JP4792792B2 - Exhaust gas purification device - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排ガス中に含まれるパティキュレート（固体状炭素微粒子、液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子）を燃焼して排ガスを浄化する排ガス浄化材及び排ガス浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purifying material and an exhaust gas purifying device for purifying exhaust gas by burning particulates (solid carbon fine particles, liquid or solid high molecular weight hydrocarbon fine particles) contained in exhaust gas discharged from a diesel engine. Is.
ディーゼルエンジンからの排ガスに含まれるパティキュレートは、その粒子径がほぼ１μｍ以下で大気中に浮遊しやすく、呼吸時に人体に取り込まれやすい。 Particulates contained in the exhaust gas from a diesel engine have a particle size of approximately 1 μm or less and are likely to float in the atmosphere, and are easily taken into the human body during breathing.
また、このパティキュレートは発ガン性物質も含んでいることから、ディーゼルエンジンからのパティキュレートの排出に関する規制が強化されつつある。 In addition, since the particulates also contain carcinogenic substances, regulations regarding particulate emissions from diesel engines are being strengthened.
排ガスからのパティキュレートを除去する方法の一つとして、排ガス流路内に酸化触媒ハニカムを前段に配置し、後段にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ）を配置した２段構成からなる排ガス浄化方法がある。特許文献１には、前段の酸化触媒ハニカムで排ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、二酸化窒素の酸化力を利用して後段のＤＰＦで捕集されたパティキュレートを二酸化炭素にまで連続的に酸化燃焼させる排ガス浄化装置が提案されている。
しかしながら、上記従来の排ガス装置は以下のような課題を有していた。 However, the conventional exhaust gas apparatus has the following problems.
前段に配置されている酸化触媒ハニカムに担持されている貴金属触媒は、排ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、生成した二酸化窒素の酸化力を利用してパティキュレートを燃焼させる役割を果たしている。この二酸化窒素の酸化力は、パティキュレート成分中の液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子を燃焼することは可能であるが、パティキュレート成分中の固体状炭素微粒子を燃焼することはできない。ここで、パティキュレート成分中の固体状炭素微粒子は、液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子に比べ燃焼されにくいことが知られている。従って、酸化触媒ハニカムで浄化しきれない固体炭素微粒子を後段のＤＰＦで捕集し燃焼させる必要があるためＤＰＦには大きな負担がかかっており、ＤＰＦで燃焼しきれない場合最悪はＤＰＦが目詰まりを起こしＤＰＦ前後の圧損が上昇してエンジン出力が低下したり、堆積していたパティキュレートが急速に燃焼してＤＰＦ内の温度が上昇してＤＰＦが溶損したりしまう可能性を有していた。 The noble metal catalyst supported on the oxidation catalyst honeycomb arranged in the previous stage plays a role of oxidizing the nitric oxide in the exhaust gas to nitrogen dioxide and burning the particulates using the oxidizing power of the generated nitrogen dioxide. Yes. The oxidizing power of nitrogen dioxide can burn the liquid or solid high molecular weight hydrocarbon fine particles in the particulate component, but cannot burn the solid carbon fine particles in the particulate component. Here, it is known that the solid carbon fine particles in the particulate component are less likely to burn than liquid or solid high molecular weight hydrocarbon fine particles. Therefore, it is necessary to collect and burn solid carbon fine particles that cannot be purified by the oxidation catalyst honeycomb in the subsequent DPF, so that a heavy burden is placed on the DPF, and in the worst case, the DPF is clogged. And the pressure loss before and after the DPF increases and the engine output decreases, or the accumulated particulates burn quickly and the temperature inside the DPF rises, causing the DPF to melt. .
