JPH04354518A - Material and method for purifying exhaust gas - Google Patents
Material and method for purifying exhaust gasInfo
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は排ガス浄化材及びこの排
ガス浄化材を使用した排ガス浄化方法に関し、更に詳し
くは、ディーゼルエンジン等の排ガス中の窒素酸化物(
以下NOx と呼ぶ)と微粒子状炭素物質(以下パティ
キュレートと呼ぶ)とを同時に除去することのできる排
ガス浄化材、及びその排ガス浄化材を使用した排ガス浄
化方法に関する。[Industrial Application Field] The present invention relates to an exhaust gas purifying material and an exhaust gas purifying method using this exhaust gas purifying material, and more specifically to nitrogen oxides (
The present invention relates to an exhaust gas purification material that can simultaneously remove NOx (hereinafter referred to as NOx) and particulate carbon substances (hereinafter referred to as particulates), and an exhaust gas purification method using the exhaust gas purification material.
【0002】0002
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
ディーゼルエンジン等から排出される排ガス中の微粒子
状炭素物質(主として固体状炭素微粒子からなり、パテ
ィキュレートと称される)や、NOX 等が環境衛生上
有害なものとして問題化している。特に、パティキュレ
ートは、平均粒径が0.1 〜1μmで大気中に浮遊し
やすいため、呼吸により人体内に取り込まれやすく、ま
た最近の臨床試験結果では、発ガン性物質をも含んでい
ることが確認されている。[Prior art and problems to be solved by the invention] In recent years,
Particulate carbon substances (mainly composed of solid carbon particles, called particulates), NOx, etc. in exhaust gas emitted from diesel engines and the like have become a problem as harmful to environmental health. In particular, particulates have an average particle size of 0.1 to 1 μm and are easily suspended in the air, so they are easily taken into the human body through breathing, and recent clinical test results indicate that they also contain carcinogenic substances. This has been confirmed.
【0003】パティキュレートの除去方法としては、大
別して以下の2つの方法が検討されている。その一つは
、耐熱性フィルタを用いて排ガスを濾過することにより
パティキュレートを捕捉し、これによる圧力損失が上昇
したらバーナ、電気ヒータ等によって、捕捉したパティ
キュレートを燃焼せしめてフィルタを再生する方法であ
る。用いられる耐熱フィルタとしては、ハニカム型セラ
ミックフィルタ、三次元網目構造を持つフォーム型セラ
ミックフィルタ、スチールウール、ワイヤメッシュ等が
ある。他の一つは、上述したようなフィルタに担持した
触媒の作用で、パティキュレートの濾過操作とともにこ
れを自己燃焼させる方法である。[0003] As methods for removing particulates, the following two methods are being considered. One method is to capture particulates by filtering exhaust gas using a heat-resistant filter, and when the resulting pressure loss increases, the filter is regenerated by burning the captured particulates with a burner, electric heater, etc. It is. Heat-resistant filters that can be used include honeycomb ceramic filters, foam ceramic filters with a three-dimensional network structure, steel wool, wire mesh, and the like. The other method is to filter particulates and self-combust them using the action of a catalyst supported on a filter as described above.
【0004】前者の場合、パティキュレートの除去効果
を高めれば高めるほど圧力損失の上昇が速く、再生頻度
も多くなり、再生に高い信頼性が要求され、しかも経済
的にも不利になると考えられる。これに対して、後者の
方法は、ディーゼルエンジンの排気ガスの排出条件(ガ
ス組成及び温度)において触媒活性を保持しうる触媒が
あれば、はるかに優れた方法と考えられる。In the former case, the higher the particulate removal effect, the faster the rise in pressure loss, the higher the frequency of regeneration, the higher the reliability of regeneration is required, and it is considered to be economically disadvantageous. On the other hand, the latter method is considered to be a much better method if there is a catalyst that can maintain catalytic activity under the exhaust gas emission conditions (gas composition and temperature) of a diesel engine.
【0005】しかしながら、ディーゼルエンジンは燃料
として軽油を用いるため、排ガス中にSO2 を多く含
み、また、ディーゼルエンジンの運転状況によって、排
ガス中の酸素濃度が2〜20%の広範囲に変化する。こ
のような排ガス条件下で、蓄積したパティキュレートを
良好に着火燃焼し、しかも二次公害を起こさない排ガス
浄化フィルタの再生方法はまだ確立されていない。たと
えば、これまでに提案されたディーゼルエンジン等の排
ガス中のパティキュレートの浄化用触媒としては、貴金
属系、卑金属系のものがあるが、貴金属系の触媒は、耐
久性や、COや未燃焼の炭化水素(以下炭化水素をHC
と呼ぶ)等の酸化特性が高い反面、排ガス中に存在する
SO2 をSO3 に転化しやすく、二次公害を生む可
能性が高い。
またパティキュレート中の煤分の燃焼特性を低下させる
欠点もある。一方、卑金属系の触媒は、パティキュレー
トの浄化触媒としては効果があるが、耐久性の点で問題
がある。However, since diesel engines use light oil as fuel, the exhaust gas contains a large amount of SO2, and the oxygen concentration in the exhaust gas varies over a wide range of 2 to 20% depending on the operating conditions of the diesel engine. Under such exhaust gas conditions, a method for regenerating an exhaust gas purification filter that satisfactorily ignites and burns the accumulated particulates and does not cause secondary pollution has not yet been established. For example, catalysts that have been proposed to purify particulates in exhaust gas from diesel engines include those based on noble metals and base metals. Hydrocarbon (hereinafter referred to as HC)
Although it has high oxidizing properties such as (referred to as ), it is easy to convert SO2 present in exhaust gas into SO3, and there is a high possibility that it will cause secondary pollution. It also has the disadvantage that the soot in the particulates deteriorates the combustion characteristics. On the other hand, base metal catalysts are effective as particulate purification catalysts, but have problems in terms of durability.
