JPH08503046A - エンジン排気ガス流れの処理方法および装置 - Google Patents

エンジン排気ガス流れの処理方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 炭化水素および他の汚染物が入っているエンジン(12)排気ガス流れを処理することを含む本発明に従う方法および装置を記述する。本発明の方法は、第一触媒ゾーン(18)と第二触媒ゾーン(28)が中に入っているモノリス体(16)を含む触媒部材の中を通して排気ガス流れを流して第一触媒ゾーン(18)内の触媒と接触させることにより、この排気ガス流れの中に入っている汚染物の少なくともいくらかを無害な生成物に変化させる段階を含んでいる。次に、この排気ガス流れを、この触媒部材から排出させて吸着ゾーン(24)の中を流すことにより、炭化水素汚染物の少なくともいくらかを吸着材組成物に吸着させる。次に、この排気ガス流れを上記吸着ゾーン(24)から排出させて上記第二触媒ゾーン(28)に流し込むことにより、この汚染物の少なくともいくらかを無害な生成物に変化させる。次に、このようにして処理した排気ガス流れを、適切な排気手段を通して大気に排出させる。好適な吸着材は、アルミナに対するシリカの比が比較的高くそして相対ブレンステッド酸性度が低いゼオライトである。好適な吸着材組成物はベータゼオライト類を含んでいる。この第二触媒ゾーンの上流地点で空気の如き酸化剤(32)をこの排気ガス流れに加えてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 エンジン排気ガス流れの処理方法および装置発明の背景 関連出願に対する交差参照 本出願は、1992年11月12日付けで提出した米国連続番号07/974 ,553の部分的継続である1992年11月19日付けで提出した米国連続番 号07/978,643の部分的継続であり、両出願とも引用することによって 本明細書に組み入れられる。発明の分野 本発明は、エンジン排気ガス流れの処理に関するものであり、より詳細には、 未燃焼炭化水素を含む汚染物が入っているエンジン排気ガス流れを処理する方法 および装置に関する。関連技術 ゼオライト類を含むモレキュラーシーブは、炭化水素の如き有害な成分と他の 汚染物が入っている気体流れからその有害な成分の吸着を行うに有効であること が確認されている。例えば、米国特許第4,985,210号は、自動車用の排 気ガス浄化装置に向けたものであり、ここでは、スリーウエイ(three−w ay)触媒が用いられていると共に、このスリーウエイ触媒の上流に位置してい る炭化水素トラップ内でY型ゼオライトまたはモルデン沸石が用いられている。 米国特許第4,985,210号の図2の態様では、吸着ゾーンの上流に活性炭 素床が配置されている。ソレノイドで働くバルブ機構は、その排気ガス流れの温 度に応じて、この排気ガス流れをその活性炭素床の中に通すか或はその回りに向 ける働きをしており、この排気ガス流れはその後吸着ゾーンおよ びスリーウエイ触媒を通って流れる。 米国特許第5,051,244号はエンジン排気ガス流れの処理方法に向けた ものであり、ここでは、エンジン運転の冷機起動段階中、そのガス流れは吸着ゾ ーン内のモレキュラーシーブの中を通るように導かれる。その炭化水素が脱離し 始めたら、その触媒が運転温度になるまでそのガス流れを吸着ゾーンの側路に流 し、そしてその触媒が運転温度になった時点で再び吸着ゾーンに流すことにより 、炭化水素を脱離させてそれらを触媒ゾーンに運ぶことが行われている。M.H eimrich、L.SmithおよびJ.Kotowski著の表題が「Co ld−Start Hydrocarbon Collection for Advanced Exhaust Emission Control」の論 文、SAE Publication番号920847には、米国特許第5,0 51,244号のそれと同様な様式で機能する装置が開示されている。 1992年6月30日付けのPatil他の米国特許第5,125,231号 には、炭化水素の吸着材としてベータゼオライトを用いることを含む、炭化水素 排出量を低くするためのエンジン排気系が開示されている(コラム5のライン6 3からコラム6のライン14を参照)。シリカ/アルミナの比が70/1から2 00/1の範囲のゼオライトが好適な吸着材であるとされている(コラム6のラ イン7−11を参照)。この装置には、冷機起動運転中、排気ガスを第一コンバ ーターから直接第二コンバーターに向けるバイパスラインとバルブが備わってお り、この第一コンバーターがそれの着火温度に到達したら、その排気ガスをその 第二コンバーターの側路に向かわせるか或はそれからの流出物を第一コ ンバーターに再循環させることが行われている(例えばコラム10のライン10 −28参照)。 米国特許第5,158,753号には排気ガスの浄化装置が開示されており、 この装置には、エンジンの排気ガスを処理する目的で内燃機関の排気ガス路内に 設置されている触媒装置が備わっていると共に、このエンジンの排気ガスを処理 するための吸着装置がその触媒装置と内燃機関の間の排気ガス路内に設置されて いる。1つの態様には、その内燃機関から吸着装置に流れる排気ガスと、その吸 着装置から触媒装置に流れる排気ガスとの間で熱を移動させるための熱交換器が 備わっている。また、この触媒装置には、熱交換器の低温側ガス流路の中に固定 されている触媒が含まれており、そしてその内燃機関から吸着装置に流れる排気 ガスがその熱交換器の高温側ガス流路に流れ込むようになっている。発明の要約 本発明は、第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンが備わっていると共にそれらの間 に吸着ゾーンが備わっている装置を用いてエンジンの排気ガスを処理する装置お よび方法に関するものであり、ここでの第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンは互い に熱が移動する関係にある。この第一触媒ゾーンから第二触媒ゾーンに熱が移動 することにより、その中に存在している第二触媒がより迅速にそれの有効運転温 度に到達する補助が得られ、そして第二触媒の温度が、この触媒がより有効に炭 化水素の少なくともいくらかを無害な物質に変化させることができる温度になる まで、この吸着ゾーンがその炭化水素を吸着することにより、大気に排出される 炭化水素の量が低くなる。 詳細には、本発明は、炭化水素および他の汚染物が入っているエンジ ン排出ガス流れを少なくとも冷機起動運転期間の間処理する方法を提供するもの である。この方法は、(a)少なくともその汚染物のいくらかを無害な生成物に 変化させるに有効な第一触媒が入っている第一触媒ゾーンの中を通して排出ガス 流れを流し、(b)このガス流れの中に残存している炭化水素の少なくともいく らかを一時的に吸着するに有効な吸着材が入っている吸着ゾーンの中を通して上 記第一触媒ゾーンの流出物を流し、そして(c)少なくともこの炭化水素の少な くともいくらかを無害な生成物に変化させるに有効な第二触媒が入っている第二 触媒ゾーンの中を通して上記吸着ゾーンの流出物を流す段階を含んでいる。本発 明の方法では、第一触媒ゾーンから第二触媒ゾーンに熱を移動させることにより 、エンジンの少なくとも冷機起動運転期間中に第二触媒ゾーンが示す効力を改良 する。 本発明の1つの面に従い、直交流モノリスを含んでいてもよい間接的熱交換手 段の中を通して排気ガス流れを流してもよく、この直交流モノリスには、このモ ノリスの中を通る第一流路を限定している多数の第一通路が備わっており、そし てこのモノリスの中を通る第二流路(これは、第一流路から隔離されている)を 限定している多数の第二通路と熱交換する関係に位置している。この直交流モノ リスに備わっている第一流路および第二流路のそれぞれに第一触媒ゾーンと第二 触媒ゾーンを配置してもよい。この第一触媒は酸化触媒を含んでいてもよく、そ してこの方法は、この第一触媒ゾーン内で一酸化炭素を二酸化炭素に酸化させる ことを包含し得る。 本発明の別の面は、炭化水素の酸化を生じさせるに有効な第三触媒を第三触媒 ゾーンの中に入れてもよく、これを第一触媒ゾーンと第二触媒 ゾーンの間に位置させることができ、そしてこの方法は、この第三触媒ゾーンの 中を通して排気ガス流れを流すことを包含し得る。 本発明の別の面は、この吸着材料がモレキュラーシーブ材料、例えばファウジ ャス石、斜方沸石、シリカライト(silicalite)、ゼオライトX、ゼ オライトY、超安定ゼオライトY、オフレ石およびベータゼオライト類から成る 群から選択されるモレキュラーシーブ材料で出来ていてもよいことを提供するも のである。特に、イオン交換を行ったベータゼオライト、例えばFe/ベータゼ オライト、好適にはH/ベータゼオライトなどを用いることができる。ゼオライ ト類、好適にはベータゼオライト類のシリカ/アルミナのモル比は少なくとも約 25/1、好適には少なくとも約50/1であり、その有効な範囲は約25/1 から1000/1、50/1から500/1、同様に約25/1から300/1 、例えば約100/1から250/1、或はまた約35/1から180/1であ る。ゼオライト類の他の有効なおよび好適なシリカ対アルミナのモル比は、少な くとも200/1であり、より好適な比は約200/1から約1000/1であ り、そしてベータゼオライトの比の範囲は好適には約200/1から約600/ 1である。最も好適には、この吸着材料は、以下に定義する如き相対ブレンステ ッド酸性度が1.0未満、好適には0.5未満、より好適には0.25未満、更 により好適には0.1未満、最も好適には0.05未満である低ゼオライトであ る。 好適なゼオライトにはZSM、Yおよびベータゼオライト類が含まれ、ベータ ゼオライト類が特に好適である。これらの好適なゼオライト類を処理して酸部位 の数を少なくする。有機酸または無機酸でこのゼオライトのリーチング(lea ching)を行うことによってこれを達成す ることができる。別法としてか或は追加的に、350から900℃の蒸気を用い 、この蒸気の温度を1時間当たり100℃から600℃で上昇させることにより 、このゼオライトの蒸気処理を行うことができる。蒸気処理を行うと相対ブレン ステッド酸性度が低くなることが確認されており、その結果として、排気ガス流 れ内の炭化水素を吸着する用途でゼオライトを用いる時の耐久性が向上する。 本発明は、相対ブレンステッド酸性度がこの上に示したような好適な範囲にな るように処理したゼオライト類を含んでいる吸着材組成物、並びに上記組成物を 含んでいる排気ガス浄化装置および吸着装置も包含している。 本発明の更に別の面は、第二触媒ゾーンの上流地点、例えば第一触媒ゾーンと 第二触媒ゾーンの間にある地点で、排気ガス流れに酸化剤を加えることを含んで いる。好適には、中間触媒ゾーンの中を通してこの排気ガス流れを流す場合それ の上流にこの酸化剤を加える。この酸化剤は典型的に酸を含んでおり、これは、 この排気ガス流れに空気を加えることによって便利に供給可能である。 この方法は、任意に、第一触媒ゾーンの上流に位置しておりそしてそれとガス 流れ伝達状態にある予備触媒ゾーンの中を通して排気ガス流れを流すことを包含 し得る。この予備触媒ゾーンには、少なくとも1種の白金族金属、例えばパラジ ウム触媒成分を含んでいる触媒組成物が入っていてもよい。 本発明はまた装置の面も包含しており、ここでは、エンジン排気ガス流れ由来 の有害成分、例えば炭化水素および他の汚染物を無害な生成物に変換するための 排気ガス浄化装置も提供する。本発明のこの面に従う 装置は排気ガスの流路を限定しており、そしてこれには、汚染物の少なくともい くらかを無害な物質に変化させるに有効な第一触媒が入っている第一触媒ゾーン ;ガス流れ内に含まれている少なくともいくらかの炭化水素をエンジン運転の少 なくとも冷機起動の間一時的に吸着する吸着材を含んでおりそして第一触媒ゾー ンとガス流れ伝達状態にありかつそれの下流に位置している吸着ゾーン;並びに 未燃焼炭化水素の少なくともいくらかを無害な物質に変化させるに適した第二触 媒が入っておりそして上記吸着ゾーンとガス流れ伝達状態にありかつそれの下流 に位置している第二触媒ゾーンが備わっている。この装置にはまた、第一触媒ゾ ーンから第二触媒ゾーンへの間接的熱交換による熱伝達を与えるための熱交換手 段も備わっている。 本発明の1つの面に従い、この熱交換手段は直交流モノリスを含んでおり、こ の中に、第一ゾーンおよび第二ゾーンがお互いに対して相互に熱交換するように これらが限定されている。好適には、この第一ゾーンには第一触媒ゾーンが含ま れており、そして第二ゾーンには第二触媒ゾーンが含まれている。この第一触媒 は少なくとも一酸化炭素の酸化を生じさせるに有効性を示し得る。本発明の1つ の面に従い、この第一触媒および第二触媒の少なくとも1つはスリーウエイ触媒 (TWC)であり、例えばこの第一触媒がスリーウエイ触媒であってもよい。 この装置に更に、吸着ゾーンと第二触媒ゾーンの間に位置しておりそしてそれ らとガス流れ伝達状態にある中間触媒ゾーンを含めてもよく、この中間触媒ゾー ンには、少なくとも炭化水素の酸化を生じさせるに有効な第三触媒を入れる。こ の中間触媒ゾーンの位置は上記吸着ゾーンの上流もしくは下流であってもよい。 本発明の更に別の面に従い、第一触媒ゾーンの上流に位置しておりそしてそれ とガス流れ伝達状態にある予備触媒ゾーンをこの装置に含めてもよい。例えばパ ラジウム触媒成分が入っている触媒組成物をこの予備触媒ゾーンに入れてもよい 。 本発明の別の面において吸着材料を提供し、これにはゼオライト、好適には上 に記述した如きベータゼオライト吸着材料を含有させることができる。従って、 本発明は、エンジン排気ガス流れ由来の有害成分、例えば炭化水素および他の汚 染物を無害な生成物に変化させるための排気ガス浄化装置および方法を包含し得 るものであり、この装置は、排気ガスのための流路を限定している。本発明のこ の面に従い、排気ガス流れ由来の未燃焼炭化水素を一時的に吸着するベータゼオ ライトが入っている吸着ゾーンをこの装置に含めてもよく、この吸着ゾーンをこ の流路内に位置させる。この装置は更に、上記汚染物および脱離した未燃焼炭化 水素の少なくともいくらかを無害な物質に変化させるに有効な触媒が入っている 触媒ゾーンを含んでおり、これを、上記吸着ゾーン下流の上記流路内に位置させ る。このベータゼオライトは、イオン交換を行ったべータゼオライト、例えばH /ベータゼオライトまたはFe/ベータゼオライトなどであってもよい。好適に は、上記吸着ゾーンの上流にある流路からこの吸着ゾーンの下流にある触媒ゾー ンに間接的熱交換で熱を伝達するように熱交換手段を存在させる。 本発明の別の面に従い、互いに熱を交換する関係にある第一触媒ゾーンおよび 第二触媒ゾーンと共にそれらの間に位置させた吸着ゾーンを備えた装置に、更に 、この第二触媒ゾーンの上流地点、例えば第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンとの 間にある地点で排気ガス流れに酸化剤を添加 するための手段を含めてもよい。この装置に中間触媒ゾーンを含める場合、この 排気ガス流れに酸化剤を添加する手段を用いて、好適には上記中間触媒ゾーンの 上流地点、例えばその吸着ゾーンと中間触媒ゾーンの間にある地点にこの酸化剤 を加える。この酸化剤は典型的に酸素を含んでおり、空気を含んでいてもよく、 従って、この酸化剤を添加するための手段は空気ポンプを含んでいてもよい。 本発明に従う第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンを含んでいる直交流モノリスの 構造は、この第一ゾーンの中に約3から35cm2/cm3から成る単位体積当た りの幾何学的表面積を与えそしてその第二ゾーンの中に約3から35cm2/c m3から成る単位体積当たりの幾何学的表面積を与えるような構造であってもよ い。例えば、1断面平方インチ当たりに約9個から約800個のガス流れ通路が 第一ゾーン内に存在しておりそして1断面平方インチ当たりに約9個から約80 0個のガス流れ通路が第二ゾーン内に存在しているモノリスを用いることによっ て、このような構造を得ることができる。例えば、このモノリスの構造は、1断 面平方インチ当たり約400個の通路を第一ゾーンに与えそして1断面平方イン チ当たり約100個の通路を第二ゾーンに与えるような構造であってもよい。 「第一」触媒、ゾーンまたは触媒ゾーンおよび「第二」触媒、ゾーンまたは触 媒ゾーンを本明細書および請求の範囲で用いる場合、これらに対する言及は、処 理すべき排気ガス流れをその中に導入する順序に関する言及である。従って、「 第一」触媒は上流にある触媒であり、そして「第二」触媒は下流にある触媒であ り、ここでの「上流」および「下流」は、その中を排気ガス流れが流れる方向に おける意味と同じである。 