JP2013072334A - Exhaust gas purifying device and exhaust gas purifying catalyst unit - Google Patents
Exhaust gas purifying device and exhaust gas purifying catalyst unit Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013072334A JP2013072334A JP2011211063A JP2011211063A JP2013072334A JP 2013072334 A JP2013072334 A JP 2013072334A JP 2011211063 A JP2011211063 A JP 2011211063A JP 2011211063 A JP2011211063 A JP 2011211063A JP 2013072334 A JP2013072334 A JP 2013072334A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- exhaust gas
- unit
- trap
- gas purification
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
【課題】三元触媒を利用した内燃機関の排ガス浄化プロセスにおいて、効果的にH2S排出を抑制する排ガス浄化装置ならびに排ガス浄化触媒ユニットを提供すること。
【解決手段】ここで開示される内燃機関の排気系に設けられる排ガス浄化装置1は、三元触媒部20よりも排気管12の下流側に配置されるH2Sトラップ触媒部30と、該H2Sトラップ触媒部30に酸素含有ガスを供給する酸素供給手段50とを備え、該H2Sトラップ触媒部30は、CO2昇温脱離測定による触媒1LあたりのCO2の脱離量を基準とした触媒1Lあたりの塩基点量が少なくとも0.01mol/Lである。
【選択図】図1An exhaust gas purification apparatus and an exhaust gas purification catalyst unit that effectively suppress H 2 S emissions in an exhaust gas purification process of an internal combustion engine using a three-way catalyst.
An exhaust gas purifying apparatus provided in an exhaust system of an internal combustion engine disclosed herein includes an H 2 S trap catalyst unit disposed on a downstream side of an exhaust pipe from a three-way catalyst unit, H 2 and an S-trapping catalyst 30 oxygen supply means 50 for supplying an oxygen-containing gas into, the H 2 S-trapping catalyst 30, the amount of released CO 2 per catalyst 1L by CO 2 temperature-programmed desorption measurement The base point amount per 1 L of the catalyst based on the above is at least 0.01 mol / L.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は内燃機関から排出される排ガスを浄化する技術に関する。詳しくは、内燃機関の排気系に設けられる排ガス浄化装置であって硫化水素(H2S)排出の抑制に着目した排ガス浄化装置と該装置に使用される排ガス浄化触媒ユニットに関する。 The present invention relates to a technique for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to an exhaust gas purification device provided in an exhaust system of an internal combustion engine, focusing on suppression of hydrogen sulfide (H 2 S) emission, and an exhaust gas purification catalyst unit used in the device.
自動車等の内燃機関から排出される炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)などの有害成分を同時にかつ効率的に浄化するための排ガス浄化触媒として、貴金属である白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)を主な活性種(触媒金属)とした三元触媒が広く用いられている。近年、各国で強化されている排ガス規制を満たすため、或いは資源リスクの高い上記貴金属の使用を最小限に抑えるために、上記三元触媒を含む排ガス浄化触媒には一層の性能向上が望まれている。 It is a noble metal as an exhaust gas purification catalyst for simultaneously and efficiently purifying harmful components such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) emitted from internal combustion engines such as automobiles. A three-way catalyst having platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh) as main active species (catalyst metal) is widely used. In order to meet exhaust gas regulations that have been strengthened in recent years, or to minimize the use of the above-mentioned precious metals with high resource risks, further improvement in performance is desired for exhaust gas purification catalysts including the above three-way catalyst. Yes.
ところで、三元触媒を使用して内燃機関の排ガスを処理する場合に解決すべき課題の一つとして硫黄(S)成分の処理が挙げられる。
排ガス中に含まれるS成分が、排ガス浄化触媒の貴金属(例えばPd)の表面を被覆することにより、触媒の活性点の低減を招き、結果、硫黄被毒と呼ばれる該触媒の浄化性能の低下を招くおそれがある。従来、かかる硫黄被毒を抑制するため、排ガス浄化触媒の構成、材料、および制御など各方面から改良がなされている。
例えば、硫黄被毒から触媒性能を回復させるために、混合気、即ち燃料ガスの空燃比および該燃料ガスの燃焼後の排ガスの温度を制御することにより、触媒に被覆した硫黄成分(典型的には硫黄酸化物:SOx)を還元して硫化水素(H2S)として気化させ、触媒から脱離させることが知られている。
By the way, processing of a sulfur (S) component is mentioned as one of the problems which should be solved when processing the exhaust gas of an internal combustion engine using a three-way catalyst.
The S component contained in the exhaust gas covers the surface of the noble metal (for example, Pd) of the exhaust gas purification catalyst, thereby reducing the active point of the catalyst, resulting in a decrease in the purification performance of the catalyst called sulfur poisoning. There is a risk of inviting. Conventionally, in order to suppress such sulfur poisoning, improvements have been made from various aspects such as the configuration, material, and control of the exhaust gas purification catalyst.
For example, in order to recover the catalyst performance from sulfur poisoning, the sulfur component (typically coated on the catalyst) (typically by controlling the air-fuel ratio of the gas mixture, ie, the fuel gas air-fuel ratio and the temperature of the exhaust gas after combustion of the fuel gas). Is known to reduce sulfur oxide (SOx), vaporize it as hydrogen sulfide (H 2 S), and desorb it from the catalyst.
しかし、上記脱離したH2Sを排気管からそのまま高濃度で大気中に放出することは、排ガスにH2S特有の不快な臭いを生じさせるため、環境衛生上好ましくない。そこで、不快臭の原因となるH2Sの排出を抑制するための工夫がなされている。
例えば特許文献1には、排気系における三元触媒(第1触媒部)の下流側に、排ガス中の硫黄化合物を吸着可能な第2触媒部を配置した排ガス浄化装置が提案されている(特許文献1)。また、特許文献2には、SOx吸収材を主要な排ガス浄化触媒(例えばNOx吸蔵還元型触媒)よりも排気系の上流側に配置した排ガス浄化装置が開示されている。また、特許文献3には、リーン雰囲気においてSO3或いはSO4の吸着を抑制し、結果、ストイキ或いはリッチ雰囲気におけるH2Sの生成および排出を抑制することができる排ガス浄化触媒が開示されている。また、特許文献4にも還元雰囲気(低温ストイキ又はリッチ雰囲気)においてH2Sの排出を抑制し得る排ガス浄化装置が開示されている。
However, releasing the desorbed H 2 S directly from the exhaust pipe into the atmosphere at a high concentration is not preferable in terms of environmental hygiene because an unpleasant odor peculiar to H 2 S is generated in the exhaust gas. Therefore, a device has been devised to suppress the discharge of H 2 S that causes unpleasant odors.
For example,
上述した各特許文献に記載されている排ガス浄化触媒(排ガス浄化装置)は、H2Sの排出抑制に関して一定の効果を上げているが、さらなるH2S排出抑制を図る上でなお改良の余地がある。
本発明は、かかる課題を解決すべく創出されたものであり、三元触媒を利用した内燃機関の排ガス浄化プロセスにおいて、より効果的にH2Sの排出を抑制することができる排ガス浄化装置ならびに排ガス浄化触媒ユニットを提供することを目的とする。
Exhaust gas purifying catalyst described in the patent documents mentioned above (exhaust gas purification apparatus), which has raised a certain effect on the emissions of
The present invention has been created to solve such a problem, and in an exhaust gas purification process of an internal combustion engine using a three-way catalyst, an exhaust gas purification device that can more effectively suppress the emission of H 2 S, and An object is to provide an exhaust gas purification catalyst unit.
本発明者は、様々な角度から検討を加え、上記目的を実現することのできる本発明を創出するに至った。
即ち、ここで開示される排ガス浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられる排ガス浄化装置であって、排気管に配置される三元触媒部と、該三元触媒部よりも排気管の下流側に配置されるH2Sトラップ触媒部と、該H2Sトラップ触媒部に向けて酸素含有ガスを供給する酸素供給手段と、該酸素供給手段からの酸素含有ガスの供給を制御する制御部とを備えている。
ここで上記H2Sトラップ触媒部は、基材と、該基材に担持された担体と、該担体に担持された触媒金属であって酸化雰囲気中でH2Sを酸化可能な触媒金属とを含む。そして、CO2昇温脱離測定による触媒1LあたりのCO2の脱離量を基準とした触媒1Lあたりの塩基点量が少なくとも0.01mol/Lである。
The present inventor has studied from various angles and has come up with the present invention capable of realizing the above object.
