JPH03210008A - ディーゼル排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼル排ガス処理装置に係り、特に排ガス
中のパティキュレートを効率良く除去するためのフィル
タを備えた装置に関する。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンから排出される排ガス中には、煤、
炭化水素、金属等の微粒子（以下パティキュレートとい
う）が含まれており、これを除去する方法として排気系
にフィルタを設けて捕集する方法が知られている。この
方法では、捕集されるパティキュレートの増加に伴いフ
ィルタの目詰まりを生じ、排気系統において圧力損失が
増加しエンジンへ負荷を与え出力の低下を招くため、何
らかの方法でフィルタを再生する必要がある。

フィルタの再生方法としてバーナ等でパティキュレート
を燃焼除去する方法が知られているが、内燃機関の排気
系統にバーナ等を設置することは装置が複雑かつ大型化
するため望ましくない、また、フィルタの上流側端部に
ヒータエレメントを設け、該ヒータエレメント近傍のフ
ィルタ部分に捕集されたパティキュレートを着火燃焼さ
せ、捕集粒子の自己火炎伝播によって捕集されたパティ
キュレート全てをフィルタの上流側から下流側へと燃焼
消失させる方法があるが、電力費用がかかりすぎる問題
がある。

さらにフィルタに触媒を担持して排ガス温度でパティキ
ュレートを燃焼除去する方法が知られている。フィルタ
に担持する触媒としては白金、パラジウム等の貴金属系
触媒の他に、銅、マンガン。

コバルト、モリブデン、バナジウム、鉄、ナトリウム、
カリウム等の卑金属系触媒も有効とされている。活性を
高めるために貴金属と卑金属とを複数種組合せ、さらに
アルカリ金属及びアルカリ土類金属の化合物や希土類の
化合物を添加した触媒フィルタが多数提案されている（
例えば、特開昭６１−５７２２３号公報、特開昭６０−
７８６４０号公報、特開昭６２−１９３６４８号公報、
特開昭６４−４７４５０号公報、特開昭６０−５４７２
２号公報、特開昭６０−１７２１７号公報、特開昭６３
−６５９２７号公報、特開昭６２−５８７７６号公報、
特開昭６０−２０４９１３号公報、特公昭６０−８８号
公報等）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、パティキュレート中には燃焼する成分（炭素分
）の他に８００℃の高温においても燃焼しない灰分が多
く含まれており、触媒で炭素分を燃焼除去しても長期の
使用では灰分によるフィルタの目詰まりが避けられずフ
ィルタを交換する必要が生じる。そのために高価な貴金
属系触媒を担持したフィルタの交換はコスト高となる。

また卑金属系の触媒は劣化が大きく、耐久性不足の問題
があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、コ
スト面及び耐久性の面で優れたフィルタを備えたディー
ゼル排ガス処理装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、ディーゼル排ガス中のパティキュレート
を除去するためのフィルタとして、卑金属系触媒を担持
した目の細かい第１のフィルタと、貴金属系の触媒を担
持すると共に第１のフィルタよりも目の粗い第２のフィ
ルタとを組合せることによって達成される０、さらに、
そのフィルタの前流側にフィルタに密着させてセラミッ
クハニカム、セラミックフオーム等のセラミック製成形
体を蓄熱体として設けることによって達成される。

また、貴金属系触媒を担持したフィルタを前流側、卑金
属系触媒を担持したフィルタを後流側に設置するとパテ
ィキュレート除去効果がより高くなるので好ましい。

〔作用〕

ディーゼル排ガス中のパティキュレートに含まれる炭素
分は次の反応で燃焼除去される。

Ｃ＋　１　／　２０　ｚ　　→　ＣＯ・・・・・・（１
）ＣＯ＋１／２０！　−Ｃｏ□・・・・・・（２）パテ
ィキュレート中の炭素分は（１）式のように部分酸化さ
れてＣＯを生成する。

次いで（２）式の反応によってＣＯは、さらに酸化され
てＣＯｌに転化する。パティキュレートを捕集するため
のフィルタは通常３５０〜４００℃の温度域に設置され
る。この温度域では（１）及び（２）式の反応速度は遅
い。フィルタ上に触媒が存在するとこれらの反応が促進
させるものと考えられる。