本明細書および請求の範囲において、異なる温度を有する流体または気体の混 じり合いまたは対流によって単に達成される熱交換ではなく、固体状媒体による 伝導、例えば熱交換器または直交流モノリスの壁による伝導を含む熱交換を示す 目的で、言葉「間接的熱交換」を用いる。図の簡単な説明 図1は、本発明の1つの態様に従う熱交換器の上流および下流にそれぞれ位置 している個別の第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンを含んでいる排気装置の図式的 流れ図である。 図2は、本発明の別の態様に従う排気処理装置の図式的流れ図である。 図3は、本発明の別の態様に従い、触媒部材と吸着ゾーンとの間に位置してい る空気ポンプ入り口を有する、図2のそれと同様な排気処理装置の図式的流れ図 である。 図4は、本発明の別の態様に従い、中間触媒ゾーンと共に吸着ゾーンの下流に 位置している空気ポンプ入り口を含んでいる、図2のそれと同様な排気処理装置 の図式的流れ図である。 図5は、本発明の1つの態様で用いるに適した直交流モノリスの部分除去透視 図である。 図6は、本発明の実施で有効な直交流モノリスの1つの態様を図式的に示す部 分除去透視図である。 図7Aおよび7Bは、図6の直交流モノリスの図式的断面図である。 図8は、図6の直交流モノリスに関する変形の図式的断面図である。 図9Aおよび9Bは、本発明の実施で有効な直交流モノリスの更に別の態様を 図式的に示す断面図である。 図10は、本発明に従う直交流モノリスの別の態様の透視図である。 図11は、本発明に従う排気処理装置の図式的流れ図である。発明の詳細な説明およびそれの好適な態様 本発明の方法および装置は、内燃機関の冷機起動運転を行っている間のエンジ ン排気ガス流れ由来の有害な排出物の量を最小限にするに特に適合している。こ のようなエンジンには炭化水素系燃料が燃料供給されておりそしてそれらが排出 する排気ガスの中には多様な有害汚染物が存在していることが知られている。こ のような燃料の中に入っている炭化水素は、一般に、ガソリンまたはディーゼル 燃料を含んでおり、時にはエタノールおよびメタノールを含むアルコール類も含 んでいる。上述した燃料の混合物もまた使用可能である。従って、このようなエ ンジン由来の排気ガス流れは炭化水素、NOxおよび一酸化炭素などの如き汚染 物を含んでおり、州および/または連邦政府の排気排出量基準に従わせるには、 この排気ガス流れが大気の中に放出されるに先立ってそれらの除去を行う必要が ある。これらの汚染物、特に炭化水素の排出量を制御することに関する問題は、 エンジン運転の冷機起動期間中が最も深刻であり、この期間中、このエンジンは 冷えた状態にある可能性がある(即ち標準運転温度未満である)と共にこの期間 中その汚染物を無害な物質に変化させる目的で用いられている如何なる環境上の 触媒もそれの運転温度未満である可能性がある。本発明は、このようなエンジン 運転の冷機起動期間中およびその後の未燃焼炭化水素排出量を低くする方法およ び装置を提供することにある。幅広い記述において、2つの触媒ゾーンとそれら の間に位置させた炭化水素トラップが備わっている排気ガス処理装置を提供しそ してエンジン運転の少なくとも冷機起動期間中その第一触媒ゾーンから第二触媒 ゾーンに熱を伝達することにより、これを達 成する。 本発明に従い、エンジンからの排気ガスを受け取らせる目的で、このエンジン とガス流れ伝達する状態で第一触媒ゾーンを配置する。この第一触媒ゾーンには 、そのガス流れ内に存在している汚染物、例えば一酸化炭素などの少なくともい くらかを無害な生成物に変化させるに有効な触媒を入れる。この第一触媒は同様 に他の汚染物の変換も生じさせるに有効なものであってもよく、例えばこれは、 一酸化炭素、未燃焼の炭化水素および窒素酸化物を無害な物質に変化させるに有 効な通常のスリーウエイ触媒であってもよい。このような触媒は一般に白金族金 属を1種以上含んでいる。任意に、元素周期律表のVII族のベース金属および VB族および/またはVIB族金属の1種以上をこれらの白金族金属に補っても よい。従って、好適には、クロム、銅、バナジウム、コバルト、ニッケルおよび 鉄の1種以上を用いることができる。これらの触媒にはまた、スリーウエイ変換 またはTWC触媒として一般的知られている種類の触媒が含まれる。これらのT WC触媒は、例えばアルミナ、セリアまたはジルコニアの如き耐火金属酸化物の 上に堆積させた白金−ロジウムもしくはパラジウム−ロジウムの二金属成分また は白金−パラジウム−ロジウムの三金属成分を含んでいてもよい。 吸着ゾーンは、第一触媒ゾーンの下流に位置していてそれとガス流れ伝達状態 にあり、そしてこれには、少なくとも冷機起動運転期間中の排気ガス流れ内に存 在している炭化水素を吸着するに有効な吸着材料が入っている。この期間中、こ のガス流れは未燃焼の炭化水素で満たされており、そして第一触媒および第二触 媒の片方または両方とも未燃焼の炭化水素の変換を行うに有効でなく、これらは 影響を受けないでその中を通 過する。この吸着ゾーンの中に存在している吸着材料は、炭化水素を吸着するこ とにより、未燃焼の炭化水素が大気中に放出されるのを少なくとも一時的に防止 する。 この吸着材料には公知の如何なる炭化水素吸着材も含まれ、例えば活性化アル ミナ、多孔質ガラス、シリカゲルおよび活性炭などが含まれる。天然および合成 のモレキュラーシーブが特に有効である。天然のモレキュラーシーブには、ファ ウジャス石、斜プチロライト、モルデン沸石および斜方沸石が含まれる。使用可 能なモレキュラーシーブの1つの種類であるゼオライト類には、シリカライト、 ゼオライトX、ゼオライトY、超安定ゼオライトY、ZSM−5、オフレ石など が含まれる。一般に、一次元もしくは二次元孔構造を有するシーブ材料よりもい わゆる三次元孔構造を有するシーブ材料の方が好適であるが、前者の数種も許容 される様式で充分に機能を果す。許容され得る材料の細孔直径は典型的に約3か ら8オングストロームである。予想外に、ベータゼオライト類、特に約25/1 から300/1および約100/1から約250/1の高いシリカ/アルミナ比 範囲を示すベータゼオライト類が特に有効な吸着材であることが示された。この ゼオライト類、好適にはベータゼオライト類のシリカ/アルミナのモル比は、少 なくとも約25/1、好適には少なくとも約50/1からであり、有効な範囲は 約25/1から1000/1、50/1から500/1と同様約25/1から3 00/1、例えば約100/1から250/1、或はまた約35/1から180 /1である。ゼオライト類に有効および好適な他のシリカ対アルミナモル比は、 少なくとも200/1であり、より好適な比は約200/1から約1000/1 であり、そしてベータゼオライトに好適な範囲は約200 /1から約600/1である。好適なベータゼオライト類は、イオン交換を行っ たベータゼオライト類、例えばH/ベータゼオライトおよびFe/ベータゼオラ イトなどである。 好適なゼオライト類にはZXM、Yおよびベータゼオライト類が含まれ、ベー タゼオライト類が特に好適である。これらの好適なゼオライト類を処理して酸部 位の数を低くすることができる。有機酸または無機酸を用いてこのゼオライトの リーチングを行うことによってこれを達成することができる。好適な酸には強無 機酸、例えば硫酸、硝酸、塩酸、燐酸など、並びにトリフルオロ酢酸などの如き カルボン酸およびしゅう酸、マロン酸、こはく酸、グルタル酸、アジピン酸、マ レイン酸、フマル酸、フタル酸などの如きジカルボン酸などが含まれる。有効な 酸には好適にはポリ酸が含まれ、好適には二官能酸、より好適にはジカルボン酸 であり、しゅう酸が最も好適である。0.02から12N、好適には0.1から 10Nの濃度でこの酸を用い、そして固体ゼオライトの濃度を0.01から1. 0g/mL、好適には0.05から0.5g/mLにする。適切な温度範囲、典 型的には10から100℃の温度でこのリーチングを実施し、例えば硫酸を用い る場合好適には70から100℃で実施し、そしてしゅう酸を用いる場合10か ら50℃で実施する。このリーチング条件および濃度で達成可能な望ましいシリ カ対アルミナ比を達成するに充分な時間、典型的には約0.5から5時間、好適 には0.5から3時間、このリーチングを実施する。 350から900℃の蒸気でこのゼオライトを蒸気処理することができる。好 適には、400から800℃、より好適には500から750℃でこの蒸気処理 を実施し、最も好適な範囲は550から750℃であ る。適切な速度、例えば1時間当たり100から600℃の速度でこの蒸気の温 度を上昇させることができる。開示する蒸気濃度は10から100%、好適には 30から100%であり、好適な濃度は約50から100%でありその残りは空 気である。好適には大気圧下でこの蒸気処理を実施する。この蒸気処理の時間は 、このゼオライトを処理するに充分な時間であり、典型的には0.5から48時 間、好適には0.5から24時間、より好適には0.5から8時間、最も好適に は0.5から5時間である。この蒸気処理はシリカ対アルミナ比を有意に上昇さ せるものでない。しかしながら、これにより、このゼオライトの骨組からそのア ルミニウムの少なくともいくらかが除去されることによってそのゼオライトの酸 性度が低くなると考えている。ゼオライト類の蒸気処理を行うと、使用時にゼオ ライト類がガス流れ内の炭化水素を吸着しそしてコークス生成に抵抗力を示す耐 久性が向上することが見いだされた。好適には、このゼオライトのリーシング処 理と蒸気処理の両方を行うことができる。特に好適な方法では、最初にゼオライ トの酸リーチング処理を行った後蒸気処理を行う。任意に、所望の如何なる順で もリーチング処理段階と蒸気処理段階を繰り返してもよい。例えば、リーチング 処理して蒸気処理したゼオライトを繰り返してリーチング処理した後蒸気処理し てもよい。特定の態様において、このゼオライトをリーチング処理し、蒸気処理 した後、再びリーチング処理してもよい。 ベータゼオライトの処理を行うに有効な方法は、例えば1992年3月25日 に公開されたCN 1059701Aの中に開示されており、これは引用するこ とによって本明細書に組み入れられる。この引用文献には、有機アミン鋳型方法 を用いて製造したベータゼオライトから焼成 で窒素化合物を除去することにより、Si含有量が高いベータゼオライトを製造 することが開示されている。濃度が0.02から12N、好適には0.1から1 0Nの有機もしくは無機酸溶液を用い、固体ゼオライトの濃度を0.01から1 .0g/mL、好適には0.05から0.5g/mLにすることにより、ベータ ゼオライトのリーチングが10から100℃において0.5から5時間、好適に は1から3時間で達成されている。このリーチングを行った後、400から90 0℃の蒸気を用い蒸気温度を1時間当たり100℃から600℃で上昇させなが らゼオライトの処理を行う。開示されている蒸気濃度は50から500KPaの システム圧で100%である。この蒸気処理時間は0.5から5時間である。 本発明の好適な態様に従い、蒸気処理を補った処理を行うことによってアルミ ナに対するシリカの比を上昇させたゼオライトを用いることができる。このアル ミナに対するシリカの比率を上昇させる方法では、そのゼオライトからアルミナ が除去される。リーチングでは、例えばそのゼオライト構造物の骨組からアルミ ニウムが取り出される。アルミニウムイオン塩の形態で取り出されたアルミニウ ムが、そのリーチング液で除去される。 本発明に関して特に興味の持たれるものは、このゼオライト骨組の中に存在し ているアルミナが与える酸性度である。リーチングによって達成される高いシリ カ対アルミナ比はそのゼオライトが示す酸性度に関係していると考えている。こ のゼオライトが示す酸性度は、使用時のゼオライトが排気流れ由来の炭化水素を 吸着する時、例えば典型的に300から800℃、より典型的には350から6 00℃の範囲の温度の自動 車および産業排気流れ由来の炭化水素を吸着する時の耐久性に影響を与えると考 えている。このゼオライトは、このような環境下で用いる時、このゼオライト骨 組が有する孔の詰まりおよび/または崩壊が主な原因で吸着効率を失う傾向を示 す。このゼオライトを処理する条件を調節することによって、安定なゼオライト 骨組の維持を達成することができる。このような条件には酸濃度、蒸気温度など が含まれる。より穏やかな条件を用いると、処理を行っている間にゼオライトの 骨組が悪化する傾向が低くなると共に、そのアルミナを除去する位置の骨組を安 定にすることが可能になる。 蒸気処理を行うと更にそのゼオライト骨組からアルミニウムが除去されると考 えている。この影響を受けたアルミニウムはそのゼオライトの中、恐らくはその 孔の中に存在し続ける。このアルミニウムなしでもそのゼオライト骨組は安定で あると考えており、そしてその孔の中に存在しているアルミニウムイオンはアル ミナになると考えている。この孔の中に残存しているアルミナはそのゼオライト が示す酸性度に貢献せず、その酸性度が低くなると考えている。この孔の中に存 在しているアルミナは、次に行うリーチング段階で洗浄または抽出されて除去さ れるか、或は残存し得る。 蒸気処理を行った後のゼオライトは改良されたコークス生成抵抗力を示すこと を見い出した。この蒸気処理ではそのゼオライト骨組からブルンステッド酸部位 が優先的に除去されると考えている。この蒸気処理段階を行うと、エンジン試験 を行っている間に生成するコークスの量が有意に低下することを確認した。従っ て、このゼオライト骨組の中に存在しているシリカ対アルミナ比のみを考慮した 場合同じシリカ対アルミナ 比を有する匹敵するゼオライトに比べてブレンステッド酸部位の数が比較的低い ゼオライトは、排気流れ内に存在している炭化水素に対して(コークス生成に対 して)高い安定性を示す吸着材料をもたらす。この酸性度全体およびシリカ対ア ルミナ比は、吸着特性を指示する重要なものであり得るが、相対ブレンステッド 酸性度もまた重要であることを見い出した。 ブレンステッド酸性度が低いゼオライトは適切な手段で製造可能であり、ブレ ンステッド酸部位の数を低くするに好適な方法は、上に示した如き蒸気処理であ る。典型的なブレンステッド酸構造は、 である。 赤外分光法の吸収ピークを用いることで、相対ブレンステッド酸部位濃度を測 定することができる。上記ピークを測定するに有効な操作は、Perkin−E lmer 1750FTIRスペクトロメーターを用いることで実施可能である 。Spectra Tech Environmentalチャンバセルの中に サンプルを約0.5g入れ、そして一定窒素流下でインサイチュー測定を行う。 このサンプルを最初450℃に加熱することで全ての水を除去する。このサンプ ルを40℃に冷却した後、このチャンバの中にピリジン蒸気を窒素流下で導入す る。このサンプルを40℃に50分間維持することで平衡に到達させる。次に、 このサンプルを窒素流下1時間かけて200℃にまで加熱し、冷却した後、検査 することにより、ブレンステッド酸の1546cm-1ピークお よびルイス酸の1455cm-1ピークに関する測定を行う。基準材料に対する、 このブレンステッド酸性度に影響を与える処理、好適には蒸気処理を行った後の ブレンステッド酸性度構造ピーク高の比率を用いて、相対ブレンステッド酸性度 を測定する。本発明の目的で、この基準材料は、シリカ対アルミナのモル比が1 80/1のゼオライトである。本発明で有効なゼオライト類の相対ブレンステッ ド酸性度は1.0未満、好適には0.5未満、より好適には0.25未満、更に より好適には0.1未満、最も好適には0.05未満である。同様にして相対ル イス酸性度を測定することができる。 ゼオライトのシリカ対アルミナ比を上昇させる酸リーチング方法を用いると酸 性度が低下することは知られているが、上記方法では、ゼオライト粒子からアル ミニウム原子が無差別に除去されると考えられる。蒸気処理の如き方法では、そ のブレンステッド酸部位の所で優先的にそのゼオライトの骨組からアルミニウム が除去される。従って、このゼオライト粒子、或は更にこのゼオライトの骨組が 示すシリカ対アルミナ比は、排気流れ条件で炭化水素を吸着する時に用いるべき ゼオライトのための唯一のパラメーターでなく、むしろブレンステッド酸性度が そのパラメーターである。これが重要なことは、排気ガス条件(300から10 00℃)下におけるコークス生成に対する抵抗力がより有効であることによって 認識され得ると共に、その骨組の変質を最小限にしながら上記性能を達成するに はゼオライトをどのように処理すればよいかを知ることによって認識され得る。 