【0006】また、これまでに提案された排ガス浄化触
媒や浄化材のほとんどは、パティキュレートの着火温度
を低下させることに主眼がおかれ、排ガス中の酸素濃度
が一般に高いか、又は酸素濃度が大きく変化するような
ディーゼルエンジン等の排ガスでは、それに含まれるN
Ox の除去は未解決のまま残されている。[0006] Furthermore, most of the exhaust gas purification catalysts and purification materials that have been proposed so far have focused on lowering the ignition temperature of particulates, and the oxygen concentration in the exhaust gas is generally high or the oxygen concentration is low. In exhaust gas from diesel engines, etc., which fluctuates greatly, the N contained in it
Ox removal remains an open question.
【0007】従って本発明の目的は、ディーゼルエンジ
ン等が排出するような酸素濃度変化の大きい排ガス中に
含まれるパティキュレートを効率的に燃焼除去し、同時
にNOx をも効果的に除去できる排ガス浄化材及び排
ガス浄化方法を提供することである。[0007] Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying material that can efficiently burn and remove particulates contained in exhaust gas with large changes in oxygen concentration, such as those emitted by diesel engines, and at the same time, can also effectively remove NOx. and to provide an exhaust gas purification method.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、耐熱性のある多孔性フィルタ上に
設けた多孔質のセラミック層上に、アルカリ金属元素と
、特定の遷移金属元素と、希土類金属元素とからなる触
媒を担持してなる浄化材を用いれば、酸素濃度が大きく
変化する排ガスでも効率良くパティキュレートとNOx
とを同時に除去することができ、かつその除去能力も
長時間持続することを発見し、本発明を完成した。[Means for Solving the Problems] In view of the above problems, as a result of intensive research, the present inventor has developed an alkali metal element and a specific transition layer on a porous ceramic layer provided on a heat-resistant porous filter. By using a purifying material that supports a catalyst made of metal elements and rare earth metal elements, particulates and NOx can be efficiently removed even in exhaust gas where the oxygen concentration varies greatly.
The present invention has been completed based on the discovery that it is possible to simultaneously remove and maintain the removal ability for a long time.
【0009】すなわち、本発明の排ガス浄化材は、耐熱
多孔性フィルタ上に設けた多孔質のセラミック層上に、
(a) アルカリ金属元素と、(b)Co元素及び/又
はMn元素と、(c) V元素と、(d) 希土類元素
とからなる触媒を担持してなることを特徴とする。That is, the exhaust gas purifying material of the present invention has a porous ceramic layer provided on a heat-resistant porous filter.
It is characterized by supporting a catalyst consisting of (a) an alkali metal element, (b) a Co element and/or a Mn element, (c) a V element, and (d) a rare earth element.
【0010】また本発明の排ガス浄化方法は、前記排ガ
ス浄化材を用い、前記フィルタに担持した触媒によって
排ガス中のパティキュレートを還元剤として窒素酸化物
を還元することを特徴とする。[0010] Furthermore, the exhaust gas purification method of the present invention is characterized in that nitrogen oxides are reduced by using the exhaust gas purifying material and using particulates in the exhaust gas as a reducing agent by a catalyst supported on the filter.
【0011】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
用いるフィルタは、高温の排ガスを濾過するものである
ため、そのフィルタ形成材料としては、多孔性で耐熱性
、特に耐熱衝撃特性の高いものを用いる。しかも必要な
パティキュレート捕集性能を保有しつつ、圧力損失が許
容範囲内であることが必要である。そのようなフィルタ
形成材料としては、アルミナ、シリカ、チタニア、ジル
コニア、シリカ−アルミナ、アルミナ−ジルコニア、ア
ルミナ−チタニア、シリカ−チタニア、シリカ−ジルコ
ニア、チタニア−ジルコニア、ムライト、コージェライ
ト等のセラミックスが挙げられる。The present invention will be explained in detail below. Since the filter used in the present invention filters high-temperature exhaust gas, a material that is porous and has high heat resistance, particularly thermal shock resistance, is used as the material for forming the filter. Moreover, it is necessary that the pressure loss be within an allowable range while maintaining the necessary particulate collection performance. Examples of such filter forming materials include ceramics such as alumina, silica, titania, zirconia, silica-alumina, alumina-zirconia, alumina-titania, silica-titania, silica-zirconia, titania-zirconia, mullite, and cordierite. It will be done.
