JPH0755295B2 - 天然ガスエンジンの排気ガス浄化用触媒装置 - Google Patents
天然ガスエンジンの排気ガス浄化用触媒装置Info
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- JPH0755295B2 JPH0755295B2 JP4300638A JP30063892A JPH0755295B2 JP H0755295 B2 JPH0755295 B2 JP H0755295B2 JP 4300638 A JP4300638 A JP 4300638A JP 30063892 A JP30063892 A JP 30063892A JP H0755295 B2 JPH0755295 B2 JP H0755295B2
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Landscapes
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、天然ガスを燃料とした
エンジンの排気ガス浄化用触媒装置に関するものであ
る。
エンジンの排気ガス浄化用触媒装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】アルミニウムとランタンの複合酸化物
(La・β・Al2O3,Nd・β・Al2O3,Pr
・β・Al2O3)を利用した触媒用の耐熱性担体に関
しては、例えば特開昭60−22929号及び特開昭6
3−264150号で提供されている。しかし、この従
来技術で示されているPd5重量%の触媒は、担体とし
てβ・Al2O3を利用しており、また、メタン転化率
は、触媒温度が723Kで68%〜最高86%を示して
いるが、実際の天然ガスを燃料とするエンジンの排ガス
浄化用触媒として十分でない。
(La・β・Al2O3,Nd・β・Al2O3,Pr
・β・Al2O3)を利用した触媒用の耐熱性担体に関
しては、例えば特開昭60−22929号及び特開昭6
3−264150号で提供されている。しかし、この従
来技術で示されているPd5重量%の触媒は、担体とし
てβ・Al2O3を利用しており、また、メタン転化率
は、触媒温度が723Kで68%〜最高86%を示して
いるが、実際の天然ガスを燃料とするエンジンの排ガス
浄化用触媒として十分でない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年大気汚染の低減の
ため、石油系燃料の代替燃料として天然ガスを利用する
エンジンの普及が進んでいる。天然ガスを燃料とするエ
ンジンの排ガス中の炭化水素成分の80%以上を占める
メタンは、貴金属系触媒の中でパラジウム(Pd)触媒
で比較的に反応しやすいことが知られている。しかし、
メタンは触媒で反応開始温度が573K(300℃)と
高いので、エンジンの低速、低負荷運転中の触媒温度に
おいて、その転化率は十分でなく、573K(300
℃)前後でのメタンの転化率が高い触媒の開発が必要で
ある。
ため、石油系燃料の代替燃料として天然ガスを利用する
エンジンの普及が進んでいる。天然ガスを燃料とするエ
ンジンの排ガス中の炭化水素成分の80%以上を占める
メタンは、貴金属系触媒の中でパラジウム(Pd)触媒
で比較的に反応しやすいことが知られている。しかし、
メタンは触媒で反応開始温度が573K(300℃)と
高いので、エンジンの低速、低負荷運転中の触媒温度に
おいて、その転化率は十分でなく、573K(300
℃)前後でのメタンの転化率が高い触媒の開発が必要で
ある。
【0004】一方、Pd触媒は873K(600℃)〜
1123K(850℃)の高温領域でメタンの転化率が
低下し、このような高温領域での耐熱性が乏しい問題が
ある。さらに、排ガス中に共存するNOxによってメタ
ンの触媒酸化反応により人体に有害な刺激臭の原因の1
つとなるホルムアルデヒドが貴金属触媒上で生成され
る。このホルムアルデヒドは、天然ガスを燃料としたエ
ンジンの運転条件が希薄燃焼方式の場合は、通常運転時
の触媒温度領域で排出濃度が高くなる。
1123K(850℃)の高温領域でメタンの転化率が
低下し、このような高温領域での耐熱性が乏しい問題が
ある。さらに、排ガス中に共存するNOxによってメタ
ンの触媒酸化反応により人体に有害な刺激臭の原因の1
つとなるホルムアルデヒドが貴金属触媒上で生成され
る。このホルムアルデヒドは、天然ガスを燃料としたエ
ンジンの運転条件が希薄燃焼方式の場合は、通常運転時
の触媒温度領域で排出濃度が高くなる。
【0005】そのため、天然ガスを燃料としたエンジン
の排ガス浄化用の触媒装置を実用化するためには、メタ
ンの触媒反応開始温度の約573K(300℃)前後で