本質的に、ゼオライトのリーチングを極度に行うとブレンステッド酸性度の低下 がもたらされるが、蒸気処理の如き方法を単独で用いるか或はより好適にはリー チングとのバランスを保つと、 本発明に従って炭化水素吸着装置として用いるに高い耐久性を示すゼオライトが もたらされる。 本発明の吸着材料は、モレキュラーシーブ、好適にはゼオライト、最も好適に は上に示した如きベータゼオライトと、ウォッシュコート(washcoat) 結合剤とも呼ばれている結合剤を含んでいる組成物である。スラリーを生じさせ る時に用いるに典型的なウォッシュコート結合剤には、これらに限定するもので ないが下記が含まれる:アルミナ、シリカ、セリアおよびジルコニアのゾル;ア ルミニウム、ケイ素、セリウムおよびジルコニウムの無機および有機塩、例えば 硝酸塩、亜硝酸塩、ハロゲン化物、硫酸塩および酢酸塩など、並びにそれらの加 水分解生成物;アルミニウム、ケイ素、セリウム、ジルコニウムおよび上記成分 全部の混合物の水酸化物など。結合剤としてまた有効なものは、加水分解してシ リカを生じ得る有機シリケート類であり、これらにはテトラエチルオルトシリケ ート類が含まれる。 このゼオライトと結合剤の相対的比率は、約1から20重量%、好適には約5 から約15重量%の範囲であってもよい。好適な複合体はベータゼオライトを約 90重量%そしてシリカゾルを約10重量%含んでいる。好適には、このシリカ ゾルは本質的に全くアルミナを含んでいない。 本技術分野で知られている方法を用いて固体状モノリス担体の上に吸着材料を 堆積させてもよい。通常、この吸着材のための構造的支持を与える不活性担体材 料の上に堆積させた薄膜または被覆としてこの吸着材の塗装を行うのが最も便利 である。この不活性担体材料は如何なる耐火性材料であってもよく、例えばセラ ミックまたは金属材料などであってもよい。また、本技術分野で知られているよ うに、フロースルーキャニ スター(flow−through canister)の中に位置させたペレ ットまたはビードの形態でこの吸着材を与えて、排気ガスが中を流れる吸着床を 得ることができる。更に他の態様において、この吸着材料を押し出すか或はモノ リス形態に加工して、これを排気ガス流れの中に位置させてもよい。 吸着させるべき特定の炭化水素、ゼオライトと結合剤の特定組み合わせおよび 濃度、炭化水素が入っている流れの状態などを含む要因を基準にして、この組成 物に入れる吸着材成分の量を変化させることができる。ハニカムの如きモノリス の被覆で用いる吸着材組成物は、典型的に、固体が5から50重量%、好適には 10から40重量%入っている水系スラリーの形態である。その生じるモノリス は好適にはその吸着材組成物で被覆されており、そして好ましくは、ゼオライト 吸着装置用コンパンドの量を基準にした被覆量は0.3から3.0g/立方イン チ、好適には0.5から2.5g/立方インチである。 この吸着ゾーンとガス流れ伝達状態でその下流に第二触媒ゾーンを位置させる 。少なくとも未燃焼炭化水素汚染物の酸化を起こさせて無害な成分を生じさせる に有効な触媒をこの第二触媒ゾーンに入れる。このような触媒は本技術分野でよ く知られており、そしてこれらは典型的に、安定化および活性化されたアルミナ のような比較的不活性な耐火性支持体材料の上に分散している触媒活性種、例え ば白金族の金属を含んでいる。この第二触媒は第一触媒ゾーン内の触媒と同じか 或は異なっていてもよく、これは例えばTWC触媒型のものであってもよい。エ ンジンの排気ガス流れ内に存在している汚染物の酸化を生じさせることが本技術 分野でよく知られている触媒には、単独もしくは組み合わせにおける白 金、パラジウムおよびロジウムの1種以上、並びに数多くのベース金属、例えば 銅、クロムなどが含まれる。貴金属またはベース金属か或はそれらの組み合わせ であるかに拘らず、典型的には、この触媒活性を示す金属を耐火性支持体材料、 例えばアルミナ、セリア、ジルコニアなどの上に分散させる。 本発明に従い、より迅速に第二触媒をそれの有効な運転温度にするように、第 一触媒ゾーンから第二触媒ゾーンに熱を伝達する手段を設ける。本分野の技術者 は、本明細書に記述する如き発明は数多くの変法で実施可能であることを理解す るであろう。例えば、第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンの各々は個別の担体モノ リスを含んでいてもよく、そしてこの個別のモノリスが互いに熱交換する関係で それらを位置させることによってこれらの間で熱交換を達成することができる。 また、第一触媒ゾーンの下流であるが第二触媒の上流に位置させた通常の熱交換 部材、即ち熱交換器を用い、それによって、この第一触媒ゾーンの加熱された流 出物と第二触媒ゾーンの流入物との間に間接的熱交換を生じさせることにより、 熱交換を達成することができる。本発明の好適な態様は、通常の熱交換器の代わ りに、以下に記述するように互いに熱交換する関係にある第一ゾーンと第二ゾー ンとが備わっている直交流モノリスを用いることを含んでいる。より好適には、 この直交流モノリスに備わっている個々の第一ゾーンおよび第二ゾーンの中に第 一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンを位置させる。 使用する場合、エンジンからの排気ガス流れを第一触媒ゾーンの入り口に流し 込んで、第一触媒に接触させる。この第一触媒は、少なくとも冷機起動期間中、 如何なる汚染物も無害な物質に変化させるに有効性を 示さないか、或はこのガス流れ内に存在している汚染物の変換を生じさせるとし ても少量のみであり得る。この期間中、そのエンジンによって生じる多量の未燃 焼炭化水素はこの第一触媒ゾーンの中を通って流れて吸着ゾーンの中に入り、こ こで、この炭化水素がその吸着材料に吸着される。このようにして未燃焼炭化水 素の量が実質的に低下した排気ガス流れは、この吸着ゾーンから第二触媒ゾーン に流れ込み、ここでこれは触媒と接触するが、この触媒は、炭化水素汚染物を無 害な物質に変化させるに適切な温度に加熱されている時に有効性を示す。しかし ながら、この第二触媒は、冷機起動運転期間に行き渡っている温度では第一触媒 と同様に有効性を示さない可能性がある。 冷機起動の直後約1分から5分間エンジンを運転する過程の間に、この排気ガ スがそのエンジンを出る時の温度が上昇しそして/または第一触媒が部分的に発 熱で活性化されることにより、第一触媒ゾーンが加熱される。この熱が第二触媒 ゾーンに伝達され、従って、この第二触媒ゾーンが示す変換効率が改良される。 また、この第一触媒ゾーンから第二触媒ゾーンへの熱伝達により、吸着ゾーンに 向かって流れる第一触媒ゾーンの流出物の熱含有量が低くなる傾向を示し、従っ て、この排気ガスがその吸着ゾーンから炭化水素を早期に脱離させる傾向が低く なる。 エンジンの運転を進めるにつれて、排気ガスと一緒に吸着ゾーンに流れる熱流 の量が高まることで、この排気ガスの炭化水素濃度が低くなる。従って、以前に 吸着された炭化水素がその吸着ゾーンから脱離して第二触媒ゾーンに向かって流 れ始める。しかしながら、この第二触媒ゾーンは、その時点で、冷機起動期間の より早い時期よりもそれの運転温度に近くなることから、この第二触媒ゾーンの 中では、その脱離した未燃焼 の炭化水素が有意量で無害な物質に変換される。従って、そうでない場合第一触 媒ゾーンおよび第二触媒ゾーンの両方を通って影響を受けないまま大気に放出さ れていた炭化水素は、この第二触媒がその炭化水素の少なくともいくらかを無害 な物質に有効に変換し得るようになるまでその装置内に吸着される。その結果と して、バルブの如き可動部品およびバイパス用配管の如き余分な構造物が備わっ ていない装置を用いることでも、エンジン運転の冷機起動期間中に排出される炭 化水素量が有意に低下する。 本発明の別の態様では、吸着ゾーンから出て来る排気ガス流れの中に存在して いる未燃焼炭化水素の酸化を生じさせるのを助長する目的で、空気または別の酸 化剤を適切な手段でこの系に加えてもよい。必要に応じて空気をこの排気ガス流 れに加えてもよく、この加える地点は、第二触媒ゾーンの上流の如何なる地点で もよく、好適には第一触媒ゾーンの下流である。好適には、この吸着ゾーンの上 流に空気を加える、と言うのは、これによりこの吸着ゾーンを冷却する補助が得 られ、従って炭化水素の早期脱離が抑制されるからである。 本発明の別の態様では、この吸着ゾーンと第二触媒ゾーンとの間にそれらとガ ス伝達する状態で第三もしくは中間触媒ゾーンを位置させてもよい。この中間触 媒ゾーン内の触媒は、好適には酸化触媒、例えば炭化水素および/または一酸化 炭素の酸化を助長する、本技術分野でよく知られている触媒である。本発明のこ の態様を用いるにおいて、好適には中間触媒ゾーンの上流地点で、空気をこの排 気ガス流れに適切な手段で加えてもよい。 上で考察したように、第一触媒ゾーンから第二触媒ゾーンに熱を伝達 する目的で直交流モノリスまたは支持体を用いることができる。本分野の技術者 が理解するであろうように、この言葉「モノリス体」、「支持体」または「部材 」にはハニカム体の支持体または構造物が含まれそしてそれを包含させることを 意味している。この表現「直交流」モノリス体もしくは部材、或はハニカム体も しくは部材は、通常、第二ゾーンの中を通る排気ガス流れの流れる方向が第一ゾ ーンの中を通って流れる排気ガス流れの流れる方向に対して十文字であることを 意味しているが、他の構造を用いることも可能であり、そしてこれも「直交流」 であると見なしそしてこの言葉に包含させることを意図している。一般に、直交 流モノリスは、第一ゾーンを構成する多数の第一ガス流れチャンネルを与えてお り、これらの通路は、第二ゾーンを構成する多数の第二ガス流れチャンネルとガ ス流れ伝達していないが、第二ガス流れと熱を交換する関係に位置している。こ のような直交流モノリスの構造は、一般に、反対を向いた末端面と反対を向いた 側面を有するような構造になっており、その結果として、第一ゾーンを構成して いるガス流れチャンネルまたは通路はこのモノリスの1つの末端面からもう一方 の末端面に向かってそこを貫いて伸びていて、この体の中を貫くガス流れ伝達を 与えている。同様に、第二ゾーンを構成しているガス流れチャンネルまたは通路 は、この第一ゾーン内のチャンネルに対して十字方向で、このモノリスを貫いて 1つの側面からもう1つの側面に向かって伸びていて、同様にこの体の中を貫く ガス流れ伝達を与えている。しかしながら、代替態様では、これらの多数の第一 および第二チャンネルが互いに対して並列の熱交換関係にあるモノリスもまた、 本明細書で用いる言葉「直交流モノリス」の範囲内に入ると見なす。このような 代替直交流モノリスは、物 理的に別の配置内の個々の第一および第二ゾーンの入り口と出口に配置可能であ り、その結果として、計画的に位置させた多岐管を用いて1つのゾーンまたはも う一方のゾーンを通るように選択的にガス流れを向けることができる。 本発明の特別な態様において、この直交流モノリス体の構造は、第一ゾーンの チャンネルが第二ゾーンのチャンネルの層の間に相互分散している(inter dispersed)多数の層(layersまたはstrata)の中に配置 されているような構造であってもよい。このような交互層は平らであるか、或は 波形材料または波形材料と平板材料との組み合わせによって限定されている波形 を有するように形作られていてもよい。この材料の組成物は適切な如何なる材料 であってもよく、例えば耐火性金属、例えばステンレス鋼、カンタル、フェクラ ロイ(Fecralloy)などであってもよい。この第一ゾーンおよび第二ゾ ーンのチャンネルをこのように単一モノリス内に位置させると、この第一ゾーン 内の如何なる熱も間接的熱交換を通して第二ゾーンに伝達されることになる。従 って、直交流モノリスを用いると、互いに熱を交換する関係にある第一ゾーンと 第二ゾーンが得られる。 ガス流れチャンネルまたは通路は、多様な断面構造のいずれかであってもよく 、例えばこれらの断面は三角形、長方形、正方形、正弦形または円形であっても よい。このガス流れチャンネルまたは通路は、米国特許第4,335,023号 の中に記述されているように、角が取られたか或は丸くなった隅を有していても よい。 この第一ゾーンのガス流れ通路は第二ゾーン内のガス流れ通路と交わっていな いか或はガス流れ伝達していないことから、この第一ゾーンから 第二ゾーンに排気ガスを流すための手段を設ける必要がある。通常、この第一ゾ ーンの出口末端面と第二ゾーンの入り口側面に多岐管を設けそしてこれらの多岐 管の間にガス流れ伝達を与えるガス流れ導管を設けることによって、これを達成 する。以下に考察するように、本発明の他の任意構成要素と同様に、好適にはこ のガス流れ導管内に吸着ゾーンを位置させる。 上に示したように、この直交流モノリスの第一ゾーンと第二ゾーンにそれぞれ 第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンを含めるのが好適である。このような態様では 、このモノリス体、部材または支持体の構造は、第一ゾーン内に存在しているガ ス流れ通路の壁が有するモノリス単位体積当たりの累積幾何表面積が1立方cm 当たり約3か約35cm2、即ち約3から約35cm2/cm3であり、そして同 様に、第二ゾーンのガス流れ通路の壁が有する単位体積当たりの累積幾何表面積 が約3から約35cm2/cm3であるような構造であってもよい。このような構 造は、例えば、個々のゾーン各々内の断面1平方インチ当たりに約9から800 個のガス流れチャンネルを有するモノリスを準備しそしてこのモノリスの長さを 調整して所望のチャンネル壁表面積が得られるようにすることによって達成可能 である。しかしながら、現在利用できる支持体モノリスは1断面平方インチ当た り800から1000個のガス流れチャンネルを有しており、そしてまたこれら のモノリスは本発明の実施で使用可能である。本発明の実施で用いるモノリスの セル密度は本発明を制限するものでないことを注目すべきである。表面積が上記 のような範囲であると、これらのゾーン間の熱移動が促進され、そしてまた、こ の直交流モノリスに触媒ゾーンを1個以上持たせた時、触媒ウォッシュコート 支持するに充分な表面が得られる。特定実施例において、モノリス体の構造は、 多数の第一通路内に1断面平方インチ当たり約400個の通路を与えそして多数 の第二通路内に1断面平方インチ当たり約100個の通路を与えるような構造で あってもよい。異なる方向のチャンネルの間に平らな部材で共通壁を与えてもよ い。 本発明の方法および装置における触媒部材に適切なモノリスもしくはハニカム 体、支持体または部材は本技術分野でよく知られており、そしてこれらは、金属 で作られていてもよいか、或は本質的に化学的に不活性であり本質的に触媒的に 不活性な固体状の硬質材料で作られていてもよい。このような材料には、ジルコ ン−ムライト、アルファアルミナ、シリマナイト、ケイ酸マグネシウム、ジルコ ン、パーライト、スポデュメン(spodumene)、コージライト、アルミ ノーシリケートおよびムライトなどが含まれ、コージライトが好適である。 一般的には、その吸着ゾーンの中に捕捉された炭化水素が早期に、即ちこの吸 着ゾーンの下流にある触媒が有効な運転温度を達成する前に脱離するほど高い排 気ガス温度をこの吸着ゾーンが受けるところまで、この吸着ゾーンをエンジン出 口近くに位置させるべきでない。試験を行った結果、通常の自動車排気系の床下 位置にトラップを位置させるとこれが有効に炭化水素を吸着するのは約60秒間 のみであり、以下に記述するFTP試験の1サイクルが終了する前に炭化水素が 完全に脱離して来ることが示された。しかしながら、テールパイプの中にトラッ プを位置させると、この試験の最初の2分間を越えても炭化水素が保持された。 勿論、炭化水素が最終的に脱離した時点でこれらを無害な物質に変化させるよう に、炭化水素変換用触媒の上流にこのトラップを位置させる必 要がある。従って、好適には、この吸着ゾーンをエンジン排気系内のある位置に 配置すべきであるが、この位置は、炭化水素変換用触媒の上流であるが、排気ガ スがこの吸着ゾーンの中に入る前にいくらか冷却され得ることを可能にするよう に、このエンジンからできるだけ離れた位置である。この吸着ゾーンをこのよう に位置させそして本明細書で記述するように第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンの 間で熱交換を生じさせることにより、初期の冷機起動運転を行っている間に吸着 材が吸着した炭化水素の保持期間が長くなる。 本発明の種々の態様を図の中に示す。例えば、図1に本発明の幅広い面を示し 、ここでは、エンジン12が、炭化水素などの如き汚染物および他の汚染物を含 んでいる排気ガス流れを排出しており、この排気ガス流れは、排気パイプ14を 通って、第一触媒(示していない)を含んでいて第一触媒ゾーン18を与えてい る触媒部材の中に流れ込む。