フィルタ上の触媒によって反応（１）及び（２）を効率
良く進めることができれば、その結果生じる反応熱によ
ってパティキュレート中の炭素分の燃焼効率がさらに高
めるので好ましい。

本発明になるフィルタは、目の粗さの異なるフィルタに
貴金属系触媒と卑金属系触媒をそれぞれ担持したフィル
タを組合せており、貴金属系触媒はパティキュレート捕
集率の低い目の粗い（例えば、セル平均径が１ｍよりも
大きい）のフィルタに担持し、卑金属系触媒はパティキ
ュレート捕集率の高い目の細かい（例えば、セル平均径
が１■以下）フィルタに担持している。

このため、貴金属系触媒付フィルタは、主としてパティ
キュレート中の炭素分を効率良く燃焼させ、他方のフィ
ルタに熱を与えてパティキュレート中の炭素分の燃焼を
助ける役割を持つ。卑金属系触媒付フィルタはパティキ
ュレートを完全に捕集すると共に未然状態で飛散してき
たパティキュレート中の炭素分を完全に燃焼除去する役
割を持つ このような機能は、貴金属種触媒を担持した目の粗いフ
ィルタ（第２のフィルタ）を上流側、卑金属種触媒を担
持した目が細かく、パティキュレート捕集率が高いフィ
ルタ（第１のフィルタ）を下流側にそれぞれ配設すれば
、より顕著に発揮される。

これらフィルタの上流側に蓄熱体としてさらにセラミッ
ク類の成形体を設ければ、貴金属系触媒フィルタ部にお
けるパティキュレート炭素分の燃焼を助けるので、フィ
ルタの寿命を高めるのに有効である。

また、卑金属系触媒担持の目の細かいフィルタはパティ
キュレートを完全に捕集する役割を持つため、長期の使
用によりいずれは灰分によって目詰まりを生じる。それ
に対して卑金属系触媒担持の目の細かいフィルタのみ個
別に取替え可能なカートリッジ式にすれば、高価の貴金
属系触媒を担持したフィルタは取替えずに済み、コスト
面でも優れている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明のディーゼル排ガス処理装置の一実施例
を示す概略的構成図である。

このディーゼル排ガス処理装置は、フランジ部５で連結
されたケーシング４内の排ガスの上流側から下流側に蓄
熱体１．目の粗いフィルタからなる第２のフィルタ２、
目の細かいフィルタからなる第１のフィルタ３が順次配
設されている。

ここで、フィルタの材質はコージェライト、ムライト、
ジルコニア、アルミナ、シリカ、チタニア、炭化ケイ素
、窒化ケイ素等の多孔質セラミックが好適であるが、こ
れらに限定されるものではない。目の細かいフィルタ（
第１のフィルタ）３としては、３次元網目状構造のパテ
ィキュレートを捕集する効果が高く圧力損失の低いフィ
ルタが好ましく、セル平均径が１ｍｍ以下のセラミック
フオームが適している。

また、目の粗いフィルタ（第２のフィルタ）２としては
、パティキュレートを捕集効果を具備する必要はなく、
したがって圧力損失の少ない構造であれば特に限定され
ないが、セル平均径が１ｍよりも大きいセラミックフオ
ーム、セラミックハニカム等が好適である。

また目の細かいフィルタ（第１のフィルタ）３に担持す
る触媒成分としては、卑金属系の銅、マンガン、コバル
ト、鉄、ニッケル、バナジウム。

モリブデン、タングステン、ビスマス、ランタン。

セリウム、クロム、ナトリウム、カリウム、カルシウム
、マグネシウム、バリウム、亜鉛、鉛、錫から選ばれた
少なくとも１種の金属の化合物が好適に用いられるが、
これらの混合化合物及び複合化合物でも良い。

また目の粗いフィルタ（第２のフィルタ）２に担持する
触媒成分としては、貴金属系触媒である白金、パラジウ
ム及びロジウムから選ばれた少なくとも１種以上の金属
の化合物が好適であるが、さらに上記の卑金属系触媒の
１種以上を同時に担持してもよい。

