JPWO2013145316A1 - Honeycomb filter and method for manufacturing honeycomb filter - Google Patents
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Abstract
本発明のハニカムフィルタは、流体を流通させるための多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、上記セルの流体流入側又は流体流出側のいずれかの端部が封止されてなるセラミックハニカム基材と、上記セル壁の表面のうち、上記流体流入側の端部が開口され、上記流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面に形成された濾過層と、上記濾過層が形成されたセル壁において、上記流体流入側の端部が封止され、上記流体流出側の端部が開口されたセルのセル壁の表面に担持されたSCR触媒とを備え、上記濾過層が有する気孔の平均気孔径をa(μm)、上記SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径をb(μm)としたとき、a<bを満たす部分を含むことを特徴とする。In the honeycomb filter of the present invention, a large number of cells for circulating a fluid are arranged in parallel in the longitudinal direction across the cell wall, and the end of either the fluid inflow side or the fluid outflow side of the cell is sealed. And a filter layer formed on the surface of the cell wall of the cell in which the end portion on the fluid inflow side is opened and the end portion on the fluid outflow side is sealed out of the surface of the cell wall And an SCR catalyst carried on the surface of the cell wall of the cell in which the end on the fluid inflow side is sealed and the end on the fluid outflow side is opened in the cell wall on which the filtration layer is formed. Including a portion satisfying a <b, where a (μm) is the average pore diameter of the pores of the filtration layer and b (μm) is the average particle diameter of the particles constituting the SCR catalyst. To do.
Description
本発明は、ハニカムフィルタ及びハニカムフィルタの製造方法に関する。 The present invention relates to a honeycomb filter and a method for manufacturing a honeycomb filter.
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中には、スス等のパティキュレート(以下、PMともいう)が含まれており、近年、このPMが環境又は人体に害を及ぼすことが問題となっている。また、排ガス中には、CO、HC及びNOx等の有害なガス成分も含まれていることから、この有害なガス成分が環境又は人体に及ぼす影響についても懸念されている。 The exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine contains particulates such as soot (hereinafter also referred to as PM), and in recent years, it has become a problem that this PM is harmful to the environment or the human body. ing. Further, since the exhaust gas contains harmful gas components such as CO, HC and NOx, there is a concern about the influence of the harmful gas components on the environment or the human body.
そこで、排ガス中のPMを捕集したり、有害なガス成分を浄化したりするために、排ガス浄化装置が用いられている。
このような排ガス浄化装置は、セラミック等の材料からなるハニカム構造体を用いて作製される。ハニカム構造体内に排ガスを通過させることによって排ガスを浄化することができる。Therefore, an exhaust gas purification device is used to collect PM in exhaust gas and purify harmful gas components.
Such an exhaust gas purification apparatus is manufactured using a honeycomb structure made of a material such as ceramic. The exhaust gas can be purified by passing the exhaust gas through the honeycomb structure.
排ガス浄化装置において排ガス中のPMを捕集するために用いられるハニカム構造体では、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、セルのいずれか一方の端部が封止されている。そのため、一のセルに流入した排ガスは、必ずセル同士を隔てるセル壁を通過した後、他のセルから流出するようになっている。すなわち、このようなハニカム構造体が排ガス浄化装置に備えられていると、排ガス中に含まれるPMは、ハニカム構造体を通過する際に、セル壁により捕捉される。従って、ハニカム構造体のセル壁は、排ガスが浄化されるフィルタとして機能する。 In a honeycomb structure used for collecting PM in exhaust gas in an exhaust gas purification device, a large number of cells are arranged in parallel in the longitudinal direction across a cell wall, and either one end of the cell is sealed. Yes. Therefore, the exhaust gas flowing into one cell always flows out from other cells after passing through the cell wall separating the cells. That is, when such a honeycomb structure is provided in the exhaust gas purification device, PM contained in the exhaust gas is captured by the cell wall when passing through the honeycomb structure. Therefore, the cell wall of the honeycomb structure functions as a filter for purifying exhaust gas.
ハニカム構造体がPMを捕集する初期の段階では、セル壁の細孔にPMが侵入し、セル壁の内部でPMが捕集され、セル壁の細孔が閉塞される「深層濾過」の状態になる。深層濾過の状態では、セル壁の内部(細孔)にPMが堆積していく。そのため、PMの捕集開始直後に、セル壁の実質的な気孔率が低下し、急激に圧力損失が上昇するという問題がある。 In the initial stage when the honeycomb structure collects PM, PM penetrates into the pores of the cell wall, and PM is collected inside the cell wall, thereby closing the pores of the cell wall. It becomes a state. In the state of depth filtration, PM accumulates inside the cell walls (pores). Therefore, immediately after the start of PM collection, there is a problem that the substantial porosity of the cell wall decreases and the pressure loss increases rapidly.
一方、排ガス浄化装置において排ガス中のNOxを浄化するために用いられるハニカム構造体として、セルのいずれの端部も封止されておらず、セル壁にNOxを浄化するための触媒が担持されているNOx浄化用のハニカム構造体が用いられている。 On the other hand, as the honeycomb structure used for purifying NOx in the exhaust gas in the exhaust gas purification device, neither end of the cell is sealed, and a catalyst for purifying NOx is supported on the cell wall. A honeycomb structure for NOx purification is used.
近年、排ガス中のNOxを浄化するために、尿素SCR(Selective Catalytic Reduction、選択的触媒還元)装置が提案されている。
尿素SCR装置では、セル壁にゼオライト等のSCR触媒が担持されたハニカム構造体を備えた排ガス浄化装置内に尿素水を噴霧する。そして、尿素の熱分解によってアンモニアを発生させて、ゼオライトの作用によりNOxを還元させる。
このように、尿素SCR装置ではNOxを浄化することができる。In recent years, a urea SCR (Selective Catalytic Reduction) device has been proposed to purify NOx in exhaust gas.
In the urea SCR device, urea water is sprayed into an exhaust gas purification device including a honeycomb structure in which a SCR catalyst such as zeolite is supported on a cell wall. Then, ammonia is generated by thermal decomposition of urea, and NOx is reduced by the action of zeolite.
Thus, NOx can be purified in the urea SCR device.
従来、排ガス中のPMを捕集するために用いられるハニカム構造体とNOx浄化用のハニカム構造体は別の部材からなり、別の金属容器内にそれぞれ配置されており、排気ラインにおいて大きな体積を占めていた。そのため、排ガス浄化装置が占める体積を減らすことが要望されていた。 Conventionally, the honeycomb structure used for collecting PM in the exhaust gas and the honeycomb structure for NOx purification are made of different members and arranged in separate metal containers, respectively, and have a large volume in the exhaust line. Occupied. Therefore, it has been desired to reduce the volume occupied by the exhaust gas purification device.
このような背景の下、排ガス中のPMを捕集するために用いられるハニカム構造体、すなわち、セルのいずれか一方の端部が封止されたハニカム構造体に、ゼオライト等のSCR触媒を担持させたハニカムフィルタの開発が進められている。このようなハニカムフィルタによれば、排ガス中のPMを捕集するとともに、NOxを浄化することが可能である。
特許文献1には、ハニカム構造体のセル壁の気孔率を制御することによって、ハニカムフィルタを尿素SCR装置に用いた場合におけるNOx浄化率を向上させる技術が開示されている。Under such a background, an SCR catalyst such as zeolite is supported on a honeycomb structure used for collecting PM in exhaust gas, that is, a honeycomb structure in which one end of a cell is sealed. Development of a honeycomb filter is underway. According to such a honeycomb filter, it is possible to collect PM in exhaust gas and purify NOx.
Patent Document 1 discloses a technique for improving the NOx purification rate when a honeycomb filter is used in a urea SCR device by controlling the porosity of the cell wall of the honeycomb structure.
しかしながら、ハニカムフィルタのセル壁に堆積したPMを燃焼し除去する際(再生の際)には、ハニカムフィルタが非常に高温になる。ゼオライト等のSCR触媒は、900℃以上の温度にさらされると、劣化してしまうため、再生を繰り返すたびに、NOx浄化性能が落ちてしまうという問題があった。 However, when the PM deposited on the cell walls of the honeycomb filter is burned and removed (regeneration), the honeycomb filter becomes very hot. Since the SCR catalyst such as zeolite is deteriorated when exposed to a temperature of 900 ° C. or higher, there is a problem that the NOx purification performance is lowered every time regeneration is repeated.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、PMとNOxの双方を浄化することができ、且つ、長期間に亘ってPM及びNOxの浄化機能を確保することが可能なハニカムフィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a honeycomb filter capable of purifying both PM and NOx and ensuring a PM and NOx purification function over a long period of time. And it aims at providing the manufacturing method.
請求項1に記載のハニカムフィルタは、
流体を流通させるための多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、上記セルの流体流入側又は流体流出側のいずれかの端部が封止されてなるセラミックハニカム基材と、
上記セル壁の表面のうち、上記流体流入側の端部が開口され、上記流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面に形成された濾過層と、
上記濾過層が形成されたセル壁において、上記流体流入側の端部が封止され、上記流体流出側の端部が開口されたセルのセル壁の表面に担持されたSCR触媒とを備え、
上記濾過層が有する気孔の平均気孔径をa(μm)、上記SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径をb(μm)としたとき、a<bを満たす部分を含むことを特徴とする。The honeycomb filter according to claim 1,
A ceramic honeycomb substrate in which a large number of cells for circulating a fluid are arranged side by side in the longitudinal direction across a cell wall, and either the fluid inflow side or the fluid outflow side of the cell is sealed;
Of the surface of the cell wall, a filtration layer formed on the surface of the cell wall of the cell in which the end portion on the fluid inflow side is opened and the end portion on the fluid outflow side is sealed;
An SCR catalyst carried on the surface of the cell wall of the cell in which the end portion on the fluid inflow side is sealed and the end portion on the fluid outflow side is opened in the cell wall in which the filtration layer is formed;
When the average pore diameter of the pores of the filtration layer is a (μm) and the average particle diameter of the particles constituting the SCR catalyst is b (μm), a portion satisfying a <b is included.
請求項1に記載のハニカムフィルタにおいて、セラミックハニカム基材のセル壁の表面のうち、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面には、濾過層が形成されている。排ガス中のPMは、当該濾過層により捕集される。
一方で、濾過層が形成されたセル壁において、流体流入側の端部が封止され、流体流出側の端部が開口されたセルのセル壁の表面には、SCR触媒が担持されている。
従って、捕集されたPMとSCR触媒との接触を防ぐことができるため、PMを燃焼させる再生処理を行った際に、熱によってSCR触媒が劣化してしまうことを抑制することができる。これにより、長期間に亘ってNOxの浄化機能を確保することができる。2. The honeycomb filter according to claim 1, wherein, on the surface of the cell wall of the ceramic honeycomb substrate, the end portion on the fluid inflow side is opened and the end portion on the fluid outflow side is sealed on the surface of the cell wall of the cell. The filter layer is formed. PM in the exhaust gas is collected by the filtration layer.
On the other hand, in the cell wall in which the filtration layer is formed, the end of the fluid inflow side is sealed, and the surface of the cell wall of the cell in which the end of the fluid outflow side is opened carries an SCR catalyst. .
Therefore, contact between the collected PM and the SCR catalyst can be prevented, so that when the regeneration process for burning PM is performed, it is possible to suppress the deterioration of the SCR catalyst due to heat. Thereby, the NOx purification function can be ensured over a long period of time.
さらに、請求項1に記載のハニカムフィルタでは、濾過層が有する気孔の平均気孔径をa、SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径をbとしたとき、a<bを満たす部分を含むことを特徴としている。
濾過層が有する気孔の平均気孔径aがSCR触媒を構成する粒子の平均粒子径bよりも小さいと、SCR触媒が濾過層に詰まりにくくなる。従って、圧力損失の上昇を抑制することができる。Furthermore, the honeycomb filter according to claim 1 includes a portion satisfying a <b, where a is an average pore diameter of pores of the filtration layer and b is an average particle diameter of particles constituting the SCR catalyst. It is a feature.
When the average pore diameter a of the pores of the filtration layer is smaller than the average particle diameter b of the particles constituting the SCR catalyst, the SCR catalyst is difficult to clog the filtration layer. Therefore, an increase in pressure loss can be suppressed.
請求項2に記載のハニカムフィルタにおいて、aは0.5〜3.0μmであり、bは0.7〜5.0μmである。
aが0.5μm未満であると、ガスが濾過層を透過しにくくなるため、透過抵抗が大きくなってしまう。一方、aが3.0μmを超えると、PMが濾過層を通過しやすくなるため、充分なPMの捕集効率が得られにくくなる。
また、bが0.7μm未満であると、SCR触媒を構成する粒子が小さすぎるため、該粒子が濾過層に詰まりやすくなる。一方、bが5.0μmを超えると、SCR触媒を構成する粒子は濾過層に詰まりにくくはなるものの、該粒子の比表面積が小さくなるため、充分なNOx浄化率が得られにくくなる。The honeycomb filter according to
If a is less than 0.5 μm, the gas is difficult to permeate the filtration layer, and the permeation resistance increases. On the other hand, when a exceeds 3.0 μm, it becomes difficult for PM to pass through the filtration layer, so that it is difficult to obtain sufficient PM collection efficiency.
On the other hand, if b is less than 0.7 μm, the particles constituting the SCR catalyst are too small, and the particles are likely to clog the filtration layer. On the other hand, when b exceeds 5.0 μm, the particles constituting the SCR catalyst are less likely to be clogged in the filtration layer, but the specific surface area of the particles is small, so that it is difficult to obtain a sufficient NOx purification rate.
請求項3に記載のハニカムフィルタにおいて、上記a<bを満たす部分は、ハニカムフィルタ全体の40%以下である。
a<bを満たす部分をハニカムフィルタ全体の40%以下とすることにより、SCR触媒が濾過層に詰まることを防止することができる。従って、圧力損失の上昇を抑制することができる。In the honeycomb filter according to claim 3, a portion satisfying the a <b is 40% or less of the entire honeycomb filter.
By setting the portion satisfying a <b to 40% or less of the entire honeycomb filter, it is possible to prevent the SCR catalyst from being clogged in the filtration layer. Therefore, an increase in pressure loss can be suppressed.
請求項4に記載のハニカムフィルタにおいて、上記セル壁の平均気孔径は、15〜30μmである。
セル壁の平均気孔径が15μm未満であると、セル壁にSCR触媒を担持させた後の圧力損失が上昇しやすくなる。一方、セル壁の平均気孔径が30μmを超えると、セル壁の表面に濾過層を形成することが困難となる。The honeycomb filter according to claim 4, wherein an average pore diameter of the cell wall is 15 to 30 µm.
When the average pore diameter of the cell wall is less than 15 μm, the pressure loss after the SCR catalyst is supported on the cell wall tends to increase. On the other hand, when the average pore diameter of the cell wall exceeds 30 μm, it becomes difficult to form a filtration layer on the surface of the cell wall.
請求項5に記載のハニカムフィルタにおいて、上記SCR触媒の担持量は、80〜200g/Lである。
SCR触媒の担持量が80〜200g/Lであると、上記ハニカムフィルタを尿素SCR装置に用いた場合に、排ガス中のNOxを充分に浄化することができる。
SCR触媒の担持量が80g/L未満であると、尿素SCR装置用のハニカムフィルタとしてのNOx浄化性能が充分ではない。一方、SCR触媒の担持量が200g/Lを超えると、SCR触媒がセルを塞いでしまい、PMが堆積しない状態でも圧力損失が上昇しやすくなる。The honeycomb filter according to claim 5, wherein a loading amount of the SCR catalyst is 80 to 200 g / L.
When the supported amount of the SCR catalyst is 80 to 200 g / L, NOx in the exhaust gas can be sufficiently purified when the honeycomb filter is used in a urea SCR device.
When the supported amount of the SCR catalyst is less than 80 g / L, the NOx purification performance as a honeycomb filter for the urea SCR device is not sufficient. On the other hand, when the loading amount of the SCR catalyst exceeds 200 g / L, the SCR catalyst closes the cell, and the pressure loss is likely to increase even when PM is not deposited.
