WO2005052327A1 - 粒状物質含有排ガス浄化用フィルタ、該排ガスの浄化方法および装置 - Google Patents

粒状物質含有排ガス浄化用フィルタ、該排ガスの浄化方法および装置 Download PDF

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Yasuyoshi Kato
Takashi Michimoto
Eiji Miyamoto
Naomi Imada
Masatoshi Fujisawa
Kazuki Kobayashi
Hiroshi Ishizaka
Takeshi Hirota
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Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha
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    • F01N2330/42—Honeycomb supports characterised by their structural details made of three or more different sheets, foils or plates stacked one on the other

Definitions

  • the present invention relates to a filter for purifying exhaust gas containing particulate matter, a method and an apparatus for purifying the exhaust gas.
  • the present invention provides a device that can remove particulate matter (PM) contained in gas discharged from a diesel engine with low ventilation loss and high efficiency, and has a large load when ash or soot is deposited.
  • the present invention relates to a PM-containing exhaust gas purification filter capable of removing deposits without using the same, and an exhaust gas purification method and apparatus using the same.
  • Diesel engines are one of the most efficient of the internal combustion engines and emit low amounts of carbon dioxide (CO) per fixed output and use low-quality fuels such as heavy oil.
  • CO carbon dioxide
  • Type power generation facilities are being reviewed and tend to be heavily used.
  • Non-Patent Document 1 Study on DP filter (DPF) devised to stop * Inventions have been made (for example, Non-Patent Document 1).
  • Patent Documents 1 and 2 Non-Patent Document 1: Industrial Environmental Management Association, Environmental Management Vol.37, p441-449
  • Patent Document 1 JP-A-1-318715
  • Patent Document 2 JP-A-60-235620
  • Non-Patent Document 2 Preprints of the Automotive Engineering Society Academic Lecture No. 22-2
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, is resistant to clogging and ash clogging, does not require special means such as backwashing and heating and burning soot, and is made of an inexpensive material.
  • An object of the present invention is to provide a particulate matter removal filter, and an exhaust gas purification method and apparatus using the same.
  • the purifying device according to (6) further comprising a structure capable of switching between passing and blocking of the exhaust gas.
  • One of the side surfaces orthogonal to the plate ridge line or two surfaces which are orthogonal to each other and are adjacent to each other are sealed, and the exhaust gas flows into the porous corrugated plate through the porous flat plate.
  • a particulate corrugated material comprising: a porous corrugated sheet supporting an oxidation catalyst, forming a flow path of the exhaust gas; and a porous flat plate in contact with the porous corrugated sheet, wherein one surface of the porous corrugated sheet does not support the oxidation catalyst.
  • Exhaust gas purification filter Exhaust gas purification filter.
  • a purification method for exhaust gas containing particulate matter comprising: the filter according to (8); a means for flowing exhaust gas into the exhaust gas inflow path of the filter; and a means for blocking the passage of exhausted gas. apparatus.
  • a DPF with a catalyst having a high performance and a low pressure loss can be used without using a conventional expensive ceramic sintered filter. Can be realized. Even if the carrying amount of an expensive oxidation catalyst such as Pt is drastically reduced, PM can be efficiently burned and removed, so that a significant cost reduction can be achieved. Also, by devising the flow direction of exhaust gas into the exhaust gas purifying filter of the present invention and the sealing structure of the filter, it is possible to realize an exhaust gas purifying apparatus capable of effectively preventing the filter from being blocked by dust and the like. it can.
  • FIG. 1 is an explanatory view of an exhaust gas purifying filter showing one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a basic unit consisting of a porous corrugated sheet and a porous flat plate force.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a DPF block used in the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory view of a flow direction and an outflow direction of exhaust gas in the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory view of the deposition of particulate matter in the DPF of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory view of deposition of particulate matter in a conventional DPF.
  • FIG. 7 is an explanatory view of an exhaust gas purifying filter showing another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an explanatory view of a reactor incorporating the DPF of the present invention.
  • FIG. 9 is an explanatory view of a reactor incorporating a DPF used in Examples.
  • the filter for purifying PM-containing exhaust gas of the present invention is an acid for oxidizing NO in exhaust gas to NO.
  • a pair of a porous corrugated sheet carrying an exhaust gas purifying catalyst such as an activated catalyst and a porous flat plate is used as a basic unit, and a formed body is laminated such that the corrugated edges of the porous corrugated sheet are alternately orthogonal to each other. Then, one of the side surfaces orthogonal to the corrugated ridge line of the molded body, or two surfaces which are orthogonal to each other and are adjacent to each other, are sealed.
  • FIG. 1 is an explanatory view of a particulate matter removing filter (DPF) showing one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an explanatory view of a basic unit composed of a porous corrugated sheet and a porous flat plate used in the present invention
  • FIG. 3 is an explanatory view of a molded body obtained by laminating the basic units.
  • DPF particulate matter removing filter
  • the DPF includes a block-shaped molded body (hereinafter, referred to as a DPF block) 3 and a seal material 4.
  • the basic unit force which is the opposing force of the porous corrugated sheet 1 and the porous flat plate 2, as shown in FIG. 3, the corrugated ridges of the porous corrugated sheet 1 intersect alternately.
  • the sealing material 4 is provided on one of the side surfaces of the block 3 in a direction orthogonal to the ridge line of the porous corrugated plate 1 constituting the DPF block 3. In this way, an inflow path a of the exhaust gas (gas to be treated) and an outflow path b of the exhaust gas (purifying gas) are respectively formed between the porous flat plate 2 and the porous corrugated sheet 1 (FIG. 4). ).
