JP2014018768A - 排ガス浄化システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 排ガス中の粒子状物質を捕集するハニカムフィルタと、排ガス中のNOXを浄化するハニカム触媒体とを備える排ガス浄化システムであって、ハニカムフィルタが、複数の流路を形成する隔壁を備え、複数の流路が、ハニカムフィルタの一方の端面側の端部が封口された複数の第1の流路と、他方の端面側の端部が封口された複数の第2の流路とを有し、ハニカム触媒体が、複数の流路を形成する隔壁を備えるハニカム構造体と、複数の流路内の隔壁表面に形成されたゼオライトを含む触媒層とを備え、ハニカムフィルタ及びハニカム触媒体の隔壁の双方が、Mg、Ca、Sr、Y、Ba、ランタノイド及びBiから選択される少なくとも一種の元素を含有するチタン酸アルミニウム系セラミックスを含む、排ガス浄化システム。
【選択図】 図6
Description
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2 (1)
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (2)
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O (3)
8NH3+6NO2→7N2+12H2O (4)
上記ハニカム触媒体が、互いに平行な複数の流路を形成する隔壁を備えるハニカム構造体と、上記複数の流路内の隔壁表面に形成されたゼオライトを含む触媒層と、を備え、
上記ハニカムフィルタの上記隔壁及び上記ハニカム触媒体の上記隔壁の双方が、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、イットリウム、バリウム、ランタノイド及びビスマスからなる群より選択される少なくとも一種の元素を含有するチタン酸アルミニウム系セラミックスを含む、排ガス浄化システムを提供する。
図1は、第1実施形態に係るハニカムフィルタを模式的に示す図であり、図1(b)は、図1(a)における領域R1の拡大図である。図2は、図1のII−II矢視図である。ハニカムフィルタ100は、一方の端面(第1の端面)100aと、端面100aの反対側に位置する他方の端面(第2の端面)100bと、を有している。
図5は、ハニカム触媒体の一実施形態を模式的に示す図である。ハニカム触媒体300は、互いに平行な複数の流路310を形成する隔壁320を備えるハニカム構造体330と、複数の流路310内の隔壁表面に形成されたゼオライトを含む触媒層360と、を備える円柱体である。複数の流路310は、ハニカム触媒体300の中心軸に平行に伸びる隔壁320により仕切られている。複数の流路310は、ハニカム触媒体300の両端面に対して垂直に、一方の端面から他方の端面まで伸びている。複数の流路310は、封口部のない貫通孔である。
図6は、排ガス浄化システムの一実施形態を示す概略図である。本実施形態の排ガス浄化システムは、上述したハニカムフィルタ100と、ハニカム触媒体300と、を備える。排ガス浄化システムは、ハニカムフィルタ100に代えて、ハニカムフィルタ200を備えてもよい。
次に、ハニカムフィルタの製造方法について説明する。ハニカムフィルタの製造方法は、例えば、無機化合物粉末や添加剤を含む原料混合物を調製する原料調製工程と、原料混合物を成形して、流路を有する成形体を得る成形工程と、成形体を焼成する焼成工程と、を備え、成形工程と焼成工程の間、又は、焼成工程の後に、各流路の一端を封口する封口工程を更に備える。以下、各工程について説明する。
原料調製工程では、無機化合物粉末と添加剤とを混合した後に混練して原料混合物を調製する。無機化合物粉末は、例えば、α−アルミナ粉末等のアルミニウム源粉末、アナターゼ型やルチル型のチタニア粉末等のチタン源粉末(チタニウム源粉末)、並びに、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、イットリウム、バリウム、ランタノイド及びビスマスからなる群より選択される少なくとも一種の元素の原料粉末を含み、必要に応じて、酸化ケイ素粉末やガラスフリット等のケイ素源粉末を更に含むことができる。マグネシウム源粉末としては、例えば、マグネシア粉末やマグネシアスピネル粉末等が挙げられる。カルシウム源粉末としては、例えば、カルシア粉末や炭酸カルシウム粉末、灰長石等が挙げられる。ストロンチウム源粉末としては、例えば、酸化ストロンチウム粉末、炭酸ストロンチウム粉末等が挙げられる。イットリウム源粉末としては、例えば、酸化イットリウム粉末等が挙げられる。バリウム源粉末としては、例えば、酸化バリウム粉末、炭酸バリウム粉末、長石等が挙げられる。ビスマス源粉末としては、例えば、酸化ビスマス粉末等が挙げられる。各原料粉末は、1種又は2種以上のいずれでもよい。各原料粉末は、その原料由来又は製造工程において不可避的に含まれる微量成分を含有し得る。
成形工程では、ハニカム構造を有するグリーンハニカム成形体を得る。成形工程では、例えば、一軸押出機により原料混合物を混練しながらダイから押出す、いわゆる押出成形法を採用することができる。