請求項6に記載のハニカムフィルタにおいて、上記セル壁の気孔率は、55〜70%である。
セラミックハニカム基材のセル壁の気孔率が55〜70%であると、セル壁に多量のSCR触媒を担持させることができる。
セル壁の気孔率が55%未満であると、セラミックハニカム基材に多量のSCR触媒を担持させた場合、セル壁の気孔部分にSCR触媒が詰まってしまい、排ガスがセル壁を通りにくくなるため、排ガスが拡散しにくくなり、SCR触媒の作用が充分に発揮されにくくなる。一方、セル壁の気孔率が70%を超えると、セラミックハニカム基材の強度が低下しやすくなる。The honeycomb filter according to claim 6, wherein a porosity of the cell wall is 55 to 70%.
When the porosity of the cell wall of the ceramic honeycomb substrate is 55 to 70%, a large amount of SCR catalyst can be supported on the cell wall.
When the porosity of the cell wall is less than 55%, when a large amount of the SCR catalyst is supported on the ceramic honeycomb substrate, the SCR catalyst is clogged in the pore portion of the cell wall, and the exhaust gas does not easily pass through the cell wall. The exhaust gas is less likely to diffuse and the action of the SCR catalyst is not sufficiently exhibited. On the other hand, when the porosity of the cell wall exceeds 70%, the strength of the ceramic honeycomb substrate tends to decrease.
請求項7に記載のハニカムフィルタにおいて、上記濾過層の厚さは、3〜60μmである。
濾過層の厚さが3μm未満であると、濾過層が薄すぎるため、PMが捕集されにくくなる。一方、濾過層の厚さが60μmを超えると、濾過層が厚すぎるため、圧力損失が上昇しやすくなる。The honeycomb filter according to claim 7, wherein the filtration layer has a thickness of 3 to 60 µm.
When the thickness of the filtration layer is less than 3 μm, the filtration layer is too thin, so that PM is hardly collected. On the other hand, when the thickness of the filtration layer exceeds 60 μm, the filtration layer is too thick, and the pressure loss is likely to increase.
請求項8に記載のハニカムフィルタにおいて、上記濾過層は、耐熱性酸化物からなる。
また、請求項9に記載のハニカムフィルタにおいて、上記耐熱性酸化物は、アルミナ、シリカ、ムライト、セリア、コージェライト、ジルコニア及びチタニアからなる群から選択される少なくとも一種である。
濾過層が耐熱性酸化物から構成されていると、PMを燃焼させる再生処理を行った際にも、濾過層が溶融する等の不都合が発生しない。そのため、耐熱性に優れたハニカムフィルタとすることができる。The honeycomb filter according to claim 8, wherein the filtration layer is made of a heat-resistant oxide.
In the honeycomb filter according to claim 9, the heat-resistant oxide is at least one selected from the group consisting of alumina, silica, mullite, ceria, cordierite, zirconia, and titania.
When the filtration layer is made of a heat-resistant oxide, inconveniences such as melting of the filtration layer do not occur even when regeneration processing for burning PM is performed. Therefore, a honeycomb filter having excellent heat resistance can be obtained.
請求項10に記載のハニカムフィルタにおいて、上記濾過層は、中空粒子を含む。 The honeycomb filter according to claim 10, wherein the filtration layer includes hollow particles.
請求項11に記載のハニカムフィルタにおいて、上記SCR触媒は、ゼオライトである。
The honeycomb filter according to
請求項12に記載のハニカムフィルタにおいて、上記SCR触媒は、上記濾過層の表面に担持されていない。
この場合、PMを燃焼させる再生処理を行った際に、熱によるSCR触媒の劣化を抑制することができる。The honeycomb filter according to
In this case, the deterioration of the SCR catalyst due to heat can be suppressed when the regeneration process for burning PM is performed.
請求項13に記載のハニカムフィルタにおいて、上記SCR触媒は、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面側よりも、流体流入側の端部が封止され、流体流出側の端部が開口されたセルのセル壁の表面側の方に多く担持されている。
この場合、捕集されたPMとSCR触媒との接触を防ぐことができる。The honeycomb filter according to claim 13, wherein the SCR catalyst has a fluid inflow side rather than a surface side of a cell wall of a cell in which an end on the fluid inflow side is opened and an end on the fluid outflow side is sealed. The end portion is sealed, and the end portion on the fluid outflow side is supported more on the surface side of the cell wall of the opened cell.
In this case, contact between the collected PM and the SCR catalyst can be prevented.
請求項14に記載のハニカムフィルタの製造方法は、
請求項1〜13のいずれかに記載のハニカムフィルタの製造方法であって、
セラミック粉末を用いて、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、上記セルの流体流入側又は流体流出側のいずれかの端部が封止された多孔質のハニカム焼成体を製造するハニカム焼成体製造工程と、
上記セル壁の表面に濾過層を形成する濾過層形成工程と、
上記セル壁にSCR触媒を担持させる触媒付与工程とを含み、
上記濾過層形成工程は、
セラミック粒子の原材料を含む液滴をキャリアガス中に分散させる液滴分散工程と、
上記キャリアガスを、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルに流入させるキャリアガス流入工程とを含み、
上記触媒付与工程では、
流体流入側の端部が封止され、流体流出側の端部が開口されたセルにSCR触媒を導入することにより、上記セル壁にSCR触媒を担持させることを特徴とする。The method for manufacturing a honeycomb filter according to claim 14,
A method for manufacturing a honeycomb filter according to any one of claims 1 to 13,
Using a ceramic powder, a porous honeycomb fired body in which a large number of cells are arranged in parallel in the longitudinal direction across a cell wall, and either the fluid inflow side or the fluid outflow side of the cell is sealed. A honeycomb fired body manufacturing process to be manufactured;
A filtration layer forming step of forming a filtration layer on the surface of the cell wall;
A catalyst application step of supporting the SCR catalyst on the cell wall,
The filtration layer forming step includes
A droplet dispersion step of dispersing droplets containing raw materials of ceramic particles in a carrier gas;
A carrier gas inflow step for allowing the carrier gas to flow into a cell in which an end on the fluid inflow side is opened and an end on the fluid outflow side is sealed,
In the catalyst application step,
The SCR catalyst is supported on the cell wall by introducing the SCR catalyst into a cell in which the end portion on the fluid inflow side is sealed and the end portion on the fluid outflow side is opened.
請求項14に記載のハニカムフィルタの製造方法では、キャリアガス流入工程において、後述する乾燥工程等で形成されたセラミック粒子を含むキャリアガスを流体流入側からセルに流入させる。そのため、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面にセラミック粒子が堆積し、濾過層が形成される。
一方、触媒付与工程においては、流体流出側、つまり、キャリアガス流入工程においてキャリアガスを流入させた側とは反対の側から、SCR触媒がセルの内部に導入される。
すなわち、キャリアガス流入工程においてキャリアガスを流入させる方向と、触媒付与工程においてSCR触媒を導入する方向とが、逆方向である。これにより、SCR触媒は、セル壁と濾過層とのうちセル壁にのみ担持されているか、又は、セル壁と濾過層との双方に担持され、セル壁に担持されているSCR触媒の量が濾過層に担持されているSCR触媒の量よりも単位体積あたりで多くなる。
従って、捕集されたPMとの距離が遠いSCR触媒の量を多くすることができる。すなわち、PMを燃焼させる再生処理を行った際に、熱によって劣化してしまわないSCR触媒の量を多くすることができるため、長期間に亘ってNOxの浄化機能を確保することができる。In the honeycomb filter manufacturing method according to the fourteenth aspect, in the carrier gas inflow step, a carrier gas containing ceramic particles formed in a drying step or the like described later is caused to flow into the cell from the fluid inflow side. Therefore, ceramic particles are deposited on the surface of the cell wall of the cell in which the end portion on the fluid inflow side is opened and the end portion on the fluid outflow side is sealed, and a filtration layer is formed.
On the other hand, in the catalyst application step, the SCR catalyst is introduced into the cell from the fluid outflow side, that is, the side opposite to the side into which the carrier gas is introduced in the carrier gas inflow step.
That is, the direction in which the carrier gas is introduced in the carrier gas inflow process is opposite to the direction in which the SCR catalyst is introduced in the catalyst application process. Accordingly, the SCR catalyst is supported only on the cell wall of the cell wall and the filtration layer, or is supported on both the cell wall and the filtration layer, and the amount of the SCR catalyst supported on the cell wall is reduced. The amount per unit volume is larger than the amount of the SCR catalyst supported on the filtration layer.
Therefore, the amount of the SCR catalyst that is far from the collected PM can be increased. That is, when the regeneration process for burning PM is performed, the amount of the SCR catalyst that does not deteriorate due to heat can be increased, so that the NOx purification function can be ensured over a long period of time.
さらに、請求項14に記載のハニカムフィルタの製造方法では、濾過層が有する気孔の平均気孔径をa、SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径をbとしたとき、a<bを満たす部分を含むハニカムフィルタを製造する。
従って、触媒付与工程において、SCR触媒が濾過層に詰まることを防止することができる。その結果、圧力損失の低いハニカムフィルタを製造することができる。Furthermore, in the method for manufacturing a honeycomb filter according to claim 14, when the average pore diameter of the pores of the filtration layer is a and the average particle diameter of the particles constituting the SCR catalyst is b, a portion satisfying a <b is satisfied. A honeycomb filter including the same is manufactured.
Therefore, the SCR catalyst can be prevented from clogging the filtration layer in the catalyst application step. As a result, a honeycomb filter with low pressure loss can be manufactured.
請求項15に記載のハニカムフィルタの製造方法では、上記液滴分散工程において、スプレーを用いて上記液滴を上記キャリアガス中に分散させる。
スプレーを用いて液滴をキャリアガス中に分散させることにより、球形の液滴を作製することができる。球形の液滴から得られるセラミック粒子は球形になるので、球形のセラミック粒子をセル壁の表面に堆積させることができる。In the method for manufacturing a honeycomb filter according to a fifteenth aspect, in the droplet dispersion step, the droplets are dispersed in the carrier gas using a spray.
Spherical droplets can be produced by dispersing the droplets in a carrier gas using a spray. Since the ceramic particles obtained from the spherical droplets become spherical, the spherical ceramic particles can be deposited on the surface of the cell wall.
請求項16に記載のハニカムフィルタの製造方法では、上記液滴には、上記セラミック粒子の原材料として、加熱により耐熱性酸化物となる耐熱性酸化物前駆体が含まれている。
液滴に耐熱性酸化物前駆体が含まれている場合、キャリアガスを加熱することによって耐熱性酸化物の粒子を得ることができる。そして、耐熱性酸化物の粒子をセルに流入させることによって、耐熱性酸化物の粒子から構成される濾過層を形成することができる。
また、耐熱性酸化物前駆体を含む液滴をセルに流入させた後、耐熱性酸化物前駆体を加熱することによって耐熱性酸化物の粒子を得ることによっても、耐熱性酸化物の粒子から構成される濾過層を形成することができる。In the method for manufacturing a honeycomb filter according to claim 16, the droplet includes a heat-resistant oxide precursor that becomes a heat-resistant oxide by heating as a raw material of the ceramic particles.
When the droplets contain a heat resistant oxide precursor, the heat resistant oxide particles can be obtained by heating the carrier gas. And the filtration layer comprised from the particle | grains of a heat resistant oxide can be formed by flowing the particle | grains of a heat resistant oxide into a cell.
Alternatively, after the droplet containing the heat-resistant oxide precursor is allowed to flow into the cell, the heat-resistant oxide precursor is heated to obtain particles of the heat-resistant oxide. A configured filtration layer can be formed.
請求項17に記載のハニカムフィルタの製造方法は、上記キャリアガスを100〜800℃で乾燥する乾燥工程をさらに含む。
キャリアガスを加熱することによって、例えば、上述のように耐熱性酸化物の粒子から構成される濾過層を形成することができる。The method for manufacturing a honeycomb filter according to claim 17 further includes a drying step of drying the carrier gas at 100 to 800 ° C.
By heating the carrier gas, for example, a filtration layer composed of heat-resistant oxide particles can be formed as described above.
請求項18に記載のハニカムフィルタの製造方法は、上記キャリアガスを流入させたセラミックハニカム基材を900〜1500℃に加熱する加熱工程をさらに含む。
キャリアガスを流入させたセラミックハニカム基材を加熱することによって、例えば、上述のように耐熱性酸化物の粒子から構成される濾過層を形成することができる。The method for manufacturing a honeycomb filter according to claim 18 further includes a heating step of heating the ceramic honeycomb substrate into which the carrier gas has been introduced to 900 to 1500 ° C.
By heating the ceramic honeycomb substrate into which the carrier gas has been introduced, for example, a filtration layer composed of heat-resistant oxide particles can be formed as described above.
請求項19に記載のハニカムフィルタの製造方法において、上記液滴には、上記セラミック粒子の原材料として、加熱により耐熱性酸化物となる耐熱性酸化物前駆体が含まれており、上記乾燥工程では、上記液滴から球形状の上記セラミック粒子が形成される。 20. The method for manufacturing a honeycomb filter according to claim 19, wherein the droplet includes a heat-resistant oxide precursor that becomes a heat-resistant oxide by heating as a raw material of the ceramic particles. The spherical ceramic particles are formed from the droplets.
請求項20に記載のハニカムフィルタの製造方法において、上記キャリアガス流入工程では、上記セラミック粒子が上記セル壁の表面に堆積されることにより、上記濾過層が形成される。
The honeycomb filter manufacturing method according to
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be applied with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention.
(第一実施形態)
以下、本発明のハニカムフィルタ及びハニカムフィルタの製造方法の一実施形態である第一実施形態について説明する。(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment which is an embodiment of a honeycomb filter and a method for manufacturing a honeycomb filter of the present invention will be described.
まず、本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタについて説明する。
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタは、
流体を流通させるための多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、上記セルの流体流入側又は流体流出側のいずれかの端部が封止されてなるセラミックハニカム基材と、
上記セル壁の表面のうち、上記流体流入側の端部が開口され、上記流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面に形成された濾過層と、
上記濾過層が形成されたセル壁において、上記流体流入側の端部が封止され、上記流体流出側の端部が開口されたセルのセル壁の表面に担持されたSCR触媒とを備え、
上記濾過層が有する気孔の平均気孔径をa(μm)、上記SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径をb(μm)としたとき、a<bを満たす部分を含むことを特徴とする。First, the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention will be described.
The honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention,
A ceramic honeycomb substrate in which a large number of cells for circulating a fluid are arranged side by side in the longitudinal direction across a cell wall, and either the fluid inflow side or the fluid outflow side of the cell is sealed;
Of the surface of the cell wall, a filtration layer formed on the surface of the cell wall of the cell in which the end portion on the fluid inflow side is opened and the end portion on the fluid outflow side is sealed;
An SCR catalyst carried on the surface of the cell wall of the cell in which the end portion on the fluid inflow side is sealed and the end portion on the fluid outflow side is opened in the cell wall in which the filtration layer is formed;
When the average pore diameter of the pores of the filtration layer is a (μm) and the average particle diameter of the particles constituting the SCR catalyst is b (μm), a portion satisfying a <b is included.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタでは、セラミックハニカム基材(セラミックブロック)が複数個のハニカム焼成体から構成されている。また、ハニカムフィルタを構成するハニカム焼成体が有する多数のセルが、大容量セルと小容量セルとからなり、大容量セルの長手方向に垂直な断面の面積は、小容量セルの長手方向に垂直な断面の面積よりも大きい。 In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the ceramic honeycomb substrate (ceramic block) is composed of a plurality of honeycomb fired bodies. In addition, a large number of cells included in the honeycomb fired body constituting the honeycomb filter are composed of large-capacity cells and small-capacity cells, and the cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction of the large-capacity cells is perpendicular to the longitudinal direction of the small-capacity cells. Larger than the cross-sectional area.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタは、ハニカム焼成体を含むセラミックハニカム基材のセル壁の表面に濾過層を形成したものである。
本明細書においては、セル壁の表面に濾過層が形成されていないものを「セラミックハニカム基材」、セル壁の表面に濾過層が形成されたものを「ハニカムフィルタ」として両者を区別する。
また、以下の説明において、単に、ハニカム焼成体の断面と表記した場合、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面を指す。同様に、単に、ハニカム焼成体の断面積と表記した場合、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面の面積を指す。The honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention is obtained by forming a filtration layer on the surface of a cell wall of a ceramic honeycomb substrate including a honeycomb fired body.
