Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2016527427A - 排ガスを処理するための触媒化フィルタ - Google Patents

排ガスを処理するための触媒化フィルタ Download PDF

Info

Publication number
JP2016527427A
JP2016527427A JP2016517048A JP2016517048A JP2016527427A JP 2016527427 A JP2016527427 A JP 2016527427A JP 2016517048 A JP2016517048 A JP 2016517048A JP 2016517048 A JP2016517048 A JP 2016517048A JP 2016527427 A JP2016527427 A JP 2016527427A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
diesel particulate
particulate filter
filter
exhaust gas
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.)
Pending
Application number
JP2016517048A
Other languages
English (en)
Inventor
ハイ−イン チェン,
ハイ−イン チェン,
デブナット デ,
デブナット デ,
ウェンディ マニング,
ウェンディ マニング,
ジュリアン コックス,
ジュリアン コックス,
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Johnson Matthey PLC
Original Assignee
Johnson Matthey PLC
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johnson Matthey PLC filed Critical Johnson Matthey PLC
Publication of JP2016527427A publication Critical patent/JP2016527427A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9463Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick
    • B01D53/9472Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick in different zones
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2510/00Surface coverings
    • F01N2510/06Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction
    • F01N2510/068Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings
    • F01N2510/0682Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings having a discontinuous, uneven or partially overlapping coating of catalytic material, e.g. higher amount of material upstream than downstream or vice versa
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Abstract

低背圧で運転する間に排ガスからスートを除去することが可能なディーゼルパティキュレートフィルタが提供され、フィルタは、(a)平均細孔サイズ、入口側(30)、出口側(32)、及び、入口側と出口側との間に多孔質内装材を有する、ウォールフロー型フィルタ基材(23);並びに(b)基材の出口側からコートされる触媒組成物(44)であって、d50粒子サイズ分布を有する、触媒組成物、を含み、d50粒子サイズ分布は4.9で割られた平均細孔サイズより大きいか又は等しく、入口側は本質的に触媒コーティングを含まない。【選択図】図2A−B