In other words, the exhaust gas purification device disclosed herein is an exhaust gas purification device provided in an exhaust system of an internal combustion engine, and includes a three-way catalyst portion disposed in an exhaust pipe, and a downstream of the exhaust pipe from the three-way catalyst portion. H 2 S trap catalyst section arranged on the side, oxygen supply means for supplying oxygen-containing gas toward the H 2 S trap catalyst section, and control section for controlling supply of oxygen-containing gas from the oxygen supply means And.
Here, the H 2 S trap catalyst part includes a base material, a support supported on the base material, a catalyst metal supported on the support and capable of oxidizing H 2 S in an oxidizing atmosphere. including. The base point amount per 1 L of the catalyst based on the CO 2 desorption amount per 1 L of the catalyst measured by CO 2 temperature programmed desorption measurement is at least 0.01 mol / L.
かかる排ガス浄化装置では、内燃機関(例えば自動車エンジン)の排気系において三元触媒部よりも下流側にH2Sトラップ触媒部を設けるとともに、該H2Sトラップ触媒部がCO2昇温脱離測定(即ちCO2−TPD測定)による触媒1LあたりのCO2の脱離量を基準とした触媒1Lあたりの塩基点量が少なくとも0.01mol/Lとなるように構成されている。なお、触媒部の塩基点量は、具体的には、酸プローブ分子として二酸化炭素を供試サンプルに吸着させ、昇温とともに脱離する二酸化炭素量及び脱離温度を測定することができる(CO2−TPD)。
かかる塩基性の強い(即ち高塩基点量の)H2Sトラップ触媒部を設けた構成により、ここで開示される排ガス浄化装置によると、三元触媒部を通過してきた排ガス中に含まれるH2Sを当該三元触媒部よりも下流側に設置したH2Sトラップ触媒部において効率よく吸着することができる。そして、H2Sトラップ触媒部において吸着されたH2Sは、上記酸素供給手段から供給された酸素含有ガス(典型的にはエア)により酸化雰囲気となった当該H2Sトラップ触媒部において酸化され、SO2等の窒素酸化物として排出される。
このため、本構成の排ガス浄化装置によると、排気管から高濃度のH2Sが放出されることを防止し、H2S特有の不快臭の発生を防止することができる。また、H2Sの大量排出を防止しつつ三元触媒部における硫黄被毒から触媒性能を回復させるための処理(具体的には排ガスの酸素濃度および温度を制御して触媒に被覆した硫黄成分(典型的にはSOx)の還元処理)を行い、三元触媒部の性能維持を図ることができる。
In such an exhaust gas purification apparatus, an H 2 S trap catalyst part is provided downstream of the three-way catalyst part in the exhaust system of an internal combustion engine (for example, an automobile engine), and the H 2 S trap catalyst part is CO 2 temperature-programmed desorption. The base point amount per 1 L of the catalyst is configured to be at least 0.01 mol / L based on the amount of CO 2 desorbed per 1 L of the catalyst by measurement (that is, CO 2 -TPD measurement). The base point amount of the catalyst part can be specifically measured by adsorbing carbon dioxide as an acid probe molecule on a test sample and measuring the amount of carbon dioxide desorbed with an increase in temperature and the desorption temperature (CO 2- TPD).
According to the exhaust gas purification apparatus disclosed here, the H 2 S trap catalyst portion having a strong basicity (that is, a high basic point amount) H 2 S trap catalyst portion provides H contained in the exhaust gas passing through the three-way catalyst portion. 2 S can be efficiently adsorbed in the H 2 S trap catalyst part installed downstream of the three-way catalyst part. Then, H 2 S adsorbed in
For this reason, according to the exhaust gas purification apparatus of this configuration, it is possible to prevent high-concentration H 2 S from being released from the exhaust pipe, and to prevent generation of unpleasant odor peculiar to H 2 S. Also, a process for recovering the catalyst performance from sulfur poisoning in the three-way catalyst part while preventing a large amount of H 2 S discharge (specifically, a sulfur component coated on the catalyst by controlling the oxygen concentration and temperature of the exhaust gas) (Typically, SOx) reduction treatment) can be performed to maintain the performance of the three-way catalyst unit.
また、本発明は、上記目的を実現するべく、内燃機関の排気系に設けられる排ガス浄化触媒ユニットであって、内燃機関の排気系の一部を構成する排気管と、該排気管の上流側に配置される三元触媒部と、該三元触媒部よりも排気管の下流側に配置されるH2Sトラップ触媒部とを備え、ここで上記H2Sトラップ触媒部が、基材と、該基材に担持された担体と、該担体に担持された触媒金属であって酸化雰囲気中でH2Sを酸化可能な触媒金属とを含み、CO2昇温脱離測定による触媒1LあたりのCO2の脱離量を基準とした触媒1Lあたりの塩基点量が少なくとも0.01mol/Lである排ガス浄化触媒ユニットを提供する。
かかる構成の排ガス浄化触媒ユニットを内燃機関の排気系に設けることにより、上述した効果を奏する排ガス浄化装置を構築することができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides an exhaust gas purification catalyst unit provided in an exhaust system of an internal combustion engine, an exhaust pipe constituting a part of the exhaust system of the internal combustion engine, and an upstream side of the exhaust pipe And a H 2 S trap catalyst part arranged downstream of the exhaust pipe from the three-way catalyst part, wherein the H 2 S trap catalyst part is a base material Per 1 L of catalyst measured by CO 2 temperature-programmed desorption measurement, comprising: a support supported on the substrate; and a catalyst metal supported on the support and capable of oxidizing H 2 S in an oxidizing atmosphere. An exhaust gas purifying catalyst unit having a base point amount per liter of catalyst of at least 0.01 mol / L based on the amount of desorbed CO 2 is provided.
By providing the exhaust gas purification catalyst unit having such a configuration in the exhaust system of the internal combustion engine, an exhaust gas purification device having the above-described effects can be constructed.
ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい一態様では、上記制御部は、内燃機関から三元触媒部に導入される排ガスが空燃比リッチ域である混合気(燃料ガス)の燃焼により生じた排ガス(以下、かかる排ガスを「リッチガス」という場合がある。)である場合に、上記酸素供給手段から酸素含有ガスをH2Sトラップ触媒部に供給するように構成されている。
このような構成の排ガス浄化装置によると、排ガスが上記リッチガスである場合(例えば空燃比が14.7未満の場合)において三元触媒部から送り出されてきたH2SをH2Sトラップ触媒部において吸着させるとともに、当該吸着されたH2Sを酸素含有ガスが導入され酸化雰囲気となったH2Sトラップ触媒部において酸化触媒金属により高効率に酸化処理し得、SO2等の窒素酸化物に効率よく変換して外部に排出する(換言すればH2Sの排出を効果的に抑制する)ことができる。
In a preferred aspect of the exhaust gas purifying apparatus disclosed herein, the control unit is configured to detect exhaust gas generated by combustion of an air-fuel mixture (fuel gas) in which the exhaust gas introduced from the internal combustion engine to the three-way catalyst unit is in an air-fuel ratio rich region. (Hereinafter, the exhaust gas is sometimes referred to as “rich gas”.) The oxygen-containing gas is supplied from the oxygen supply means to the H 2 S trap catalyst section.
According to the exhaust gas purifying apparatus having such a configuration, when the exhaust gas is the rich gas (for example, when the air-fuel ratio is less than 14.7), the H 2 S sent from the three-way catalyst unit is converted into the H 2 S trap catalyst unit. In addition, the adsorbed H 2 S can be efficiently oxidized with an oxidation catalyst metal in an H 2 S trap catalyst part in which an oxygen-containing gas is introduced to form an oxidizing atmosphere, and a nitrogen oxide such as SO 2 Can be efficiently converted and discharged to the outside (in other words, the emission of H 2 S can be effectively suppressed).