In the present specification, those having a filtration layer formed on the surface of the cell wall are referred to as “ceramic honeycomb substrate”, and those having the filtration layer formed on the cell wall are referred to as “honeycomb filter”.
Further, in the following description, when the cross section of the honeycomb fired body is simply indicated, it indicates a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body. Similarly, when simply expressed as the cross-sectional area of the honeycomb fired body, it refers to the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body.
図1は、本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタの一例を模式的に示す斜視図である。
図2(a)は、図1に示すハニカムフィルタを構成するハニカム焼成体の一例を模式的に示す斜視図である。図2(b)は、図2(a)に示すハニカム焼成体のA−A線断面図である。
図3は、図2(a)及び図2(b)に示すハニカム焼成体のセル壁の部分拡大断面図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention.
Fig.2 (a) is a perspective view which shows typically an example of the honeycomb fired body which comprises the honeycomb filter shown in FIG. Fig. 2 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of the honeycomb fired body shown in Fig. 2 (a).
FIG. 3 is a partially enlarged sectional view of the cell wall of the honeycomb fired body shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
図1に示すハニカムフィルタ100では、複数個のハニカム焼成体110が接着材層101を介して結束されてセラミックハニカム基材(セラミックブロック)103を構成し、さらに、このセラミックハニカム基材(セラミックブロック)103の外周には、排ガスの漏れを防止するための外周コート層102が形成されている。なお、外周コート層は、必要に応じて形成されていればよい。
このような、複数個のハニカム焼成体が結束されてなるハニカムフィルタは、集合型ハニカムフィルタともいう。
ハニカムフィルタ100を構成するハニカム焼成体110については後述するが、炭化ケイ素又はケイ素含有炭化ケイ素からなる多孔質体であることが好ましい。In the
Such a honeycomb filter formed by binding a plurality of honeycomb fired bodies is also referred to as a collective honeycomb filter.
Although the honeycomb fired
図2(a)及び図2(b)に示すハニカム焼成体110には、多数のセル111a及び111bがセル壁113を隔てて長手方向(図2(a)中、矢印aの方向)に並設されるとともに、その外周に外周壁114が形成されている。セル111a及び111bのいずれかの端部は、封止材112a又は112bで封止されている。
そして、図2(b)及び図3に示すように、ハニカム焼成体110のセル壁113の表面には、濾過層115が形成されている。
さらに、図3に示すように、ハニカム焼成体110のセル壁113には、SCR触媒116が担持されている。
なお、図2(a)に示すハニカム焼成体110では、濾過層115及びSCR触媒116を図示していない。また、図2(b)に示すハニカム焼成体110では、SCR触媒116を図示していない。In the honeycomb fired
As shown in FIGS. 2B and 3, a
Further, as shown in FIG. 3, the
In the honeycomb fired
図2(a)及び図2(b)に示すハニカム焼成体110においては、長手方向に垂直な断面の面積が小容量セル111bより相対的に大きい大容量セル111aと、長手方向に垂直な断面の面積が大容量セル111aより相対的に小さい小容量セル111bとが、交互に配設されている。
大容量セル111aの長手方向に垂直な断面の形状は略八角形であり、小容量セル111bの長手方向に垂直な断面の形状は略四角形である。In the honeycomb fired
The shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
図2(a)及び図2(b)に示すハニカム焼成体110において、大容量セル111aは、ハニカム焼成体110の第1の端面117a側の端部が開口され、第2の端面117b側の端部が封止材112aにより封止されている。一方、小容量セル111bは、ハニカム焼成体110の第2の端面117b側の端部が開口され、第1の端面117a側の端部で封止材112bにより封止されている。
従って、図2(b)に示すように、大容量セル111aに流入した排ガスG1(図2(b)中、排ガスをG1で示し、排ガスの流れを矢印で示す)は、必ず、大容量セル111aと小容量セル111bとを隔てるセル壁113を通過した後、小容量セル111bから流出するようになっている。排ガスG1がセル壁113を通過する際に、排ガス中のPM等が捕集されるため、大容量セル111a及び小容量セル111bを隔てるセル壁113は、フィルタとして機能する。
このように、ハニカム焼成体110の大容量セル111a及び小容量セル111bには、排ガス等の気体を流通させることができる。図2(b)に示す方向に排ガス等の気体を流通させる場合、ハニカム焼成体110の第1の端面117a側の端部(小容量セル111bが封止されている側の端部)を流体流入側の端部といい、ハニカム焼成体110の第2の端面117b側の端部(大容量セル111aが封止されている側の端部)を流体流出側の端部という。In the honeycomb fired
Therefore, as shown in FIG. 2B, the exhaust gas G 1 flowing into the large-
Thus, gas such as exhaust gas can be circulated through the large-
すなわち、流体流入側の端部が開口している大容量セル111aは、流体流入側のセル111aであり、流体流出側の端部が開口している小容量セル111bは、流体流出側のセル111bといえる。
That is, the
以下、濾過層について説明する。 Hereinafter, the filtration layer will be described.
濾過層は、セラミック粒子からなり、好ましくは球状セラミック粒子からなる。
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、濾過層を形成するセラミック粒子は、耐熱性酸化物からなることが好ましい。
濾過層が耐熱性酸化物から構成されていると、PMを燃焼させる再生処理を行った際にも、濾過層が溶融する等の不都合が発生しない。そのため、耐熱性に優れたハニカムフィルタとすることができる。
耐熱性酸化物としては、アルミナ、シリカ、ムライト、セリア、コージェライト、ジルコニア及びチタニア等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記耐熱性酸化物の中では、アルミナが好ましい。The filtration layer is made of ceramic particles, preferably spherical ceramic particles.
In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the ceramic particles forming the filtration layer are preferably made of a heat-resistant oxide.
When the filtration layer is made of a heat-resistant oxide, inconveniences such as melting of the filtration layer do not occur even when regeneration processing for burning PM is performed. Therefore, a honeycomb filter having excellent heat resistance can be obtained.
Examples of the heat-resistant oxide include alumina, silica, mullite, ceria, cordierite, zirconia, and titania. These may be used alone or in combination of two or more.
Of the above heat-resistant oxides, alumina is preferable.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、濾過層を構成する粒子の平均粒子径は、0.2〜1.2μmであることが好ましく、0.2〜0.9μmであることがより好ましく、0.5〜0.8μmであることがさらに好ましい。
濾過層を構成する粒子の平均粒子径が0.2μm未満であると、濾過層を構成する粒子が小さすぎるために、セル壁の表面に濾過層が形成されにくくなる。また、濾過層を構成する粒子の平均粒子径が0.2μm未満であると、濾過層を構成する粒子がセル壁の内部(細孔)に侵入して細孔を塞ぐことがあるため、圧力損失が大きくなることがある。一方、濾過層を構成する粒子の平均粒子径が1.2μmを超えると、濾過層を構成する粒子が大きすぎるために、濾過層を形成しても、濾過層の気孔径が大きくなる。そのため、PMが濾過層を通過してセル壁の細孔に侵入し、セル壁の内部でPMが捕集される「深層濾過」の状態になってしまい、圧力損失が大きくなる。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the average particle diameter of the particles constituting the filtration layer is preferably 0.2 to 1.2 μm, and more preferably 0.2 to 0.9 μm. Preferably, it is 0.5-0.8 micrometer.
When the average particle diameter of the particles constituting the filtration layer is less than 0.2 μm, the particles constituting the filtration layer are too small, and thus the filtration layer is hardly formed on the surface of the cell wall. In addition, if the average particle diameter of the particles constituting the filtration layer is less than 0.2 μm, the particles constituting the filtration layer may enter the inside (pores) of the cell wall and block the pores. Loss may increase. On the other hand, if the average particle diameter of the particles constituting the filtration layer exceeds 1.2 μm, the particles constituting the filtration layer are too large, so even if the filtration layer is formed, the pore size of the filtration layer is increased. Therefore, PM passes through the filtration layer and enters the pores of the cell wall, resulting in a “depth filtration” state in which PM is collected inside the cell wall, and the pressure loss increases.
なお、濾過層を構成する粒子の平均粒子径は、以下の方法により測定することができる。
ハニカムフィルタを構成するハニカム焼成体を加工して、10mm×10mm×10mmのサンプルを作製する。
作製したサンプルの任意の1箇所について、サンプルの表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察する。この際、濾過層を構成する粒子が一視野内に入るようにする。SEMの観察条件は、加速電圧:15.00kV、作動距離(WD):15.00mm、倍率:10000倍とする。
次に、一視野内における全ての粒子の粒子径を目視で測定する。一視野内にて測定した全ての粒子の粒子径の平均値を「濾過層を構成する粒子の平均粒子径」とする。In addition, the average particle diameter of the particle | grains which comprise a filtration layer can be measured with the following method.
A honeycomb fired body constituting the honeycomb filter is processed to prepare a sample of 10 mm × 10 mm × 10 mm.
The surface of the sample is observed with a scanning electron microscope (SEM) at any one location of the prepared sample. At this time, the particles constituting the filtration layer are set within one field of view. The observation conditions of SEM are acceleration voltage: 15.00 kV, working distance (WD): 15.00 mm, and magnification: 10,000 times.
Next, the particle diameters of all the particles in one field of view are visually measured. The average value of the particle diameters of all the particles measured within one field of view is defined as “the average particle diameter of the particles constituting the filtration layer”.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、濾過層が有する気孔の平均気孔径をaとしたとき、aは、0.5〜3.0μmであることが好ましく、0.7〜2.0μmであることがより好ましく、1.0〜1.9μmであることがさらに好ましい。
aが0.5μm未満であると、ガスが濾過層を透過しにくくなるため、透過抵抗が大きくなってしまう。一方、aが3.0μmを超えると、PMが濾過層を通過しやすくなるため、充分なPMの捕集効率が得られにくくなる。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, when the average pore diameter of the pores of the filtration layer is a, a is preferably 0.5 to 3.0 μm, and 0.7 to 2. It is more preferably 0 μm, and further preferably 1.0 to 1.9 μm.
If a is less than 0.5 μm, the gas is difficult to permeate the filtration layer, and the permeation resistance increases. On the other hand, when a exceeds 3.0 μm, it becomes difficult for PM to pass through the filtration layer, so that it is difficult to obtain sufficient PM collection efficiency.
なお、濾過層が有する気孔の平均気孔径aは、以下の方法により測定することができる。
まず、濾過層を構成する粒子の平均粒子径を測定する際と同様に、ハニカムフィルタを構成するハニカム焼成体を加工して、10mm×10mm×10mmのサンプルを作製する。
作製したサンプルの任意の1箇所について、サンプルの表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察する。SEMの観察条件は、加速電圧:15.00kV、作動距離(WD):15.00mm、倍率:10000倍とする。
得られたSEM写真を二値化処理し、粒子間の隙間に内接する円の直径を10箇所以上測定する。測定した内接円の直径の平均値を「濾過層が有する気孔の平均気孔径a」とする。In addition, the average pore diameter a of the pores of the filtration layer can be measured by the following method.
First, in the same manner as when measuring the average particle diameter of the particles constituting the filtration layer, the honeycomb fired body constituting the honeycomb filter is processed to produce a 10 mm × 10 mm × 10 mm sample.
The surface of the sample is observed with a scanning electron microscope (SEM) at any one location of the prepared sample. The observation conditions of SEM are acceleration voltage: 15.00 kV, working distance (WD): 15.00 mm, and magnification: 10,000 times.
The obtained SEM photograph is binarized, and the diameter of a circle inscribed in the gap between the particles is measured at 10 or more locations. The measured average value of the diameter of the inscribed circle is defined as “average pore diameter a of pores of the filtration layer”.
また、本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、濾過層には、中空粒子が含まれていてもよい。 In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the filtration layer may contain hollow particles.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、濾過層の厚さは、3〜60μmであることが好ましく、5〜40μmであることがより好ましく、10〜25μmであることがさらに好ましい。
濾過層の厚さが3μm未満であると、濾過層が薄すぎるため、PMが捕集されにくくなる。一方、濾過層の厚さが60μmを超えると、濾過層が厚すぎるため、圧力損失が上昇しやすくなる。
また、本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、濾過層の厚さは、一定であることが好ましい。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the thickness of the filtration layer is preferably 3 to 60 μm, more preferably 5 to 40 μm, and further preferably 10 to 25 μm.
When the thickness of the filtration layer is less than 3 μm, the filtration layer is too thin, so that PM is hardly collected. On the other hand, when the thickness of the filtration layer exceeds 60 μm, the filtration layer is too thick, and the pressure loss is likely to increase.
In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, it is preferable that the thickness of the filtration layer is constant.
なお、濾過層の厚さは、以下の方法により測定することができる。
図4は、濾過層の厚さの測定方法を説明するための模式図である。
まず、濾過層を構成する粒子の平均粒子径を測定する際と同様に、ハニカムフィルタを構成するハニカム焼成体を加工して、10mm×10mm×10mmのサンプルを作製する。
作製したサンプルの任意の1箇所について、セルの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察する。SEMの観察条件は、加速電圧:15.00kV、作動距離(WD):15.00mm、倍率:500〜1000倍とする。
図4では、分かりやすいように、実際のSEM写真の代わりに模式図で示している。
次に、図4に示すように、濾過層を構成する粒子の下面に沿って線を引き、これを下面LBとする。また、濾過層を構成する粒子の上面に沿って線を引き、これを上面LSとする。
続いて、SEM写真における左右方向(ハニカム焼成体の長手方向)に50分割する。分割した50箇所において、上面LSと下面LBとの間の距離を測定し、n番目(nは1〜50の整数)の箇所における濾過層の厚さL(n)とする。そして、L(1)〜L(50)の平均値を「濾過層の厚さ」とする。In addition, the thickness of a filtration layer can be measured with the following method.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method of measuring the thickness of the filtration layer.
First, in the same manner as when measuring the average particle diameter of the particles constituting the filtration layer, the honeycomb fired body constituting the honeycomb filter is processed to produce a 10 mm × 10 mm × 10 mm sample.
The cell cross section is observed with a scanning electron microscope (SEM) at any one location of the prepared sample. The observation conditions of SEM are acceleration voltage: 15.00 kV, working distance (WD): 15.00 mm, and magnification: 500 to 1000 times.
In FIG. 4, for the sake of easy understanding, a schematic diagram is shown instead of an actual SEM photograph.
Next, as shown in FIG. 4, draw a line along the lower surface of the particles constituting the filtration layer, which is the lower surface L B. Also, draw a line along the upper surface of the particles constituting the filtration layer, which is the upper surface L S.
Subsequently, it is divided into 50 in the left-right direction (longitudinal direction of the honeycomb fired body) in the SEM photograph. In divided 50 points, to measure the distance between the upper surface L S and the lower surface L B, n-th (n is an integer of 1 to 50) and the thickness L (n) of the filter layer at the location of. And let the average value of L (1) -L (50) be "the thickness of a filtration layer".
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、濾過層は、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面のみに形成されている。
排ガスはハニカムフィルタの流体流入側からセル内に流入するため、排ガス中のPMは、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁に多く堆積される。従って、濾過層が、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面のみに形成されていると、濾過層でPMを捕集することができるため、深層濾過を防止することができる。
なお、本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、濾過層は、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面の全体に形成されていることが好ましいが、上記セル壁の表面の一部に濾過層が形成されていない部分があってもよい。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the filtration layer is formed only on the surface of the cell wall of the cell in which the end on the fluid inflow side is opened and the end on the fluid outflow side is sealed. .