  • the porous corrugated sheet 1 and the porous plate 2 are made of a non-woven fabric or woven fabric using silica-alumina-based ceramic fiber, a metal fiber woven fabric, a porous sintered body of ceramics such as cordierite, or the like. Is used. Of these, obtain lightweight DPF with excellent porosity From the point of view, it is particularly preferable to use a ceramic nonwoven fabric (sheet) having a thickness of 0.5 to 0.1 mm.
  • the shape of the corrugated sheet of the porous porous sheet 1 is not particularly limited, but in the case of the above-mentioned sheet thickness, it is preferable that the wave pitch is 2 to 10 mm and the height is 15 to 15 mm. .
  • the basic shape composed of the porous corrugated plate 1 and the porous flat plate 2 may be simply laminated, but is preferably bonded to each other by an inorganic binder!
  • the sealing material if the exhaust gas flowing from the corrugated ridge direction of the porous corrugated sheet 1 can be prevented from passing on the surface opposite to the surface into which the exhaust gas flows.
  • a method of plugging a dense inorganic solidified material in the flow path of the surface to be sealed, a method of pressing an inorganic fiber mat-like sealing material, a method of closing a lid with a metal plate For example, a method such as a method for carrying out the method can be adopted.
  • high strength can be obtained by covering the periphery with an inorganic fiber mat that has high viscosity and high binding properties such as ceramic adhesive, and at the same time integrally lays the mat and the carrier cell wall.
  • oxidation catalyst component for example, a known catalyst in which a normal noble metal such as platinum (Pt) is supported on a high surface area support such as titanium, alumina, zircona, and silica is used.
  • a normal noble metal such as platinum (Pt)
  • a high surface area support such as titanium, alumina, zircona, and silica
  • titania which has excellent acid resistance, is particularly preferred.
  • the gas to be treated is supplied from the direction of the ridgeline of the corrugated plate formed by the porous corrugated plate 1 and the porous plate 2 of the DPF block 3. . That is, as shown in FIG. 4, the DPF has a flow path a in the A direction formed by the porous corrugated sheet 1 and the porous flat plate 2 and a flow path b in the B direction orthogonal thereto. However, the gas to be treated flowing from the A direction can flow only into the flow path a (the exhaust gas inflow path).
  • the gas that has flowed into the flow channel a passes through the pores in the porous flat plate 2 because the outlet of the flow channel a is sealed with the sealing material 4 and is adjacent to the porous flat plate 2.
  • the exhaust gas passes through the porous flat plate 2, the exhaust gas is filtered off by PM force contained in the gas and deposited on the surface of the porous flat plate 2.
  • FIG. 5 shows a state explanatory diagram at this time. In the figure, 5 is the deposited PM (particulate matter).
  • porous corrugated sheet Is oxidized to CO and removed. Therefore, porous corrugated sheet
  • the gas from which the soot has been filtered is moved to the flow path b and discharged there. Also in the flow path b, there are a porous corrugated sheet 1 and a porous flat plate 2 carrying an oxidation catalyst for NO. Therefore, it is oxidized by NO power SNO in the gas. Therefore, a denitration catalyst for urea and NH reduction is located downstream of flow path b.
  • the following high-speed denitration reaction proceeds preferentially according to the following equation (2), and NOx in the exhaust gas is removed with high efficiency at low temperature, so that the denitration performance can be improved.
  • the oxidation catalyst for oxidizing NO in exhaust gas to NO forms a molded body.
  • the oxidation catalyst is carried only in the flow path a constituting the exhaust gas inflow path, and the oxidation catalyst is not carried in the flow path b constituting the exhaust gas discharge path.
  • the oxidation of NO to NO in the flow path b is suppressed, and the NO
  • the carrier may be used as it is if the porous corrugated sheet 1 and the porous plate 2 have high rigidity.
  • a slurry or sol of an inert oxide such as titer, alumina, or zirconia is applied to both sides of the porous corrugated sheet 1 constituting the flow path b and one side of the porous plate 2 in contact therewith. As a strength improver.
  • the characteristic of the carrier shape is utilized and the catalyst component slurry flows in the direction A in FIG.
  • the strength improver slurry can be easily removed by pulling it out from the direction shown in FIG. In this case, it is preferable to protect the channel surface, through which the slurry does not flow, by covering it with a seal or the like.
  • the above-mentioned components may be supported by staking or coating, and then laminated.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of a DPF showing another embodiment of the present invention.
  • the difference from FIG. 1 is that the sealing material 4 is provided on two side surfaces that are orthogonal to the corrugated ridge line of the DPF block 3 and that are adjacent to each other.
  • the gas to be treated that has flowed into the DPF block 3 can be discharged in one direction, so that the dead space of the reactor incorporating the DPF is reduced, and a compact exhaust gas purifier is used. It can be a device.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing various installation examples when the DPF of the present invention is incorporated in a reactor.
  • (A) shows a reactor incorporating DPF with sealant 4 provided on two sides of DPF block 3.
  • FIGS. 3 (B) and 3 (C) are explanatory diagrams of a reactor provided with a knob 10 capable of blocking passage of exhaust gas on a surface opposite to a surface into which exhaust gas flows.
  • (B) two surfaces are sealed with a combination of the sealing material 4 and the valve 10
  • one surface is sealed with only the valve 10.
  • a laminate of a 0.2 mm thick porous corrugated sheet made of non-woven silica alumina fiber and a 0.2 mm thick porous flat sheet (intersecting corrugated honeycomb, corrugated sheet pitch 3.3 mm, 1.9mm, -Chass, 300mm X 300mm X 300mm), 15% TiO2
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, except that the concentration of dinitrodiammineplatinum was changed from 1.33 gZL to 0.32 gZL, a DPF substrate with an oxidation catalyst was produced in the same manner as in Example 1.
  • colloidal silica (silica sol-OS, SiO concentration manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.)