メタンの転化率が高く、NOx共存によるホルムアルデ
ヒド及びその他の微量成分が生成しにくく、973K
(700℃)以上の高温における熱劣化に優れた性能を
持ち、さらに高温でメタン転化率の一時的な低下がない
触媒装置の開発が課題となっている。
の排ガス浄化用の触媒装置を実用化するためには、メタ
ンの触媒反応開始温度の約573K(300℃)前後で
メタンの転化率が高く、NOx共存によるホルムアルデ
ヒド及びその他の微量成分が生成しにくく、973K
(700℃)以上の高温における熱劣化に優れた性能を
持ち、さらに高温でメタン転化率の一時的な低下がない
触媒装置の開発が課題となっている。
【0006】本発明の目的は、天然ガスを燃料とするエ
ンジンの排ガス中の未燃炭化水素の大部分を占めるメタ
ンを従来の触媒に比べて低い温度で効率よく除去できる
触媒、耐熱性の優れた触媒、さらに排ガス中に共存する
NOxとメタンの触媒酸化反応によりホルムアルデヒド
の生成が少ない触媒装置を提供することである。
ンジンの排ガス中の未燃炭化水素の大部分を占めるメタ
ンを従来の触媒に比べて低い温度で効率よく除去できる
触媒、耐熱性の優れた触媒、さらに排ガス中に共存する
NOxとメタンの触媒酸化反応によりホルムアルデヒド
の生成が少ない触媒装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の特徴とする構成は、一端に排ガス入口を有
し、他端に排ガス出口を有するケーシング内の排ガスの
流れの上流側に、耐酸性3次元のセラミックハニカム体
上に、γ・Al2O3をウォッシュコーティングした基
盤にPd,Pt,Rhからなる白金族元素を1種以上担
持した触媒(a)に高温でのメタン転化率低下防止及び
触媒の耐熱性の向上のためにランタノイド系金属La,
Nd,Prの酸化物の1種以上を添加した触媒(b)の
層を配置し、排ガスの流れの下流側に、前記触媒(b)
にNOx共存によるホルムアルデヒド生成を抑制するた
めにMgの酸化物を添加した触媒(c)の層を配置した
ものである。
めの本発明の特徴とする構成は、一端に排ガス入口を有
し、他端に排ガス出口を有するケーシング内の排ガスの
流れの上流側に、耐酸性3次元のセラミックハニカム体
上に、γ・Al2O3をウォッシュコーティングした基
盤にPd,Pt,Rhからなる白金族元素を1種以上担
持した触媒(a)に高温でのメタン転化率低下防止及び
触媒の耐熱性の向上のためにランタノイド系金属La,
Nd,Prの酸化物の1種以上を添加した触媒(b)の
層を配置し、排ガスの流れの下流側に、前記触媒(b)
にNOx共存によるホルムアルデヒド生成を抑制するた
めにMgの酸化物を添加した触媒(c)の層を配置した
ものである。
【0008】
【作用】上記の構成により、573K(300℃)前後
でのメタン成分の活性が高く、973K(700℃)以
上の触媒温度で耐熱性が優れ、メタンの転化率が低下せ
ず、多段触媒層によってメタン転化率を向上し、またN
Ox共存によるホルムアルデヒド成分の生成及び排出を
抑制する。
でのメタン成分の活性が高く、973K(700℃)以
上の触媒温度で耐熱性が優れ、メタンの転化率が低下せ
ず、多段触媒層によってメタン転化率を向上し、またN
Ox共存によるホルムアルデヒド成分の生成及び排出を
抑制する。
【0009】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図1において、1は触媒装置であり、2は一端に排
ガス入口3を、他端に排ガス出口4を有するケーシング
である。このケーシング2内に排ガスの流れの上流側に
触媒(b)層5aが、また、下流側に触媒(c)層5b
が設けられている。
る。図1において、1は触媒装置であり、2は一端に排
ガス入口3を、他端に排ガス出口4を有するケーシング
である。このケーシング2内に排ガスの流れの上流側に
触媒(b)層5aが、また、下流側に触媒(c)層5b
が設けられている。
【0010】前記触媒(b)層5aの触媒は、耐酸性3
次元のセラミックハニカム体上に、γ・Al2O3(γ
・アルミナ)をウォッシュコーティングした基盤にPd
(パラジウム),Pt(白金),Rh(ロジウム)から
なる白金族元素を1種以上担持した触媒(a)に高温で
のメタン転化率低下防止及び触媒の耐熱性の向上のため
にランタノイド系金属La(ランタン),Nd(ネオジ
ム),Pr(プラセオジム)の酸化物の1種以上を添加
した触媒(b)であり、前記触媒(c)層5bの触媒
は、前記触媒(b)にNOx(窒素酸化物)共存による
ホルムアルデヒド生成を抑制するためにMg(マグネシ
ウム)の酸化物を添加した触媒(c)で構成されてい
る。
次元のセラミックハニカム体上に、γ・Al2O3(γ