Since the exhaust gas flows into the cell from the fluid inflow side of the honeycomb filter, a large amount of PM in the exhaust gas accumulates on the cell wall of the cell where the end on the fluid inflow side is opened and the end on the fluid outflow side is sealed. Is done. Therefore, when the filtration layer is formed only on the surface of the cell wall of the cell in which the end on the fluid inflow side is opened and the end on the fluid outflow side is sealed, PM is collected by the filtration layer. Therefore, depth filtration can be prevented.
In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the filtration layer is formed on the entire surface of the cell wall of the cell in which the end on the fluid inflow side is opened and the end on the fluid outflow side is sealed. However, there may be a portion where the filtration layer is not formed on a part of the surface of the cell wall.
以下、SCR触媒について説明する。 Hereinafter, the SCR catalyst will be described.
SCR触媒は、選択還元型NOx触媒ともいい、アンモニアを用いて排ガス中のNOxを還元浄化する。また、SCR触媒は、尿素及びアンモニアを吸着する機能を有する。 The SCR catalyst is also called a selective reduction type NOx catalyst, and reduces and purifies NOx in exhaust gas using ammonia. The SCR catalyst has a function of adsorbing urea and ammonia.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、SCR触媒は、ゼオライトであることが好ましい。 In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the SCR catalyst is preferably zeolite.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、SCR触媒の担持量は、80〜200g/Lであることが好ましく、100〜200g/Lであることがより好ましく、100〜150g/Lであることがさらに好ましい。
SCR触媒の担持量が80〜200g/Lであると、上記ハニカムフィルタを尿素SCR装置に用いた場合に、排ガス中のNOxを充分に浄化することができる。
SCR触媒の担持量が80g/L未満であると、尿素SCR装置用のハニカムフィルタとしてのNOx浄化性能が充分ではない。一方、SCR触媒の担持量が200g/Lを超えると、SCR触媒がセルを塞いでしまい、PMが堆積しない状態でも圧力損失が上昇しやすくなる。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the supported amount of the SCR catalyst is preferably 80 to 200 g / L, more preferably 100 to 200 g / L, and 100 to 150 g / L. More preferably.
When the supported amount of the SCR catalyst is 80 to 200 g / L, NOx in the exhaust gas can be sufficiently purified when the honeycomb filter is used in a urea SCR device.
When the supported amount of the SCR catalyst is less than 80 g / L, the NOx purification performance as a honeycomb filter for the urea SCR device is not sufficient. On the other hand, when the loading amount of the SCR catalyst exceeds 200 g / L, the SCR catalyst closes the cell, and the pressure loss is likely to increase even when PM is not deposited.
本明細書において、SCR触媒の担持量とは、ハニカムフィルタの見掛けの体積1リットル当たりのSCR触媒の重量をいう。
なお、ハニカムフィルタの見掛けの体積は、接着材層及び/又は外周コート層の体積を含むこととする。In this specification, the loading amount of the SCR catalyst means the weight of the SCR catalyst per liter of the apparent volume of the honeycomb filter.
Note that the apparent volume of the honeycomb filter includes the volume of the adhesive layer and / or the outer peripheral coat layer.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径をbとしたとき、bは、0.7〜5.0μmであることが好ましく、2.0〜4.0μmであることがより好ましく、2.1〜4.0μmであることがさらに好ましい。
bが0.7μm未満であると、SCR触媒を構成する粒子が小さすぎるため、該粒子が濾過層に詰まりやすくなる。一方、bが5.0μmを超えると、SCR触媒を構成する粒子は濾過層に詰まりにくくはなるものの、該粒子の比表面積が小さくなるため、充分なNOx浄化率が得られにくくなる。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, when the average particle diameter of the particles constituting the SCR catalyst is b, b is preferably 0.7 to 5.0 μm, and 2.0 to 4 The thickness is more preferably 0.0 μm, and even more preferably 2.1 to 4.0 μm.
When b is less than 0.7 μm, the particles constituting the SCR catalyst are too small, and the particles are likely to clog the filtration layer. On the other hand, when b exceeds 5.0 μm, the particles constituting the SCR catalyst are less likely to be clogged in the filtration layer, but the specific surface area of the particles is small, so that it is difficult to obtain a sufficient NOx purification rate.
なお、SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径bは、濾過層を構成する粒子の平均粒子径と同様の方法により測定することができる。上記平均粒子径bを測定する場合には、SCR触媒を構成する粒子が一視野内に入るようにSEM観察を行えばよい。
また、上記平均粒子径bは、セラミックハニカム基材に担持させる前のSCR触媒を構成する粒子(例えば、後述するゼオライトスラリーに含まれるゼオライト粒子等)から求めた平均粒子径を代用することもできる。The average particle diameter b of the particles constituting the SCR catalyst can be measured by the same method as the average particle diameter of the particles constituting the filtration layer. When the average particle diameter b is measured, SEM observation may be performed so that the particles constituting the SCR catalyst fall within one field of view.
In addition, the average particle diameter b can be substituted with an average particle diameter obtained from particles (for example, zeolite particles contained in a zeolite slurry described later) constituting the SCR catalyst before being supported on the ceramic honeycomb substrate. .
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、SCR触媒は、濾過層が形成されたセル壁において、流体流入側の端部が封止され、流体流出側の端部が開口されたセルのセル壁の表面に担持されている。
なお、本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、SCR触媒は、流体流入側の端部が封止され、流体流出側の端部が開口されたセルのセル壁の表面の全体に担持されていることが好ましいが、上記セル壁の表面の一部にSCR触媒が担持されていない部分があってもよい。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the SCR catalyst is a cell wall in which a filtration layer is formed, the end of the fluid inflow side is sealed, and the end of the fluid outflow side is opened. It is carried on the surface of the cell wall.
In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the SCR catalyst is supported on the entire surface of the cell wall of the cell in which the end on the fluid inflow side is sealed and the end on the fluid outflow side is opened. However, it is possible that a part of the surface of the cell wall does not support the SCR catalyst.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、SCR触媒は、セラミックハニカム基材のセル壁が有する気孔にさらに担持されていてもよい。 In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the SCR catalyst may be further supported on the pores of the cell walls of the ceramic honeycomb substrate.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、SCR触媒は、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面にさらに担持されていてもよい。
また、SCR触媒は、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面側よりも、流体流入側の端部が封止され、流体流出側の端部が開口されたセルのセル壁の表面側の方に多く担持されていることが好ましい。
この場合、捕集されたPMとSCR触媒との接触を防ぐことができる。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the SCR catalyst is further supported on the surface of the cell wall of the cell in which the end on the fluid inflow side is opened and the end on the fluid outflow side is sealed. Also good.
The SCR catalyst has an end on the fluid inflow side that is open and an end on the fluid inflow side is sealed from the surface side of the cell wall of the cell that is sealed at the end on the fluid outflow side. It is preferable that a large number of the side ends are supported on the surface side of the cell wall of the opened cell.
In this case, contact between the collected PM and the SCR catalyst can be prevented.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、SCR触媒は、濾過層の表面に担持されていないことが好ましい。
この場合、PMを燃焼させる再生処理を行った際に、熱によるSCR触媒の劣化を抑制することができる。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the SCR catalyst is preferably not supported on the surface of the filtration layer.
In this case, the deterioration of the SCR catalyst due to heat can be suppressed when the regeneration process for burning PM is performed.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいては、濾過層が有する気孔の平均気孔径をa、SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径をbとしたとき、a<bを満たす部分が含まれていることを特徴としている。 The honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention includes a portion satisfying a <b, where a is the average pore diameter of the pores of the filtration layer and b is the average particle diameter of the particles constituting the SCR catalyst. It is characterized by being.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいては、ハニカムフィルタ全体がa<bを満たしていなくてもよく、ハニカムフィルタの一部がa<bを満たしていればよい。
具体的には、a<bを満たす部分は、ハニカムフィルタ全体の60%以下であってもよく、40%以下であってもよい。一方、a<bを満たす部分は、ハニカムフィルタ全体の20%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。
a<bを満たす部分をハニカムフィルタ全体の40%以下とすることにより、SCR触媒が濾過層に詰まることを防止することができる。従って、圧力損失の上昇を抑制することができる。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the entire honeycomb filter may not satisfy a <b, and a part of the honeycomb filter only needs to satisfy a <b.
Specifically, the portion satisfying a <b may be 60% or less of the whole honeycomb filter or 40% or less. On the other hand, the portion satisfying a <b is preferably 20% or more of the whole honeycomb filter, and more preferably 30% or more.
By setting the portion satisfying a <b to 40% or less of the entire honeycomb filter, it is possible to prevent the SCR catalyst from being clogged in the filtration layer. Therefore, an increase in pressure loss can be suppressed.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、セル壁の気孔率は、55〜70%であることが好ましい。
セラミックハニカム基材のセル壁の気孔率が55〜70%であると、セル壁に多量のSCR触媒を担持させることができる。
セル壁の気孔率が55%未満であると、セラミックハニカム基材に多量のSCR触媒を担持させた場合、セル壁の気孔部分にSCR触媒が詰まってしまい、排ガスがセル壁を通りにくくなるため、排ガスが拡散しにくくなり、SCR触媒の作用が充分に発揮されにくくなる。一方、セル壁の気孔率が70%を超えると、セラミックハニカム基材の強度が低下しやすくなる。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the cell wall preferably has a porosity of 55 to 70%.
When the porosity of the cell wall of the ceramic honeycomb substrate is 55 to 70%, a large amount of SCR catalyst can be supported on the cell wall.
When the porosity of the cell wall is less than 55%, when a large amount of the SCR catalyst is supported on the ceramic honeycomb substrate, the SCR catalyst is clogged in the pore portion of the cell wall, and the exhaust gas does not easily pass through the cell wall. The exhaust gas is less likely to diffuse and the action of the SCR catalyst is not sufficiently exhibited. On the other hand, when the porosity of the cell wall exceeds 70%, the strength of the ceramic honeycomb substrate tends to decrease.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、セル壁の平均気孔径は、15〜30μmであることが好ましい。
セル壁の平均気孔径が15μm未満であると、セル壁にSCR触媒を担持させた後の圧力損失が上昇しやすくなる。一方、セル壁の平均気孔径が30μmを超えると、セル壁の表面に濾過層を形成することが困難となる。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the average pore diameter of the cell walls is preferably 15 to 30 μm.
When the average pore diameter of the cell wall is less than 15 μm, the pressure loss after the SCR catalyst is supported on the cell wall tends to increase. On the other hand, when the average pore diameter of the cell wall exceeds 30 μm, it becomes difficult to form a filtration layer on the surface of the cell wall.
なお、上記気孔率及び気孔径は、従来公知の水銀圧入法により測定することができる。 The porosity and pore diameter can be measured by a conventionally known mercury intrusion method.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、セル壁の厚さは、0.12〜0.40mmであることが好ましく、0.20〜0.30mmであることがより好ましい。
セル壁の厚さが0.12mm未満であると、セル壁の厚さが薄くなり、ハニカム焼成体の強度を保つことができなくなる。一方、セル壁の厚さが0.40mmを超えると、ハニカム構造体の圧力損失の上昇を引き起こしやすくなる。
なお、セル壁の厚さとは、セルとセルとの間の厚さをいう。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the cell wall thickness is preferably 0.12 to 0.40 mm, and more preferably 0.20 to 0.30 mm.
When the cell wall thickness is less than 0.12 mm, the cell wall thickness becomes thin, and the strength of the honeycomb fired body cannot be maintained. On the other hand, when the thickness of the cell wall exceeds 0.40 mm, the pressure loss of the honeycomb structure tends to increase.
In addition, the thickness of a cell wall means the thickness between cells.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、ハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度は、特に限定されないが、好ましい下限は、31.0個/cm2(200個/inch2)、好ましい上限は、93.0個/cm2(600個/inch2)、より好ましい下限は、38.8個/cm2(250個/inch2)、より好ましい上限は、77.5個/cm2(500個/inch2)である。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body is not particularly limited, but a preferable lower limit is 31.0 cells / cm 2 (200 cells / inch 2). ), A preferred upper limit is 93.0 pieces / cm 2 (600 pieces / inch 2 ), a more preferred lower limit is 38.8 pieces / cm 2 (250 pieces / inch 2 ), and a more preferred upper limit is 77.5 pieces. / Cm 2 (500 pieces / inch 2 ).
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、ハニカム焼成体が有する大容量セル及び小容量セルの長手方向に垂直な断面の形状としては、以下のような形状を挙げることができる。
図5(a)、図5(b)及び図5(c)は、本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタを構成するハニカム焼成体のセル構造の一例を模式的に示す側面図である。
なお、図5(a)、図5(b)及び図5(c)では、濾過層を図示していない。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, examples of the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the large-capacity cell and the small-capacity cell included in the honeycomb fired body include the following shapes.
5 (a), 5 (b) and 5 (c) are side views schematically showing an example of the cell structure of the honeycomb fired body constituting the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention. .
In addition, the filtration layer is not illustrated in FIGS. 5A, 5B, and 5C.
図5(a)に示すハニカム焼成体120においては、大容量セル121aの長手方向に垂直な断面の形状は略八角形であり、小容量セル121bの長手方向に垂直な断面の形状は略四角形であり、大容量セル121aと小容量セル121bとが交互に配列されている。同様に、図5(b)に示すハニカム焼成体130においても、大容量セル131aの長手方向に垂直な断面の形状は略八角形であり、小容量セル131bの長手方向に垂直な断面の形状は略四角形であり、大容量セル131aと小容量セル131bとが交互に配列されている。図5(a)に示すハニカム焼成体120と図5(b)に示すハニカム焼成体130とでは、小容量セルの長手方向に垂直な断面の面積に対する大容量セルの長手方向に垂直な断面の面積の面積比(大容量セルの長手方向に垂直な断面の面積/小容量セルの長手方向に垂直な断面の面積)が異なっている。
また、図5(c)に示すハニカム焼成体140においては、大容量セル141aの長手方向に垂直な断面の形状は略四角形であり、小容量セル141bの長手方向に垂直な断面の形状は略四角形であり、大容量セル141aと小容量セル141bとが交互に配列されている。In the honeycomb fired
Further, in the honeycomb fired
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、小容量セルの長手方向に垂直な断面の面積に対する大容量セルの長手方向に垂直な断面の面積の面積比(大容量セルの長手方向に垂直な断面の面積/小容量セルの長手方向に垂直な断面の面積)は、1.4〜2.8であることが好ましく、1.5〜2.4であることがより好ましい。
流体流入側のセルを大容量セルとし、流体流出側のセルを小容量セルとすることにより、流体流入側のセル(大容量セル)に多くのPMを堆積させることができるが、上記面積比が1.4未満であると、大容量セルの断面積と小容量セルの断面積との差が小さいため、大容量セル及び小容量セルを設けた効果が得られにくくなる。一方、上記面積比が2.8を超えると、小容量セルの長手方向に垂直な断面の面積が小さくなりすぎるため、排ガス等の気体が流体流出側のセル(小容量セル)を通過する際の摩擦に起因する圧力損失が大きくなる。In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the area ratio of the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the large capacity cell to the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the small capacity cell (perpendicular to the longitudinal direction of the large capacity cell) The area of the cross section / the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the small-capacity cell) is preferably 1.4 to 2.8, and more preferably 1.5 to 2.4.
By setting the cell on the fluid inflow side as a large capacity cell and the cell on the fluid outflow side as a small capacity cell, a large amount of PM can be deposited on the cell on the fluid inflow side (large capacity cell). Is less than 1.4, the difference between the cross-sectional area of the large-capacity cell and the cross-sectional area of the small-capacity cell is small, and it is difficult to obtain the effect of providing the large-capacity cell and the small-capacity cell. On the other hand, when the area ratio exceeds 2.8, the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the small-capacity cell becomes too small, so that gas such as exhaust gas passes through the cell (small-capacity cell) on the fluid outflow side. The pressure loss due to the friction increases.
