JPH07136467A - 窒素酸化物の除去方法 - Google Patents

窒素酸化物の除去方法

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JPH07136467A
JPH07136467A JP5314552A JP31455293A JPH07136467A JP H07136467 A JPH07136467 A JP H07136467A JP 5314552 A JP5314552 A JP 5314552A JP 31455293 A JP31455293 A JP 31455293A JP H07136467 A JPH07136467 A JP H07136467A
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JP
Japan
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flow path
gas
partition wall
nitrogen oxide
hydrogen gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP5314552A
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English (en)
Inventor
Katsuji Abe
勝司 阿部
Kazuo Kawahara
和生 河原
Tetsuo Kobayashi
哲郎 小林
Koji Yokota
幸治 横田
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 還元物質が十分存在しない状態あるいは過剰
な酸素が含まれる状態でも効率よく窒素酸化物を除去す
る方法を提供する。 【構成】 窒素酸化物を含有するガスが流通する第1流
路と水素ガスが流通する第2流路とを、還元触媒を含有
する通気性の隔壁によって区画し、圧力差により水素ガ
スを隔壁を透過させて第1流路へ移行させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関等から排出さ
れる排ガス中の窒素酸化物を除去する方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】内燃機関より排出される排ガス中には、
炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等の有害物質が含ま
れており、大気汚染の原因となっている。特に、窒素酸
化物は、酸性雨の原因とも考えられており、その浄化対
策が種々提案されている。
【0003】従来、内燃機関等から排出される排ガス中
の窒素酸化物を除去する方法として、未燃焼成分の炭化
水素、一酸化炭素、水素等の還元物質と、窒素酸化物と
を還元触媒上で接触反応させ、窒素ガスと水あるいは炭
酸ガスに分解する方法がある。
【0004】しかし、この方法では、内燃機関の運転条
件により排ガス中に上記還元物質が十分な量存在しない
状態、または過剰な酸素が含まれる状態が作り出された
場合、窒素酸化物の除去率は極めて低い。
【0005】この窒素酸化物の除去率を向上させる方法
として、排ガス中に水素ガスを導入することにより窒素
酸化物を除去する方法が提案されている(特開平5−1
68856号公報)。
【0006】これは、排ガス中に酸素(O2 )が共存す
るリーンバーンエンジン等において、排気系最下流のマ
フラー付近に水素(H2 )ガスを流入させ、マフラーの
後部またはマフラー内に設置した白金系触媒により窒素
酸化物(NOX )をH2 によって還元浄化するものであ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法でも以下のような問題点がある。
【0008】還元物質がない状態でNOX をN2 とO2
とに分解する有効な触媒はない。従って、炭化水素、一
酸化炭素、水素等の還元物質が存在する必要があり、し
かもNOX に対し等量以上存在する必要がある。
【0009】さらに、排ガス中には酸素が存在するので
還元物質としてH2 を用いる場合には、H2 はO2 と反
応してNOX の還元に使用されない(非効率分があ
る。)。通常、100℃以上でH2 とO2 とが反応する
のでこの分だけH2 とNOX との反応に使用されるH2
量が減少する。従って、例えば、O2 が8%以上存在す
るリーンバーンエンジン(空燃比(A/F)=23)か
らの排ガス中のNOX を還元する場合、触媒の温度を1
00〜200℃程度に制御する必要があり、しかも、N
X に対して化学量論比で5倍以上のH2 を供給しない
とNOX を高効率で除去することができない。
