JP7365357B2 - 酸化ゾーンを有するｓｃｒｆ触媒を含む排気システム - Google Patents

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Description

現在、内燃機関に関し対応が迫られている課題として、有害副生成物の排出量削減の必要性、並びに、燃費を向上するよう求める圧力の更なる高まり、がある。ディーゼルエンジンは、世界中の政府間組織によって規制されている少なくとも４種類の汚染物質、すなわち一酸化炭素（ＣＯ）、未燃焼炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、及び微小粒子状物質（ＰＭ）を、ほとんどの場合に含有している、排ガスを生成する。各種汚染物質を１種類以上処理するための様々な排出ガス制御装置が存在している。環境中への排気ガスの排出前に、４種類のすべての汚染物質を確実に処理するために、多くの場合、これらの排気制御装置が排気システムの一部として組み合わされる。
本発明のいくつかの実施形態によれば、排気ガス浄化システムは、（ａ）アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を排気ガス中に噴射するための第１のインジェクタと、（ｂ）入口及び出口を含み、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒及び酸化触媒を含む、ディーゼル微粒子捕集フィルタと、（ｃ）フィルタの下流に位置し、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を排気ガス中に噴射するための、第２のインジェクタと、（ｄ）第２のインジェクタの下流に位置し、選択的触媒還元触媒を含む、下流触媒と、を含む。
いくつかの実施形態では、酸化触媒は、フィルタの出口上にコーティングされている。酸化触媒は、１つ以上の白金族金属、例えば白金、パラジウム、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。好適な選択的触媒還元触媒は、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物、又はこれらの混合物を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、下流触媒は、アンモニア酸化触媒を更に含む。いくつかの実施形態では、システムは、フィルタの上流に位置する上流触媒を更に含み、上流触媒は、ディーゼル酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒、又はこれらの組み合わせを含む。
特定の実施形態では、下流触媒に入る排気ガスは、１０％超のＮＯ２：ＮＯｘ比を有する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、排気ガスの浄化方法は、（ａ）第１のインジェクタによって、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を排気ガス中に添加することと、（ｂ）入口及び出口を含み、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒及び酸化触媒を含む、ディーゼル微粒子捕集フィルタに、当該排気ガスを通すことと、（ｃ）フィルタの下流に位置する第２のインジェクタによって、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を当該排気ガス中に添加することと、（ｄ）第２のインジェクタの下流に位置し、選択的還元触媒を含む下流触媒に、当該排気ガスを通すことと、を含む。
比較システム１及びシステム２の下で試験した、ＳＣＲＦ（商標）触媒後のＮＯ２比を示す。
本発明のシステム及び方法は、内燃機関からの排気ガスの浄化に関する。本発明は、特に、ディーゼルエンジンからの排気ガスの浄化に関する。
本発明のシステム及び方法は、（１）アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を排気ガス中に噴射するための第１のインジェクタと、（２）選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒及び酸化触媒を含むディーゼル微粒子捕集フィルタと、（３）アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を排気ガス中に噴射するための第２のインジェクタと、（４）第２のインジェクタの下流に位置し、選択的触媒還元触媒を含む、下流触媒と、を含んでもよい。酸化触媒は、例えば、ディーゼル微粒子捕集フィルタの出口側に位置してもよい。いくつかの実施形態では、このようなシステムは、ディーゼル微粒子捕集フィルタの上流に位置する上流触媒を含み、上流触媒は、ディーゼル酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
本発明のシステム構成により、総じて排出ガスの削減が提供されることが判明した。ディーゼル微粒子捕集フィルタ上に、ＳＣＲ触媒に加えて酸化触媒を含めることにより、フィルタ再生中に副生成物、例えばＮＨ３、ＣＯ、及び炭化水素を浄化するよう機能させることができる。しかし、本発明の実施形態では、ディーゼル微粒子捕集フィルタ上の酸化触媒がＮＯ２を生成して、下流ＳＣＲ触媒の性能を最適化することにより、効果を得ることもできる。下流ＳＣＲ触媒でのＳＣＲ反応に必要な還元剤を供給するために、第２の還元剤インジェクタを含めることが、これらの効果を実現するために必要であることも判明した。
システムの構成要素、構成、及び効果の詳細については、本明細書で更に詳細に説明される。
フィルタ
本発明のシステムは、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒を含む、フィルタを含む。このようなフィルタはまた、本明細書では、酸化触媒を有するＳＣＲＦ（商標）触媒と称呼されることがある。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒を含むフィルタは、下流ＳＣＲ触媒上でのＳＣＲ反応を最適化するために、所望のＮＯ２：ＮＯｘ比が得られるように配合及び構成することができる。
ＳＣＲ触媒
本発明のシステムは、１つ以上のＳＣＲ触媒を含んでもよい。システムは、上記のように、ディーゼル微粒子捕集フィルタ上のＳＣＲ触媒、及びディーゼル微粒子捕集フィルタの下流に位置決めされたＳＣＲ触媒を含む。本発明のシステムはまた、１つ以上の更なるＳＣＲ触媒を含んでもよい。
本発明の排気システムは、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を排気ガス中に導入するためのインジェクタの下流に位置決めされた、ＳＣＲ触媒を含んでもよい。ＳＣＲ触媒は、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を噴射するために、インジェクタのすぐ下流に位置決めされてもよい（例えば、インジェクタとＳＣＲ触媒との間に介在する触媒が存在しない）。