【0012】フィルタのポロシティは40〜80%であ
るのが良い。またフィルタとしては公知のハニカム型や
フォーム型のものを使用できる。フィルタの形状と大き
さは、目的に応じて種々変更することができる。フォー
ム型のフィルタを用いる場合には、一般に円筒形に形成
し、その直径は30〜400mm 、厚さは50〜30
0 mmとするのが好ましい。また必要に応じて、複数
枚積層してもよい。[0012] The porosity of the filter is preferably 40 to 80%. Further, as the filter, a well-known honeycomb type or foam type filter can be used. The shape and size of the filter can be varied depending on the purpose. When using a foam type filter, it is generally formed into a cylindrical shape, with a diameter of 30 to 400 mm and a thickness of 50 to 30 mm.
It is preferable to set it to 0 mm. Moreover, if necessary, a plurality of sheets may be laminated.
【0013】上記のフィルタに担持する触媒としては、
(a) アルカリ金属(Li 、Na、K 、Cs等)
と、(b) Co元素及び/又はMn元素と、(c)
V元素と、(d) 希土類元素(Ce 、La、Nd、
Sm等) とからなるものを用いる。(a) アルカリ
金属としては、特にナトリウム、カリウム、及びセシウ
ムのうちの少なくとも1種を用いるのが好ましい。
中でもセシウムを用いると、プロパンなどの飽和炭化水
素を含め、どの未燃焼のHCもNOx と反応し、その
結果非常に良好なNOx の除去を行うことができる。
これは、セシウムの存在によりNOx と炭化水素の反
応選択性が高くなり、排ガス中の酸素と炭化水素との反
応が抑制されるためであると考えられる。また、(d)
希土類金属としては、セリウム、ランタン、ネオジウム
等を用いるのが好ましく、また、これらの希土類金属の
混合物であるミッシュメタルを用いることもできる。[0013] The catalyst supported on the above filter is as follows:
(a) Alkali metals (Li, Na, K, Cs, etc.)
(b) Co element and/or Mn element, (c)
V element and (d) rare earth elements (Ce, La, Nd,
Sm, etc.) is used. (a) As the alkali metal, it is particularly preferable to use at least one of sodium, potassium, and cesium. Among them, when using cesium, any unburned HC, including saturated hydrocarbons such as propane, reacts with NOx, resulting in very good NOx removal. This is thought to be because the presence of cesium increases the selectivity of the reaction between NOx and hydrocarbons, suppressing the reaction between oxygen in the exhaust gas and hydrocarbons. Also, (d)
As the rare earth metal, cerium, lanthanum, neodymium, etc. are preferably used, and misch metal, which is a mixture of these rare earth metals, can also be used.
【0014】上記の触媒各成分(a) 、(b) 、(
c) 及び(d) の配合量は、それぞれの金属単体と
して計算した場合、重量比で、(a) が10〜50%
、(b) が15〜75%、(c) が15〜75%、
(但し(b) +(c) が30〜90%)、(d)
が10〜50%とするのがよい。アルカリ金属について
は、10重量%未満、または50重量%を超えるとパテ
ィキュレートとNOx の同時除去特性は低下する。ま
た、(b)成分が15重量%未満ではパティキュレート
の着火特性は低下し、また、75重量%を超えるとHC
によるNOx の低減特性が低下する。さらに、(c)
成分が15重量%未満では耐硫黄特性が低下し、また
75重量%を超えるとNOx とパティキュレートの同
時除去特性が低下する。(d)成分(希土類金属元素)
については、10重量%未満、または50重量%を超え
るとNOx とパティキュレートの同時除去特性は低下
する。好ましい組成範囲は、(a)が15〜30%、(
b) が20〜50%、(c) が20〜50%、(但
し(b) +(c) が40〜80%)、(d) が1
5〜30%である。Each of the above catalyst components (a), (b), (
The blending amount of c) and (d) is 10 to 50% by weight when calculated as each metal alone.
, (b) is 15-75%, (c) is 15-75%,
(However, (b) + (c) is 30-90%), (d)
is preferably 10 to 50%. As for alkali metals, if the amount is less than 10% by weight or more than 50% by weight, the particulate and NOx removal properties will deteriorate. In addition, if component (b) is less than 15% by weight, the ignition characteristics of particulates will deteriorate, and if it exceeds 75% by weight, HC
The NOx reduction characteristics due to this decrease. Furthermore, (c)
If the content of the component is less than 15% by weight, the sulfur resistance property will be reduced, and if it exceeds 75% by weight, the simultaneous removal property of NOx and particulates will be reduced. (d) Component (rare earth metal element)
If the amount is less than 10% by weight or more than 50% by weight, the simultaneous removal properties of NOx and particulates will deteriorate. The preferred composition range is 15 to 30% of (a), (
b) is 20-50%, (c) is 20-50% (however, (b) + (c) is 40-80%), (d) is 1
It is 5-30%.
