JPH09881A - 排ガス浄化装置 - Google Patents
排ガス浄化装置Info
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Abstract
排ガス中においても窒素酸化物を低温で除去でき、かつ
耐熱性に優れた触媒を提供することにある。 【構成】酸素過剰の雰囲気下で燃焼させる内燃機関の排
ガス浄化装置において、前段にNOに対して活性な触媒
を、後段にNO2に対して活性な触媒を配置させる。 【効果】本発明の触媒を用いることにより、酸素過剰の
排ガス中においても窒素酸化物を低温で除去でき、かつ
耐熱性に優れ、酸素濃度を強制的に変動させることのな
い簡単なシステムで高いNO浄化率と耐熱性を有する触
媒を提供することができる。
Description
囲気中で、少量添加した炭化水素または排ガス中に残存
した炭化水素類を還元剤として、排ガス中の窒素酸化物
を還元除去する触媒に関する。
られている低燃費化及び排出炭酸ガスの低減化にともな
い燃料を希薄燃焼させることが必要になってきた。この
ため特に自動車からの排ガス浄化は従来の三元触媒を用
いることが困難となった。
物を還元除去するために、近年遷移金属をイオン交換し
たゼオライト触媒が有効であることが多数報告されてい
る。しかし、ゼオライトは耐熱性に問題があり、たいて
いの場合600℃以上の温度にさらされるとその活性が
著しく低下してしまう。そこで、シリカ−アルミナ比を
シリカリッチにすること、あるいはアルカリ土類金属ま
たは希土類元素を添加することにより低温活性を失うこ
となくゼオライトの耐熱性を改善できるという報告が多
数ある。例えば特開平4−219146 号にはシリカ−アルミ
ナモル比を15以上にして、Ba,Srを添加して耐熱
性を有し低温活性に優れる触媒を提供している。
に優れた触媒も多数報告されているが、一般に酸化物を
用いた場合は反応温度が高くまた活性が低いが、種々の
金属を添加して低温高活性な触媒が提供されている。特
開平4−358525 号にはコバルトアルミネートのような金
属アルミネートが有効であることが示されている。ま
た、特開平4−284824 号はPt,Srを添加して300
〜500℃で活性を有した触媒を提供している。また、
特開平4−354536 号にはアルミナにアルカリ土類金属と
Agを添加した触媒が報告されている。
およびPtから成り、NOを吸蔵する効果を用い、さら
に、特開平5−133260 号には酸素濃度をリッチ側とリー
ン側に強制的に変動させることで高い浄化率を得ること
ができる触媒とシステムを提供している。
て、ゼオライト系触媒は耐熱性に問題を残しており、ア
ルカリ土類金属を添加したものについても800℃以上
の温度で長時間さらされると活性の劣化が認められる。
また、アルミナを主体とした触媒は耐熱性に優れるが、
活性が低く400〜500℃で50%程度でありその反
応温度域も狭いという問題がある。また、Ba,Laお
よびPtから成りNOを吸蔵する効果を用いる場合は、
酸素濃度をリッチ側とリーン側に強制的に変動させなけ
ればならないという問題がある。
酸化物を除去するために耐熱性に優れ、かつ低温活性を
有する触媒で、酸素濃度をリッチ側とリーン側に強制的
に変動させるシステムを用いず、簡単なシステムで高い
NO浄化率を有する触媒を提供することにある。
用いて前段にNOに対して活性な触媒を、後段にNO2に
対して活性な触媒を配置させるかまたは後段にNOxを
吸蔵する触媒を配置させる。
する触媒は、Zr,Zn,Mg,Caのうち少なくとも
何れか一種と貴金属をアルミナに添加してなる触媒であ
り、後段に配置するNO2 に対して活性な触媒はMg,
Ce,Laのうち少なくとも何れか一種と貴金属をアル
ミナに添加した触媒または、アルミナに貴金属を添加し
た触媒である。また、後段に配置するNOxを吸蔵する
触媒は、アルカリ土類金属と希土類元素またはBi,N
bのうち少なくとも何れか一種と希土類元素と貴金属お
よびアルミナからなる触媒を配置することにより達成さ
れる。
一部を後段に導入させる方法を用いることができる。こ
の場合の触媒及び配置は、前段にNOxを吸蔵する触媒
を、後段にNOxに対して活性な触媒とする。材料とし
ては後段に配置するNOxに対して活性な触媒はZr,
Zn,Mg,Caのうち少なくとも何れか一種と貴金属
をアルミナに添加したもの、あるいは、Mg,Ce,L
aのうち少なくとも何れか一種と貴金属をアルミナに添
加したものを配置する。前段に配置するNOxを吸蔵す
る触媒は、アルカリ土類金属と希土類元素またはBi,
Nbのうち少なくとも何れか一種と希土類元素と貴金属
およびアルミナからなる触媒を配置することにより達成