本発明は、上記の従来の課題を解決するものであり、液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子を燃焼することができる貴金属触媒と固体状炭素微粒子を直接燃焼することができる酸化触媒および助触媒とを金属製発泡構造や金属製不織布構造や金属製ファイバーメッシュ構造を有する金属製フィルターの基材に担持したものを排ガス浄化材とすることで、前段の排ガス浄化材でも固体炭素微粒子を燃焼させ、後段のＤＰＦの負担を減らし、ＤＰＦの目詰まりや溶損を防止することを目的としている。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and a noble metal catalyst capable of burning liquid or solid high molecular weight hydrocarbon fine particles and an oxidation catalyst capable of directly burning solid carbon fine particles and an auxiliary catalyst. By using a catalyst with a metal filter base material with a metal foam structure, metal nonwoven structure or metal fiber mesh structure as the exhaust gas purification material , solid carbon particulates can be burned even in the previous exhaust gas purification material The purpose of this is to reduce the load on the DPF in the subsequent stage and prevent clogging or melting of the DPF.
本発明の排ガス浄化装置は、上記目的を達成するために金属製発泡構造や金属製不織布構造や金属製ファイバーメッシュ構造を有する金属製フィルターを基材とし、パティキュレート成分中の液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子に対して高活性な貴金属触媒と、パティキュレート成分中の固体状炭素微粒子に対して高活性な酸化触媒および助触媒を担持した排ガス浄化材を前段に配置し後段に触媒を担持していないＤＰＦを配置した２段構成のものである。これによって、後段のＤＰＦの負担を減らし、ＤＰＦの目詰まりを防止することが可能となる。 In order to achieve the above object, the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is based on a metal filter having a metal foam structure, a metal nonwoven fabric structure, or a metal fiber mesh structure, and a liquid or solid in a particulate component. high molecular weight and high activity noble metal catalysts of the hydrocarbon particulates, particulate component of the solid exhaust gas purifying material bearing a highly active oxidation catalyst and co-catalyst to the carbon fine particles were placed in pre-catalyst downstream Is a two-stage configuration in which a DPF that does not carry slag is disposed. As a result, it is possible to reduce the burden on the DPF in the subsequent stage and prevent clogging of the DPF.
また、本発明の排ガス浄化材はパティキュレート成分中の液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子だけでなく、固体状炭素微粒子も燃焼することができるため、その分発生する燃焼熱が増加し、排ガス温度をさらに上昇させることが可能になる。つまり、後段に配置したＤＰＦに流入する排ガス温度を上昇させることができるため、ＤＰＦの負担を低減すると共に捕集されているパティキュレートの燃焼をさらに促進することが可能になる。 Further, since the exhaust gas purification material of the present invention can burn not only the liquid or solid high molecular weight hydrocarbon fine particles in the particulate component, but also the solid carbon fine particles, the combustion heat generated accordingly increases, The exhaust gas temperature can be further increased. That is, since the exhaust gas temperature flowing into the DPF arranged in the subsequent stage can be raised, it is possible to reduce the burden on the DPF and further promote the combustion of the collected particulates.
本発明によれば、パティキュレート成分中の液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子に対して活性の高い触媒と固体状炭素微粒子に対して活性の高い触媒および助触媒を基材に担持して排ガス浄化材とすることで、後段に配置したＤＰＦの負担を低減すると共に捕集されているパティキュレートの燃焼を促進し、ＤＰＦの目詰まりや溶損を防止できる排ガス浄化材を提供することができる。 According to the present invention, a catalyst having high activity for liquid or solid high molecular weight hydrocarbon fine particles in a particulate component and a catalyst and promoter having high activity for solid carbon fine particles are supported on a substrate. with the exhaust gas purification material, can promote the burning of particulates that are trapped while reducing the burden of the DPF was disposed downstream, to provide an exhaust gas purifying material which can prevent clogging or melting damage of the DPF it can.
本発明の請求項１に記載の排ガス浄化装置は、ディーゼル排ガス中のパティキュレートを連続的に浄化するために金属製発泡構造や金属製不織布構造や金属製ファイバーメッシュ構造を有する金属製フィルターを基材とし、アルミナを担体として貴金属触媒とアルカリ金属塩の酸化触媒および希土類酸化物の助触媒とを担持した排ガス浄化材を前段に配置し後段に触媒を担持していないＤＰＦを配置した２段構成とし、アルカリ金属塩の酸化触媒が硫酸セシウムであり、希土類酸化物の助触媒がセリアであるものである。
The exhaust gas purifying apparatus according to
この構成により以下の作用が得られる。 With this configuration, the following effects can be obtained.
