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JP2004283738A - Exhaust gas purification method and exhaust gas purification device - Google Patents

Exhaust gas purification method and exhaust gas purification device Download PDF

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JP2004283738A
JP2004283738A JP2003079895A JP2003079895A JP2004283738A JP 2004283738 A JP2004283738 A JP 2004283738A JP 2003079895 A JP2003079895 A JP 2003079895A JP 2003079895 A JP2003079895 A JP 2003079895A JP 2004283738 A JP2004283738 A JP 2004283738A
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清 山崎
Yasutaka Nagai
康貴 長井
Koji Yokota
幸治 横田
Masaru Ishii
勝 石井
Masahiko Takeuchi
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Abstract

【課題】時間平均で酸素過剰の排ガス中において、NO を低温域から十分に還元浄化するとともに、NH の排出も抑制する。
【解決手段】NO を吸着し吸着したNO をNH と反応させNへ還元するNO 吸着還元触媒3を排ガス流路に配置し、その上流側において、R=NH /NO で定義されるモル比RがR<1である排ガス雰囲気とR>1である排ガス雰囲気とを交互に繰り返す。
R<1の排ガス雰囲気では、NO がNO 吸着還元触媒3に吸着蓄積され、R>1の排ガス雰囲気では、過剰のNH がNO 吸着還元触媒3に吸着されているNO と反応して還元除去し、NO 吸着還元触媒3は再びNO 吸着能を回復する。
【選択図】 図1
Disclosed is a time average in an oxygen excess in the exhaust gas, with sufficiently reduce and purify NO x from a low temperature range, also inhibits discharge of NH 3.
A adsorbs NO x to the NO x adsorption and reduction catalyst 3 for reducing the N 2 is reacted with NH 3 adsorbed NO x arranged in the exhaust gas line, at the upstream side, R = NH 3 / NO x Is alternately repeated between an exhaust gas atmosphere in which the molar ratio R defined by R <1 and an exhaust gas atmosphere in which R> 1.
In an exhaust gas atmosphere of R <1, NO x is adsorbed and accumulated in the NO x adsorption reduction catalyst 3, and in an exhaust gas atmosphere of R> 1, excess NH 3 reacts with NO x adsorbed on the NO x adsorption reduction catalyst 3. and to reduce and remove, the NO x adsorption and reduction catalyst 3 recovers the NO x adsorbing capacity again.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は排ガス浄化方法と排ガス浄化装置に関し、詳しくは時間平均で酸素過剰である排ガス中のNO をNH で還元して浄化する排ガス浄化方法と排ガス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
発電所、各種化学工場あるいは自動車エンジンなどから排出されるNO は、光化学スモッグや酸性雨の発生原因とされており、その効果的な除去手段の開発が望まれている。これらNO を含む排ガスは、多くの場合酸素を数容量%以上含むため、酸素存在下においてNO を効率よく浄化できる処理法を用いる必要がある。
【0003】
このような処理法として、例えばゼオライトにCuを担持したNO 選択還元触媒を用いる方法がある。しかし現状のNO 選択還元触媒には、実用上十分なNO 浄化性能と耐久性能を満足するものがない。またNO に対して大過剰のHCを必要とするため、過剰分のHCが排出される恐れがある。
【0004】
また、排ガスをNH と接触させるNH 脱硝法が知られている。このNH を還元剤とするNH 脱硝法は、排ガスに酸素が1容量%以上共存していてもNH がNO と選択的に反応するため、NO 浄化率及び還元剤の使用効率の点から有利な方法とされている。
【0005】
このNH 脱硝法に用いられるNH 脱硝触媒としては、例えば「触媒講座7(基本工業触媒反応)」(講談社発行)の第 248頁に記載されているようなV−TiO触媒や、特開昭53−030995号公報に記載の触媒等が例示される。
【0006】
ところがこのようなNH 脱硝触媒では、SV=10000/h程度の小さい空間速度をもつガスの浄化においては広い温度範囲で高い活性が得られるが、これを超える空間速度の場合には充分な活性が得られない。そのため充分な活性を得ようとすると必要な触媒量が多くなり、触媒装置が大型化するという欠点がある。
【0007】
そこで特開平10−146528号公報には、アルミナ( Al)担体に少なくともパラジウム(Pd)と亜鉛(Zn)を担持したNH 脱硝触媒が開示されている。このNH 脱硝触媒によれば、SV=10000/hを超えるような高い空間速度領域においても、 300〜 400℃の低い温度で高いNO 浄化活性が得られる。したがって触媒量が少なくても十分なNO 浄化活性が得られ、触媒装置を小型化できるので自動車の排ガス浄化用触媒などとして用いることができる。
【0008】
しかしながらNH 脱硝触媒を用いる場合には、NO 量に見合うだけの量のNH の添加が必要となり、過剰分のNH はそのまま排出されてしまうという不具合がある。NO とNH との反応は、以下の反応式で表される。
【0009】
NO+NH +( 1/4)O → N+( 3/2)H
したがってNH の添加量はNO に対してモル比で1:1となるように精密に制御する必要があるが、運転状況によって排ガス組成が大きく変動する自動車エンジンの場合には、このような制御が困難である。総量ではNO :NH =1:1であっても、瞬間的にはNO 又はNH が排出されることになってしまう。さらにNH 脱硝触媒はバナジウムなどの重金属を含むため、自動車の排ガス浄化用触媒としては好ましくない。
【0010】
また、特開平05−317652号公報などに記載の、NO 吸蔵還元型触媒を用いることも考えられる。NO 吸蔵材に吸蔵されたNO をNH で還元するのである。しかしアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属などからなるNO 吸蔵材は、Ptなどの貴金属とは離間して担持されているために、吸蔵部位と反応部位とが離間することになり、反応のためにはその間をNO が移動しなければならない。そのため反応性が低く、特に 300℃以下の低温域ではNO の還元が困難である。
【0011】
さらにNO 吸蔵材は塩基性であるために、同じ塩基性物質であるNH が近接しにくく吸蔵されたNO との反応性が低い。また排ガス中のSO がNO 吸蔵材と反応し、NO 吸蔵能が消失するという問題もある。
【0012】
【特許文献1】特開昭53−030995号
【特許文献2】特開平05−317652号
【特許文献3】特開平10−146528号
【非特許文献1】「触媒講座7(基本工業触媒反応)」(講談社発行)第 248頁
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、NO を低温域から十分に還元浄化するとともにNH の排出も抑制することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の排ガス浄化方法の特徴は、NO を吸着し吸着したNO をNH と反応させNへ還元するNO 吸着還元触媒を排ガス流路に配置し、時間平均で酸素過剰の排ガス中でNO 吸着還元触媒の上流側にNH 及びNH 前駆体の少なくとも一方を供給し、排ガス中のNO とNH を反応させて浄化する排ガス浄化方法であって、