される。
は、酸素過剰の雰囲気下でも炭化水素を還元剤としてN
Oxを窒素に還元するものと、酸素過剰の雰囲気下で触
媒に一時NOxを吸蔵し、酸素がない雰囲気に切り替え
た時に、吸蔵したNOxを放出と同時に還元除去するも
のがある。
としてNOxを窒素に還元するものの場合、NOxに対
する炭化水素の存在比が大きいほど浄化率が向上する。
処理能力を大きくするために触媒を二つ直列に配置した
場合、前段の触媒で還元剤として作用する炭化水素がほ
とんど消費され、後段の触媒で用いる炭化水素がないた
めに後段の触媒としての機能が失われ、NOを還元する
よりむしろNO2 を生成する。
吸蔵し、酸素がない雰囲気に切り替えた時に、吸蔵した
NOxを放出と同時に還元除去するものの場合は、NO
x中のNOを触媒上でNO2 にした後、硝酸塩の形で吸
蔵するため、NO2 濃度が高いほど効率良く吸蔵でき
る。
水素を還元剤としてNOxを窒素に還元する触媒では、
炭化水素の濃度が、酸素過剰の雰囲気下で触媒に一時N
Oxを吸蔵し、酸素がない雰囲気に切り替えた時に、吸
蔵したNOxを放出と同時に還元除去する触媒ではNO
2 の濃度が重要である。
な触媒を、後段にNO2 に対して活性な触媒を配置させ
ることによりNOx浄化効率を向上させた。前段で炭化
水素を還元剤としてNOを浄化し、処理できなかったN
Oおよび前段の触媒で生成したNO2 を後段の触媒で残
りの炭化水素を還元剤としてNOxを浄化させる。この
時炭化水素の選択性はNOよりNO2 方が有利であるた
めに、後段の触媒がNO2 に活性な触媒であることか
ら、炭化水素が少なくても有効に機能させることができ
る。
場合では、前段の触媒がNO2 を生成するために、後段
の入口のNO2 濃度が高く吸蔵の効率が向上し、前後の
組合せにより触媒の浄化効率が向上する。ただし、この
場合はリーンからストイキに切り替えるときに後段の吸
蔵型触媒はNOxを放出し同時に除去しなければならな
い。そこで、切り替えた数秒間は、後段に炭化水素を多
く導入させるために空気燃料比(A/F)を10〜14
として保持し、排ガス中の未燃焼炭化水素を故意に多く
させる必要がある。
法としてはバイパスを設け、後段に排ガスを導入させる
ことも可能である。この場合、触媒の配置は後段に炭化
水素が充分に供給できることから、前段に吸蔵型、後段
に反応型の触媒とする。
した。ケーシング2の中に触媒を二つ直列に配置させ、
排ガス1は矢印の方向から導入され、前段にはNO反応
型触媒3を、後段にはNO2 反応型触媒4を配置させ
る。また、NOx吸蔵型触媒を用いる場合は、ケーシン
グ2の中に触媒を二つ直列に配置させ、排ガス1は矢印
の方向から導入され、前段にはNO反応型触媒3を、後
段にはNOx吸蔵型触媒5を配置させる。NO反応型触
媒3,NO2 反応型触媒4そしてNOx吸蔵型触媒5の
3種類の触媒は以下のように調製した。
これに硝酸ジルコニルを添加しゲルを作製した。得られ
たゲルを乾燥後、850℃で5時間熱処理してアルミナ
−ジルコニアを得た。アルミナ−ジルコニアの組成はア
ルミナに対するジルコニアのモル分率を50%とした。
このようなゾルゲル法を使用して作製したアルミナ−ジ
ルコニアは、通常得ることのできない酸点と塩基点が隣
接した構造を有したアルミナ−ジルコニア複合酸化物で
ある。
ルミナ−ジルコニア複合酸化物に担持した。Rh,Pt
の担持量は、それぞれ0.3wt%,1.6wt%とし
た。含浸液はRhが硝酸ロジウム水溶液を、Ptがジニ
トロアミン白金酸水溶液を用い、始めにRhを含浸さ
せ、120℃で30分間乾燥し600℃で1時間焼成
し、冷却後Ptを含浸させ120℃で30分間乾燥し6
00℃で2時間焼成して、1.6wt%Pt−0.3wt
%Rh/Al2O3−ZrO2 (50%)触媒(触媒1と
する)とした。
含浸させ、120℃で30分間乾燥し600℃で1時間
焼成し、次に、Ptがジニトロアミン白金酸水溶液を用
いPtを含浸させ、120℃で30分間乾燥し600℃
で1時間焼成し、さらに、硝酸ロジウム水溶液を用いて
Rhを含浸させ、120℃で30分間乾燥し600℃で
1時間焼成し、最後に硝酸マグネシウム水溶液を用いて
マグネシウムを含浸させ120℃で30分間乾燥し60
0℃で2時間焼成して、2wt%Mg−0.3wt%−
Rh1.6wt%−10wt%Ce/Al2O3触媒(触
媒2とする)を作製した。
含浸させ、120℃で30分間乾燥し600℃で1時間
焼成し、次に、硝酸ストロンチウム水溶液を用いてスト
ロンチウムを含浸させ、120℃で30分間乾燥し60
0℃で1時間焼成し、次にPtがジニトロアミン白金酸
水溶液を用いPtを含浸させ、120℃で30分間乾燥