【0015】上述の構成の触媒を用いることによって、
比較的低温で排ガス中のパティキュレートを着火燃焼さ
せることができるとともに、NOx の除去を効果的に
行うことができる。すなわち、フィルタ内で排ガス中の
パティキュレートが上記触媒元素及び酸素と共存するこ
とによって着火温度が下がり、パティキュレートが40
0 ℃以下で燃焼(酸化)される。また、それと同時に
、パティキュレートが還元剤として作用してNOx を
還元し、排ガスが効果的に浄化される。このように、比
較的低温でNOx の還元が効率よく起こるのは、排ガ
ス中のパティキュレートと上記の触媒成分(a) 、(
b) 、(c) 及び(d) が同時に存在することに
よる相乗効果によるものと思われる。本発明では遷移元
素として上述の(b) 及び(c)元素を選定している
が、これにより、従来のCu系の触媒に見られたような
耐久性の低下はなく、長期にわたる安定したNOx の
除去が可能となる。[0015] By using the catalyst having the above structure,
Particulates in exhaust gas can be ignited and burned at a relatively low temperature, and NOx can be effectively removed. In other words, particulates in the exhaust gas coexist with the catalyst element and oxygen in the filter, lowering the ignition temperature and reducing the particulates to 40%.
Burns (oxidizes) below 0°C. At the same time, the particulates act as a reducing agent to reduce NOx, thereby effectively purifying the exhaust gas. In this way, NOx reduction occurs efficiently at relatively low temperatures because of the particulates in the exhaust gas and the catalyst components (a) and (
This is thought to be due to the synergistic effect caused by the simultaneous presence of b), (c) and (d). In the present invention, the above-mentioned elements (b) and (c) are selected as transition elements, and as a result, there is no decrease in durability as seen in conventional Cu-based catalysts, and stable NOx can be produced over a long period of time. can be removed.
【0016】ところで、ディーゼルエンジンなどの排ガ
スは通常未燃焼の炭化水素(HC)を100〜500p
pm 程度含有するが、このHCとしては、プロパン、
プロピレン、アセチレン、エチレン等が含まれる。これ
までに提案されているCuが触媒活性種として単独で存
在するような触媒(例えば特開昭63−100919号
)では、未燃焼のHCがプロピレンやアセチレン等の不
飽和結合を有するものである場合には、このHCを還元
剤としてNOxを還元する浄化がある程度効果的であっ
たが、プロパン等の飽和炭化水素を還元剤とする反応活
性は低く、NOx の還元除去は十分とは言い難い。し
かしながら、上述した組成の触媒を用いると、プロパン
等の飽和炭化水素でも、これを還元剤としてNOx を
効率良く還元することができるようになり、これまでの
触媒に比して格段に優れたNOx の浄化を行うことが
できる。[0016] By the way, exhaust gas from diesel engines usually contains 100 to 500 p of unburned hydrocarbons (HC).
pm, but this HC includes propane,
Includes propylene, acetylene, ethylene, etc. In the catalysts proposed so far in which Cu exists alone as a catalytically active species (for example, JP-A-63-100919), unburned HC has unsaturated bonds such as propylene and acetylene. In some cases, purification by reducing NOx using HC as a reducing agent has been effective to some extent, but the reaction activity using saturated hydrocarbons such as propane as a reducing agent is low, and the reduction and removal of NOx cannot be said to be sufficient. . However, by using a catalyst with the composition described above, even saturated hydrocarbons such as propane can be used as a reducing agent to efficiently reduce NOx, resulting in significantly superior NOx emissions compared to conventional catalysts. can be purified.
【0017】上述した触媒の耐熱多孔性フィルタへの担
持は、フィルタ上に、フィルタより多孔性で表面積の大
きいセラミックスからなる担体層を形成した後、この担
体層に触媒を担持する。担体層を形成する材料としては
、アルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカ、チタニア
−アルミナ、アルミナ−ジルコニア、アルミナ−シリカ
、チタニア−シリカ、チタニア−ジルコニア等の多孔性
で表面積の大きいセラミックスを用いるのがよい。[0017] In order to support the above-mentioned catalyst on the heat-resistant porous filter, a carrier layer made of ceramics which is more porous and has a larger surface area than the filter is formed on the filter, and then the catalyst is supported on this carrier layer. As the material for forming the carrier layer, it is preferable to use ceramics that are porous and have a large surface area, such as alumina, titania, zirconia, silica, titania-alumina, alumina-zirconia, alumina-silica, titania-silica, and titania-zirconia. .
【0018】担体層の量は、セラミックフィルタの場合
、フィルタの3〜15重量%、好ましくは5〜12重量
%とする。また、触媒活性種(上記した(a) 〜(d
) 成分)は、その合計が前記担体層の1〜40重量%
、好ましくは5〜30重量%とする。[0018] The amount of carrier layer is, in the case of ceramic filters, between 3 and 15% by weight of the filter, preferably between 5 and 12%. In addition, catalytically active species ((a) to (d) described above)
) Components) have a total content of 1 to 40% by weight of the carrier layer.
, preferably 5 to 30% by weight.
