JPH06343829A - 排気ガス浄化方法及びそれに用いられる触媒 - Google Patents

排気ガス浄化方法及びそれに用いられる触媒

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JPH06343829A
JPH06343829A JP5137136A JP13713693A JPH06343829A JP H06343829 A JPH06343829 A JP H06343829A JP 5137136 A JP5137136 A JP 5137136A JP 13713693 A JP13713693 A JP 13713693A JP H06343829 A JPH06343829 A JP H06343829A
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Japan
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catalyst
exhaust gas
nitrogen oxides
periodic table
group
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JP5137136A
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English (en)
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Kazunari Takemura
一成 竹村
Katsuhiko Yamaguchi
雄彦 山口
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Kao Corp
Original Assignee
Kao Corp
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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

Abstract

(57)【要約】 【構成】 一酸化炭素及び/又は炭素数1〜24の炭化水
素の中から選ばれる1種以上の炭化水素の存在下、窒素
酸化物を含む排気ガスを、触媒成分として (a)Cu、 (b)
Al及び (c)周期表8族に属する元素又はTi、V 、Cr、M
n、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、W 、Auから選ばれる少な
くとも1種の元素、を少なくとも含有する触媒に接触さ
せて窒素酸化物を除去することを特徴とする排気ガス浄
化方法。 【効果】 酸素過剰下においても効率的に排気ガス中の
窒素酸化物を浄化することができ、従来の銅含有ゼオラ
イト系触媒よりも、耐水性、耐熱性等に優れ、しかも幅
広い温度ウィンドウを有するため、リーンバーン用やデ
ィーゼルエンジン用だけでなく現行の三元触媒の代替品
としても使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の移動発生
源、硝酸製造工場等の固定発生源から排出される、窒素
酸化物を含んだ排気ガスを浄化する方法及びそのために
利用される触媒に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、産業の急速な発展に伴って大気汚
染が深刻化してきており早急な対策が望まれている。大
気汚染物質の主なものはPMと呼ばれているすすを主成分
とする微粒子状物質と、窒素酸化物であるが、このうち
PMの対策についてはフィルタートラップや酸化触媒を用
いることで、あるいはエンジンを改良することによって
ある程度の目処がつきつつある。
【0003】これに対して、窒素酸化物の対策について
は有効な手段が見つかっておらずさまざまな検討が加え
られているのが現状である。従来、ガソリンエンジン用
の三元触媒にはアルミナ等の担体にPt、Rh、Pdの貴金属
を担持してなるものが用いられてきたが、この触媒はリ
ーン領域、すなわち、燃料に対して空気の多い状態 (従
って酸素の多い状態) では、全く窒素酸化物を除去する
ことができない。そのためジルコニア等の酸素センサー
を用いて、触媒が最もよく働く空燃比の状態になるよう
に制御している。しかしながら、燃費等を考慮するとリ
ーン領域で運転させるのが好ましく、このため酸素過剰
の状態でも働く触媒の開発が待望されている。また、こ
れらの触媒に用いられる貴金属は非常に高価なため、よ
り安く効率的な触媒が待望されている。
【0004】ディーゼルエンジンにおいては、その燃焼
形態から排気ガス中に大量の酸素が含まれているため同
様の理由で有効な触媒がなく、排気ガス中の窒素酸化物
が問題となっている。これまでエンジン等の改良により
排出量の低減が図られてきたが、今後ますます強化され
