徴とする請求項１からは請求項３のいずれか１項に記載の排ガス浄化システム。
前記ＮＯ_x選択還元触媒部は、多孔質担体に銀を担持したＮＯ_x選択還元触媒から構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の排ガス浄化システム。
酸素過剰雰囲気下で燃料を燃焼させる乗物用エンジンからの排ガスを、エンジン側からプラズマリアクタ、ＮＯ₂吸着触媒部およびＮＯ_x選択還元触媒部を介し浄化する排ガス浄化方法であって、
前記プラズマリアクタの下流かつ前記ＮＯ₂吸着触媒部の上流に、炭化水素、一酸化炭素またはこれらの混合物の燃焼反応により排ガス温度をＮＯ_x選択還元触媒部を構成するＮＯ_x選択還元触媒の作動温度まで上昇させるヒートアップ触媒部を有しており、
前記プラズマリアクタで排ガス中のＮＯ_xをＮＯ₂に酸化した後に、前記ＮＯ₂吸着触媒部でＮＯ₂を吸着し、
前記ＮＯ₂吸着触媒部におけるＮＯ₂の吸着量をエンジンの回転速度と負荷によるＮＯ_x排出量の積算から算出し、
前記算出したＮＯ₂の吸着量が所定値以上となった場合、前記ＮＯ₂吸着触媒部の上流で還元剤を添加して前記排ガス中の還元剤濃度を高くし、前記ＮＯ_x選択還元触媒部を構成するＮＯ_x選択還元触媒の作動温度以上に排ガス温度を上昇させながら、前記ＮＯ₂吸着触媒部からＮＯ₂を排出させる
ことを特徴とする排ガスの浄化方法。