ディーゼル排ガス中に含まれるパティキュレートは、排ガス温度や酸素濃度などの影響で、炭化が進んだ成分である固体状炭素微粒子と炭化があまり進んでいない成分である液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子とが存在している。貴金属触媒によって液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子を燃焼させ、アルカリ金属塩の酸化触媒および希土類酸化物の助触媒によって固体状炭素微粒子を燃焼させることができ、ディーゼル排ガス中のパティキュレートを連続的に浄化することができる。 Particulates contained in diesel exhaust gas are solid carbon fine particles that are carbonized components and liquid or solid high molecular weight hydrocarbons that are not carbonized due to the effects of exhaust gas temperature and oxygen concentration. Fine particles are present. Liquid or solid high molecular weight hydrocarbon fine particles can be burned with a noble metal catalyst, and solid carbon fine particles can be burned with an alkali metal salt oxidation catalyst and a rare earth oxide cocatalyst. Can be purified.
また、アルカリ金属塩の酸化触媒によって排ガス中のパティキュレートを堆積させること無く逐次完全に燃焼できるため、パティキュレートの堆積に伴って発生する排ガス浄化材の圧損上昇によるエンジン出力の低下を抑制できるし、パティキュレートの堆積量が多い状態から一気に堆積していたパティキュレートが燃焼することで発生する排ガス浄化材の溶損を抑制することができる。また、貴金属触媒によって排ガス中のパティキュレート成分中の液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子を完全に燃焼させると同時に、ハイドロカーボンや一酸化炭素、一酸化窒素といったガス成分をも完全に酸化燃焼させることができる。 In addition, since it is possible to burn completely and completely without depositing particulates in the exhaust gas by the oxidation catalyst of the alkali metal salt, it is possible to suppress a decrease in engine output due to an increase in the pressure loss of the exhaust gas purification material that occurs with the accumulation of particulates. In addition, it is possible to suppress the melting loss of the exhaust gas purifying material that is generated when the particulates accumulated at a stroke from the state where the amount of particulates accumulated is large. In addition, the noble metal catalyst completely burns liquid or solid high molecular weight hydrocarbon fine particles in particulate components in exhaust gas, and at the same time, completely oxidizes and burns gas components such as hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen monoxide. Can be made.
また、機能の異なる触媒を複数有するためディーゼル排ガス中のパティキュレートをより低温で燃焼させ、排ガスを浄化することができる。 Moreover, since it has a plurality of catalysts having different functions, the particulates in the diesel exhaust gas can be burned at a lower temperature to purify the exhaust gas.
また、表面積の大きいアルミナ担体に触媒を担持するため、触媒の表面積も大きくなり、その結果、パティキュレートとの接点が増加するので、パティキュレートの燃焼性能を効率的かつ安定的に発揮させることができる。また、バーナーやヒーター等の加熱手段を用いることなく、より低い温度でパティキュレートを燃焼させる排ガス浄化材を得ることができる。 In addition, since the catalyst is supported on an alumina carrier having a large surface area, the surface area of the catalyst also increases, and as a result, the number of contact points with the particulates increases, so that the particulate combustion performance can be exhibited efficiently and stably. it can. Further, an exhaust gas purifying material for burning particulates at a lower temperature can be obtained without using a heating means such as a burner or a heater.
また、アルミナ担体に希土類酸化物の助触媒を担持するため、アルミナ担体自身の耐熱性が向上することが見込まれると同時に、パティキュレートを燃焼する際に貴金属触媒やアルカリ金属塩の酸化触媒に対して必要な酸素を供給できることが見込まれる。このことによって、パティキュレートに対して極めて触媒作用の高い排ガス浄化材となる。 In addition, since the rare earth oxide cocatalyst is supported on the alumina support, it is expected that the heat resistance of the alumina support itself is improved, and at the same time, when burning particulates, against the noble metal catalyst and the alkali metal salt oxidation catalyst. It is expected that the necessary oxygen can be supplied. As a result, the exhaust gas purifying material has a very high catalytic effect on particulates.
