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JP2006057578A - 排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】選択還元触媒の活性温度域を従来より拡大して広い排気温度範囲で高いＮＯx低減率が得られるようにする。
【解決手段】排気管９の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るよう反応選択性を高めた選択還元触媒を装備し、該選択還元触媒の上流側に尿素水添加手段（尿素水タンク１３，尿素水供給管１４，供給ポンプ１５，噴射ノズル１７）により尿素水１６を還元剤として添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置に関し、選択還元触媒を活性温度域の異なる二つの高温活性型選択還元触媒１１，低温活性型選択還元触媒１２により構成し、活性温度域が相対的に高い方の高温活性型選択還元触媒１１を前段に、活性温度域が相対的に低い方の低温活性型選択還元触媒１２を後段にして両選択還元触媒を直列配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に適用される排気浄化装置に関するものである。
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排出ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元触媒を装備し、該選択還元触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元触媒上で排出ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
他方、プラントなどにおける工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６１７３２号公報
即ち、尿素水を選択還元触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、該排出ガス中で尿素水が次式によりアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元触媒上で排出ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
［化１］
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
しかしながら、この種の尿素水を還元剤として用いた排気浄化装置にあっては、その選択還元触媒の活性温度域が触媒原料により異なっており、その適用車輌の運行形態に応じた活性温度域の選択還元触媒を適宜に選定する必要があるが、車輌の排気温度範囲に対して選択還元触媒の活性温度域は一般的に狭いため、車輌の排気温度範囲の一部でしか高いＮＯx低減率を得られていないのが実情であり、選択還元触媒の活性温度域の拡大が今後の大きな課題の一つとなっている。
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、選択還元触媒の活性温度域を従来より拡大して広い排気温度範囲で高いＮＯx低減率が得られるようにすることを目的としている。
本発明は、排気管の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るよう反応選択性を高めた選択還元触媒を装備し、該選択還元触媒の上流側に尿素水添加手段により尿素水を還元剤として添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、選択還元触媒を活性温度域の異なる二つの選択還元触媒により構成し、活性温度域が相対的に高い方の選択還元触媒を前段に、活性温度域が相対的に低い方の選択還元触媒を後段にして両選択還元触媒を直列配置したことを特徴とするものである。
このようにした場合、後段の選択還元触媒の活性が高い温度域（比較的低い温度域）では、前段の選択還元触媒の活性があまり高くならないため、添加した尿素水から生じたアンモニアの前段の選択還元触媒における消費が少なくて済み、大半のアンモニアが前段の選択還元触媒を未反応のまま通過して後段の選択還元触媒に到達し、この高活性状態にある後段の選択還元触媒上で排出ガス中のＮＯxがアンモニアにより効率良く還元浄化されることになる。
そして、斯かる状態から排出ガスの温度が上昇していくと、アンモニアが前段及び後段の両方で還元剤として使用されて両選択還元触媒の性能が相乗的に発揮される結果、夫々を単独で使用する場合よりも高いＮＯx低減性能が得られる。
更に、前段の選択還元触媒の活性が高い温度域（比較的高い温度域）では、添加した尿素水から生じたアンモニアの大半が、高活性状態にある前段の選択還元触媒で還元剤として有効に使用され、該前段の選択還元触媒上で排出ガス中のＮＯxがアンモニアにより効率良く還元浄化されることになる。
尚、活性温度域が相対的に高い前段の選択還元触媒は、活性温度域が相対的に低い後段の選択還元触媒よりも高活性状態となった時に得られるＮＯx低減率が高いため、比較的高い温度域にあっては、添加した尿素水から生じたアンモニアの大半を前段の選択還元触媒で還元剤として使用するのが最も効率が良く、アンモニアを無駄なく活性温度域の高い選択還元触媒に供給して使用させるために、該選択還元触媒を前段に配置しているのである。
即ち、活性温度域が低い方の選択還元触媒が前段に配置されていたならば、比較的高い温度域でそれなりの活性を持つ前段の選択還元触媒でアンモニアが中途半端に消費されてしまい、本来高いＮＯx低減率が得られるはずの活性温度域の高い後段の選択還元触媒に十分な量のアンモニアを還元剤として導けなくなってしまうというデメリットが生じる。
上記した本発明の排気浄化装置によれば、活性温度域の異なる二つの選択還元触媒を併用したことにより、選択還元触媒の活性温度域を従来より拡大して広い排気温度範囲で高いＮＯx低減率が得られるようにすることができ、しかも、両選択還元触媒の性能が相乗的に発揮される中間温度域にて夫々を単独で使用する場合よりも高いＮＯx低減率を得ることができてＮＯx低減性能の向上を図ることができるという優れた効果を奏し得る。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