次に、本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタの製造方法について説明する。
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタの製造方法は、
セラミック粉末を用いて、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、上記セルの流体流入側又は流体流出側のいずれかの端部が封止された多孔質のハニカム焼成体を製造するハニカム焼成体製造工程と、
上記セル壁の表面に濾過層を形成する濾過層形成工程と、
上記セル壁にSCR触媒を担持させる触媒付与工程とを含み、
上記濾過層形成工程は、
セラミック粒子の原材料を含む液滴をキャリアガス中に分散させる液滴分散工程と、
上記キャリアガスを、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルに流入させるキャリアガス流入工程とを含み、
上記触媒付与工程では、
流体流入側の端部が封止され、流体流出側の端部が開口されたセルにSCR触媒を導入することにより、上記セル壁にSCR触媒を担持させることを特徴とする。Next, a method for manufacturing a honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention will be described.
The manufacturing method of the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention,
Using a ceramic powder, a porous honeycomb fired body in which a large number of cells are arranged in parallel in the longitudinal direction across a cell wall, and either the fluid inflow side or the fluid outflow side of the cell is sealed. A honeycomb fired body manufacturing process to be manufactured;
A filtration layer forming step of forming a filtration layer on the surface of the cell wall;
A catalyst application step of supporting the SCR catalyst on the cell wall,
The filtration layer forming step includes
A droplet dispersion step of dispersing droplets containing raw materials of ceramic particles in a carrier gas;
A carrier gas inflow step for allowing the carrier gas to flow into a cell in which an end on the fluid inflow side is opened and an end on the fluid outflow side is sealed,
In the catalyst application step,
The SCR catalyst is supported on the cell wall by introducing the SCR catalyst into a cell in which the end portion on the fluid inflow side is sealed and the end portion on the fluid outflow side is opened.
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタの製造方法では、ハニカム焼成体を含むセラミックハニカム基材を作製し、セラミックハニカム基材のセル壁の表面に濾過層を形成した後、濾過層が形成されたセル壁にSCR触媒を担持させる。
以下、濾過層形成工程及び触媒付与工程について説明する。
本実施形態の説明では、濾過層を構成する材料が耐熱性酸化物である場合を例にして説明する。
なお、ハニカム焼成体を含むセラミックハニカム基材を作製する工程については後述する。In the method for manufacturing a honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, a ceramic honeycomb substrate including a honeycomb fired body is manufactured, and a filtration layer is formed on the surface of the cell wall of the ceramic honeycomb substrate. The SCR catalyst is supported on the formed cell wall.
Hereinafter, the filtration layer forming step and the catalyst applying step will be described.
In the description of this embodiment, the case where the material constituting the filtration layer is a heat-resistant oxide will be described as an example.
In addition, the process for producing the ceramic honeycomb substrate including the honeycomb fired body will be described later.
まず、濾過層形成工程について説明する。
図6は、液滴分散工程及びキャリアガスの流入工程の実施形態を模式的に示す断面図である。
図6には、キャリアガスをセラミックハニカム基材のセルに流入させる装置である、キャリアガス流入装置1を示している。
キャリアガス流入装置1は、キャリアガス中に液滴を分散させる液滴分散部20、液滴が分散したキャリアガスが通過する配管部30、キャリアガスをセラミックハニカム基材のセルに流入させる流入部40を備える。
以下、キャリアガス流入装置1を用いて液滴分散工程及びキャリアガスの流入工程を行う場合の例を説明する。First, the filtration layer forming step will be described.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a droplet dispersion step and a carrier gas inflow step.
FIG. 6 shows a carrier gas inflow device 1 that is a device for causing a carrier gas to flow into the cells of the ceramic honeycomb substrate.
The carrier gas inflow device 1 includes a
Hereinafter, an example in which the droplet dispersion step and the carrier gas inflow step are performed using the carrier gas inflow device 1 will be described.
キャリアガス流入装置1には、キャリアガスFが図6中の下方から上方に向かって流れている。キャリアガス流入装置1では、キャリアガスFはキャリアガス流入装置1の下方から導入され、液滴分散部20、配管部30、流入部40を経て流入部40の上方から排出される。
In the carrier gas inflow device 1, the carrier gas F flows from the lower side to the upper side in FIG. In the carrier gas inflow device 1, the carrier gas F is introduced from below the carrier gas inflow device 1, and is discharged from above the
キャリアガスFは、キャリアガス流入装置の下方からの加圧、又は、キャリアガス流入装置の上方からの吸引によって生み出された圧力差によって、図6における下方から上方に加圧されてキャリアガス流入装置1内を上方に流れる。
キャリアガスとしては、800℃までの加熱で反応せず、また、キャリアガス中に分散する液滴中の成分と反応しないガスが用いられる。
キャリアガスの例としては、空気、窒素、アルゴン等のガスが挙げられる。The carrier gas F is pressurized from the lower side to the upper side in FIG. 6 by the pressure difference generated by the pressurization from the lower side of the carrier gas inflow device or the suction from the upper side of the carrier gas inflow device. Flows upward in 1.
As the carrier gas, a gas that does not react by heating up to 800 ° C. and does not react with the components in the droplets dispersed in the carrier gas is used.
Examples of the carrier gas include gases such as air, nitrogen, and argon.
キャリアガス流入装置1の液滴分散部20では、図示しない槽に満たされた酸化物含有溶液がスプレーにより液滴11となって、キャリアガスF中に分散する。
酸化物含有溶液とは、加熱により耐熱性酸化物が形成される耐熱性酸化物前駆体を含む溶液、又は、耐熱性酸化物粒子を含むスラリーを含む概念である。In the
The oxide-containing solution is a concept including a solution containing a heat-resistant oxide precursor in which a heat-resistant oxide is formed by heating, or a slurry containing heat-resistant oxide particles.
耐熱性酸化物前駆体とは、加熱により耐熱性酸化物に誘導される化合物を意味する。
例えば、耐熱性酸化物を構成する金属の水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水和物などが挙げられる。
耐熱性酸化物がアルミナの場合の耐熱性酸化物前駆体、すなわちアルミナ前駆体としては硝酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、ベーマイト、ダイアスポアなどが挙げられる。The heat-resistant oxide precursor means a compound derived from a heat-resistant oxide by heating.
Examples thereof include metal hydroxides, carbonates, nitrates, and hydrates constituting the heat-resistant oxide.
Examples of the heat-resistant oxide precursor when the heat-resistant oxide is alumina, that is, the alumina precursor include aluminum nitrate, aluminum hydroxide, boehmite, and diaspore.
また、耐熱性酸化物粒子を含むスラリーとは、耐熱性酸化物粒子が水中に懸濁した溶液である。 The slurry containing heat-resistant oxide particles is a solution in which heat-resistant oxide particles are suspended in water.
キャリアガスF中に分散した液滴11は、キャリアガスFの流れに乗ってキャリアガス流入装置1の上方に流れていき、配管部30を通過する。
The
キャリアガス流入装置1の配管部30は、液滴11が分散したキャリアガスFが通過する配管である。
配管部30の、キャリアガスFが通過する通路32は、配管の管壁31で囲まれた空間である。The
The
本実施形態で使用するキャリアガス流入装置1では、配管部30に加熱機構33が設けられている。
加熱機構33としては、電気ヒーター等が挙げられる。In the carrier gas inflow device 1 used in the present embodiment, a heating mechanism 33 is provided in the piping
An example of the heating mechanism 33 is an electric heater.
本実施形態では、加熱機構33を用いて配管の管壁31を加熱し、液滴11が分散したキャリアガスFを通過させる。そして、配管部30を通過するキャリアガスFを加熱し、キャリアガスFに分散した液滴11を加熱することが好ましい。
液滴11が加熱されると、液滴に含まれる液体成分が蒸発し、球状セラミック粒子12が形成される。図6では、球状セラミック粒子12を、白い丸で示している。
液滴に耐熱性酸化物前駆体が含まれている場合、キャリアガスの加熱により耐熱性酸化物前駆体は耐熱性酸化物(球状セラミック粒子)となる。In this embodiment, the
When the
When the heat-resistant oxide precursor is contained in the droplet, the heat-resistant oxide precursor becomes a heat-resistant oxide (spherical ceramic particles) by heating the carrier gas.
本実施形態では、加熱機構33を用いて配管の管壁31を100〜800℃に加熱し、液滴11が分散したキャリアガスFを0.1〜3.0秒間通過させることが好ましい。
加熱された配管の温度が100℃未満であり、かつ、キャリアガスを配管に通過させる時間が0.1秒間未満であると、液滴中の水分を充分に蒸発させにくくなる。一方、加熱された配管の温度が800℃を超え、かつ、キャリアガスを配管に通過させる時間が3.0秒間を超えると、ハニカムフィルタを製造するために必要なエネルギーが大きくなりすぎてしまうため、ハニカムフィルタの製造効率が低下する。In the present embodiment, it is preferable that the
If the temperature of the heated pipe is less than 100 ° C. and the time for allowing the carrier gas to pass through the pipe is less than 0.1 seconds, it becomes difficult to sufficiently evaporate the water in the droplets. On the other hand, if the temperature of the heated pipe exceeds 800 ° C. and the time for passing the carrier gas through the pipe exceeds 3.0 seconds, the energy required for manufacturing the honeycomb filter becomes too large. The manufacturing efficiency of the honeycomb filter is reduced.
本実施形態において、配管の長さは、特に限定されないが、500〜3000mmであることが好ましい。
配管の長さが500mm未満であると、キャリアガスを配管に通過させる速度を遅くしても、液滴中の水分を充分に蒸発させにくくなる。一方、配管の長さが3000mmを超えると、ハニカムフィルタを製造するための装置が大きくなりすぎてしまい、ハニカムフィルタの製造効率が低下する。In the present embodiment, the length of the pipe is not particularly limited, but is preferably 500 to 3000 mm.
If the length of the pipe is less than 500 mm, it becomes difficult to sufficiently evaporate the water in the droplets even if the speed of passing the carrier gas through the pipe is slowed. On the other hand, if the length of the pipe exceeds 3000 mm, the apparatus for manufacturing the honeycomb filter becomes too large, and the manufacturing efficiency of the honeycomb filter is lowered.
球状セラミック粒子12は、キャリアガスF中に分散したまま、キャリアガスFの流れに乗ってキャリアガス流入装置1の上方に流れていき、流入部40においてセラミックハニカム基材103のセルに流入する。
While being dispersed in the carrier gas F, the spherical
本実施形態では、セラミックハニカム基材として、ハニカム焼成体が接着材層を介して複数個結束されてなるセラミックブロックを用いる。
セラミックハニカム基材103は、キャリアガス流入装置1の上部において、キャリアガス流入装置1の出口を塞ぐように配置されている。
そのため、キャリアガスFは必ずセラミックハニカム基材103の内部に流入する。In the present embodiment, a ceramic block in which a plurality of honeycomb fired bodies are bound through an adhesive layer is used as the ceramic honeycomb substrate.
The
Therefore, the carrier gas F always flows into the
図6には、セラミックハニカム基材103の断面として、セラミックブロックを構成するハニカム焼成体の断面(図2(b)に示すものと同様の断面)を模式的に示している。
セラミックハニカム基材103においては、流体流入側のセル111aの端部が開口しており、流体流出側のセル111bが封止されている。
そのため、キャリアガスFは流体流入側のセル111aの開口からセラミックハニカム基材103の内部に流入する。
そして、セラミックハニカム基材103の流体流入側のセル111aに、球状セラミック粒子12が分散したキャリアガスFが流入すると、球状セラミック粒子12はセラミックハニカム基材103のセル壁113の表面に堆積する。FIG. 6 schematically shows a cross section of the honeycomb fired body constituting the ceramic block (a cross section similar to that shown in FIG. 2B) as a cross section of the
In the
Therefore, the carrier gas F flows into the
When the carrier gas F in which the spherical
そして、本実施形態では、セラミックハニカム基材103を100〜800℃に加熱しておき、加熱されたセルにキャリアガスFを流入させることが好ましい。
セラミックハニカム基材103が100〜800℃に加熱されていると、球状セラミック粒子12に液体成分が残っていたとしても液体成分が蒸発し、球状セラミック粒子が乾燥した粉末の状態でセル壁の表面に堆積する。And in this embodiment, it is preferable to heat the ceramic
When the
キャリアガスFは、流体流入側のセル111aの開口からセラミックハニカム基材103の内部に流入し、セラミックハニカム基材103のセル壁113を通過し、流体流出側のセル111bの開口から流出する。
このような手順によりキャリアガスの流入工程が行われる。
キャリアガスの流入工程によって、球状セラミック粒子をセル壁の表面に堆積させることができる。The carrier gas F flows into the inside of the
The carrier gas inflow process is performed by such a procedure.
The spherical ceramic particles can be deposited on the surface of the cell wall by the carrier gas inflow process.
続いて、セラミックハニカム基材の加熱工程を行うことが好ましい。
キャリアガスの流入工程を経て球状セラミック粒子がセル壁に付着したセラミックハニカム基材を、加熱炉を用いて炉内温度900〜1500℃で加熱することが好ましい。
加熱雰囲気としては大気雰囲気、窒素雰囲気、又は、アルゴン雰囲気とすることが望ましい。Subsequently, it is preferable to perform a heating process of the ceramic honeycomb substrate.
It is preferable to heat the ceramic honeycomb base material in which the spherical ceramic particles are adhered to the cell walls through the carrier gas inflow process at a furnace temperature of 900 to 1500 ° C. using a heating furnace.
The heating atmosphere is preferably an air atmosphere, a nitrogen atmosphere, or an argon atmosphere.
そして、セル壁の表面に付着した球状セラミック粒子は、加熱焼結により熱収縮を生じて、セル壁の表面に強固に固着する。 And the spherical ceramic particles adhering to the surface of the cell wall cause heat shrinkage by heat sintering and firmly adhere to the surface of the cell wall.
以上の工程により、セル壁の表面に濾過層を形成することができる。
なお、キャリアガスを加熱する工程(乾燥工程)、セラミックハニカム基材を加熱しながらキャリアガスを流入させる工程、及び、キャリアガスを流入させた後にセラミックハニカム基材を加熱する工程(加熱工程)については、必ずしも全ての工程を行う必要はなく、少なくとも1つの工程を行えばよい。
その中でも、乾燥工程及び加熱工程を行うことが好ましい。Through the above steps, a filtration layer can be formed on the surface of the cell wall.
In addition, the step of heating the carrier gas (drying step), the step of flowing the carrier gas while heating the ceramic honeycomb substrate, and the step of heating the ceramic honeycomb substrate after flowing the carrier gas (heating step) It is not always necessary to perform all the steps, and at least one step may be performed.
Among these, it is preferable to perform a drying process and a heating process.
次に、触媒付与工程について説明する。
触媒付与工程では、流体流入側の端部が封止され、流体流出側の端部が開口されたセルにSCR触媒を導入することにより、セル壁にSCR触媒を担持させる。Next, a catalyst provision process is demonstrated.
In the catalyst application step, the SCR catalyst is supported on the cell wall by introducing the SCR catalyst into the cell in which the end on the fluid inflow side is sealed and the end on the fluid outflow side is opened.
セル壁にSCR触媒を担持させる方法としては、例えば、SCR触媒を含むスラリーにセラミックハニカム基材を浸漬した後、引き上げて加熱する方法等が挙げられる。
SCR触媒の担持量の調整は、例えば、スラリーにセラミックハニカム基材を浸漬する工程及び加熱する工程を繰り返す方法、又は、スラリー濃度を変更する方法等により行うことができる。
また、SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径bは、スラリーに含まれるSCR触媒を構成する粒子の粒度を制御することにより調整することができる。すなわち、予め求めておいた濾過層が有する気孔の平均気孔径aよりもSCR触媒を構成する粒子の平均粒子径bが大きくなるように、スラリーに含まれるSCR触媒を構成する粒子の粒度を調整すればよい。Examples of the method for supporting the SCR catalyst on the cell wall include a method in which the ceramic honeycomb substrate is immersed in a slurry containing the SCR catalyst and then heated by heating.