その後、この排気ガスはその第一触媒ゾーン18か ら排出された後、排気パイプ22により熱交換器23を通って吸着ゾーン24に 流れ込むが、この中には吸着材(示していない)が入っている。次に、この排気 ガスは排気パイプ26により吸着ゾーン24から再び熱交換器23を通った後、 個別の第二触媒ゾーン28の中を通って流れる。 冷機起動運転期間中、未燃焼の炭化水素は第一触媒ゾーン18を通った後、そ の流出物の中に含まれて熱交換器23から吸着ゾーン24に運ばれ、ここで、そ の排気ガス流れからその未燃焼の炭化水素が吸着される。次に、このガス流れは 排気パイプ26によりもう一度熱交換器23を通って第二触媒ゾーン28に流れ 込む。エンジンの運転が進行するにつれて、第一触媒ゾーン18からの流出物が 加熱されるのと同様にこの 第一触媒ゾーン18も加熱され始める。上に記述したように、熱交換器23によ り、第一触媒ゾーンの加熱された流出物から第二触媒ゾーン28の流入物に熱が 伝達され、これによって、この第二触媒ゾーン28が加熱される。このようにし て第一触媒ゾーン18から第二触媒ゾーン28に熱が伝達させることにより、第 二触媒の活性が高まると共に、吸着ゾーン24の流入物が冷却されることで炭化 水素の早期脱離が抑制される。更にエンジン運転が進行するにつれて、吸着ゾー ン24の流入物の温度が更に上昇し、そしてこれに含まれる炭化水素の濃度が低 くなり、従って、その中に入っている吸着材料から炭化水素が脱離する傾向が現 れる。従って、以前に吸着された炭化水素がその排気ガス流れの中に再び入って 、排気パイプ26を通って第二触媒ゾーン28に流れ込むが、この時点において 、この第二触媒ゾーン28は、未燃焼炭化水素を無害な物質に変化させるにとっ て、より高い能力を有するようになっている。 上で考察したように、熱交換器23に含める部材は、通常の如何なる熱交換部 材であってもよいか、或はガス流れ通路が中を通っている第一ゾーンおよび第二 ゾーンが備わっている直交流モノリスを含む熱交換部材であってもよい。好適に は、上に示したように、この直交流モノリスの第一および第二ゾーンにそれぞれ 第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンを含める。このような態様を図2に示し、ここ では、エンジン12からの排気は排気パイプ14を通って、第一触媒ゾーン18 が中に備わっている直交流モノリス16を含む触媒部材に流れ込む。この排気ガ スは、図1に関連して記述したのと同じ様式で、排気パイプ22により吸着ゾー ン24を通り、そして排気パイプ26の中を通って流れた後再び直交流モノリス 16の中を通って流れるが、この中には、第一触媒ゾーン18 と熱を交換する関係で第二触媒ゾーン28が配置されている。次に、この排気ガ スはモノリス16から排気パイプ30を通って大気に排出される。エンジンの運 転を継続するにつれて、この第一触媒ゾーン内で生じる発熱触媒反応およびその エンジンから流れて来る排気ガス流れの温度上昇の片方または両方により、この 第一触媒ゾーン18の中に熱が蓄積される。第二触媒ゾーン28と同じ直交流モ ノリスの中に第一触媒ゾーン18が位置していることから、この第一触媒ゾーン 18からの熱が少なくともいくらか第二触媒ゾーン28に伝達され、このように して、その中に入っている第二触媒が未燃焼炭化水素を無害な物質に変換する能 力が向上する。このように、この第二触媒が未燃焼炭化水素の変換を行う能力が より良好になるにつれて、第一触媒ゾーンからの熱がいくらかそのガス流れの中 に入って吸着ゾーン24に向かって流れ、そこに捕捉されている炭化水素の脱離 が生じ始める。次に、この脱離した炭化水素は第二触媒ゾーンに流れ込み、そし て少なくとも部分的に無害な物質に変換される。 図3の態様は、排気ガス流れに空気を加えてこれをモノリス16から排気パイ プ22を通して吸着ゾーン24に流し込むためのエアーポンプ32を任意に備え る以外は図2の態様と同様である。未燃焼の炭化水素汚染物が入っている排気ガ ス流れに空気を加えると、第二触媒ゾーン内で生じるこれらの炭化水素の酸化が 助長され、そしてこれはまた吸着ゾーン24を冷却する働きをすることで、炭化 水素の早期脱離が防止される。本分野の技術者は、空気が容易に入手可能な酸素 源であることが理由で空気を加えること、そして空気の代わりにか或は空気と組 み合わせて酸素または他の酸化剤を排気ガス流れの中に加えることも可能である ことを理解するであろう。 図4の態様にはエアーポンプ32と中間触媒ゾーン34を含めるが、これらの どちらかまたは両方を、図2に示したガス流れに加えることができる。図4に示 すエアーポンプ32を用いて、吸着ゾーン24の下流であるが中間触媒ゾーン3 4の上流にある地点で空気をガス流れに加える。中間触媒ゾーン34の中に入っ ている酸化触媒(示していない)によって生じる、この排気ガス流れの中に存在 している炭化水素汚染物の酸化は、そのエアーポンプ32で注入する空気内に存 在している酸素で助長され、そしてこの酸化反応が示す発熱性質が原因で、この 排気ガス流れが加熱される。この排気ガスは中間触媒ゾーン34から出た後、排 気パイプ26を通って、モノリス16内の第二触媒ゾーン28に流れ込み、この ようにして、この第二触媒ゾーン28は、第一触媒ゾーンからと同様にこの中間 触媒ゾーンからも熱を受け取る。 本発明の実施で有効な直交流モノリスを図5の中に示すが、この図は、第一ゾ ーンを与えている水平通路36と第二ゾーンを与えている垂直通路38を示すよ うに部分的に壊して取り除いた図であり、ここでは、この第一ゾーンと第二ゾー ンの通路は互いに直角に位置している。薄壁40で通路36と38を分離しても よい。このことにより、1組の通路から別の組の通路への熱移動が容易になる。 図の中には示していないが、通過36および38両方の中に触媒を堆積させる。 本発明の実施で有効な代替「直交流」モノリスを図6に示す。図6の直交流モ ノリス50は、並行するガス流れ通路の列が中を貫いている押し出しセラミック モノリスのブロックである。ガス流れ通路の列は多数の第一および第二ガス流れ に分割されていて、以下に示す如き第一ゾー ンと第二ゾーンを与えている。最初、1番目の組の切り溝52を、モノリスの中 に存在しているガス流れ通路に対して本質的に平行な方向に、モノリスブロック の中に生じさせる。その結果として、このモノリス内に存在しているガス流れ通 路のいくつかの入り口は、このブロック内のある地点にまで引っ込む。このブロ ックの中に生じさせる2番目の組の切り溝54(図6の中で見えるのはこれの一 部のみである)を、その端を切ったガス流れ通路のもう一方の末端の所に生じさ せる、即ち1番目の組の切り溝52と整列させて生じさせる。このブロックの底 表面(示していない)上でこの1番目の組の切り溝52を閉じそしてその上部表 面56の所の切り溝を開放したままにし、2番目の組の切り溝54を上部表面5 6の所で密封しそして底表面の所で開放したままにする。加うるに、このブロッ クの前面および後面、即ち前面58とその後面(示していない)の所でこれらの 切り溝を密封する。従って、直交流モノリス50の中に存在しているガス流れ通 路の列は、多数の第一ガス流れ通路60(これらは縦列の中に配置されておりそ してこのブロックの前面から後面に伸びている)と、多数の第二通路62(これ らは、切り溝52および54により端が切り取られていてこのブロックの中に位 置している入り口と出口を有しており、これらは、このブロックの上表面56お よび底表面に向かって開いている)とに分割される。従って、直交流モノリス5 0は、矢印Aが示すように、このブロックの前面から後面にガスが中を通って流 れることができる第一ゾーンを含んでいる多数の第一通路60を与えている。多 数の第二通路62はガス流れ通路60に並行して走っており、そしてこれらは、 それらが非常に近くに存在していることから、互いに熱を交換する関係に位置し ている。しかしながら、ガ ス流れ通路62の入り口と出口はこのブロック内に位置しており、そしてこれら の組の切り溝はそれぞれ、このブロックの前面58および後面の所で閉じられて いると共にこのブロックの底面または上面のどちらかで閉じられていることから 、直交流モノリス50は、矢印Bで示すようにガスが例えば切り溝52により上 面56を通った後通路62の中を通りそして切り溝54を出て流れることができ る第二ゾーンを与えている。従って、これらの多数の通路から成る第一通路およ び第二通路それぞれの入り口および出口は物理的に隔離されており、その結果と して、適宜このブロックの前面と後面の所か或はこのブロックの上面と底面の所 に多岐管を位置させることにより、第一ゾーンを通るか或は第二ゾーンを通るよ うに、このモノリスの中にガスを選択的に流すことができる。 図7Aおよび7Bにモノリス50の図式的断面図を示す。図7Aに示すモノリ ス50の図式的断面図は、第一ゾーンを含んでいる通路60の垂直縦列に沿って 取ったものである。上に記述したように、通路60はモノリス50の前面58か ら後面64に向かって伸びていて、矢印Aで示す、そこを貫く流路を与えている 。第二ゾーンを含んでいる通路62の垂直縦列を通る平行な断面図を図7Bに示 し、ここでは、切り溝52が直交流モノリス50の前面58および底面66の所 で密封されているのは確かである。切り溝54も同様に上面56および後面64 の所で密封されているが、底面66の所では開放されたままになっていて、矢印 Bで示す流路を与えている。 好適には、このセラミック製モノリスの中に存在している通路の列を第一ゾー ンと第二ゾーンに分離する前に、このモノリスを触媒材料が入っているウォッシ ュコートスラリーの中に浸漬した後このモノリスの乾燥 および焼成を通常様式で行うことにより、このモノリスの中に存在している全て のガス流れ通路をスリーウエイ触媒材料で被覆する。 図8に示す代替態様では、切り溝52と同様に切り溝54も底面66の所で密 封し、そして上面56の所を開放する。更に他の態様では、図9Aおよび9Bで 間隔を置いた平行な図式的断面図で示すように、切り溝54は切り溝52に関し て交互に配列されていてもよい。その結果として、流れ矢印Aで示す第一ゾーン には上面56の所に入り口そして後面の64の所に出口を持たせることができる 一方、流れ矢印Bで示す第二ゾーンには前面58の所に入り口そして底面66の 所に出口を持たせることができる。他の同様な変形もまた可能である。 図10のモノリス70は、セラミック製モノリスの中に存在している平行通路 の列を第一ゾーンと第二ゾーンに分けるための代替アプローチの具体例を示して いる。末端面72と74(これらの間を全ての通路が平行方向に走っている)が 備わっている通常の筒状モノリスからモノリス70を生じさせる。この筒状モノ リスの一部を切り離して、末端面72から末端面74に伸びいる多数の第一通路 76を含んでいる中心の縦方向コアを残す。構成通路76の回りに形作られた環 の中に多数の第二通路78を位置させる。通路76に関係させて通路78の端を 切り取り、このようにして、通路78の入り口と出口を通路76のそれらから物 理的に隔離する。従って、計画的に設計した多岐管を用いることで選択的にガス 流れを1つの多数体か或はもう1つの多数体の中を通して流すことができる。好 適には、モノリス70の成形を行う時、多数の通路76の外側表面80を密封す ることでガスを通さない滑らかな栓を生じさせ、これによって、多岐管を用いる のを簡潔化する。多数の通路76と多数 の通路78の2つの通路が非常に接近した関係にあることから、多数の通路76 の中を通って流れるガス流れAと多数の通路78の中を通って流れるガス流れB との間で熱交換が達成される。 実施例 実施例1 吸着材を被覆したモノリスの製造 A.ボールミルにH−ZSM−5ゼオライト(シリカ/アルミナ比=50/1) を545g、商標NALCO ISJ612の下で販売されているシリカゾル( 28重量%のシリカ)を201.8gそして脱イオン水を888g仕込んだ。粒 子サイズの90%が8ミクロン未満になるように上記混合物の製粉を6時間行っ た。このスラリーの粘度は7cpsであり、pHは3.9であり、そして固体含 有量は36.5%であった。約2.0g/立方インチ(0.122g/cc)の ウォッシュコート充填率を達成するには、2個のコージライト製モノリス(各々 の全体積は55立方インチ=0.9リットルであり、そしてセル数は1平方cm 当たり62個=400cpsiである)の各々を上記スラリーで2回塗装する必 要があった。各塗装を行った後、このモノリスの乾燥を110℃で16時間行い そして焼成を450℃で1時間行った。 B.独立して、ボールミルに、アンモニウム交換を行ったベータゼオライト(シ リカ対アルミナの分子比35/1)を650g、商標NALCO ISJ613 の下で販売されているシリカゾル結合剤(22.8%固体、塩化物が入っていな い)を315gそして脱イオン水を635g仕込んだ。この混合物の製粉を7時 間行った後、脱イオン水を200g加えて製粉を継続した。その得られるNH4 + /ベータゼオライトのスラリーは下記の特徴を示した:pH4.3、28%固体 および75cp sの粘度。約2.0g/立方インチ(0.122g/cc)のウォッシュコート 充填率を達成するには、上のパートAで記述したのと同じ2個のコージライト製 モノリスの各々を上記スラリーで2回塗装する必要があった。各塗装を行った後 、このモノリスの乾燥を110℃で16時間行いそして焼成を450℃で1時間 行った。焼成を行うとNH4 +/ベータゼオライトはH/ベータゼオライトに変化 した。通常の酸抽出方法で製造したH/ベータゼオライトを出発材料として用い る以外は同じ操作を用い、シリカ/アルミナ比を100および180にして、H /ベータを基とするトラップの製造を行った。 C.Fe/ベータゼオライトが2.5%になるようにして(5131g)、商標 NALCO 1056の下で販売されているシリカゾル溶液(35重量%固体で 1900g)および水(残り)と一緒にボールミルにかけることにより、36% 固体のスラリーを生じさせた。このスラリーでコージライト製モノリス(400 cpsi;1平方cm当たり62個のセル)を2回塗装し、乾燥を110℃で1 6時間行った後、焼成を450℃で1時間行うことにより、約2.0g/立方イ ンチ(0.122g/cc)のウォッシュコート充填率を達成した。 D.H/モルデナイト(アルミナに対するシリカのモル比が100である)を9 00g、商標NALCO 1056の下で販売されているシリカゾル結合剤(3 0%固体)を333gおよび水(残り)を用いて製粉ことにより、35%固体の スラリーを生じさせた。このスラリーで2個のコージライト製モノリス(400 cpsi;1平方cm当たり62個のセル)を2回塗装し、各々の乾燥を110 ℃で16時間行った後、焼成を450℃で1時間行うことにより、2.2g/立 方インチ(0. 122g/cc)のウォッシュコート充填率が得られた。被覆した片各々の体積 は55立方インチ(0.9リットル)であった。実施例2 本発明の有効性を示す目的で、燃料注入装置が備わっている2.3リットルの 4気筒エンジンが搭載されている1985 Volvo 740 GLE自動車 を用いて、自動車試験を実施した。吸着ゾーンの下流にエアポンプで空気を導入 する以外は図3に図式的に示したのと同様な排気ガス処理装置をこの車に取り付 けた。この直交流モノリスは図6に示したタイプのものであり、そしてこれは、 寸法が約6”x6”x6(15.24cmx15.24cmx15.24cm) でありそしてそこを貫いている並行チャンネルの密度が断面平方インチ当たり1 00個のセル(平方cm当たり15.5個のセル)であるセラミック製ブロック から製造したものであった。このブロックの中に切り溝を入れて、これらのセル を2個のセル幅で縦列に分類分けした。安定化されたアルミナとセリアを酸素貯 蔵成分として含んでいる支持体材料の上に分散させた、5:1の比率で白金とロ ジウムを含んでいる標準的スリーウエイ触媒が入っている、触媒ウォッシュコー トを用いて、このモノリスの塗装を行った。この触媒充填率は約2g/立方イン チ、即ち約0.122g/cc(乾燥を基準)であり、その結果として、貴金属 含有量は約40g/立方フィート即ち約1.4g/Lであった。この排気ガス処 理装置に標準us−75 FTP(Federal Test Procedu re)試験を受けさせたが、ここでは、各場合とも冷機起動から出発して個別の 試行を2回行った。この試験はCFR、タィトル40、パート86、セクション 115−78の中に記述されている。1つの実験では、 充填率が約2g/立方インチ(32.7g/cm3)になるように、上の実施例 1に記述した如き2個のハニカムモノリス(全体積=110立方インチ[約1. 