また、このエンジン１の各シリンダから排出された排出ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排出ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。
そして、排出ガス７が流通する排気管９の途中にケーシング１０が介装されており、該ケーシング１０の前段には、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るよう反応選択性を高めた活性温度域の高い高温活性型選択還元触媒１１が収容され、前記ケーシング１０の後段には、同様の反応選択性を高めた活性温度域の低い低温活性型選択還元触媒１２が収容されている。
ここで、前段の高温活性型選択還元触媒１１には、例えば、バナジウム系触媒などを採用すれば良く、また、後段の低温活性型選択還元触媒１２には、銅ゼオライト系触媒，鉄ゼオライト系触媒，コバルトゼオライト系触媒，銀ゼオライト系触媒、或いは、銅アルミナ系触媒，鉄アルミナ系触媒，コバルトアルミナ系触媒，銀アルミナ系触媒などを採用すれば良い。
更に、ここに図示している例では、排気管９におけるケーシング１０の入口付近と、所要場所に設けた尿素水タンク１３との間が尿素水供給管１４により接続されていて、該尿素水供給管１４の途中に装備した供給ポンプ１５の駆動により尿素水タンク１３内の尿素水１６を噴射ノズル１７を介しケーシング１０の入口付近に添加し得るようになっており、これら尿素水タンク１３，尿素水供給管１４，供給ポンプ１５，噴射ノズル１７により尿素水添加手段が構成されている。
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、後段の低温活性型選択還元触媒１２の活性が高い温度域（比較的低い温度域）において、前段の高温活性型選択還元触媒１１の活性があまり高くならないため、添加した尿素水１６から生じたアンモニアの高温活性型選択還元触媒１１における消費が少なくて済み、大半のアンモニアが前段の高温活性型選択還元触媒１１を未反応のまま通過して後段の低温活性型選択還元触媒１２に到達し、この高活性状態にある低温活性型選択還元触媒１２上で排出ガス７中のＮＯxがアンモニアにより効率良く還元浄化されることになる。
そして、斯かる状態から排出ガス７の温度が上昇していくと、アンモニアが前段及び後段の両方で還元剤として使用されて高温活性型選択還元触媒１１及び低温活性型選択還元触媒１２の性能が相乗的に発揮される結果、夫々を単独で使用する場合よりも高いＮＯx低減性能が得られる。
更に、前段の高温活性型選択還元触媒１１の活性が高い温度域（比較的高い温度域）では、添加した尿素水１６から生じたアンモニアの大半が、高活性状態にある高温活性型選択還元触媒１１で還元剤として有効に使用され、該高温活性型選択還元触媒１１上で排出ガス７中のＮＯxがアンモニアにより効率良く還元浄化されることになる。
尚、前段の高温活性型選択還元触媒１１は、後段の低温活性型選択還元触媒１２よりも高活性状態となった時に得られるＮＯx低減率が高いため、このような比較的高い温度域にあっては、添加した尿素水１６から生じたアンモニアの大半を前段の高温活性型選択還元触媒１１で還元剤として使用するのが最も効率が良く、アンモニアを無駄なく高温活性型選択還元触媒１１に供給して使用させるために、該高温活性型選択還元触媒１１を前段に配置しているのである。
即ち、活性温度域が低い方の低温活性型選択還元触媒１２が前段に配置されていたならば、比較的高い温度域でそれなりの活性を持つ前段の低温活性型選択還元触媒１２でアンモニアが中途半端に消費されてしまい、本来高いＮＯx低減率が得られるはずの活性温度域の高い後段の高温活性型選択還元触媒１１に十分な量のアンモニアを還元剤として導けなくなってしまうというデメリットが生じる。
従って、上記形態例によれば、活性温度域の異なる高温活性型選択還元触媒１１及び低温活性型選択還元触媒１２を併用したことにより、選択還元触媒の活性温度域を従来より拡大して広い排気温度範囲で高いＮＯx低減率が得られるようにすることができ、しかも、これら高温活性型選択還元触媒１１及び低温活性型選択還元触媒１２の性能が相乗的に発揮される中間温度域にて夫々を単独で使用する場合よりも高いＮＯx低減率を得ることができてＮＯx低減性能の向上を図ることができる。
事実、本発明者が行った実験結果によれば、図２のグラフに示す如く、高温活性型選択還元触媒１１を単独で使用したケースＡと、低温活性型選択還元触媒１２を単独で使用したケースＢと、高温活性型選択還元触媒１１及び低温活性型選択還元触媒１２を併用したケースＣとを比較したところ、ケースＣの活性温度域がケースＡ，Ｂよりも拡大されて広い排気温度範囲で高いＮＯx低減率が得られることが確認され、しかも、ケースＡ，ＢよりもケースＣの方が高いＮＯx低減率が得られることが確認された。尚、図２のグラフにおける縦軸はＮＯx低減率を、横軸は温度を夫々示している。
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 ＮＯx低減率と温度との関係を示すグラフである。
符号の説明
１ エンジン
７ 排出ガス
９ 排気管
１１ 高温活性型選択還元触媒（活性温度域が相対的に高い方の選択還元触媒）
１２ 低温活性型選択還元触媒（活性温度域が相対的に低い方の選択還元触媒）
１３ 尿素水タンク（尿素水添加手段）
１４ 尿素水供給管（尿素水添加手段）
１５ 供給ポンプ（尿素水添加手段）
１６ 尿素水
１７ 噴射ノズル（尿素水添加手段）

Claims (1)

  1. 排気管の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るよう反応選択性を高めた選択還元触媒を装備し、該選択還元触媒の上流側に尿素水添加手段により尿素水を還元剤として添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、選択還元触媒を活性温度域の異なる二つの選択還元触媒により構成し、活性温度域が相対的に高い方の選択還元触媒を前段に、活性温度域が相対的に低い方の選択還元触媒を後段にして両選択還元触媒を直列配置したことを特徴とする排気浄化装置。
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