NO 吸着還元触媒への入りガスにおいて、R=NH /NO で定義されるモル比RがR<1である排ガス雰囲気とR>1である排ガス雰囲気とを交互に繰り返すことにある。
【0015】
また本発明の排ガス浄化装置の特徴は、複数の気筒をもつ内燃機関の少なくとも一つの制御気筒の排気管にNH を供給するNH 供給手段を配置し、NH 供給手段の下流側で複数の気筒の排気管が集合した排ガス流路にNO を吸着し吸着したNO をNH と反応させNへ還元するNO 吸着還元触媒を配置してなることにある。
【0016】
さらにもう一つの本発明の排ガス浄化方法の特徴は、上記した本発明の排ガス浄化装置を用い、制御気筒を空気不足雰囲気と空気過剰雰囲気で交互に所定時間運転し、制御気筒以外の他の気筒は空気過剰雰囲気で運転することにある。
【0017】
【発明の実施の形態】
NO とNH とはモル比が1:1で反応する。一方、自動車の排ガス中のNO 濃度は、アイドル時の 10ppm程度から高くても500ppm程度であるので、NO の還元に必要なNH 量も同等の範囲となる。そのため自動車の排ガス中にNH を供給してNH 脱硝触媒によりNO を浄化する方法では、NO とNH が同時にこのような低濃度で共存する確率はきわめて低いものとなる。したがって、たとえ優れた活性を示す触媒を用いたとしても、反応成分がきわめて低濃度であることから、反応効率はきわめて低い。また、同時に1:1のモル比で共存する確率が低いことから、未反応のNO 又はNH が排出されてしまう。
【0018】
したがって、NO 又はNH の一方を何らかの手段で固定できれば、その固定手段に蓄積されたNO 又はNH の一方はその部位で高濃度となるので、反応効率が向上することが期待される。
【0019】
そこで本発明の排ガス浄化方法では、NO を吸着し吸着したNO をNH と反応させNへ還元するNO 吸着還元触媒を用い、R=NH /NO で定義されるモル比RがR<1である排ガス雰囲気と、R>1である排ガス雰囲気とを交互に繰り返すこととしている。R<1の排ガス雰囲気では、NO 量がNH 量より多いため、NH で還元されずに残ったNO がNO 吸着還元触媒に吸着されて蓄積される。そしてR>1の排ガス雰囲気とすると、NH がNO より多いため、過剰のNH がNO 吸着還元触媒に吸着されているNO と反応し、Nに転化してNO を還元除去する。またNH は消滅する。したがってNO 吸着還元触媒は再びNO 吸着能を回復し、次にR<1とされた場合に過剰のNO を吸着する。
【0020】
このような作用により、R>1である排ガス雰囲気と、R<1である排ガス雰囲気とを交互に繰り返すことで、NO の排出を抑制することができ、しかもNH の排出も抑制することができる。
【0021】
さらに、R<1の排ガス雰囲気では、排ガス中のNO はNO 吸着還元触媒に吸着して蓄積されるため、NO 吸着還元触媒上ではNO が高濃度となる。したがってR>1の排ガス雰囲気で供給されるNH との反応効率が高く、1:1のモル比とすることも容易であるので、未反応のNO 又はNH が排出されるのを抑制することができる。
【0022】
NO 吸着還元触媒としては、NO を吸着し吸着したNO をNH と反応させNへ還元するものが用いられ、耐熱性に優れたものが望ましい。このような触媒としては、Rh、Pdなどの貴金属を触媒成分として担持したものが好ましく、短時間のNO とNH との反応に有効であるRhを含むことが特に望ましい。また貴金属を担持する担体としては、アルミナ、チタニア、ジルコニアなどが例示されるが、セリアを含む高比表面積の酸化物が特に好ましい。貴金属とセリアとの相互作用によってNO が吸着されやすくなると考えられ、高い活性が発現されるからである。
【0023】
NO 吸着還元触媒において、セリアを含む高比表面積の酸化物としては、CeO、CeO−ZrO複合酸化物などが例示される。セリア分を少なくとも50モル%以上含むものが望ましい。また貴金属の担持量は、セリアを含む金属酸化物に対して0.05〜10重量%の範囲が望ましい。0.05重量%未満であると活性の発現が困難となり、10重量%を超えて担持しても活性が飽和するとともにコストアップとなり高温時に貴金属に粒成長が生じるようになる。
【0024】
時間平均で酸素過剰の排ガス雰囲気のR(NH /NO )を調整するには、排ガス中にNH 、尿素などNH を発生する物質(NH 前駆体)を添加してもよいし、 A/Fを酸素不足に調整し触媒を併用することで排ガス中にNH を生成させることもできる。NO とNH はモル比で1:1で反応するという特性上、NH 量は、1回の添加(生成)時間に触媒に流入するNO 量及びNO 吸着還元触媒に吸着しているNO 量の総和の同等以下としなければならない。もしNH 量がNO の総和量より多くなると、過剰のNH が排出されてしまうからである。
【0025】
NH 量を制御するには、エンジンの運転条件とNO 排出量との関係を予め求めてマップとしておけば、実際の運転中に生成するNO 量を推定することができるので、その推定値に応じてNH の添加量(生成量)を決定すればよい。特に簡単な方法としては、R>1の排ガス雰囲気とする場合にのみNH をパルス的に添加(生成)する方法である。1回のパルスで除去できるNO 量をNO 吸着還元触媒のNO 吸着量の飽和値を上限としておけば、1回のパルス時間を調整することで、吸着されているNO のほぼ全量を還元除去することができ、かつNH はほぼ全量が反応に消費される。
【0026】
しかしこの方法でも、NO 吸着還元触媒に吸着されているNO 量の推定時期とNH の添加(生成)時期とのずれ、添加(生成)量の誤差などにより、未反応のNO 又はNH が排出される可能性がある。そこでNH の添加量(生成量)を、NO 吸着還元触媒の飽和NO 吸着量に対して10〜50%とするのが特に望ましい。このようにすれば、NO 吸着還元触媒のNO 吸着量が飽和値の10〜50%となった時点でNH が添加(生成)されるので、NO 吸着還元触媒は常にNO 吸着の余力を残した状態となり、NO 又はNH の排出をさらに抑制することができる。
【0027】
NH の添加(生成)時期は、エンジンの運転状況をモニタして上記したマップから判断することができる。しかしより精度を上げるには、NO 吸着還元触媒の下流側にNO センサを配置し、NO 吸着還元触媒の出ガス中にNO が検出された時点でNH を添加(生成)することが望ましい。つまりNO センサが出ガス中にNO を検出した場合には、NO 吸着還元触媒のNO 吸着量が飽和に近付いていることを意味するので、その時点で所定量のNH を添加(生成)すれば、NH の排出を心配することなしにNO を還元除去することができる。
【0028】
排ガス中にNH を添加するには、NH ガスを添加する方法、アンモニア水を噴霧添加する方法、あるいは尿素やヘキサメチレンテトラミンなど分解してNH を生成する物質(NH 前駆体)をそのまま又は溶液として噴霧添加する方法などがある。本発明の排ガス浄化方法の場合には、NO 吸着還元触媒に吸着され蓄積されたNO 量に見合う量でNH を添加すればよいので、比較的高濃度の溶液を用いることができ制御が容易である。
【0029】
また排ガス中にNH を生成するには、 A/Fを酸素不足に調整するとともにNH 生成触媒を併用することで行うことができる。すなわちNO 吸着還元触媒の上流側にNH 生成触媒を配置し、多気筒エンジンの少なくとも一つの気筒を、空気に対して僅かに燃料過剰条件で所定時間運転する。するとNH 生成触媒では、CO、HC、Hなどの不完全燃焼の生成物及び水蒸気とNO との反応によりNH が生成し、パルスとしてNO 吸着還元触媒に供給される。そしてNO 吸着還元触媒に吸着蓄積されたNO と反応し、NO を還元除去するとともにNH 自身も消費されて消滅する。
【0030】
このNH 生成触媒としては、公知の触媒を用いることができるが、Pt及びPdの少なくとも一方を金属酸化物担体に担持してなる触媒が好ましい。金属酸化物担体としては、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリアなどが例示される。また貴金属の担持量は、金属酸化物担体に対して0.05〜10重量%の範囲が望ましい。0.05重量%未満であると活性の発現が困難となり、10重量%を超えて担持しても活性が飽和するとともにコストアップとなり高温時に貴金属に粒成長が生じるようになる。
【0031】
このようなNH 生成触媒は、高効率でNO をNH に転換することができるとともに、酸素過剰時に排出された未燃HCあるいはCOなどの有害成分を酸化除去できること、及びNO 吸着還元触媒より上流側に配置されるため比較的高温に曝されるものの耐熱性に優れていること、などの点で好適である。またNH 生成触媒を用いれば、NH を添加するための装置が不要となるという利点があり、さらに排ガス中のNO 量と生成するNH 量とが相関するため、運転状況に無関係にNO 量に応じてNH 生成量が自動的に調整され煩わしい制御が不要となるという効果もある。
【0032】