【0019】なお、セラミックスからなる担体層の形成
は、ウォッシュコート法やゾル−ゲル法等により行うこ
とができる。ウォッシュコート法は、上記した多孔性の
セラミックスのスラリー中にフィルタを浸漬し、乾燥す
ることによりフィルタ上に担体層を形成する方法である
。The carrier layer made of ceramics can be formed by a wash coat method, a sol-gel method, or the like. The wash coat method is a method in which a carrier layer is formed on the filter by immersing the filter in the above-mentioned porous ceramic slurry and drying it.
【0020】また、ゾル−ゲル法による担体層の形成は
以下の通り行う。担体層用セラミックスを形成する金属
の有機塩(例えばアルコキシド)を加水分解し、得られ
たゾルをフィルタにコーティングし、水蒸気等との接触
によりコロイド粒子の膜を生成させた後、乾燥、焼成し
て触媒の担体層をフィルタ上に形成する。例えば、担体
層用セラミックスとしてチタニア(TiO2 )を用い
る場合、まずTiのアルコキシド(例えば、Ti(O−
isoC3 H7 )4 )のアルコール溶液に、CH
3 COOH、HNO3 、HCl等の酸を加えたコー
ティング液を生成する。このコーティング液にフィルタ
を浸漬し、引き上げた後、水蒸気あるいは水と反応させ
てゲル化を行う。次いで、フィルタを乾燥、焼成すれば
、フィルタの空孔表面にチタニアの膜が形成される。ゾ
ル−ゲル法において、ゲル化の際の加水分解反応の触媒
として酸を添加するが、酸の代わりにアルカリを添加し
ても、加水分解反応を促進することができる。[0020] Furthermore, the formation of the carrier layer by the sol-gel method is carried out as follows. The organic salt of the metal (e.g. alkoxide) that forms the ceramic for the carrier layer is hydrolyzed, the resulting sol is coated on a filter, a film of colloidal particles is generated by contact with water vapor, etc., and then dried and fired. to form a catalyst carrier layer on the filter. For example, when titania (TiO2) is used as the ceramic for the carrier layer, first a Ti alkoxide (e.g., Ti(O-
CH
3. A coating liquid is produced by adding acids such as COOH, HNO3, and HCl. After immersing the filter in this coating liquid and pulling it out, it is reacted with steam or water to form a gel. Next, when the filter is dried and fired, a titania film is formed on the pore surface of the filter. In the sol-gel method, an acid is added as a catalyst for the hydrolysis reaction during gelation, but the hydrolysis reaction can also be promoted by adding an alkali instead of the acid.
【0021】なお、以上において担体層用セラミックス
としてチタニアを例に説明したが、それ以外のセラミッ
クの場合でも、同様にゾル−ゲル法により担持すること
ができる。例えば、アルミナの担体層とする場合は、ア
ルミニウムのアルコキシドを用い、上述のチタニアの場
合と同様の方法で行う。その他の多孔質担体を用いると
きも同様である。Although titania has been described above as an example of the ceramic for the carrier layer, other ceramics can be similarly supported by the sol-gel method. For example, when forming an alumina carrier layer, aluminum alkoxide is used in the same manner as in the case of titania described above. The same applies when using other porous carriers.
【0022】上述のウォッシュコート法又はゾル−ゲル
法等により、セラミックスからなる多孔性の担体層をフ
ィルタ上に形成したら、次に、触媒活性種の炭酸塩、硝
酸塩、酢酸塩、水酸化物などの水溶液を担体層に含浸し
て、再び乾燥、焼成して触媒の担持を行う。なお、触媒
活性金属種の塩としては、水に溶解するものであれば、
上述した通り炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、水酸化物等、ど
のような種類のものでも用いることができる。Vの担持
では、NH4 VO3としゅう酸の溶液を用いることが
できる。またアルカリのバナジン酸塩を用い、アルカリ
金属とVとを同時に担体することもできる。[0022] After forming a porous carrier layer made of ceramics on the filter by the above-mentioned wash coat method or sol-gel method, next, catalytically active species such as carbonate, nitrate, acetate, hydroxide, etc. The carrier layer is impregnated with an aqueous solution of , dried and calcined again to support the catalyst. In addition, as salts of catalytically active metal species, as long as they are soluble in water,
As mentioned above, any type of salt such as carbonate, nitrate, acetate, hydroxide, etc. can be used. For supporting V, a solution of NH4VO3 and oxalic acid can be used. Furthermore, an alkali metal and V can be simultaneously supported using an alkali vanadate.
【0023】本発明の方法では、上述した排ガス浄化材
を用いて排ガス中のNOx をHCにより還元除去する
が、排ガス中のHCは主としてメタン、エチレン、アセ
チレン等からなるので、NOx 還元温度は200〜5
00℃、好ましくは250〜450℃とする。反応温度
が高すぎると、HC自身の燃焼が生じ、NOx の還元
特性が低下する。なお、本発明では、排ガス中に還元剤
として作用するHCが少ない場合には、NOx を還元
するに必要十分な量のプロパン、プロピレン等のHCを
強制的に導入することも可能である。[0023] In the method of the present invention, NOx in the exhaust gas is reduced and removed by HC using the above-mentioned exhaust gas purifying material. Since HC in the exhaust gas mainly consists of methane, ethylene, acetylene, etc., the NOx reduction temperature is 200°C. ~5
00°C, preferably 250-450°C. If the reaction temperature is too high, combustion of HC itself will occur, reducing the NOx reduction properties. In the present invention, if there is little HC in the exhaust gas that acts as a reducing agent, it is also possible to forcibly introduce HC such as propane or propylene in an amount necessary and sufficient to reduce NOx.
