JP2007532823A - 燃焼エンジンの排気ガスからの有害物質の除去方法と、その方法を実施するための触媒 - Google Patents
燃焼エンジンの排気ガスからの有害物質の除去方法と、その方法を実施するための触媒 Download PDFInfo
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Abstract
【選択図】 なし
Description
(i)リーン排気ガス条件下での、少なくとも1つのNOx貯蔵成分中へのNOxの貯蔵;
(ii)リッチ排気ガス条件下での、貯蔵NOxの、アンモニア(NH3)へのin situ転化;
(iii)リッチ排気条件下での、少なくとも1つのNH3貯蔵成分中へのNH3の貯蔵;
(iv)リーン排気ガス条件下での、NOxとのNH3の反応
を含む方法によって達成される。
本発明の利点は、例えば、突然の負荷変化によって生じる排気ガス温度が、NOxの貯蔵のために必要であるか又は好都合である温度よりも低くなる又はその温度を超える場合に、特に、明らかになる。このような場合に、充分なNH3がNH3貯蔵手段内に存在するならば、SCR反応が単独で、N2への高いNOx転化を起こすことが可能である。
(i)酸化窒素(NOx)をNOx貯蔵成分中に貯蔵する、
(ii)NOxをアンモニア(NH3)に転化させる、
(iii)アンモニアをNH3貯蔵成分中に貯蔵する、
(iv)NH3をNOxと反応させる
ことを特徴とする触媒によって達成することができる。
(1)Al、Si、Zr、Ti、Ce、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の酸化物、混合酸化物、ホスフェート及びスルフェート;ヘテロポリ酸;ゼオライト;並びにこれらの混合物から選択される担体物質上に存在する、各々単独の又は混合物としての、Pt、Pd、Rh、Ir及びRu;
(2)ゼオライト、ヘテロポリ酸、硫酸化した酸化ジルコニウム又はリン酸ジルコニウム;並びにこれらの混合物;
(3)アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、ジルコニウム、チタンの酸化物及び混合酸化物;
(4)V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、In、Ga、Ag及びSnの無機化合物並びにこれらの混合物;
当該触媒が、
(i)NOx貯蔵成分中に酸化窒素(NOx)を貯蔵する、
(ii)NOxをアンモニア(NH3)に転化させる、
(iii)アンモニアをNH3貯蔵成分中に貯蔵する、
(iv)NH3をNOxと反応させる
ことを特徴とする。
(1)Al、Si、Zr、Ti、Ce、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の酸化物、混合酸化物、ホスフェート及びスルフェート;ヘテロポリ酸;ゼオライト;並びにこれらの混合物から選択される担体物質上に存在する、各々単独の又は混合物としての、Pt、Pd、Rh、Ir及びRu;
(3)アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、ジルコニウム、チタンの酸化物及び混合酸化物;
(4)V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、In、Ga、Ag及びSnの無機化合物並びにこれらの混合物;
群(1)からの担体物質の少なくとも1つは、群(2)に関して上記で定義したとおりの意味を有する酸性固体であり;当該触媒は、
(i)NOx貯蔵成分中に酸化窒素(NOx)を貯蔵する、
(ii)NOxをアンモニア(NH3)に転化させる、
(iii)アンモニアをNH3貯蔵成分中に貯蔵する、
(iv)NH3をNOxと反応させる
ことを特徴とする。
(1)Al、Si、Zr、Ti、Ce、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の酸化物、混合酸化物、ホスフェート及びスルフェート;ヘテロポリ酸;ゼオライト;並びにこれらの混合物から選択される担体物質上に存在する、各々単独の又は混合物としての、Pt、Pd、Rh、Ir及びRu;
(2)ゼオライト;ヘテロポリ酸;硫酸化した酸化ジルコニウム若しくはリン酸ジルコニウム;並びにこれらの混合物;
(3)アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、ジルコニウム、チタンの酸化物及び混合酸化物;
(4)V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、In、Ga、Ag及びSnの無機化合物並びにこれらの混合物。
