JPH0616817B2 - 排ガス浄化方法 - Google Patents

排ガス浄化方法

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JPH0616817B2
JPH0616817B2 JP7930987A JP7930987A JPH0616817B2 JP H0616817 B2 JPH0616817 B2 JP H0616817B2 JP 7930987 A JP7930987 A JP 7930987A JP 7930987 A JP7930987 A JP 7930987A JP H0616817 B2 JPH0616817 B2 JP H0616817B2
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兵五郎 青山
明彦 大井
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Description

【発明の詳細な説明】 イ.産業上の利用分野 本発明は、排ガス浄化方法に関する。
ロ.従来技術 近年、ディーゼルエンジの排気ガス中の微粒子状物質
(主として固体状炭素微粒子と液体乃至固体状の高分子
量炭化水素微粒子などよりなる)が環境衛生上問題化し
ている。以下、このような微粒子を炭素系微粒子と呼
ぶ。これらの炭素系微粒子は平均粒径約0.1 〜1μmで
あり、大気中に浮遊し易く、また、呼吸により人体内に
取り込まれ易く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たためである。
これらの微粒子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、耐熱フィルタ
を用いて排ガスを濾過することにより微粒子を捕捉し、
これによる圧損失が上昇したらバーナ、電気ヒータ等に
よって捕捉した微粒子を燃焼せしめてフィルタを再生す
る方法である。こうしたフィルタとしては、金属ワイヤ
メッシュ、セラミック発泡体、蜂の巣状を呈するセラミ
ックモオリスが挙げられる。他の一つは、触媒物質を担
持させた耐熱フィルタに濾過操作と共に燃焼操作をも行
わせて、前記の微粒子燃焼とフィルタ再生の頻度を少な
くするとか、再生の必要のない程に上記触媒の燃焼活性
を高める方法である。
また、これらの方法に於いて、排ガス中の可燃成分を増
加したり、燃料中に炭素酸化促進剤を添加して、微粒子
の着火温度を下げる試みもなされている。
前者の場合、微粒子の除去効果を高めれば高めるほど圧
損失上昇が早く、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
ている。
これに対し、後者の方法は、ディーゼルエンジン排気ガ
スの排出条件(ガス組成及び温度)において触媒活性を
維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。しかし、ディーゼルエンジンの排気ガス温度はガソ
リンエンジンの場合と比較して格段に低く、しかも燃料
として軽油を用いるために排ガス中にSO量も多い。
このような排ガス条件下で蓄積した微粒子を良好に着火
燃焼し、しかも二次公害を起こさない再生方法はまだ確
立されていない。
例えば、卑金属だけを担持した耐熱性フィルタでの微粒
子の燃焼反応は通常、約350 ℃以上の温度で起こる。通
常運転時の多くは、排ガス温度がそれ以下であり燃焼反
応は起こらないで微粒子は一端触媒担持フィルタに捕捉
され、やがて温度が上昇したときに燃え出すというプロ
セスでフィルタが再生される。この場合は、所定の温度
に達するまでは圧損失上昇が早く、バーナ、電気ヒータ
などによる燃焼再生の頻度が高くなり、実用性に欠け
る。また、貴金属を添付した触媒を用いた場合は、より
低温で微粒子の燃焼反応が起こり易く、圧損失上昇はゆ
るやかにはなる。しかし、同時に排ガス中のSOの酸
化も起こり、このため非常に有害なSOや硫酸ミスト
を生成し、二次公害を生むことになる。
このように、ディーゼルエンジン等の排ガス中の微粒子
を効率的に除去する方法は未だ見出されておらず、その
うえ、酸素濃度が数%〜13%の広範囲に変化する排ガス
中の窒素酸化物の除去は大変困難であり大きな問題とし
て残されている。
ハ.発明の目的 本発明は、ディーゼルエンジン等の排出する比較的低温