【0024】[0024]
【実施例】本発明を以下の具体的実施例によりさらに詳
細に説明する。
実施例1
コージェライト製セラミックフォーム(見かけの体積2
リットル、密度0.65g/ml)に、ウォッシュコー
ト法によりTiO2 をフィルタに対して10%(重量
%、以下同じ) コートした。得られたフィルタに、C
oCl2 、La(NO 3 ) 3 及びCsNO3
の水溶液を用いてCo、La及びCsをそれぞれTi
O2 に対して2.5 %(金属ベース、以下同じ)含
浸し、乾燥後、700 ℃で焼成した。次いで、上記で
得られたフィルタをNH4 VO3 としゅう酸の混合
水溶液に浸漬し、Vを2.5 %含浸した。このフィル
タを乾燥後、再び700 ℃で3時間焼成し、浄化材を
得た。EXAMPLES The present invention will be explained in more detail with reference to the following specific examples. Example 1 Cordierite ceramic foam (apparent volume 2
The filter was coated with 10% (weight %, same hereinafter) of TiO2 by wash coating method. To the obtained filter, C
oCl2, La(NO3)3 and CsNO3
Using an aqueous solution of Co, La and Cs, respectively
It was impregnated with 2.5% O2 (metal base, same hereinafter), dried, and fired at 700°C. Next, the filter obtained above was immersed in a mixed aqueous solution of NH4 VO3 and oxalic acid to impregnate it with 2.5% V. After drying this filter, it was fired again at 700°C for 3 hours to obtain a purifying material.
【0025】この浄化材について、排気量510 cc
のディーゼルエンジンを用い、パティキュレートが着火
燃焼してフィルタが再生されるときの温度(圧力損失の
低下するときの温度) と、そのときのNOx の転化
率を求めた。
なお、この再生温度及びNOxの転化率は、浄化材の使
用初期(初めて圧力損失の低下が観測された時)と、浄
化材を使用して10時間経過した時点での圧力損失の低
下時の2点において求めた。エンジンの運転は、回転数
を1500rpm とし、負荷90%とした。この運転
条件での排ガス中のHCは全炭化水素の合計で90pp
m 、COは460ppm、NOx は480 ppm
、O2 は10%、及びSO2 は200 ppm
であった。結果を表1に示す。[0025] Regarding this purifying material, the displacement is 510 cc.
Using a diesel engine, the temperature at which particulates ignite and burn and the filter is regenerated (temperature at which pressure loss decreases) and the NOx conversion rate at that time were determined. The regeneration temperature and NOx conversion rate are the same at the beginning of the use of the purifying material (when a decrease in pressure loss is observed for the first time) and at the time when the pressure drop decreases after 10 hours of using the purifying material. It was calculated at two points. The engine was operated at a rotational speed of 1500 rpm and a load of 90%. Under these operating conditions, the total amount of HC in the exhaust gas is 90pp of all hydrocarbons.
m, CO is 460 ppm, NOx is 480 ppm
, O2 10%, and SO2 200 ppm
Met. The results are shown in Table 1.
【0026】実施例2〜8
実施例1と同様にしてフォームフィルタにTiO2 を
10%コートし、CoCl2 、Ce(NO3 ) 3
及びCsNO3 の各水溶液を用いてCo、Ce及び
CsをTiO2 層に対して2.5%ずつ含浸し、実施
例1と同様に乾燥及び焼成した。次に、実施例1と同様
の方法によりVを2.5 %担持し、Co、Cs、Ce
及びVからなる触媒を担持した浄化材を得た(実施例2
)。Examples 2 to 8 A foam filter was coated with 10% TiO2 in the same manner as in Example 1, and CoCl2, Ce(NO3)3
The TiO2 layer was impregnated with 2.5% each of Co, Ce and Cs using aqueous solutions of Co, Ce and CsNO3, and dried and fired in the same manner as in Example 1. Next, 2.5% of V was supported by the same method as in Example 1, and Co, Cs, Ce
A purifying material supporting a catalyst consisting of and V was obtained (Example 2
).
【0027】同様に、CoCl2 、La(NO3 )
3 、及び KClの各水溶液及びNH4 VO3
水溶液を用い、Co、La、K及びVをそれぞれTiO
2 に対して2.5 %担持した浄化材を得た(実施例
3)。Similarly, CoCl2, La(NO3)
3, and each aqueous solution of KCl and NH4 VO3
Using an aqueous solution, Co, La, K and V were each added to TiO
A purifying material with a loading of 2.5% on 2 was obtained (Example 3).