し600℃で2時間焼成し、1.6wt%−30wt%
Sr−10wt%Ce/Al2O3触媒(触媒3とする)を
作製した。
の浄化特性を調べるために、以下の反応条件で活性試験
を行った。その結果を図2に示した。
率を示したが、NO2を反応ガスとした場合、35%と
低い浄化率を示した。また、触媒2はNOを反応ガスと
した場合、72%と高い浄化率を示したが、NO2 を反
応ガスとした場合、88%とさらに高い浄化率を示し
た。
方が有利であるNO反応型触媒であり、触媒2はNOで
も高い浄化率を示すが、NO2 の方がより高い浄化率を
示すNO2 反応型触媒であることが確認できた。
ように触媒1および2と異なり、400℃以上で脱離が
観察されており、この触媒は低温で吸蔵によりNOxを
除去し高温で排出している。NOとNO2 の反応性につ
いては、NOを反応ガスとした場合、68%と高い浄化
率を示したが、NO2 を反応ガスとした場合、85%と
さらに高い浄化率を示したことから、入り口ガス中のN
O2 濃度が高い方が有利であることがわかった。
化特性を調べるために、以下の反応ガスを用いて活性試
験を行った。その結果を図3に示した。
NOをほぼ100%浄化することができることがわかっ
た。
カム化を行った。
ダーであるアルミナゾルを水に加え、触媒粉末が20w
t%、アルミナゾルが5wt%となるようにハニカムコ
ーティング溶液を調製した。
7l を先に作製したコーティング溶液に浸した後、ゆ
っくりと引上げ余分に付着したコーティング液をエアー
ブローして取り除き、120℃で30分間乾燥し、この
コーティング操作を3回行った後、500℃で2時間焼
成してハニカム触媒を作製した。触媒1〜3のコーティ
ング量はいずれの触媒においても約100g/lであっ
た。
部を6cc切り出し、小ハニカム二つを反応管に詰め、以
下の条件で活性試験を行った。
図4,図5,図6に示した。
を前段に、NO2 反応型を後段にしたもの(6)が高い
浄化率を示すことがわかった。また、吸蔵型を用いる場
合については、図5,図6の結果から反応型を前段に吸
蔵型を後段に配置したもの(10,11)が高い浄化率
を示すことがわかった。図2に示した結果では、反応型
は250℃付近で、吸蔵型は300℃付近で有効とな
る。通常の反応温度を考慮した組合せでは、炭化水素の
燃焼に伴いNOの浄化が生じるために、低温活性のある
触媒を前段に置くと、後段の高温で機能するはずの触媒
が炭化水素がなくなっているためにNOを浄化すること
ができず、結果として前段の触媒一つで浄化を行ってい
ることになる。したがって、高温で機能する触媒を前段
に置くことが考えられる。しかし、そのような組合せで
は浄化率が低く、実際には反応温度域がより高温域にあ
るにもかかわらず、吸蔵型を後段に配置した方が浄化率
が高くなっていた。このような結果は、本発明が有効で
あることを示唆している。
ことで、NOxの浄化の効率が向上することがわかっ
た。触媒の材料としては上記のものに限らず、NO反応
型,NO2 反応型,NOx吸蔵型という機能があればよ
い。NO反応型の触媒の材料としては、Al−Zrに限
らず、Al−Zn,Al−Ca,Al−Mgの複合酸化
物を担体に用いた触媒が有効であった。NO2 反応型の
触媒の材料としては、アルミナを担体としたものであれ
ば、NO2 反応型として機能するが、特にアルミナにL
a,Ceを添加したものが有効であった。NOx吸蔵型
触媒の材料としてはアルミナにアルカリ土類金属と希土
類元素を添加したものがよいが、その他、Nb,Biと
希土類元素の組合せも有効であった。
の構成図を示した。ケーシング2に触媒15,16二つ
を配置させ前段と後段の間からバイパス管17を通って
きた排ガスの一部18が排ガス1と合流し、後段に炭化
水素を供給するようになっている。このような装置を用
いて、実施例1と同様な組合せの触媒を用いて活性試験
を行った。その結果を図8,図9に示した。
給されることから、実施例1で最適化した結果と逆の組
合せのものとなった。すなわち、吸蔵型の触媒を前段
に、反応型の触媒を後段に置くことが有効であることが
わかった。
ットルハニカム触媒1〜3および1.7リットルハニカ
ム触媒1〜3を750℃5時間処理した触媒を専用の金
属製のケーシングにつめ、3000ccクラスの自動車の
床下に触媒2種装着して、10−15モード走行を行
い、この時の入り口NOx濃度と出口NOx濃度を測定
し浄化率を求めた。なお、測定は前段の触媒のケーシン
グの入り口から入り口ガスをサンプリングし、また、前
段の触媒の前に熱電対を差し込み温度測定も行った。後
段の触媒のケーシングの出口から出口ガスをサンプリン
グし、また、前段の触媒の前後に熱電対を差し込み温度