【0010】このように、従来技術では、窒素酸化物の
除去は不十分である。
【0011】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みな
されたものであり、還元物質が十分存在しない状態ある
いは過剰な酸素が含まれる状態でも効率よく窒素酸化物
を除去する方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の窒素酸物の除去
方法は、窒素酸化物を含有するガスが流通する第1流路
と水素ガスが流通する第2流路とを、還元触媒を含有す
る通気性の隔壁をもって区画し、かつ、圧力差により前
記水素ガスを隔壁を透過させて第1流路へ移行させるこ
とを特徴とするものである。
【0013】
【作用】本発明では、以下のように窒素酸化物を除去す
ることができる。
【0014】窒素酸化物を含有する被処理ガスは、第1
流路を流通し、第2流路との隔壁中の還元触媒に接触
し、窒素酸化物が該還元触媒に吸着される。一方、水素
ガスは、第2流路を流通する。また、水素ガスは圧力差
より隔壁を透過し、第1流路に移行するが、例えば、排
ガスのような酸素等が含まれる、窒素酸化物含有の被処
理ガスは第2流路に移行することはない。そのため、水
素ガスは、例えば、排ガス中においても排ガス中の酸素
等と反応することなく、隔壁中の還元触媒に接触し、水
素が該還元触媒に吸着される。隔壁は通気性があるた
め、上記両ガスの隔壁への流入はスムーズであり、窒素
酸化物および水素は隔壁中の還元触媒に素早く吸着され
る。該還元触媒により窒素酸化物と水素とが反応し、窒
素酸化物は窒素と水とに分解して除去される。
【0015】このように、水素ガスは窒素酸化物のみと
反応するため、還元物質が十分存在しない状態あるいは
過剰な酸素が含まれる状態でも効率よく窒素酸化物を効
率よく除去することができる。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、還元物質が十分存在し
ない状態あるいは過剰な酸素が含まれる状態でも効率よ
く窒素酸化物を除去することができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明をより具体的にした具体例を説
明する。
【0018】(具体例)本発明は、ガスの流路を2種類
設け、それらを区画する隔壁として還元触媒を含有する
通気性のあるものを用い、一方の流路(第1流路)に窒
素酸化物を含有する被処理ガスを流通させ、他方の流路
(第2流路)に水素ガスを流通させる方法である。
【0019】上記2種類の流路を区画する隔壁におい
て、被処理ガス中の窒素酸化物(NOX )と水素
(H2 )ガス中の水素とを吸着するとともに両者を反応
させて窒素酸化物を窒素と水とに分解することにより窒
素酸化物を除去する。
【0020】本発明において、第1流路、第2流路、お
よび還元触媒を含有する通気性の隔壁の形状としては、
例えば、図1および図2に示すようなものがある。図1
において、下から上にガスが流通する流路(第1流路)
を形成した管状の第1流路形成部1と、該第1流路形成
部1のガス流通方向と垂直に伸び、第2流路を形成した
管状の第2流路形成部2とからなり、該第2流路形成部
2は、還元触媒を含有する通気性のものにより構成さ
れ、第1流路と第2流路とを区画する隔壁となるもので
ある。なお、図2は、図1のII−II線に沿う断面図であ
り、第1流路では、下から上にガスが流通し、第2流路
では、紙面の表から裏へガスが流通する。
【0021】また、図3に第2流路形成部2の拡大断面
図を示す。図3において、その外側は第1流路であり、
内側は第2流路である。
【0022】上記第1流路形成部1中に窒素酸化物が含
有する被処理ガス(例えば、内燃機関等からの排ガス)
を流通させ、第2流路形成部2中に水素ガスを流通させ
る。
【0023】上記第2流路形成部2は、第1流路と第2
流路とを区画する隔壁となるものである。該隔壁は、還
元触媒を含有し、通気性のあるものとする。該隔壁(第
2流路形成部)2は、例えば、図4のように、通気性の
ある還元触媒21のみで隔壁を形成したものでもよく、
図5のように、通気性のある担体22上に通気性のある
還元触媒21を担持させたもの(この場合、担体と触媒
とは層状に積層したものでも、あるいは両者の混合体で
もよい。)でもよく、また、図6のように、多孔ステン
レス管のような通気性構造体23の上に通気性のある担
体22および通気性のある還元触媒21を乗せたもの
(この場合も担体と触媒とは層状に積層したものでも、
あるいは両者の混合体でもよい。)でもよい。
【0024】また、図7および図8に示すように、第1
流路を形成する第1流路形成部1は、図1と同様な管状
とし、第2流路を形成する第2流路形成部2は、中空の