ＳＣＲ触媒は、担体と触媒組成物とを含む。担体は、フロースルー担体又は濾過担体であってもよい。ＳＣＲ触媒がフロースルー担体を有する場合、担体はＳＣＲ触媒組成物を含んでもよく（すなわち、ＳＣＲ触媒は押出によって得られる）、又はＳＣＲ触媒組成物は、担体上に配置又は担持されてもよい（すなわち、ＳＣＲ触媒組成物は、ウォッシュコーティング法によって担体上に適用される）。
ＳＣＲ触媒が濾過担体を有する場合、それは、本明細書で「ＳＣＲＦ（商標）触媒」と略称される、選択的触媒還元フィルタ触媒である。ＳＣＲＦ（商標）触媒は、濾過担体及び選択的触媒還元（ＳＣＲ）組成物を含む。本出願をとおして、ＳＣＲ触媒の使用についての言及は、適用可能な場合、ＳＣＲＦ（商標）触媒の使用も含むと理解される。
選択的触媒還元組成物は、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物、又はこれらの混合物を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよい。このようなＳＣＲ触媒配合物は、当該技術分野において既知である。
選択的触媒還元組成物は、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよい。金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、耐火性酸化物上に担持されたバナジウム若しくはタングステン又はこれらの混合物を含む。耐火性酸化物は、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されてもよい。
金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、チタニア（例えば、ＴｉＯ２）、セリア（例えば、ＣｅＯ２）、並びにセリウム及びジルコニウムの混合酸化物又は複合酸化物（例えば、ＣｅｘＺｒ（１－ｘ）Ｏ２、式中、ｘ＝０．１～０．９、好ましくはｘ＝０．２～０．５）からなる群から選択される耐火性酸化物上に担持された、バナジウムの酸化物（例えば、Ｖ２Ｏ５）及び／又はタングステンの酸化物（例えば、ＷＯ３）を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよい。
耐火性酸化物がチタニア（例えば、ＴｉＯ２）である場合、好ましくは、バナジウムの酸化物の濃度は、（例えば、金属酸化物系ＳＣＲ配合物の）０．５～６重量％であり、及び／又はタングステンの酸化物（例えば、ＷＯ３）の濃度は５～２０重量％である。より好ましくは、バナジウムの酸化物（例えば、Ｖ２Ｏ５）及びタングステンの酸化物（例えば、ＷＯ３）は、チタニア（例えば、ＴｉＯ２）上に担持される。
耐火性酸化物がセリア（例えばＣｅＯ２）である場合、好ましくは、バナジウムの酸化物の濃度は、（例えば、金属酸化物系ＳＣＲ配合物の）０．１～９重量％であり、及び／又はタングステンの酸化物（例えば、ＷＯ３）の濃度は０．１～９重量％である。
金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、チタニア（例えば、ＴｉＯ２）上に担持された、バナジウムの酸化物（例えば、Ｖ２Ｏ５）、及び所望によりタングステンの酸化物（例えば、ＷＯ３）を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよい。
選択的触媒還元組成物は、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよい。モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、所望により遷移金属交換モレキュラーシーブであるモレキュラーシーブを含む。ＳＣＲ触媒配合物は、遷移金属交換モレキュラーシーブを含むことが好ましい。
概して、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、アルミノケイ酸塩骨格（例えば、ゼオライト）、アルミノリン酸塩骨格（例えば、ＡｌＰＯ）、シリコアルミノリン酸塩骨格（例えば、ＳＡＰＯ）、ヘテロ原子含有アルミノケイ酸塩骨格、ヘテロ原子含有アルミノリン酸骨格（例えば、ＭｅＡｌＰＯ、式中、Ｍｅは金属である）、又はヘテロ原子含有シリコアルミノリン酸塩骨格（例えば、ＭｅＡＰＳＯ、式中、Ｍｅは金属である）を有するモレキュラーシーブを含んでもよい。ヘテロ原子（すなわち、ヘテロ原子含有骨格）は、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）、及びこれらの任意の２つ以上の組み合わせからなる群から選択されてもよい。ヘテロ原子は金属であることが好ましい（例えば、上記ヘテロ原子含有骨格の各々は、金属含有骨格であってもよい）。
モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、アルミノケイ酸塩骨格（例えば、ゼオライト）又はシリコアルミノリン酸塩骨格（例えば、ＳＡＰＯ）を有するモレキュラーシーブを含むこと、又はこれから本質的になることが好ましい。
モレキュラーシーブがアルミノケイ酸塩骨格を有する（例えば、モレキュラーシーブはゼオライトである）場合、典型的には、モレキュラーシーブは、５～２００（例えば、１０～２００）、好ましくは１０～１００（例えば、１０～３０又は２０～８０）、例えば、１２～４０、より好ましくは１５～３０の、シリカとアルミナとのモル比（ＳＡＲ）を有する。
典型的には、モレキュラーシーブは微孔性である。微孔性のモレキュラーシーブは、直径が２ｎｍ未満の細孔を有する（例えば、「微孔性」のＩＵＰＡＣ定義に従う［Ｐｕｒｅ ＆ Ａｐｐｌ．Ｃｈｅｍ．，６６（８），（１９９４），１７３９－１７５８）］を参照されたい）。
モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、小細孔モレキュラーシーブ（例えば、８個の四面体原子による最大環サイズを有するモレキュラーシーブ）、中細孔モレキュラーシーブ（例えば、１０個の四面体原子による最大環サイズを有するモレキュラーシーブ）又は大細孔モレキュラーシーブ（例えば、１２個の四面体原子による最大環サイズを有するモレキュラーシーブ）、又はこれらの２つ以上の組み合わせを含んでもよい。
モレキュラーシーブが小細孔モレキュラーシーブである場合、小細孔モレキュラーシーブは、ＡＣＯ、ＡＥＩ、ＡＥＮ、ＡＦＮ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＮＡ、ＡＰＣ、ＡＰＤ、ＡＴＴ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＤＦＴ、ＥＡＢ、ＥＤＩ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＧＩＳ、ＧＯＯ、ＩＨＷ、ＩＴＥ、ＩＴＷ、ＬＥＶ、ＬＴＡ、ＫＦＩ、ＭＥＲ、ＭＯＮ、ＮＳＩ、ＯＷＥ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＦＷ、ＳＩＶ、ＴＨＯ、ＴＳＣ、ＵＥＩ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＹＵＧ及びＺＯＮ、又はこれらの２つ以上の混合物及び／若しくはインターグロースからなる群から選択される骨格型コード（ＦＴＣ）によって表される骨格構造を有し得る。好ましくは、小細孔モレキュラーシーブは、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＬＴＡ、ＳＦＷ、ＫＦＩ、ＤＤＲ及びＩＴＥからなる群から選択されるＦＴＣによって表される骨格構造を有する。より好ましくは、小細孔モレキュラーシーブは、ＣＨＡ及びＡＥＩからなる群から選択されるＦＴＣによって表される骨格構造を有する。小細孔モレキュラーシーブは、ＦＴＣのＣＨＡによって表される骨格構造を有し得る。小細孔モレキュラーシーブは、ＦＴＣのＡＥＩによって表される骨格構造を有し得る。小細孔モレキュラーシーブがゼオライトであり、ＦＴＣのＣＨＡで表される骨格を有する場合、ゼオライトはチャバザイトであってもよい。