  • Example 4 the catalyst slurry prepared for the flow channel a was flowed and mixed with the catalyst slurry prepared for the flow channel a in place of the inert component slurry flown into the flow channel b, and the catalyst was supported on the flow channels a and b.
  • a substrate for DPF with an oxidation catalyst was prepared in the same manner as in Example 4 except that the components were supported.
  • Comparative Example 1 a DPF with a catalyst was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the concentration of dinitrodiammineplatinum was reduced to 1Z8 and the amount of supported platinum was set to 0.2 gZL.
  • Example 15 The substrate for oxidation-catalyzed DPF obtained in Example 15 was cut into a rectangular parallelepiped having a length of 150 mm, a length of 150 mm, and a width of 117 mm, one surface of which was sealed with a sealing material, and the unsealed surface facing upward (gas (Supply side) and filled in the reaction vessel shown in FIG. That is, the DPF block 3 was fixed to the DPF support metal fitting 9 installed in the reaction vessel 7 with the unsealed surface facing upward.
  • the DPF with catalyst obtained in Comparative Examples 1 and 2 was filled in a cylindrical reactor with its surroundings being sieved.
  • Example 3 0.1 None None Slight 140 None 90 or more 40
  • Example 4 0.1 None Slight 150 None 90 or more 30
  • Example 5 0.2 None Slight 140 None 90 or more 80 Comparative Example 1! .6 None Slight 160 None 90 Above 220 Comparative Example 2 0.2 None
  • the obtained results are shown in Table 1.
  • the DPF with an oxidation catalyst of the present invention can burn soot efficiently with an extremely small amount of Pt, and can reduce pressure loss. I understand.
  • particulate matter (PM) contained in the exhaust gas of a diesel engine can be removed with low ventilation loss and high efficiency, and a large load is applied when ash or soot is deposited. Since it can be removed without using any equipment, it is possible to provide an inexpensive DPF useful for preventing environmental pollution, which has great social and economic effects.

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Abstract

　目詰まりや灰分の閉塞に強く、逆洗や煤の加熱燃焼など特別の手段を必要とせず、しかも安価な材料で構成した粒状物質の除去フィルタ、これを用いた排ガス浄化方法および装置を提供する。 　(1) 排ガス浄化触媒が担持された多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層された成形体を有し、該成形体の前記波板稜線と直交する側面の一つの面、または該直交する側面であって互いに隣接する二つの面がシールされ、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成されている粒状物質含有排ガス浄化用フィルタ。(2) 前記排ガス浄化触媒が、排ガス中の一酸化窒素を酸化する酸化触媒であるフィルタ。

Description

明 細 書
粒状物質含有排ガス浄化用フィルタ、該排ガスの浄化方法および装置 技術分野
[0001] 本発明は、特にディーゼルエンジン力 排出されるガス中に含まれる粒状物質 (P M)を低通風損失かつ高効率で除去でき、かつ灰や煤が堆積した場合に大掛力りな 装置を用いることなく堆積物を除去できる PM含有排ガス浄ィ匕用フィルタ、これを用い た排ガス浄化方法および装置に関する。
背景技術