Description

本発明は、燃焼排ガスを処理するための物品に関する。特に、本発明は、リーンバーン燃焼排ガスからスート及び他の望ましくない成分を削減するための触媒でコートされるパティキュレートフィルタに関する。
大抵の燃焼排ガスの最も大きな部分は、比較的無害な窒素(N)、水蒸気(HO)、及び二酸化炭素(CO)を含有するが、該排ガスは、比較的わずかな部分で、不完全燃焼からの一酸化炭素(CO)、未燃焼の燃料からの炭化水素(HC)、過度の燃焼温度からの窒素酸化物(NO)、及びパティキュレートマター(大部分はスート)のような有害及び/又は有毒な物質も含有する。大気中に放出される排ガスの環境影響を軽減するために、これらの望ましくない成分の量を、別の有害又は有毒な物質を生じないプロセスにより、除去又は削減することが望ましい。
ディーゼルエンジンのような特定のリーンバーンエンジンは、相当量のスート及び他のパティキュレートマターと共に排ガスを生ずる傾向にある。スートを含む排ガスを、ウォールフロー型フィルタのようなディーゼルパティキュレートフィルタ(DFP)に通すことにより、スートの排出は是正され得る。
排気システムに必要な空間の量を減らすために、個々の排気成分が一以上の機能を発揮するように設計することは、多くの場合望ましい。例えば、ウォールフロー型フィルタ基材に触媒コーティングを塗布することは、一つの基材が二つの機能を果たすことを可能とすることにより、排気処理システムの全体のサイズを削減するのに役立つ。しかしながら、運転可能な量の触媒でフィルタをコーティングすることは、フィルタの全体の背圧を望ましくなく上昇させ得、それが今度は、エンジン性能及び燃費を低減させる。これは、ゼオライトの活性を高める遷移金属を含む選択的触媒的還元(SCR)触媒のような、高性能触媒ウォッシュコートに特にあてはまる。
適切に高い触媒量及び適切に低い背圧を有するウォッシュコートされたDPFを調製しようとする多くの試みがなされてきた。しかしながら、有効な量のSCR触媒でコートされたときに相対的に低い背圧を生ずるDFPの必要性は残ったままである。
出願人は、触媒ウォッシュコートでフィルタを出口側のみからコートすることにより、ウォールフロー型フィルタの全体の背圧が低減し得ることを驚くべきことに発見した、ただし、ウォッシュコートは、フィルタの平均細孔サイズに対して大きい触媒粒子を含む。特に、大粒子ウォッシュコートでフィルタの出口側のみからコートすることは、フィルタの入口側からのみ塗布される対応量の同じ触媒コーティングを有する同一のフィルタ又はフィルタの入口側と出口側の両方から均等に塗布される対応量の同一の触媒コーティングを有する同一のフィルタと比べ、フィルタの全体のスートが担持した背圧を予想外に低減する。同じフィルタの出口側にのみ塗布される小粒子ウォッシュコートが、同等の有益性を生じず、実際には、より高い背圧という結果になるため、この結果も驚くべきことである。
したがって、(a)平均細孔サイズ、入口側、出口側、及び、入口側と出口側との間の多孔質内装材を有するウォールフロー型フィルタ基材;及び(b)基材の出口側からコートされる触媒組成物であって、d50粒子サイズ分布を有する、触媒組成物、を含むディーゼルパティキュレートフィルタが提供され、前記d50粒子サイズ分布が、4.9±0.1で割られた平均細孔サイズより大きく又は等しく、入口側は触媒コーティングを実質的に有さない。
本発明の別の態様では、(a)本明細書に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ;及び(b)ディーゼルパティキュレートフィルタと流体連通する少なくとも一つの排気システムの部品であって、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流に配設されるNO源、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流に配設される還元剤源、AMOX触媒、NOトラップ、NO吸着触媒、ディーゼル酸化触媒、及びSCR触媒からなる群から選択される、排気システムの部品、を含むリーン燃焼排ガスを処理するためのシステムが提供される。
本発明のさらに別の態様では、(a)スートを運び、NOxを含んでいてもよい排ガス流と本明細書に記載のディーゼルパティキュレートフィルタとを接触させる工程;(b)排ガスがディーゼルパティキュレートフィルタを通過することを可能としつつ、ディーゼルパティキュレートフィルタ上及び/又は内で少なくとも一部のスートを捕捉する工程;(c)捕捉されたスートを周期的及び/又は連続的に燃やし、フィルタを再生する工程;及び任意選択的に(d)排ガスをフィルタの外側からコートされたSCR触媒に接触させ、排ガス中のNOの濃度を低減する工程、を含むリーン燃焼排ガス中のスートを低減するための方法が提供される。