モレキュラーシーブが中細孔モレキュラーシーブである場合、中細孔モレキュラーシーブは、ＡＥＬ、ＡＦＯ、ＡＨＴ、ＢＯＦ、ＢＯＺ、ＣＧＦ、ＣＧＳ、ＣＨＩ、ＤＡＣ、ＥＵＯ、ＦＥＲ、ＨＥＵ、ＩＭＦ、ＩＴＨ、ＩＴＲ、ＪＲＹ、ＪＳＲ、ＪＳＴ、ＬＡＵ、ＬＯＶ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、ＭＦＳ、ＭＲＥ、ＭＴＴ、ＭＶＹ、ＭＷＷ、ＮＡＢ、ＮＡＴ、ＮＥＳ、ＯＢＷ、－ＰＡＲ、ＰＣＲ、ＰＯＮ、ＰＵＮ、ＲＲＯ、ＲＳＮ、ＳＦＦ、ＳＦＧ、ＳＴＦ、ＳＴＩ、ＳＴＴ、ＳＴＷ、－ＳＶＲ、ＳＺＲ、ＴＥＲ、ＴＯＮ、ＴＵＮ、ＵＯＳ、ＶＳＶ、ＷＥＩ及びＷＥＮ、又はこれらの２つ以上の混合物及び／若しくはインターグロースからなる群から選択される骨格型コード（ＦＴＣ）によって表される骨格構造を有し得る。好ましくは、中細孔モレキュラーシーブは、ＦＥＲ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、及びＳＴＴからなる群から選択されるＦＴＣによって表される骨格構造を有する。より好ましくは、中細孔モレキュラーシーブは、ＦＥＲ及びＭＦＩ、特にＭＦＩからなる群から選択されるＦＴＣによって表される骨格構造を有する。中細孔モレキュラーシーブがゼオライトであり、ＦＴＣのＦＥＲ又はＭＦＩによって表される骨格を有する場合、ゼオライトはフェリエライト、シリカライト、又はＺＳＭ－５であってもよい。
モレキュラーシーブが大細孔モレキュラーシーブである場合、大細孔モレキュラーシーブは、ＡＦＩ、ＡＦＲ、ＡＦＳ、ＡＦＹ、ＡＳＶ、ＡＴＯ、ＡＴＳ、ＢＥＡ、ＢＥＣ、ＢＯＧ、ＢＰＨ、ＢＳＶ、ＣＡＮ、ＣＯＮ、ＣＺＰ、ＤＦＯ、ＥＭＴ、ＥＯＮ、ＥＺＴ、ＦＡＵ、ＧＭＥ、ＧＯＮ、ＩＦＲ、ＩＳＶ、ＩＴＧ、ＩＷＲ、ＩＷＳ、ＩＷＶ、ＩＷＷ、ＪＳＲ、ＬＴＦ、ＬＴＬ、ＭＡＺ、ＭＥＩ、ＭＯＲ、ＭＯＺ、ＭＳＥ、ＭＴＷ、ＮＰＯ、ＯＦＦ、ＯＫＯ、ＯＳＩ、－ＲＯＮ、ＲＷＹ、ＳＡＦ、ＳＡＯ、ＳＢＥ、ＳＢＳ、ＳＢＴ、ＳＥＷ、ＳＦＥ、ＳＦＯ、ＳＦＳ、ＳＦＶ、ＳＯＦ、ＳＯＳ、ＳＴＯ、ＳＳＦ、ＳＳＹ、ＵＳＩ、ＵＷＹ及びＶＥＴ、又はこれらの２つ以上の混合物及び／若しくはインターグロースからなる群から選択される骨格型コード（ＦＴＣ）によって表される骨格構造を有し得る。好ましくは、大細孔モレキュラーシーブは、ＡＦＩ、ＢＥＡ、ＭＡＺ、ＭＯＲ、及びＯＦＦからなる群から選択されるＦＴＣによって表される骨格構造を有する。より好ましくは、大細孔モレキュラーシーブは、ＢＥＡ、ＭＯＲ、及びＭＦＩからなる群から選択されるＦＴＣによって表される骨格構造を有する。大細孔モレキュラーシーブがゼオライトであり、ＦＴＣのＢＥＡ、ＦＡＵ又はＭＯＲによって表される骨格を有する場合、ゼオライトは、βゼオライト、フォージャサイト、ゼオライトＹ、ゼオライトＸ、又はモルデナイトであってもよい。
概して、モレキュラーシーブは、小細孔モレキュラーシーブであることが好ましい。
モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、好ましくは遷移金属交換モレキュラーシーブを含む。遷移金属は、コバルト、銅、鉄、マンガン、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、及びレニウムからなる群から選択されてもよい。
遷移金属は銅であってもよい。銅交換されたモレキュラーシーブを含有するＳＣＲ触媒配合物の利点は、このような配合物が、優れた低温ＮＯｘ還元活性を有することである（例えば、鉄交換されたモレキュラーシーブの低温ＮＯｘ還元活性よりも優れたものにできる）。本発明のシステム及び方法は、任意の種類のＳＣＲ触媒を含んでもよいが、銅を含むＳＣＲ触媒（「Ｃｕ－ＳＣＲ触媒」）は、特に硫酸化の影響を受けやすいことから、本発明のシステムからより顕著な効果を受けることができる。Ｃｕ－ＳＣＲ触媒配合物としては、例えば、Ｃｕ交換ＳＡＰＯ－３４、Ｃｕ交換ＣＨＡゼオライト、Ｃｕ交換ＡＥＩゼオライト、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。
遷移金属は、モレキュラーシーブの外部表面上の骨格外部位に存在してもよく、又はモレキュラーシーブのチャネル、空洞、若しくはケージ内に存在してもよい。
典型的には、遷移金属交換モレキュラーシーブは、０．１０～１０重量％の量、好ましくは０．２～５重量％の量の遷移金属交換分子を含む。
概ね、選択的触媒還元触媒は、０．５～４．０ｇ／ｉｎ３、好ましくは１．０～３．０ｇ／ｉｎ３の総濃度で選択的触媒還元組成物を含む。
ＳＣＲ触媒組成物は、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物と、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物との混合物を含んでもよい。（ａ）金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、チタニア（例えば、ＴｉＯ２）上に担持された、バナジウムの酸化物（例えば、Ｖ２Ｏ５）、及び所望によりタングステンの酸化物（例えば、ＷＯ３）を含んでもよく、又はこれから本質的になってもよく、（ｂ）モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、遷移金属交換モレキュラーシーブを含んでもよい。
ＳＣＲ触媒がＳＣＲＦ（商標）触媒である場合、濾過担体は、好ましくはウォールフローフィルタのモノリス担体であってよく、例えば本明細書で触媒加工煤煙フィルタに関して記載されたものであってもよい。ウォールフローフィルタのモノリス担体（例えば、ＳＣＲ－ＤＰＦ）は、典型的には、６０～４００セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）のセル密度を有する。ウォールフローフィルタのモノリス担体は、１００～３５０ｃｐｓｉ、より好ましくは２００～３００ｃｐｓｉのセル密度を有することが好ましい。
ウォールフローフィルタのモノリス担体は、０．２０～０．５０ｍｍ、好ましくは０．２５～０．３５ｍｍ（例えば、約０．３０ｍｍ）の壁厚（例えば、平均内部壁厚）を有し得る。
概ね、コーティングされていないウォールフローフィルタのモノリス担体は、５０～８０％、好ましくは５５～７５％、より好ましくは６０～７０％の多孔率を有する。
コーティングされていないウォールフローフィルタのモノリス担体は、典型的には、少なくとも５μｍの平均孔径を有する。平均孔径は、１０～４０μｍ、例えば１５～３５μｍ、より好ましくは２０～３０μｍであることが好ましい。
ウォールフローフィルタの担体は、対称セル設計又は非対称セル設計を有し得る。