NH 生成触媒を用いる場合、 A/Fをパルス的に酸素不足に調整する制御を行う必要がある。しかし A/Fを酸素不足に調整すると、燃費が悪化するという問題が生じる。以下にこの問題を検証する。
【0033】
S=(エンジンに供給される実際の空気量/燃料の完全燃焼に必要な空気量)と定義すると、Sが 1.5以上の通常の酸素過剰燃焼によって排出されるNO 量は、Sが 1.0付近のNO 排出量に対して、一般に1/5〜1/10程度である。またSが 0.8未満でも排出されるNO 量は低下する。したがってNH 生成触媒によってNH を効率よく生成するためには、Sが 0.8〜 1.0の範囲が好ましい。
【0034】
そしてSが 0.8〜 1.0の範囲の酸素不足条件となる時間を全運転時間の10〜20%とすれば、排出されるNO の大部分がNH に転換され、かつ酸素過剰燃焼中にNO 吸着還元触媒に吸着されるNO 量の全てを還元除去するに足りる量のNH が生成する。したがって全運転時間の80〜90%は酸素過剰の希薄燃焼とすることができ、時間平均で酸素過剰の燃焼となるので、燃費の悪化はほとんど生じない。なおNH 生成触媒によってNH をさらに効率よく生成するためには、Sが 1.0に近いほど好ましく、Sが 1.0に近いほど、燃費の悪化をさらに抑制できる。
【0035】
上記のようにSを通常は 1.5以上とし、NO 吸着還元触媒にNO が蓄積された時に間欠的に 0.8〜 1.0となるように制御するには、多気筒エンジンの全気筒をそのように制御してもよいが、あらゆる運転条件を考慮すれば、各気筒に独立して制御可能な燃料供給装置と吸気制御弁を設置することが好ましい。
【0036】
本発明の排ガス浄化装置では、複数の気筒をもつ内燃機関の少なくとも一つの制御気筒の排気管にNH を供給するNH 供給手段を配置し、NH 供給手段の下流側で複数の気筒の排気管が集合した排ガス流路にNO とNH との反応を促進させるNO 吸着還元触媒を配置している。
【0037】
例えばNO 吸着還元触媒にNO の吸着蓄積余力があるときには、多気筒エンジンの全ての気筒をSが 1.5以上となるように制御する。すると排ガスは先ずNH 生成触媒を通過し、この場合はNH の生成はなく、NO はそのままNO 吸着還元触媒に流入してNO 吸着還元触媒に吸着蓄積される。
【0038】
そしてある時点で、多気筒エンジンの少なくとも一つの気筒のSを 0.8〜 1.0となるように制御し、他の気筒はSが 1.5以上となるように制御する。Sを 0.8〜 1.0となるように制御された制御気筒では酸素不足燃焼となり、NH 生成触媒によってNO からNH が生成する。生成したNH は、NO 吸着還元触媒に流入し高濃度で蓄積されているNO をNに還元除去する。酸素不足燃焼制御を行う制御気筒の数及び/又はその時間によって、生成するNH 量を調整することができる。
【0039】
本発明の排ガス浄化装置によれば、予めエンジンの回転数とトルクに対するNO 排出量を求めておき、そのNO 排出量に対応する量のNH を生成するのに必要な制御気筒の数と時間割合を算出しておいて、さらに得られた経験則に基づいて制御されるならば、実走行においてもHC、COの95%以上、NO の80〜90%は浄化することが可能である。NO の排出量をさらに低減するには、適切なフィードバック制御が必要となる。
【0040】
この場合には、NO 吸着還元触媒の下流側にNO センサを配置することが望ましい。NO センサが初めてNO を検出した場合には、NO 吸着還元触媒のNO 吸着余力が少ない、すなわちNH 生成量が不足していると判断される。また逆にNO が検出されない場合には、適切な制御条件であるか、あるいはNH 生成量が過剰であると判断される。これらの判断に基づいて前述の経験則を補正すれば、NO の排出をより抑制することが可能となる。
【0041】
またNO 吸着還元触媒とNO センサとの間に酸化触媒を配置すること、あるいは酸化触媒を付加したNO センサを用いることも好ましい。この場合には、万一NO 吸着還元触媒からNH が排出されたとしても、酸化触媒によってNO に転換されるためNH として排出されるのを抑制することができる。またNO センサで検出することができるので、NO センサの検出値が最小となるように制御すればよい。
【0042】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。
【0043】
(実施例1)
図1に本実施例の排ガス浄化装置を模式的に示す。この排ガス浄化装置は、エンジン1の排気系に配置されたNH 添加装置2と、NH 添加装置2の下流側 0.8mの位置に配置されたNO 吸着還元触媒3と、から構成されている。
【0044】
エンジン1は、 2.2L、4気筒の過給器付きディーゼルエンジンである。
【0045】
NH 添加装置2は、尿素の30重量%水溶液が投入されたタンク20と、圧縮空気導入装置21とからなり、圧縮空気導入装置21から導入される圧縮空気によってタンク20内の尿素水を排ガス中に噴霧可能とされている。
【0046】
NO 吸着還元触媒3は、コージェライト製のハニカム基材にセリアよりなるコート層を形成し、そのコート層にRhを担持したものである。以下、このNO 吸着還元触媒3の製造方法を説明し、構成の詳細な説明に代える。
【0047】
コージェライト製の円筒形ハニカム基材(2L、 400メッシュ)に、ウォッシュコート法にてセリアからなるコート層を形成した。コート層は 400g形成された。次に硝酸ロジウム水溶液を用い、コート層に4gのRhを担持して、NO 吸着還元触媒3を調製した。
【0048】
この排ガス浄化装置を用い、エンジン1を 1700rpm、68Nmで運転した状態で、NH 添加装置2から30秒毎に 0.5秒間、各0.42mlの尿素水を排ガス中に噴霧した。尿素水を添加しない時の排ガス雰囲気のR(NH /NO )はほぼゼロであり、尿素水を添加した時の排ガス雰囲気のR(NH /NO )は約5である。
【0049】
この状態で運転しながら、NO 吸着還元触媒3の出ガス中の平均NOx 濃度を測定し、結果を図2に示す。なお、NO 吸着還元触媒3の入りガス温度は 270℃であった。またエンジン1からの排ガス中のNO 濃度は150ppmであり、これをブランクとして図2に示している。
【0050】
(比較例1)
実施例1のNO 吸着還元触媒3に代えて、同一サイズの市販のV−W/TiO系アンモニア脱硝触媒を用いたこと以外は、実施例1と同様の排ガス浄化装置を用いた。そして実施例1と同様にして平均NO 濃度を測定し、結果を図2に示す。
【0051】
<評価>
図2より、比較例1の排ガス浄化装置では、NO 排出量をほとんど低減できていない。また排ガスからはアンモニア臭も感知され、NH も排出されていた。一方、本実施例の排ガス浄化装置によれば、排ガス中の平均NO 濃度を93%低減することができ、NO 排出を大幅に抑制することができた。またアンモニア臭も感知されなかった。
【0052】
(実施例2)
図3に本実施例の排ガス浄化装置を模式的に示す。この排ガス浄化装置は、エンジン4の排気系に配置されたNH 生成触媒5と、NH 生成触媒5の下流側に配置された実施例1と同様のNO 吸着還元触媒3とからなり、エンジン4とNH3 生成触媒5との間には A/Fセンサ6が設けられている。
【0053】
エンジン4は、総排気量 2.0L、4気筒のガソリンエンジンである。各気筒には、独立して制御可能な図示しない燃料供給装置と吸気制御弁が設けられている。
【0054】
NH 生成触媒5は、コージェライト製のハニカム基材にγ−アルミナよりなるコート層を形成し、そのコート層にPtを担持したものである。以下、このNH 生成触媒5の製造方法を説明し、構成の詳細な説明に代える。
【0055】
コージェライト製の円筒形ハニカム基材( 0.5L、 400メッシュ)に、ウォッシュコート法にてγ−アルミナからなるコート層を形成した。コート層は80g形成された。次にジニトロジアンミン白金水溶液を用い、コート層に 0.8gのPtを担持して、NH 生成触媒5を調製した。
【0056】
先ず、この排ガス浄化装置からNH 生成触媒5とNO 吸着還元触媒3を除いた装置を用い、第1過程として、 A/Fセンサ6の信号を検出しながらエンジン4の一つの制御気筒のみに他の三つの気筒の 1.6倍の燃料を供給するように制御した。他の三つの気筒は、前記S値で 1.5となるように調整してあり、制御気筒からの排ガスは約7%酸素不足となる。
【0057】
第1過程におけるエンジン4からの排ガスの組成を測定し、結果を表1に示す。
【0058】
次に、同様に上記排ガス浄化装置からNH 生成触媒5とNO 吸着還元触媒3を除いた装置を用い、第2過程として、 A/Fセンサ6の信号を検出しながらエンジン4の全気筒をS値で 1.5となるように調整して運転した。このときのエンジン4からの排ガスの組成を測定し、結果を表1に示す。
【0059】
さらに、同様に上記排ガス浄化装置からNH 生成触媒5とNO 吸着還元触媒3を除いた装置を用い、第3過程として、第1過程と第2過程を各々30秒間ずつ交互に繰り返して運転し、エンジン4からの排ガスの平均組成を測定し、結果を表1に示す。
【0060】