ディーゼルパティキュレートフィルタである。 ディーゼルパティキュレートフィルタの断面図である。 ディーゼルパティキュレートフィルタの薄い多孔質壁の線図である。 本発明の一実施態様による触媒コーティングを有するディーゼルパティキュレートフィルタ薄い多孔質壁の線図である。 本発明の一実施態様による触媒コーティングを有するディーゼルパティキュレートフィルタの断面図である。
本発明は、部分的に、環境大気質を改善するための、特にディーゼル及び他のリーンバーンエンジンにより生じる排ガス排出を改善するための触媒フィルタに向けられる。排ガス排出は、NO及びNHのような、一又は複数のガス成分を低減すること、及びリーン排ガス中のパティキュレートマター濃度を低減することにより、少なくとも部分的に改善される。したがって、好ましい触媒フィルタは、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DFP)のような、多孔質基材を含み、それは多孔質基材を通過する排ガス流からパティキュレートマターを機械的に除去すること、及び排ガス中の望ましくないガス成分を除去するために有用な触媒組成を担持することの両方を果たす。
ある実施態様では、フィルタは、特定の平均細孔サイズ、入口側、出口側、入口側と出口側との間の多孔質内装材、及び、基材の出口側だけからコートされるd50粒子サイズ分布を有する触媒組成物を有するウォールフロー型フィルタであり、d50粒子サイズ分布が、4.8、4.9又は5.0で割られた平均細孔サイズよりも大きく又は等しく、入口側は触媒コーティングを実質的に含まない。
好ましいフィルタ基材はディーゼルパティキュレートフィルタを含み、可動式用途における使用のために好ましいディーゼルパティキュレートフィルタは、ウォールフロー型セラミックモノリスのような、ウォールフロー型フィルタを含む。他のフィルタ基材は、金属若しくはセラミックの発泡体又は繊維質のフィルタのような、フロースルーフィルタを含む。コーディエライトに加え、シリコンカーバイド、セラミック、多孔質基材のために用いられ得る他の材料は、アルミナシリカ、アルミニウムナイトライド、シリコンナイトライド、アルミニウムチタネート、α−アルミナ、ムライト、ポルサイト、ジルコン、ジルコニア、スピネル、ホウ化物、長石、チタニア、溶融シリカ、ホウ化物、セラミック繊維組成物、これらのいずれかの混合物、又はこれらの二又はそれ以上のセグメントを含む組成物、を含むがこれらに限定されない。特に好ましい基材は、コーディエライト、シリコンカーバイド、及びアルミニウムチタネート(AT)を含み、ATは主に結晶相である。
図1Aに目を向けると、本発明の一実施態様によるウォールフロー型フィルタ基材10が示される。ウォールフロー型フィルタは、前部20及び後部22を有し、前部20は濾過の前に排ガス21を受け入れるように設計され、後部22は洗浄された排ガス29がフィルタ10から出るように設計される。
図1Bでは、ウォールフロー型フィルタの一部の断面図が示される。ウォールフロー型フィルタ基材は、触媒ウォッシュコート44で出口側からコートされる薄い多孔質壁23により区切られる、多数の正方形平行チャンネル14を有する。チャンネル14は、基材の前部20から基材の後部22へ、軸方向に延びる。チャンネル14は一端のみが、開いている。チャネルの反対側の端は、塞がれている。塞がれた端は、前部と後部の間にチェッカーボードパターン12で、交互に配置され、それにより排ガス21が基材の前部に開口するチャンネル24に入り、薄い多孔質壁23を通過し、基材の後部に開口するチャンネル26に入り、その後、基材から出る。壁23は、通気性のために十分な、空隙率及び細孔サイズを有するが、特に本明細書に記載される触媒組成物と組み合わせるときに、スートを含むパティキュレートマターの大部分を捕捉するのに効果的である。すなわち、排ガスがフィルタを通過するに伴い、排ガスにより運ばれるパティキュレートマターが薄い多孔質壁により捕捉されるようになり、そのため、パティキュレートフリーな排ガスがフィルタを出ることを可能にする。パティキュレートは、フィルタが再生されるまで、フィルタ上に蓄積する。