また、排ガス浄化材としての基材としてはどんなものを選んでもかまわないが、ある程度前後に圧損の生じる発泡構造や不織布構造やファイバーメッシュ構造を有するものが好ましく、材質としてはセラミックや金属を選ぶことができる。ある程度圧損を生じる発泡構造や不織布構造やファイバーメッシュ構造を基材として選ぶことで、パティキュレートを適度に捕集し燃焼することが可能になるため、後段に配置するＤＰＦの負担を低減することが可能となる。ただし、ウォールスルー型のＤＰＦほど圧損が高いとパティキュレートが目詰まりする可能性もあるため排ガス浄化材の基材として選ぶのは好ましくない。 Although may be choose what is as a substrate as an exhaust gas purification material, preferably has a foamed structure or nonwoven fabric structure or fiber mesh structure of occurrence of pressure loss after prior extent Oh Ru degree, as the material ceramic or metal Can be selected. By selecting a foam structure, nonwoven fabric structure, or fiber mesh structure that causes pressure loss to some extent as a base material, it becomes possible to appropriately collect and burn particulates, which can reduce the burden on the DPF placed in the subsequent stage. It becomes possible. However, if the pressure loss is higher for a wall-through type DPF, there is a possibility that the particulates may be clogged. Therefore, it is not preferable to select the base material for the exhaust gas purification material .
また、アルカリ金属塩の酸化触媒および希土類酸化物の助触媒によって、固体状炭素微粒子を燃焼させ、貴金属触媒によって液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子を燃焼させることができるため、従来の排ガス浄化材よりも燃焼熱が増加して後段のＤＰＦに流入する排ガス温度を上昇させることができるためＤＰＦに捕集されるパティキュレートの燃焼を促進することができる。また、この装置構成によって、前段の排ガス浄化材である程度パティキュレートを捕集して燃焼することができるため、後段のＤＰＦの負担を減らすことで目詰まりや溶損を防止することが可能になる。また、前段の排ガス浄化材で液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子のみならず、固体状炭素微粒子も燃焼することができるようになるため、後段のＤＰＦへ流入する排ガス温度を上昇させ、ＤＰＦに堆積しているパティキュレートの燃焼を促進することができる。また、アルカリ金属塩の酸化触媒として硫酸セシウムを用い、この構成によって、パティキュレート成分中の固体状炭素微粒子を効率良くすることができる。また、他のアルカリ金属塩、例えば硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩、塩化物に比べて硫酸塩の方が熱的な安定性に優れており、パティキュレートを燃焼する間の高温によって融解や分解が生じて飛散したり、金属酸化物と反応したりして活性が低下することを抑制する面からも、硫酸塩が最も優れている。また、アルカリ金属の硫酸塩としては、硫酸セシウム、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ルビジウムなどを用いることができる。また、希土類酸化物の助触媒としてセリアを用い、この構成によって、アルミナ担体の耐熱性が向上し、それに伴って触媒の活性劣化も防止されることが見込まれると共に、貴金属触媒やアルカリ金属塩の酸化触媒がパティキュレートを燃焼する際に必要な酸素を供給することが見込まれるのでパティキュレートの燃焼に対して極めて高い触媒活性を得ることができる。また、希土類の酸化物としては、セリア、酸化ランタンなどを用いることができる。 In addition, since solid carbon fine particles can be burned by an alkali metal salt oxidation catalyst and a rare earth oxide cocatalyst, and liquid or solid high molecular weight hydrocarbon fine particles can be burned by a noble metal catalyst, conventional exhaust gas purification is possible. Combustion heat increases more than that of the material, and the exhaust gas temperature flowing into the subsequent DPF can be raised, so that the combustion of the particulates collected in the DPF can be promoted. Also, with this apparatus configuration, particulates can be collected and burned to some extent by the exhaust gas purification material at the front stage, so it becomes possible to prevent clogging and melting damage by reducing the burden on the DPF at the rear stage. . Further, since not only liquid