(1)Al、Si、Zr、Ti、Ce、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の酸化物、混合酸化物、ホスフェート及びスルフェート;ヘテロポリ酸;ゼオライト;並びにこれらの混合物から選択される担体物質上に存在する、各々単独の又は混合物としての、Pt、Pd、Rh、Ir及びRu;
(2)ゼオライト;ヘテロポリ酸;硫酸化した酸化ジルコニウム若しくはリン酸ジルコニウム;並びにこれらの混合物;
(3)アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、ジルコニウム、チタンの酸化物及び混合酸化物;
(4)V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、In、Ga、Ag及びSnの無機化合物並びにこれらの混合物;
当該触媒が、ウォッシュコート方法によって製造されうることを特徴とする触媒が適用される。
(i)触媒のNOx貯蔵成分をNH3貯蔵成分と接触させる、又は群(1)の物質の少なくとも1つを、群(2)の少なくとも1つの酸性固体と場合によっては群(3)及び(4)からの物質の少なくとも1つとも接触させる工程
を含む方法によって製造することができる。
(i)NOx貯蔵成分中にNOxを貯蔵する工程、
(ii)貯蔵されたNOxをアンモニア(NH3)に転化させる工程、
(iii)アンモニアをNH3貯蔵成分中に貯蔵する工程、
(iv)NH3をNOxと反応させる工程を含む。
−直接インジェクション(direct injection)による(BDE−エンジン)及びλ>1の操作状態による全てのオットー・エンジンと、燃料混合物の外部形成による全てのオットー・エンジン。前記クラスは、特に、全ての他の層状給気エンジン(stratified charge engine)、即ち、火花プラグ付近には容易に点火されうる混合物を有するが、全体としてはリーン混合物を有するエンジンと、直接インジェクションに関連して高圧縮を有するオットー・エンジンも包含する。これには、例えば、Mitsubishi方法(GDI=ガソリン直接インジェクション;コモン・レール・インジェクション(common rail injection))によるエンジン、VWによって開発されたFSI(=燃料層状インジェクション)エンジン又はRenaultによって考案されたIDE(=インジェクション・ダイレクト・エッセンス(injection directe essence))エンジンが包含される。
−多種燃料エンジン、即ち、点火し易い(easily ignite)及び/又は点火し難い(not easily ignite)燃料及び燃料混合物、例えばアルコール、バイオ−アルコール、植物油、ケロセン、ガソリン、及び上記物質の2つ以上の任意の混合物を燃焼させるエンジン。
以下では、例示した実施態様において、排気ガスの処理方法及び本発明による例示した触媒の製造方法並びに改良された性質を、先行技術から知られた方法及び触媒に比較して、説明する。具体的な実施例及び具体的な数値は、明細書及び特許請求の範囲で行なった、一般的な表示の限定としてではないことを理解しなければならない。
温度範囲:150〜450℃
ガス混合物の組成
リーン:1000vppm CO、100vppm プロペン、300vppm NO、10%O2、残部−N2.
リッチ:0.03%O2、〜6%CO、〜2%H2.
ガス流量:45.000h−1.
O2の測定は、Etas社のLambda-Meterによって行なった。NOxは、Ecophysics社の化学ルミネセンス・デバイスによって測定した。NH3の測定は、Balzers社の質量分析計によって行なった。
実施例1(B01)
触媒は、2つの成分IとIIを有する。
触媒を実施例1と同様に製造した、この場合には、成分I(KI)の製造のために、酸化ジルコニウムに、例えば硝酸パラジウム、トリニトラトニトロシルルテニウム(II)、硝酸ロジウム、硝酸白金、硝酸鉄、硝酸プラセオジム、硝酸セリウム、硝酸カリウムのような、1種類以上の塩の水溶液を含浸させ、成分IIは変化させた。
この触媒は、2つの成分IとIIから成る。
触媒を実施例46と同様に製造した、この場合には、成分I(KI)の製造のために、担体酸化物に、例えば硝酸パラジウム、トリニトラトニトロシルルテニウム(II)、硝酸ロジウム、硝酸白金、硝酸鉄、硝酸プラセオジム、硝酸セリウムのような、1種類以上の塩の水溶液を含浸させ、成分IIは変化させた。
この触媒は、2つの成分IとIIから成る。
この触媒は、2つの成分IとIIから成る。
この触媒は、3つの成分から成る。
この触媒は、2触媒の機械的混合物から成る。