8リットル])の上に堆積させたシリカ/アルミナ比が180:1のH−ベータ ゼオライト吸着材料を吸着ゾーンに入れた後、8気筒V−8 Chevrole tエンジンの排気流れ内でそれの熟成を750℃で100時間行った。名目上こ の排気はCO2を約13.4%、COを0.56%、炭化水素を300−500 ppm(C1を基準)、NOxを1700ppm、O2をO.44%、水を12. 5%、SO2を20ppm(体積を基準)およびN2(残り)を含んでいた。もう 一方の実験では、吸着材料を堆積させていないハニカムモノリスをその吸着ゾー ンに入れた。 本明細書で報告する試験で用いたシャシ・ダイナモメータはClayton製 シャシ・ダイナモメータモデルCE−50−0であった。このダイナモメータは 、直径が8.65インチ(21.97cm)のロールが備わっている2本ロール 型であり、そのロールの間隔は20インチ(50.8cm)であった。動力吸収 単位(power absorption unit)は50hp(37.3k W)であった。負荷回路用流体(load circuit fluid)とし て水を用いた。 車の排出物を集め、そしてHoriba Instruments,Inc. 製の車排出物試験システムを用いてそれの測定を行った。電子工学モジュールO PE−135が備わっているHoribaモデルFIA−23A全炭化水素分析 装置を用い、炭化水素排出量を炎イオン化で測定した。電子工学モジュールOP E−135が備わっているHoribaモデルAIA−2 3 NDIR分析装 置を用いた非分散性(non dispersive)赤外吸収で二酸化炭素排出量の測定を行った。電子工学 モジュールOPE−235が備わっているHoribaモデルCLA−22Aを 用いた化学発光で窒素酸化物の測定を行った。オゾン発生装置はHoribaモ デルOZG−UV−01であった。電子工学モジュール35 OPE−335が 備わっているHoribaモデルMPA−21分析装置を用いた常磁性で酸素の 測定を行った。 FTP試験全体およびこの試験の第一サイクルのみ(冷機起動運転に相当する )に関する非メタン炭化水素排出物(「NMHC」)の全重量を測定した。その 結果を以下の表Iに挙げる。 * この第一サイクルは、この試験の最初の125秒間に相当している。 本発明に従う装置を用いた時の冷機起動運転(第一サイクル)中に生じるNM HC排出量は、吸着材料が備わっていない同様な装置に比較して50%以上少な いことが、表Iに与えたデータに示されている。このFTP試験サイクル全体で はNMHCがほぼ1/3低くなることが観察された。実施例3 図11に図式的に示した本発明の別の態様に従って排気処理装置を修飾する以 外は実施例2に記述した試験を繰り返した。この態様に従い、 直交流モノリスの上流に予備触媒ゾーン13を配置した。1立方フィート当たり 約100gの量(即ち1リットル当たり約3.53g)でモノリス金属支持体の 上に分散させたパラジウムを含んでいるパラジウム触媒成分が入っている通常の 酸化触媒組成物を、予備触媒ゾーン13に入れた。この支持体は一般的に言って 筒状であり、その直径は約9cmで長さは7.45cmであった。この実施例で 用いるガス処理装置の中にこの予備触媒を位置させる前に熟成を900℃で10 0時間実施する以外は実施例2の吸着ゾーンに関する熟成で記述したのと同様な 熟成サイクルをこの予備触媒に受けさせた。加うるに、各1分の化学量論的運転 後5秒間、ガス流れ内のO2が10体積%になるに充分な量で空気をこのガス流 れの中に注入した。この実施例の排気装置では、予備触媒ゾーン13からの流出 物を直交流モノリス16の第一ゾーン内に存在している第一触媒ゾーン18の中 に流し込んだ。本発明の上の実施例と同様に、この直交流モノリス16の第一ゾ ーンからの流出物を、吸着ゾーン24(110立方インチ=1.815リットル )の中を通して流した後、この直交流モノリス16の第二ゾーンの中に位置させ た第二触媒ゾーン28の中を通して流した。 実施例2に記述したのと同じ様式でこの装置の試験を行った。前と同様、FT P試験全体およびこの試験の第一サイクルのみ(冷機起動運転に相当する)に関 する非メタン炭化水素排出物(「NMHC」)の全重量を測定した。その結果を 以下の表IIに挙げる。 * この第一サイクルは、この試験の最初の125秒間に相当している。 本発明のこの代替態様を用いた時の冷機起動運転(第一サイクル)中に生じる NMHC排出量は60%以上少なく、これは、FTP試験全体では炭化水素排出 量が全体で40%以上少なくなったことに相当していることが、表IIに与えた データに示されている。実施例4 実施例1のモノリス上に被覆した種々の材料が示す捕捉効率を比較する目的で 、スリーウエイ触媒を備えた排気ガス処理装置の排気ガス流れの中に、2個のモ ノリス(全体で110立方インチ(1.8リットル)の体積を与える)を位置さ せた。上の実施例2に記述した車を用い、これらのモノリスの捕捉効率に関する 試験をその試験操作の最初の505秒間行った。しかしながら、この場合、スリ ーウエイ触媒ゾーンの下流に位置している吸着ゾーンのみが備わっている通常の 排気装置をこの車に取り付けた。実施例2に示したHoriba装置を用いて、 この吸着ゾーンモノリスの入り口面の上流約6インチの所にありそしてこの吸着 ゾーンモノリスの出口面の下流約6インチの所にある地点における排気の組成測 定を行った。炭化水素捕捉試験の結果 US FTP試験の第一サイクルを用いて、種々の吸着材料が示す捕捉性能の 測定を行った。この捕捉効率を下記の方程式: 捕捉効率=100[1.0−(HC出口排気質量/HC入り口排気質量)]で定 義する。 種々のトラップ材料に関する結果の要約を表IIIに報告する。 表III Volvoに備わっているテールパイプ位置における捕捉効率 捕捉用ウォッシュコート材料a 捕捉効率b H/ZSM-5(50/1) 25.1 Fe/ベータ(35/1) 25.3 H/ベータ(35/1)c 21.9 H/ベータ(100/1) 49.1 H/モンデン沸石(100/1) 34.8-2.0d H/ベータ(180/1) 55.6a 括弧内の数値はゼオライトのシリカ/アルミナ比を示している。b US−75FTP試験の第一サイクル中にHC類を捕捉する効率。 Volvo 740 GLEの低温テールパイプ位置の中にこのトラップを位置 させた。これらの結果は、連続して2日少なくとも2回個別の試行を行った時に 得られる値の平均値を表している。c NH4 +交換ベータゼオライトの焼成を行うことによって製造。d 捕捉効率は、初日の34.8%から2日目の6.6%そして3日目の2.0 %へと低下した。 シリカ/アルミナ比が35/1のベータゼオライトとシリカ/アルミナ比が5 0/1のZSM−5とが示す性能は匹敵していることから、ベ ータゼオライトの方が通常のZSM−5ゼオライトよりも優れた捕捉効率を示す ことが、表IIIのデータに示されている。加うるに、このベータゼオライト類 は次の試験サイクルを通して良好な性能を示したが、モルデン沸石が示す捕捉効 率は初期サイクル後許容されないレベルにまで低下した。 実施例5 9600グラムの脱イオン水の中に3000グラムのHベータゼオライト固体 を分散させることを経由して、シリカ/アルミナ比が約35/1であるHベータ ゼオライトの酸リーチングを行った。この分散液に2400グラムの濃硫酸(9 5−98%)をゆっくりと加えた。この分散液を45分間沸騰させ、濾過を行い 、室温にまで冷却し、脱イオン水で硫酸塩アニオンがなくなるまで洗浄し、そし て110℃で乾燥を行った。次に、粒子の90%が8ミクロン未満になるように 、このリーチング処理を行ったゼオライトをボールミルにかけた。この酸リーチ ング処理を行ったゼオライトのアルミナに対するシリカの比は170から240 の範囲であった。相対ブレンステッド酸性度を評価する目的で用いた基準材料の シリカ/アルミナ比は180/1であった。 次に、この酸リーチング処理したベータゼオライトのサンプルを550℃、6 50℃、750℃および850℃で24時間蒸気処理した。650℃および75 0℃で24時間蒸気処理した酸リーチング処理ベータゼオライトの追加的サンプ ルを、最初の酸リーチングで示した操作に従って再び酸リーチング処理した。 Perkin−elmer 1750 FTIR分光測定装置を用いて赤外分 光吸収ピークを測定することにより、ブレンステッド酸部位濃 度とルイス酸部位濃度の測定を行った。Spectra Tech Envir onmentalのチャンバセルの中にサンプルを約0.5g入れ、一定窒素流 下それをインサイチューで検査した。このサンプルを最初450℃に加熱するこ とによって全ての水を除去した。このサンプルを40℃に冷却した後、窒素流下 でピリジンをこのチャンバの中にバブリングした。このサンプルを40℃に50 分間維持することによって平衡に到達させた。次に、このサンプルを窒素流下で 1時間かけて200℃にまで加熱し、冷却した後、検査して、ブレンステッド酸 に関しては1546cm-1のピークそしてルイス酸に関しては1455cm-1の ピークを測定した。処理する前のブレンステッド酸性度構造ピーク高に対する処 理後のピーク高の比により、相対ブレンステッド酸性度を決定した。処理する前 のルイス酸性度構造ピーク高に対する処理後のピーク高の比により、相対ルイス 酸性度を決定した。最初に酸リーチング処理を行った後蒸気を行ったベータゼオ ライトの上記サンプルのみに関して測定を行った。対照サンプルを酸リーチング 処理することにより、約180/1のシリカ/アルミナ比が得られた。リーチン グ処理を行った後650℃、750℃および850℃で24時間蒸気処理したサ ンプルが示す結晶度損失をX線回折で測定した。結果を以下の表IVに要約する 。 実施例6 この実施例では、Hベータゼオライトを酸リーチング処理および蒸気処理する ことの効果を試験した。X線蛍光分光法を用いた化学分析でシリカ対アルミナの モル比を測定した。吸着されたピリジンの量で酸性度の低下を示す。吸着された ピリジンの量は熱重量分析(TGA)を基準にした量である。He流の中で約1 5mgのサンプルを500℃に到達するまで20分間乾燥させた。約15から2 0分間かけてこの温度を200℃にまで冷却した。この200℃にしたサンプル を用い、Heを周囲温度でピリジン飽和装置の中にバブリングしてこのサンプル の中を20分間通すことにより、このサンプル上に吸着させた。このピリジンの 供給を止めた後、Heの流れを200℃でこのサンプルの中に通すことにより、 過剰量のピリジンを除去した。このサンプルが示す重量上昇により、その吸着さ れたピリジン量を決定した。試験したサンプルには、未処理ベータゼオライト; 実施例5の操作に従って酸リーチング処理し たベータゼオライト;実施例5の操作に従って酸リーチング処理を2回行ったベ ータゼオライト;2モル規定のしゅう酸を用いてリーチング処理を行ったベータ ゼオライト;実施例5の操作に従って酸リーチング処理を行いそして蒸気処理を 750℃で行った後繰り返して酸リーチング処理を行ったベータゼオラィト;お よび蒸気処理を650℃で行う以外は後者の実験を繰り返したものが含まれる。 その結果を表Vに要約する。 実施例7、8 アルミナに対するシリカの比が約200である実施例5のベータゼオライトを 3,497グラム、水を6111グラム、そしてNalco Corp.からシ リカゾル製品番号1056として入手した懸濁コロイド状シリカ結合剤を1,2 97グラム含んでいる組成物から製造したスラリーで、1平方インチ当たりに4 00個の正方形セルが備わっている長さが3.0インチのコージライト製3.1 8x6.68インチモノリ スハニカムを被覆した。 次に、この被覆したハニカムの焼成を450℃で行ったところ、この焼成を行 ったハニカムの重量は458.7グラムであり、このことは、ウォッシュコート の量が55.7グラムであることを示していた。最初に用いた、固体含有量が3 2重量%のスラリー組成物の残りを用い、この固体含有量を27重量%に下げる に充分な量で水を加えることによって、希釈スラリーを調製し、この中への浸漬 を行うことによって、2番目の被覆を行った。上に記述した如く乾燥および焼成 を行った後測定した全ウォッシュコート量(第一被覆と第二被覆)は約108グ ラムであった。ハニカムブリックを2個製造して、比較1として用いた。 ハニカムに被覆する前のベータゼオライトを、蒸気が60%入っている空気雰 囲気中650℃(実施例7)および750℃(実施例8)で24時間処理する以 外は比較1で用いたのと同様な様式で、実施例7および8のハニカムを製造した 。これらのハニカムの被覆量は約98グラムから約108グラムの範囲であった 。 比較1および実施例7と8各々の、被覆したハニカムブリック2個から成る3 セットを、自動車用途に通常の触媒コンバーターで用いるに有効なキャニスター (canister)の中に入れた後、Volvo 740GLE自動車のテー ルパイプ位置の中に取り付けた。US 75 FTP試験の最初の125秒から 成るサイクル1で、炭化水素の吸着に関する吸着効率を測定した。次に、これら のハニカムの熟成を12時間行ったが、この間、化学量論的(酸化剤と還元剤が バランスの取れた状態)排気を与えるようにエンジンを調節して生のエンジン排 気をその中に350℃および450℃で通した。これを行った後、被覆したハニ カムが示すサイクル1の吸着効率を450℃で再び評価した。 表VIに表す結果は、蒸気処理を行うとゼオライトのブレンステッド酸性度が 実質的に低下することを示している。蒸気処理を行うことにより、炭化水素吸着 効率(FTP試験、サイクル1)が中程度の上昇を示す。しかしながら、エンジ ンの熟成を行った後の効率と比較した方が、蒸気処理を行うことの利点が明らか に示される。 実施例9 実施例7および8に記述した如きハニカムから、直径が1.5インチで長さが 3インチの筒状コアを取り出した。実施例7および8で用いた種類のシリカゾル が約10重量%入っておりそして実施例5および6のベータゼオライトサンプル が入っている組成物を、ハニカム基質コアの上に被覆した。この使用したベータ ゼオライトは全て、約20%の硫酸水溶液で酸リーチング処理したものであった 。使用したサンプルには、リーチング処理を1回行ったサンプル、リーチング処 理を2回行ったサンプル、およびリーチング処理を1回行った後蒸気処理を55 0℃、650℃、750℃および850℃で行ったサンプルが含まれる。被覆量 は約2g/立方インチであった。水を10%、酸素を1.6−5.5%、 NOxを1,500ppm、COを4,500ppm、SO2を50ppmおよ びヘプタンを186ppm含んでいる50−54℃のガスを、15,000/時 の空間速度でこれらのハニカムコアの中に通した。炎イオン化検出器を用いてヘ プタンの入り口および出口濃度を測定することにより、吸着されたヘプタンの量 を決定した。 時間に対するヘプタンの入り口および出口濃度の曲線を作成し、これらの2つ の曲線の間の差を積分した。結果を以下の表VIIに要約する。 (1) CC 処理したゼオライトベータが被覆(2g/立方インチ)されてい る3”コア上に吸着されたnC7;吸着@50−54℃、ガスはH2Oを10%、 O2を1.6−5.5%、NOxを1,500ppm、COを4,500ppm 、SO2を50ppmおよびnC7を186ppmを含んでおり、SV=15,0 00/時、SAL−標準的酸リーチング、ST’M−蒸気処理 本発明の特別な態様を参照して本発明を詳細に記述して来たが、上記を理解す る時、本分野の技術者にはその記述した態様に対する数多くの変形が重い浮かぶ であろうことは明らかであり、そのような変形を添付 請求の範囲の範囲内に入れることを意図する。