or solid high molecular weight hydrocarbon fine particles but also solid carbon fine particles can be combusted by the exhaust gas purification material in the former stage, the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF in the latter stage is raised, and the DPF It is possible to promote the combustion of the particulates deposited on the surface. In addition, cesium sulfate is used as the oxidation catalyst for the alkali metal salt, and this configuration makes it possible to efficiently produce solid carbon fine particles in the particulate component. Also, sulfates have better thermal stability than other alkali metal salts such as nitrates, acetates, carbonates, and chlorides, and they melt and decompose at high temperatures while burning particulates. Sulfate is the most excellent from the viewpoint of preventing the activity from decreasing due to the occurrence of scattering or reaction with a metal oxide. Further, as the alkali metal sulfate, cesium sulfate, lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, rubidium sulfate and the like can be used. In addition, ceria is used as a co-catalyst for the rare earth oxide, and this configuration improves the heat resistance of the alumina support, and accordingly, it is expected that the catalytic activity is prevented from being deteriorated. Since the oxidation catalyst is expected to supply oxygen necessary for burning the particulates, an extremely high catalytic activity can be obtained for the burning of the particulates. As the rare earth oxide, ceria, lanthanum oxide, or the like can be used.
本発明の請求項２に記載の排ガス浄化装置は、貴金属触媒として白金触媒を用いていることを特徴とする排ガス浄化装置である。
The exhaust gas purification apparatus according to
この構成によって、パティキュレート成分中の液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子を効率良く燃焼できると共に、ハイドロカーボンや一酸化炭素、一酸化窒素といったガス成分をも完全に燃焼させることができる。 With this configuration, the liquid or solid high molecular weight hydrocarbon fine particles in the particulate component can be burned efficiently, and gas components such as hydrocarbon, carbon monoxide, and nitrogen monoxide can be burned completely.
また、貴金属としては、白金、パラジウム、ロジウムなどを用いてもよい。 Further, platinum, palladium, rhodium or the like may be used as the noble metal.
本発明の請求項３に記載の排ガス浄化装置は、金属製フィルターが金属製ファイバーメッシュ構造を有することを特徴とする排ガス浄化装置である。
The exhaust gas purifying apparatus according to
この構成によって、ディーゼル排ガス中のパティキュレートを連続的に浄化するために前段に排ガス浄化材を配置し、後段にＤＰＦを配置する２段構成の排ガス浄化装置において、前段の酸化触媒ハニカムにおいてもある程度パティキュレートを捕集し、燃焼することができるようになるため、後段のＤＰＦの負担を減らすことが可能となる。 With this configuration, in the two-stage exhaust gas purification apparatus in which the exhaust gas purification material is disposed in the front stage and the DPF is disposed in the rear stage in order to continuously purify the particulates in the diesel exhaust gas, the oxidation catalyst honeycomb in the front stage has a certain degree. Since particulates can be collected and burned, the burden on the subsequent DPF can be reduced.