測定も行った。結果は表1に示したように、前段に吸蔵
型、後段に反応型触媒を配置させた場合は、10−15
モード走行時において約60%のNO浄化率であったの
に対し、前段に反応型、後段に吸蔵型触媒を配置させる
ことにより、10−15モード走行時において約80%
のNO浄化率を得ることができた。また、750℃処理
後の触媒でも浄化率に大きな変化がなく、耐熱性にも優
れているといえる。
い浄化率を得たが、図10に示したようにA/F=21
からA/F=14.5 に切り替える、すなわちリーンか
らストイキに切り替えるとき、NOxの放出と考えられ
る鋭いピ−クが観察された。これは前段に反応型の触媒
を配置し炭化水素を多量に消費するため、後段の吸蔵型
触媒が吸蔵したNOxを放出し同時に除去しようとした
ときに、必要な炭化水素がないためNOxを放出するだ
けで除去しきれない状態にある。そこで、A/F=21
からA/F=14.5に切り替わるときに、いったんA
/F=12.5とリッチで数秒間保持した後A/F=1
4.5 に切り替えるようにし、NOxの放出時に排ガス
中の未燃焼炭化水素濃度を大きくして、放出したNOx
を浄化させるようにした。その結果、図10に示したよ
うな鋭いピ−クは小さくなり、浄化率も90%となっ
た。このように、触媒の機能に応じた配置をするととも
に、システムとのマッチングによりさらに浄化率を向上
することができた。
した触媒を用いた内燃機関の排気浄化装置は、希薄燃焼
可能な内燃機関2の排気系24に配置された、2種類の
触媒を直列に配置した排気浄化装置から成る。
は、希薄燃焼可能な内燃機関22の排気系24に、排気
ガスの流れ方向上流側より順に配置された、NOに対し
て活性な触媒3,NO2 に対して活性な触媒又はNO2
を吸蔵する触媒4,5から成る。
3との間の排気管24aの長さは、エンジン出口で高速
時に排気ガス温度が850−950℃あったものを、触
媒3入口で600℃以下、望ましくは300−500℃
に、排気管24aを通る間の自然放熱によって低下させ
る長さに設定される。この長さに設定すると、触媒3は
必然的に車両12の床下にくる。
触媒3と隔っており、その排気管24bの長さは、該排
気管24bを通る時の自然放熱によって、触媒4,5の
触媒床温度が触媒3の触媒床温度より100−150℃
低くなるように設定される。
なシステムで酸素過剰の排ガス中においても窒素酸化物
を低温で除去でき、かつ耐熱性に優れた触媒を提供する
ことができる。
線図。
示す線図。
示す線図。
挙動を示す構成図。
図。
…NO2 反応型触媒、5…NOx吸蔵型触媒、6…触媒
1−触媒2、7…触媒1−触媒1、8…触媒2−触媒
2、9…触媒2−触媒1、10…触媒1−触媒3、11
…触媒2−触媒3、12…触媒3−触媒3、13…触媒
3−触媒1、14…触媒3−触媒2、22…内燃機関、
32…車両。
Claims (10)
- 【請求項1】酸素過剰の雰囲気下で燃焼させる内燃機関
の排ガス浄化装置において、前記排ガスの上流側の前段
にNOに対して活性な触媒を、前記排ガスの下流側の後
段にNO2 に対して活性な触媒を配置させることを特徴
とする排ガス浄化装置。 - 【請求項2】酸素過剰の雰囲気下で燃焼させる内燃機関
の排ガス浄化装置において、前記排ガスの上流側の前段
にNOに対して活性な触媒を、前記排ガスの下流側の後
段にNO2 を吸蔵する触媒を配置させることを特徴とす
る排ガス浄化装置。 - 【請求項3】請求項1記載の排ガス浄化装置において、
前段に配置する触媒がZr,Zn,Mg,Caの少なく
とも一種と貴金属をアルミナに添加してなる触媒である
ことを特徴とする排ガス浄化装置。 - 【請求項4】請求項1記載の排ガス浄化装置において、
後段に配置する触媒がMg,Ce,Laの少なくとも一
種と貴金属をアルミナに添加した触媒または、アルミナ
に貴金属を添加した触媒であることを特徴とする排ガス
浄化装置。 - 【請求項5】請求項1記載の排ガス浄化装置において、
後段に配置する触媒がアルカリ土類金属またはBi,N
bの少なくとも一種と希土類元素と貴金属およびアルミ
ナからなる触媒であることを特徴とする排ガス浄化装
置。 - 【請求項6】酸素過剰の雰囲気下で燃焼させる内燃機関
の排ガス浄化装置において、前記排ガスの上流側の前段
にNOxを吸蔵する触媒を、前記排ガスの下流側の後段
にNOxに対して活性な触媒を配置させ、バイパスを設
け排ガスの一部を前記前段の触媒を通さずに後段に導入
させることを特徴とする排ガス浄化装置。 - 【請求項7】請求項6記載の排ガス浄化装置において、
後段に配置する触媒がZr,Zn,Mg,Caの少なく
とも一種と貴金属をアルミナに添加してなる触媒である