また、ここで開示される排ガス浄化装置ならびに排ガス浄化触媒ユニットの好ましい一態様では、上記H2Sトラップ触媒部の担体は、セリア・ジルコニア複合酸化物およびアルミナを主体に構成されている。
ここで「主体に構成されている」とは、当該担体がセリア・ジルコニア複合酸化物およびアルミナのみから構成されたもの或いは、担体全体の50質量%(若しくは50vol%)を上回る部分(典型的には70質量%及び/又は70vol%以上)がセリア・ジルコニア複合酸化物およびアルミナで構成されていることを示す用語である。
このような構成の排ガス浄化装置ならびに排ガス浄化触媒ユニットでは、H2S触媒の担体がセリア・ジルコニア複合酸化物およびアルミナを主体に構成されているため、これら酸化物の組成や配合比を調整することにより、所望するレベルの塩基点(塩基性)を容易に実現することができる。また、H2Sトラップ触媒部の担体に十分な機械的強度と酸素吸放出能を付与することができる。セリア・ジルコニア複合酸化物におけるセリアとジルコニアの濃度比(モル比)はジルコニアがリッチであることが好ましい。
In a preferred embodiment of the exhaust gas purifying apparatus and exhaust gas purifying catalyst unit disclosed herein, the carrier of the H 2 S trap catalyst part is mainly composed of ceria / zirconia composite oxide and alumina.
Here, “consisting mainly of” means that the carrier is composed only of ceria-zirconia composite oxide and alumina, or a portion exceeding 50 mass% (or 50 vol%) of the whole carrier (typically Is 70% by mass and / or 70% by volume or more) is a term indicating that it is composed of ceria-zirconia composite oxide and alumina.
In the exhaust gas purification apparatus and exhaust gas purification catalyst unit having such a configuration, since the carrier of the H 2 S catalyst is mainly composed of ceria / zirconia composite oxide and alumina, the composition and mixing ratio of these oxides are adjusted. Thus, a desired level of basic point (basic) can be easily realized. Moreover, sufficient mechanical strength and oxygen absorption / release capability can be imparted to the carrier of the H 2 S trap catalyst part. The concentration ratio (molar ratio) of ceria and zirconia in the ceria / zirconia composite oxide is preferably rich in zirconia.
また、ここで開示される排ガス浄化装置ならびに排ガス浄化触媒ユニットの好ましい一態様では、上記H2Sトラップ触媒部の担体は、希土類元素、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素のうちから選択される少なくとも1種の元素を含むように構成されている。
この種の元素を構成成分として含むことにより、好ましい塩基点(塩基性)を容易に実現することができる。
例えばH2Sトラップ触媒部の担体としてセリア・ジルコニア複合酸化物及び/又はアルミナが含まれており、該セリア・ジルコニア複合酸化物及び/又はアルミナが少なくとも1種の希土類元素(例えば、イットリウム(Y)、スカンジウム(Sc)、或いはランタン(La)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)等の軽希土類元素)を含むことが特に好ましい。例えばこれら希土類元素の酸化物がドープされたセリア・ジルコニア複合酸化物及び/又はアルミナが好適に用いられる。
In a preferred embodiment of the exhaust gas purification device and the exhaust gas purification catalyst unit disclosed herein, the carrier of the H 2 S trap catalyst part is selected from a rare earth element, an alkali metal element, and an alkaline earth metal element. It is configured to include at least one element.
By including this kind of element as a constituent component, a preferable basic point (basic) can be easily realized.
For example, ceria / zirconia composite oxide and / or alumina is included as a support for the H 2 S trap catalyst part, and the ceria / zirconia composite oxide and / or alumina is at least one rare earth element (for example, yttrium (Y ), Scandium (Sc), or lanthanum (La), praseodymium (Pr), or light rare earth elements such as neodymium (Nd). For example, a ceria / zirconia composite oxide and / or alumina doped with an oxide of these rare earth elements is preferably used.
また、ここで開示される排ガス浄化装置ならびに排ガス浄化触媒ユニットの好ましい他の一態様では、上記H2Sトラップ触媒部には、ニッケル(Ni)が実質的に含まれていない。
ここで「実質的に含まれていない」とは、意図的に含ませていないという意味であり、不可避的な極微量の混在を許容する用語である。
本態様の排ガス浄化装置ならびに排ガス浄化ユニットでは、環境負荷をより低減することができる。
Moreover, in another preferable aspect of the exhaust gas purification device and the exhaust gas purification catalyst unit disclosed herein, the H 2 S trap catalyst part does not substantially contain nickel (Ni).
Here, “substantially not contained” means not intentionally contained, and is a term that allows inevitable mixing of extremely small amounts.
In the exhaust gas purification device and the exhaust gas purification unit of this aspect, the environmental load can be further reduced.
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.
図1に示すように、本実施形態に係る排ガス浄化装置1は、内燃機関、例えば自動車エンジン(例えばガソリンエンジン)2の排気系に設けられる装置1であり、大まかにいって、その主要部を構成する排ガス浄化触媒ユニット10と、制御部40と、酸素供給手段であるエアインジェクション(空気噴射装置)50とを備える。
排ガス浄化触媒ユニット10は、内燃機関である自動車用エンジン2の排気系の一部を構成する排気管12と、該エンジン2からの排ガス流における上流側に配置された三元触媒部20と、該三元触媒部20よりも排気管の下流側に配置されるH2Sトラップ触媒部30とを備える。
制御部40は、ECU(電子制御ユニット即ちエンジンコントロールユニット)により構成される。即ち制御部(ECU)40は、エンジン2と排ガス浄化装置1との間の制御を行うユニットであり、一般的な制御装置と同様にデジタルコンピュータその他の電子機器を構成要素として含んでいる。典型的には、制御部(ECU)40は、双方向性バスによって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、CPU(マイクロプロセッサ)、入力ポートおよび出力ポート等を備える。なお、制御部(ECU)40自体の装置構成は本発明を特徴付けるものではなく、従来この種の内燃機関(自動車エンジン)で採用されるものでよく、これ以上の詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 1, an exhaust
The exhaust gas
The
エアインジェクション(AI)50は、三元触媒部20とH2Sトラップ触媒部30との間の排気管12に設置されている。かかるエアインジェクション50は、上記制御部40と電気的に接続されており、制御部40から出力される制御信号に基づいて作動し、所定のタイミングでエア(即ち酸素含有ガス)を排気管12内からH2Sトラップ触媒部30に向けて供給し得るように設置されている。即ち、エアインジェクション50から供給されたエアにより、排ガス流の下流側にあるH2Sトラップ触媒部30に供給されるガスの酸素濃度を向上させることができる。このため、排ガスがリッチガスであるような還元雰囲気であってもH2Sトラップ触媒部30内を酸化雰囲気に転換することができる。なお、エアインジェクション50の構造自体は、従来の自動車エンジンの排気系に設置される空気噴射装置(例えばエアポンプ式や吸引式)と同様でよく、本発明を特徴付けるものではないため、詳細な装置構成の説明は省略する。
The air injection (AI) 50 is installed in the
また、本実施形態に係る排ガス浄化装置1には、所定の空燃比センサ(A/Fセンサ若しくはO2センサとも呼ばれる。)60がエンジン2と三元触媒部20との間の排気管12に設置されている。かかる空燃比センサ60は上記制御部(ECU)40と電気的に接続されており、制御部40はエンジン2と三元触媒部20との間の排気管12を流れる排ガスの空燃比に関する情報を当該センサ60から入力することができる。なお、空燃比センサ60としては従来のこの種のセンサを用いればよく、本発明の実施にあたって特殊な構造や性能のセンサを使用する必要はない。
なお、制御部(ECU)40は、エンジン2の図示しない燃料噴射装置、三元触媒部20、H2Sトラップ触媒部30、等にも電気的に接続されており、各触媒部20,30内部の温度のモニタリングや燃料噴射装置の作動制御を行うことができる。
In the exhaust
The control unit (ECU) 40 is also electrically connected to a fuel injection device (not shown) of the
次に、本実施形態に係る排ガス浄化装置1の主要部である排ガス浄化触媒ユニット10について詳細に説明する。
本実施形態に係る排ガス浄化触媒ユニット10は、内燃機関である自動車エンジン2の排気管12の上流側に三元触媒部20が配置され、該三元触媒部20よりも下流側にH2Sトラップ触媒部30が配置されるように形成されている。
三元触媒部20は、自動車エンジンの排気系に装備される従来のものと同様でよく、特に制限されない。
自動車エンジン等の内燃機関の排気系に設けられる場合、典型的には適当な基材を備える。かかる基材としては、従来のこの種の用途に用いられる種々の素材及び形態のものが使用可能である。例えば、高耐熱性を有するコージェライト、炭化ケイ素(SiC)等のセラミックスまたは合金(ステンレス等)のような耐熱性素材から形成されたハニカム構造を備えるハニカム基材などを好適に採用することができる。
一例として図2に示す外形が円筒形状であるハニカム基材70は、ここで開示される排ガス浄化触媒ユニット10の三元触媒部20ならびにH2Sトラップ触媒部30を構成する基材として好適である。かかるハニカム基材70は、排ガス流に沿う筒軸方向(図中の矢印方向)に排ガス通路として複数の規則的に配列された貫通孔(セル)72が設けられ、各セル72を仕切る隔壁(リブ壁)74に排ガスが接触可能に構成されている。なお、設置する排気系(排気管)の形状に応じて、図示されるハニカム形状の他、フォーム形状、ペレット形状等の基材を使用してもよい。また基材全体の外形については、円筒形に代えて、楕円筒形、多角筒形を採用してもよい。
Next, the exhaust gas
In the exhaust gas
The three-
When provided in an exhaust system of an internal combustion engine such as an automobile engine, typically a suitable base material is provided. As such a base material, various materials and forms used for conventional applications of this type can be used. For example, a cordierite having high heat resistance, a honeycomb substrate having a honeycomb structure formed from a heat resistant material such as ceramics or alloys (stainless steel, etc.) such as silicon carbide (SiC), and the like can be suitably employed. .