・アルミナ)をウォッシュコーティングした基盤にPd
(パラジウム),Pt(白金),Rh(ロジウム)から
なる白金族元素を1種以上担持した触媒(a)に高温で
のメタン転化率低下防止及び触媒の耐熱性の向上のため
にランタノイド系金属La(ランタン),Nd(ネオジ
ム),Pr(プラセオジム)の酸化物の1種以上を添加
した触媒(b)であり、前記触媒(c)層5bの触媒
は、前記触媒(b)にNOx(窒素酸化物)共存による
ホルムアルデヒド生成を抑制するためにMg(マグネシ
ウム)の酸化物を添加した触媒(c)で構成されてい
る。
【0011】図2,図3,図4に従来のPd触媒(γ・
Al2O3ウオッシュコーティング担体、Pd担持量
1.8g/L)に対して、上記本発明の触媒の中で4種
類の触媒(γ・Al2O3ウオッシュコーティング担
体、Pd−La,Pd−La−Mg,Pd−Nd,Pd
−Pr、Pd担持量1.8g/L、La(Nd,Pr)
/Al=5/95(モル比)、Mg/Pd=5(原子
比)でのメタンの転化率を示した実施例である。
Al2O3ウオッシュコーティング担体、Pd担持量
1.8g/L)に対して、上記本発明の触媒の中で4種
類の触媒(γ・Al2O3ウオッシュコーティング担
体、Pd−La,Pd−La−Mg,Pd−Nd,Pd
−Pr、Pd担持量1.8g/L、La(Nd,Pr)
/Al=5/95(モル比)、Mg/Pd=5(原子
比)でのメタンの転化率を示した実施例である。
【0012】この実施例は、5.2ccの触媒を用いて
測定したものである。このときの測定時の全条件は、供
給メタンの濃度が900ppm、酸素が1.5%、SV
(空間速度)が20000 1/hと同じである。触媒
の状態は、図2がフレッシュの条件、図3が1073K
で4時間熱劣化した条件、図4が1073Kで8時間熱
劣化した条件である。ここで、メタン転化率は図7の式
で求める。
測定したものである。このときの測定時の全条件は、供
給メタンの濃度が900ppm、酸素が1.5%、SV
(空間速度)が20000 1/hと同じである。触媒
の状態は、図2がフレッシュの条件、図3が1073K
で4時間熱劣化した条件、図4が1073Kで8時間熱
劣化した条件である。ここで、メタン転化率は図7の式
で求める。
【0013】図2のフレッシュ触媒において、従来のP
d触媒と本発明の触媒でのメタン転化率を比較すると、
触媒温度600KでPd触媒のメタン転化率が20%で
ある反面、本発明触媒のメタン転化率は50〜90%以
上に達している。
d触媒と本発明の触媒でのメタン転化率を比較すると、
触媒温度600KでPd触媒のメタン転化率が20%で
ある反面、本発明触媒のメタン転化率は50〜90%以
上に達している。
【0014】このように、比較的に低温600Kで本発
明の触媒のメタン転化率はPd触媒の30〜60%程度
まで向上している。また、800K以上の高温領域でP
d触媒はメタン転化率が100%まで達していないが、
本発明の触媒では750Kになると100%に達する優
れた性能を持っている。
明の触媒のメタン転化率はPd触媒の30〜60%程度
まで向上している。また、800K以上の高温領域でP
d触媒はメタン転化率が100%まで達していないが、
本発明の触媒では750Kになると100%に達する優
れた性能を持っている。
【0015】図3及び図4は触媒の耐熱性の特性を示し
たものである。図3は1073Kの温度で4時間熱劣化
したものあるが、本発明の触媒の中で4種類の触媒のメ
タン転化率は低下しない。しかし、Pd触媒のメタン転
化率は、600Kでフレッシュ状態で20%が4時間熱
劣化状態になると0%となり、700Kでフレッシュ状
態で70%が4時間熱劣化状態になると10%となり、
800Kでフレッシュ状態で85%が4時間熱劣化状態
になると25%となり、その低下幅は20〜60%まで
である。
たものである。図3は1073Kの温度で4時間熱劣化
したものあるが、本発明の触媒の中で4種類の触媒のメ
タン転化率は低下しない。しかし、Pd触媒のメタン転
化率は、600Kでフレッシュ状態で20%が4時間熱
劣化状態になると0%となり、700Kでフレッシュ状
態で70%が4時間熱劣化状態になると10%となり、
800Kでフレッシュ状態で85%が4時間熱劣化状態
になると25%となり、その低下幅は20〜60%まで
である。
【0016】図4の1073Kで8時間熱劣化したとき
の結果を見ると、本発明の触媒でのメタン転化率はPd
−Pr触媒のみ多少低下するが、700K以上では10
0%に達する性能を示している。しかし、Pd触媒での
メタン転化率は4時間熱劣化の結果からさらに低下して
いる。
の結果を見ると、本発明の触媒でのメタン転化率はPd
−Pr触媒のみ多少低下するが、700K以上では10