焼成工程では、成形工程において得られたハニカム構造のグリーンハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得る。焼成工程では、成形体の焼成前に、成形体中(原料混合物中)に含まれるバインダ等を除去するための仮焼(脱脂)が行われてもよい。成形体の焼成において、焼成温度は、通常1300℃以上であり、好ましくは1400℃以上である。また、焼成温度は、通常1650℃以下であり、好ましくは1550℃以下である。昇温速度は特に限定されるものではないが、通常1〜500℃/時間である。焼成時間は、無機化合物粉末がチタン酸アルミニウム系結晶に遷移するのに充分な時間であればよく、原料の量、焼成炉の形式、焼成温度、焼成雰囲気等により異なるが、通常は10分〜24時間である。
封口工程は、成形工程と焼成工程の間、又は、焼成工程の後に行われる。成形工程と焼成工程の間に封口工程を行う場合、成形工程において得られた未焼成のグリーンハニカム成形体の各流路の一方の端部を封口材で封口した後、焼成工程においてグリーンハニカム成形体と共に封口材を焼成することにより、流路の一方の端部を封口する封口部を備えるハニカム構造体が得られる。焼成工程の後に封口工程を行う場合、焼成工程において得られたハニカム焼成体の各流路の一方の端部を封口材で封口した後、ハニカム焼成体と共に封口材を焼成することにより、流路の一方の端部を封口する封口部を備えるハニカム構造体が得られる。封口材としては、上記グリーンハニカム成形体を得るための原料混合物と同様の混合物を用いることができる。
次に、ハニカム触媒体の製造方法について説明する。ハニカム触媒体の製造方法は、例えば、無機化合物粉末や添加剤を含む原料混合物を調製する原料調製工程と、原料混合物を成形して、流路を有する成形体を得る成形工程と、成形体を焼成する焼成工程と、触媒層を形成する触媒層形成工程と、を備える。このうち、焼成後であって未封口のハニカム構造体を得るまでの工程は、上述したハニカムフィルタの製造方法と同様の方法で行うことができる。
触媒層形成工程は、焼成工程の後に行われる。まず、ゼオライトと、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ロジウム、パラジウム、銀及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属元素とを湿式混合し、乾燥及び粉砕を行った後、これをシリカゾルやアルミナゾル、水と混ぜ合わせてスラリーを作製する。例えば、上記金属元素のうち、銅は酢酸銅、鉄はアンミン錯体にすることでゼオライトの細孔中にイオン交換することができる。次に、作製したスラリーを、ハニカム構造体の流路の内部に吸引させて、隔壁表面に塗布する。塗布後、600℃〜700℃で約4時間乾燥させ、水分を取り除く。このようにして、ゼオライト及び上記特定の金属元素を含む触媒層を作製する。触媒層は、隔壁の連通孔内部には入り込まず、隔壁の表面に形成されている。以上のようにして、流路の隔壁表面に触媒層を備えたハニカム触媒体を得ることができる。
排ガス浄化システムは、図6に示したように、内燃機関500から排出されるガスGが流通する排気ガス流路の途中に、ハニカムフィルタ100及びハニカム触媒体300を直列に配置することで構築することができる。更に、ハニカムフィルタ100及びハニカム触媒体300の上流側に、或いは、上流側及び下流側の両方に酸化触媒510を配置し、ハニカム触媒体300よりも上流側で尿素水を噴射できるように尿素水供給装置520を配置することで、排ガス浄化システムを構築することができる。
Claims (3)
- 排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するハニカムフィルタと、排ガスに含まれるNOXを浄化するハニカム触媒体と、を備える排ガス浄化システムであって、
前記ハニカムフィルタが、互いに平行な複数の流路を形成する隔壁を備え、前記複数の流路が、前記ハニカムフィルタの一方の端面側の端部が封口された複数の第1の流路と、他方の端面側の端部が封口された複数の第2の流路と、を有し、
前記ハニカム触媒体が、互いに平行な複数の流路を形成する隔壁を備えるハニカム構造体と、前記複数の流路内の隔壁表面に形成されたゼオライトを含む触媒層と、を備え、
前記ハニカムフィルタの前記隔壁及び前記ハニカム触媒体の前記隔壁の双方が、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、イットリウム、バリウム、ランタノイド及びビスマスからなる群より選択される少なくとも一種の元素を含有するチタン酸アルミニウム系セラミックスを含む、排ガス浄化システム。 - 前記ハニカムフィルタの前記隔壁及び前記ハニカム触媒体の前記隔壁の一方又は双方が、更に二酸化ケイ素を含有する、請求項1記載の排ガス浄化システム。
- 前記触媒層が、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ロジウム、パラジウム、銀及び白金からなる群より選択される少なくとも一種の金属元素を更に含む、請求項1又は2記載の排ガス浄化システム。
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