【0028】さらに、CoCl2 、Ce(NO3 )
3 、 KCl及びNH4 VO3 水溶液を用い、
Co、Ce、K及びVを各2.5 %担持した浄化材を
得た(実施例4)。Furthermore, CoCl2, Ce(NO3)
3. Using KCl and NH4VO3 aqueous solution,
A purifying material carrying 2.5% each of Co, Ce, K and V was obtained (Example 4).
【0029】さらにまた、CoCl2 の代わりに酢酸
マンガンを用い、実施例1又は実施例2と同様にして、
以下の触媒活性種を有する浄化材を作製した。なお、各
触媒活性種の配合量は、それぞれの金属成分が2.5
%となるようにした。
実施例5:Cs/Mn/V/La
実施例6:Cs/Mn/V/Ce
実施例7:K/Mn/V/La
実施例8:K/Mn/V/CeFurthermore, in the same manner as in Example 1 or 2, using manganese acetate instead of CoCl2,
A purifying material having the following catalytically active species was prepared. The amount of each catalytically active species is 2.5% of each metal component.
%. Example 5: Cs/Mn/V/La Example 6: Cs/Mn/V/Ce Example 7: K/Mn/V/La Example 8: K/Mn/V/Ce
【0030】得られた各浄化材について、実施例1と同
様にして再生温度とNOx の浄化率を求めた。結果を
表1に示す。For each of the obtained purifying materials, the regeneration temperature and NOx purification rate were determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
【0031】比較例1〜8
実施例1と同様のコージェライト製フォームフィルタを
用い、ウォッシュコート法によりTiO2 をフィルタ
に対して10%担持した。得られたフィルタに対して、
La(NO3 ) 3 、CoCl2 又は酢酸マンガ
ン、CsNO3 又は KCl水溶液を用いて、以下に
示す金属種を担持した浄化材を作成した。各金属の担持
方法は、実施例1と同様とし、また担持の量は、それぞ
れ2.5 %(金属成分について)とした。比較例1:
Cs/Co/La
比較例2:Cs/Co/Ce
比較例3:K/Co/La
比較例4:K/Co/Ce
比較例5:Cs/Mn/La
比較例6:Cs/Mn/Ce
比較例7:K/Mn/La
比較例8:K/Mn/CeComparative Examples 1 to 8 Using the same cordierite foam filter as in Example 1, 10% TiO2 was supported on the filter by the wash coating method. For the obtained filter,
A purification material supporting the following metal species was prepared using La(NO3)3, CoCl2, manganese acetate, CsNO3, or KCl aqueous solution. The method of supporting each metal was the same as in Example 1, and the amount of each metal supported was 2.5% (for metal components). Comparative example 1:
Cs/Co/La Comparative example 2: Cs/Co/Ce Comparative example 3: K/Co/La Comparative example 4: K/Co/Ce Comparative example 5: Cs/Mn/La Comparative example 6: Cs/Mn/Ce Comparative example 7: K/Mn/La Comparative example 8: K/Mn/Ce
【0032】得られた浄化材について、実施例1と同様
に再生温度及びNOx除去率を求めた。結果を表1に示
す。[0032] Regarding the obtained purifying material, the regeneration temperature and NOx removal rate were determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
【0033】
表1
初期(1)
10 時間後(2) 例No. 再生温
度(3) NOx 浄化率(4) 再生温
度(3) NOx 浄化率(4) 実施例1 3
90 15
390 18 実施例2
395 12
395 15 実
施例3 410 10
410 14
実施例4 410 10
410 14
実施例5 410
14 410
18 実施例6 415
12 415
16 実施例7 42
0 10
420 14 実施例8
420 10
420 14 比較
例1 340 25
420 12
比較例2 360 20
430 12
比較例3 370
18 440
10 比較例4 370
18 450
10 比較例5 370
24 4
20 12 比較例6
375 20
430 12 比較例
7 380 18
440 10
比較例8 380 18
450 10
表1注(1) :初めての圧力損失の低下が
観測された時点。
(2) :ガスをフィルタに通過し始めてから10時間
経過した時点での圧力損失の低下時。
(3) :単位は℃
(4) :フィルタ通過前と、通過後の排ガス中のNO
x 量から計算したNOxの浄化率(%)[0033]
Table 1
Early (1)
After 10 hours (2) Example No. Regeneration temperature (3) NOx purification rate (4) Regeneration temperature (3) NOx purification rate (4) Example 1 3
90 15
390 18 Example 2
395 12
395 15 Example 3 410 10
410 14
Example 4 410 10
410 14
Example 5 410
14 410
18 Example 6 415
12 415
16 Example 7 42
0 10
420 14 Example 8
420 10
420 14 Comparative example 1 340 25
420 12
Comparative example 2 360 20
430 12
Comparative example 3 370
18 440
10 Comparative Example 4 370
18 450
10 Comparative Example 5 370
24 4
20 12 Comparative example 6
375 20
430 12 Comparative example 7 380 18
440 10
Comparative example 8 380 18
450 10
Table 1 Note (1): The point at which the first decrease in pressure loss was observed. (2): When the pressure loss decreases 10 hours after gas starts passing through the filter. (3) : Unit is °C (4) : NO in exhaust gas before and after passing through the filter
NOx purification rate (%) calculated from x amount
【0034】表1から明らかなように、本実施例の排ガ
ス浄化材は、使用開始から10時間経過しても比較例に
比して高いNOx 浄化率を有する。またその時のフィ
ルタの再生温度(パティキュレートが着火燃焼される温
度)も低く、良好な排ガスの浄化が行われたのがわかる
。As is clear from Table 1, the exhaust gas purification material of this example has a higher NOx purification rate than that of the comparative example even after 10 hours from the start of use. It can also be seen that the filter regeneration temperature (the temperature at which particulates are ignited and burned) at that time was low, indicating that the exhaust gas was well purified.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の排ガス浄
化材を用いれば、排ガス中のパティキュレートと窒素酸
化物との双方が効果的に除去される。また、ディーゼル
エンジン等の比較的低温の排ガスであっても、その浄化
は効率よく行われる。As explained above, by using the exhaust gas purifying material of the present invention, both particulates and nitrogen oxides in the exhaust gas can be effectively removed. Further, even relatively low-temperature exhaust gas from a diesel engine or the like can be efficiently purified.