[0002] ディーゼルエンジン（DE)は、内燃機関の中で最も効率の高いものの 1つであり、一 定出力当りの二酸化炭素 (CO )の排出量が低ぐまた重油などの低質燃料を使用
2
できるため、経済的にも優れている。このため、近年、地球温暖化防止のため、エネ ルギ一利用効率が高ぐ CO排出量の低いディーゼルエンジンを用いた車や定置
2
式の発電設備が見直され、多用される傾向にある。
しかし、重質油や軽油を燃料とするディーゼルエンジンは、未燃炭化水素と煤が一 体ィ匕した粒状物質 (PM)の排出量が多ぐ公害の元凶になっていることが社会問題 になっている。このため、ディーゼルエンジンメーカおよび自動車メーカなどの各方 面において PM除去に関する研究、開発が進められ、優れた PM除去性能を有する フィルタや、前置の酸化触媒や、フィルタに酸化触媒を担持して排ガス中の一酸ィ匕 窒素 (NO)を二酸化窒素 (NO ) に酸ィ匕して煤を燃焼させ、長期間煤の詰まりを防
2
止するように工夫された DPフィルタ (DPF)に関する研究 *発明がなされている（例え ば、非特許文献 1等)。
[0003] これらの開発の多くは、排ガスを数/ z mの多孔質セラミックスの薄壁に通して濾過す るものであり、その形状は、板状または円筒状の金属やセラミックスの焼結フィルタ、 ハ-カム状のセラミックス多孔成形体の目を交互に埋めてフィルタに用いるもの、また は微細な金属線織布をフィルタに用いるものなどが知られている。さらに、それらの目 詰まりを防止または緩和するため、これらのフィルタに NOを NO に酸化する機能を
2
持たせ、煤を酸化燃焼させるものが知られている (例えば、特許文献 1、 2、非特許文 非特許文献 1 :産業環境管理協会、環境管理 Vol.37, p441-449
特許文献 1 :特開平 1 - 318715号公報
特許文献 2：特開昭 60— 235620号公報
非特許文献 2 :自動車技術会学術講演会前刷り集 No. 22-2
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 上記した従来技術は、 PMの捕集効率が高ぐ優れた性能を有するものであるが、 軽油や重油を燃料とする場合や、 DEを用いた定置式発電設備などに使用する場合 には、（0微細な細孔で PMを濾過することを基本原理とするフィルタ材であり、通風 損失が大きぐ効率の高い DEの特質を損なうことが多い、 GO不適切な操作により多 量な煤が発生した場合に閉塞を起こしやすぐ逆洗や煤の加熱燃焼など閉塞対策が 必要になるものが多い、 （m)燃料中の灰分力 sフィルタ材の細孔に溜り、目詰まりを発 生させるために寿命が短くなる、 Gv)後流部に脱硝装置を持たない場合には、煤の燃 焼に使われな力つた NOが排出され、黄色煙の発生や二次公害を引き起こす等の
2
問題点を有している。
[0005] 本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、目詰まりや灰分の閉塞に強く 、逆洗や煤の加熱燃焼など特別の手段を必要とせず、しかも安価な材料で構成した 粒状物質の除去フィルタ、これを用いた排ガス浄ィ匕方法および装置を提供することに ある。
課題を解決するための手段
[0006] 上記課題を達成するために本願で特許請求される発明は以下の通りである。
(1)排ガス浄化触媒が担持された多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該 多孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層された成形体を有し、該成形体 の前記波板稜線と直交する側面の一つの面、または該直交する側面であって互 、 に隣接する二つの面がシールされ、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との 間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成されていることを特徴とする粒状 物質含有排ガス浄化用フィルタ。 (2)前記排ガス浄化触媒が、排ガス中の一酸化窒素を酸化する酸化触媒であること を特徴とする（1)に記載のフィルタ。
(3)前記酸化触媒が白金を含有することを特徴とする（1)または（2)に記載のフィル タ。
(4)前記酸化触媒が酸化チタンを含有することを特徴とする（1)一 (3)の ヽずれかに 記載のフィルタ。
(5) (1)一（4)の 、ずれか〖こ記載の排ガス浄ィ匕用フィルタに排ガスを供給して該排ガ スを浄化するに際し、該排ガスを、前記成形体の多孔質波板と多孔質平板により形 成される、波板稜線方向の流路から流入させ、該流路内で浄ィ匕されたガスを、該多 孔質波板および該多孔質平板を通過させた後、該波板稜線方向の流路と直交する 、前記多孔質平板と多孔質波板により形成される隣接する波板稜線方向の流路から 流出させることを特徴とする粒状物質含有排ガス浄化方法。
(6) (1)記載のフィルタと、該フィルタの前記排ガス流入経路に排ガスを流入させる手 段と、前記排ガス流出経路力 排出されるガスの通過を遮る手段とを有する粒状物 質含有排ガス浄化装置。
(7)前記排ガスの通過を遮る手段力 排ガスの通過と遮断を切り替えることができる 構造を備えていることを特徴とする (6)に記載の浄化装置。
(8)多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の波板稜線が交 互に直交するように積層された成形体を有し、該成形体の前記波板稜線と直交する 側面の一つの面、または該直交する側面であって互いに隣接する二つの面がシー ルされ、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入 経路と流出経路が形成されて!ヽるフィルタであって、前記排ガスの流入経路を形成 する多孔質波板の両面と該多孔質波板と接する多孔質平板の片面に一酸化窒素を 酸化する酸化触媒が担持され、前記排ガスの流出経路を形成する多孔質波板と該 多孔質波板と接する多孔質平板の片面に前記酸ィ匕触媒が担持されていないことを 特徴とする粒状物質含有排ガス浄化用フィルタ。
(9)前記酸化触媒が白金を含有することを特徴とする（8)に記載のフィルタ。
(10)前記酸化触媒が酸化チタンを含有することを特徴とする（8)または（9)に記載 のフィルタ。