各触媒の担持量は、フィルタ１２当たり０．１〜２００
ｇ、好ましくは０．５〜１００ｇが適している。

蓄熱体１は、蓄熱効果のある材質でフィルタへ流入する
排ガスの流れが蓄熱体内を自由に通過できるような通気
性のある構造、例えば、セラミックハニカム、セラミッ
クフオーム等のセラミック成形体が好適である。

なお、本発明において、第１のフィルタ３と、第２のフ
ィルタ２との配置状態は図示のものが１通であるが、逆
の配置状態、すなわち第１のフールタ３を上流側、第２
のフィルタ２を下流ガスに設置しても差し支えない。

次に本発明を試験例によってさらに詳細に説りする。な
お、本実施例及び比較例で用いた触媒フィルタは以下の
ように調整した。

〔フィルタＡ〕

コージェライト質の３次元網目状構造のセラミックフィ
ルタ（セル平均径０．５ｍ＋）を活性アルミナスラリに
浸漬し、１２０°Ｃで４時間乾燥後５００°Ｃで５時間
焼成した。これを硝酸マンガン水渇液に浸漬し、１２０
℃で４時間乾燥後５００″Ｃで２時間焼成し、Ｍｎをフ
ィルタ１１当たり１ｇ担持したフィルタＡを得た。

〔フィルタＢ〕

コージェライト質の３次元綱目状構造のセラミックフィ
ルタ（セル平均径０．５■）を活性アルミナスラリに浸
漬し、１２０°Ｃで４時間乾燥後５゜ＯｏＣで５時間焼
成した。これを硝酸コバルト水溶液に浸漬し、１２０℃
で４時間乾燥後５００″Ｃで２時間焼成し、Ｃｏ担持量
が１ｇ／２のフィルタＢを得た。

〔フィルタＣ〕

住友化学製γ−アルミナハニカム（２００セル／　ｉ　
ｎ　”　）を硝酸パラジウム水溶液に浸漬し、１２０°
Ｃで４時間乾燥後５００°Ｃで２時間焼成した。

これをさらに水蒸気流中で４００℃で２時間還元して、
Ｐｄを２　ｇ／ｌ担持した触媒フィルタＣを得た。

〔フィルタＤ〕

コージェライト質の３次元綱目状構造のセラミックフィ
ルタ（セル平均径２鴎）を活性アルミナスラリに浸漬し
、１２０°Ｃで４時間乾燥後５００°Ｃで５時間焼成し
た。これを硝酸パラジウム水溶液に浸漬し、Ｌ２０℃で
４時間乾燥後５００“Ｃで２時間焼成した。さらに水素
気流中で４００°Ｃで２時間還元して、Ｐｄを２　ｇ／
ｌ！、担持した触媒フィルタＤを得た。

〔フィルタＥ〕

コージェライト質の３次元網目状構造のセラミックフィ
ルタ（セル平均径０．５■）を活性アルミナスラリに浸
漬し、１２０　”Ｃで４時間乾燥後５゜０℃で５時間焼
成した。これを硝酸パラジウム水溶液に浸漬し、ｌ　２
０　”Ｃで４時間乾燥後５００　’Ｃで２時間焼成した
。さらに水素気流中で４００″Ｃで２時間還元して、Ｐ
ｄを２ｇ／２担持した触媒フィルタＥを得た。

〔フィルタＦ〕

住友化学製γ−アルミナハニカム（２００セル／　ｉ　
ｎりを硝酸マンガン水溶液に浸漬し、１２０℃で４時間
乾燥後５００　”Ｃで２時間焼成し、Ｍｎ担持量が１ｇ
／Ｉ！のフィルタＦを得た。

〔フィルタＧ〕

触媒を担持しないコージェライト質の３次元網目状構造
のセラミックフィルタ（セル平均径０．５■）をフィル
タＧとした。

〔ハニカムＨ１フオームＩ〕 蓄熱材のセラミック成形体として、コージェライト製の
４００セル／　ｉ　ｎ　”のハニカムＨ１及びコージェ
ライト製のセル平均径２■のフオーム■を用いた。