この触媒は、2触媒の機械的混合物から成る。触媒(「エージド」と表示)の製造のために、実施例34からのエージド触媒(B34)0.18gに、基準触媒(VB01)0.15gを混合した。
この触媒は、2触媒の機械的混合物から成る。
比較例01は、先行技術から既知であるようなPt/Pd/Rh/Ba/Ce(基準触媒)に基づくNOx貯蔵触媒を含有する。
比較例02は、500℃において2時間か焼した、実施例2(B02)による触媒の成分I(KI)を含む。
比較例03は、500℃において2時間か焼した、実施例6(B06)による触媒の成分I(KI)を含む。
本方法のために用いた触媒における測定は、ステンレス鋼製の固定床実験室反応炉においてシミュレートした排気ガスによって行なった。触媒を、周期的リッチ/リーン操作モードで、150〜400℃の温度範囲において試験した。
試験条件I
リッチ−リーン調整:2s リッチ/60s リーン
ガス混合物組成:
リーン:300vppm NO、1000vppm CO、100vppm プロペン、10%O2、5%H2O、残部−N2
リッチ:0.03%O2、〜6%CO、〜2%H2
ガス流量:45L/h
触媒質量:0.15〜0.5g
試験条件II
リッチ/リーン調整:2s リッチ/60s リーン
ガス混合物組成:
リーン:300vppm NO、1000vppm CO、100vppm プロペン、10%O2、残部−N2
リッチ:0.03%O2、〜6%CO、〜2%H2
ガス流量:45L/h
触媒質量:0.15〜0.5g
本方法に適用した触媒を、バルク物質として測定した。造形体へのウォッシュコートの適用は、除外した。活性の測定のためには、主として、315〜700μmの粒度を有する篩い分け画分(sieve fraction)を用いた。
触媒の熱水エージングは、マッフル炉内650℃の温度において、水蒸気10容積%を含む空気流中で行なった。これによって、触媒を前記温度に16時間維持して、次に、室温に冷却した。
Claims (30)
- 周期的リーン/リッチ操作モードのリーン・エンジンの排気ガスからのNOxの除去方法であって、少なくとも下記部分工程:
(i)リーン排気ガス条件下での、少なくとも1つのNOx貯蔵成分中へのNOxの貯蔵、
(ii)リッチ排気ガス条件下での、貯蔵NOxの、アンモニア(NH3)へのin situ転化、
(iii)リッチ排気条件下での、少なくとも1つのNH3貯蔵成分中へのNH3の貯蔵、
(iv)リーン排気ガス条件下での、NOxとのNH3の反応
を含み、当該部分工程「NOxの貯蔵」と「NOxとのNH3の反応」が少なくとも一時的に及び/又は部分的に、同時に及び/又は並行して行われる方法。 - 異なる部分工程の実施のために必要である成分が、空間的及び/又は機能的に接触する系を形成する、請求項1記載の方法。
- 少なくとも2つ、好ましくは全ての成分が共通の基板又は接合した基板系上に存在する、請求項2記載の方法。
- NH3の貯蔵並びにSCR方法によるNH3転化が同一成分によって行われる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- NOxの貯蔵のために、それらの化学的性質に因り酸化窒素と相互作用しうる、全ての物質が適用される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 空間的及び/又は機能的に接触する系が、アンモニア発生のため、アンモニア貯蔵のため及びアンモニアから窒素への転化のために用いられる成分を含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記成分を、成形体上に、好ましくは、ハニカム構造、ペレット、ビーズ又は押出成形体から選択される成形体上に適用する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つのNOx貯蔵成分、少なくとも1つのin situアンモニア発生成分、少なくとも1つのアンモニア貯蔵成分、並びに少なくとも1つのSCR成分から少なくとも成る統合触媒系であって、これらの成分の少なくとも2つ、好ましくは、これらの成分の全てが、共通の基板上又は接合した基板系上に存在する統合触媒系。
- 前記統合触媒系の下流に、酸化触媒を設置することを特徴とする、請求項8記載の系。
- 周期的リーン/リッチ操作モードのリーン・エンジンの排気ガスから、酸化窒素(NOx)を含有する有害物質を除去するための触媒であって、当該触媒が、
(i)NOx貯蔵成分中に酸化窒素(NOx)を貯蔵する、
(ii)NOxをアンモニア(NH3)に転化させる、
(iii)アンモニアをNH3貯蔵成分中に貯蔵する、
(iv)NH3をNOxと反応させる