であって酸素濃度変化の大きい排ガス中に含まれる炭素
径微粒子を効率的に燃焼除去し、同時に窒素酸化物も効
果的に除去できる排ガス浄化方法を提供することを目的
としている。
ニ.発明の構成 即ち、本発明は、アルカリ金属化合物の1種又は2種以
上を燃料に添加し、周期表IIB族元素をも含む遷移金属
及び錫からなる群から選ばれた1種又は2種以上を少な
くとも含有する触媒が耐熱フィルタに担持されている排
ガス浄化材を使用して、排ガス中の炭素系微粒子を還元
剤として排ガス中の窒素酸化物を還元する排ガス浄化方
法に係る。
ホ.発明の作用効果 本発明者は、鋭意研究の結果、窒素酸化物の除去剤とし
て、周期表IIB族元素をも含む遷移金属及び錫からなる
群から選ばれた1種又は2種以上を耐熱フィルタに担持
させ、燃料にアルカリ金属化合物の1種又は2種以上を
添加し、比較的低温の排ガスにあっても排ガス中の炭素
径微粒子を還元剤として用いて排ガス中の窒素酸化物を
還元し、排ガス中の炭素系微粒子と窒素酸化物との双方
を効果的に除去することに成功した。
燃料に添加されたアルカリ金属成分と、耐熱フィルタ上
の遷移金属及び錫とが、炭素系微粒子と共存することに
より両者の相乗効果によって、排ガス中の窒素酸化物を
効果的に還元し、排ガスが効果的に浄化されるものと考
えられる。また、同時に炭素系微粒子も還元剤として消
費されてCOとして酸化され、消滅し、耐熱フィルタ
上に必要以上に蓄積されることがなく、フィルタ上に蓄
積して圧損失の原因となる炭素系微粒子の燃焼、除去と
いう、前述したようなフィルタ再生を屡々行わなくて済
むようになる。
燃料へのアルカリ金属成分の添加は、添加物が燃料に溶
解又は懸濁するよう、アルカリ金属化合物として燃料に
添加する。
このようにして、本発明に基づく排ガス浄化方法によ
り、排ガス中の炭素系微粒子と窒素酸化物との双方が効
果的に除去され、比較的低温の排ガスにあっても効果的
に浄化される。
ヘ.実施例 以下、本発明の実施例を説明する。
前記「周期表IIB族元素をも含む遷移金属」としては、
例えば、コバルト、マンガン、鉄、ニッケル、亜鉛、
銅、セリウム、ランタン、トリウム等が挙げられる。ま
た、上記遷移金属及び錫からなる群から選ばれた2種以
上を触媒中に含有させた場合、即ち、セリウム−マンガ
ン、トリウム−ニッケルなどのようにこれらを多元的に
用いた場合には、炭素系数粒子の着火温度が下がり、炭
素系微粒子の燃焼(酸化)、除去がより効率的となり、
従って、窒素酸化物の還元、除去もより効率的に遂行さ
れる。
また、接触フィルタは、その使用に先立ち不活性ガス中
又は真空中450 ℃〜500 ℃で加熱処理すると、着火効果
が上がる。
耐熱性フィルタに遷移金属や錫を含浸させるには、それ
らの酢酸塩、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物などの溶液にア
ルカリ金属を担持した又は担持しない耐熱性フィルタを
加えて乾燥処理する。またフェロシアン化アルカリなど
の溶液に耐熱性フィルタを加え乾燥処理し、アルカリと
Feを同時に担持する方法もとり得る。
「耐熱性フィルタ」は必要な捕集性能、許容出来る圧損
失をもつことが必要で、通常担体として用いられるアル
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
ニア等からなるセラミックファイバー、セラミックフォ
ーム、セラミックモノリス等や、金属ワイヤメッシュ等
を挙げることができるが、これらに限定されるものでは
ない。
前記「触媒」は、耐熱フィルタに直接担持されている必
要はなく、上記したアルミナ、シリカ、チタニア等の通
常用いられている担体を介して耐熱フィルタに間接的に
担持されておれば足り、また実用的でもある。
燃料にアルカリ金属成分を添加するには、水酸化ナトリ
ウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)のような
アルカリ金属化合物を添加するのが好適である。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
市販のコージェライト質セラミックス(マグネシア、ア
ルミナ及びシリカを主成分とするセラミックス)モノリ
ス(嵩密度0.37g/cm3、空孔率86.0%、容積2.0 )