チャンネルの断面形状は、特に限定されず、例えば、正方形、円形、楕円形、長方形、三角形、六角形などであり得る。ディーゼルエンジンのためのウォールフロー型フィルタ基材は、約100−800cpsi(平方インチあたりのチャンネル)を典型的に含み、例えば、約100から約400cpsi、約200から約300cpsi、又は約500から約600cpsiである。ある実施態様では、壁は、約0.1から約1.5mmの平均壁厚を有し、例えば、約0.15から約0.25mm、約0.25から約0.35mm、又は約0.25から約0.50mmである。
図2A及び2Bに目を向けると、多孔質壁23は、壁を通る排ガス流34の典型的な方向に対して、入口側30及び出口側32を有する。入口側30は、基材の前部に開口するチャンネル24に露出される入口表面40を有し、出口側32は、基材の後部に開口するチャンネル26に露出される出口表面42を有する。フィルタは、出口表面42及び入口表面40から等距離にある中心50も有する。ここで用いられるように、薄い多孔質壁に関する「入口側(inlet side)」30という用語は、入口表面40及び入口表面40と出口表面42の間の距離の約10パーセント以下、より好ましくは、約10、約5、又は約1パーセントまでの深さである入口表面40から壁23の部分を意味する。薄い多孔質壁に関する「出口側(outlet side)」32という用語は、出口表面42及び出口表面42と入口表面40の間の距離の約10パーセント以下、より好ましくは、約10、約5、又は約1パーセントまでの深さである出口表面42から壁23の部分を意味する。多孔質壁は、入口側30及び出口側32の間にある内装材部も有する。ある実施態様では、内装材の厚さは、全壁厚の約80パーセント、より好ましくは約90パーセントである。触媒コーティングはフィルタ基材の出口側から適用され、触媒コーティング勾配44を、出口側内、内装材内、及び/又は出口表面上に、最も高い濃度が出口表面に向かうように形成する。
図3は、本発明の一実施態様による触媒が担持されたフィルタの断面図を示す。ここで、排ガス流は、入口チャンネル24から、触媒コーティング44を通り、出口チャンネル26に入る、方向21であることが分かり得る。
フィルタの空隙率及び平均細孔サイズの有用な範囲は特に限定されないが、触媒コーティングの粒子サイズと互いに関係し、又は触媒コーティングの粒子サイズを決定するために用いられる。ここに記載されるように、フィルタ基材の空隙率及び平均細孔サイズは、ありのままのフィルタ(例えば、触媒コーティング無しに)に基づいて決定される。一般に、基材の空隙率は、少なくとも約40%、より好ましくは少なくとも約50%、例えば、約50から約80%、約50から約70パーセント、又は約55から約65パーセントである。空隙率は、水銀ポロシメトリーを含む、任意の許容される手法によって決定され得る。一般に、基材の平均細孔サイズは、約8から約40μm、例えば、約8から約12μm、約12から約20μm、又は約15から約25μmである。ある実施態様では、少なくとも50%、より好ましくは少なくとも75%の孔が、全細孔容積及び/又は全細孔数に基づくこれらの範囲内である。平均細孔サイズは、水銀ポロシメトリーを含む、任意の許容される手法によって決定され得る。ある実施態様では、フィルタ基材は、約12から約15μmの平均細孔サイズ及び約50から約55%の空隙率を有する。好ましい実施態様では、フィルタ基材は、約18から約20μmの平均細孔サイズ及び約55から約65%の空隙率を有する。これらの範囲は、約3.75から約5ミクロンのd50粒子分布である好ましい触媒組成物に対応する。
ある実施態様では、ウォールフロー基材は、高効率フィルタである。効率は、ウォールフロー基材を通過する際に未処理排ガスから除去される、特定のサイズを有するパティキュレートマターの重量パーセントにより、決定される。したがって、効率は、スート及び他の類似するサイズのパティキュレート並びに典型的に従来型のディーゼル排ガス中に見出されるパティキュレート濃度と関係がある。ディーゼル排気中のパティキュレートは、0.05ミクロンから2.5ミクロンまでのサイズにおける範囲に及び得る。そのため、効率はこの範囲に基づく。本発明と共に使用されるウォールフロー型フィルタは、好ましくは、少なくとも70%、少なくとも約75%、少なくとも約80%、又は、少なくとも約90%、の効率を有する。ある実施形態では、効率は、好ましくは、約75から約99%まで、約75から約99%まで、約80から約90%まで、又は約85から約95%までであろう。
細孔相互連結性は、基材の全空隙体積のパーセンテージとして測定されるものであり、孔、空隙、及び/又はチャンネルが結合され、多孔質基材を通る連通路、すなわち入口面から出口面まで、を形成するかの尺度となる。細孔相互連結性の対照は、閉孔体積の合計及び基材表面に一つだけの流路を有する孔の体積である。好ましくは、多孔質基材は、少なくとも約30%、より好ましくは、少なくとも40%の細孔相互連結性体積を有する。