【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1994年12月8日 【補正内容】 に向けたものであり、ここでは、エンジン運転の冷機起動段階中、そのガス流れ は吸着ゾーン内のモレキュラーシーブの中を通るように導かれる。その炭化水素 が脱離し始めたら、その触媒が運転温度になるまでそのガス流れを吸着ゾーンの 側路に流し、そしてその触媒が運転温度になった時点で再び吸着ゾーンに流すこ とにより、炭化水素を脱離させてそれらを触媒ゾーンに運ぶことが行われている 。M.Heimrich、L.SmithおよびJ.Kotowski著の表題 が「Co1d−Start Hydrocarbon Collection for Advanced Exhaust Emission Contro l」の論文、SAE Publication番号920847には、米国特許 第5,051,244号のそれと同様な様式で機能する装置が開示されている。 1992年6月30日付けのPatil他の米国特許第5,125,231号 には、炭化水素の吸着材としてベータゼオライトを用いることを含む、炭化水素 排出量を低くするためのエンジン排気系が開示されている(コラム5のライン6 3からコラム6のライン14を参照)。シリカ/アルミナの比が70/1から2 00/1の範囲のゼオライトが好適な吸着材であるとされている(コラム6のラ イン7−11を参照)。この装置には、冷機起動運転中、排気ガスを第一コンバ ーターから直接第二コンバーターに向けるバイパスラインとバルブが備わってお り、この第一コンバーターがそれの着火温度に到達したら、その排気ガスをその 第二コンバーターの側路に向かわせるか或はそれからの流出物を第一コンバータ ーに再循環させることが行われている(例えばコラム10のライン10−28参 照)。 米国特許第5,158,753号には排気ガスの浄化装置が開示されており、 この装置には、エンジンの排気ガスを処理する目的で内燃機関の排気ガス路内に 設置されている触媒装置が備わっていると共に、このエンジンの排気ガスを処理 するための吸着装置がその触媒装置と内燃機関の間の排気ガス路内に設置されて いる。1つの態様には、その内燃機関から吸着装置に流れる排気ガスと、その吸 着装置から触媒装置に流れる排気ガスとの間で熱を移動させるための熱交換器が 備わっている。また、この触媒装置には、熱交換器の低温側ガス流路の中に固定 されている触媒が含まれており、そしてその内燃機関から吸着装置に流れる排気 、例えばこの第一触媒がスリーウエイ触媒であってもよい。 この装置に更に、吸着ゾーンと第二触媒ゾーンの間に位置しておりそしてそれ らとガス流れ伝達状態にある中間触媒ゾーンを含めてもよく、この中間触媒ゾー ンには、少なくとも炭化水素の酸化を生じさせるに有効な第三触媒を入れる。こ の中間触媒ゾーンの位置は上記吸着ゾーンの上流もしくは下流であってもよい。 本発明の更に別の面に従い、第一触媒ゾーンの上流に位置しておりそしてそれ とガス流れ伝達状態にある予備触媒ゾーンをこの装置に含めてもよい。例えばパ ラジウム触媒成分が入っている触媒組成物をこの予備触媒ゾーンに入れてもよい 。 本発明の別の面において吸着材料を提供し、これにはゼオライト、好適には上 に記述した如きベータゼオライト吸着材料を含有させることができる。従って、 本発明は、エンジン排気ガス流れ由来の有害成分、例えば炭化水素および他の汚 染物を無害な生成物に変化させるための排気ガス浄化装置および方法を包含し得 るものであり、この装置は、排気ガスのための流路を限定している。本発明のこ の面に従い、排気ガス流れ由来の未燃焼炭化水素を一時的に吸着するベータゼオ ライトが入っている吸着ゾーンをこの装置に含めてもよく、この吸着ゾーンをこ の流路内に位置させる。この装置は更に、上記汚染物および脱離した未燃焼炭化 水素の少なくともいくらかを無害な物質に変化させるに有効な触媒が入っている 触媒ゾーンを含んでおり、これを、上記吸着ゾーン下流の上記流路内に位置させ る。このベータゼオラィトは、ィオン交換を行ったベータゼオライト、例えばH /ベータゼオライトまたはFe/ベータゼオライトなどであってもよい。好適に は、上記吸着ゾーンの上流にある流路 からこの吸着ゾーンの下流にある触媒ゾーンに間接的熱交換で熱を伝 ライト類のシリカ/アルミナのモル比は、少なくとも約25/1、好適には少な くとも約50/1からであり、有効な範囲は約25/1から1000/1、50 /1から500/1と同様約25/1から300/1、例えば約100/1から 250/1、或はまた約35/1から180/1である。ゼオライト類に有効お よび好適な他のシリカ対アルミナモル比は、少なくとも200/1であり、より 好適な比は約200/1から約1000/1であり、そしてベ一タゼオライトに 好適な範囲は約200/1から約600/1である。好適なベータゼオライト類 は、イオン交換を行ったベータゼオライト類、例えばH/ベータゼオライトおよ びFe/ベータゼオライトなどである。 好適なゼオライト類にはZXM、Yおよびベータゼオライト類が含まれ、ベー タゼオライト類が特に好適である。これらの好適なゼオライト類を処理して酸部 位の数を低くすることができる。有機酸または無機酸を用いてこのゼオライトの リーチングを行うことによってこれを達成することができる。好適な酸には強無 機酸、例えば硫酸、硝酸、塩酸、燐酸など、並びにトリフルオロ酢酸などの如き カルボン酸およびしゅう酸、マロン酸、こはく酸、グルタル酸、アジピン酸、マ レイン酸、フマル酸、フタル酸などの如きジカルボン酸などが含まれる。有効な 酸には好適にはポリ酸が含まれ、好適には二官能酸、より好適にはジカルボン酸 であり、しゅう酸が最も好適である。0.02から12N、好適には0.1から 10Nの濃度でこの酸を用い、そして固体ゼオライトの濃度を0.01から1. 0g/mL、好適には0.05から0.5g/mLにする。適切な温度範囲、典 型的には10から100℃の温度でこのリーチングを実施し、例えば硫酸を用い る場合好適には70から100℃で実施し、 そしてしゅう酸を用いる場合10から50℃で実施する。このリーチング条件お よび濃度で達成可能な望ましいシリカ対アルミナ比を達成するに充分な時間、典 型的には約0.5から5時間、好適には0.5から3時間、このリーチングを実 施する。 350から900℃の蒸気でこのゼオライトを蒸気処理することができる。好 適には、400から800℃、より好適には500から750 濃度を測定することができる。上記ピークを測定するに有効な操作は、Perk in−Elmer 1750FTIRスペクトロメーターを用いることで実施可 能である。Spectra Tech Environmentalチャンバセ ルの中にサンプルを約0.5g入れ、そして一定窒素流下でインサイチュー測定 を行う。このサンプルを最初450℃に加熱することで全ての水を除去する。こ のサンプルを40℃に冷却した後、このチャンバの中にピリジン蒸気を窒素流下 で導入する。このサンプルを40℃に50分間維持することで平衡に到達させる 。次に、このサンプルを窒素流下1時間かけて200℃にまで加熱し、冷却した 後、検査することにより、ブレンステッド酸の1546cm-1ピークおよびルイ ス酸の1455cm-1ピークに関する測定を行う。基準材料に対する、このブレ ンステッド酸性度に影響を与える処理、好適には蒸気処理を行った後のブレンス テッド酸性度構造ピーク高の比率を用いて、相対ブレンステッド酸性度を測定す る。本発明の目的で、この基準材料は、シリカ対アルミナのモル比が180/1 のゼオライトである。本発明で有効なゼオライト類の相対ブレンステッド酸性度 は1.0未満、好適には0.5未満、より好適には0.25未満、更により好適 には0.1未満、最も好適には0.05未満である。同様にして相対ルイス酸性 度を測定することがてきる。 ゼオライトのシリカ対アルミナ比を上昇させる酸リーチング方法を用いると酸 性度が低下することは知られているが、上記方法では、ゼオライト粒子からアル ミニウム原子が無差別に除去されると考えられる。蒸気処理の如き方法では、そ のブレンステッド酸部位の所で優先的にそのゼオライトの骨組からアルミニウム が除去される。従って、このゼオラ イト粒子、或は更にこのゼオライトの骨組が示すシリカ対アルミナ比は、排気流 れ条件で炭化水素を吸着する時に用いるべきゼオライトのための唯一のパラメー ターでなく、むしろブレンステッド酸性度がそのパラメーターである。これが重 要なことは、排気ガス条件(300から1000℃)下におけるコークス生成に 対する抵抗力がより有効であることによって認識され得ると共に、その骨組の変 質を最小限にしながら上記性能を達成するにはゼオライトをどのように処理すれ ばよいかを知ることにょって認識され得る。本質的に、ゼオライトのリーチング を極度に行うとブレンステッド酸性度の低下がもたらされるが、蒸気処理の如き 方法を単独で用いるか或はより好適にはリーチングとのバランスを保つと、本発 明に従って炭化水素吸着装置として用いるに高い耐久性を示すゼオライトがもた らされる。 本発明の吸着材料は、モレキュラーシーブ、好適にはゼオライト最も好適には 上に示した如きベータゼオライトと、ウォッシュコート(washcoat)結 合剤とも呼ばれている結合剤を含んでいる組成物である。スラリーを生じさせる 時に用いるに典型的なウォッシュコート結合剤には、これらに限定するものでな いが下記が含まれる:アルミナ、シリカ、セリアおよびジルコニアのゾル;アル ミニウム、ケイ素、セリウムおよびジルコニウムの無機および有機塩、例えば硝 酸塩、亜硝酸塩、ハロゲン化物、硫酸塩および酢酸塩など、並びにそれらの加水 分解生成物;アルミニウム、ケイ素、セリウム、ジルコニウムおよび上記成分全 部の混合物の水酸化物など。結合剤としてまた有効なものは、加水分解してシリ カを生じ得る有機シリケート類であり、これらにはテトラエチルオルトシリケー ト類が含まれる。 このゼオライトと結合剤の相対的比率は、約1から20重量%、好適には約5 から約15重量%の範囲であってもよい。好適な複合体はベータゼオライトを約 90重量%そしてシリカゾルを約10重量%含んでいる。好適には、このシリカ ゾルは本質的に全くアルミナを含んでいない。 本技術分野で知られている方法を用いて固体状モノリス担体の上に吸着材料を 堆積させてもよい。通常、この吸着材のための構造的支持を与える不活性担体材 料の上に堆積させた薄膜または被覆としてこの吸着材の塗装を行うのが最も便利 である。この不活性担体材料は如何なる耐火性材料であってもよく、例えばセラ ミックまたは金属材料などであってもよい。また、本技術分野で知られているよ うに、フロースルーキャニスター(flow−through caniste r)の中に位置させたペレットまたはビードの形態でこの吸着材を与えて、排気 ガスが中を流れる吸着床を得ることができる。更に他の態様において、この吸着 材料を押し出すか或はモノリス形態に加工して、これを排気ガス流れの中に位置 させてもよい。 吸着させるべき特定の炭化水素、ゼオライトと結合剤の特定組み合わせおよび 濃度、炭化水素が入っている流れの状態などを含む要因を基準にして、この組成 物に入れる吸着材成分の量を変化させることができる。ハニカムの如きモノリス の被覆で用いる吸着材組成物は、典型的に、固体が5から50重量%、好適には 10から40重量%入っている水系スラリーの形態である。その生じるモノリス は好適にはその吸着材組成物で被覆されており、そして好ましくは、ゼオライト 吸着装置用コンパンドの量を基準にした被覆量は0.3から3.0g/立方イン チ、好適には0.5から2.5g/立方インチである。 この吸着ゾーンとガス流れ伝達状態でその下流に第二触媒ゾーンを位置させる 。少なくとも未燃焼炭化水素汚染物の酸化を起こさせて無害な成分を生じさせる に有効な触媒をこの第二触媒ゾーンに入れる。このような触媒は本技術分野でよ く知られており、そしてこれらは典型的に、安定化および活性化されたアルミナ のような比較的不活性な耐火性支持体材料の上に分散している触媒活性種、例え ば白金族の金属を含んでいる。この第二触媒は第一触媒ゾーン内の触媒と同じか 或は異なっていてもよく、これは例えばTWC触媒型のものであってもよい。エ ンジンの排気ガス流れ内に存在している汚染物の酸化を生じさせることが本技術 分野でよく知られている触媒には、単独もしくは組み合わせにおける白金、パラ ジウムおよびロジウムの1種以上、並びに数多くのベース金属、例えば銅、クロ ムなどが含まれる。貴金属またはベース金属か或はそれらの組み合わせであるか に拘らず、典型的には、この触媒活性を示す金属を耐火性支持体材料、例えばア ルミナ、セリア、ジルコニアなどの これらのどちらかまたは両方を、図2に示したガス流れに加えることができる。 図4に示すエアーポンプ32を用いて、吸着ゾーン24の下流であるが中間触媒 ゾーン34の上流にある地点で空気をガス流れに加える。中間触媒ゾーン34の 中に入っている酸化触媒(示していない)によって生じる、この排気ガス流れの 中に存在している炭化水素汚染物の酸化は、そのエアーポンプ32で注入する空 気内に存在している酸素で助長され、そしてこの酸化反応が示す発熱性質が原因 で、この排気ガス流れが加熱される。この排気ガスは中間触媒ゾーン34から出 た後、排気パイプ26を通って、モノリス16内の第二触媒ゾーン28に流れ込 み、このようにして、この第二触媒ゾーン28は、第一触媒ゾーンからと同様に この中間触媒ゾーンからも熱を受け取る。 本発明の実施で有効な直交流モノリスを図5の中に示すが、この図は、第一ゾ ーンを与えている水平通路36と第二ゾーンを与えている垂直通路38を示すよ うに部分的に壊して取り除いた図であり、ここでは、この第一ゾーンと第二ゾー ンの通路は互いに直角に位置している。薄壁40で通路36と38を分離しても よい。このことにより、1組の通路から別の組の通路への熱移動が容易になる。 図の中には示していないが、通過36および38両方の中に触媒を堆積させる。 本発明の実施で有効な代替「直交流」モノリスを図6に示す。図6の直交流モ ノリス50は、並行するガス流れ通路の列が中を貫いている押し出しセラミック モノリスのブロックである。ガス流れ通路の列は多数の第一および第二ガス流れ に分割されていて、以下に示す如き第一ゾーンと第二ゾーンを与えている。最初 、1番目の組の切り溝52を、モノリスの中に存在しているガス流れ通路に対し て本質的に平行な方向に、 モノリスブロックの中に生じさせる。その結果として、このモノリス内に存在し ているガス流れ通路のいくつかの入り口は、このブロック内のある地点にまで引 っ込む。このブロックの中に生じさせる2番目の組の切り溝54(図6の中で見 えるのはこれの一部のみである)を、その端を切ったガス流れ通路のもう一方の 末端の所に生じさせる、即ち1番目の組の切り溝52と整列させて生じさせる。 このブロックの底表面(示 請求の範囲 1.炭化水素および他の汚染物を含んでいるエンジン排気ガス流れを少なくと も冷機起動運転期間の間処理する方法において、 (a)少なくとも該汚染物のいくらかを無害な生成物に変化させるに有効な第一 触媒が中に入っている第一触媒ゾーンの中を通して、炭化水素および他の汚染物 が入っている排気ガス流れを流し、 (b)該排気ガス流れ内の炭化水素を少なくともいくらか吸着するに有効な吸着 材が含まれている吸着ゾーンの中を通して該第一触媒ゾーンの流出物を流し、 (c)少なくとも炭化水素を無害な生成物に変化させるに有効な第二触媒が含ま れている第二触媒ゾーンの中を通して該吸着ゾーンの流出物を流し、そして (d)この第一触媒ゾーンから第二触媒ゾーンに熱を伝達することにより、該第 二触媒の効力を少なくとも冷機起動運転期間の間改良する、 段階を含む方法。 2.間接的熱交換手段の中を通して該排気ガス流れを流すことを段階(d)が 含む請求の範囲1の方法。 3.モノリスの中を通る第一流路を限定している多数の第一通路を有すると共 に、第一流路から隔離されていてこれと熱を交換する関係に位置している、この モノリスの中を通る第二流路を限定している多数の第二通路を有する、直交流モ ノリスを含む熱交換手段を通して、該第一触媒ゾーンからの排気ガス流れを流す ことを段階(d)が含む請求の範囲1の方法。 4.該直交流モノリスに備わっている個々の第一流路と第二流路の 中に第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンを位置させる請求の範囲3の方法。 5.該第一触媒ゾーンが酸化触媒を含んでおり、そして該排気ガスが一酸化炭 素を含んでおり、そしてここで、この第一触媒ゾーンの中で一酸化炭素の酸化を 起こさせて二酸化炭素を生じさせる段階を更に含む請求の範囲1または請求の範 囲4の方法。 6.炭化水素の酸化を生じさせるに有効な第三触媒を含んでいる第三触媒ゾー ンを該第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンの間に位置させ、そして更に、この第三 触媒ゾーンの中を通して、該第一触媒ゾーンからの排気ガス流れを流すことを含 む請求の範囲1の方法。 7.段階(b)の吸着材がモレキュラーシーブ材料を含んでいる請求の範囲1 、請求の範囲4または請求の範囲6の方法。 8.該モレキュラーシーブ材料がファウジャス石、斜方沸石、シリカライト、 ゼオライトX、ゼオライトY、オフレ石およびベータゼオライトから成る群から 選択される材料を1種以上含んでいる請求の範囲7の方法。 9.該モレキュラーシーブ材料がベーターゼオライト材料を含んでいる請求の 範囲8の方法。 10.該モレキュラーシーブ材料が、イオン交換したベータゼオライト材料を 含んでいる請求の範囲9の方法。 11.該モレキュラーシーブ材料がH/ベータゼオライトおよびFe/ベータ ゼオライトの片方または両方を含んでいる請求の範囲9の方法。 12.該第二触媒ゾーンの上流地点で酸化剤を該排気ガス流れに加えることを 更に含む請求の範囲1、請求の範囲4または請求の範囲6の 方法。 