る排気ガス規制に対応するためにはどうしても、酸素過
剰下で働く排気ガス浄化用触媒が必要となる。
【0005】このようなリーン側でも働く触媒としては
これまでいくつかが提案されている。たとえば特開平1-
130735号、特開平2-144153号開示の銅含有ゼオライト触
媒が挙げられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の触媒は耐熱性や耐水性に劣ることが指摘されており
(ファインケミカルVol.1 No.7) 実用に耐えうるもので
はない。さらに、触媒が有効に働く温度領域 (ウィンド
ウ) が狭く、自動車のように排気ガス温度が大きく変化
するものに対しては実際的には効果を示すことができな
い。
【0007】また、ボイラー等の固定発生源に対しては
アンモニアを用いる SCR法が1部で実用化されている
が、装置が高価である上、アンモニアは毒性が高いので
問題が多い。
【0008】本発明は、上記従来技術における問題点を
解消し、酸素過剰下においても有効に働く、しかも安価
で効率的な排気ガス浄化方法及びそれに用いられる触媒
を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者等はCu含有ゼオ
ライト触媒の欠点を解消し、耐水性、耐熱性に優れ、幅
広い温度域にわたって効率的に排気ガス、とくに窒素酸
化物を浄化できる触媒を開発すべく鋭意検討した結果、
酸素過剰下においても有効に働く、しかも安価で効率的
な排気ガス浄化方法及びそれに用いられる触媒を見出し
た。
【0010】即ち本発明は、一酸化炭素及び/又は炭素
数1〜24の炭化水素の中から選ばれる1種以上の炭化水
素の存在下、窒素酸化物を含む排気ガスを、触媒成分と
して(a)Cu、 (b)Al及び (c)周期表8族に属する元素又
はTi、V 、Cr、Mn、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、W 、Auか
ら選ばれる少なくとも1種の元素、を少なくとも含有す
る触媒に接触させて窒素酸化物を除去することを特徴と
する排気ガス浄化方法に関する。また本発明は、 (a)C
u、 (b)Al及び (c)周期表8族に属する元素又はTi、V
、Cr、Mn、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、W 、Auから選ば
れる少なくとも1種の元素、を少なくとも含有する触媒
成分が、 (i)メタル担体、(ii)Al、Si、Ti、Zr、Mg、Fe
の酸化物及び水酸化物、 (iii)ゼオライト及び(iv)シリ
カ−アルミナからなる群から選ばれる少なくとも1種の
担体に担持されてなることを特徴とする排気ガス浄化用
触媒に関する。
【0011】本発明において用いられる触媒は、たとえ
ば水溶性銅塩、水溶性アルミニウム塩及び周期表8族に
属する元素又はTi、V 、Cr、Mn、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、
Ag、W 、Auから選ばれる少なくとも1種の元素の水溶液
から生成させたCu、Al及び周期表8族に属する元素又は
Ti、V 、Cr、Mn、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、W 、Auから
選ばれる少なくとも1種の元素の化合物の沈澱物を焼成
したものを触媒成分とするものであり、必要に応じて更
にアルカリ金属やアルカリ土類金属類の元素を含有させ
ても良い。
【0012】本発明の触媒は、触媒成分の主成分たる
(a)Cu、 (b)Al及び (c)周期表8族に属する元素又はT
i、V 、Cr、Mn、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、W 、Auから
選ばれる少なくとも1種の元素が原子比で、 (c)がZr、
Ru、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Auの場合は (a):(b):(c)
=1: 0.1〜10: 0.005〜0.5 の範囲、 (c)がZr、Ru、
Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au以外の元素の場合は (a):
(b):(c) =1: 0.1〜10: 0.1〜2.5 の範囲にあるこ
とが好ましい。これらの範囲外にあると得られる触媒の
活性が低下し、温度ウィンドウも狭くなる。
【0013】本発明において触媒は、その触媒活性成分
としてCu、Al及び周期表8族に属する元素又はTi、V 、
Cr、Mn、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、W 、Auから選ばれる
少なくとも1種の元素を含有する必要があり、これによ
りNOX 浄化触媒として従来知られていたCu−Al触媒、Cu
−Fe触媒やCu含有ゼオライト触媒にない特性を有するよ