【0036】本発明の浄化材は、まず、ウォッシュコー
ト法やゾル−ゲル法等によって多孔質のセラミック層を
フィルタ上に形成し、そのセラミック層に触媒を担持し
てなるので、フィルタ上に高濃度で均一に触媒が担持さ
れ、良好な排ガス浄化能が得られる。In the purifying material of the present invention, a porous ceramic layer is first formed on a filter by a wash coat method or a sol-gel method, and a catalyst is supported on the ceramic layer. The catalyst is supported at a uniform concentration, resulting in good exhaust gas purification performance.
【0037】また、本発明の浄化材は、触媒中に、遷移
金属としてCo及び/又はMnと、Vとを含んでいるの
で、SO2 濃度が高い排ガスでもその浄化特性を低下
させることなく、長期にわたって良好なNOx とパテ
ィキュレートの同時除去を行うことができる。本発明の
浄化材は、ディーゼルエンジン等の排ガスの浄化に好適
である。Furthermore, since the purifying material of the present invention contains Co and/or Mn and V as transition metals in the catalyst, it can be used for a long period of time without deteriorating its purifying properties even in exhaust gas with a high SO2 concentration. It is possible to perform good simultaneous removal of NOx and particulates over the entire range. The purifying material of the present invention is suitable for purifying exhaust gas from diesel engines and the like.
Claims (3)
のセラミック層上に触媒を担持してなる排ガス浄化材で
あって、前記触媒が(a) アルカリ金属元素と、(b
)Co元素及び/又はMn元素と、(c) V元素と、
(d) 希土類元素とからなることを特徴とする排ガス
浄化材。1. An exhaust gas purifying material comprising a catalyst supported on a porous ceramic layer provided on a heat-resistant porous filter, wherein the catalyst comprises (a) an alkali metal element; and (b)
) Co element and/or Mn element; (c) V element;
(d) An exhaust gas purification material characterized by comprising a rare earth element.
て、前記セラミック層がTiO2 であることを特徴と
する排ガス浄化材。2. The exhaust gas purifying material according to claim 1, wherein the ceramic layer is made of TiO2.
を用いて排気ガスを浄化する方法であって、前記フィル
タに担持した触媒によって排ガス中のパティキュレート
を還元剤として窒素酸化物を還元することを特徴とする
排ガス浄化方法。3. A method for purifying exhaust gas using the exhaust gas purifying material according to claim 1 or 2, wherein nitrogen oxides are reduced using particulates in the exhaust gas as a reducing agent by a catalyst supported on the filter. An exhaust gas purification method characterized by:
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3155206A JPH04354518A (en) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | Material and method for purifying exhaust gas |
GB9211457A GB2256375B (en) | 1991-05-31 | 1992-05-29 | Exhaust gas cleaner and method of cleaning exhaust gas |
US07/891,180 US5290530A (en) | 1991-05-31 | 1992-05-29 | Method of cleaning exhaust gas |
DE4218060A DE4218060A1 (en) | 1991-05-31 | 1992-06-01 | EXHAUST GAS CLEANER AND METHOD FOR CLEANING EXHAUST GAS |
US07/993,091 US5320999A (en) | 1991-05-31 | 1992-12-18 | Exhaust gas cleaner and method of cleaning exhaust gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3155206A JPH04354518A (en) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | Material and method for purifying exhaust gas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04354518A true JPH04354518A (en) | 1992-12-08 |
Family
ID=15600827
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3155206A Pending JPH04354518A (en) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | Material and method for purifying exhaust gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04354518A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006205091A (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-10 | Takuma Co Ltd | Denitration catalyst and exhaust gas treating method |
JP2008515633A (en) * | 2004-10-13 | 2008-05-15 | ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド | Catalyst-added diesel smoke filter and its use |
-
1991
- 1991-05-31 JP JP3155206A patent/JPH04354518A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008515633A (en) * | 2004-10-13 | 2008-05-15 | ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド | Catalyst-added diesel smoke filter and its use |
JP2006205091A (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-10 | Takuma Co Ltd | Denitration catalyst and exhaust gas treating method |
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