ことを特徴とする触媒。 - 周期的リーン/リッチ操作モードのリーン・エンジンの排気ガスから、酸化窒素(NOx)を含有する有害物質を除去するための触媒であって、触媒が、群(1)からの少なくとも1つの物質と、群(2)からの少なくとも1つの酸性固体と、任意に、群(3)及び(4)からの物質の少なくとも1つとを含有し:
(1)Al、Si、Zr、Ti、Ce、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の酸化物、混合酸化物、ホスフェート及びスルフェート;ヘテロポリ酸;ゼオライト;並びにこれらの混合物から選択される担体物質上に存在する、各々単独の又は混合物としての、Pt、Pd、Rh、Ir及びRu;
(2)ゼオライト、ヘテロポリ酸、硫酸化した酸化ジルコニウム又はリン酸ジルコニウム;並びにこれらの混合物;
(3)アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、ジルコニウム、チタンの酸化物及び混合酸化物;
(4)V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、In、Ga、Ag及びSnの無機化合物並びにこれらの混合物;
当該触媒が、
(i)NOx貯蔵成分中に酸化窒素(NOx)を貯蔵する、
(ii)NOxをアンモニア(NH3)に転化させる、
(iii)アンモニアをNH3貯蔵成分中に貯蔵する、
(iv)NH3をNOxと反応させる
ことを特徴とする触媒。 - 周期的リーン/リッチ操作モードのリーン・エンジンの排気ガスから、酸化窒素(NOx)を含有する有害物質を除去するための触媒であって、当該触媒が、群(1)からの少なくとも1つの物質と、任意に、群(3)及び(4)からの物質の少なくとも1つとを含有し:
(1)Al、Si、Zr、Ti、Ce、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の酸化物、混合酸化物、ホスフェート及びスルフェート;ヘテロポリ酸;ゼオライト;並びにこれらの混合物から選択される担体物質上に存在する、各々単独の又は混合物としての、Pt、Pd、Rh、Ir及びRu;
(3)アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、ジルコニウム、チタンの酸化物及び混合酸化物;
(4)V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、In、Ga、Ag及びSnの無機化合物並びにこれらの混合物;
群(1)からの担体物質の少なくとも1つが、請求項11で定義したとおりの酸性固体であり;
当該触媒が、
(i)NOx貯蔵成分中に酸化窒素(NOx)を貯蔵する、
(ii)NOxをアンモニア(NH3)に転化させる、
(iii)アンモニアをNH3貯蔵成分中に貯蔵する、
(iv)NH3をNOxと反応させる
ことを特徴とする触媒。 - 群(1)からの少なくとも1つの物質と、群(2)からの少なくとも1つの酸性固体と、任意に、群(3)及び(4)からの物質の少なくとも1つとを含有することを特徴とする触媒:
(1)Al、Si、Zr、Ti、Ce、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の酸化物、混合酸化物、ホスフェート及びスルフェート;ヘテロポリ酸;ゼオライト;並びにこれらの混合物から選択される担体物質上に存在する、各々単独の又は混合物としての、Pt、Pd、Rh、Ir及びRu;
(2)ゼオライト、ヘテロポリ酸、硫酸化した酸化ジルコニウム又はリン酸ジルコニウム;並びにこれらの混合物;
(3)アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、ジルコニウム、チタンの酸化物及び混合酸化物;
(4)V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、In、Ga、Ag及びSnの無機化合物並びにこれらの混合物。 - 群(1)からの少なくとも1つの物質と、群(2)からの少なくとも1つの酸性固体と、任意に、群(3)及び(4)からの物質の少なくとも1つとを含有し:
(1)Al、Si、Zr、Ti、Ce、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の酸化物、混合酸化物、ホスフェート及びスルフェート;ヘテロポリ酸;ゼオライト;並びにこれらの混合物から選択される担体物質上に存在する、各々単独又は混合物としての、Pt、Pd、Rh、Ir及びRu;
(2)ゼオライト、ヘテロポリ酸、硫酸化した酸化ジルコニウム又はリン酸ジルコニウム;並びにこれらの混合物;