(11) (8)一 (10)のいずれか〖こ記載の排ガス浄ィ匕用フィルタに排ガスを供給して該 排ガスを浄化するに際し、該排ガスを、前記成形体の酸化触媒が担持された多孔質 波板と多孔質平板により形成される波板稜線方向の流路力 流入させ、かつ該成形 体内で浄化されたガスを、該波板稜線方向の流路と直交する、触媒が担持されてい ない前記多孔質平板と多孔質波板により形成された隣接する波板稜線方向の流路 から流出させることを特徴とする粒状物質含有排ガス浄化方法。
(12) (8)に記載のフィルタと、該フィルタの前記排ガス流入経路に排ガスを流入させ る手段と、前記排ガス流出経路力 排出されるガスの通過を遮る手段とを有する粒状 物質含有排ガス浄化装置。
(13)前記排ガスの通過を遮る手段が、排ガスの通過と遮断を切り替えることができる 構造を備えていることを特徴とする（12)に記載の浄化装置。
発明の効果
[0008] 本発明の PM含有排ガス浄ィ匕用フィルタおよび該排ガスの浄ィ匕方法によれば、従 来のような高価なセラミックス焼結フィルタを用いることなぐ高性能で低圧損の触媒 付 DPFを実現することができる。また高価な Ptなどの酸化触媒の担持量を飛躍的に 少なくしても PMを効率よく燃焼、除去できるため、大幅なコスト低下を図ることができ る。また本発明の排ガス浄化用フィルタへの排ガスの流入方向と該フィルタのシール 構造を工夫することにより煤塵等によるフィルタの閉塞等を効果的に防止できる排ガ ス浄ィ匕装置を実現することができる。
さらに成形体に交互に形成される排ガス流路のうち排ガスが流入する方向の流路 にのみ酸ィ匕触媒を担持させることにより、 PMが除去された以降の流路において排ガ ス中の NOが酸ィ匕され難くなり、系外に NOが排出されるのを防止することができる。
2
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本発明の一実施例を示す排ガス浄ィ匕用フィルタの説明図。
[図 2]多孔質波板と多孔質平板力 なる基本単位の説明図。
[図 3]本発明に用いられる DPFブロックの説明図。
[図 4]本発明における排ガスの流路方向と流出方向の説明図。 [図 5]本発明の DPFにおける粒状物質の堆積説明図。
[図 6]従来の DPFにおける粒状物質の堆積説明図。
[図 7]本発明の他の実施例を示す排ガス浄ィ匕用フィルタの説明図。
[図 8]本発明の DPFを組み込んだ反応器の説明図。
[図 9]実施例で用いた DPFを組み込んだ反応器の説明図。
符号の説明
[0010] 1…多孔質波板、 2…多孔質平板、 3〜DPFブロック、 4…シール材、 5…粒状物質 、 6· ··セラミックス DPFセル壁、 7· ··反応容器、 8· ··フランジ、 9- DPF支持金具、 10
…バルブ。
発明を実施するための最良の形態
[0011] 本発明の PM含有排ガス浄ィ匕用フィルタは、排ガス中の NOを NO に酸化する酸
2
化触媒などの排ガス浄化触媒が担持された多孔質波板と多孔質平板の対を基本単 位とし、該多孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層された成形体を有し 、該成形体の前記波板稜線と直交する側面の一つの面、または該直交する側面で あって互いに隣接する二つの面がシールされて 、る。
図 1は、本発明の一実施例を示す粒状物質除去フィルタ (DPF)の説明図、図 2は 本発明に用いられる多孔質波板と多孔質平板カゝらなる基本単位の説明図、図 3は該 基本単位を積層した成形体の説明図である。
[0012] 図 1において、 DPFは、ブロック状の成形体（ここでは DPFブロックと称する） 3とシ ール材 4を備える。該 DPFブロック 3は、図 2に示すように多孔質波板 1と多孔質平板 2の対力 なる基本単位力 図 3に示すように多孔質波板 1の波板稜線が交互に直 交するように複数積層されたものから構成される。シール材 4は、該 DPFブロック 3を 構成する多孔質波板 1の稜線と直交する方向のブロック 3側面の一つの面に設けら れる。このようにして多孔質平板 2を介して多孔質波板 1との間にそれぞれ排ガス (被 処理ガス）の流入経路 aと排ガス (浄ィ匕ガス）の流出経路 bが形成される（図 4)。
[0013] 本発明において、多孔質波板 1および多孔質平板 2には、シリカアルミナ系セラミツ タス繊維を用いた不織布や織布、金属繊維織布、コージエライトなどのセラミックスの 多孔質焼結体などが用いられる。これらのうち、多孔性に優れた軽量な DPFを得る 点からは 0. 5-0. 1mm厚のセラミックス不織布（シート）の使用が特に好ましい。多 孔質波板 1の波板の形状には特に制限はないが、上記した板厚の場合には、波のピ ツチを 2— 10mm、高さを 1一 5mmの範囲とするのが好ましい。多孔質波板 1と多孔 質平板 2からなる基本形状は、単に積層されているだけでもよいが、無機結合剤によ り互いに接着されて 、るのが好まし!/、。
[0014] またシール材としては、多孔質波板 1の波板稜線方向から流入する排ガスをその流 入する面と反対側の面においてその排ガスの通過を阻止することができるものであれ ば、その素材やシール構造に特に制限はなぐ例えば、シールする面の流路内に緻 密な無機固化物を用いて栓をする方法、無機繊維マット状シール材を圧着する方法 、金属板で蓋をする方法などの手段を採用することができる。また無機繊維製マット に粘度の高 、セラミックス接着剤などの結合性の高 、ものを染み込ませたもので周 囲を覆うと同時にマットと担体セル壁とを一体ィ匕することにより高強度が得られる。
[0015] 本発明に用いられる多孔質波板 1および多孔質平板 2には、少なくとも前述の排ガ ス流入側の排ガス流路において、排ガス浄ィ匕触媒、特に排ガス中の NOを NO
2に酸 化する酸化触媒成分が担持されていることが必要である。該触媒成分には、例えば、 白金（Pt)などの通常の貴金属をチタ-ァ、アルミナ、ジルコ-ァ、シリカなどの高表 面積担体に担持させた公知の触媒が用いられるが、ィォゥ分の多い重油を燃料とし た排ガスの処理には、耐酸性に優れたチタユアの使用が特に好ましい。