0%に達する性能を示している。しかし、Pd触媒での
メタン転化率は4時間熱劣化の結果からさらに低下して
いる。
【0017】上記したように、本発明触媒中での4種類
の触媒(Pd−La,Pd−La−Mg,Pd−Nd,
Pd−Pr)は、希薄燃焼方式の部分負荷のような低い
触媒温度でのメタン転化率、1000K以上の高温での
完全酸化反応及び熱劣化に優れた性能を持っていること
が明らかである。
の触媒(Pd−La,Pd−La−Mg,Pd−Nd,
Pd−Pr)は、希薄燃焼方式の部分負荷のような低い
触媒温度でのメタン転化率、1000K以上の高温での
完全酸化反応及び熱劣化に優れた性能を持っていること
が明らかである。
【0018】また、NO(一酸化窒素)が共存するとき
に従来の貴金属触媒と前記4種類の触媒におけるホルム
アルデヒド生成特性を図5の第1表及び図6の第2表に
示す。この結果は、触媒温度が400〜1100Kの間
で、NOが1000ppm共存するときにメタンの触媒
酸化反応から生成されるホルムアルデヒド排出濃度を示
している。
に従来の貴金属触媒と前記4種類の触媒におけるホルム
アルデヒド生成特性を図5の第1表及び図6の第2表に
示す。この結果は、触媒温度が400〜1100Kの間
で、NOが1000ppm共存するときにメタンの触媒
酸化反応から生成されるホルムアルデヒド排出濃度を示
している。
【0019】従来の貴金属触媒から排出されるホルムア
ルデヒドは、Pd触媒で2.8ppm、Pt,Rh系触
媒で4.4〜7.4ppm排出される。一方、上記4種
類の触媒では、ホルムアルデヒドが半分以下、特にPd
−La−Mg触媒では0.6ppmと非常に低い濃度で
ある。
ルデヒドは、Pd触媒で2.8ppm、Pt,Rh系触
媒で4.4〜7.4ppm排出される。一方、上記4種
類の触媒では、ホルムアルデヒドが半分以下、特にPd
−La−Mg触媒では0.6ppmと非常に低い濃度で
ある。
【0020】一方、図2の結果を見ると、800K〜1
050K間でメタンの転化率の低下は見れず、良好なメ
タンの転化率を示している。
050K間でメタンの転化率の低下は見れず、良好なメ
タンの転化率を示している。
【0021】さらに、メタンの触媒での転化率向上のた
めに、多段構造の触媒装置にすることにより、多段構造
触媒の中の流れを数値解析した結果、最初の触媒(b)
層5aの中に入った排ガスが触媒(b)層5aと触媒
(c)層5bの間を流れる際に、流れの方向が変わって
下流側の触媒(c)層5bの入口で混合される現象が起
こることが判明した。また、空間の体積があることによ
って排ガスの滞留時間が長くなる。このように排ガスが
触媒層の間での混合することや排ガスの滞留時間が延び
ることにより排ガスの転化率が高くなる。
めに、多段構造の触媒装置にすることにより、多段構造
触媒の中の流れを数値解析した結果、最初の触媒(b)
層5aの中に入った排ガスが触媒(b)層5aと触媒
(c)層5bの間を流れる際に、流れの方向が変わって
下流側の触媒(c)層5bの入口で混合される現象が起
こることが判明した。また、空間の体積があることによ
って排ガスの滞留時間が長くなる。このように排ガスが
触媒層の間での混合することや排ガスの滞留時間が延び
ることにより排ガスの転化率が高くなる。
【0022】特に、排ガスとホルムアルデヒドの同時低
減用として、より低温で排ガス中のメタンを効率的に低
減するために上流側の触媒(b)層5aにPd触媒にL
a,Nd,Prの何れかを添加した触媒を、NOx共存
下でのメタンの触媒反応から生成されるホルムアルデヒ
ドを抑制するために下流側の触媒(c)層5bに上流側
の触媒(b)層5aの触媒の何れかにMgを添加した触
媒で構成された触媒装置が有用である。
減用として、より低温で排ガス中のメタンを効率的に低
減するために上流側の触媒(b)層5aにPd触媒にL
a,Nd,Prの何れかを添加した触媒を、NOx共存
下でのメタンの触媒反応から生成されるホルムアルデヒ
ドを抑制するために下流側の触媒(c)層5bに上流側
の触媒(b)層5aの触媒の何れかにMgを添加した触
媒で構成された触媒装置が有用である。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明によると、天然ガス
を燃料としたエンジンの排ガス中のNO共存による人体
に有害であり、光化学反応性の高いホルムアルデヒドそ
の他の微量成分の生成を低減し、天然ガスを燃料とした
エンジンの排ガスの浄化に適した触媒装置を提供するこ
とができる。
を燃料としたエンジンの排ガス中のNO共存による人体
に有害であり、光化学反応性の高いホルムアルデヒドそ
の他の微量成分の生成を低減し、天然ガスを燃料とした
エンジンの排ガスの浄化に適した触媒装置を提供するこ
とができる。