次に、エンジン4の出口から50cm下流側にNH 生成触媒5を配置し、さらにその80cm下流側にNO 吸着還元触媒3を配置して本実施例の排ガス浄化装置とした。そして上記第3過程と同様に運転し、NO 吸着還元触媒3の出ガスの平均組成を測定し、結果を表1に示す。
【0061】
【表1】

Figure 2004283738
【0062】
表1より、本実施例の排ガス浄化装置によれば、NO の排出量を91%程度低減することができることが明らかであり、NO の排出を大幅に抑制することができた。またHC及びCOも十分に浄化でき、アンモニア臭も感知されなかった。
【0063】
(実施例3)
図4に本実施例の排ガス浄化装置を示す。この装置は、NO 吸着還元触媒3の下流側にNO センサ30を配置したこと以外は実施例1と同様である。NO センサ30はPtとWO 系n型半導体からなり、その検出信号は、NH 添加装置2における圧縮空気導入装置21の駆動を制御する制御装置7に入力されている。
【0064】
以下、図5に示すフローチャートを参照しながら、この排ガス浄化装置の作用を説明する。
【0065】
先ずステップ 101では、圧縮空気導入装置21の駆動が停止され、R≦1の排ガスがNO 吸着還元触媒3に導入される。すると排ガス中のNO はNO 吸着還元触媒3に吸着され、NO 吸着還元触媒3にはNO が徐々に蓄積される。
【0066】
次にステップ 102では、NO センサ30の検出信号が制御装置7に入力され、NO 吸着還元触媒3からの出ガス中のNO の有無が判別される。ここでNO が検出されなかった場合には、何もせず処理はステップ 103に進む。しかしNO が検出された場合には、NO 吸着還元触媒3のNO 吸着余力が少ないと判断されるため、処理はステップ 103をジャンプしてステップ 104へ進み、R>1とされて多くのNH が添加される。
【0067】
ステップ 103では、タイマーによって圧縮空気導入装置21の駆動が30秒未満の範囲で行われる。そして30秒経過後に、処理はステップ 104に進む。
【0068】
ステップ 104では、圧縮空気導入装置21が駆動され、排ガス中にNH が添加されて、R>1の排ガスがNO 吸着還元触媒3に導入される。すると過剰のNH によってNO 吸着還元触媒3に吸着蓄積されているNO がNに転換され、同時にNH が消費されて消滅する。これによりNO 吸着還元触媒3のNO 吸着能が回復する。
【0069】
そしてステップ 105では、再びNO センサ30の検出信号が制御装置7に入力され、NO 吸着還元触媒3からの出ガス中のNO の有無が判別される。ここでNO が検出された場合には、NH の添加量がまだ少なく、NO 吸着還元触媒3のNO 吸着余力がまだ少ないことを意味するので、処理はステップ 107へ進み、NH が継続して添加される。一方NO が検出されなかった場合には、処理はステップ 106へ進み、経験則に基づいてNH の生成量が過剰であるか否かが判別される。NH の生成量が過剰であった場合には、所定の補正処理が行われ、処理はステップ 101に戻って圧縮空気導入装置21の駆動が停止されNH の添加が停止される。またNH の生成量が適切であった場合には、何もせず処理はステップ 107へ進む。
【0070】
ステップ 107では、タイマーによって圧縮空気導入装置21の駆動停止が30秒未満の範囲で継続され、30秒経過後に処理はステップ 101に戻ってNH の添加が停止される。
【0071】
したがって本実施例の排ガス浄化装置では、圧縮空気導入装置21を必要十分な時間で駆動することができ、無駄な駆動を不要とすることができる。またNO 及びNH の排出をさらに抑制することができる。
【0072】
【発明の効果】
すなわち本発明の排ガス浄化方法及び排ガス浄化装置によれば、NO 及びNH の排出を大きく抑制することができる。また各成分が高濃度で反応するため、通常の排ガス中での反応に比べて反応効率が約1000倍に向上し、ひいては触媒の低容量化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の排ガス浄化装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図2】実施例1及び比較例1の排ガス浄化装置からの出ガス中のNO 濃度をブランクと共に示すグラフである。
【図3】本発明の第2の実施例の排ガス浄化装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図4】本発明の第3の実施例の排ガス浄化装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図5】本発明の第3の実施例の排ガス浄化装置の制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1:エンジン 2:NH 添加装置 3:NO 吸着還元触媒
4:エンジン 5:NH 生成触媒[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purifying method and an exhaust gas purifying apparatus, and more particularly to a method for purifying NO in exhaust gas having an oxygen excess on a time average. x To NH 3 The present invention relates to an exhaust gas purifying method and an exhaust gas purifying apparatus for purifying by reducing in an exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
NO emitted from power plants, various chemical factories or automobile engines x Is considered to be the cause of the occurrence of photochemical smog and acid rain, and the development of effective removal means is desired. These NO x Exhaust gas containing oxygen often contains several volume% or more of oxygen. x It is necessary to use a treatment method that can efficiently purify the wastewater.
[0003]
As such a processing method, for example, NO in which zeolite supports Cu x There is a method using a selective reduction catalyst. But the current NO x For selective reduction catalyst, practically enough NO x Nothing satisfies purification performance and durability performance. Also NO x Requires a large excess of HC, there is a risk that excess HC will be discharged.
[0004]
Also, the exhaust gas is converted to NH 3 NH contacted with 3 A denitration method is known. This NH 3 With NH as a reducing agent 3 In the denitration method, even if oxygen is present in the exhaust gas at 1% by volume or more, NH 3 Is NO x Reacts selectively with x It is considered to be an advantageous method in terms of the purification rate and the use efficiency of the reducing agent.
[0005]
This NH 3 NH used for denitration 3 As the denitration catalyst, for example, V catalyst as described on page 248 of “Catalysis Course 7 (Basic Industrial Catalyst Reaction)” (published by Kodansha) 2 O 5 -TiO 2 Examples thereof include catalysts and catalysts described in JP-A-53-030995.