うになる。
【0014】尚、本発明において触媒は、その触媒活性
成分としてZr、Ru、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Auの如き貴金
属を含有することができるが、その量は従来の三元触媒
と比べて極めて少量でよく、触媒のコストに占める割合
は小さくて済む。
【0015】該触媒活性成分は、種々の担体に担持でき
るが、メタル担体、Al、Si、Ti、Zr、Mg、Feの酸化物及
び水酸化物、ゼオライト、シリカ−アルミナの群から選
ばれる担体が好ましく、さらに好ましくは、メタル担
体、アルミナ、シリカ、ゼオライト、シリカ−アルミナ
等の多孔質担体であり、最も好ましくはメタル担体、コ
ージェライト、アルミナである。
【0016】本発明でいうメタル担体とは耐熱性ステン
レス鋼、Al−Cr−Fe合金等で形成されるハニカムなどの
モノリス型担体を指す。
【0017】上記担体への触媒成分の担持量は、担体1
リットルに対して 0.1〜50gの範囲が好ましい。 0.1g
より少ないと効果がはっきりせず、50gを超えると添加
量の割には効果が増大せず、コストが高くなるだけであ
る。
【0018】また、上記担体に触媒成分を担持する方法
としては、たとえば水溶性銅塩、水溶性アルミニウム塩
及び周期表8族に属する元素又はTi、V 、Cr、Mn、Zn、
Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、W 、Auから選ばれる少なくとも1
種の元素の水溶液にアルミナ等の多孔質担体を浸漬し、
Cu、Al及び周期表8族に属する元素又はTi、V 、Cr、M
n、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、W 、Auから選ばれる少な
くとも1種の元素の化合物の沈澱物を担体表面に析出さ
せ、ついで乾燥、焼成する方法をとることができる。
【0019】本発明の排気ガス浄化方法においては、還
元剤を併用することが重要である。還元剤としては排気
ガス中に含まれる一酸化炭素や未燃の炭化水素を用いる
ことができるが、必要に応じて外部より炭化水素を添加
しても良い。この時用いられる炭化水素としては、メタ
ン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、ガソリ
ン、軽油等が挙げられるが、ガソリン、軽油などの燃料
の一部を使う形にするのが好ましい。
【0020】上記還元剤の使用量としては、排気ガスに
対して 100〜5000ppm (CH4換算値)が好ましい。100ppm
以下では触媒の能力が十分発揮されず、 5000ppm以上で
は経済的でなくなると共に残存還元剤が問題になってく
る。
【0021】本発明の使用温度としては、 150〜1000℃
の範囲が好ましく、さらに好ましくは 200〜800 ℃であ
る。
【0022】空間速度(SV)に関しては、一般的には空間
速度が大きくなると触媒の能力の低下が起こるが、本発
明の触媒においては、50,000hr-1以上でも十分に使用が
可能である。
【0023】なお、本発明は自動車等の移動発生源だけ
でなく、硝酸製造工場等の固定発生源から排出される、
窒素酸化物を含んだ排気ガスを浄化するのに対しても利
用することができる。
【0024】
【実施例】以下、具体的な実施例をあげて説明するが、
本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるもの
ではない。
【0025】実施例1 アルミナがウォッシュコートされた1in2 当たり 400セ
ルの0.65リットルのコージェライト製担体を、水500gに
Cu(NO3)2・6H2O 60g、Co(NO3)2・6H2O 58.2g、Al(NO3)3
・9H2O 37.5gを溶解させた溶液に浸漬し、ついで14重量
%NH4OH 溶液 (必要量) を徐々に滴下した。この溶液か
ら担体を取り出し、乾燥終了後 750℃で1時間空気中で
焼成することで所望のハニカム状触媒を得た。
【0026】実施例2 実施例1において、Co(NO3)2・6H2Oの代わりにNi(NO3)2
・6H2O 58.2gを使う以外は同様にして所望のハニカム状
触媒を得た。
【0027】実施例3 実施例1において、Co(NO3)2・6H2Oの代わりにGa(NO3)3
・6H20 48.5gを使う以外は同様にして所望のハニカム状
触媒を得た。
【0028】実施例4 実施例1において、Co(NO3)2・6H2Oの代わりにMn(NO3)2
・6H20 57.4gを使う以外は同様にして所望のハニカム状
触媒を得た。
【0029】実施例5 実施例1において、Co(NO3)2・6H2Oを使わない以外は同
様にしてCu、Alが担持されたコージェライト製担体を得
た。この担体をさらに、ジニトロジアンミン白金水溶液
に含浸させ、乾燥終了後 600℃で3時間空気中で焼成す