ある実施態様では、ウォールフロー型フィルタ基材は、押出触媒体である。押出触媒体は、非触媒基材から区別できる。なぜなら、前者が基材の多孔質壁の部分として触媒組成物を含み、その一方で、後者は、その多孔質壁に適用される触媒コーティングを任意選択的に有する不活性基材を含むからである。そのため、ある実施態様では、フィルタ基材の薄い多孔質壁は、一又は複数の触媒を含むが、触媒コーティングを含まない。ある実施態様では、フィルタ基材の薄い多孔質壁は、触媒コーティングを除いて触媒を含まない。ある実施態様では、不活性基材が、それらの構造的及び性能特性及びそれらの多様性のために、好まれる。
非常に一般的に、触媒源を含む押出成形体の製造は、触媒材料、結合剤、任意選択的に有機粘性強化剤を、均一なペーストにブレンドし、その後、結合剤/マトリックス組成物、又はその前駆体、及び任意の一又は複数の安定化セリカ、及び無機繊維へ添加することを含む。ブレンドは、混合又は混練装置、又は押出形成装置にて圧縮される。混合物は、濡れ性を高め、それによって均一なバッチを生産する加工助剤として、結合剤、孔形成剤、可塑剤、界面活性剤、潤滑剤、分散剤のような有機性助剤を有する。得られた可塑性材料は、その後、特に押出プレス又は押出金型を含む押出機を用いて鋳造され、得られた鋳造物は、乾燥及び焼成される。有機助剤は押出成形体の焼成段階で「焼失」する。
本発明のウォールフロー型フィルタ基材は、フィルタの出口側から、好ましくはコーティングとして、担持される触媒組成物を含有する。疑義を避けるため、フィルタの出口側の触媒組成物は、触媒組成物の少なくとも90重量パーセントが、フィルタの出口側及び内装部にあることを意味する。ある実施態様では、触媒組成物の少なくとも95重量パーセントが、フィルタの出口側及び内装部にある。好ましくは、本質的に全ての触媒組成物は、フィルタの出口側及び内装部にある。好ましくは、本質的に全ての触媒組成物は、フィルタの出口側及び内装部にある。
好ましくは、触媒組成物は、フィルタの出口表面とフィルタの入口側の間に濃度勾配を形成し、濃度は出口表面に向かって最大となる。ある実施態様では、触媒組成物の少なくとも50、75、90、95、又は99重量パーセントは、出口表面とフィルタの中心の間である。
ウォールフロー型フィルタ基材は、触媒コーティングを実質的に含まない入口側を好ましくは有する。フィルタ上の特定の区域に関する「実質的に含まない(substantially free)」という用語は、触媒コーティングを含まない、又は触媒コーティングが存在する場合、コートされていないフィルタ又はこのようなコーティングの無いフィルタに対して、典型的な運転条件の間に生ずる中間のスートの担持において、フィルタの全体で背圧を5%より大きく上昇しないように担持量が十分低いことを意味する。例えば、実質的に触媒を含まない入口側を有するフィルタは、0.1g/in未満、より好ましくは0.05g/in未満、さらにより好ましくは0.01g/in未満、の入口側コーティング含み得る。ある実施態様では、フィルタの入口側は実質的に触媒コーティングを含まない、入口側上の触媒コーティングの全量が、フィルタ上の全触媒コーティングの約5重量パーセント未満、より好ましくは約1重量パーセント未満、さらにより好ましくは約0.1重量パーセント未満であり、フィルタの出口側上の触媒コーティングの、約5重量パーセント未満、より好ましくは約1重量パーセント未満、さらにより好ましくは約0.1重量パーセント未満である。疑義を避けるため、ここで参照される触媒コーティングは、基材の部分を形成する触媒材料(例えば、押出触媒体)を含まない。
いくつかの実施態様では、ウォールフロー型フィルタ基材は、実質的に触媒コーティングを含まない内装材を有する。例えば、実質的に触媒を含まない内装材を有するフィルタは、0.2g/in未満、より好ましくは0.05g/in未満の内装材コーティングを含み得る。触媒コーティングがフィルタの内装壁上に存在する一実施態様では、触媒コーティングの全量が、フィルタ上の全触媒コーティングの約5重量パーセント未満、より好ましくは約1重量パーセント未満、さらにより好ましくは約0.1重量パーセント未満であり、かつ、フィルタの出口側上の全触媒コーティングの、好ましくは約5重量パーセント未満、より好ましくは約1重量パーセント未満、さらにより好ましくは約0.1重量パーセント未満である。疑義を避けるため、ここで参照される触媒コーティングは、基材の部分を形成する触媒材料(例えば、押出触媒体)を含まない。