ＳＣＲＦ（商標）触媒の場合、概して、選択的触媒還元組成物は、ウォールフローフィルタのモノリス担体の壁内に配置される。加えて、選択的触媒還元組成物は、入口チャネルの壁上に、及び／又は出口チャネルの壁上に配置されてもよい。
酸化触媒
本発明のシステムは、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒を含む、フィルタを含んでもよい。いくつかの実施形態では、酸化触媒は、フィルタの出口上にコーティングされている。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒を含むフィルタは、下流ＳＣＲ触媒上でのＳＣＲ反応を最適化するために、所望のＮＯ２：ＮＯｘ比が得られるように配合及び構成することができる。酸化触媒は、１）壁、入口、又は出口の表面上に位置決めされるように、フィルタ上にコーティングされていてもよく、２）フィルタを貫通するように、すなわち、フィルタ内に位置決めされるように、多孔性壁上にコーティングされていてもよく、又は、３）多孔性フィルタ壁内及び壁の表面上の両方にあるように、コーティングされていてもよい。
いくつかの実施形態では、酸化は、１つ以上の白金族金属を含む。いくつかの実施形態では、酸化触媒は、ＮＯをＮＯ２に酸化することに重点を置いて配合され、これにより、フィルタ上のＳＣＲ触媒からのＮＯ２のスリップに対処し、下流のＳＣＲ反応にとってより好都合なＮＯ２：ＮＯｘ比を得ることができる。
アンモニア酸化触媒
本発明のシステムは、アンモニアスリップ触媒（「ＡＳＣ」）とも称呼される１つ以上のアンモニア酸化触媒を含んでもよい。１つ以上のＡＳＣをＳＣＲ触媒の下流に含めて、過剰なアンモニアを酸化することで、それが大気に放出されるのを防ぐことができる。いくつかの実施形態では、ＡＳＣは、ＳＣＲ触媒と同じ担体上に含まれてもよい。特定の実施形態では、アンモニア酸化触媒材料は、ＮＯｘ又はＮ２Ｏを形成する代わりにアンモニアの酸化を促進するように選択されてもよい。好ましい触媒材料としては、白金、パラジウム、又はこれらの組み合わせが挙げられ、白金又は白金／パラジウムの組み合わせが好ましい。好ましくは、アンモニア酸化触媒は、金属酸化物上に担持された白金及び／又はパラジウムを含む。好ましくは、触媒は、アルミナをはじめとするがこれに限定されない、高表面積担体上に配置されている。
いくつかの実施形態では、アンモニア酸化触媒は、ケイ質担体上に白金族金属を含む。ケイ質材料は、材料として例えば、（１）シリカ、（２）シリカとアルミナとの比を少なくとも２００として、ゼオライト、及び（３）４０％以上のＳｉＯ２含有量で非晶質シリカドープアルミナ、を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ケイ質材料は、材料として例えばゼオライトを、少なくとも２００、少なくとも２５０、少なくとも３００、少なくとも４００、少なくとも５００、少なくとも６００、少なくとも７５０、少なくとも８００、又は少なくとも１０００の、シリカとアルミナとの比で含んでもよい。いくつかの実施形態では、白金族金属は、白金族金属及び担体の総重量の約０．５重量％～約１０重量％、白金族金属及び担体の総重量の約１重量％～約６重量％、白金族金属及び担体の総重量の約１．５重量％～約４重量％、白金族金属及び担体の総重量の約１０重量％、白金族金属及び担体の総重量の約０．５重量％、白金族金属及び担体の総重量の約１重量％、白金族金属及び担体の総重量の約２重量％、白金族金属及び担体の総重量の約３重量％、白金族金属及び担体の総重量の約４重量％、白金族金属及び担体の総重量の約５重量％、白金族金属及び担体の総重量の約６重量％、白金族金属及び担体の総重量の約７重量％、白金族金属及び担体の総重量の約８重量％、白金族金属及び担体の総重量の約９重量％、又は白金族金属及び担体の総重量の約１０重量％の量で、担体上に存在する。
いくつかの実施形態では、ケイ質担体は、ＢＥＡ、ＣＤＯ、ＣＯＮ、ＦＡＵ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、又はＭＷＷの骨格型を有する、モレキュラーシーブを含んでもよい。
還元剤／尿素インジェクタ
本明細書に記載されるように、本発明のシステムは、少なくとも２つの還元剤インジェクタを含んでもよい。システムは、ＳＣＲ及び／又はＳＣＲＦ（商標）触媒の上流で排気システムに窒素系還元剤を導入するための手段を含んでもよい。窒素系還元剤を排気システムに導入するための手段は、ＳＣＲ又はＳＣＲＦ（商標）触媒のすぐ上流にある（例えば、窒素系還元剤を導入するための手段とＳＣＲ又はＳＣＲＦ（商標）触媒との間に介在する触媒が存在しない）ことが好ましい場合がある。
還元剤は、還元剤を排気ガス中に導入するための任意の好適な手段によって、流れる排気ガスに添加される。好適な手段としては、インジェクタ、噴霧器、又はフィーダーが挙げられる。このような手段は、当該技術分野において周知である。
システムで使用するための窒素系還元剤は、アンモニアそのもの、ヒドラジン、又は尿素、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、及びギ酸アンモニウムからなる群から選択されるアンモニア前駆体であってもよい。尿素は特に好ましい。
排気システムはまた、排気ガス中のＮＯｘを低減するために、排気ガス中への還元剤の導入を制御するための手段を含んでもよい。好ましい制御手段は、電子制御ユニット、所望によりエンジン制御ユニットを含んでもよく、また、ＮＯ還元触媒の下流に位置するＮＯｘセンサを更に含んでもよい。
担体
本発明の触媒及び吸着剤は、各々、フロースルー担体又はフィルタ担体を更に含んでもよい。一実施形態では、触媒／吸着剤は、フロー－スルー担体又はフィルタ担体上にコーティングされてもよく、好ましくは、ウォッシュコート手順を用いてフロースルー担体又はフィルタ担体上に堆積されてもよい。
ＳＣＲ触媒とフィルタとの組み合わせは、選択的触媒還元フィルタ（ＳＣＲＦ（商標）触媒）として知られている。ＳＣＲＦ（商標）触媒は、ＳＣＲ及び微小粒子フィルタの機能性を組み合わせた単一担体デバイスであり、所望に応じて本発明の実施形態に好適である。本出願全体にわたるＳＣＲ触媒の説明及び参照は、該当する場合、ＳＣＲＦ（商標）触媒も含むと理解される。
フロースルー担体又はフィルタ担体は、触媒／吸着剤成分を含有することができる担体である。担体は、好ましくはセラミック担体又は金属担体である。セラミック担体は、任意の好適な耐火性材料、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、マグネシア、ゼオライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸マグネシウム、アルミノケイ酸塩、メタロアルミノケイ酸塩（コージライト及びスポジュメン（spudomene）など）、又はこれらの任意の２つ以上の混合物若しくは混合酸化物で作製されていてもよい。コージライト、マグネシウムアルミノケイ酸塩、及び炭化ケイ素が、特に好ましい。
金属担体は、任意の好適な金属、特にチタン及びステンレス鋼などの耐熱性金属及び金属合金、並びにその他の微量金属に加えて鉄、ニッケル、クロム、及び／又はアルミニウムを含有するフェライト合金で作製されていてもよい。