[0006]
However, such NH 3 In the denitration catalyst, high activity is obtained in a wide temperature range in purifying a gas having a small space velocity such as SV = 10000 / h, but sufficient activity cannot be obtained at a space velocity exceeding this. Therefore, there is a drawback in that if a sufficient activity is to be obtained, the required amount of catalyst increases, and the size of the catalyst device increases.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-146528 discloses alumina (Al 2 O 3 ) NH having at least palladium (Pd) and zinc (Zn) supported on a carrier 3 A denitration catalyst is disclosed. This NH 3 According to the denitration catalyst, even in a high space velocity region exceeding SV = 10000 / h, high NO at a low temperature of 300 to 400 ° C. x Purification activity is obtained. Therefore, even if the catalyst amount is small, sufficient NO x Since purification activity is obtained and the size of the catalyst device can be reduced, it can be used as a catalyst for purifying exhaust gas of automobiles.
[0008]
However, NH 3 When using a denitration catalyst, NO x NH in an amount corresponding to the amount 3 Need to be added, and the excess NH 3 Has the disadvantage that it is discharged as it is. NO x And NH 3 Is represented by the following reaction formula.
[0009]
NO + NH 3 + (1/4) O 2 → N 2 + (3/2) H 2 O
Therefore NH 3 NO added x However, such control is difficult in the case of an automobile engine whose exhaust gas composition varies greatly depending on the driving conditions. NO in total x : NH 3 = 1: 1 but momentarily NO x Or NH 3 Will be discharged. Further NH 3 Since the denitration catalyst contains a heavy metal such as vanadium, it is not preferable as an exhaust gas purifying catalyst for automobiles.
[0010]
In addition, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-317652, x It is also conceivable to use a storage reduction catalyst. NO x NO stored in the storage material x To NH 3 It is reduced with. However, NO consisting of alkali metal or alkaline earth metal x Since the occluding material is supported separately from a noble metal such as Pt, the occluding portion and the reacting portion are separated from each other. x Have to move. Therefore, its reactivity is low, especially in the low temperature range below 300 ° C. x Is difficult to reduce.
[0011]
Further NO x Since the storage material is basic, the same basic substance, NH, is used. 3 NO that is difficult to access x Low reactivity with SO in exhaust gas x Is NO x Reacts with storage material, NO x There is also a problem that the storage capacity is lost.
[0012]
[Patent Document 1] JP-A-53-030995
[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 05-317652
[Patent Document 3] JP-A-10-146528
[Non-Patent Document 1] "Catalyst Course 7 (Basic Industrial Catalytic Reaction)" (Kodansha Publishing), p. 248
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such circumstances, and NO x Is sufficiently reduced and purified from a low temperature range and NH 3 The purpose is to suppress the emission of carbon dioxide.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The feature of the exhaust gas purifying method of the present invention that solves the above problems is that NO x NO adsorbed x To NH 3 And react with N 2 NO to reduce to x An adsorption reduction catalyst is arranged in the exhaust gas flow path, and NO x NH upstream of the adsorption reduction catalyst 3 And NH 3 At least one of the precursors is supplied and the NO x And NH 3 An exhaust gas purification method for purifying by reacting
NO x In the gas entering the adsorption reduction catalyst, R = NH 3 / NO x An exhaust gas atmosphere in which the molar ratio R defined by R is R <1 and an exhaust gas atmosphere in which R> 1 are alternately repeated.
[0015]
Another feature of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is that the exhaust pipe of at least one control cylinder of the internal combustion engine having a plurality of cylinders has NH. 3 Supply NH 3 Supply means is arranged and NH 3 In the exhaust gas passage where exhaust pipes of a plurality of cylinders are gathered on the downstream side of the supply means, x NO adsorbed x To NH 3 And react with N 2 NO to reduce to x The point is that an adsorption reduction catalyst is arranged.
[0016]
Still another feature of the exhaust gas purifying method of the present invention is that, using the exhaust gas purifying apparatus of the present invention described above, the control cylinder is operated alternately in an air-deficient atmosphere and an air-excess atmosphere for a predetermined time, and other cylinders other than the control cylinder are used. Is to operate in an excess air atmosphere.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
NO x And NH 3 Reacts with a molar ratio of 1: 1. On the other hand, NO in automobile exhaust gas x Since the concentration is about 500 ppm at most from about 10 ppm at idle, x NH required for the reduction of 3 The amounts are in the same range. As a result, NH 3 To supply NH 3 NO by denitration catalyst x In the method of purifying NO, NO x And NH 3 At the same time at such low concentrations is extremely low. Therefore, even if a catalyst having excellent activity is used, the reaction efficiency is extremely low because the concentration of the reaction components is extremely low. In addition, since the probability of coexistence at the same time at a molar ratio of 1: 1 is low, unreacted NO x Or NH 3 Is discharged.
[0018]
Therefore, NO x Or NH 3 If one of them can be fixed by some means, the NO accumulated in the fixing means x Or NH 3 One of them becomes a high concentration at that site, so that the reaction efficiency is expected to be improved.
[0019]
Therefore, in the exhaust gas purification method of the present invention, NO x NO adsorbed x To NH 3 And react with N 2 NO to reduce to x Using an adsorption reduction catalyst, R = NH 3 / NO x The exhaust gas atmosphere in which the molar ratio R defined by R is R <1 and the exhaust gas atmosphere in which R> 1 are alternately repeated. In the exhaust gas atmosphere of R <1, NO x The amount is NH 3 NH3 3 Remaining without reduction x Is NO x It is adsorbed and accumulated on the adsorption reduction catalyst. If the exhaust gas atmosphere is R> 1, NH 3 Is NO x Excess NH3 3 Is NO x NO adsorbed on the adsorption reduction catalyst x Reacts with N 2 Converted to NO x Is reduced and removed. NH 3 Disappears. Therefore NO x The adsorption reduction catalyst returns NO x If the adsorption capacity is restored and then R <1, excess NO x To adsorb.
[0020]
By such an action, the exhaust gas atmosphere in which R> 1 and the exhaust gas atmosphere in which R <1 are alternately repeated, so that NO x Emissions can be suppressed, and NH 3 Emissions can also be suppressed.
[0021]
Further, in an exhaust gas atmosphere of R <1, NO in the exhaust gas x Is NO x NO adsorbed and accumulated on the adsorption reduction catalyst x NO on adsorption reduction catalyst x Becomes high concentration. Therefore, NH supplied in an exhaust gas atmosphere of R> 1 3 And the molar ratio of 1: 1 is easy, so that unreacted NO x Or NH 3 Can be suppressed from being discharged.
[0022]
NO x NO as an adsorption reduction catalyst x NO adsorbed x To NH 3 And react with N 2 A substance which reduces heat to heat is preferably used. As such a catalyst, a catalyst supporting a noble metal such as Rh or Pd as a catalyst component is preferable. x And NH 3 It is particularly desirable to include Rh which is effective in the reaction with Examples of the carrier supporting the noble metal include alumina, titania, and zirconia, and an oxide having a high specific surface area including ceria is particularly preferable. NO by interaction of precious metal and ceria x Is likely to be adsorbed, and high activity is expressed.
[0023]
NO x In the adsorption reduction catalyst, the oxide having a high specific surface area containing ceria is CeO. 2 , CeO 2 -ZrO 2 A composite oxide is exemplified. It is desirable that the composition contains at least 50 mol% of ceria. The amount of the noble metal carried is preferably in the range of 0.05 to 10% by weight based on the metal oxide containing ceria. If the content is less than 0.05% by weight, it becomes difficult to exhibit the activity, and even if the content exceeds 10% by weight, the activity is saturated, the cost is increased, and the noble metal undergoes grain growth at high temperatures.