As an example, the
そして、基材(例えば上記ハニカム基材70)上に三元触媒を構成する触媒コート層を形成する。かかる触媒コート層は、例えば、アルミナ(Al2O3)、セリア(CeO2)、ジルコニア(ZrO2)、シリカ(SiO2)、チタニア(TiO2)、セリア・ジルコニア(CeO2−ZrO2)複合酸化物、等の多孔質担体に、触媒作用によって炭化水素(HC)および一酸化炭素(CO)を酸化可能な触媒金属と、窒素酸化物(NOx)を還元可能な触媒金属とが担持されることにより構成される。
この種の触媒金属として白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)等が挙げられ、酸化活性に優れたPtと還元活性に優れたRhとを使用することが好ましい。
多孔質担体および触媒金属を備える触媒コート層は、従来公知の方法により調製することができる。典型的には、ウォッシュコート法により調製できる。例えば、多孔質担体粒子(粉末)を含むスラリーを基材にウォッシュコートし、それに触媒金属粒子を担持してもよいし、或いは予め所定の触媒金属粒子が担持された多孔質担体粒子(粉末)を含むスラリーを基材にウォッシュコートしてもよい。次いで、適当な条件で焼成することにより、目的とする触媒コート層を形成することができる。
触媒金属担持量は、従来の三元触媒部と同様でよく特に限定されない。例えば、多孔質担体1Lあたり0.1g〜10g程度が好ましい。なお、ウォッシュコート法に基づく触媒コート層の形成は従来の排ガス浄化用触媒の作製に採用される方法と同様でよく、本発明を特徴付けるものではない。
And the catalyst coat layer which comprises a three way catalyst is formed on a base material (for example, the said honeycomb base material 70). Such a catalyst coat layer is, for example, alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), silica (SiO 2 ), titania (TiO 2 ), ceria zirconia (CeO 2 —ZrO 2 ). A catalyst carrier capable of oxidizing hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) and a catalyst metal capable of reducing nitrogen oxide (NOx) are supported on a porous carrier such as a composite oxide. It is constituted by.
Examples of this type of catalytic metal include platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd), and the like, and it is preferable to use Pt having excellent oxidation activity and Rh having excellent reduction activity.
A catalyst coat layer comprising a porous carrier and a catalyst metal can be prepared by a conventionally known method. Typically, it can be prepared by a wash coat method. For example, a slurry containing porous carrier particles (powder) may be wash-coated on a substrate, and catalytic metal particles may be supported thereon, or porous carrier particles (powder) in which predetermined catalyst metal particles are previously supported. The base material may be wash-coated with a slurry. Subsequently, the target catalyst coat layer can be formed by firing under appropriate conditions.
The amount of catalyst metal supported is not particularly limited as it may be the same as that of the conventional three-way catalyst part. For example, about 0.1 to 10 g per liter of porous carrier is preferable. The formation of the catalyst coat layer based on the washcoat method may be the same as the method employed in the production of the conventional exhaust gas purification catalyst, and does not characterize the present invention.
次に、ここで開示される排ガス浄化触媒ユニット10を特徴付けるH2Sトラップ触媒部30について詳細に説明する。図3は、H2Sトラップ触媒部30の構成と作用効果(機能)を模式的に説明する図である。
H2Sトラップ触媒部30の基本構造は、上述の三元触媒部20と同様でよく、典型的には上述したハニカム構造或いは他の構造の耐熱性素材(コージェライト等)からなる基材32上に、多孔質担体34と該担体34に担持された触媒金属(粒子)38とから成るH2Sトラップ触媒コート層36を備える。
ここで開示されるH2Sトラップ触媒コート層36を構成する多孔質担体34は、CO2昇温脱離測定による触媒1LあたりのCO2の脱離量を基準とした触媒1Lあたりの塩基点量が少なくとも0.01mol/L(例えば0.01〜0.05mol/L)であることを特徴とする。好ましくは、触媒1Lあたりの塩基点量が少なくとも0.012mol/Lである(例えば0.012〜0.05mol/L)。
かかる特性を備え、且つ、この種の用途に適する担体であれば特に材質には限定はないが、比較的塩基性の高い(即ち高塩基点である)セラミックス製の多孔質担体が好ましい。例えば、セリア、ジルコニア、セリア・ジルコニア複合酸化物、アルミナ、各種のゼオライト(例えばA型、フェリライト型、ZSM−5型、モルデナイト型、β型、X型、Y型のゼオライト)が挙げられる。なかでもセリア・ジルコニア複合酸化物およびアルミナを主体に構成されている多孔質担体が好ましい。かかる2種の酸化物の配合比を調整することにより、多孔質担体の塩基点量の増減を行うことができる。また、担体に機械的強度と酸素吸放出能を付与することができる。
また、塩基点量を増大させる観点からは、セリア・ジルコニア複合酸化物におけるセリアとジルコニアの濃度比(モル比)は、ジルコニアがリッチであることが好ましい。例えばモル比でセリア:ジルコニア=1:2〜1:5程度が好ましい。
Next, the H 2 S
The basic structure of the H 2 S
The
The material is not particularly limited as long as it has such characteristics and is suitable for this kind of application, but a ceramic porous carrier having a relatively high basicity (that is, a high basic point) is preferable. Examples include ceria, zirconia, ceria-zirconia composite oxide, alumina, and various types of zeolite (for example, zeolites of A type, ferrilite type, ZSM-5 type, mordenite type, β type, X type, and Y type). Of these, a porous carrier mainly composed of ceria / zirconia composite oxide and alumina is preferable. By adjusting the blending ratio of these two kinds of oxides, the amount of base points of the porous carrier can be increased or decreased. Further, mechanical strength and oxygen absorption / release capability can be imparted to the carrier.
Further, from the viewpoint of increasing the amount of base sites, the concentration ratio (molar ratio) of ceria and zirconia in the ceria / zirconia composite oxide is preferably rich in zirconia. For example, a molar ratio of ceria: zirconia = 1: 2 to 1: 5 is preferable.