また、ファイバーメッシュの密度を選ぶことでパティキュレートの捕集効率が調整できるため、パティキュレートの捕集効率を４０％以下に選ぶと金属製フィルターとしては圧損が高すぎずに好ましい。これ以上の捕集効率を有するファイバーメッシュ密度を選ぶと、パティキュレートが目詰まりしてしまう可能性があるため好ましくない。 Also, since by selecting the density of the fiber mesh can be adjusted is the collection efficiency of the particulate, is then choose the collecting efficiency of particulates 40% or less metal filter preferably without pressure loss is too high. If a fiber mesh density having a higher collection efficiency is selected, the particulates may be clogged, which is not preferable.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（実施の形態１）
金属製フィルターとして、直径１８０ｍｍで高さ２０３ｍｍの円筒形である市販の金属製フィルターを用いた。この金属製フィルター内に金属製ファイバーメッシュ（直径４０μ、坪量５００ｇ／ｍ2）が積層して設置され、このファイバーメッシュによって排ガス中のパティキュレートを捕集するメカニズムである。まず始めに金属製フィルターを１１００℃で１時間酸化処理を行った。次いで、羽毛状構造を有するアルミナゾル１００部にイオン交換水１５．２部を加え、非イオン系湿潤剤０．５部、非イオン系消泡剤０．５部を添加して１時間攪拌し、アルミナを均一に分散したスラリーを作製した。このスラリーに酸化処理した金属製フィルターを１分間含浸して引上げ、反転してさらに１分間含浸した。
(Embodiment 1)
As the metal filter, a commercially available metal filter having a cylindrical shape having a diameter of 180 mm and a height of 203 mm was used. In this metal filter, a metal fiber mesh (diameter 40 μ, basis weight 500 g / m 2 ) is laminated and installed, and this fiber mesh is a mechanism for collecting particulates in the exhaust gas. First, the metal filter was oxidized at 1100 ° C. for 1 hour. Next, 15.2 parts of ion-exchanged water is added to 100 parts of alumina sol having a feather-like structure, 0.5 part of a nonionic wetting agent and 0.5 part of a nonionic defoaming agent are added, and the mixture is stirred for 1 hour. A slurry in which alumina was uniformly dispersed was prepared. The slurry was impregnated with an oxidized metal filter for 1 minute, pulled up, inverted, and further impregnated for 1 minute.
次いで、アルミナのスラリーを添着させた金属製フィルターを横置きにしてバランスのためのダミーを対称に設置して遠心分離機を用いて２００ｒｐｍで１分間遠心分離し、さらに金属製フィルターを反転して同条件で遠心分離を行い余剰のアルミナのスラリーを除去し、液体窒素に投入して添着しているスラリーを瞬間的に凍結させ、真空乾燥機で減圧操作によって乾燥させた後、電気炉にて９００℃で５時間酸化焼成してアルミナを金属製フィルターに対して約１ｗｔ％担持した。 Next, a metal filter with an alumina slurry attached is placed horizontally, a dummy for balance is placed symmetrically, centrifuged at 200 rpm for 1 minute using a centrifuge, and the metal filter is inverted. Centrifugation is performed under the same conditions to remove excess alumina slurry, and the slurry added to liquid nitrogen is momentarily frozen and dried by vacuum operation in a vacuum dryer, and then in an electric furnace. About 1 wt% of alumina was supported on the metal filter by oxidizing and baking at 900 ° C. for 5 hours.
次いで、希土類金属塩と、アルカリ金属硫酸塩をイオン交換水に攪拌しながら溶解させ排ガス浄化触媒スラリーを作製した。 Next, a rare earth metal salt and an alkali metal sulfate were dissolved in ion-exchanged water with stirring to prepare an exhaust gas purification catalyst slurry.
排ガス浄化触媒の希土類金属塩及びアルカリ金属硫酸塩の出発原料はそれぞれ硝酸セリウム、硫酸セシウムを用いた。 The starting materials for the rare earth metal salt and alkali metal sulfate of the exhaust gas purification catalyst were cerium nitrate and cesium sulfate, respectively.
アルミナを担持した金属製フィルターを排ガス浄化触媒スラリーに１分間含浸して引上げ、反転してさらに１分間含浸した。 A metal filter carrying alumina was impregnated in the exhaust gas purification catalyst slurry for 1 minute, pulled up, inverted, and further impregnated for 1 minute.
次いで、遠心分離機を用いて余剰の排ガス浄化触媒スラリーを除去し、さらに金属製フィルターを反転して同条件で遠心分離を行い余剰の排ガス浄化触媒スラリーを除去し、真空乾燥機で減圧操作によって乾燥させ、９００℃で５時間酸化焼成して排ガス浄化触媒であるセリアと硫酸セシウムを金属製フィルターに対してそれぞれ約０．０４８ｗｔ％、約０．０７８ｗｔ％担持した。 Next, the excess exhaust gas purification catalyst slurry is removed using a centrifuge, and further, the metal filter is inverted and centrifuged under the same conditions to remove the excess exhaust gas purification catalyst slurry. It was dried and oxidized and fired at 900 ° C. for 5 hours to carry about 0.048 wt% and about 0.078 wt% of ceria and cesium sulfate as exhaust gas purification catalysts on the metal filter, respectively.