[0024]
R (NH) 3 / NO x ) Can be adjusted by adding NH 3 , Urea, NH 3 (NH) 3 Precursor), or by adjusting the A / F to oxygen deficiency and using a catalyst in combination with NH3 in the exhaust gas. 3 Can also be generated. NO x And NH 3 Is characterized in that it reacts at a molar ratio of 1: 1. 3 The amount of NO flowing into the catalyst during one addition (generation) time x Amount and NO x NO adsorbed on the adsorption reduction catalyst x It must be less than or equal to the sum of the quantities. If NH 3 NO x Exceeds the total amount of 3 Is discharged.
[0025]
NH 3 To control the quantity, the operating conditions of the engine and the NO x If the relationship with the emission amount is obtained in advance and used as a map, the NO generated during actual operation x Since the amount can be estimated, NH 3 What is necessary is just to determine the addition amount (production amount). A particularly simple method is to use NH only when the exhaust gas atmosphere is R> 1. 3 Is added (generated) in a pulsed manner. NO that can be removed with one pulse x NO NO x NO of adsorption reduction catalyst x If the saturation value of the amount of adsorption is set as the upper limit, the time of one pulse can be adjusted so that the adsorbed NO x Can be reduced and removed, and NH 3 3 Almost all is consumed in the reaction.
[0026]
However, even with this method, NO x NO adsorbed on the adsorption reduction catalyst x Estimated timing and NH 3 Unreacted NO due to deviation from the addition (generation) time of x Or NH 3 Could be emitted. So NH 3 NO (addition amount) x Saturated NO of adsorption reduction catalyst x It is particularly desirable to set it to 10 to 50% based on the amount of adsorption. In this case, NO x NO of adsorption reduction catalyst x When the amount of adsorption reaches 10 to 50% of the saturation value, NH 3 Is added (generated), so that NO x Adsorption reduction catalyst is always NO x It becomes a state where the remaining power of adsorption is left, and NO x Or NH 3 Can be further suppressed.
[0027]
NH 3 Can be determined from the above-described map by monitoring the operating condition of the engine. However, for higher accuracy, x NO downstream of the adsorption reduction catalyst x Arrange the sensor, NO x NO in outgas of adsorption reduction catalyst x Is detected when NH is detected. 3 Is desirably added (produced). That is, NO x NO during sensor outgassing x Is detected, NO x NO of adsorption reduction catalyst x Since it means that the adsorption amount is approaching saturation, a predetermined amount of NH 3 Is added (generated) to give NH 3 NO without worrying about emission of NO x Can be reduced and removed.
[0028]
NH in exhaust gas 3 Is added with NH 3 Gas addition method, ammonia water spray addition method, or decomposition of urea or hexamethylenetetramine to NH 3 (NH) 3 (Precursor) as it is or as a solution. In the case of the exhaust gas purification method of the present invention, NO x NO adsorbed and accumulated on the adsorption reduction catalyst x NH in an amount corresponding to the amount 3 , A relatively high concentration solution can be used and control is easy.
[0029]
NH in the exhaust gas 3 A / F is adjusted to oxygen deficiency and NH 3 It can be carried out by using the produced catalyst in combination. That is, NO x NH upstream of the adsorption reduction catalyst 3 The production catalyst is arranged, and at least one cylinder of the multi-cylinder engine is operated for a predetermined time under a slightly excessive fuel condition with respect to air. Then NH 3 CO, HC, H 2 Products such as incomplete combustion and water vapor and NO x Reacts with NH 3 Is generated and the pulse is NO x It is supplied to the adsorption reduction catalyst. And NO x NO adsorbed and accumulated on the adsorption reduction catalyst x Reacts with NO x And reducing NH 3 It is consumed and disappears.
[0030]
This NH 3 As the generated catalyst, a known catalyst can be used, but a catalyst in which at least one of Pt and Pd is supported on a metal oxide carrier is preferable. Examples of the metal oxide carrier include alumina, titania, zirconia, and ceria. The amount of the noble metal supported is preferably in the range of 0.05 to 10% by weight based on the metal oxide carrier. If the content is less than 0.05% by weight, it becomes difficult to exhibit the activity, and even if the content exceeds 10% by weight, the activity is saturated, the cost is increased, and the noble metal undergoes grain growth at high temperatures.
[0031]
Such NH 3 The generated catalyst has high efficiency and NO x To NH 3 Harmful components such as unburned HC or CO discharged at the time of oxygen excess, and NO x Since it is disposed on the upstream side of the adsorption reduction catalyst, it is suitable in that it is exposed to relatively high temperatures but has excellent heat resistance. NH 3 If a production catalyst is used, NH 3 Has the advantage that a device for adding NO is not required, and the NO in the exhaust gas x Amount and NH generated 3 NO, regardless of driving conditions x NH according to quantity 3 There is also an effect that the amount of generation is automatically adjusted and troublesome control is not required.
[0032]
NH 3 In the case of using the generated catalyst, it is necessary to perform control to adjust the A / F to a pulsed oxygen deficiency. However, when the A / F is adjusted to be short of oxygen, there is a problem that fuel efficiency deteriorates. We examine this problem below.
[0033]
Defining S = (the actual amount of air supplied to the engine / the amount of air required for complete combustion of fuel), the NO emitted by normal oxygen excess combustion where S is 1.5 or more x The amount is NO where S is around 1.0 x It is generally about 1/5 to 1/10 of the discharge amount. NO emitted even if S is less than 0.8 x The amount drops. Therefore NH 3 NH generated by generated catalyst 3 Is preferably in the range of 0.8 to 1.0 in order to efficiently generate.
[0034]
If the time during which the oxygen deficiency condition in which S is in the range of 0.8 to 1.0 is set to 10 to 20% of the total operation time, the exhausted NO x Is mostly NH 3 And NO during excessive oxygen combustion x NO adsorbed on the adsorption reduction catalyst x Sufficient amount of NH to reduce and remove all of the amount 3 Is generated. Accordingly, lean combustion with excess oxygen can be performed for 80 to 90% of the entire operation time, and combustion with excess oxygen occurs on a time average, so that fuel consumption hardly deteriorates. Note that NH 3 NH generated by generated catalyst 3 In order to generate more efficiently, it is preferable that S is closer to 1.0, and as S is closer to 1.0, deterioration of fuel efficiency can be further suppressed.
[0035]
As described above, S is usually set to 1.5 or more, and NO x NO for adsorption reduction catalyst x May be intermittently controlled to be 0.8 to 1.0 when accumulated, all the cylinders of the multi-cylinder engine may be so controlled. It is preferable to install a fuel supply device and an intake control valve that can be controlled independently for each cylinder.
[0036]
In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the exhaust pipe of at least one control cylinder of the internal combustion engine having a plurality of cylinders has NH 3 Supply NH 3 Supply means is arranged and NH 3 In the exhaust gas passage where exhaust pipes of a plurality of cylinders are gathered on the downstream side of the supply means, x And NH 3 NO that promotes the reaction with x An adsorption reduction catalyst is provided.
[0037]
For example, NO x NO for adsorption reduction catalyst x Is controlled such that S becomes 1.5 or more for all cylinders of the multi-cylinder engine. Then the exhaust gas is first NH 3 Through the production catalyst, in this case NH 3 3 No generation of NO x Is NO x NO flowing into the adsorption reduction catalyst x It is adsorbed and accumulated on the adsorption reduction catalyst.
[0038]
At some point, S of at least one cylinder of the multi-cylinder engine is controlled to be 0.8 to 1.0, and the other cylinders are controlled so that S is 1.5 or more. In a control cylinder in which S is controlled to be 0.8 to 1.0, oxygen-deficient combustion occurs and NH 3 NO by generated catalyst x To NH 3 Is generated. NH generated 3 Is NO x NO flowing into the adsorption reduction catalyst and accumulated in high concentration x To N 2 To remove. Depending on the number and / or time of the control cylinders for performing the oxygen-deficient combustion control, the generated NH 3 The amount can be adjusted.