或いは、高塩基性物質の導入により、多孔質担体の塩基点量の調節を行うことができる。そのような物質としてアルカリ土類金属元素、アルカリ金属元素、希土類元素の化合物(例えば酸化物)若しくは塩(例えば炭酸塩、酢酸塩、硫酸塩)が挙げられる。例えば、Y、Sc、或いはLa、Pr、Nd等の軽希土類(酸化物)を含むことが特に好ましい。これら希土類元素の酸化物を含むセリア、ジルコニア、セリア・ジルコニア複合酸化物、アルミナ、各種のゼオライト(特にはセリア・ジルコニア複合酸化物及び/又はアルミナ)の利用が好ましい。
或いはまた、バリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)等のアルカリ土類金属元素(第2族元素)の酸化物、水酸化物、若しくは炭酸塩、酢酸塩等の塩を含むセリア、ジルコニア、セリア・ジルコニア複合酸化物、アルミナ、各種のゼオライト(特にはセリア・ジルコニア複合酸化物及び/又はアルミナ)の利用が好ましい。
或いはまた、ナトリウム(Na)、カリウム(K)等のアルカリ金属元素の酸化物、水酸化物、若しくは炭酸塩、酢酸塩等の塩を含むセリア、ジルコニア、セリア・ジルコニア複合酸化物、アルミナ、各種のゼオライト(特にはセリア・ジルコニア複合酸化物及び/又はアルミナ)の利用が好ましい。
Alternatively, the basic point amount of the porous carrier can be adjusted by introducing a highly basic substance. Examples of such substances include alkaline earth metal elements, alkali metal elements, rare earth element compounds (for example, oxides) or salts (for example, carbonates, acetates, sulfates). For example, it is particularly preferable that light rare earths (oxides) such as Y, Sc, La, Pr, and Nd are included. Use of ceria, zirconia, ceria / zirconia composite oxide, alumina, and various zeolites (particularly, ceria / zirconia composite oxide and / or alumina) containing these rare earth element oxides is preferable.
Alternatively, oxides, hydroxides, carbonates, acetates, etc. of alkaline earth metal elements (
Alternatively, ceria, zirconia, ceria / zirconia composite oxide, alumina, various oxides containing oxides, hydroxides, carbonates, acetates, etc. of alkali metal elements such as sodium (Na) and potassium (K) Of these, it is preferable to use zeolite (particularly, ceria-zirconia composite oxide and / or alumina).
これらの成分は、従来既知の方法により、多孔質担体中に含有させることができる。例えば、希土類元素(例えばY、La、Pr、Nd)を有する原料化合物と、多孔質担体を構成する元素(例えば、Al、Zr,Ce)の原料化合物とを所望のモル比で混合し、焼成することにより、目的の希土類元素の酸化物を含むセラミックスから成る多孔質担体を得ることができる。或いは、アルカリ金属元素若しくはアルカリ土類金属元素のイオンを含む溶液中に所定の組成の多孔質担体を浸漬し、乾燥、焼成することにより、目的のアルカリ金属元素若しくはアルカリ土類金属元素(第2族元素)の化合物や塩を含むセラミックスから成る多孔質担体を得ることができる。
多孔質担体中に含まれるこれら成分(希土類成分、アルカリ金属成分、アルカリ土類金属成分)は、所定の塩基点量が実現されるように配合される限り、その含有率は特に限定されない。例えば、酸化物換算で多孔質担体全体の1〜20質量%程度が希土類元素の酸化物となるように希土類成分を含有させるとよい。
These components can be contained in the porous carrier by a conventionally known method. For example, a raw material compound having a rare earth element (for example, Y, La, Pr, Nd) and a raw material compound for an element constituting the porous carrier (for example, Al, Zr, Ce) are mixed at a desired molar ratio, followed by firing. By doing so, it is possible to obtain a porous carrier made of ceramics containing the target rare earth element oxide. Alternatively, a porous carrier having a predetermined composition is dipped in a solution containing ions of an alkali metal element or an alkaline earth metal element, dried, and fired to obtain a target alkali metal element or alkaline earth metal element (second A porous carrier made of a ceramic containing a compound of a group element) or a salt can be obtained.
The content of these components (rare earth component, alkali metal component, alkaline earth metal component) contained in the porous carrier is not particularly limited as long as they are blended so as to achieve a predetermined base point amount. For example, the rare earth component may be contained so that about 1 to 20% by mass of the entire porous carrier in terms of oxide is an oxide of the rare earth element.
なお、特に限定しないが、H2Sトラップのための多孔質担体は、粉末状(粒子状)のものが好適に用いられる。担体を構成する粒子の平均粒径(レーザ回折・散乱法により測定される平均粒子径、もしくはSEMまたはTEM観察に基づく平均粒子径。)は、1nm以上1000nm以下が適当であり、5nm以上500nm以下が好ましく、20nm以上250nm以下がより好ましい。また、担体を構成する粒子の比表面積(BET法により測定される比表面積。以下同じ。)は50〜700m2/gが好ましく、100〜300m2/gがより好ましい。上記担体を構成する粒子の平均粒径が1000nmより大きすぎる、または比表面積が50m2/gより小さすぎる場合は、該担体に担持された触媒金属の分散性が低下する傾向があり、触媒の浄化性能が低下するため好ましくない。また、上記担体を構成する粒子の粒径が1nmよりも小さすぎる、または比表面積が700m2/gより大きすぎる場合は、上記担体自体の耐熱性が低下するため、触媒の耐熱特性が低下し、好ましくない。 Although not particularly limited, a powdery (particulate) porous carrier for the H 2 S trap is preferably used. The average particle diameter of the particles constituting the carrier (average particle diameter measured by laser diffraction / scattering method or average particle diameter based on SEM or TEM observation) is suitably from 1 nm to 1000 nm, and from 5 nm to 500 nm. Is preferable, and 20 nm or more and 250 nm or less are more preferable. The specific surface area of the particles constituting the carrier (specific surface area as measured by BET method. Hereinafter the same.) Is preferably 50~700m 2 / g, 100~300m 2 / g is more preferable. When the average particle size of the particles constituting the support is too large than 1000 nm or the specific surface area is too small than 50 m 2 / g, the dispersibility of the catalyst metal supported on the support tends to be reduced. This is not preferable because the purification performance deteriorates. In addition, when the particle size of the particles constituting the carrier is too smaller than 1 nm or the specific surface area is more than 700 m 2 / g, the heat resistance of the carrier itself is lowered, so that the heat resistance characteristics of the catalyst are lowered. It is not preferable.