[0016] 本発明の DPFを用いて排ガスを浄化するには、被処理ガスは、 DPFブロック 3の多 孔質波板 1と多孔質平板 2により形成される一波板稜線方向から供給される。すなわ ち、図 4に示すように、 DPFには、多孔質波板 1と多孔質平板 2により形成される A方 向の流路 aと、これに直交する B方向の流路 bが形成されるが、 A方向から流入する被 処理ガスは、流路 a (排ガス流入経路）にのみ流入することができる。一方、流路 aに 流入したガスは、該流路 aの出口部がシール材 4でシールされているため、多孔質平 板 2内の気孔を通過し、該多孔質平板 2とこれに隣接する他の多孔質波板 1および 多孔質平板 2により形成される B方向の流路 b (排ガス排出経路）に移動する。排ガス が多孔質平板 2内を通過する際にはガス中に含まれる PM力 濾過'除去され、該多 孔質平板 2の表面に堆積する。このときの状態説明図を図 5に示した。なお、図中の 5が堆積した PM (粒状物質)である。
[0017] また、被処理ガス力 流路 aおよび流路 b内において、多孔質波板 1および多孔質 平板 2に接触すると、該被処理ガス中の NOが、これらに担持されている酸ィ匕活性を 有する触媒で酸化されて NOとなり、この NO により堆積した PM (煤)が下記式 (1)
2 2
の反応により CO に酸化されて除去される。従って、堆積する PMにより多孔質波板
2
1および多孔質平板 2のが圧力損失が経時的に上昇したり、閉塞するという弊害を防 止することができる。
2NO +C (JK)→ CO + 2NO (1)
2 2
[0018] 本発明の DPFでは、図 5に示すように、流路 a内の多孔質波板 1の表面には PMが 堆積することがないため、ガス中の NOは、 PMが堆積する多孔質平板 2の前流に位 置する多孔質波板 1と効率よく接触することができ、 NOを効率よく発生させる。従つ
2
て、多孔質平板 2の表面に堆積した PMを効率よく酸ィ匕除去することができる。このた め、多孔質波板 1および多孔質平板 2に担持させる触媒の量および高価な貴金属の 使用量を大幅に削減しても、 PMの酸化を十分に進行させ、堆積物の量を常に少な くすることができ、低圧損での運転が可能となる。なお、従来のハ-カム状成形体の 流路を交互に埋めて形成した DPFでは、図 6に示すように堆積した煤の下層部で N Oを生成させるため、効率よく煤を燃焼させることができない。
2
[0019] また、煤を濾過されたガスは流路 bに移動して排出される力 流路 b内にも、 NOの 酸化触媒が担持された多孔質波板 1と多孔質平板 2が存在するため、ガス中の NO 力 SNO に酸ィ匕される。従って、流路 bの後流部に尿素や NH還元用の脱硝触媒が
2 3
存在する場合には、下記式 (2)により、極めて速度の早い脱硝反応が優先的に進み 、低温時力 高効率で排ガス中の NOxが除去されるため、脱硝性能の向上が可能と なる。
NO + NO + 2NH→ 2N + 3H O (2)
2 3 2 2
[0020] 本発明にお ヽて、排ガス中の NOを NO に酸化する酸化触媒は、成形体を構成す
2
る多孔質波板 1および多孔質平板 2の全てに担持されていてもよいが、排ガス流入 経路を構成する流路&、具体的には排ガスの流入経路を構成する多孔質波板 1の両 面と該多孔質波板 1と接する多孔質平板 2の片面にのみ担持されていてもよい。 多孔質波板と多孔質平板の全てに酸化触媒を担持する前者の場合、流路 b内でも PMが除去された排ガス中の NOが NO に酸化されるため、フィルタ後流に脱硝装置
2
などを備えていない場合には、生成した毒性の高い NOがそのまま大気中に排出さ
2
れ、二次公害や黄色煙が発生する等の問題が生じるおそれがある。この場合には、 後者のように、排ガス流入経路を構成する流路 aのみに酸化触媒を担持させ、排ガス 排出経路を構成する流路 bには酸ィ匕触媒を担持させな 、ようにするのが好ま 、。こ のような構成とすることにより、流路 b内での NOの NOへの酸化が抑制され、 NOの
2 2 系外への放出が防止される。
[0021] 流路 bの内面に酸ィ匕触媒を担持させない場合、多孔質波板 1および多孔質平板 2 が高剛性であれば担体そのまま使用してもよいが、担体の強度を向上させる場合に は、流路 bを構成する多孔質波板 1の両面およびこれに接する多孔質平板 2のそれ ぞれの片面に、チタ-ァ、アルミナ、ジルコユアなどの不活性な酸化物のスラリまたは ゾルを強度向上剤として担持させることができる。
流路 aの内面に触媒成分を、流路 bの内面に上記強度向上剤をそれぞれ担持させ るには、担体形状の特色を生かし、触媒成分スラリを図 4の A方向力 流入させて反 対の方向から抜き出し、また強度向上剤スラリは図 4の B方向から流入させて反対か ら抜き出す方法により容易に行うことができる。この場合にはスラリを流入させない流 路面をシール等で覆って保護するのが好ましい。また、図 2に示す担体の基本単位 の作成時に上記成分をそれぞれ漉き込みやコーティングにより担持させた後、積層 してちよい。
[0022] 図 7は、本発明の他の実施例を示す DPFの説明図である。図 7において、図 1と異 なる点は、シール材 4を、 DPFブロック 3の波板稜線と直交する側面であって、かつ 互いに隣接する二つの面に設置した点である。このような構成とすることにより、 DPF ブロック 3に流入した被処理ガスを一方向に流出させることができるため、 DPFを組 み込んだ反応器のデッドスペースが小さくなり、コンパクトな排ガス浄ィ匕装置とするこ とがでさる。
[0023] 図 8は、本発明の DPFを反応器に組み込む際の種々の設置例を示す説明図であ る。 (A)は DPFブロック 3の二面にシール材 4を設けた DPFを組み込んだ反応器の 説明図であり、 (B)および (C)は、排ガスが流入する面と反対側の面に排ガスの通過 を遮ることができるノ レブ 10を設けた反応器の説明図である。 (B)ではシール材 4と バルブ 10との組み合わせで二面がシールされており、 (C)ではバルブ 10のみで一 面がシールされている。バルブ 10を設けてシールすることにより、該バルブ 10の切替 えにより、排ガスの通過と遮断を制御することが可能となるため、運転操作ミスゃェン ジントラブルにより DPFの煤酸ィ匕能を超えた煤 (PM)で流路が閉塞した場合に、バ ルブ 10を開放してガスを流出させて堆積した煤を容易に抜き出すことができ、運転を 迅速に復帰させることが可能となる。