13.該酸化剤が酸素を含んでいる請求の範囲12の方法。 14.該酸化剤が空気を含んでいる請求の範囲12の方法。 15.該第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンの間の地点で該酸化剤を該排気ガス 流れに加える請求の範囲12の方法。 16.中間触媒ゾーンの中を通して該ガス流れを流し、そしてこの中間触媒ゾ ーンの上流地点で該酸化剤を加えることを含む請求の範囲15の方法。 17.該第一触媒ゾーンの上流に位置しておりこれとガス流れ伝達状態にある 予備触媒ゾーンの中を通して該排気ガス流れを流すことを更に含む請求の範囲1 または請求の範囲4の方法。 18.エンジンの排気ガス流れ由来の有害成分、例えば炭化水素および他の汚 染物などを無害な生成物に変化させるための排気ガス浄化装置において、炭化水 素および他の汚染物が入っているエンジン排気ガスのための流路を限定しており 、そして 少なくとも該汚染物のいくらかを無害な物質に変化させるに有効な第一触媒 が含まれている、該エンジンの下流にある第一触媒ゾーン、 該第一触媒ゾーンの下流に位置しておりこれとガス流れ伝達状態にありそし て該排気ガス流れの中に存在している少なくともいくらかの炭化水素をエンジン 運転の少なくとも冷機起動期間の間吸着する吸着材が含まれている吸着ゾーン、 該吸着ゾーンの下流に位置しておりこれとガス流れ伝達する状態にありそし て少なくとも未燃焼炭化水素を無害な物質に変化させる第二触媒が含まれている 第二触媒ゾーン、および 該第一触媒ゾーシから第二触媒ゾーンへの間接的熱交換で熱を伝達する、該 第一触媒ゾーンの下流に位置しておりこれとガス流れ伝達状態にある熱交換手段 、 が含まれている装置。 19.該熱交換手段が熱交換器を含んでいる請求の範囲18の装置。 20.該熱交換手段が、第一ゾーンと第二ゾーンを含んでいる直交流モノリス を含み、ここで、この第一ゾーンが、このモノリスの中を通る第一流路を樹立し ている多数の第一通路を含んでおり、そして第二ゾーンが、このモノリスの中を 通る第二流路を樹立している多数の第二通路を含んでおり、ここで、この多数の 第一通路はその多数の第二通路とガス流れ伝達していないがそれと熱を交換する 関係に位置しており、それによって、この第一ゾーンの中を通って流れるガス流 れはその第二ゾーン内のガス流れと間接的熱交換関係にあるがそれと混じり合わ ない請求の範囲18の装置。 21.該第一ゾーンが第一触媒ゾーンを含んでおりそして第二ゾーンが第二触 媒ゾーンを含んでおり、ここで、この第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンが互いに 間接的熱交換する状態で位置している請求の範囲20の装置。 22.該第一触媒が少なくとも一酸化炭素の酸化を生じさせるに有効である請 求の範囲18または請求の範囲21の装置。 23.該第一触媒および第二触媒の少なくとも1つがスリーウエイ触媒を含ん でいる請求の範囲22の装置。 24.該第一触媒がスリーウエイ触媒を含んでいる請求の範囲22の装置。 25.該吸着ゾーンと第二触媒ゾーンの間に位置しておりそれらとガス流れ伝 達状態にある中間触媒ゾーンを更に含んでおり、ここで、この中間触媒ゾーンが 少なくとも炭化水素の酸化を生じさせるに有効な第三触媒を含んでいる請求の範 囲18の装置。 26.該第二触媒ゾーンの上流地点で酸化剤を該排気ガス流れに加えるための 手段を更に含んでいる請求の範囲18または請求の範囲25の装置。 27.酸化剤を加えるための手段が酸素を加える手段を含んでいる請求の範囲 26の装置。 28.酸化剤を加えるための手段が空気を加える手段を含んでいる請求の範囲 27の装置。 29.該第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンの間の地点で酸化剤を該排気ガス流 れに加える手段を更に含んでいる請求の範囲18または請求の範囲25の装置。 30.該中間触媒ゾーンの上流地点で酸化剤を該排気ガス流れに加える手段を 更に含んでいる請求の範囲25の装置。 31.該第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンの間であるが該吸着ゾーンの上流に ある地点で酸化剤を該排気ガス流れに加える手段を更に含んでいる請求の範囲2 5の装置。 32.該酸化剤が酸素を含んでいる請求の範囲30または請求の範囲31の装 置。 33.該酸化剤が空気を含んでいる請求の範囲32の装置。 34.該直交流モノリスが、該第一ゾーンの中に約3から35cm2/cm3か ら成る単位体積当たりの幾何表面積を与えそして第二ゾーン の中に約3から35cm2/cm3から成る単位体積当たりの幾何表面積を与える ような寸法および構造を有する請求の範囲21の装置。 35.該直交流モノリスが、該第一ゾーンの中に1断面平方インチ当たり約9 から800個のガス流れ通路を与えそして第二ゾーンの中に1断面平方インチ当 たり約9から800個のガス流れ通路を与えるような寸法および構造を有する請 求の範囲34の装置。 36.該吸着材ゾーンがモレキュラーシーブ材料を含んでいる請求の範囲18 、請求の範囲20または請求の範囲21の装置。 37.該モレキュラーシーブ材料がファウジャス石、斜方沸石、シリカライト 、ゼオライトX、ゼオライトY、オフレ石およびベータゼオライトから成る群か ら選択される材料を1種以上含んでいる請求の範囲36の装置。 38.該モレキュラーシーブ材料がベーターゼオライト材料を含んでいる請求 の範囲37の装置。 39.該ベータゼオライト材料が、イオン交換したベータゼオライト材料を含 んでいる請求の範囲38の装置。 40.該イオン交換したベータゼオライト材料がH/ベータゼオライトおよび Fe/ベータゼオライトの片方または両方を含んでいる請求の範囲39の装置。 41.該ベータゼオライト材料が約25/1から約300/1のシリカ/アル ミナ比を有する請求の範囲39の装置。 42.該ベータゼオライト材料が約35/1から約180/1のシリカ/アル ミナ比を有する請求の範囲41の装置。 43.該ベータゼオライト材料が約100/1から約250/1の シリカ/アルミナ比を有する請求の範囲41の装置。 44.該第一触媒ゾーンの上流に位置しておりこれとガス流れ伝達状態にある 予備触媒ゾーンを更に含んでいる請求の範囲18、請求の範囲20または請求の 範囲21の装置。 45.該予備触媒ゾーンが、パラジウム触媒成分を含んでいる触媒組成物を含 む請求の範囲44の装置。 46.エンジンの排気ガス流れ由来の有害成分、例えば炭化水素および他の汚 染物などを無害な生成物に変化させるための排気ガス浄化装置において、炭化水 素および他の汚染物が入っている排気ガス流れのための流路を限定しており、そ して 該排気ガス流れからの未燃焼炭化水素を吸着するための流路内に位置してお りそしてベータゼオライト材料を含んでいる吸着ゾーン、および 該吸着ゾーンの下流にある流路内に位置しておりそして該汚染物および脱離 した未燃焼炭化水素の少なくともいくらかを無害な物質に変化させるに有効な触 媒を含んでいる触媒ゾーン、 が含まれている装置。 47.該ベータゼオライト材料が、イオン交換したベータゼオライト材料を少 なくとも1種含んでいる請求の範囲46の装置。 48.該ベータゼオライト材料がH/ベータゼオライトおよびFe/ベータゼ オライトの片方または両方を含んでいる請求の範囲47の装置。 49.該ベータゼオライト材料が約25/1から約300/1のシリカ/アル ミナ比を有する請求の範囲46、請求の範囲47または請求 の範囲48の装置。 50.該ベータゼオライト材料が約35/1から約180/1のシリカ/アル ミナ比を有する請求の範囲49の装置。 51.該ベータゼオライト材料が約100/1から約250/1のシリカ/ア ルミナ比を有する請求の範囲49の装置。 52.炭化水素および他の汚染物を含んでいるエンジン排気ガス流れを少なく とも冷機起動運転期間の間処理する方法において、 (a)該排気ガス流れ内の炭化水素を少なくともいくらか吸着するに有効なベー タゼオライト吸着材料が含まれている吸着ゾーンの中を通して、炭化水素および 他の汚染物が入っている排気ガス流れを流し、そして (b)少なくとも炭化水素を無害な生成物に変化させるに有効な触媒が含まれて いる触媒ゾーンの中を通して該吸着ゾーンの流出物を流す、 段階を含む方法。 53.段階(a)のベータゼオライト材料が、イオン交換したベータゼオライ トを含んでいる請求の範囲52の方法。 54.該イオン交換したベータゼオライト材料がH/ベータゼオライトおよび Fe/ベータゼオライトの片方または両方を含んでいる請求の範囲53の方法。 55.該ベータゼオライト材料が約25/1から約300/1のシリカ/アル ミナ比を有する請求の範囲52、請求の範囲53または請求の範囲54の方法。 56.該ベータゼオライトが約35/1から約180/1のシリカ/アルミナ 比を有する請求の範囲55の方法。 57.該ベータゼオライト材料が約100/1から約250/1の シリカ/アルミナ比を有する請求の範囲55の方法。 58.該モレキュラーシーブが、0.5未満の相対ブレンステッド酸性度を示 すゼオライトを含んでいる請求の範囲7の方法。 59.該ゼオライトが0.25未満の相対ブレンステッド酸性度を示す請求の 範囲59の方法。 60.該モレキュラーシーブが、シリカ対アルミナのモル比が少なくとも25 対1であるゼオライトを含んでいる請求の範囲7の方法。 61.該モレキュラーシーブが、アルミナに対するシリカのモル比が約200 から約1000であるゼオライトを含んでいる請求の範囲60の方法。 62.該ベータゼオライトが0.5未満の相対ブレンステッド酸性度を示す請 求の範囲9の方法。 63.該ベータゼオライトが0.25未満の相対ブレンステッド酸性度を示す 請求の範囲62の方法。 64.該モレキュラーシーブが、シリカ対アルミナのモル比が少なくとも25 対1であるゼオライトを含んでいる請求の範囲9の方法。 65.該モレキュラーシーブが、シリカ対アルミナのモル比が約200対1か ら約1000対1であるゼオライトを含んでいる請求の範囲64の方法。 66.該モレキュラーシーブ材料が、0.5未満の相対ブレンステッド酸性度 を示すゼオライトを含んでいる請求の範囲36の装置。 67.該ゼオライトが、0.25未満の相対ブレンステッド酸性度を示すベー タゼオライトを含んでいる請求の範囲66の装置。 68.該モレキュラーシーブ材料が、シリカ対アルミナのモル比が 少なくとも25対1であるゼオライトを含んでいる請求の範囲36の装置。 69.該ゼオライトが、シリカ対アルミナのモル比が約200対1から約10 00対1であるベ一タゼオライトを含んでいる請求の範囲68の装置。 70.該吸着ゾーンが、0.5未満の相対ブレンステッド酸性度を示すベータ ゼオライト材料を含んでいる請求の範囲46の装置。 71.該ゼオライトが、0.25未満の相対ブレンステッド酸性度を示すベー タゼオライト材料を含んでいる請求の範囲70の装置。 72.該吸着ゾーンが、シリカ対アルミナのモル比が少なくとも25対1であ るベータゼオライト材料を含んでいる請求の範囲46の装置。 73.該ゼオライトが、シリカ対アルミナのモル比が約200対1から約10 00対1であるベ一タゼオライトを含んでいる請求の範囲72の装置。 74.該ベータゼオライトが0.5未満の相対ブレンステッド酸性度を示す請 求の範囲52の方法。 75.該ベータゼオライトが0.25未満の相対ブレンステッド酸性度を示す 請求の範囲74の方法。 76.該ベータゼオライトが少なくとも25対1のシリカ対アルミナモル比を 示す請求の範囲52の方法。 77.該ベータゼオライトが約200対1から約1000対1のシリカ対アル ミナモル比を示す請求の範囲76の方法。 78.エンジン排気ガス流れ由来の有害成分、例えば炭化水素および他の汚染 物などを無害な生成物に変化させるための排気ガス浄化装置 において、炭化水素および他の汚染物が入っている排気ガス流れのための流路を 限定しており、そして 該排気ガス流れからの未燃焼炭化水素を吸着するための流路内に位置してお りそして0.5未満の相対ブレンステッド酸性度を示すゼオライトを含んでいる 、該エンジンの下流にある吸着ゾーン、および 該汚染物および脱離した炭化水素の少なくともいくらかを無害な物質に変化 させるに有効な触媒を含んでいる、該吸着ゾーンの下流にある流路内に存在して いる下流触媒ゾーン、 が含まれている装置。 79.該ゼオライトが0.25未満の相対ブレンステッド酸性度を示す請求の 範囲78の装置。 80.該ゼオライトが、0.25未満の相対ブレンステッド酸性度を示すベー タゼオライトである請求の範囲79の装置。 81.該ゼオライトが少なくとも25対1のシリカ対アルミナモル比を示す請 求の範囲78の装置。 82.該ゼオライトが約200対1から約1000対1のシリカ対アルミナモ ル比を示す請求の範囲81の装置。 83.該吸着ゾーンの上流にある、流路からこの吸着ゾーンの下流にある触媒 ゾーンの流路に間接的熱交換で熱を伝達する熱交換手段を更に含んでいる請求の 範囲78の装置。 84.該熱交換手段が、第一ゾーンと第二ゾーンを含んでいる直交流モノリス を含み、ここで、この第一ゾーンが、このモノリスの中を通る第一流路を樹立し ている多数の第一通路を含んでおり、そして第二ゾーンが、このモノリスの中を 通る第二流路を樹立している多数の第二通 路を含んでおり、ここで、この多数の第一通路はその多数の第二通路とガス流れ 伝達していないがそれと熱を交換する関係に位置しており、それによって、この 第一ゾーンの中を通って流れるガス流れはその第二ゾーン内のガス流れと間接的 熱交換関係にあるがそれと混じり合わない請求の範囲83の装置。 85.該第一ゾーンが第一触媒ゾーンを含んでおりそして第二ゾーンが下流触 媒ゾーンを含んでおり、ここで、この第一触媒ゾーンと該下流触媒ゾーンが互い に間接的熱交換する状態で位置している請求の範囲84の装置。 86.該第一触媒ゾーンが、少なくとも一酸化炭素の酸化を生じさせるに有効 な第一触媒を含んでいる請求の範囲85の装置。 87.該第二触媒ゾーンが下流触媒ゾーンを含んでおり、ここで、該第一ゾー ンと該下流触媒ゾーンが互いに間接的熱交換する状態で位置している請求の範囲 84の装置。 88.0.5未満の相対ブレンステッド酸性度を示すゼオライトと結合剤を含 んでいる吸着材組成物を支持している基質、 を含んでいる吸着装置。 89.該ゼオライトが0.25未満の相対ブレンステッド酸性度を示す請求の 範囲88の装置。 90.該ゼオライトが、0.25未満の相対ブレンステッド酸性度を示すベー タゼオライトである請求の範囲89の装置。 91.該吸着材が、少なくとも25対1のシリカ対アルミナモル比を示すゼオ ライトを含んでいる請求の範囲89の装置。 92.該ゼオライトが約200対1から約1000対1のシリカ対 アルミナモル比を示す請求の範囲91の装置。 93.該基質がモノリスを含んでいる請求の範囲88の装置。 94.0.5未満の相対ブレンステッド酸性度を示すゼオライトと結合剤を含 んでいる吸着材組成物。 95.該ゼオライトが0.25未満の相対ブレンステッド酸性度を示す請求の 範囲94の吸着材組成物。 96.該ゼオライトが、0.25未満の相対ブレンステッド酸性度を示すベー タゼオライトである請求の範囲95の吸着材組成物。 97.該ゼオライトが少なくとも25対1のシリカ対アルミナモル比を示す請 求の範囲94の吸着材組成物。 98.該ゼオライトが有するアルミナに対するシリカのモル比が約200から 約1000である請求の範囲98の吸着材組成物。