ここに参照される触媒コーティングは、非触媒膜、又は、加工助剤(例えば、触媒コーティングのフィルタ壁への接着性を改良する)、不動態層、としてフィルタに適用され得、フィルタ壁を補強、強化、安定化する、他の非触媒薄層コーティングを含まない。好ましくは、非触媒層は、もし存在するならば、フィルタの背圧に著しく影響しない厚さ及び/又は担持量を有し、例えば、非触媒コーティングの無い同様のフィルタ基材と比較して、背圧を約5%より大きく上昇又は低下させない。そのため、ある実施態様では、フィルタ基材は、触媒コーティング(例えば、不動態化基材に適用される触媒コーティング)に加え、非触媒層を含む。他の実施態様では、フィルタ基材は触媒コーティングを含むが、非触媒コーティング(例えば、不動態化されていない基材に適用される触媒コーティング)は含まない。
ある実施態様では、フィルタの出口側から担持される触媒組成物は、単一の層又は区域として配置される。他の実施態様では、フィルタの出口側上の触媒組成物は、二又はそれ以上の層又は区域として配置され、各層又は区域は、同一又は異なる触媒組成物を含む。二又はそれ以上の層を含む触媒組成物の実施態様については、d50粒子サイズ分布は全体として触媒組成物に基づく。
ある好ましい実施態様では、触媒コーティングは、基材の出口側上に、連続する第一の触媒層及び第二の触媒層を含む。ここで用いられるように、層に関する「連続する(consecutive)」という用語は、各層がそれぞれの隣接する層(一又は複数)と接触し、層が全体として、基材上に積み重なって配置されていること意味する。ここで用いられるように、「第一の層(first layer)」及び「第二の層(second layer)」という用語は、触媒物品を通って流れる、通過する及び/又は超える排ガスの通常方向に関して、触媒物品内の触媒層の相対的な位置を記述するために用いられる。通常の排ガス流の条件下では、排ガスは、第二の層に接触する前に第一の層と接触する。ある実施態様では、第一の層は、不活性な基材に最下の層として適用され、第二の層は、第二の層上に適用される、最上層である。
触媒組成物は、フィルタの平均細孔サイズに対して大きい粒径を好ましくは有する。好ましくは、触媒組成物は、4.9で割られた平均細孔サイズより大きいか又は等しいd50粒子サイズ分布を有する。「d50粒子サイズ分布(d50 particle size distribution)」という用語は、メディアン径又は粒子サイズ分布の中央値を意味する。それは、累積分布内の50%における粒径の値である。ここで用いられるように、「粒子サイズ分布(particle size distribution)」という用語は、試料内の全てのサイズの総数のパーセンテージとしてあるサイズ範囲に分類される。粒子の数を意味する。
ある実施態様において、触媒組成物の粒子サイズ分布は、触媒的に活性な成分の粒子サイズに基づいて測定される。他の実施態様では、触媒組成物の粒度は、触媒組成物全体に基づいて測定される。ある実施態様では、触媒組成物は、ウォッシュコートの部分であり、別の実施態様では、触媒組成物は、ウォッシュコート(すなわち他の非触媒成分を含む)又は触媒コーティングである。すなわち、粒子サイズ分布の測定は、コーティング内の触媒粒子に限られないが、その代わりに、結合剤、レオロジー調整剤などのコーティング内の全粒子を含む。ある実施態様では、分布における粒子は、触媒粒子の少なくとも50%、より好ましくは少なくとも75%(数及び/又は重量)を含む。
粒子サイズ分布は、任意の従来の手段で測定され得る。ある実施態様では、触媒コーティングは、約3.5から約5μmのような、約1.5から約15μm、好ましくは約3から約8μm、のd50粒子サイズ分布を有する。好ましくは、フィルタ基材は相対的に大きい平均細孔サイズ(例えば、約10μmより大きい)を有し、触媒コーティングは相対的に大きいd50粒子サイズ分布(例えば、約3.5μmより大きい)を有する。ある実施態様では、フィルタは、約12から約15μm又は約17から約21μmのような、約10から約25μmの平均細孔サイズ、約55から約70%の空隙率、を有し、及び触媒コーティングが、約3.75から約4.5μmのd50粒子サイズ分布を有する。