The amount of the SCR catalyst supported can be adjusted by, for example, a method of repeating the step of immersing the ceramic honeycomb substrate in the slurry and the step of heating, or a method of changing the slurry concentration.
Moreover, the average particle diameter b of the particles constituting the SCR catalyst can be adjusted by controlling the particle size of the particles constituting the SCR catalyst contained in the slurry. That is, the particle size of the particles constituting the SCR catalyst contained in the slurry is adjusted so that the average particle size b of the particles constituting the SCR catalyst is larger than the average pore size a of the pores of the filter layer that has been obtained in advance. do it.
なお、流体流出側のセル(小容量セル)のセル壁にのみSCR触媒を担持させるには、例えば、セラミックハニカム基材に対し、上記引き上げ後の加熱において消失するような材料(例えば、プラスチック材料等)を用いて流体流入側のセル(大容量セル)にのみもう一方の端部にも封止を行い、その後、SCR触媒を含むスラリーにセラミックハニカム基材を浸漬する方法等が挙げられる。 In order to support the SCR catalyst only on the cell wall of the cell (small capacity cell) on the fluid outflow side, for example, a material that disappears in the heating after the pulling up to the ceramic honeycomb substrate (for example, a plastic material) Etc.), the other end is sealed only in the cell (large capacity cell) on the fluid inflow side, and then the ceramic honeycomb substrate is immersed in the slurry containing the SCR catalyst.
また、流体流入側のセル(大容量セル)及び流体流出側のセル(小容量セル)においてセル壁に担持させる触媒量に差を設けるには、例えば、流体流入側のセルをなすセル壁にのみSCR触媒を担持させる手順と同様の手順にて片方のセルをなすセル壁に触媒を付着させた後、もう一方のセルをなすセル壁にもSCR触媒を担持させるが、その際に、SCR触媒を含むスラリーへのセラミックハニカム基材の浸漬時間を変えたり、上記スラリーの濃度を変えたりする方法や、スラリー中の触媒の粒子径を大きくしておき、流体流入側のセルにスラリーを注入する方法や、スラリー付着後にエアーブローにより濃度を変える方法等が挙げられる。 In order to provide a difference in the amount of catalyst supported on the cell wall in the fluid inflow side cell (large capacity cell) and the fluid outflow side cell (small capacity cell), for example, the cell wall forming the fluid inflow side cell Only after the catalyst is attached to the cell wall forming one cell in the same procedure as the procedure for supporting the SCR catalyst, the SCR catalyst is also supported on the cell wall forming the other cell. Changing the immersion time of the ceramic honeycomb substrate in the slurry containing the catalyst, changing the concentration of the slurry, or increasing the particle size of the catalyst in the slurry, and injecting the slurry into the cell on the fluid inflow side And a method of changing the concentration by air blow after the slurry is attached.
以下、本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタの製造方法における、ハニカム焼成体を含むセラミックハニカム基材を作製する工程について説明する。
以下で作製するセラミックハニカム基材は、ハニカム焼成体が接着材層を介して複数個結束されてなるセラミックブロックである。
なお、セラミック粉末として、炭化ケイ素を用いる場合について説明する。
(1)セラミック粉末とバインダとを含む湿潤混合物を押出成形することによってハニカム成形体を作製する成形工程を行う。
具体的には、まず、セラミック粉末として平均粒子径の異なる炭化ケイ素粉末と、有機バインダと、液状の可塑剤と、潤滑剤と、水とを混合することにより、ハニカム成形体製造用の湿潤混合物を調製する。
続いて、上記湿潤混合物を押出成形機に投入し、押出成形することにより所定の形状のハニカム成形体を作製する。
この際、図2(a)及び図2(b)に示すセル構造(セルの形状及びセルの配置)を有する断面形状が作製されるような金型を用いてハニカム成形体を作製する。Hereinafter, a process for producing a ceramic honeycomb substrate including a honeycomb fired body in the method for manufacturing a honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention will be described.
The ceramic honeycomb substrate produced below is a ceramic block in which a plurality of honeycomb fired bodies are bundled through an adhesive layer.
The case where silicon carbide is used as the ceramic powder will be described.
(1) A forming step for producing a honeycomb formed body by extruding a wet mixture containing a ceramic powder and a binder is performed.
Specifically, first, a wet mixture for manufacturing a honeycomb formed body is prepared by mixing silicon carbide powder having different average particle sizes as ceramic powder, an organic binder, a liquid plasticizer, a lubricant, and water. To prepare.
Subsequently, the wet mixture is put into an extruder and extruded to produce a honeycomb formed body having a predetermined shape.
At this time, a honeycomb formed body is manufactured using a mold that has a cross-sectional shape having a cell structure (cell shape and cell arrangement) shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
(2)ハニカム成形体を所定の長さに切断し、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機、凍結乾燥機等を用いて乾燥させた後、所定のセルに封止材となる封止材ペーストを充填して上記セルを目封じする封止工程を行う。
ここで、封止材ペーストとしては、上記湿潤混合物を用いることができる。(2) The honeycomb formed body is cut to a predetermined length, dried using a microwave dryer, hot air dryer, dielectric dryer, vacuum dryer, vacuum dryer, freeze dryer, etc. A sealing step of filling the cell with a sealing material paste as a sealing material and sealing the cell is performed.
Here, the wet mixture can be used as the sealing material paste.
(3)ハニカム成形体を脱脂炉中で加熱し、ハニカム成形体中の有機物を除去する脱脂工程を行った後、脱脂されたハニカム成形体を焼成炉に搬送し、焼成工程を行うことにより、図2(a)及び図2(b)に示したようなハニカム焼成体を作製する。
なお、セルの端部に充填された封止材ペーストは、加熱により焼成され、封止材となる。
また、切断工程、乾燥工程、封止工程、脱脂工程及び焼成工程の条件は、従来からハニカム焼成体を作製する際に用いられている条件を適用することができる。(3) After heating the honeycomb formed body in a degreasing furnace and performing a degreasing step of removing organic substances in the honeycomb formed body, the degreased honeycomb formed body is conveyed to a firing furnace, and the firing step is performed. A honeycomb fired body as shown in FIGS. 2A and 2B is manufactured.
In addition, the sealing material paste with which the edge part of the cell was filled is baked by heating and becomes a sealing material.
Moreover, the conditions currently used when manufacturing a honeycomb fired body can be applied to the conditions of a cutting process, a drying process, a sealing process, a degreasing process, and a firing process.
(4)支持台上で複数個のハニカム焼成体を接着材ペーストを介して順次積み上げて結束する結束工程を行い、ハニカム焼成体が複数個積み上げられてなるハニカム集合体を作製する。
接着材ペーストとしては、例えば、無機バインダと有機バインダと無機粒子とからなるものを使用する。また、上記接着材ペーストは、さらに無機繊維及び/又はウィスカを含んでいてもよい。(4) A bundling process is performed in which a plurality of honeycomb fired bodies are sequentially stacked and bonded via an adhesive paste on a support base to produce a honeycomb aggregate in which a plurality of honeycomb fired bodies are stacked.
As the adhesive paste, for example, a paste made of an inorganic binder, an organic binder, and inorganic particles is used. The adhesive paste may further contain inorganic fibers and / or whiskers.
(5)ハニカム集合体を加熱して接着材ペーストを加熱固化して接着材層とし、四角柱状のセラミックブロックを作製する。
接着材ペーストの加熱固化の条件は、従来からハニカムフィルタを作製する際に用いられている条件を適用することができる。(5) The honeycomb aggregate is heated and the adhesive paste is heated and solidified to form an adhesive layer, thereby producing a quadrangular columnar ceramic block.
As the conditions for heating and solidifying the adhesive paste, the conditions conventionally used when producing a honeycomb filter can be applied.
(6)セラミックブロックに切削加工を施す切削加工工程を行う。
具体的には、ダイヤモンドカッターを用いてセラミックブロックの外周を切削することにより、外周が略円柱状に加工されたセラミックブロックを作製する。(6) A cutting process for cutting the ceramic block is performed.
Specifically, a ceramic block whose outer periphery is processed into a substantially cylindrical shape is manufactured by cutting the outer periphery of the ceramic block using a diamond cutter.
(7)略円柱状のセラミックブロックの外周面に、外周コート材ペーストを塗布し、乾燥固化して外周コート層を形成する外周コート層形成工程を行う。
ここで、外周コート材ペーストとしては、上記接着材ペーストを使用することができる。なお、外周コート材ペーストとして、上記接着材ペーストと異なる組成のペーストを使用してもよい。
なお、外周コート層は必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて設ければよい。
外周コート層を設けることによって、セラミックブロックの外周の形状を整えて、円柱状のセラミックハニカム基材とすることができる。
以上の工程によって、ハニカム焼成体を含むセラミックハニカム基材を作製することができる。(7) An outer peripheral coating layer forming step is performed in which an outer peripheral coating material paste is applied to the outer peripheral surface of the substantially cylindrical ceramic block, and dried and solidified to form an outer peripheral coating layer.
Here, the said adhesive paste can be used as an outer periphery coating material paste. In addition, you may use the paste of a composition different from the said adhesive paste as an outer periphery coating material paste.
Note that the outer peripheral coat layer is not necessarily provided, and may be provided as necessary.
By providing the outer peripheral coating layer, the shape of the outer periphery of the ceramic block can be adjusted to obtain a cylindrical ceramic honeycomb substrate.
Through the above steps, a ceramic honeycomb substrate including a honeycomb fired body can be manufactured.
そして、セラミックハニカム基材に対して、上述した濾過層形成工程及び触媒付与工程を行うことによって、本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタを作製することができる。 And the honeycomb filter which concerns on 1st embodiment of this invention is producible by performing the filtration layer formation process and catalyst provision process which were mentioned above with respect to the ceramic honeycomb base material.
以下、本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタ及びハニカムフィルタの製造方法の作用効果について列挙する。
(1)本実施形態のハニカムフィルタにおいて、セラミックハニカム基材のセル壁の表面のうち、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面には、濾過層が形成されている。排ガス中のPMは、当該濾過層により捕集される。
一方で、濾過層が形成されたセル壁において、流体流入側の端部が封止され、流体流出側の端部が開口されたセルのセル壁の表面には、SCR触媒が担持されている。
従って、捕集されたPMとSCR触媒との接触を防ぐことができるため、PMを燃焼させる再生処理を行った際に、熱によってSCR触媒が劣化してしまうことを抑制することができる。これにより、長期間に亘ってNOxの浄化機能を確保することができる。Hereinafter, effects of the honeycomb filter and the method for manufacturing the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention will be listed.
(1) In the honeycomb filter of the present embodiment, of the surface of the cell wall of the ceramic honeycomb substrate, the surface of the cell wall of the cell in which the end portion on the fluid inflow side is opened and the end portion on the fluid outflow side is sealed A filtration layer is formed. PM in the exhaust gas is collected by the filtration layer.
On the other hand, in the cell wall in which the filtration layer is formed, the end of the fluid inflow side is sealed, and the surface of the cell wall of the cell in which the end of the fluid outflow side is opened carries an SCR catalyst. .
Therefore, contact between the collected PM and the SCR catalyst can be prevented, so that when the regeneration process for burning PM is performed, it is possible to suppress the deterioration of the SCR catalyst due to heat. Thereby, the NOx purification function can be ensured over a long period of time.
(2)本実施形態のハニカムフィルタでは、濾過層が有する気孔の平均気孔径をa、SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径をbとしたとき、a<bを満たす部分を含むことを特徴としている。
濾過層が有する気孔の平均気孔径aがSCR触媒を構成する粒子の平均粒子径bよりも小さいと、SCR触媒が濾過層に詰まりにくくなる。従って、圧力損失の上昇を抑制することができる。(2) The honeycomb filter of the present embodiment includes a portion satisfying a <b, where a is the average pore diameter of the pores of the filtration layer and b is the average particle diameter of the particles constituting the SCR catalyst. It is said.
When the average pore diameter a of the pores of the filtration layer is smaller than the average particle diameter b of the particles constituting the SCR catalyst, the SCR catalyst is difficult to clog the filtration layer. Therefore, an increase in pressure loss can be suppressed.
(3)本実施形態のハニカムフィルタの製造方法では、キャリアガス流入工程において、後述する乾燥工程等で形成されたセラミック粒子を含むキャリアガスを流体流入側からセルに流入させる。そのため、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面にセラミック粒子が堆積し、濾過層が形成される。
一方、触媒付与工程においては、流体流出側、つまり、キャリアガス流入工程においてキャリアガスを流入させた側とは反対の側から、SCR触媒がセルの内部に導入される。
すなわち、キャリアガス流入工程においてキャリアガスを流入させる方向と、触媒付与工程においてSCR触媒を導入する方向とが、逆方向である。これにより、SCR触媒は、セル壁と濾過層とのうちセル壁にのみ担持されているか、又は、セル壁と濾過層との双方に担持され、セル壁に担持されているSCR触媒の量が濾過層に担持されているSCR触媒の量よりも単位体積あたりで多くなる。
従って、捕集されたPMとの距離が遠いSCR触媒の量を多くすることができる。すなわち、PMを燃焼させる再生処理を行った際に、熱によって劣化してしまわないSCR触媒の量を多くすることができるため、長期間に亘ってNOxの浄化機能を確保することができる。(3) In the honeycomb filter manufacturing method of the present embodiment, in the carrier gas inflow step, a carrier gas containing ceramic particles formed in the drying step and the like described later is caused to flow into the cell from the fluid inflow side. Therefore, ceramic particles are deposited on the surface of the cell wall of the cell in which the end portion on the fluid inflow side is opened and the end portion on the fluid outflow side is sealed, and a filtration layer is formed.
On the other hand, in the catalyst application step, the SCR catalyst is introduced into the cell from the fluid outflow side, that is, the side opposite to the side into which the carrier gas is introduced in the carrier gas inflow step.
That is, the direction in which the carrier gas is introduced in the carrier gas inflow process is opposite to the direction in which the SCR catalyst is introduced in the catalyst application process. Accordingly, the SCR catalyst is supported only on the cell wall of the cell wall and the filtration layer, or is supported on both the cell wall and the filtration layer, and the amount of the SCR catalyst supported on the cell wall is reduced. The amount per unit volume is larger than the amount of the SCR catalyst supported on the filtration layer.
Therefore, the amount of the SCR catalyst that is far from the collected PM can be increased. That is, when the regeneration process for burning PM is performed, the amount of the SCR catalyst that does not deteriorate due to heat can be increased, so that the NOx purification function can be ensured over a long period of time.
(4)本実施形態のハニカムフィルタの製造方法では、濾過層が有する気孔の平均気孔径をa、SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径をbとしたとき、a<bを満たす部分を含むハニカムフィルタを製造する。
従って、触媒付与工程において、SCR触媒が濾過層に詰まることを防止することができる。その結果、圧力損失の低いハニカムフィルタを製造することができる。(4) The honeycomb filter manufacturing method of the present embodiment includes a portion satisfying a <b, where a is the average pore diameter of the pores of the filtration layer and b is the average particle diameter of the particles constituting the SCR catalyst. A honeycomb filter is manufactured.
Therefore, the SCR catalyst can be prevented from clogging the filtration layer in the catalyst application step. As a result, a honeycomb filter with low pressure loss can be manufactured.
(実施例)
以下、本発明の第一実施形態のハニカムフィルタ及びハニカムフィルタの製造方法をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。(Example)
Examples of the honeycomb filter and the method for manufacturing the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention will be described below more specifically. In addition, this invention is not limited only to these Examples.