箱状とし、該第2流路形成部2が、還元触媒を含有する
通気性の隔壁となるようにしてもよい。また、箱状の隔
壁においても、還元触媒、担体、および通気性構造体の
配置形態としては、図4、図5、および図6のような形
態をとることができる。
【0025】さらに、図9に示すように、第1流路形成
部1、第2流路形成部(隔壁)2ともに管状とし、第2
流路形成部2の配置を第1流路のガス流通方向に平行に
配置したものでもよい。なお、図9において、第2流路
形成部(隔壁)2は多孔円筒よりなる通気性構造体23
に通気性の還元触媒21を保持したものである。
【0026】還元触媒としては、NOX 吸着触媒とよば
れるものが望ましい。該NOX 吸着触媒としては、アル
ミナに遷移金属(コバルト(Co)、ニッケル(N
i)、鉄(Fe)等)を担持したもの、La1-X X
1-Y Y 3 (0≦X≦1、0≦Y≦1、Aはストロ
ンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)等のアルカリ土
類元素であり、Bは鉄(Fe)、銅(Cu)等の遷移金
属である。)、ゼオライト(水素型、または水素を遷移
金属(鉄(Fe)、銅(Cu)等)で置換したもの)、
白金(Pt)、パラジウム(Pd)、またはアルカリ元
素またはアルカリ土類元素の酸化物もしくは炭酸塩とP
tまたはPdとの混合物等が挙げられ、それらのうちの
1種でも2種以上の混合物で使用してもよい。
【0027】また、上記通気性構造体としては、多孔ス
テンレス、アルミナ(Al2 3 )、コージェライト、
ムライト、またはゼオライト等の多孔体等が挙げられ、
板状体や円筒体等の形状として使用する。
【0028】還元触媒は、第1流路と第2流路とを区画
する隔壁となる通気性基板もしくは通気性円筒の集合体
に付着させてもよい。この場合、少なくとも窒素酸化物
を含有するガスが導入される第1流路側に面するように
する。第2流路の水素ガスは通気性基板もしくは通気性
円筒の集合体の通気孔を通って還元触媒面に達する。還
元触媒では、窒素酸化物が吸着しており、上記水素ガス
中の水素と窒素酸化物とが還元触媒上で反応する。
【0029】還元触媒、該還元触媒を担持するための担
体、あるいは多孔ステンレス管等の通気性構造体の通気
度としては、多孔度に換算して20〜70%の範囲が望
ましい。多孔度が20%未満では、担体や通気性構造体
のガス供給が不均一となり、還元触媒の表面積が小さく
なる。また、多孔度が70%を越えると、還元触媒、担
体、あるいは通気性構造体の強度が低くなることがあ
る。
【0030】第1流路と第2流路とを区画する、還元触
媒を含有する通気性の隔壁は、特に自動車等に搭載した
場合、振動等により水素ガス導入管等の装置より脱離す
るおそれがある。そのため、還元触媒等を保持する通気
性構造体がステンレスの場合は、溶接により隔壁を装置
に接合する。また、触媒担体がアルミナ等のセラミック
スの場合は、図10に示すように、ガスケット3を用
い、ステンレスのフランジ4で締めつけた構造により隔
壁を装置に接合する。なお、図10では例として円筒状
の隔壁を示している。
【0031】第2流路に水素ガスを流通させる条件とし
ては、第1流路を流通させる窒素酸化物を含有するガス
との圧力差により水素ガスが隔壁を透過し、第1流路へ
移行するように水素ガスを流通させる。すなわち、水素
ガスの流通圧力を窒素酸化物を含有するガスの流通圧力
よりも大きくする。水素ガスの流通圧力が窒素酸化物を
含有するガスの流通圧力よりも小さい、または両圧力が
等しい場合には、窒素酸化物を含有するガスが第2流路
に移行し、該ガス中に含まれる酸素等が水素ガス中の水
素と反応して窒素酸化物の除去効率が向上しない。ま
た、第2流路への水素ガスの流通量としては、例えば、
エンジンからの排ガスの浄化の場合、排ガス中の窒素酸
化物量に対して1〜3倍の量の水素ガスを導入するのが
望ましい。すなわち、あらかじめ、エンジン運転条件と
窒素酸化物排出量との関係を求めておき、エンジン運転
条件(回転数、スロットル開度等)から窒素酸化物排出
量を予測する、または排気管内に窒素酸化物センサーを
設置し、窒素酸化物量の1〜3倍の水素ガスを供給す
る。供給する水素ガス量が窒素酸化物量と等量未満で
は、窒素酸化物の浄化率は60%以下となり、3倍を越
えると、窒素酸化物の浄化率は95%程度になるが、水
素ガスの利用率が低く、非効率的である。
【0032】水素ガスを第2流路に導入するには、水の
電気分解装置、圧縮水素ガスボンベ、水素吸蔵合金タン
ク、あるいは炭化水素の改質装置などから水素ガスを供
給することにより行うことができる。
【0033】本発明では、還元触媒に高濃度で水素ガス
を供給することができるので、100〜700℃の範囲
の処理温度で窒素酸化物を効率よく除去することができ
る。
【0034】本発明の方法は、図11に示すように、内