実施例
[0024] 以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるも のではない。
〔実施例 1〕
シリカアルミナ繊維の不織布カゝらなる板厚 0. 2mmの多孔質波板と板厚 0. 2mmの 多孔性平板との積層体 (交差コルゲートハ-カム、波板ピッチ 3. 3mm,平板平板間 隔 1. 9mm、 -チァス社製、外寸 300mm X 300mm X 300mm)に、 15%の TiOゾ
2 ル (石原産業社製)を含浸させ、エアーブローにより液切りし、 150°Cで乾燥し、その 後、ジニトロジアンミン白金溶液 (Pt濃度：1. 33gZL)を含浸させ、再度乾燥後、 60 0°Cで焼成して Pt担持量 0. 2gZLの酸化触媒付 DPF用基材を作製した。
[0025] 〔実施例 2〕
実施例 1において、ジニトロジアンミン白金の濃度を 1. 33gZL力ら 0. 32gZLに 変えた以外は、実施例 1と同様にして酸ィ匕触媒付 DPF用基材を作製した。
[0026] 〔実施例 3〕
ジニトロジアンミン白金の溶液 (Pt含有量 1. 7gZL)に TiO粉末 (ミレニアム社製 G
2
5、表面積 320m2 Zg) 300gを懸濁させたスラリを 80°Cで 2時間保持し、 TiO表面
2 に Pt成分を吸着させた。本溶液 lkgにコロイダルシリカ（日産化学社製シリカゾルー o
S、 SiO濃度 20%) lkgを加え、硝酸で pHを調整して流路 aに担持する触媒スラリを
2
得た。
シリカアルミナ繊維の不織布力 なる板厚 0. 2mmの交差コルゲートハ-カム（波板 ピッチ 3. 3mm、平板間隔 1. 9mm、二チアス製、外寸 300mm X 300mm X 300m m)を用意し、図 4の A方向から前記スラリを流し込み反対面力も排出する方法で流 路 a内面にのみ触媒成分を担持した。エアーブローにより液切り、 150°C乾燥後、 60 0°Cで焼成して TiO担持量 25gZL、 Pt担持量 0. lgZLの酸化触媒付 DPF用基
2
材を作製した。
[0027] 〔実施例 4〕
ジニトロジアンミン白金の溶液 (Pt含有量 1. 7gZL)に TiO粉末 (ミレニアム社製 G
2
5、表面積 320m2 Zg) 300gを懸濁させたスラリを 80°Cで 2時間保持し、 TiO表面
2 に Pt成分を吸着させた。本溶液 lkgにコロイダルシリカ（日産化学社製シリカゾルー o
S) lkgを加え、硝酸で pHを調整して流路 aに担持する触媒スラリを得た。
これとは別に、水 700gに TiO粉末 (石原産業社製 CR50、表面積 3m2 /g) 300g
2
を懸濁させたスラリ lkgにコロイダルシリカ（日産化学社製シリカゾル -OS、 SiO濃度
2
20%) lkgを加え、硝酸で pHを調整して流路 bに担持する不活性酸ィ匕物スラリを得 た。
シリカアルミナ繊維の不織布力 なる板厚 0. 2mmの交差コルゲートハ-カム（波板 ピッチ 3. 3mm、平板間隔 1. 9mm、二チアス社製、外寸 300mm X 300mm X 300 mm)を用意し、図 4の A方向から前記流路 a用スラリを流し込み反対面力 排出する 方法で流路 a内面にのみ触媒成分を担持、エアーブローによる液切り後、 150°C乾 燥した。その後、図 4の B方向から前記流路 b用スラリを流し込み反対面力 排出する 方法で流路 b内面に不活性酸ィ匕物を担持、エアーブローによる液切り後、 150°C乾 燥、 600°Cで焼成して酸化触媒付 DPF用基材を作製した。
[0028] 〔実施例 5〕
実施例 4において、流路 bに流し込む不活性成分スラリに替え、流路 a用に調製した 触媒スラリを流路 bに流し混んで触媒を担持させて流路 aおよび bに NOの酸ィ匕成分 を担持させた以外は実施例 4と同様にして酸ィ匕触媒付 DPF用基材を作製した。
[0029] 〔比較例 1〕
ハ-カム成形体の流路の開口部に交互に栓をして作製されたコージエライトセラミ ック製巿販 DPF (日立金属社製、セル数 100cpsi、 5. 66インチ φ X 6インチ長）に、 チタ-ァゾル (石原産業社製、 TiO含有量 30%)を含浸後、遠心分離機で液切りし
2
て TiO を 60gZL担持させ、 150°Cで乾燥後、さらにジニトロジアンミン白金酸溶液
2
を DPFに対する Pt担持量として 1. 6g/Lになるように含浸させ、乾燥後、 600°Cで 2 時間焼成して触媒付 DPFを作製した。
[0030] 〔比較例 2〕
比較例 1にお 、て、ジニトロジアンミン白金の濃度を 1Z8に薄めて白金担持量を 0 . 2gZLとした以外は比較例 1と同様にして触媒付 DPFを作製した。
[0031] <試験例>
実施例 1一 5で得られた酸化触媒付 DPF用基材を、長さ 150mm、縦 150mm、幅 117mmの直方体に切り出し、その一面をシール材でシールし、シールされていない 面を上向き (ガス供給側）にして、図 9に示す反応容器に充填した。すなわち、反応 容器 7内に設置された DPF支持金具 9に、シールされていない面を上向きにして DP Fブロック 3を固定した。また比較例 1および 2で得られた触媒付 DPFは、円筒状反応 器にその周囲をシーノレして充填した。
これらの反応容器を、 A重油を燃料とするディーゼルエンジン出口に設置し、ガス 量 100m3 Zhのガスを流して下記事項を調べ、結果を表 1に示した。
(1)エンジン起動時の黒煙の有無
(2)低負荷運転時 (DPF温度約 300°C)の圧損の上昇の有無
(3) 100%定格運転時 (DPF温度約 400°C)の圧損と上昇の有無
(4) 100%定格運転時の DPF出入口における粒状物質の濃度
(5) 100%定格運転時の DPF出口における NO濃度
2
[0032] [表 1] P tの 起動時 低負荷時の 100¾負荷特の状況 P M DPF 出 担持量 黒煙の 圧損上昇 除去率 Π 02
Cg/L) 目視 圧損 i 経時上昇の (%) 濃度
状況 (mmHiO 1有無 (ρ ιη)
実施例 1 0. 2 なし 僅少 140 なし 90 上