[0039]
According to the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the NO. x Emissions are determined and the NO x NH corresponding to the amount of emissions 3 If the number of control cylinders and the time ratio required to generate the air current are calculated and controlled based on the obtained empirical rule, 95% or more of HC and CO can be obtained even in actual running. x 80-90% can be purified. NO x In order to further reduce the amount of emissions, appropriate feedback control is required.
[0040]
In this case, NO x NO downstream of the adsorption reduction catalyst x It is desirable to arrange sensors. NO x Sensor is NO for the first time x Is detected, NO x NO of adsorption reduction catalyst x Adsorption capacity is small, that is, NH 3 It is determined that the generation amount is insufficient. NO x Is not detected, appropriate control conditions or NH 3 It is determined that the amount of generation is excessive. If the above rule of thumb is corrected based on these determinations, NO x Emission can be further suppressed.
[0041]
Also NO x Adsorption reduction catalyst and NO x Placing an oxidation catalyst between the sensor and NO with an oxidation catalyst added x It is also preferable to use a sensor. In this case, NO x NH from adsorption reduction catalyst 3 Is discharged, the oxidation catalyst causes NO x To be converted to NH 3 Can be prevented from being discharged. Also NO x NO because it can be detected by a sensor x What is necessary is just to control so that the detection value of a sensor may become minimum.
[0042]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.
[0043]
(Example 1)
FIG. 1 schematically shows the exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment. This exhaust gas purifying apparatus includes an NH 1 disposed in an exhaust system of the engine 1. 3 Addition device 2 and NH 3 NO arranged at a position of 0.8 m downstream of the addition device 2 x And an adsorption reduction catalyst 3.
[0044]
The engine 1 is a 2.2-liter, 4-cylinder turbocharged diesel engine.
[0045]
NH 3 The addition device 2 includes a tank 20 into which a 30% by weight aqueous solution of urea is charged, and a compressed air introduction device 21. The compressed air introduced from the compressed air introduction device 21 converts the urea water in the tank 20 into exhaust gas. Sprayable.
[0046]
NO x The adsorption-reduction catalyst 3 is a catalyst in which a coat layer made of ceria is formed on a cordierite honeycomb substrate, and Rh is carried on the coat layer. Hereinafter, this NO x A method for producing the adsorption reduction catalyst 3 will be described, and a detailed description of the configuration will be substituted.
[0047]
A coat layer made of ceria was formed on a cordierite cylindrical honeycomb substrate (2 L, 400 mesh) by a wash coat method. 400 g of the coat layer was formed. Next, using a rhodium nitrate aqueous solution, 4 g of Rh was supported on the coat layer, and NO x Adsorption reduction catalyst 3 was prepared.
[0048]
Using this exhaust gas purifier, the engine 1 was operated at 1700 rpm and 68 Nm, 3 0.42 ml of aqueous urea was sprayed into the exhaust gas from the addition device 2 every 30 seconds for 0.5 seconds. R (NH) in exhaust gas atmosphere when urea water is not added 3 / NO x ) Is almost zero, and R (NH) in the exhaust gas atmosphere when urea water is added 3 / NO x ) Is about 5.
[0049]
While driving in this state, x The average NOx concentration in the gas emitted from the adsorption reduction catalyst 3 was measured, and the results are shown in FIG. Note that NO x The temperature of the gas entering the adsorption reduction catalyst 3 was 270 ° C. NO in exhaust gas from the engine 1 x The concentration was 150 ppm, which is shown as a blank in FIG.
[0050]
(Comparative Example 1)
NO of Example 1 x Instead of the adsorption reduction catalyst 3, a commercially available VW / TiO of the same size 2 An exhaust gas purifying apparatus similar to that of Example 1 was used except that a system ammonia denitration catalyst was used. Then, in the same manner as in Example 1, the average NO x The concentration was measured and the results are shown in FIG.
[0051]
<Evaluation>
From FIG. 2, in the exhaust gas purifying apparatus of Comparative Example 1, NO x Emissions have hardly been reduced. In addition, ammonia odor is also detected from exhaust gas, and NH 3 Had also been discharged. On the other hand, according to the exhaust gas purifying apparatus of this embodiment, the average NO in the exhaust gas x The concentration can be reduced by 93%, NO x Emissions were significantly reduced. Also, no ammonia odor was detected.
[0052]
(Example 2)
FIG. 3 schematically shows the exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment. This exhaust gas purifying apparatus includes an NH 4 disposed in an exhaust system of the engine 4. 3 Generation catalyst 5 and NH 3 NO similar to that of Example 1 disposed downstream of the generation catalyst 5 x An A / F sensor 6 is provided between the engine 4 and the NH3 generating catalyst 5.
[0053]
The engine 4 is a 2.0-liter, 4-cylinder gasoline engine with a total displacement of 2.0 L. Each cylinder is provided with a fuel supply device and an intake control valve (not shown) that can be independently controlled.
[0054]
NH 3 The generated catalyst 5 is one in which a coat layer made of γ-alumina is formed on a cordierite honeycomb substrate, and Pt is carried on the coat layer. Hereinafter, this NH 3 A method for producing the production catalyst 5 will be described, and the detailed description of the configuration will be substituted.
[0055]
A coat layer made of γ-alumina was formed on a cordierite cylindrical honeycomb substrate (0.5 L, 400 mesh) by a wash coat method. 80 g of the coat layer was formed. Next, 0.8 g of Pt was supported on the coat layer using an aqueous dinitrodiammine platinum solution, 3 Production catalyst 5 was prepared.
[0056]
First, from this exhaust gas purifying device, NH 3 Generation catalyst 5 and NO x The first step is to supply 1.6 times more fuel to one control cylinder of the engine 4 than the other three cylinders while detecting the signal of the A / F sensor 6 using the device excluding the adsorption reduction catalyst 3. Controlled to. The other three cylinders are adjusted so that the S value is 1.5, and the exhaust gas from the control cylinder is about 7% oxygen deficient.
[0057]
The composition of the exhaust gas from the engine 4 in the first process was measured, and the results are shown in Table 1.
[0058]
Next, similarly from the exhaust gas purifying apparatus, NH 3 Generation catalyst 5 and NO x As a second step, all the cylinders of the engine 4 were operated so as to have an S value of 1.5 while detecting the signal of the A / F sensor 6 using the apparatus excluding the adsorption reduction catalyst 3. At this time, the composition of the exhaust gas from the engine 4 was measured, and the results are shown in Table 1.
[0059]
Further, similarly from the exhaust gas purifying apparatus, NH 3 Generation catalyst 5 and NO x Using the apparatus excluding the adsorption reduction catalyst 3, as a third step, the first step and the second step were alternately and repeatedly performed for 30 seconds each, and the average composition of the exhaust gas from the engine 4 was measured. 1 is shown.
[0060]
Next, NH was placed 50 cm downstream from the outlet of the engine 4. 3 The production catalyst 5 is arranged, and NO x The exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment was provided by disposing the adsorption reduction catalyst 3. Then, the operation is performed in the same manner as in the third step, and NO x The average composition of the gas emitted from the adsorption reduction catalyst 3 was measured, and the results are shown in Table 1.
[0061]
[Table 1]
Figure 2004283738
[0062]
From Table 1, according to the exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment, NO x It is clear that the emission amount of NO can be reduced by about 91%. x Emissions were greatly reduced. In addition, HC and CO were sufficiently purified, and no ammonia odor was detected.
[0063]
(Example 3)
FIG. 4 shows an exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment. This device has NO x NO on the downstream side of the adsorption reduction catalyst 3 x It is the same as the first embodiment except that the sensor 30 is arranged. NO x Sensor 30 is Pt and WO 3 And the detection signal is NH 3 It is input to the control device 7 that controls the driving of the compressed air introduction device 21 in the addition device 2.