燃機関5から排出される排ガス管6中に水素供給装置7
から水素ガスを供給し、該排ガス管6中に設けた本発明
にかかる触媒装置(第1流路、第2流路、および隔壁を
有するもの)8において排ガス中の窒素酸化物を除去す
ることができる。また、スターリングエンジン等の外燃
機関、ボイラー、硝酸工場等から排出される排ガス中の
窒素酸化物を除去することができる。
【0035】以下、本発明の実施例を説明する。
【0036】(実施例)表1に示すような触媒、担体、
および触媒と担体とを保持する通気性構造体を有する装
置を用いて、表1に示す温度で窒素酸化物の除去を行っ
た。なお、表1中の隔壁の形状が箱型とは図7および図
8に示す装置を用いた場合、管状とは図1および図2に
示す装置を用いた場合、従来法とは、触媒を担持した担
体ペレットを充填した触媒装置を用い、その上流の被浄
化ガス流路中に水素ガスを注入した場合である。
【0037】
【表1】
【0038】窒素酸化物の除去は、組成がNO500p
pm、O2 8%、H2 O10%、CO2 9%、N2 約7
3%、HC(炭化水素)0.03%、CO0.01%で
ある被浄化ガスを空間速度5万/hrで装置の第2流路
に導入することにより行った。
【0039】この浄化結果を表2に示す。
【0040】
【表2】
【0041】表2より、本実施例である試料No.1〜
5が比較例である試料No.C1、C2よりもNOX
化率が高いことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体例で使用する窒素酸化物の除去装
置の断面図
【図2】図1のII−II線に沿う断面図
【図3】本発明の具体例で使用する窒素酸化物の除去装
置の隔壁の断面図
【図4】本発明の具体例で使用する窒素酸化物の除去装
置の隔壁の断面図
【図5】本発明の具体例で使用する窒素酸化物の除去装
置の隔壁の断面図
【図6】本発明の具体例で使用する窒素酸化物の除去装
置の隔壁の断面図
【図7】本発明の具体例で使用する窒素酸化物の除去装
置の断面図
【図8】図7のVIII−VIII線に沿う断面図
【図9】本発明の具体例で使用する窒素酸化物の除去装
置の断面図
【図10】本発明の具体例で使用する窒素酸化物の除去
装置の隔壁の断面図
【図11】本発明の方法を排ガス浄化に適用した例を示
す概要図
【符号の説明】
1 第1流路形成部 2 隔壁(第2流路形成部) 3 ガスケット 4 フランジ 5 内燃機関 6 排ガス管 7 水素供給装置 8 触媒装置 21 還元触媒 22 通気性担体 23 通気性構造体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 53/86 ZAB F01N 3/08 B B01D 53/34 129 B 53/36 ZAB (72)発明者 横田 幸治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒素酸化物を含有するガスが流通する第
    1流路と水素ガスが流通する第2流路とを、還元触媒を
    含有する通気性の隔壁をもって区画し、かつ、圧力差に
    より前記水素ガスを隔壁を透過させて第1流路へ移行さ
    せることを特徴とする窒素酸化物の除去方法。
JP5314552A 1993-11-19 1993-11-19 窒素酸化物の除去方法 Pending JPH07136467A (ja)

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JP5314552A JPH07136467A (ja) 1993-11-19 1993-11-19 窒素酸化物の除去方法

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JP5314552A JPH07136467A (ja) 1993-11-19 1993-11-19 窒素酸化物の除去方法

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JPH07136467A true JPH07136467A (ja) 1995-05-30

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002013412A (ja) * 2000-06-29 2002-01-18 Nissan Motor Co Ltd 排気ガス浄化システム
SE1850008A1 (en) * 2018-01-02 2019-07-03 Maston AB Stirling engine comprising an exhaust gas catalyst

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