次いで、排ガス浄化触媒として白金の金属塩を攪拌しながらイオン交換水に溶解させ排ガス浄化触媒スラリーを作製した。 Subsequently, a platinum metal salt as an exhaust gas purification catalyst was dissolved in ion-exchanged water while stirring to prepare an exhaust gas purification catalyst slurry.
排ガス浄化触媒の白金の出発原料はジニトロジアンミン白金硝酸溶液を用いた。 Dinitrodiammine platinum nitrate solution was used as the platinum starting material for the exhaust gas purification catalyst.
アルミナ及び排ガス浄化触媒であるセリア及び硫酸セシウムを担持した金属製フィルターを排ガス浄化触媒である白金の金属塩スラリーに１分間含浸して引上げ、反転してさらに１分間含浸した。 A metal filter carrying alumina and an exhaust gas purification catalyst, ceria and cesium sulfate, was impregnated with a platinum metal salt slurry, an exhaust gas purification catalyst, for 1 minute, pulled up, inverted, and further impregnated for 1 minute.
次いで、遠心分離機を用いて余剰の白金の金属塩スラリーを除去し、さらに金属製フィルターを反転して同条件で遠心分離を行い余剰の白金の金属塩スラリーを除去し、真空乾燥機で減圧操作によって乾燥させ、４００℃で５時間還元焼成した後、さらに６００℃で５時間酸化焼成して白金を金属製フィルターに対して約０．２５ｗｔ％担持した。 Next, the excess platinum metal salt slurry is removed using a centrifuge, the metal filter is inverted and centrifuged under the same conditions to remove the excess platinum metal salt slurry, and the pressure is reduced by a vacuum dryer. After drying by operation and reduction baking at 400 ° C. for 5 hours, oxidation baking was further carried out at 600 ° C. for 5 hours to carry about 0.25 wt% of platinum on the metal filter.
以上の工程によって製造した排ガス浄化材を前段に配置し、後段に触媒を担持していないＤＰＦ（φ７．５インチ×Ｌ８インチ、コージェライト製、２００セル）を配置し２段構成にした排ガス浄化装置を実施の形態１とした（図１参照）。 Place the exhaust gas purification material manufactured by the above steps in front, DPF not carrying the catalyst in the subsequent stage (Fai7.5 inches × L8 inches, cordierite, 200 cells) was placed and two stages of the The exhaust gas purification apparatus is referred to as Embodiment 1 (see FIG. 1).
（比較例１）
実施の形態１と同様の触媒を担持していない金属製フィルターを前段に配置し、後段に実施の形態１と同様の触媒を担持していないＤＰＦを配置し２段構成にしたものを比較例１とした。
(Comparative Example 1)
A comparative example in which a metal filter not supporting the same catalyst as in the first embodiment is arranged in the front stage and a DPF not supporting the same catalyst as in the first embodiment is arranged in the rear stage to form a two-stage configuration It was set to 1.
（評価例１）
実施の形態１、比較例１の排ガス浄化材について、以下のような排ガス浄化試験を行った。
(Evaluation example 1)
The exhaust gas purification material of
排気量４，３３４ｃｃのディーゼルエンジンを使用し、ディーゼルエンジンからの排気ラインには切替え弁を設けてバイパスラインと本ラインの２ラインを設置し、本ライン側に排ガス浄化材を設置した。バイパスライン側に排気しながらディーゼルエンジンを１，５００ｒｐｍ、トルク２１ｋｇｍの条件で１時間運転して排気を安定させた後、切替え弁によって排ガス浄化材を設置した本ライン側に排ガスを導入した。排ガス温度は、エンジン回転数を１，５００ｒｐｍ一定の状態でディーゼルエンジンへの負荷を調整して３５０℃とし、５時間キープした。圧力センサーを用いて排ガス浄化装置の前後圧損の経時変化を測定した。 A diesel engine with a displacement of 4,334 cc was used, a switching valve was provided in the exhaust line from the diesel engine, a bypass line and a main line were installed, and an exhaust gas purification material was installed on the main line side. After exhausting to the bypass line side, the diesel engine was operated for 1 hour under conditions of 1,500 rpm and a torque of 21 kgm to stabilize the exhaust, and then the exhaust gas was introduced to the main line side where the exhaust gas purifying material was installed by a switching valve. The exhaust gas temperature was set at 350 ° C. by adjusting the load on the diesel engine with the engine speed kept constant at 1,500 rpm, and kept for 5 hours. Using a pressure sensor, the time-dependent change in pressure loss across the exhaust gas purification device was measured.