これらの触媒フィルタと蓄熱材は、組合せを変えて第２
図に示すような実施例及び比較例のパティキュレート除
去用触媒フィルタとし、下記の試験を行った。

試験例 実施例１〜４及び比較例１〜５のパティキュレート除去
用触媒フィルタについて、第３図に示すパティキュレー
ト除去用フィルタ試験装置を用いて試験を行った。

第３図において、１１はディーゼルエンジン。

１２はガス予熱器、１３は上記したフィルタを設置する
フィルタ部、１４はダスト濃度計、１５は差圧針、２１
はダスト濃度信号線９２２は差圧信号線、３１は煙道で
ある。

このパティキュレート除去用フィルタ試験装置では、ダ
スト濃度計１４によってパティキュレート捕集率を測定
し、差圧計１５によって各フィルタによる圧力損失を測
定できるにょうになっている。試験条件は、フィルタ入
口のガス温度は４゜ＯｏＣで一定とし、圧力損失の経時
変化を測定したフィルタのサイズ： 蓄熱体　　　　　　：５０φ×２０ＩＩＩＩ１１目の粗
いフィルタ　：　５ｏφＸ５０ｍ目の細かいフィルタ：
　５０φＸ６０ｍ第４図及び第５図に実施例１〜４及び
比較例１〜５のフィルタによる圧力損失の経時変化を示
す。

なお、第４図及び第５図中、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ　　Ｅ。

Ｆ、Ｇ、Ｈ，Ｉはそれぞれ実施例１，２，３．４及び比
較例１．２，３，４．５を示す。

図に示したように本発明によるフィルタを用いると従来
のフィルタに比べて耐久性が格段に優れていることが分
かる。

比較例５は圧力損失の上昇は見られないがパティキュレ
ート捕集率が１２．５％に過ぎなかった。

〔発明の効果〕

本発明によるフィルタは、従来のフィルタに比べてパテ
ィキュレート中の炭素分の燃焼が効率良く行われ、耐久
性が格段に向上しており、さらに灰分の目詰まりによる
フィルタの交換も卑金属径触媒を担持したフィルタのみ
の交換で良いので、コスト面でも非常に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のディーゼル排ガス処理装置の一実施例
を示す概略的構成図、第２図は本発明の実施例と比較例
におけるフィルタ構成を示す説明図、第３図はパティキ
ュレート除去用フィルタ試験装置の系統図、第４図及び
第５図は本発明の実施例と比較例のそれぞれのフィルタ
構成による圧力損失と経時時間との関係を示すグラフで
ある。 １・・・・・・蓄熱体、２・・・・・・目の粗いフィル
タ（第２のフィルタ）３・・・・・・目の細かいフィル
タ（第１のフィルタ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディーゼル排ガス中のパティキュレートを除去す
   るためのフィルタを備えたディーゼル排ガス処理装置に
   おいて、卑金属系触媒を担持した目の細かいフィルタか
   らなる第１のフィルタと、貴金属系触媒を担持すると共
   に第１のフィルタよりも目の粗いフィルタからなる第２
   のフィルタとを、排ガスの流れ方向に対して直列に組合
   せて設置したことを特徴とするをディーゼル排ガス処理
   装置。
2. （２）前記第１のフィルタのセル平均径が１ｍｍ以下で
   あることを特徴とする請求項（１）記載のディーゼル排
   ガス処理装置。
3. （３）前記第２のフィルタのセル平均径が１ｍｍよりも
   大きいことを特徴とする請求項（１）記載のディーゼル
   排ガス処理装置。
4. （４）第２のフィルタを排ガス上流側に設置し、第１の
   フィルタを排ガス下流側に設置したことを特徴とする請
   求項（１）記載のディーゼル排ガス処理装置。
5. （５）前記第１のフィルタ及び第２のフィルタよりも排
   ガス上流側に蓄熱可能な構造体を配設したことを特徴と
   する請求項（１）記載のディーゼル排ガス処理装置。
6. （６）前記構造体が、セラミックハニカム、セラミック
   フォーム等のセラミック製成形体であることを特徴とす
   る請求項（５）記載のディーゼル排ガス処理装置。