H2Sトラップ触媒コート層36に含まれる触媒金属(粒子)38としては、酸化雰囲気中でH2Sを酸化可能な触媒金属であれば特に制限はない。但し、環境への負荷を考慮してNiを含ませないことが好ましい。好適例としてPt、Pd等の白金族の金属またはそれらの合金の粒子が挙げられる。
上述したような多孔質担体34に触媒金属を担持させる方法は、従来公知の方法でよく、本発明の実施にあたって特別な処理を必要としない。例えば担体にPt粒子又はPd粒子を担持させる方法としては、特に制限されず、例えば含浸法や吸着法を用いることができる。典型的な含浸法では、適当な白金塩やパラジウム塩を含有する水溶液に担体を含浸させ、次いで乾燥、焼成することにより調製することができる。特に限定しないが、焼成温度は300〜700℃程度が適当である。焼成温度が高すぎると担体に担持された貴金属粒子の粒成長が進行する虞があるため好ましくない。また、焼成温度が低すぎると焼成時間が長引く傾向があり好ましくない。触媒金属担持量は特に限定されない。例えば、多孔質担体1Lあたり0.1g〜10g程度が好ましい。
The catalyst metal (particles) 38 included in the H 2 S trap
The method for supporting the catalyst metal on the
なお、このようにして調製された触媒金属粒子38が担持された多孔質担体34を用いて基材32上にH2Sトラップ触媒コート層36を形成する方法は、上記の三元触媒部20の場合と同様であり、一般的なウォッシュコート法によって基材32の表面にH2Sトラップ触媒コート層36を形成することができる。即ち、触媒金属粒子38が担持された多孔質担体34を含むスラリーを基材32上にウォッシュコートしてもよいし、先に多孔質担体34を含むスラリーを基材32上にウォッシュコートし、それに触媒金属粒子38を担持してもよい。次いで、適当な条件で焼成する(例えば400〜1000℃程度で6時間以下の焼成を行う。)ことによりH2Sトラップ触媒コート層36を形成することができる。H2Sトラップ触媒コート層36の厚さ(平均厚さ)は特に限定されず、例えば10μm〜200μm程度が適当であり、30μm〜100μm程度が好ましい。
The method of forming the H 2 S trap
上述した構成の本実施形態に係る排ガス浄化装置1によると、空燃比センサ60からの情報(例えば酸素濃度に基づくデータ信号)が制御部(ECU)40に送信される。制御部40は、入力した情報に基づいてエンジンに供給された混合気の空燃比を算出する。さらに当該空燃比に基づいて、三元触媒部20に導入された排ガスが空燃比リッチ域である混合気の燃焼により生じた排ガス(リッチガス)であるか或いは空燃比ストイキ若しくはリーン域である混合気の燃焼により生じた排ガス(以下、かかる排ガスを「リーン/ストイキガス」という場合がある。)であるかを判定し、リッチガスである場合(或いは空燃比の値がリッチ域に属する場合)においてエアインジェクション50に作動信号を出力する。
According to the exhaust
例えば、好適な一実施形態として制御部40は、上記空燃比センサ60からのデータに基づいて算出される空燃比がリッチ域、例えばガソリンエンジンの場合、典型的にはA/F値が14.7(ストイキ)未満のときにエアインジェクション50からエア(酸素含有ガス)を排気管12中に噴射し、当該噴射されたエア(酸素含有ガス)はH2Sトラップ触媒部30に供給される。一方、A/F値が14.7以上のストイキ若しくはリーン域の場合には制御部40はエアインジェクション50からのエア噴出を停止する。このような操作を行うことにより、以下のように排ガス中の硫黄(S)成分を処理することができる。
即ち、エンジン2からの排ガスがリーン/ストイキガスであるときには当該排ガス中の硫黄成分(例えばSO2)は三元触媒部20において種々の形態(例えば硫酸塩:SO4 2−)で担体若しくは金属触媒に吸着・保持される。そして、エンジン2からの排ガスがリッチガスとなり、三元触媒部20が当該リッチガスの導入で還元雰囲気に変化した際、吸着・保持されていたSがH2Sに還元され、三元触媒部20から放出され、排気管12を通って下流側のH2Sトラップ触媒部30に導入される。そして、H2Sトラップ触媒部30における上記H2S吸着成分によってH2Sを可逆的に吸着することができる。
For example, when the air-fuel ratio calculated based on the data from the air-
That is, when the exhaust gas from the
このとき、三元触媒部20に導入される排ガスがリッチガスである(換言すれば空燃比センサ60からのデータに基づいて算出される空燃比がリッチ域である)ことを条件として制御部40からの作動信号によってエアインジェクション50からエアが排気管12を通してH2Sトラップ触媒部30に向けて供給され、H2Sトラップ触媒部30内がエア(酸素)によって酸化雰囲気に変化する。
而して、図3に模式的に示すように、エア(酸素)が導入されたH2Sトラップ触媒部30において触媒金属38(酸化触媒)の作用により、H2Sトラップ触媒部30に導入されたリッチガス中のH2Sおよび予めトラップされていたH2Sを酸化し、典型的にはSO2およびH2Oとして外部に排出する。このため、本実施形態に係る排ガス浄化装置1によると、排気管12から高濃度のH2Sが放出されることを防止し、H2S特有の不快臭の発生を防止することができる。また、H2Sの大量排出を防止しつつ適当なタイミングで三元触媒部20にリッチガス(還元性ガス)を導入して三元触媒部20における硫黄被毒から触媒性能を回復させるための処理(SOx還元処理)を行い、三元触媒部の性能維持を実現することができる。
At this time, from the
And Thus, as shown schematically in Figure 3, by the action of the air
以下、本発明に関するいくつかの実施例につき説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。 Several examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the specific examples.
<H2Sトラップ触媒部の製造例1>
セリア・ジルコニア複合酸化物(セリア/ジルコニアのモル比=1/4)の粉末(比表面積:約100m2/g)とθ−アルミナの粉末(比表面積:約100m2/g)とを用意した。これら粉末と、バインダーとしてのアルミナ水和物(ここでは日産化学工業株式会社製品)とを用いて、H2Sトラップ触媒部形成用スラリーを調製した。上記2種の酸化物粉末の配合比は、CO2−TPD測定による触媒1LあたりのCO2の脱離量を基準とした触媒1Lあたりの塩基点量が0.009mol/Lとなるように調整した。
そして、得られたスラリーを、全長105mm、直径103mm、セル構造4.5mil/400cpsi(ここでmilは1/1000インチ、cpsiは平方インチあたりのセル数)であるコージェライト製ハニカム基材に対してウォッシュコートし、500℃で2時間の焼成を行った。触媒コート量は、ハニカム基材1Lあたり約120gとなるようにした。続いて、ジニトロジアンミン白金硝酸塩水溶液を用いて触媒金属粒子としてPt粒子を担持し、250℃で1時間乾燥し、続いて500℃で1時間の焼成を行った。Pt粒子の担持量はハニカム基材1Lあたり約2gであった。
上記のプロセスにより、上記CO2−TPD測定基準で触媒1Lあたりの塩基点量が0.009mol/Lである「サンプル1」のH2Sトラップ触媒部を作製した。
<Example 1 of production of H 2 S trap catalyst portion>
Ceria / zirconia composite oxide (ceria / zirconia molar ratio = 1/4) powder (specific surface area: about 100 m 2 / g) and θ-alumina powder (specific surface area: about 100 m 2 / g) were prepared. . Using these powders and alumina hydrate (product of Nissan Chemical Industries, Ltd.) as a binder, a slurry for forming an H 2 S trap catalyst part was prepared. The mixing ratio of the two kinds of oxide powders is adjusted so that the base point amount per 1 L of the catalyst is 0.009 mol / L based on the CO 2 desorption amount per 1 L of the catalyst according to the CO 2 -TPD measurement. did.
The obtained slurry was applied to a cordierite honeycomb substrate having a total length of 105 mm, a diameter of 103 mm, and a cell structure of 4.5 mil / 400 cpsi (where mil is 1/1000 inch and cpsi is the number of cells per square inch). Wash-coating was performed, followed by baking at 500 ° C. for 2 hours. The catalyst coating amount was about 120 g per 1 L of honeycomb substrate. Subsequently, Pt particles were supported as catalytic metal particles using a dinitrodiammine platinum nitrate aqueous solution, dried at 250 ° C. for 1 hour, and then calcined at 500 ° C. for 1 hour. The amount of Pt particles supported was about 2 g per liter of honeycomb substrate.
According to the above process, an H 2 S trap catalyst portion of “
<H2Sトラップ触媒部の製造例2>
上記製造例1で使用したセリア・ジルコニア複合酸化物に代えて、酸化物全体を100として3質量%のLa2O3と7質量%のPr2O3を含むセリア・ジルコニア複合酸化物を使用した以外は、上記製造例1と同様の材料を使用し同様のプロセスにより、上記CO2−TPD測定基準の触媒1Lあたりの塩基点量が0.015mol/Lである「サンプル2」のH2Sトラップ触媒部を作製した。
<Example 2 of production of H 2 S trap catalyst portion>
Instead of the ceria / zirconia composite oxide used in Production Example 1 above, a ceria / zirconia composite oxide containing 3% by mass of La 2 O 3 and 7% by mass of Pr 2 O 3 with the whole oxide as 100 is used. Except for the above, by using the same material as in Production Example 1 and performing the same process, H 2 of “
<H2Sトラップ触媒部の製造例3>
上記製造例1で使用したセリア・ジルコニア複合酸化物に代えて、酸化物全体の5質量%のNd2O3と5質量%のY2O3を含むセリア・ジルコニア複合酸化物を使用した以外は、上記製造例1と同様の材料を使用し同様のプロセスにより、上記CO2−TPD測定基準の触媒1Lあたりの塩基点量が0.015mol/Lである「サンプル3」のH2Sトラップ触媒部を作製した。
<Example 3 of production of H 2 S trap catalyst portion>
In place of the ceria / zirconia composite oxide used in Production Example 1, a ceria / zirconia composite oxide containing 5% by mass of Nd 2 O 3 and 5% by mass of Y 2 O 3 was used. H 2 S trap of “Sample 3” using the same material as in Production Example 1 and the same process and having a base point amount of 0.015 mol / L per 1 L of catalyst based on the above CO 2 -TPD measurement standard A catalyst part was prepared.