(3)アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、ジルコニウム、チタンの酸化物及び混合酸化物;
(4)V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、In、Ga、Ag及びSnの無機化合物並びにこれらの混合物;
前記触媒がウォッシュコート方法によって得られうることを特徴とする触媒。 - 群(2)からの前記ゼオライトが、3を超えるSi/Al比率を有することを特徴とする、請求項11〜14のいずれか1項に記載の触媒。
- 群(2)からの前記ゼオライトが、ペンタシル、Y−ゼオライト、USY、DAY、モルデン沸石及びゼオライト−βから成る群から選択されることを特徴とする、請求項11〜15のいずれか1項に記載の触媒。
- 前記触媒が、鉄交換ゼオライト、好ましくは鉄交換及び/又は希土類元素交換ゼオライトから成る、さらなる成分を含有することを特徴とする、請求項11〜16のいずれか1項に記載の触媒。
- 触媒の総質量中の貴金属合計量が、0.5〜10重量%の範囲内であり、この場合に、当該触媒の総質量中の貴金属量が、0.1〜5重量%の範囲内であることを特徴とする、請求項11〜17のいずれか1項に記載の触媒。
- 触媒の総質量中の群(2)からの酸性固体の量が、5〜95重量%の範囲内であり、この場合、10〜75重量%の範囲が好ましいことを特徴とする、請求項10〜18のいずれか1項に記載の触媒。
- 前記触媒が、モノリシック・ハニカム体上に備えられることを特徴とする、請求項10〜19のいずれか1項に記載の触媒。
- 請求項10〜20のいずれかで定義した触媒の製造方法であって、工程(i):
(i)NOx貯蔵成分を請求項10記載の触媒のNH3貯蔵成分と接触させるか、又は請求項11〜14のいずれか1項に記載の触媒において、群(1)の物質の少なくとも1つを、群(2)の少なくとも1つの酸性固体と、場合によっては群(3)及び(4)からの物質の少なくとも1つとに接触させる工程
を含み、少なくとも請求項14記載の触媒を接触させることがウォッシュコート方法を含むことを特徴とする方法。 - 周期的リーン/リッチ操作モードのリーン・エンジンの排気ガスから酸化窒素(NOx)を含有する有害物質を除去するための触媒系であって、請求項10〜20のいずれか1項に記載の触媒又は請求項21に従って製造された触媒に加えて、少なくとも1つのさらなる触媒を含有することを特徴とする触媒系。
- 少なくとも1つのさらなる触媒が、NOx貯蔵触媒であることを特徴とする、請求項22記載の触媒系。
- 周期的リーン/リッチ操作モードのリーン・エンジンの排気ガスからの酸化窒素(NOx)を含有する有害物質の除去のための、請求項10〜20のいずれか1項に記載の触媒又は請求項21に従って製造された触媒又は請求項22若しくは23に記載の触媒系の使用。
- 周期的リーン/リッチ操作モードのリーン・エンジンの排気ガスからの酸化窒素(NOx)を含有する有害物質の除去方法であって、請求項10〜20のいずれか1項に記載の触媒又は請求項21に従って製造された触媒又は請求項22若しくは23に記載の触媒系を用いることを特徴とする方法。
- 周期的リーン/リッチ操作モードのリーン・エンジンの排気ガスからの酸化窒素(NOx)を含有する有害物質の除去方法であって、請求項10〜20のいずれか1項に記載の触媒又は請求項21に従って製造された触媒又は請求項22若しくは23に記載の触媒系を用い、当該方法が工程(i)〜(iv):
(i)NOx貯蔵成分中への酸化窒素(NOx)の貯蔵、
(ii)NOxのアンモニア(NH3)への転化、
(iii)NH3貯蔵成分中へのアンモニアの貯蔵、
(iv)NOxとのNH3の反応
を含むことを特徴とする方法。 - 工程(i)がリーン排気ガス条件下で行なわれ、工程(ii)がリッチ排気ガス条件下で行なわれ、工程(iii)と(iv)がリッチ排気ガス条件下とリーン排気ガス条件下の両方で行なわれることを特徴とする、請求項26記載の方法。
- 工程(i)と(iv)が、少なくとも一時的に同時に及び/又は並行して行なわれることを特徴とする、請求項27記載の方法。
- NOxセンサーが、触媒の下流に又は触媒系の下流に設置され、当該センサーの測定値が燃焼エンジンのエンジン管理システムに移送され、当該管理システムが排気ガスのリッチ/リーン調整を行なうことを特徴とする、請求項26〜28のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項10〜20のいずれかで定義したとおりの触媒又は請求項21に従って製造された触媒を含有するカーボンブラック・フィルター。
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