[0064]
Hereinafter, the operation of the exhaust gas purifying apparatus will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0065]
First, in step 101, the drive of the compressed air introduction device 21 is stopped, and the exhaust gas of R ≦ 1 is NO. x It is introduced into the adsorption reduction catalyst 3. Then NO in the exhaust gas x Is NO x NO adsorbed on the adsorption reduction catalyst 3 x NO in the adsorption reduction catalyst 3 x Gradually accumulates.
[0066]
Next, in step 102, NO x The detection signal of the sensor 30 is input to the control device 7, and x NO in gas emitted from adsorption reduction catalyst 3 x Is determined. NO here x If is not detected, the process proceeds to step 103 without doing anything. But no x Is detected, NO x NO of adsorption reduction catalyst 3 x Since it is determined that the residual capacity for adsorption is small, the process jumps from step 103 to step 104, where R> 1 and many NHs are set. 3 Is added.
[0067]
In step 103, the timer drives the compressed air introduction device 21 for less than 30 seconds. After a lapse of 30 seconds, the process proceeds to step 104.
[0068]
In step 104, the compressed air introduction device 21 is driven, and NH4 is contained in the exhaust gas. 3 And the exhaust gas of R> 1 is NO x It is introduced into the adsorption reduction catalyst 3. Then excess NH 3 By NO x NO adsorbed and accumulated in the adsorption reduction catalyst 3 x Is N 2 And at the same time NH 3 Is consumed and disappears. This makes NO x NO of adsorption reduction catalyst 3 x The adsorption capacity is restored.
[0069]
Then, in step 105, NO x The detection signal of the sensor 30 is input to the control device 7, and x NO in gas emitted from adsorption reduction catalyst 3 x Is determined. NO here x Is detected, NH 3 Is still small and NO x NO of adsorption reduction catalyst 3 x Since it means that the remaining adsorption capacity is still small, the processing proceeds to step 107, where NH 3 Is continuously added. NO x If is not detected, the process proceeds to step 106, where NH is set based on an empirical rule. 3 It is determined whether or not the generation amount of is excessive. NH 3 Is excessive, a predetermined correction process is performed, and the process returns to step 101, in which the driving of the compressed air introduction device 21 is stopped and NH 3 Is stopped. NH 3 If the generation amount is appropriate, the process proceeds to step 107 without doing anything.
[0070]
In step 107, the timer stops the driving of the compressed air introduction device 21 for less than 30 seconds, and after 30 seconds, the process returns to step 101 to set the NH 3 Is stopped.
[0071]
Therefore, in the exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment, the compressed air introduction device 21 can be driven in a necessary and sufficient time, and unnecessary driving can be eliminated. Also NO x And NH 3 Can be further suppressed.
[0072]
【The invention's effect】
That is, according to the exhaust gas purifying method and the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, NO x And NH 3 Can be greatly suppressed. Further, since each component reacts at a high concentration, the reaction efficiency is improved about 1000 times as compared with the reaction in a normal exhaust gas, and the capacity of the catalyst can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of an exhaust gas purifying apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows NO in gas emitted from exhaust gas purifying apparatuses of Example 1 and Comparative Example 1. x It is a graph which shows a density with a blank.
FIG. 3 is a block diagram schematically showing a configuration of an exhaust gas purifying apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram schematically showing a configuration of an exhaust gas purifying apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing control contents of an exhaust gas purifying apparatus according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Engine 2: NH 3 Addition device 3: NO x Adsorption reduction catalyst
4: Engine 5: NH 3 Generated catalyst

Claims (9)

NO を吸着し吸着したNO をNH と反応させNへ還元するNO 吸着還元触媒を排ガス流路に配置し、時間平均で酸素過剰の排ガス中で該NO 吸着還元触媒の上流側にNH 及びNH 前駆体の少なくとも一方を供給し、排ガス中のNO とNH を反応させて浄化する排ガス浄化方法であって、
該NO 吸着還元触媒への入りガスにおいて、R=NH /NO で定義されるモル比RがR<1である排ガス雰囲気とR>1である排ガス雰囲気とを交互に繰り返すことを特徴とする排ガス浄化方法。
The the NO x adsorption reduction catalyst for reducing NO x adsorbs the adsorbed NO x to N 2 is reacted with NH 3 is arranged in the exhaust gas line, upstream of the the NO x adsorption and reduction catalyst in an oxygen excess in the exhaust gas at the time average An exhaust gas purification method for supplying at least one of NH 3 and an NH 3 precursor to the exhaust gas side and reacting NO x in the exhaust gas with NH 3 to purify the exhaust gas,
In entering gas to the the NO x adsorption and reduction catalyst, characterized in that the molar ratio R defined by R = NH 3 / NO x is repeated and the exhaust gas atmosphere is 1 <exhaust gas atmosphere and R 1> R alternately Exhaust gas purification method.
前記NO 吸着還元触媒は、少なくともRhが金属酸化物に担持されてなる請求項1に記載の排ガス浄化方法。Wherein the NO x adsorption reduction catalyst, the exhaust gas purifying method according to claim 1, wherein at least Rh is supported on the metal oxide. 前記金属酸化物は少なくともセリアを含む請求項2に記載の排ガス浄化方法。The exhaust gas purification method according to claim 2, wherein the metal oxide contains at least ceria. 複数の気筒をもつ内燃機関の少なくとも一つの制御気筒の排気管にNH を供給するNH 供給手段を配置し、該NH 供給手段の下流側で複数の該気筒の排気管が集合した排ガス流路にNO を吸着し吸着したNO をNH と反応させNへ還元するNO 吸着還元触媒を配置してなることを特徴とする排ガス浄化装置。Exhaust gas to NH 3 supply means for supplying NH 3 is arranged in an exhaust pipe of the at least one control cylinder of an internal combustion engine having a plurality of cylinders, the exhaust pipes of the plurality of the gas cylinder downstream of the NH 3 supply means is set exhaust gas purification apparatus characterized by comprising placing the the NO x adsorption and reduction catalyst for reducing the N 2 adsorbed NO x adsorbs NO x in the flow path is reacted with NH 3. 前記NH 供給手段は、Pt及びPdの少なくとも一方を金属酸化物担体に担持してなり排ガス中のNO をNH に転換するNH 生成触媒である請求項4に記載の排ガス浄化装置。5. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 4, wherein the NH 3 supply unit is a NH 3 generating catalyst that supports at least one of Pt and Pd on a metal oxide carrier and converts NO x in exhaust gas to NH 3 . 前記NH 供給手段は、少なくとも排ガス中でNH を生成する物質を排ガス中に添加するNH 添加装置である請求項4に記載の排ガス浄化装置。The NH 3 supply means, at least an exhaust gas purifying apparatus according to a substance to produce a NH 3 in the exhaust gas to claim 4 is NH 3 addition device to be added to the exhaust gas. 前記NO 吸着還元触媒は、少なくともRhが金属酸化物に担持されてなる請求項4〜6のいずれかに記載の排ガス浄化装置。Wherein the NO x adsorption and reduction catalyst is at least Rh exhaust gas purifying apparatus according to claim 4 comprising supported on a metal oxide. 前記金属酸化物は少なくともセリアを含む請求項7に記載の排ガス浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus according to claim 7, wherein the metal oxide contains at least ceria. 請求項4〜8のいずれかに記載の排ガス浄化装置を用い、前記制御気筒を空気不足雰囲気と空気過剰雰囲気で交互に所定時間運転し、前記制御気筒以外の他の前記気筒は空気過剰雰囲気で運転することを特徴とする排ガス浄化方法。The exhaust gas purifying apparatus according to any one of claims 4 to 8, wherein the control cylinder is alternately operated in an air-deficient atmosphere and an air-excess atmosphere for a predetermined time, and the other cylinders than the control cylinder are operated in an air-excess atmosphere. An exhaust gas purification method characterized by operating.
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