<H2Sトラップ触媒部の製造例4>
上記製造例1で使用したアルミナに代えて、酸化物全体の5質量%のLa2O3を含むθ−アルミナを使用した以外は、上記製造例1と同様の材料を使用し同様のプロセスにより、上記CO2−TPD測定基準の触媒1Lあたりの塩基点量が0.013mol/Lである「サンプル4」のH2Sトラップ触媒部を作製した。
<Example 4 of production of H 2 S trap catalyst portion>
Instead of the alumina used in Production Example 1, the same material as in Production Example 1 was used, except that θ-alumina containing 5% by mass of La 2 O 3 of the whole oxide was used. Then, an H 2 S trap catalyst part of “Sample 4” having a base point amount of 0.013 mol / L per 1 L of catalyst based on the above CO 2 -TPD measurement standard was prepared.
<H2Sトラップ触媒部の製造例5>
上記製造例1で作製したサンプル1のH2Sトラップ触媒部(即ち触媒担持ハニカム基材)に対してアルカリ金属塩処理を施した。具体的には、所定濃度の炭酸ナトリウム水溶液(或いは他のナトリウムイオンを含む水溶液)にサンプル1のH2Sトラップ触媒部(触媒担持ハニカム基材)を浸漬し、炭酸ナトリウム水溶液を基材に吸水させた。次いで、250℃で乾燥し、500℃で焼成することにより、上記CO2−TPD測定基準の触媒1Lあたりの塩基点量が0.012mol/Lである「サンプル5」のH2Sトラップ触媒部を作製した。
<Example 5 of production of H 2 S trap catalyst part>
The H 2 S trap catalyst part (that is, the catalyst-supporting honeycomb substrate) of
<H2Sトラップ触媒部の製造例6>
上記製造例1で作製したサンプル1のH2Sトラップ触媒部(即ち触媒担持ハニカム基材)に対してアルカリ土類金属塩処理を施した。具体的には、所定濃度の炭酸バリウム水溶液(或いは他のバリウムイオンを含む水溶液)にサンプル1のH2Sトラップ触媒部(触媒担持ハニカム基材)を浸漬し、炭酸バリウム水溶液を基材に吸水させた。次いで、250℃で乾燥し、500℃で焼成することにより、上記CO2−TPD測定基準の触媒1Lあたりの塩基点量が0.014mol/Lである「サンプル6」のH2Sトラップ触媒部を作製した。
<Example 6 of production of H 2 S trap catalyst portion>
The alkaline earth metal salt treatment was performed on the H 2 S trap catalyst portion (that is, the catalyst-supporting honeycomb substrate) of
<H2S排出量の測定試験1>
上記各製造例において得られたサンプル1〜6のH2Sトラップ触媒部(触媒担持ハニカム基材)を用いて、以下の試験を行った。
即ち、上述した図1に模式的に示す排ガス浄化触媒ユニット10が構築されるよう、実際の直列4気筒ガソリンエンジン(排気量:約2L)の排気系における三元触媒部20の下流に、サンプル1〜6のうちのいずれかのH2Sトラップ触媒部30とエアインジェクション50を配置し、S含有ガソリンを使用して実エンジンを運転した。
具体的には、図1に示すような排気系を構築し、排ガス流における上流側にある三元触媒部20においてSが飽和吸着するまでストイキ条件下でエンジンを運転後、WOT(ワイドオープンスロットル)状態に切り替えてエンジンを運転し、三元触媒部20に導入される排ガスをリッチガスに変化させた。このとき、空燃比センサ60からのデータに基づいて算出されるA/F値が14.0以下であることを条件にエアインジェクション50からエアをH2Sトラップ触媒部30の上流側の排気管12中に噴射し、H2Sトラップ触媒部30内を酸化雰囲気とした。かかる条件下における排気管12から外部に排出される排ガス中のH2S濃度(H2S排出量:ppm)を連続的に測定した。
<
The following tests were conducted using the H 2 S trap catalyst parts (catalyst-supported honeycomb base materials) of
That is, in order to construct the exhaust gas
Specifically, an exhaust system as shown in FIG. 1 is constructed, and after operating the engine under stoichiometric conditions until S is saturated and adsorbed in the three-
比較対照(コントロール区)として、三元触媒部20の下流側にいずれのH2Sトラップ触媒部も設置しない排気系においても同条件でH2S濃度(ppm)を測定した。そして、コントロール区におけるH2S排出最大濃度を100として各サンプルのH2Sトラップ触媒部を設置した排気系におけるH2S排出最大濃度の比(%)を算出した。結果を図4に示す。
図4に示すように、H2Sトラップ触媒部30を構成する触媒の塩基点量が上記CO2−TPD測定基準の触媒1Lあたりで0.009mol/Lであるサンプル1においてもH2S排出の抑制が認められたが、当該塩基点量が0.01mol/L以上であるサンプル2〜6においてH2S排出の著しい抑制が認められた。
As a comparative control (control section), the H 2 S concentration (ppm) was measured under the same conditions even in an exhaust system in which no H 2 S trap catalyst part was installed on the downstream side of the three-
As shown in FIG. 4, H 2 S is discharged even in
<H2S排出量の測定試験2>
上記製造例1で使用したセリア・ジルコニア複合酸化物粉末とθ−アルミナ粉末との配合比、或いはさらに上記製造例5において実施したアルカリ金属塩処理若しくは上記製造例6において実施したアルカリ土類金属塩処理の程度(塩濃度処理時間、処理回数等)を異ならせて実施し、塩基点量が0、0.005、0.01、0.015、0.02、0.03、0.05、および0.08mol/LであるH2Sトラップ触媒部を作製した。而して、上記測定試験1と同様の試験を行い、各塩基点量のH2Sトラップ触媒部を使用した場合のH2S濃度(H2S排出量:ppm)を連続的に測定した。そして、塩基点量が0mol/Lの触媒部を使用したときのH2S排出最大濃度を100として各塩基点量のH2Sトラップ触媒部を設置した排気系におけるH2S排出最大濃度の比(%)を算出した。結果を図5に示す。
図5に示すように、H2Sトラップ触媒部30を構成する触媒の塩基点量の値が大きくなるほど、H2S排出の抑制度合いが高くなることが認められた。特に塩基点量が0.01mol/L以上(より好ましくは0.015mol/L以上、さらには0.02mol/L以上)になることによりH2S排出の著しい抑制が認められた。
<H 2 S
The mixing ratio of the ceria / zirconia composite oxide powder and the θ-alumina powder used in Production Example 1 above, or the alkali metal salt treatment carried out in Production Example 5 or the alkaline earth metal salt carried out in Production Example 6 The treatment was carried out by varying the degree of treatment (salt concentration treatment time, treatment frequency, etc.), and the base point amount was 0, 0.005, 0.01, 0.015, 0.02, 0.03, 0.05, and to produce a H 2 S-trapping catalyst section is 0.08 mol / L. And Thus, the same test as the
As shown in FIG. 5, it was recognized that the degree of suppression of H 2 S emission increases as the value of the base point amount of the catalyst constituting the H 2 S
<H2S排出量の測定試験3>
上記測定試験2において作製、使用した塩基点量が0.02mol/LであるH2Sトラップ触媒部を使用するとともに、エアインジェクション(AI)からエアをH2Sトラップ触媒部の上流側の排気管中に噴射する時期を種々異ならせた。
具体的には、上記測定試験1と同様、図1に示すような排気系を構築し、H2Sトラップ触媒部30より上流側にある三元触媒部20においてSが飽和吸着するまでストイキ条件下でエンジンを運転後、WOT状態に切り替えてエンジンを運転し、三元触媒部20に導入される排ガスをリッチガスに変化させた。そして、エアインジェクション(AI)50からエアをH2Sトラップ触媒部30の上流側の排気管12中に噴射する時期(条件)を、空燃比センサ60からのデータに基づいて算出されるA/F値が13以下の場合、13.2以下の場合、13.4以下の場合、13.6以下の場合、13.8以下の場合、14.0以下の場合、14.2以下の場合、14.4以下の場合、および14.6以下の場合の計9通りに異ならせた。
かかる9通りの条件下において、測定試験1と同様、排気管12から外部に排出される排ガス中のH2S濃度(H2S排出量:ppm)を連続的に測定した。そして、A/F値が13以下の場合に限ってエアが噴射される条件でのH2S排出最大濃度を100として他の各条件でのH2S排出最大濃度の比(%)を算出した。結果を図6に示す。
図6に示すように、エア噴射開始のA/F値がストイキに近くなるほどH2S排出の抑制が認められた。このグラフから明らかなように、三元触媒部20に導入される排ガスがリッチガスである場合、即ち、A/F値がストイキよりもリッチ域にある場合にエア(酸素含有ガス)をH2Sトラップ触媒部に向けて供給することが好ましいことが確認された。
<Measurement test 3 of H 2 S emission amount>
The H 2 S trap catalyst part having a base point amount of 0.02 mol / L prepared and used in the
Specifically, as in the
Under these nine conditions, as in
As shown in FIG. 6, the suppression of H 2 S emission was recognized as the A / F value at the start of air injection became closer to the stoichiometry. As is apparent from this graph, when the exhaust gas introduced into the three-
1 排ガス浄化装置
2 エンジン
10 排ガス浄化触媒ユニット
12 排気管
20 三元触媒部
30 H2Sトラップ触媒部
32 基材
34 担体
36 H2Sトラップ触媒コート層
38 触媒金属(粒子)
40 制御部(ECU)
50 エアインジェクション
60 空燃比センサ
70 ハニカム基材
1 exhaust
40 Control unit (ECU)
50
Claims (9)
排気管に配置される三元触媒部と、
該三元触媒部よりも排気管の下流側に配置されるH2Sトラップ触媒部と、
該H2Sトラップ触媒部に向けて酸素含有ガスを供給する酸素供給手段と、
該酸素供給手段からの酸素含有ガスの供給を制御する制御部と、
を備えており、
前記H2Sトラップ触媒部は、
基材と、該基材に担持された担体と、該担体に担持された触媒金属であって酸化雰囲気中でH2Sを酸化可能な触媒金属と、を含み、