(実施例1)
(セラミックハニカム基材の作製)
まず、平均粒子径22μmを有する炭化ケイ素の粗粉末54.6重量%と、平均粒子径0.5μmの炭化ケイ素の微粉末23.4重量%とを混合し、得られた混合物に対して、有機バインダ(メチルセルロース)4.3重量%、潤滑剤(日油社製 ユニルーブ)2.6重量%、グリセリン1.2重量%、及び、水13.9重量%を加えて混練して湿潤混合物を得た後、押出成形する成形工程を行った。
本工程では、図2(a)に示したハニカム焼成体110と同様の形状であって、セルの目封じをしていない生のハニカム成形体を作製した。Example 1
(Production of ceramic honeycomb substrate)
First, 54.6% by weight of a coarse powder of silicon carbide having an average particle diameter of 22 μm and 23.4% by weight of a fine powder of silicon carbide having an average particle diameter of 0.5 μm were mixed. An organic binder (methylcellulose) 4.3 wt%, a lubricant (Unilube made by NOF Corporation) 2.6 wt%, glycerin 1.2 wt%, and water 13.9 wt% are added and kneaded to obtain a wet mixture. After being obtained, a molding step of extrusion molding was performed.
In this step, a raw honeycomb molded body having the same shape as the honeycomb fired
次いで、マイクロ波乾燥機を用いて上記生のハニカム成形体を乾燥させることにより、ハニカム成形体の乾燥体を作製した。その後、ハニカム成形体の乾燥体の所定のセルに封止材ペーストを充填してセルの封止を行った。なお、上記湿潤混合物を封止材ペーストとして使用した。セルの封止を行った後、封止材ペーストを充填したハニカム成形体の乾燥体を再び乾燥機を用いて乾燥させた。 Subsequently, the raw honeycomb formed body was dried using a microwave dryer, thereby manufacturing a dried body of the honeycomb formed body. Then, the sealing material paste was filled in predetermined cells of the dried honeycomb molded body to seal the cells. The wet mixture was used as a sealing material paste. After sealing the cells, the dried honeycomb molded body filled with the plug paste was again dried using a dryer.
続いて、セルの封止を行ったハニカム成形体の乾燥体を400℃で脱脂する脱脂処理を行い、さらに、常圧のアルゴン雰囲気下2200℃、3時間の条件で焼成処理を行った。
これにより、四角柱のハニカム焼成体を作製した。
作製したハニカム焼成体は、高さ34.3mm×幅34.3mm×長さ150mm、平均気孔径が24μm、気孔率が64%、セルの数(セル密度)が54.2個/cm2(350個/inch2)、セル壁の厚さが0.28mm(11mil)であった。Subsequently, a degreasing treatment for degreasing the dried honeycomb molded body after cell sealing at 400 ° C. was performed, and further a firing treatment was performed under conditions of 2200 ° C. and 3 hours in an atmospheric argon atmosphere.
Thereby, a square pillar honeycomb fired body was produced.
The manufactured honeycomb fired body has a height of 34.3 mm × a width of 34.3 mm × a length of 150 mm, an average pore diameter of 24 μm, a porosity of 64%, and the number of cells (cell density) of 54.2 cells / cm 2 ( 350 cells / inch 2 ) and the cell wall thickness was 0.28 mm (11 mil).
上記工程により得られたハニカム焼成体間に接着材ペーストを塗布して接着材ペースト層を形成し、接着材ペースト層を加熱固化して接着材層とすることにより、16個のハニカム焼成体が接着材層を介して結束されてなる略角柱状のセラミックブロックを作製した。
なお、接着材ペーストとしては、平均繊維長20μmのアルミナファイバ30重量%、平均粒径0.6μmの炭化ケイ素粒子21重量%、シリカゾル15重量%、カルボキシメチルセルロース5.6重量%、及び、水28.4重量%を含む接着材ペーストを使用した。By applying an adhesive paste between the honeycomb fired bodies obtained by the above process to form an adhesive paste layer, and heating and solidifying the adhesive paste layer to form an adhesive layer, 16 honeycomb fired bodies are obtained. A substantially prismatic ceramic block formed by binding through an adhesive layer was produced.
As the adhesive paste, 30% by weight of alumina fibers having an average fiber length of 20 μm, 21% by weight of silicon carbide particles having an average particle diameter of 0.6 μm, 15% by weight of silica sol, 5.6% by weight of carboxymethylcellulose, and water 28 An adhesive paste containing 4% by weight was used.
その後、ダイヤモンドカッターを用いて、角柱状のセラミックブロックの外周を切削することにより、直径142mmの円柱状のセラミックブロックを作製した。 Thereafter, a cylindrical ceramic block having a diameter of 142 mm was prepared by cutting the outer periphery of the prismatic ceramic block using a diamond cutter.
次に、円柱状のセラミックブロックの外周面に外周コート材ペーストを塗布し、外周コート材ペーストを120℃で加熱固化することにより、セラミックブロックの外周部に外周コート層を形成した。
なお、上記外周コート材ペーストとしては、上記接着材ペーストと同様のペーストを使用した。
以上の工程によって、直径143.8mm×長さ150mmの円柱状のセラミックハニカム基材を作製した。Next, the outer periphery coating material paste was applied to the outer peripheral surface of the cylindrical ceramic block, and the outer periphery coating material paste was heated and solidified at 120 ° C. to form an outer periphery coating layer on the outer periphery of the ceramic block.
In addition, as the said outer periphery coating material paste, the paste similar to the said adhesive material paste was used.
Through the above steps, a cylindrical ceramic honeycomb substrate having a diameter of 143.8 mm and a length of 150 mm was produced.
(濾過層形成工程)
図6に示すキャリアガス流入装置を用いてセラミックハニカム基材に濾過層を形成した。
図6に示すようにキャリアガス流入装置の上方に、セラミックハニカム基材を配置した。
この際、流体流入側のセルとしての大容量セルの開口部をキャリアガス流入装置の下方に向けてセラミックハニカム基材を配置した。(Filtration layer forming step)
A filter layer was formed on the ceramic honeycomb substrate using the carrier gas inflow device shown in FIG.
As shown in FIG. 6, a ceramic honeycomb substrate was disposed above the carrier gas inflow device.
At this time, the ceramic honeycomb substrate was disposed with the opening of a large-capacity cell as a cell on the fluid inflow side facing downward of the carrier gas inflow device.
酸化物含有溶液として、耐熱性酸化物前駆体であるベーマイトを含有する溶液を準備した。ベーマイトの濃度は3.8mol/L(固形分濃度:20重量%)とした。
そして、ベーマイトを含有する液滴をスプレーによりキャリアガス中に分散させた。As the oxide-containing solution, a solution containing boehmite which is a heat-resistant oxide precursor was prepared. The concentration of boehmite was 3.8 mol / L (solid content concentration: 20% by weight).
Then, the droplets containing boehmite were dispersed in the carrier gas by spraying.
キャリアガス流入装置の配管の管壁の温度を200℃に加熱しておき、キャリアガスを流速4.6mm/secでキャリアガス流入装置の上方(セラミックハニカム基材側)に向けて流し、キャリアガス中に分散した液滴中の水分を蒸発させた。キャリアガスが配管を通過する際に液滴中の水分が蒸発することにより、液滴は球状アルミナ粒子となった。
なお、配管の長さは1200mmであった。The temperature of the wall of the pipe of the carrier gas inflow device is heated to 200 ° C., and the carrier gas is flowed at a flow rate of 4.6 mm / sec toward the upper side (ceramic honeycomb substrate side) of the carrier gas inflow device. The water in the droplets dispersed therein was evaporated. When the carrier gas passed through the pipe, the water in the droplets evaporated, and the droplets became spherical alumina particles.
The length of the pipe was 1200 mm.
球状アルミナ粒子が分散したキャリアガスをセラミックハニカム基材のセルに流入させ、5g/Lの球状アルミナ粒子をセル壁の表面に付着させた。
その後、セラミックハニカム基材をキャリアガス流入装置から取出し、焼成炉中で1350℃、3時間、大気雰囲気下で加熱した。
上記工程により、アルミナ粒子からなる濾過層をセル壁の表面に形成した。The carrier gas in which the spherical alumina particles were dispersed was allowed to flow into the cells of the ceramic honeycomb substrate, and 5 g / L of spherical alumina particles were adhered to the surface of the cell walls.
Thereafter, the ceramic honeycomb substrate was taken out from the carrier gas inflow device and heated in a firing furnace at 1350 ° C. for 3 hours in an air atmosphere.
Through the above process, a filtration layer made of alumina particles was formed on the surface of the cell wall.
(触媒付与工程)
まず、鉄イオンによりイオン交換されたβ型ゼオライト粉末を充分量の水と混合し、さらにボールミルで90min−1で粉砕して、ゼオライトスラリーを調製した。
ゼオライトの粒子径は、原料粉末の粒子径及び粉砕時間を変えることにより調整した。(Catalyst application process)
First, β-type zeolite powder ion-exchanged with iron ions was mixed with a sufficient amount of water and further pulverized with a ball mill at 90 min −1 to prepare a zeolite slurry.
The particle diameter of the zeolite was adjusted by changing the particle diameter of the raw material powder and the pulverization time.
このゼオライトスラリー中に、濾過層がセル壁の表面に形成されたセラミックハニカム基材を、流体流出側のセルとしての小容量セルの開口部を下方にして浸漬し、1分間保持した。
続いて、このセラミックハニカム基材を110℃で1時間加熱する乾燥工程を行い、さらに700℃で1時間焼成する焼成工程を行って、SCR触媒を担持させた。
このとき、SCR触媒の担持量が100g/Lとなるように、ゼオライトスラリーへの浸漬、乾燥工程、焼成工程を繰り返し行った。
以上により、濾過層がセル壁の表面に形成され、SCR触媒(ゼオライト)がセル壁の表面に担持されたハニカムフィルタを製造した。In this zeolite slurry, a ceramic honeycomb substrate having a filtration layer formed on the surface of the cell wall was immersed with the opening of a small-capacity cell as a cell on the fluid outflow side facing downward, and held for 1 minute.
Then, the drying process which heats this ceramic honeycomb base material for 1 hour at 110 degreeC was performed, and also the baking process for baking for 1 hour at 700 degreeC was performed, and the SCR catalyst was carry | supported.
At this time, the immersion in the zeolite slurry, the drying step, and the firing step were repeated so that the supported amount of the SCR catalyst was 100 g / L.
As described above, a honeycomb filter in which the filtration layer was formed on the cell wall surface and the SCR catalyst (zeolite) was supported on the cell wall surface was manufactured.
(比較例1)
ゼオライトスラリーを調製する際、実施例1よりも粉砕時間を長くすることにより、ゼオライトの粒子径を実施例1よりも小さくしたこと以外は、実施例1と同様にしてハニカムフィルタを製造した。(Comparative Example 1)
When preparing the zeolite slurry, a honeycomb filter was produced in the same manner as in Example 1 except that the pulverization time was longer than that in Example 1 to make the zeolite particle size smaller than that in Example 1.
実施例1及び比較例1で製造したハニカムフィルタについて、下記評価を行った。 The following evaluations were performed on the honeycomb filters manufactured in Example 1 and Comparative Example 1.
(濾過層が有する気孔の平均気孔径a及びSCR触媒を構成する粒子の平均粒子径bの測定)
各ハニカムフィルタについて、上述した方法に従って、濾過層が有する気孔の平均気孔径a及びSCR触媒を構成する粒子の平均粒子径bを測定した。
SEMとしては、Hitachi製、FE−SEM S−4800を使用した。
その結果を表1に示す。(Measurement of average pore diameter a of pores of filtration layer and average particle diameter b of particles constituting SCR catalyst)
For each honeycomb filter, the average pore diameter a of the pores of the filtration layer and the average particle diameter b of the particles constituting the SCR catalyst were measured according to the method described above.
As SEM, Hitachi FE-SEM S-4800 was used.
The results are shown in Table 1.
(補集効率の測定)
図7に示したような捕集効率測定装置530を用いてPMの補集効率を測定した。図7は、捕集効率測定装置の説明図である。
この捕集効率測定装置530は、1.6L(リットル)のディーゼルエンジン531と、エンジン531からの排ガスを流通する排ガス管532と、排ガス管532に接続されアルミナマット533を巻いたハニカムフィルタ100を固定する金属ケーシング534と、ハニカムフィルタ100を流通する前の排ガスをサンプリングするサンプラー535と、ハニカムフィルタ100を流通した後の排ガスをサンプリングするサンプラー536と、サンプラー535、536によりサンプリングされた排ガスを希釈する希釈器537と、希釈された排ガスに含まれるPMの量を測定するPMカウンタ538(TSI社製、凝集粒子カウンタ3022A−S)とを備えた走査型モビリティ粒径分析装置(Scanning Mobility Particle Sizer SMPS)として構成されている。(Measurement of collection efficiency)
The collection efficiency of PM was measured using a collection
The collection
次に、測定手順を説明する。エンジン531をトルク:50Nm、回転数:3000rpmで運転し、エンジン531からの排ガスをハニカムフィルタ100に流通させた。このとき、ハニカムフィルタ100を流通する前のPM量P0と、ハニカムフィルタ100を通過した後のPM量P1とをPMカウンタ538を用いて把握した。そして、下記計算式を用いて捕集効率を算出した。
捕集効率(%)=[(P0−P1)/P0]×100
捕集効率は、PMをハニカムフィルタの体積1リットルあたり0.1g捕集させた後に測定した。
得られた測定結果を表1に示す。Next, the measurement procedure will be described. The
Collection efficiency (%) = [(P 0 −P 1 ) / P 0 ] × 100
The collection efficiency was measured after collecting 0.1 g of PM per liter of honeycomb filter volume.
The obtained measurement results are shown in Table 1.
(NOx浄化率の測定)
各ハニカムフィルタについて、NOx浄化率を測定した。
NOx浄化率の測定にあたっては、実施例1及び比較例1のハニカムフィルタから、ダイヤモンドカッターを使用することにより1個のハニカム焼成体(34.3mm×34.3mm×150mm)を切り出し、切り出したハニカム焼成体をさらに切断してφ1インチ(25.4mm)×3インチ(76.2mm)の円柱短尺体を作製した。作製した短尺体では、セルのいずれか一方の端部が封止されており、この短尺体をNOx浄化率測定用サンプルとした。
NOx浄化率の測定は、NOx浄化率測定装置(堀場製作所製 触媒評価装置SIGU−2000)を用いて行った。
NOx浄化率測定装置は、ガス発生部と反応部とからなり、ガス発生部で発生させた擬似排ガス及びアンモニアを、NOx浄化率測定用サンプルをセットした反応部に流通させた。
擬似排ガスの組成(体積比)は、NO2:350ppm(NO2/NOx=0.25)、O2:14%、H2O:10%、N2:balanceであり、また、NH3/NOx=1である。各ガスの流量を流量調節器を用いて調節することにより上記組成とした。
また、反応部の温度を150℃で一定とした。そして、ゼオライトと擬似排ガス及びアンモニアとが接触する条件として、空間速度(SV)を70000hr−1に設定した。
擬似排ガスがNOx浄化率測定用サンプルを流通する前のNOx濃度N0、及び、擬似排ガスがNOx浄化率測定用サンプルを通過した後のNOx濃度N1を測定し、以下の式からハニカムフィルタのNOx浄化率を測定した。
NOx浄化率(%)=[(N0−N1)/N0]×100
得られた測定結果を表1に示す。(Measurement of NOx purification rate)
The NOx purification rate was measured for each honeycomb filter.
In measuring the NOx purification rate, one honeycomb fired body (34.3 mm × 34.3 mm × 150 mm) was cut out from the honeycomb filter of Example 1 and Comparative Example 1 by using a diamond cutter, and the cut honeycomb The fired body was further cut to prepare a cylindrical short body of φ1 inch (25.4 mm) × 3 inches (76.2 mm). In the produced short body, either one end of the cell was sealed, and this short body was used as a sample for NOx purification rate measurement.
The measurement of the NOx purification rate was performed using a NOx purification rate measuring device (Catalyst evaluation device SIGU-2000 manufactured by Horiba, Ltd.).