ることで、Cuに対して原子比で0.05のPtが担持された所
望のハニカム状触媒を得た。
【0030】比較例1 酢酸銅溶液を用いてCuイオン交換したゼオライトを得、
これとアルミナゾル、シリカゾルを混合したスラリー
を、実施例1で用いたコージェライト製担体にウォッシ
ュコートすることで、比較用の銅イオン交換ゼオライト
触媒を得た。
【0031】比較例2 実施例1において、Co(NO3)2・6H2Oを使わない以外は同
様にして所望のハニカム状触媒を得た。
【0032】(試験例1)上記のような方法にて調製し
た、本発明の触媒を 1.6リットルのガソリンエンジンの
排気系に装着し、触媒層入口温度を変化させてNOの浄化
試験を行った。SV値は80,000hr-1、空燃比A/F は18とし
た。比較例1で得られた銅イオン交換ゼオライト触媒と
比較例2で得られたCu−Al系触媒も同様に試験を行い結
果を表1にまとめて示したが、これからも明らかなよう
に、本発明の触媒及び方法によれば、酸素過剰下におい
ても低温から極めて高い窒素酸化物の浄化率が得られ、
しかも炭化水素はほぼ完全に酸化される。
【0033】
【表1】
【0034】(試験例2)上記のような方法にて調製し
た、本発明の触媒を 1.6リットルのガソリンエンジンの
排気系に装着し、SV=80,000hr-1、触媒層入口温度 400
℃の条件下、A/Fを変化させてNO、HC、CO浄化率を測定
した。また、特開平4-334548号公報記載の実施例1の方
法に準じて三元触媒を作成し、同条件下で比較品として
評価した。結果を表2に示したが、これからも明らかな
ように、本発明の触媒を使えば、三元ガスすべてが80重
量%以上で浄化されるウィンドウが従来品に比べてはる
かに広くなっており、空燃比の制御が簡単にすむだけで
なく、安価に排ガスを浄化できる。
【0035】
【表2】
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、酸素過剰下においても
効率的に排気ガス中の窒素酸化物を浄化することができ
る。本発明の触媒は、従来の銅含有ゼオライト触媒より
も耐水性、耐熱性等に優れ、しかも幅広い温度ウィンド
ウを有するため、リーンバーン用やディーゼルエンジン
用だけでなく現行の三元触媒の代替品としても使用する
ことができる。なお、本発明の触媒はCu、Al及び周期表
8族に属する元素又はTi、V 、Cr、Mn、Zn、Ga、Zr、N
b、Mo、Ag、W 、Auから選ばれる少なくとも1種の元素
といった非常にポピュラーな金属を用いて作られるため
に、三元触媒よりもはるかに安価に製造できる。
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 23/82 ZAB A 8017−4G 23/84 ZAB A 8017−4G 23/89 ZAB A 8017−4G

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一酸化炭素及び/又は炭素数1〜24の炭
    化水素の中から選ばれる1種以上の炭化水素の存在下、
    窒素酸化物を含む排気ガスを、触媒成分として (a)Cu、
    (b)Al及び (c)周期表8族に属する元素又はTi、V 、C
    r、Mn、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、W 、Auから選ばれる
    少なくとも1種の元素、を少なくとも含有する触媒に接
    触させて窒素酸化物を除去することを特徴とする排気ガ
    ス浄化方法。
  2. 【請求項2】 炭化水素が排気ガス成分中の未燃物及び
    /又は、メタン、エタン、プロパン、エチレン、プロピ
    レン、ガソリン、軽油の中から選ばれる1種類以上であ
    ることを特徴とする請求項1記載の排気ガス浄化方法。
  3. 【請求項3】 (a)Cu、 (b)Al及び (c)周期表8族に属
    する元素又はTi、V、Cr、Mn、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、A
    g、W 、Auから選ばれる少なくとも1種の元素、を少な
    くとも含有する触媒成分を含有することを特徴とする排
    気ガス浄化用触媒。
  4. 【請求項4】 触媒成分が、 (i)メタル担体、(ii)Al、
    Si、Ti、Zr、Mg、Feの酸化物及び水酸化物、 (iii)ゼオ
    ライト及び(iv)シリカ−アルミナからなる群から選ばれ
    る少なくとも1種の担体に担持されてなることを特徴と
    する請求項3記載の排気ガス浄化用触媒。
JP5137136A 1993-06-08 1993-06-08 排気ガス浄化方法及びそれに用いられる触媒 Pending JPH06343829A (ja)

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