フロースルー担体は、好ましくは、担体を通って軸方向に連続しており、かつ担体の入口又は出口から全体にわたって延びている、多くの小さな平行薄壁チャネルを有するハニカム構造を有するフロースルーモノリスである。担体のチャネル断面は、任意の形状であってもよいが、好ましくは正方形、正弦波形、三角形、矩形、六角形、台形、円形、又は楕円形である。フロースルー担体はまた、触媒が担体壁に浸透することを可能にする高多孔性のものであってもよい。
フィルタ担体は、好ましくはウォールフローモノリスフィルタである。ウォールフローフィルタのチャネルは、交互に遮断される。このことにより、排気ガス流が入口からチャネルに入り、その後、チャネル壁を通って流れ、出口につながる異なるチャネルからフィルタを出ることができる。したがって、排気ガス流中の微小粒子は、フィルタ内に捕捉される。
触媒／吸着剤は、ウォッシュコート手順などの任意の既知の手段によって、フロースルー担体又はフィルタ担体に添加されてもよい。
上流触媒
本発明のシステムは、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒を含むフィルタの上流に位置する、上流触媒を含んでもよい。いくつかの実施形態では、上流触媒は、ディーゼル酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
ディーゼル酸化触媒
本発明のシステムは、１つ以上のディーゼル酸化触媒を含んでもよい。酸化触媒、特にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）は、当該技術分野において周知である。酸化触媒は、ＣＯをＣＯ２に酸化するように、そして気相炭化水素（ＨＣ）及びディーゼル微小粒子の有機成分（可溶性有機成分）を、ＣＯ２及びＨ２Ｏに酸化するように設計されている。典型的な酸化触媒には、アルミナ、シリカ－アルミナ、及びゼオライトなどの、高表面積無機酸化物担体上の、白金及び所望により更にパラジウムも含まれる。
ＮＯｘ吸蔵触媒
本発明のシステムは、１つ以上のＮＯｘ吸蔵触媒を含んでもよい。ＮＯｘ吸蔵触媒は、概して温度及び／又はリッチ／リーン排気条件に応じて、特定の条件に従ってＮＯｘを吸着、放出、及び／又は還元するデバイスを含んでもよい。ＮＯｘ吸蔵触媒は、例えば、受動的ＮＯｘ吸着剤、コールドスタート触媒、ＮＯｘトラップなどを含んでもよい。
受動的ＮＯｘ吸着剤
本発明のシステムは、１つ以上の受動的ＮＯｘ吸着剤を含んでもよい。受動的ＮＯｘ吸着剤は、ＮＯｘを低温以下で吸着するのに有効で、かつ吸着されたＮＯｘを低温より高い温度で放出するのに有効なデバイスである。受動的ＮＯｘ吸着剤は、貴金属及び小細孔モレキュラーシーブを含んでもよい。貴金属は、好ましくは、パラジウム、白金、ロジウム、金、銀、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、又はこれらの混合物である。好ましくは、低温は、約２００℃、約２５０℃、又は約２００℃～約２５０℃である。好適な受動的ＮＯｘ吸着剤の例は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１５０１５８０１９号に記載されている。
小細孔モレキュラーシーブは、ゼオライトを含む任意の天然又は合成モレキュラーシーブであってもよく、好ましくはアルミニウム、ケイ素、及び／又はリンから構成される。モレキュラーシーブは、典型的には、酸素原子の共有によって結合されるＳｉＯ４、ＡｌＯ４、及び／又はＰＯ４の三次元配置を有するが、同様に二次元構造であってもよい。モレキュラーシーブの骨格は、典型的にはアニオン性であり、これは、電荷補償カチオン、典型的にはアルカリ及びアルカリ土類元素（例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａ）、アンモニウムイオン、並びにまたプロトンが対となって均衡する。他の金属（例えば、Ｆｅ、Ｔｉ、及びＧａ）が、小細孔モレキュラーシーブの骨格に組み込まれることで、金属組み込みモレキュラーシーブを得ることができる。
好ましくは、小細孔モレキュラーシーブは、アルミノケイ酸塩モレキュラーシーブ、金属置換アルミノケイ酸塩モレキュラーシーブ、アルミノリン酸塩モレキュラーシーブ、又は金属置換アルミノリン酸塩モレキュラーシーブから選択される。より好ましくは、小細孔モレキュラーシーブは、ＡＣＯ、ＡＥＩ、ＡＥＮ、ＡＦＮ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＮＡ、ＡＰＣ、ＡＰＤ、ＡＴＴ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＤＦＴ、ＥＡＢ、ＥＤＩ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＧＩＳ、ＧＯＯ、ＩＨＷ、ＩＴＥ、ＩＴＷ、ＬＥＶ、ＫＦＩ、ＭＥＲ、ＭＯＮ、ＮＳＩ、ＯＷＥ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＩＶ、ＴＨＯ、ＴＳＣ、ＵＥＩ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＹＵＧ、及びＺＯＮ、並びに任意の２つ以上の混合物又はインターグロースの骨格型を有するモレキュラーシーブである。特に好ましい小細孔モレキュラーシーブのインターグロースとしては、ＫＦＩ－ＳＩＶ、ＩＴＥ－ＲＴＨ、ＡＥＷ－ＵＥＩ、ＡＥＩ－ＣＨＡ、及びＡＥＩ－ＳＡＶが挙げられる。最も好ましくは、小細孔モレキュラーシーブは、ＡＥＩ若しくはＣＨＡ、又はＡＥＩ－ＣＨＡインターグロースである。
好適な受動的ＮＯｘ吸着剤は、任意の既知の手段によって調製することができる。例えば、貴金属を小細孔モレキュラーシーブに添加して、任意の既知の手段によって受動的ＮＯｘ吸着剤を形成することができる。例えば、貴金属化合物（硝酸パラジウムなど）を、含浸、吸着、イオン交換、インシピエント・ウェットネス（incipient wetness）、沈殿などによって、モレキュラーシーブ上に担持することができる。他の金属もまた、受動的ＮＯｘ吸着剤に添加することができる。好ましくは、受動的ＮＯｘ吸着剤中の貴金属の一部（添加される全貴金属の１％超）は、小細孔モレキュラーシーブの細孔の内側に位置する。より好ましくは、貴金属の総量の５％超が小細孔モレキュラーシーブの細孔の内側に位置し、更により好ましくは、貴金属の総量の１０％超、又は２５％超、又は５０％超が小細孔モレキュラーシーブの細孔の内側に位置してもよい。
好ましくは、受動的ＮＯｘ吸着剤は、フロースルー担体又はフィルタ担体を更に含む。受動的ＮＯｘ吸着剤は、フロースルー担体又はフィルタ担体上にコーティングされ、好ましくは、ウォッシュコート手順を用いてフロースルー担体又はフィルタ担体上に堆積され、受動的ＮＯｘ吸着剤システムが得られる。
コールドスタート触媒
本発明のシステムは、１つ以上のコールドスタート触媒を含んでもよい。コールドスタート触媒は、ＮＯｘ及び炭化水素（ＨＣ）を低温以下で吸着するのに有効であり、かつ吸着されたＮＯｘ及びＨＣを低温より高い温度で変換し放出するのに有効なデバイスである。好ましくは、低温は、約２００℃、約２５０℃、又は約２００℃～約２５０℃である。好適なコールドスタート触媒の例は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる国際公開第２０１５０８５３００号に記載されている。