The NOx purification rate measuring device is composed of a gas generation part and a reaction part, and the pseudo exhaust gas and ammonia generated in the gas generation part are circulated through the reaction part in which a sample for NOx purification rate measurement is set.
The composition (volume ratio) of the pseudo exhaust gas is NO 2 : 350 ppm (NO 2 /NOx=0.25), O 2 : 14%, H 2 O: 10%, N 2 : balance, and NH 3 / NOx = 1. The above composition was obtained by adjusting the flow rate of each gas using a flow rate controller.
Further, the temperature of the reaction part was kept constant at 150 ° C. The space velocity (SV) was set to 70000 hr −1 as a condition for the zeolite to contact the pseudo exhaust gas and ammonia.
The NOx concentration N 0 before the simulated exhaust gas flows through the NOx purification rate measurement sample and the NOx concentration N 1 after the simulated exhaust gas passes through the NOx purification rate measurement sample are measured. The NOx purification rate was measured.
NOx purification rate (%) = [(N 0 −N 1 ) / N 0 ] × 100
The obtained measurement results are shown in Table 1.
(圧力損失の測定)
図8に示したような圧力損失測定装置510を用いて圧力損失を測定した。
図8は、圧力損失測定装置の説明図である。
この圧力損失測定装置510は、1.6L(リットル)のディーゼルエンジン511の排気ガス管512に、ハニカムフィルタ100を金属ケーシング513内に固定して配置し、ハニカムフィルタ100の前後の圧力を検出可能になるように圧力計514が取り付けられている。
そして、エンジン511をトルク:50Nm、回転数:3000rpmで運転し、ハニカムフィルタ100にPMが堆積していない状態での差圧、すなわち初期圧力損失を測定した。
得られた測定結果を表1に示す。(Measurement of pressure loss)
Pressure loss was measured using a pressure
FIG. 8 is an explanatory diagram of a pressure loss measuring device.
This pressure
The
The obtained measurement results are shown in Table 1.
実施例1及び比較例1のハニカムフィルタにおける濾過層が有する気孔の平均気孔径a、SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径b、捕集効率、NOx浄化率、及び、初期圧力損失をまとめて以下の表1に示す。 The average pore diameter a of the pores of the filtration layer in the honeycomb filter of Example 1 and Comparative Example 1, the average particle diameter b of the particles constituting the SCR catalyst, the collection efficiency, the NOx purification rate, and the initial pressure loss are summarized. It is shown in Table 1 below.
表1より、実施例1のハニカムフィルタでは、濾過層が有する気孔の平均気孔径をa、SCR触媒を構成する粒子(ゼオライト粒子)の平均粒子径をbとしたとき、a<bを満たす部分が含まれていることが確認された。
一方、比較例1のハニカムフィルタでは、a<bを満たしていないことが確認された。From Table 1, in the honeycomb filter of Example 1, when the average pore diameter of the pores of the filtration layer is a and the average particle diameter of particles (zeolite particles) constituting the SCR catalyst is b, a portion satisfying a <b Was confirmed to be included.
On the other hand, it was confirmed that the honeycomb filter of Comparative Example 1 did not satisfy a <b.
また、表1より、実施例1及び比較例1のハニカムフィルタにおいては、いずれも捕集効率が99.5%と高い数値であった。 Further, from Table 1, in the honeycomb filters of Example 1 and Comparative Example 1, the collection efficiency was a high value of 99.5%.
しかしながら、比較例1のハニカムフィルタにおけるNOx浄化率が48%と低い数値であるのに対して、実施例1のハニカムフィルタにおけるNOx浄化率は55%と高い数値であった。
上述のように、比較例1のハニカムフィルタでは、濾過層が有する気孔の平均気孔径aがSCR触媒を構成する粒子(ゼオライト粒子)の平均粒子径bよりも大きい。従って、ゼオライト粒子の一部が濾過層に浸入すると考えられる。その結果、濾過層に浸入したゼオライト粒子が高温にさらされて劣化し、NOx浄化率が低下する。
一方、実施例1のハニカムフィルタでは、平均気孔径aが平均粒子径bよりも小さいため、ゼオライト粒子が濾過層に浸入しにくいと考えられる。そのため、高いNOx浄化率を維持することができる。However, the NOx purification rate of the honeycomb filter of Comparative Example 1 is a low value of 48%, whereas the NOx purification rate of the honeycomb filter of Example 1 is a high value of 55%.
As described above, in the honeycomb filter of Comparative Example 1, the average pore diameter “a” of the pores of the filtration layer is larger than the average particle diameter “b” of the particles (zeolite particles) constituting the SCR catalyst. Therefore, it is considered that a part of the zeolite particles enters the filtration layer. As a result, the zeolite particles that have entered the filtration layer are exposed to high temperatures and deteriorate, and the NOx purification rate decreases.
On the other hand, in the honeycomb filter of Example 1, since the average pore diameter a is smaller than the average particle diameter b, it is considered that the zeolite particles hardly enter the filtration layer. Therefore, a high NOx purification rate can be maintained.
さらに、比較例1のハニカムフィルタにおける初期圧力損失が15kPaと高い数値であるのに対して、実施例1のハニカムフィルタにおける初期圧力損率は10kPaと低い数値であった。
実施例1のハニカムフィルタでは、平均気孔径aが平均粒子径bよりも小さいため、ゼオライト粒子が濾過層に詰まりにくいと考えられる。そのため、圧力損失の上昇を防ぐことができると考えられる。Further, the initial pressure loss in the honeycomb filter of Comparative Example 1 was a high value of 15 kPa, whereas the initial pressure loss rate in the honeycomb filter of Example 1 was a low value of 10 kPa.
In the honeycomb filter of Example 1, since the average pore diameter a is smaller than the average particle diameter b, it is considered that the zeolite particles are less likely to clog the filtration layer. For this reason, it is considered that an increase in pressure loss can be prevented.
以上より、実施例1のハニカムフィルタでは、平均気孔径aが平均粒子径bよりも小さい部分を含むことにより、PMの捕集効率及びNOx浄化率に優れ、かつ、圧力損失の上昇を抑えることができる。 As described above, in the honeycomb filter of Example 1, by including a portion where the average pore diameter a is smaller than the average particle diameter b, it is excellent in PM collection efficiency and NOx purification rate, and suppresses an increase in pressure loss. Can do.
(その他の実施形態)
本発明の第一実施形態に係るハニカムフィルタでは、濾過層は、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面のみに形成されている。
しかしながら、本発明の他の実施形態に係るハニカムフィルタでは、濾過層は、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面に加えて、流体流入側の端部が封止され、流体流出側の端部が開口されたセルのセル壁の表面に形成されていてもよい。
このようなハニカムフィルタは、予め作製しておいた球状セラミック粒子を含むスラリーにセラミックハニカム基材を浸漬した後に加熱することによって製造することができる。(Other embodiments)
In the honeycomb filter according to the first embodiment of the present invention, the filtration layer is formed only on the surface of the cell wall of the cell in which the end portion on the fluid inflow side is opened and the end portion on the fluid outflow side is sealed. .
However, in the honeycomb filter according to another embodiment of the present invention, the filtration layer has an opening at the end on the fluid inflow side and a surface of the cell wall of the cell where the end on the fluid outflow side is sealed, The end portion on the fluid inflow side may be sealed, and the end portion on the fluid outflow side may be formed on the surface of the cell wall of the cell.
Such a honeycomb filter can be manufactured by immersing the ceramic honeycomb substrate in a slurry containing spherical ceramic particles prepared in advance and then heating.
本発明の実施形態に係るハニカムフィルタの製造方法では、液滴に、セラミック粒子の原材料として、耐熱性酸化物粒子が含まれていてもよい。
液滴に耐熱性酸化物粒子が含まれている場合、キャリアガスを加熱することによって液滴中の水分を除去して耐熱性酸化物の粒子を得ることができる。そして、耐熱性酸化物の粒子をセルに流入させることによって、耐熱性酸化物の粒子から構成される濾過層を形成することができる。
また、耐熱性酸化物粒子を含む液滴をセルに流入させた後、液滴中の水分を除去することによっても、耐熱性酸化物の粒子から構成される濾過層を形成することができる。In the method for manufacturing a honeycomb filter according to the embodiment of the present invention, the droplets may contain heat-resistant oxide particles as a raw material for the ceramic particles.
When the heat-resistant oxide particles are contained in the droplets, the moisture in the droplets can be removed by heating the carrier gas to obtain heat-resistant oxide particles. And the filtration layer comprised from the particle | grains of a heat resistant oxide can be formed by flowing the particle | grains of a heat resistant oxide into a cell.
Moreover, the filtration layer comprised of the particles of the heat-resistant oxide can also be formed by removing the moisture in the droplets after flowing the droplet containing the heat-resistant oxide particles into the cell.
本発明の実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、ハニカムフィルタを構成するハニカム焼成体が有するセルの長手方向に垂直な断面の形状は、すべて等しい形状であってもよく、ハニカム焼成体の一の端面において封止されているセルと開口されているセルの長手方向に垂直な断面の面積が互いに等しくてもよい。 In the honeycomb filter according to the embodiment of the present invention, the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the cells of the honeycomb fired body constituting the honeycomb filter may be all equal, or at one end face of the honeycomb fired body. The cross-sectional areas perpendicular to the longitudinal direction of the sealed cell and the opened cell may be equal to each other.
本発明の実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、セラミックハニカム基材(セラミックブロック)は、1つのハニカム焼成体から構成されていてもよい。
このような、1つのハニカム焼成体からなるハニカムフィルタは、一体型ハニカムフィルタともいう。一体型ハニカムフィルタの主な構成材料としては、コージェライトやチタン酸アルミニウムを用いることができる。In the honeycomb filter according to the embodiment of the present invention, the ceramic honeycomb substrate (ceramic block) may be composed of one honeycomb fired body.
Such a honeycomb filter made of one honeycomb fired body is also referred to as an integral honeycomb filter. As the main constituent material of the integral honeycomb filter, cordierite or aluminum titanate can be used.
本発明の実施形態に係るハニカムフィルタにおいて、ハニカム焼成体の各セルのハニカム焼成体の長手方向に垂直な断面の形状は、略四角形に限定されるものではなく、例えば、略円形、略楕円形、略五角形、略六角形、略台形、又は、略八角形等の任意の形状であればよい。また、種々の形状を混在させてもよい。 In the honeycomb filter according to the embodiment of the present invention, the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb fired body of each cell of the honeycomb fired body is not limited to a substantially square shape. Any shape such as a substantially pentagon, a substantially hexagon, a substantially trapezoid, or a substantially octagon may be used. Various shapes may be mixed.
本発明のハニカムフィルタにおいては、セラミックハニカム基材のセル壁の表面に濾過層が形成されていること、セラミックハニカム基材のセル壁にSCR触媒が担持されていること、及び、濾過層が有する気孔の平均気孔径をa(μm)、SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径をb(μm)としたとき、a<bを満たす部分を含むことを必須の構成要素としている。
係る必須の構成要素に、第一実施形態、及び、その他の実施形態で詳述した種々の構成(例えば、濾過層の構成、濾過層の形成方法、ハニカム焼成体のセル構造、ハニカムフィルタの製造工程等)を適宜組み合わせることにより所望の効果を得ることができる。In the honeycomb filter of the present invention, the filtration layer is formed on the surface of the cell wall of the ceramic honeycomb substrate, the SCR catalyst is supported on the cell wall of the ceramic honeycomb substrate, and the filtration layer has When the average pore diameter of the pores is a (μm) and the average particle diameter of the particles constituting the SCR catalyst is b (μm), it is essential to include a portion satisfying a <b.
The essential components include various configurations described in detail in the first embodiment and the other embodiments (for example, the configuration of the filtration layer, the method of forming the filtration layer, the cell structure of the honeycomb fired body, the manufacture of the honeycomb filter) Desired effects can be obtained by appropriately combining the steps and the like.
1 キャリアガス流入装置
11 液滴
12 球状セラミック粒子
100 ハニカムフィルタ
103 セラミックハニカム基材(セラミックブロック)
110、120、130、140 ハニカム焼成体
111a、111b、121a、121b、131a、131b、141a、141b セル
113 セル壁
115 濾過層
116 SCR触媒
F キャリアガス
G1 排ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carrier
110, 120, 130, 140 Honeycomb fired
Claims (20)
前記セル壁の表面のうち、前記流体流入側の端部が開口され、前記流体流出側の端部が封止されたセルのセル壁の表面に形成された濾過層と、
前記濾過層が形成されたセル壁において、前記流体流入側の端部が封止され、前記流体流出側の端部が開口されたセルのセル壁の表面に担持されたSCR触媒とを備え、
前記濾過層が有する気孔の平均気孔径をa(μm)、前記SCR触媒を構成する粒子の平均粒子径をb(μm)としたとき、a<bを満たす部分を含むことを特徴とするハニカムフィルタ。A ceramic honeycomb substrate in which a large number of cells for circulating a fluid are arranged in parallel in the longitudinal direction across a cell wall, and the end of either the fluid inflow side or the fluid outflow side of the cell is sealed;
Of the surface of the cell wall, a filtration layer formed on the surface of the cell wall of the cell in which the end on the fluid inflow side is opened and the end on the fluid outflow side is sealed,
An SCR catalyst supported on the surface of the cell wall of the cell in which the end portion on the fluid inflow side is sealed and the end portion on the fluid outflow side is opened in the cell wall in which the filtration layer is formed;
A honeycomb comprising a portion satisfying a <b, where a (μm) is an average pore diameter of pores of the filtration layer and b (μm) is an average particle diameter of particles constituting the SCR catalyst. filter.
セラミック粉末を用いて、多数のセルがセル壁を隔てて長手方向に並設され、前記セルの流体流入側又は流体流出側のいずれかの端部が封止された多孔質のハニカム焼成体を製造するハニカム焼成体製造工程と、
前記セル壁の表面に濾過層を形成する濾過層形成工程と、
前記セル壁にSCR触媒を担持させる触媒付与工程とを含み、
前記濾過層形成工程は、
セラミック粒子の原材料を含む液滴をキャリアガス中に分散させる液滴分散工程と、
前記キャリアガスを、流体流入側の端部が開口され、流体流出側の端部が封止されたセルに流入させるキャリアガス流入工程とを含み、
前記触媒付与工程では、
流体流入側の端部が封止され、流体流出側の端部が開口されたセルにSCR触媒を導入することにより、前記セル壁にSCR触媒を担持させることを特徴とするハニカムフィルタの製造方法。A method for manufacturing a honeycomb filter according to any one of claims 1 to 13,
Using a ceramic powder, a porous honeycomb fired body in which a large number of cells are juxtaposed in the longitudinal direction across a cell wall, and either the fluid inflow side or the fluid outflow side of the cell is sealed. A honeycomb fired body manufacturing process to be manufactured;
A filtration layer forming step of forming a filtration layer on the surface of the cell wall;
A catalyst application step of supporting an SCR catalyst on the cell wall,
The filtration layer forming step includes
A droplet dispersion step of dispersing droplets containing raw materials of ceramic particles in a carrier gas;
A carrier gas inflow step for allowing the carrier gas to flow into a cell in which an end on the fluid inflow side is opened and an end on the fluid outflow side is sealed;
In the catalyst application step,
A method for manufacturing a honeycomb filter, wherein an SCR catalyst is supported on a cell wall by introducing the SCR catalyst into a cell whose end on the fluid inflow side is sealed and whose end on the fluid outflow side is opened. .
前記乾燥工程では、前記液滴から球形状の前記セラミック粒子が形成される請求項17に記載のハニカムフィルタの製造方法。The droplet contains a heat-resistant oxide precursor that becomes a heat-resistant oxide by heating as a raw material of the ceramic particles,
The method for manufacturing a honeycomb filter according to claim 17, wherein in the drying step, the spherical ceramic particles are formed from the droplets.
The method for manufacturing a honeycomb filter according to any one of claims 14 to 19, wherein, in the carrier gas inflow step, the filter layer is formed by depositing the ceramic particles on a surface of the cell wall.
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