CO2昇温脱離測定による触媒1LあたりのCO2の脱離量を基準とした触媒1Lあたりの塩基点量が少なくとも0.01mol/Lである、排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification device provided in an exhaust system of an internal combustion engine,
A three-way catalyst unit disposed in the exhaust pipe;
An H 2 S trap catalyst portion disposed downstream of the exhaust pipe from the three-way catalyst portion;
Oxygen supply means for supplying an oxygen-containing gas toward the H 2 S trap catalyst part;
A control unit for controlling the supply of the oxygen-containing gas from the oxygen supply means;
With
The H 2 S trap catalyst part is
A base material, a support supported on the base material, and a catalyst metal supported on the support and capable of oxidizing H 2 S in an oxidizing atmosphere,
An exhaust gas purifying apparatus, wherein the base point amount per 1 L of catalyst is at least 0.01 mol / L based on the amount of CO 2 desorbed per 1 L of catalyst measured by CO 2 temperature-programmed desorption.
内燃機関の排気系の一部を構成する排気管と、
該排気管の上流側に配置される三元触媒部と、
該三元触媒部よりも排気管の下流側に配置されるH2Sトラップ触媒部と、
を備えており、
前記H2Sトラップ触媒部は、
基材と、該基材に担持された担体と、該担体に担持された触媒金属であって酸化雰囲気中でH2Sを酸化可能な触媒金属と、を含み、
CO2昇温脱離測定による触媒1LあたりのCO2の脱離量を基準とした触媒1Lあたりの塩基点量が少なくとも0.01mol/Lである、排ガス浄化触媒ユニット。 An exhaust gas purification catalyst unit provided in an exhaust system of an internal combustion engine,
An exhaust pipe constituting a part of the exhaust system of the internal combustion engine;
A three-way catalyst portion disposed upstream of the exhaust pipe;
An H 2 S trap catalyst portion disposed downstream of the exhaust pipe from the three-way catalyst portion;
With
The H 2 S trap catalyst part is
A base material, a support supported on the base material, and a catalyst metal supported on the support and capable of oxidizing H 2 S in an oxidizing atmosphere,
An exhaust gas purification catalyst unit having a base point amount per liter of catalyst of at least 0.01 mol / L based on the desorption amount of CO 2 per liter of catalyst measured by CO 2 temperature-programmed desorption.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011211063A JP2013072334A (en) | 2011-09-27 | 2011-09-27 | Exhaust gas purifying device and exhaust gas purifying catalyst unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011211063A JP2013072334A (en) | 2011-09-27 | 2011-09-27 | Exhaust gas purifying device and exhaust gas purifying catalyst unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013072334A true JP2013072334A (en) | 2013-04-22 |
Family
ID=48477052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011211063A Withdrawn JP2013072334A (en) | 2011-09-27 | 2011-09-27 | Exhaust gas purifying device and exhaust gas purifying catalyst unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013072334A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015085241A (en) * | 2013-10-29 | 2015-05-07 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust gas purification catalyst |
| JP2015098015A (en) * | 2013-10-15 | 2015-05-28 | 本田技研工業株式会社 | Exhaust gas purification filter |
| KR101617355B1 (en) | 2014-09-16 | 2016-05-02 | (주)그린사이언스 | Apparatus for treating exhaust gas |
| JP2023040788A (en) * | 2021-09-10 | 2023-03-23 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust gas cleaning system |
-
2011
- 2011-09-27 JP JP2011211063A patent/JP2013072334A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015098015A (en) * | 2013-10-15 | 2015-05-28 | 本田技研工業株式会社 | Exhaust gas purification filter |
| JP2015085241A (en) * | 2013-10-29 | 2015-05-07 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust gas purification catalyst |
| KR101617355B1 (en) | 2014-09-16 | 2016-05-02 | (주)그린사이언스 | Apparatus for treating exhaust gas |
| JP2023040788A (en) * | 2021-09-10 | 2023-03-23 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust gas cleaning system |
| JP7613322B2 (en) | 2021-09-10 | 2025-01-15 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust Gas Purification System |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101391005B1 (en) | Nox storage materials and traps resistant to thermal aging | |
| US9540980B2 (en) | NOx storage materials and traps resistant to thermal aging | |
| RU2292236C2 (en) | Catalyst designed to reduce amount of nitrogen oxides in exhaust gases of engines combusting thin fuel mixture | |
| KR101419687B1 (en) | A nitrogen oxide storage catalyst characterized by reduced desulfurization temperature | |
| EP3277406B1 (en) | Lean nox trap with enhanced high and low temperature performance | |
| KR101859786B1 (en) | Catalyst for gasoline lean burn engines with improved nh3-formation activity | |
| EP2127729A1 (en) | Exhaust gas purification catalyst | |
| KR20030090728A (en) | SOx Tolerant NOx Trap Catalysts and Methods of Making and Using the Same | |
| JP2008516768A (en) | NOx trapping layered catalyst having SOx tolerance and method for producing the same | |
| JP2004523686A (en) | Catalyst and method for removing NOx and SOx from gas streams | |
| JP5391664B2 (en) | Exhaust gas purification catalyst | |
| JP2013072334A (en) | Exhaust gas purifying device and exhaust gas purifying catalyst unit | |
| JP3704701B2 (en) | Exhaust gas purification catalyst | |
| JP2002143683A (en) | Exhaust gas purification catalyst and method for producing the same | |
| JP3789231B2 (en) | Exhaust gas purification catalyst | |
| JP2011183319A (en) | Catalyst and method for cleaning exhaust gas | |
| JP4666007B2 (en) | Exhaust gas purification catalyst | |
| JP4561217B2 (en) | Exhaust gas purification catalyst | |
| JP2006043637A (en) | Exhaust gas purification catalyst | |
| JP2002336700A (en) | NOx purification catalyst and NOx purification system | |
| JP2009125707A (en) | Exhaust gas cleaning catalyst |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20141202 |