コールドスタート触媒は、モレキュラーシーブ触媒及び担持白金族金属触媒を含んでもよい。モレキュラーシーブ触媒は、貴金属及びモレキュラーシーブを含んでもよく、又はこれらから本質的になってもよい。担持白金族金属触媒は、１つ以上の白金族金属及び１つ以上の無機酸化物担体を含む。貴金属は、好ましくは、パラジウム、白金、ロジウム、金、銀、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、又はこれらの混合物である。
モレキュラーシーブは、ゼオライトを含む任意の天然又は合成モレキュラーシーブであってもよく、好ましくはアルミニウム、ケイ素、及び／又はリンから構成される。モレキュラーシーブは、典型的には、酸素原子の共有によって結合されるＳｉＯ４、ＡｌＯ４、及び／又はＰＯ４の三次元配置を有するが、同様に二次元構造であってもよい。モレキュラーシーブの骨格は、典型的にはアニオン性であり、これは、電荷補償カチオン、典型的にはアルカリ及びアルカリ土類元素（例えば、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａ）、アンモニウムイオン、並びにまたプロトンが対となって均衡する。
モレキュラーシーブは、好ましくは、８個の四面体原子による最大環サイズを有する小細孔モレキュラーシーブ、１０個の四面体原子による最大環サイズを有する中細孔モレキュラーシーブ、又は１２個の四面体原子による最大環サイズを有する大細孔モレキュラーシーブであってもよい。より好ましくは、モレキュラーシーブは、ＡＥＩ、ＭＦＩ、ＥＭＴ、ＥＲＩ、ＭＯＲ、ＦＥＲ、ＢＥＡ、ＦＡＵ、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＭＷＷ、ＣＯＮ、ＥＵＯ、又はこれらの混合物の骨格構造を有する。
担持白金族金属触媒は、１つ以上の白金族金属（「ＰＧＭ」）及び１つ以上の無機酸化物担体を含む。ＰＧＭは、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、又はこれらの組み合わせ、最も好ましくは白金及び／又はパラジウムであってもよい。無機酸化物担体には、最も通常的には、第２族、第３族、第４族、第５族、第１３族、及び第１４族の元素の酸化物が含まれる。有用な無機酸化物担体は、好ましくは、１０～７００ｍ２／ｇの範囲の表面積、０．１～４ｍＬ／ｇの範囲の細孔容積、及び約１０～１０００Åの細孔直径を有する。無機酸化物担体は、好ましくは、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア、ニオビア、酸化タンタル、酸化モリブデン、酸化タングステン、又はこれらの任意の２つ以上の混合酸化物若しくは複合酸化物、例えば、シリカ－アルミナ、セリア－ジルコニア、若しくはアルミナ－セリア－ジルコニアである。アルミナ及びセリアは特に好ましい。
担持白金族金属触媒は、任意の既知の手段によって調製することができる。好ましくは、１つ以上の白金族金属は、担持ＰＧＭ触媒を形成するための任意の既知の手段によって、１つ以上の無機酸化物上に担持され、添加の方法は特に重要であるとはみなされない。例えば、白金化合物（硝酸白金など）を、含浸、吸着、イオン交換、インシピエント・ウェットネス、又は沈殿などによって、無機酸化物上に担持することができる。他の金属、例えば鉄、マンガン、コバルト、及びバリウムもまた、担持ＰＧＭ触媒に添加することができる。
本発明のコールドスタート触媒は、当該技術分野において周知のプロセスによって調製することができる。モレキュラーシーブ触媒及び担持白金族金属触媒を物理的に混合して、コールドスタート触媒を得ることができる。好ましくは、コールドスタート触媒は、フロースルー担体又はフィルタ担体を更に含む。一実施形態では、モレキュラーシーブ触媒及び担持白金族金属触媒は、フロースルー担体又はフィルタ担体上にコーティングされ、好ましくは、ウォッシュコート手順を用いてフロースルー担体又はフィルタ担体上に堆積され、コールドスタート触媒系が得られる。
ＮＯｘトラップ
本発明のシステムは、１つ以上のＮＯｘトラップを含んでもよい。ＮＯｘトラップは、ＮＯｘをリーン排気条件下で吸着し、吸着されたＮＯｘをリッチ条件下で放出し、放出されたＮＯｘを還元して、Ｎ２を形成するデバイスである。
本発明の実施形態のＮＯｘトラップは、ＮＯｘの吸蔵のためのＮＯｘ吸着剤、及び酸化／還元触媒を含んでもよい。典型的には、酸化触媒の存在下で、一酸化窒素が酸素と反応し、ＮＯ２が生成する。次に、ＮＯ２は、ＮＯｘ吸着剤によって無機硝酸塩の形態で吸着される（例えば、ＢａＯ又はＢａＯ３は、ＮＯｘ吸着剤上でＢａ（ＮＯ３）２に変換される）。最後に、エンジンをリッチ条件下で運転すると、吸蔵された無機硝酸塩は分解してＮＯ又はＮＯ２を形成し、これらが次いで還元触媒の存在下で一酸化炭素、水素、及び／又は炭化水素との反応によって（又はＮＨＸ又はＮＣＯ中間体を介して）還元されて、Ｎ２を形成する。典型的には、窒素酸化物は、排気流中で、熱、一酸化炭素、及び炭化水素の存在下で、窒素、二酸化炭素、及び水に変換される。
ＮＯｘ吸着剤成分は、好ましくは、アルカリ土類金属（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＭｇなど）、アルカリ金属（Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、及びＣｓなど）、希土類金属（Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、及びＮｄなど）、又はこれらの組み合わせである。これらの金属は、典型的には、酸化物の形態で見られる。酸化／還元触媒は、１つ以上の貴金属を含んでもよい。好適な貴金属としては、白金、パラジウム、及び／又はロジウムを挙げることができる。好ましくは、白金は酸化機能を発揮するために含まれ、ロジウムは還元機能を発揮するために含まれる。酸化／還元触媒及びＮＯｘ吸着剤は、排気システムに使用するための無機酸化物などの担体材料上に担持することができる。
フィルタ
本発明のシステムは、上記のように、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒を含むフィルタに加えて、１つ以上の微小粒子フィルタを含んでもよい。微小粒子フィルタは、内燃機関の排気から微小粒子を削減するデバイスである。微小粒子フィルタとしては、触媒加工微小粒子フィルタ及びそのまま（bare）（触媒加工していないもの）の微小粒子フィルタが挙げられる。触媒加工微小粒子フィルタは、（ディーゼル及びガソリン用途に関しては）触媒加工煤煙フィルタとも称呼され、金属及び金属酸化物成分（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ、及びセリアなど）を含むことにより、フィルタによって捕捉された煤煙を分解することに加えて、炭化水素及び一酸化炭素を酸化する。
燃料インジェクタ
本発明のシステムは、１つ以上の燃料インジェクタを含んでもよい。例えば、システムは、ディーゼル酸化触媒の上流に二次燃料インジェクタを含んでもよい。任意の好適な種類の燃料インジェクタを、本発明のシステムに使用することができる。
実施形態／システム