にチタニアを担持させ、これにセリウム、ニッケル、マ
ンガンを含浸させた。この触媒担持セラミックスモノリ
スは、使用に先立って150 ℃で4時間乾燥し、800 〜90
0 ℃で3時間焼成した(実施例1)。以後このような排
ガス浄化材をCe/Ni/Mnのように表記する。
上記と同様にして、Th/Cu/Zn排ガス浄化材(実
施例2)、Ce排ガス浄化材(実施例3)及びCe/S
n排ガス浄化材(実施例)を製造した。
実施例1〜4の排ガス浄化材について、燃料に水酸化カ
リウム(KOH)100 ppm を添加し、それぞれ排気量51
0 ccの単気筒ディーゼルエンジンを用いて背圧変化を連
続的に測定してその評価試験を行った。このときエンジ
ンは回転数1500rpm 、負荷90%で運転され、このとき排
ガス温度は350 ℃で酸素濃度は3%であった。第1図に
エンジン運転時間に対する背圧変化を示す。
また、上記排ガス浄化材について、夫々NOのN
の転化率(NO除去率)を排ガス温度250 〜450 ℃で
化学発光法により連続的に測定した。第2図に各排ガス
温度での運転時間60分後のNO除去率を示す。
比較のために、前記実施例1〜4と同様なセラミックス
モノリスと触媒担持なしで前記実施例と同様の方法で背
圧変化について評価試験を行った(比較例1)。また、
Ce/Ni/Mn排ガス浄化材を使用し、燃料にアルカ
リ金属成分を添加しないで同様の試験を行った(比較例
2)。これらの結果は第1図に併記してある。
第1図の結果から明らかなように、比較例1のセラミッ
クスモノリス(排ガス浄化材)を使用した場合は、炭素
系微粒子がフィルタに蓄積され、60分運転後には背圧が
当初の6倍以上にまで増加し、比較例2では約5倍増加
するが、実施例1〜4の排ガス浄化材を使用した場合に
は、60分運転後の背圧増加は最も高いもので約2倍半程
度にとどまり、しかも、60分運転後には背圧増加が殆ど
見られない。このように、実施例の排ガス浄化材を使用
すると、ディーゼルエンジンの排ガス中の微粒子を効率
的に燃焼除去できる。
更に、実施例1〜4の排ガス浄化材を用いた場合は、第
2図から明らかなように良好なNO除去効果も得ら
れ、そのNO除去率は、排ガス温度450 ℃において40
%に達する。また、排ガス温度250 ℃という非常な低温
においても、NO除去効果が見られる。
第1図及び第2図から、実施例1〜4の排ガス浄化材を
使用するときは、フィルタ再生を行わずして長時間に亘
って効果的に排ガスを浄化しながらエンジンの運転を続
行できることが理解されよう。
なお、上記実施例1〜4に於いて、SOや硫酸ミスト
の発生は、実質的に認められなかった。
【図面の簡単な説明】
図面はいずれも本発明の実施例を示すものであって、 第1図はエンジン運転時間と背圧との関係を示すグラ
フ、 第2図はエンジンの運転時間60分の時点での排ガス温度
と窒素酸化物除去率との関係を示すグラフ である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 23/84 ZAB A 8017−4G F01N 3/02 ZAB 301 E 321 G (72)発明者 小渕 存 茨城県筑波郡谷田部町小野川16番3 工業 技術院公害資源研究所内 (72)発明者 青山 兵五郎 茨城県筑波郡谷田部町小野川16番3 工業 技術院公害資源研究所内 (72)発明者 大井 明彦 茨城県筑波郡谷田部町小野川16番3 工業 技術院公害資源研究所内 (72)発明者 大内 日出夫 茨城県筑波郡谷田部町小野川16番3 工業 技術院公害資源研究所内 審査官 野田 直人

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリ金属化合物の1種又は2種以上を
    燃料に添加し、周期表IIB族元素をも含む遷移金属及び
    錫からなる群から選ばれた1種又は2種以上を少なくと
    も含有する触媒が耐熱フィルタに担持されている排ガス
    浄化材を使用して、排ガス中の炭素系微粒子を還元剤と
    して排ガス中の窒素酸化物を還元する排ガス浄化方法。
JP7930987A 1987-03-31 1987-03-31 排ガス浄化方法 Expired - Lifetime JPH0616817B2 (ja)

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