結果を図２に示す。図２は実施の形態１、比較例１の排ガス浄化装置の前後圧損の経時変化を表した図である。実施の形態１の圧損変化は排ガス浄化試験開始から１時間までは圧損が上昇しているが、１時間後には圧損が下がり始め良好に堆積したパティキュレートを燃焼していることが分かる。これは、前段の排ガス浄化材で直接パティキュレートを燃焼している効果と、排ガス浄化材において排ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、生成した二酸化窒素の酸化力を利用して後段のＤＰＦに堆積したパティキュレートを燃焼している効果の両方が現れているためである。従って、後段に触媒を担持したＤＰＦを配置すれば実施の形態１よりもさらにパティキュレートを燃焼し圧損を低減できることが示唆される。これに対し、比較例１の圧損変化は排ガス浄化試験開始から試験終了までの間一貫して上昇し続ける結果となった。これは、前段の排ガス浄化材と後段のＤＰＦに触媒が担持されていないためパティキュレートを燃焼できずに前段、後段共にパティキュレートが堆積したため圧損が上昇しているためである。
The results are shown in FIG. FIG. 2 is a diagram showing a change with time in the longitudinal pressure loss of the exhaust gas purifying apparatus according to
さらに、表１には実施の形態１、比較例１の排ガス浄化試験を終えた後に酸化触媒ハニカムおよびＤＰＦを排ガス浄化装置から取り外して１５０℃で１時間乾燥した後の重量を測定し、浄化試験前の１５０℃１時間乾燥後重量との差から堆積しているパティキュレートの量を算出した結果を表している。比較例１におけるパティキュレート堆積量はトータルで２８．０ｇ／５ｈで、前段の排ガス浄化材に１０．０ｇ／５ｈ、後段のＤＰＦに１８．０ｇ／５ｈと非常に多いのに対して、実施の形態１におけるパティキュレート堆積量はトータル１０．０ｇ／５ｈと少なく、排ガス浄化材、ＤＰＦそれぞれにおけるパティキュレート堆積量が比較例１より減少していることから、排ガス浄化材とＤＰＦでパティキュレートを燃焼していることが明らかになった。従って、本発明の排ガス浄化材を用いることによって、後段のＤＰＦの負担を低減し目詰まりや溶損を防止できることが示唆された。
Further, in Table 1, after the exhaust gas purification test of
本発明の排ガス浄化材は、ディーゼル排ガスに含まれるパティキュレートを別途加熱手段を必要とすることなく排ガス温度程度の温度で十分に燃焼し排ガス浄化できるため非常に有用である。また、金属製フィルターに排ガス浄化触媒を担持することで耐熱衝撃性の高い排ガス浄化材となる。ディーゼル排ガス浄化の対象としては、自動車のみならず建設機械、発電機、フォークリフト、耕運機、船舶など幅広く存在し適用可能である。 The exhaust gas purifying material of the present invention is very useful because the particulates contained in the diesel exhaust gas can be sufficiently burned and purified at a temperature of about the exhaust gas temperature without requiring a separate heating means. Moreover, it becomes an exhaust gas purification material having high thermal shock resistance by supporting an exhaust gas purification catalyst on a metal filter. Diesel exhaust gas purification can be applied to a wide range of vehicles, including automobiles as well as construction machines, generators, forklifts, cultivators, and ships.
１ 排ガス浄化装置
２ 排ガス浄化材
３ ＤＰＦ
1 Exhaust
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