───────────────────────────────────────────────────── 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 F01N 3/24 A 9150−3G (72)発明者 デトリング,ジヨセフ・チヤールズ アメリカ合衆国ニユージヤージイ州07731 ハウエル・スパイシーポンドロード8 (72)発明者 ヘク,ロナルド・マーシヤル アメリカ合衆国ニユージヤージイ州08825 フレンチタウン・キングウツドステーシヨ ンロード269 (72)発明者 ステガー,ジヨン・ジヨセフ アメリカ合衆国ニユージヤージイ州08867 ピツツタウン・ダークホロウレイン21 (72)発明者 トースター,サミユエル・ジヤツク アメリカ合衆国 ニユージヤージイ州イン グリツシユタウン・ガラハドドライブ10 【要約の続き】 物はベータゼオライト類を含んでいる。この第二触媒ゾ ーンの上流地点で空気の如き酸化剤(32)をこの排気 ガス流れに加えてもよい。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.炭化水素および他の汚染物を含んでいるエンジン排気ガス流れを少なくと も冷機起動運転期間の間処理する方法において、 (a)少なくとも該汚染物のいくらかを無害な生成物に変化させるに有効な第一 触媒が中に入っている第一触媒ゾーンの中を通して該排気ガス流れを流し、 (b)該ガス流れに残存している炭化水素を少なくともいくらか一時的に吸着す るに有効な吸着材が含まれている吸着ゾーンの中を通して該第一触媒ゾーンの流 出物を流し、 (c)少なくとも炭化水素を無害な生成物に変化させるに有効な第二触媒が含ま れている第二触媒ゾーンの中を通して該吸着ゾーンの流出物を流し、そして (d)この第一触媒ゾーンから第二触媒ゾーンに熱を伝達することにより、該第 二触媒の効力を少なくとも冷機起動運転期間の間改良する、 段階を含む方法。 2.間接的熱交換手段の中を通して該排気ガス流れを流すことを段階(d)が 含む請求の範囲1の方法。 3.モノリスの中を通る第一流路を限定している多数の第一通路を有すると共 に、第一流路から隔離されていてこれと熱を交換する関係に位置している、この モノリスの中を通る第二流路を限定している多数の第二通路を有する、直交流モ ノリスを含んでいる、熱交換手段を通して該排気ガス流れを流すことを段階(d )が含む請求の範囲1の方法。 4.該直交流モノリスに備わっている個々の第一流路と第二流路の中に第一触 媒ゾーンと第二触媒ゾーンを位置させる請求の範囲3の方法。 5.該第一触媒ゾーンが酸化触媒を含んでおり、そしてこの第一触媒ゾーンの 中で一酸化炭素の酸化を起こさせて二酸化炭素を生じさせる段階を含む請求の範 囲1または請求の範囲4の方法。 6.炭化水素の酸化を生じさせるに有効な第三触媒を含んでいる第三触媒ゾー ンを該第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンの間に位置させ、そして更に、この第三 触媒ゾーンの中を通して該排気ガス流れを流すことを含む請求の範囲1の方法。 7.段階(b)の吸着材がモレキュラーシーブ材料を含んでいる請求の範囲1 、請求の範囲4または請求の範囲6の方法。 8.該モレキュラーシーブ材料がファウジャス石、斜方沸石、シリカライト、 ゼオライトX、ゼオライトY、オフレ石およびベータゼオライトから成る群から 選択される材料を1種以上含んでいる請求の範囲7の方法。 9.該モレキュラーシーブ材料がベータ−ゼオライト材料を含んでいる請求の 範囲8の方法。 10.該モレキュラーシーブ材料が、イオン交換したベータゼオライト材料を 含んでいる請求の範囲9の方法。 11.該モレキュラーシーブ材料がH/ベータゼオライトおよびFe/ベータ ゼオライトの片方または両方を含んでいる請求の範囲9の方法。 12.該第二触媒ゾーンの上流地点で酸化剤を該排気ガス流れに加えることを 更に含む請求の範囲1、請求の範囲4または請求の範囲6の方法。 13.該酸化剤が酸素を含んでいる請求の範囲12の方法。 14.該酸化剤が空気を含んでいる請求の範囲12の方法。 15.該第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンの間の地点で該酸化剤を該排気ガス 流れに加える請求の範囲12の方法。 16.中間触媒ゾーンの中を通して該ガス流れを流し、そしてこの中間触媒ゾ ーンの上流地点で該酸化剤を加えることを含む請求の範囲15の方法。 17.該第一触媒ゾーンの上流に位置しておりこれとガス流れ伝達状態にある 予備触媒ゾーンの中を通して該排気ガス流れを流すことを更に含む請求の範囲1 または請求の範囲4の方法。 18.エンジンの排気ガス流れ由来の有害成分、例えば炭化水素および他の汚 染物などを無害な生成物に変化させるための排気ガス浄化装置において、この排 気ガスのための流路を限定しており、そして 少なくとも該汚染物のいくらかを無害な物質に変化させるに有効な第一触媒 が含まれている第一触媒ゾーン、 該第一触媒ゾーンの下流に位置しておりこれとガス流れ伝達状態にありそし て該ガス流れの中に存在している少なくともいくらかの炭化水素をエンジン運転 の少なくとも冷機起動期間の間一時的に吸着する吸着材が含まれている吸着ゾー ン、 該吸着ゾーンの下流に位置しておりこれとガス流れ伝達する状態にありそし て少なくとも未燃焼炭化水素を無害な物質に変化させる第二触媒が含まれている 第二触媒ゾーン、および 該第一触媒ゾーンから第二触媒ゾーンへの間接的熱交換で熱を伝達する熱交 換手段、 が含まれている装置。 19.該熱交換手段が、熱交換器を含んでいる請求の範囲18の装置。 20.該熱交換手段が第一ゾーンと第二ゾーンを含んでいる直交流モノリスを 含み、ここで、この第一ゾーンが、このモノリスの中を通る第一流路を樹立して いる多数の第一通路を含んでおり、そして第二ゾーンが、このモノリスの中を通 る第二流路を樹立している多数の第二通路を含んでおり、ここで、この多数の第 一通路はその多数の第二通路とガス流れ伝達していないがそれと熱を交換する関 係に位置しており、それによって、この第一ゾーンの中を通って流れるガス流れ はその第二ゾーン内のガス流れと間接的熱交換関係にあるがそれと混じり合わな い請求の範囲18の装置。 21.該第一ゾーンが第一触媒ゾーンを含んでおりそして第二ゾーンが第二触 媒ゾーンを含んでおり、ここで、この第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンが互いに 間接的熱交換する状態で位置している請求の範囲20の装置。 22.該第一触媒が少なくとも一酸化炭素の酸化を生じさせるに有効である請 求の範囲18または請求の範囲21の装置。 23.該第一触媒および第二触媒の少なくとも1つがスリーウエイ触媒を含ん でいる請求の範囲22の装置。 24.該第一触媒がスリーウエイ触媒を含んでいる請求の範囲22の装置。 25.該吸着ゾーンと第二触媒ゾーンの間に位置しておりそれらとガス流れ伝 達状態にある中間触媒ゾーンを更に含んでおり、ここで、この中間触媒ゾーンが 少なくとも炭化水素の酸化を生じさせるに有効な第 三触媒を含んでいる請求の範囲18の装置。 26.該第二触媒ゾーンの上流地点で酸化剤を該排気ガス流れに加えるための 手段を更に含んでいる請求の範囲18または請求の範囲25の装置。 27.該酸化剤が酸素を含んでいる請求の範囲26の装置。 28.該酸化剤が空気を含んでいる請求の範囲27の装置。 29.該第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンの間の地点で酸化剤を該排気ガス流 れに加える手段を更に含んでいる請求の範囲18または請求の範囲25の装置。 30.該中間触媒ゾーンの上流地点で酸化剤を該排気ガス流れに加える手段を 更に含んでいる請求の範囲25の装置。 31.該第一触媒ゾーンと第二触媒ゾーンの間であるが該吸着ゾーンの上流に ある地点で酸化剤を該排気ガス流れに加える手段を更に含んでいる請求の範囲2 5の装置。 32.該酸化剤が酸素を含んでいる請求の範囲30または請求の範囲31の装 置。 33.該酸化剤が空気を含んでいる請求の範囲32の装置。 34.該直交流モノリスが、該第一ゾーンの中に約3から35cm2/cm3か ら成る単位体積当たりの幾何表面積を与えそして第二ゾーンの中に約3から35 cm2/cm3から成る単位体積当たりの幾何表面積を与えるような寸法および構 造を有する請求の範囲21の装置。 35.該直交流モノリスが、該第一ゾーンの中に1断面平方インチ当たり約9 から800個のガス流れ通路を与えそして第二ゾーンの中に1断面平方インチ当 たり約9から800個のガス流れ通路を与えるよう な寸法および構造を有する請求の範囲34の装置。 36.該吸着材がモレキュラーシーブ材料を含んでいる請求の範囲18、請求 の範囲20または請求の範囲21の装置。 37.該モレキュラーシーブ材料がファウジャス石、斜方沸石、シリカライト 、ゼオライトX、ゼオライトY、オフレ石およびベータゼオライトから成る群か ら選択される材料を1種以上含んでいる請求の範囲36の装置。 38.該モレキュラーシーブ材料がベータ−ゼオライト材料を含んでいる請求 の範囲37の装置。 39.該ベータゼオライト材料が、イオン交換したベータゼオライト材料を含 んでいる請求の範囲36の装置。 40.該イオン交換したベータゼオライト材料がH/ベータゼオライトおよび Fe/ベータゼオライトの片方または両方を含んでいる請求の範囲39の装置。 41.該ベータゼオライト材料が約25/1から約300/1のシリカ/アル ミナ比を有する請求の範囲39の装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002349248A (ja) * 2001-05-21 2002-12-04 Kawasaki Heavy Ind Ltd ディーゼルエンジン排ガス中の窒素酸化物除去方法及び装置
JP2007275877A (ja) * 2006-03-16 2007-10-25 Ict:Kk 炭化水素吸着剤、排ガス浄化用触媒および排ガス浄化方法
WO2008078758A1 (ja) * 2006-12-26 2008-07-03 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 積層一体型自己熱交換構造体を備えた反応器

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003093734A1 (en) 2002-04-29 2003-11-13 Acron International Technology Limited Air cleaner filter system capable of nano-confined catalytic oxidation
DE102005061713B4 (de) * 2005-12-22 2015-05-21 Süd-Chemie Ip Gmbh & Co. Kg Adsorbereinheit für flüchtige Kohlenwasserstoffe, Verfahren zur Herstellung eines zeolithischen Adsorbermaterials und zeolithisches Adsorbermaterial erhältlich nach dem Verfahren
CA2679590C (en) 2007-02-27 2016-06-07 Basf Catalysts Llc Copper cha zeolite catalysts
US7998423B2 (en) 2007-02-27 2011-08-16 Basf Corporation SCR on low thermal mass filter substrates
DK3278863T3 (da) 2007-04-26 2020-02-17 Johnson Matthey Plc Overgangsmetal/aei-zeolit-scr-katalysator
US20090196812A1 (en) 2008-01-31 2009-08-06 Basf Catalysts Llc Catalysts, Systems and Methods Utilizing Non-Zeolitic Metal-Containing Molecular Sieves Having the CHA Crystal Structure
US8375701B2 (en) 2008-07-30 2013-02-19 Ford Global Technologies, Llc Hydrocarbon retaining and purging system
US10583424B2 (en) 2008-11-06 2020-03-10 Basf Corporation Chabazite zeolite catalysts having low silica to alumina ratios
US8293198B2 (en) 2009-12-18 2012-10-23 Basf Corporation Process of direct copper exchange into Na+-form of chabazite molecular sieve, and catalysts, systems and methods
US8293199B2 (en) 2009-12-18 2012-10-23 Basf Corporation Process for preparation of copper containing molecular sieves with the CHA structure, catalysts, systems and methods
US11648329B1 (en) 2021-11-24 2023-05-16 Rht Limited Air purifiers

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3929672A (en) * 1971-10-20 1975-12-30 Union Oil Co Ammonia-stable Y zeolite compositions
US3860535A (en) * 1973-01-04 1975-01-14 Minnesota Mining & Mfg Dual cross-flow catalyst system
ZA805231B (en) * 1980-05-19 1981-08-26 Mobil Oil Corp Low acidity alkali metal containing zeolites
US4430200A (en) * 1982-08-09 1984-02-07 Mobil Oil Corporation Hydrocarbon conversion process
JPH0615016B2 (ja) 1988-09-09 1994-03-02 トヨタ自動車株式会社 自動車排気ガス浄化装置
JPH0724575Y2 (ja) * 1989-12-12 1995-06-05 ニチアス株式会社 内燃機関の排気浄化装置
GB9011411D0 (en) * 1990-05-22 1990-07-11 Shell Int Research Metals-containing zeolites,a process for preparing such zeolites and their use in catalytic processes
US5125231A (en) * 1990-06-08 1992-06-30 Corning Incorporated Dual converter engine exhaust system for reducing hydrocarbon emissions
US5051244A (en) * 1990-07-20 1991-09-24 Uop Use of a molecular sieve bed to minimize emissions during cold start of internal combustion engines
US5296198A (en) * 1990-11-09 1994-03-22 Ngk Insulators, Ltd. Heater and catalytic converter
EP0490037B2 (en) * 1990-12-13 2001-11-14 Tosoh Corporation Method of cleaning waste gas containing ketonic organic solvents

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002349248A (ja) * 2001-05-21 2002-12-04 Kawasaki Heavy Ind Ltd ディーゼルエンジン排ガス中の窒素酸化物除去方法及び装置
JP4685266B2 (ja) * 2001-05-21 2011-05-18 川崎重工業株式会社 ディーゼルエンジン排ガス中の窒素酸化物除去方法及び装置
JP2007275877A (ja) * 2006-03-16 2007-10-25 Ict:Kk 炭化水素吸着剤、排ガス浄化用触媒および排ガス浄化方法
JP4648914B2 (ja) * 2006-03-16 2011-03-09 株式会社アイシーティー 炭化水素吸着剤、排ガス浄化用触媒および排ガス浄化方法
WO2008078758A1 (ja) * 2006-12-26 2008-07-03 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 積層一体型自己熱交換構造体を備えた反応器

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