本発明のシステムは、（１）アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を排気ガス中に噴射するための第１のインジェクタと、（２）入口及び出口を含み、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒及び酸化触媒を含む、ディーゼル微粒子捕集フィルタと、（３）フィルタの下流に位置し、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を排気ガス中に噴射するための、第２のインジェクタと、（４）第２のインジェクタの下流に位置し、選択的触媒還元触媒を含む、下流触媒と、を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、システムは、ディーゼル酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒、又はこれらの組み合わせを含む、上流触媒を含む。
いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒は、酸化触媒に接触する前に排気ガスがＳＣＲ触媒と接触するように、フィルタ上に構成される。いくつかの実施形態では、酸化触媒は、フィルタの出口上にコーティングされている。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒は、フィルタの入口上にある。
いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒は、フィルタの入口端から出口端に向かって延びるが酸化触媒と重ならない層に、含まれる。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒は、フィルタの入口端から延び少なくとも部分的に酸化触媒と重なる層に、含まれる。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒を含む層は、完全に酸化触媒を覆う。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒を含む層は、部分的に酸化触媒を覆う。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒を含む層は、酸化触媒の長さの、約０％、５％、７％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、１００％、最大約１０％、約５％～約５０％、約２０％～約５０％、約２５％～約７５％、又は約３０％～約７０％を覆う。
いくつかの実施形態では、酸化触媒は、フィルタ担体の長さ全体に延びる底層に含まれ、ＳＣＲ触媒は、担体の入口端から延び酸化触媒層の全て又は一部を覆う上層に含まれる。
方法
排気ガスの浄化方法は、（１）第１のインジェクタによって、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を排気ガス中に添加することと、（２）入口及び出口を含み、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒を含む、ディーゼル微粒子捕集フィルタに、当該排気ガスを通すことと、（３）ディーゼル微粒子捕集フィルタの下流に位置する第２のインジェクタによって、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を排気ガス中に添加することと、（４）第２のインジェクタの下流に位置し、選択的還元触媒を含む下流触媒に、当該排気ガスを通すことと、を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、フィルタ上のＳＣＲ触媒及び酸化触媒は、下流ＳＣＲ触媒上でのＳＣＲ反応を最適化するために、所望のＮＯ２：ＮＯｘ比が得られるように配合及び構成することができる。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒を備えるフィルタから出る排気ガスは、１０％超、好ましくは少なくとも１５％、より好ましくは少なくとも２０％のＮＯ２／ＮＯｘ比を有する。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒を備えるフィルタから出る排気ガスは、１０％～７０％、好ましくは１５％～６５％、より好ましくは２０％～６０％のＮＯ２／ＮＯｘ比を有する。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒を備えるフィルタから出る排気ガスは、１５％～４０％、又は２５％～３５％のＮＯ２／ＮＯｘ比を有する。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒及び酸化触媒を備えるフィルタから出る排気ガスは、４０％～７０％、又は４０％～６０％のＮＯ２／ＮＯｘ比を有する。
効果
本発明のシステム構成により、総じて排出ガスの削減が提供されることが判明した。フィルタ上のＳＣＲ触媒と共に酸化触媒を含めることにより、フィルタ再生中に副生成物、例えばＮＨ３、ＣＯ、及び炭化水素を浄化するよう機能させることができる。しかし、本発明の実施形態では、ディーゼル微粒子捕集フィルタ上の酸化触媒によって、ＮＯ２を生成し、下流ＳＣＲ触媒の性能を最適化して、効果を得ることもできる。概して、ＳＣＲ触媒を備えるディーゼル微粒子捕集フィルタ（すなわち、ＳＣＲＦ（商標）触媒）から出る排気流のＮＯ２／ＮＯｘ比を非常に低くすることができ、その際、ＳＣＲ反応は、約５０％のＮＯ２／ＮＯｘ比で最良に行われる。本発明のシステムでは、ディーゼル微粒子捕集フィルタ上の酸化触媒により、より好都合なＮＯ２／ＮＯｘ比を得るために、フィルタ上のＳＣＲ触媒からスリップするＮＯをＮＯ２に酸化することにより、下流ＳＣＲ触媒の性能を向上させることができる。
下流ＳＣＲ触媒上でのＳＣＲ反応に必要な還元剤を供給するために、第２の還元剤のインジェクタを含めることが、これらの効果を実現するために必要であることも判明した。
比較システム１：ＤＯＣ＋ＳＣＲＦ（商標）触媒
ＤＯＣと、ＤＯＣの後段の、１平方インチ当たりのセル（ＣＰＳＩ）が約３００、及び壁厚（ＷＴ）が約１２ｍｉｌの炭化ケイ素ウォールフローフィルタ（ＤＰＦ）上にＣｕ－ゼオライト系触媒がコーティングされたＳＣＲＦ（商標）触媒と、からなるシステム。
システム２：ＤＯＣ＋ＤＯＣ成分を含有するＳＣＲＦ（商標）触媒
ＤＯＣと、ＤＯＣの後段の、酸化層を有するＳＣＲＦ（商標）触媒と、からなるシステムであって、比較システム１の同様のＣｕ－ゼオライト系触媒、及び本明細書に記載される酸化成分を添加した担体組成物からなる。
Ｖ６－３Ｌエンジンでのベンチ試験
表１に示すように、エンジン評価について、２００℃、２５０℃、及び３００℃を対象温度として設定した。これらの温度点への到達により、様々な気流にて、ＮＯｘ、ＨＣ、及びＣＯが、エンジンにより生成された。ＳＣＲＦ（商標）触媒上に投与された尿素の量は、１．１のアルファ値であった。
Figure 0007365357000001