実施例 2 0. 05 なし 僅少 140 なし 90以上
実施例 3 0. 1 なし 僅少 140 なし 90以上 40 実施例 4 0. 1 なし 僅少 150 なし 90以上 30 実施例 5 0. 2 なし 僅少 140 なし 90以上 80 比較例 1 ! . 6 なし 僅少 160 なし 90以上 220 比較例 2 0. 2 なし 急上昇 2時 320 5時間で 40 90以上 80
間で閉塞 «H20上昇
[0033] 得られた結果を表 1に示した力 本発明の酸化触媒付 DPFは、極めて少な 、Pt担 持量で効率よく煤を燃焼することが可能であり、圧損を低く抑えることができることが わかった。
表 1から、本発明の実施例 1一 5で得られた酸ィ匕触媒付 DPFは、比較例の DPF〖こ 比べて極めて少ない Pt担持量で効率良く煤を燃焼することが可能であり、圧損も低く 抑えられることがわかった。また実施例 3、 4の DPFでは、酸化触媒が流路 b (排ガス の排出経路）に担持されていないため、 DPF出口の NO濃度が低く抑えられており
2
、環境面で優れていることがわかる。一方、実施例 5の酸化触媒付 DPFでは、酸ィ匕 触媒力 S排ガス流路全体に担持されているため、 DPF出口の NO濃度が増大したが
2
、この場合には、 DPFの後流に脱硝触媒を設置することにより NOの系外への排出
2
を防止することができる。
これに対し、比較例 1、 2で得られた従来のセラミックス製 DPFでは、圧力損失が高 くなり、 DPF出口の NO濃度も増大した。
2
産業上の利用可能性
[0034] 本発明によれば、特にディーゼルエンジン力 排出されるガス中に含まれる粒状物 質 (PM)を低通風損失かつ高効率で除去でき、かつ灰や煤が堆積した場合に大掛 力りな装置を用いることなく除去できるため、環境汚染防止に有用な安価な DPFを提 供でき、社会的、経済的効果が大きい。

Claims

請求の範囲
[1] 排ガス浄化触媒が担持された多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多 孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層された成形体を有し、該成形体の 前記波板稜線と直交する側面の一つの面、または該直交する側面であって互いに 隣接する二つの面がシールされ、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間 にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成されていることを特徴とする粒状物 質含有排ガス浄化用フィルタ。
[2] 前記排ガス浄化触媒が、排ガス中の一酸化窒素を酸化する酸化触媒であることを 特徴とする請求項 1に記載のフィルタ。
[3] 前記酸化触媒が白金を含有することを特徴とする請求項 1または 2に記載のフィル タ。
[4] 前記酸化触媒が酸化チタンを含有することを特徴とする請求項 1一 3のいずれかに 記載のフィルタ。
[5] 請求項 1一 4の 、ずれか〖こ記載の排ガス浄ィ匕用フィルタに排ガスを供給して該排ガ スを浄化するに際し、該排ガスを、前記成形体の多孔質波板と多孔質平板により形 成される、波板稜線方向の流路から流入させ、該流路内で浄ィ匕されたガスを、該多 孔質波板および該多孔質平板を通過させた後、該波板稜線方向の流路と直交する 、前記多孔質平板と多孔質波板により形成される隣接する波板稜線方向の流路から 流出させることを特徴とする粒状物質含有排ガス浄化方法。
[6] 請求項 1記載のフィルタと、該フィルタの前記排ガス流入経路に排ガスを流入させる 手段と、前記排ガス流出経路力 排出されるガスの通過を遮る手段とを有する粒状 物質含有排ガス浄化装置。
[7] 前記排ガスの通過を遮る手段が、排ガスの通過と遮断を切り替えることができる構 造を備えて 、ることを特徴とする請求項 6に記載の浄化装置。
[8] 多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の波板稜線が交互 に直交するように積層された成形体を有し、該成形体の前記波板稜線と直交する側 面の一つの面、または該直交する側面であって互いに隣接する二つの面がシールさ れ、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路 と流出経路が形成されて ヽるフィルタであって、前記排ガスの流入経路を形成する多 孔質波板の両面と該多孔質波板と接する多孔質平板の片面に一酸化窒素を酸ィ匕す る酸化触媒が担持され、前記排ガスの流出経路を形成する多孔質波板と該多孔質 波板と接する多孔質平板の片面に前記酸化触媒が担持されていないことを特徴とす る粒状物質含有排ガス浄化用フィルタ。
[9] 前記酸化触媒が白金を含有することを特徴とする請求項 8に記載のフィルタ。
[10] 前記酸化触媒が酸化チタンを含有することを特徴とする請求項 8または 9に記載の フイノレタ。
[11] 請求項 8— 10のいずれかに記載の排ガス浄ィ匕用フィルタに排ガスを供給して該排 ガスを浄化するに際し、該排ガスを、前記成形体の酸化触媒が担持された多孔質波 板と多孔質平板により形成される波板稜線方向の流路力 流入させ、かつ該成形体 内で浄化されたガスを、該波板稜線方向の流路と直交する、触媒が担持されていな い前記多孔質平板と多孔質波板により形成された隣接する波板稜線方向の流路か ら流出させることを特徴とする粒状物質含有排ガス浄化方法。
[12] 請求項 8に記載のフィルタと、該フィルタの前記排ガス流入経路に排ガスを流入さ せる手段と、前記排ガス流出経路力 排出されるガスの通過を遮る手段とを有する粒 状物質含有排ガス浄化装置。
[13] 前記排ガスの通過を遮る手段が、排ガスの通過と遮断を切り替えることができる構 造を備えていることを特徴とする請求項 12に記載の浄ィ匕装置。
PCT/JP2004/017395 2003-11-25 2004-11-24 粒状物質含有排ガス浄化用フィルタ、該排ガスの浄化方法および装置 WO2005052327A1 (ja)

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