【図1】本発明装置の断面図
【図2】フレッシュ状態の触媒のメタンの転化率を示す
グラフ
グラフ
【図3】1073Kで4時間熱劣化した状態の触媒のメ
タンの転化率を示すグラフ
タンの転化率を示すグラフ
【図4】1073Kで8時間熱劣化した状態の触媒のメ
タンの転化率を示すグラフ
タンの転化率を示すグラフ
【図5】従来の触媒でホルムアルデヒド排出の最高濃度
を示す表
を示す表
【図6】本発明装置でホルムアルデヒド排出の最高濃度
を示す表
を示す表
【図7】メタン転化率の算式
1 触媒装置 2 ケーシング 3 入口 4 出口 5a 触媒層 5b 触媒層
───────────────────────────────────────────────────── 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 53/94 B01J 35/02 ZAB P 8017−4G 35/04 301 L 8017−4G ZAB 8017−4G B01D 53/36 104 Z ZAB
Claims (1)
- 【請求項1】 一端に排ガス入口を有し、他端に排ガス
出口を有するケーシング内の排ガスの流れの上流側に、
耐酸性3次元のセラミックハニカム体上に、γ・Al2
O3をウォッシュコーティングした基盤にPd,Pt,
Rhからなる白金族元素を1種以上担持した触媒(a)
に高温でのメタン転化率低下防止及び触媒の耐熱性の向
上のためにランタノイド系金属La,Nd,Prの酸化
物の1種以上を添加した触媒(b)の層を配置し、排ガ
スの流れの下流側に、前記触媒(b)にNOx共存によ
るホルムアルデヒド生成を抑制するためにMgの酸化物
を添加した触媒(c)の層を配置したことを特徴とする
天然ガスエンジンの排気ガス浄化用触媒装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4300638A JPH0755295B2 (ja) | 1992-10-14 | 1992-10-14 | 天然ガスエンジンの排気ガス浄化用触媒装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4300638A JPH0755295B2 (ja) | 1992-10-14 | 1992-10-14 | 天然ガスエンジンの排気ガス浄化用触媒装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06126173A JPH06126173A (ja) | 1994-05-10 |
JPH0755295B2 true JPH0755295B2 (ja) | 1995-06-14 |
Family
ID=17887279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4300638A Expired - Fee Related JPH0755295B2 (ja) | 1992-10-14 | 1992-10-14 | 天然ガスエンジンの排気ガス浄化用触媒装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0755295B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7364712B2 (en) | 2000-11-17 | 2008-04-29 | Osaka Gas Company Limited | Catalyst for purifying methane-containing waste gas and method of purifying methane-containing waste gas |
KR100435339B1 (ko) * | 2001-09-27 | 2004-06-10 | 현대자동차주식회사 | 디젤 자동차용 De-NOx 촉매 |
KR100908049B1 (ko) * | 2007-10-31 | 2009-07-15 | 에스케이에너지 주식회사 | 천연가스 자동차 배기가스 정화용 촉매 |
KR101524054B1 (ko) * | 2013-12-24 | 2015-05-29 | 희성촉매 주식회사 | 압축천연가스 연소시스템 배기가스 산화촉매 |
-
1992
- 1992-10-14 JP JP4300638A patent/JPH0755295B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06126173A (ja) | 1994-05-10 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |