JP5502885B2 - 軽油成分の燃焼に適した酸化触媒 - Google Patents

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Description

本発明は軽油成分の燃焼に適した酸化触媒に関し、特定的には、ディーゼルエンジンの排気ガス流路内にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと記載する）と共に収容され、ＤＰＦよりも上流側に配設され、ＤＰＦの再生時に供給される軽油成分を比較的低温で燃焼させることができる酸化触媒（以下、ＤＯＣと記載する）に関する。
ディーゼルエンジンの排気ガス中には微粒子（パティキュレート）が含まれており、微粒子の大部分は煤及び可溶性有機物質からなり、環境汚染の原因となるのでその除去処理は重要である。
微粒子が大気中に放出されるのを防止するためには、排気ガス流路内にＤＰＦを設けて微粒子を捕集することが有効である。しかし、ＤＰＦは微粒子の捕集に伴い目詰まりを生じ、排気抵抗を生じることになるので、この目詰まりを解消するために、捕集された微粒子を除去してＤＰＦの再生を行う必要がある。
ＤＰＦに捕集された微粒子は酸素の存在下で高温（約６００℃以上）に加熱されると自然燃焼して容易に除去される。しかしながら、通常、排気ガスの熱のみでは温度の上昇が不十分であり、微粒子を完全に燃焼させてＤＰＦの目詰まりを解消することは非常に困難である。こうしたことから、ＤＰＦの目詰まりを解消するために従来から種々の方法又は手段が提案されている。
ＤＰＦを強制再生させるために、軽油等の燃料を排気ガス中に供給し、ＤＯＣにより燃焼させて高温ガスとし、これによりＤＰＦに捕集されていた微粒子を燃焼させる方法が知られており（例えば、特許文献１〜４参照）、軽油を比較的低温で燃焼させることができる種々のＤＯＣが提案されている（例えば、特許文献２〜４参照）。
特開平８−３１２３３１号公報 特開２００４−２９０８２７号公報 特開２００７−３１５２７４号公報 特開２００９−２２８５７５号公報
従来用いられているＤＯＣは耐久前の初期には比較的低温で軽油を燃焼させることができるが、耐久後には軽油を燃焼させることができる温度が上昇する傾向がある。そこで、本発明は、耐久後においても、ＤＰＦの再生時に供給される軽油成分を比較的低温で燃焼させるのに適し、耐熱性及び耐久性に優れたＤＯＣを提供することを目的としている。
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、水銀ポロシメーターで測定した細孔分布のピーク値が特定の範囲内にあるアルミナ多孔体に貴金属を担持させたＤＯＣは耐久後においてもＤＰＦの再生時に供給される軽油成分を比較的低温で燃焼させ得ることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の軽油成分の燃焼に適したＤＯＣは、水銀ポロシメーターで測定した細孔分布のピーク値が１０〜１００ｎｍの範囲内にあるアルミナ多孔体と、該アルミナ多孔体の表面上及び／又は細孔内壁面上に担持されている貴金属とを備えていることを特徴とする。
また、本発明の軽油成分の燃焼に適したＤＯＣ構成体は、セラミックス又は金属材料からなる触媒支持体と、該触媒支持体に担持されている上記の本発明の軽油成分の燃焼に適したＤＯＣとを備えていることを特徴とする。
本発明の軽油成分の燃焼に適したＤＯＣ及びＤＯＣ構成体は、耐久後においても、ＤＰＦの再生時に供給される軽油成分を比較的低温で燃焼させるのに適し、耐熱性及び耐久性に優れている。
実施例１〜６及び比較例１で用いた各々のＬａ安定化θアルミナの水銀ポロシメーターで測定した細孔分布を示すグラフである。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の軽油成分の燃焼に適したＤＯＣは、水銀ポロシメーターで測定した細孔分布のピーク値が１０〜１００ｎｍの範囲内にあるアルミナ多孔体と、該アルミナ多孔体の表面上及び／又は細孔内壁面上に担持されている貴金属とを備えている。
本発明で用いるアルミナ多孔体は水銀ポロシメーターで測定した細孔分布のピーク値が１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜６０ｎｍ、より好ましくは３０〜５５ｎｍの範囲内にあるものである。水銀ポロシメーターで測定した細孔分布のピーク値が１０ｎｍ未満であるアルミナを用いたＤＯＣの場合には、耐久後のＤＯＣの作用によって軽油成分を燃焼させ得る温度（着火温度）は比較的高くなり、ＤＯＣとして実用的に不十分である。水銀ポロシメーターで測定した細孔分布のピーク値が１００ｎｍを超えるアルミナを用いたＤＯＣについては、耐久後のＤＯＣの作用によって軽油成分を燃焼させ得る温度（着火温度）がどのようになるか明確ではない。
本発明においてはαアルミナ、γアルミナ、θアルミナ等の種々のアルミナの多孔体を用いることができる。アルミナ多孔体の比表面積については１００〜２００ｍ２／ｇ程度であることが好ましい。また、Ｌａ安定化（Ｌａ２Ｏ３で安定化された）アルミナ多孔体を用いることが好ましい。このＬａ安定化アルミナ多孔体においてはＡｌ２Ｏ３／Ｌａ２Ｏ３の質量比は好ましくは９９／１〜９３／７、より好ましくは９７／３〜９５／５である。
後記の実施例、比較例からも明らかなように、本発明の軽油成分の燃焼に適したＤＯＣにおいては、好ましくは水銀ポロシメーターで測定した細孔分布のピーク値が１０〜１００ｎｍの範囲内にあるＬａ安定化アルミナ多孔体を用い、より好ましくは２０〜６０ｎｍの範囲内にあるＬａ安定化アルミナ多孔体を用い、更に好ましくは３０〜５５ｎｍの範囲内にあるＬａ安定化アルミナ多孔体を用いる。このような細孔分布のピーク値を有するＬａ安定化アルミナ多孔体を用いることにより、耐久後のＤＯＣの作用によって軽油成分を燃焼させ得る温度（着火温度）は比較的低いままである。
水銀ポロシメーターで測定した細孔分布のピーク値が１０〜１００ｎｍの範囲内にあるアルミナ多孔体を用いた場合には、該アルミナ多孔体の表面上及び／又は細孔内壁面上に貴金属、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ及びＩｒから選ばれる少なくとも１種の貴金属を担持させても、耐久後のＤＯＣの作用によって軽油成分を燃焼させ得る温度（着火温度）は比較的低い。しかし、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈから選ばれる少なくとも１種の貴金属を担持させることが好ましい。
本発明の軽油成分の燃焼に適したＤＯＣは、ディーゼルエンジンの排気ガス流路内に使用する場合には、セラミックス又は金属材料からなる触媒支持体に担持させた状態のＤＯＣ構成体として使用される。ＤＯＣの担持量は好ましくは３０〜２５０ｇ／Ｌ、より好ましくは５０〜２００ｇ／Ｌである。また、貴金属の担持量としては好ましくは１〜４ｇ／Ｌ、より好ましくは１．５〜３．５ｇ／Ｌである。このような本発明のＤＯＣ構成体においては、セラミックス又は金属材料からなる触媒支持体の形状は、特に限定されるものではないが、一般的には断面形状が矩形、三角形、ハニカム状等の連通したセルの集合体、セラミックフォーム、ワイヤーメッシュ、金属発泡体、板、ペレット等の形状であり、好ましくはハニカム形状である。また、このような触媒支持体の材質としては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２）、コージェライト（２ＭｇＯ−２Ａｌ２Ｏ３−５ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックスや、ステンレス等の金属材料を挙げることができる。
本発明のＤＯＣ構成体においては、酸化促進材としてのＺｒＯ２、ＣｅＯ２等やＨＣ吸着材としてのゼオライト、シリケート等の多孔質材料等を上記のＤＯＣと共に担持して混在させることができる。また、セラミックス又は金属材料からなる触媒支持体に酸化促進材としてのＺｒＯ２、ＣｅＯ２等やＨＣ吸着材としてのゼオライト、シリケート等の多孔質材料等を担持させて層を形成し、その層の上にＤＯＣを担持させて多層化させてもよい。
本発明のＤＯＣ構成体においては、アルミナ多孔体中の１０〜１００ｎｍの範囲内にある細孔分布のピーク値の他に凝集粒子間に形成される５００ｎｍ以上の細孔分布のピーク値も存在する。
本発明の軽油成分の燃焼に適したＤＯＣは、特定的には、ディーゼルエンジンの排気ガス流路内にＤＰＦと共に収容され、ＤＰＦよりも上流側に配設され、ＤＰＦの再生時に供給される軽油成分を比較的低温で燃焼させることができる。
ＤＰＦとしては、公知の如何なるものも使用することができる。また、触媒化されたＤＰＦを用いることもできる。例えば、コージェライト等の多孔質セラミックにアルミナ等をコーティングし、更に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属を担持させたものを用いることができる。
排気ガス流路中への軽油の供給は、排気ガス流路に軽油噴射弁を設け、これから調量された軽油が噴射されるようにすることができる。
軽油含有排気ガスは、本発明のＤＯＣによって燃焼して高温ガスとなり、ＤＰＦに供給され、ＤＰＦ堆積している微粒子を燃焼させガス化して除去する。こうして、ＤＰＦが再生される。
実施例１〜６及び比較例１
水銀ポロシメーターで測定して第１表に記載の種々の細孔分布のピーク値を有し、４質量％のＬａ２Ｏ３を含み、比表面積が１５０ｍ２／ｇである何れかのＬａ安定化θアルミナ多孔体１８０ｇ、アルミナ濃度２０質量％のアルミナゾル１００ｇ及び純水３２０ｇを混合したものに所定量のジニトロジアンミン白金水溶液及び硝酸パラジウム水溶液を加え、３０分間撹拌して触媒コーティング用スラリーを調製した。このスラリーを直径１４３．８ｍｍ、長さ７６．２ｍｍのコージェライト製ハニカム基材（３００セル／平方インチ、壁厚８ｍｍ）にコーティングし、余分なスラリーをエアーブローで除去した。次いで１２０℃で３時間乾燥し、更に空気中、５００℃で１時間焼成した。得られたＤＯＣ構成体はコージェライト製ハニカム基材１リットル当たり１００ｇの触媒がコートされていた。このうちＰｔの担持量は１．６ｇ／Ｌであり、Ｐｄの担持量は０．４ｇ／Ｌであった。
実施例１〜６及び比較例１で用いた各々のＬａ安定化アルミナの水銀ポロシメーターで測定した細孔分布は図１に示すとおりであった。
実施例１〜６及び比較例１で得た初期（耐久処理していないもの）のＤＯＣ構成体及び電気炉中で７５０℃で１００時間耐久処理したＤＯＣ構成体について、実機エンジン排気ガスを用いて軽油の燃焼が始まる温度（着火温度）を次の方法で測定した。
２．４Ｌのターボ付きディーゼルエンジンの回転数を１０５０ｒｐｍに固定した状態でエンジンに接続された動力計の負荷を変化させ、ＤＯＣ構成体入口での排気ガス温度を任意の温度にした。各温度で０．９７Ｌ／ｈのＪＩＳ２号軽油を５分間噴霧し、ＤＯＣ構成体出口での排気ガス温度を測定することにより燃焼性を判断した。燃焼が認められた、ＤＯＣ構成体入口での排気ガス温度の最も低い温度を着火温度とした。測定結果は第１表に示すとおりであった。
Figure 0005502885
第１表に示すデータから明らかなように、水銀ポロシメーターで測定した細孔分布のピーク値が１０ｎｍ以上のアルミナ多孔体を用いた本発明のＤＯＣ構成体においては、７５０℃で１００時間耐久処理した後においても軽油に対する着火性能が優れている。

Claims (5)

  1. 水銀ポロシメーターで測定した細孔分布のピーク値が１０〜１００ｎｍの範囲内にあるアルミナ多孔体と、該アルミナ多孔体の表面上及び／又は細孔内壁面上に担持されている貴金属とを備えていることを特徴とする軽油成分の燃焼に適した酸化触媒。
  2. 水銀ポロシメーターで測定した細孔分布のピーク値が３０〜５５ｎｍの範囲内にあるアルミナ多孔体を用いている請求項１に記載の軽油成分の燃焼に適した酸化触媒。
  3. アルミナ多孔体がＬａ安定化アルミナ多孔体である請求項１又は２に記載の軽油成分の燃焼に適した酸化触媒。
  4. 貴金属がＰｔ、Ｐｄ及びＲｈから選ばれる少なくとも１種である請求項１、２又は３に記載の軽油成分の燃焼に適した酸化触媒。
  5. セラミックス又は金属材料からなる触媒支持体と、該触媒支持体に担持されている請求項１、２、３又は４に記載の軽油成分の燃焼に適した酸化触媒とを備えていることを特徴とする軽油成分の燃焼に適した酸化触媒構成体。
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