ことを特徴とする排ガス浄化装置。 - 【請求項8】請求項6記載の排ガス浄化装置において、
後段に配置する触媒がMg,Ce,Laの少なくとも一
種と貴金属をアルミナに添加した触媒または、アルミナ
に貴金属を添加した触媒であることを特徴とする排ガス
浄化装置。 - 【請求項9】請求項6記載の排ガス浄化装置において、
前段に配置する触媒がアルカリ土類金属と希土類元素ま
たはBi,Nbの少なくとも一種と希土類元素と貴金属
およびアルミナからなる触媒であることを特徴とする排
ガス浄化装置。 - 【請求項10】酸素過剰の雰囲気下で燃焼させる内燃機
関の排ガス浄化装置を備えた排ガス浄化システムにおい
て、空気燃料比(A/F)が20〜26と14.5 付近
に切り替えられる内燃機関において、前記(A/F)が
20〜26から14.5 付近に切り替えるとき前記(A
/F)を10〜14に保持することを特徴とする排ガス
浄化システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7147097A JPH09881A (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | 排ガス浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7147097A JPH09881A (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | 排ガス浄化装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09881A true JPH09881A (ja) | 1997-01-07 |
Family
ID=15422429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7147097A Pending JPH09881A (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | 排ガス浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09881A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6089015A (en) * | 1997-05-21 | 2000-07-18 | Degussa-Huls Aktiengesellschaft | Method of purifying a lean exhaust gas and catalytic system therefor |
US8084389B2 (en) | 2007-04-20 | 2011-12-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Sulfur storage catalyst |
US8323579B2 (en) | 2007-05-18 | 2012-12-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | S storage catalyst and exhaust-gas converting apparatus |
-
1995
- 1995-06-14 JP JP7147097A patent/JPH09881A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6089015A (en) * | 1997-05-21 | 2000-07-18 | Degussa-Huls Aktiengesellschaft | Method of purifying a lean exhaust gas and catalytic system therefor |
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US8323579B2 (en) | 2007-05-18 | 2012-12-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | S storage catalyst and exhaust-gas converting apparatus |
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JP2010216385A (ja) | 内燃機関の排気ガス浄化装置 |
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