図１に示すように、比較システム１では、ＳＣＲＦ（商標）触媒後（酸化ゾーンなし）のＮＯ２比は、表１における定常状態試験条件下で、１０％未満（実線）であった。対照的に、システム２と同じ試験条件下、２５０℃以降、酸化ゾーンを有するＳＣＲＦ（商標）触媒の後では、１０％超（点線）のＮＯ２比を有する。ＮＯ２比が高くなるほどＮＯｘ変換率が改善される（高速ＳＣＲ反応による）ので、これは、下流ＳＣＲでのＮＯｘ変換率が改善された結果である。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他を示さない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「触媒（a catalyst）」への言及には、２つ以上の触媒（catalysts）の混合物などを含む。
用語「アンモニアスリップ」は、ＳＣＲ触媒を通過する未反応のアンモニアの量を意味する。
用語「担体」は、触媒が固定されている材料を意味する。
用語「焼成する」又は「焼成」は、空気又は酸素中で材料を加熱することを意味する。この定義は、ＩＵＰＡＣによる焼成の定義と一致するものである。（ＩＵＰＡＣ．Ｃｏｍｐｅｎｄｉｕｍ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ，２ｎｄ ｅｄ．（ｔｈｅ「Ｇｏｌｄ Ｂｏｏｋ」）。Ａ．Ｄ．ＭｃＮａｕｇｈｔ ａｎｄ Ａ．Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎが作成。Ｂｌａｃｋｗｅｌｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｏｘｆｏｒｄ（１９９７）。ＸＭＬ、オンライン補正バージョン：ｈｔｔｐ：／／ｇｏｌｄｂｏｏｋ．ｉｕｐａｃ．ｏｒｇ（２００６－）、Ｍ．Ｎｉｃ，Ｊ．Ｊｉｒａｔ，Ｂ．Ｋｏｓａｔａが作成し、更新版はＡ．Ｊｅｎｋｉｎｓが編集。ＩＳＢＮ０－９６７８５５０－９－８．ｄｏｉ：１０．１３５１／ｇｏｌｄｂｏｏｋ．）焼成は、金属塩を分解し、触媒内の金属イオンの交換を促進し、また触媒を担体に付着させるために行われる。焼成に使用される温度は、焼成される材料中の成分によって異なり、概ね約４００℃～約９００℃で約１～８時間である。場合によっては、約１２００℃の温度まで焼成を行うことができる。本明細書に記載されるプロセスを伴う用途では、焼成は、概ね、約４００℃～約７００℃の温度で約１～８時間、好ましくは約４００℃～約６５０℃の温度で約１～４時間行われる。
様々な数値要素の１つの範囲又は複数の範囲が指定されている場合、特に指定しない限り、１つの範囲又は複数の範囲に値を含めることができる。
用語「Ｎ２選択性」は、アンモニアの窒素への変換についての百分率を意味する。
用語「ディーゼル酸化触媒」（ＤＯＣ）、「ディーゼル発熱触媒」（ＤＥＣ）、「ＮＯｘ吸収剤」、「ＳＣＲ／ＰＮＡ」（選択的触媒還元／受動的ＮＯｘ吸着剤）、「コールドスタート触媒」（ＣＳＣ）、及び「三元触媒」（ＴＷＣ）は、燃焼プロセスからの排気ガスを処理するために使用される様々な種類の触媒を説明するために使用される、当該技術分野において周知の用語である。
用語「白金族金属」又は「ＰＧＭ」は、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、及びイリジウムを指す。白金族金属は、好ましくは白金、パラジウム、ルテニウム、又はロジウムである。
用語「下流」及び「上流」は、排気ガスの流れが担体又は物品の入口端から出口端に向かう触媒又は担体の配置方向を説明する。

Claims (12)

  1. 排気ガス浄化システムであって、
    ａ．アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を前記排気ガス中に噴射するための第１のインジェクタと、
    ｂ．入口及び出口を含み、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒及び酸化触媒を含む、ディーゼル微粒子捕集フィルタと、
    ｃ．前記フィルタの下流に位置し、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を前記排気ガス中に噴射するための、第２のインジェクタと、
    ｄ．前記第２のインジェクタの下流に位置し、選択的触媒還元触媒を含む下流触媒と、を含み、
    前記酸化触媒が、前記フィルタの前記出口上にコーティングされており、
    前記下流触媒に入る前記排気ガスが、１０％超のＮＯ ２ ：ＮＯ ｘ 比を有する、
    排気ガス浄化システム。
  2. 前記酸化触媒が、１つ以上の白金族金属を含む、請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
  3. 前記酸化触媒が、白金、パラジウム、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
  4. 前記選択的触媒還元触媒が、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物、又はこれらの混合物を含む、請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
  5. 前記下流触媒が、アンモニア酸化触媒を更に含む、請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
  6. 前記システムが、前記フィルタの上流に位置する上流触媒を更に含み、前記上流触媒は、ディーゼル酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
  7. 排気ガスの浄化方法であって、
    ａ．第１のインジェクタによって、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を、前記排気ガス中に添加することと、
    ｂ．入口及び出口を含み、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒及び酸化触媒を含む、ディーゼル微粒子捕集フィルタに、前記排気ガスを通すことと、
    ｃ．前記フィルタの下流に位置する第２のインジェクタによって、アンモニア又はアンモニアに分解可能な化合物を前記排気ガス中に添加することと、
    ｄ．前記第２のインジェクタの下流に位置し、選択的還元触媒を含む下流触媒に、前記排気ガスを通すことと、を含み、
    前記酸化触媒が、前記フィルタの前記出口上にコーティングされており、
    前記下流触媒に入る前記排気ガスが、１０％超のＮＯ ２ ：ＮＯ ｘ 比を有する、
    方法。
  8. 前記酸化触媒が、１つ以上の白金族金属を含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記酸化触媒が、白金、パラジウム、又はこれらの組み合わせを含む、請求項７に記載の方法。
  10. 前記選択的触媒還元触媒が、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物、又はこれらの混合物を含む、請求項７に記載の方法。
  11. 前記下流触媒が、アンモニア酸化触媒を更に含む、請求項７に記載の方法。
  12. 前記方法が、前記フィルタの上流に位置する上流触媒を更に含み、前記上流触媒は、ディーゼル酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒、又はこれらの組み合わせを含む、請求項７に記載の方法。
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