本発明のための触媒コーティングは、例えば、約1から約2μm、約1から約1.5μm、又は約1μm、2μmあるいは3μmである、少なくとも0.75μm、好ましくは約1μmのd10粒子サイズ分布を有する。本発明のためのある触媒コーティングは、例えば、約6μm、7μm、又は8μmである、約15μm未満、好ましくは約10μm未満のd90粒子サイズ分布を有する。ここで用いられる、「d10粒子サイズ分布(d10 particle size distribution)」は、サンプル内の粒子の90パーセントが所定の値よりも大きいことを意味する。ここで用いられる、「d90粒子サイズ分布(d90 particle size distribution)」は、サンプル内の粒子の90パーセント未満が所定の値未満であることを意味する。ある実施態様では、触媒コーティングが、約1から約1.5μmのd10粒子サイズ分布、約3.75から約4.5μmのd50粒子サイズ分布、及び約7.5から約9μmのd90粒子サイズ分布を有する。他のある実施態様では、約1.5から約2μmのd10粒子サイズ分布、約3.5から約4μmのd50粒子サイズ分布、及び約7から約8μmのd90粒子サイズ分布を有する。
触媒コーティングの担持濃度は、特に限定されないが、ただし触媒組成物は対象とされる排ガス成分を触媒するのに効果的な量で存在する。好ましくは、触媒組成物は、少なくとも約0.1、好ましくは少なくとも約0.3g/inの濃度において存在する。ある実施態様では、触媒組成物は、約0.5から約4g/in、より好ましくは約0.75から約2g/in、さらにより好ましくは約1.0から約1.5g/in又は約1.5から約2.5g/inの担持量を有する。担持濃度は活性な触媒性成分に基づいて、好ましくは測定されるが、触媒コーティング全体に基づいてもよい。
好ましい触媒組成物は、排ガス中の、NO、NH、SO、CO及び/又は炭化水素の濃度を低減するために有用なそれらを含む。他の有用な触媒は、NO吸着材及びNOトラップを含む。好ましくは、触媒は、モレキュラーシーブ又は耐熱性金属酸化物のような、高表面積材料上及び/又は内に金属を含む、不均一触媒である。金属は、好ましくは含浸され、ドープされ、又は高表面積材料により担持される。
好ましい金属は、遷移金属及び/又は白金族金属である。有用な金属の例は、銅、ニッケル、亜鉛、鉄、すず、タングステン、モリブデン、コバルト、ビスマス、チタン、ジルコニウム、アンチモン、マンガン、クロム、バナジウム、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、金、銀、インジウム、プラチナ、イリジウム、レニウム、及びこれらの混合物を含み、特に好ましくは、銅、マンガン、及び鉄を伴う。触媒は、カルシウム、マグネシウム、カリウム、及び/又はセリウム及びランタンのような希土類金属などの、他の安定化金属も含み得る。これらの材料は、SCR触媒、AMOX触媒、NOトラップ、NO吸着剤、酸化触媒などとしての使用のために特によく適している。
好ましくは、高表面積材料は、粒子、結晶、又は粒子若しくは結晶の凝集体であり、粒子、結晶、又は凝集体は、ここに記載されるd50粒子サイズ分布を有する。高表面積材料の他の例は、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア、タングステンの酸化物、モリブデンの酸化物、及びこれらの混合物のような、金属酸化物を含む。これらの材料は、担体として用いられるとき、PGM系触媒及びバナジウム系触媒について特に有用である。例えば、非ゼオライト系SCR触媒は、TiO/WOにより担持されるVを含み得る。他の実施態様では、酸化触媒、AMOX触媒、NO吸着剤触媒、又はNOトラップは、Pt、Pd、Rhのような、PGM金属、及びアルミナ、チタニアなどにより担持されるこれらの組合せを含み得る。
適する高表面積材料の他の例は、アルミノシリケート(ゼオライト)、シリコアルミノホスフェート(SAPOs)、フェロシリケートなどのような、モレキュラーシーブを含む。好ましいモレキュラーシーブの例は、小孔フレームワークを有する(すなわち8の最大環サイズを有する)ゼオライト及びSAPOsを含む。小孔モレキュラーシーブの例は、ACO、AEI、AEN、AFT、AFX、ANA、APC、APD、ATT、CDO、CHA、DDR、DFT、EAB、EDI、EPI、ERI、GIS、IHW、ITE、ITW、LEV、KFI、MER、MON、NSI、OWE、PAU、PHI、RHO、RTH、SAT、SAV、SIV、THO、TSC、UEI、VNI、YUG、及びZONからなる群から選択されるフレームワーク型コードを有するそれらを含む。特に好ましいフレームワークは、AEI、AFT、AFX、CHA、DDR、RHO、MER、LTA、UFI、RTH、SAV、PAU、LEV、ERI、及びKFIを含み、特に好ましくはCHA及びAEIを伴う。特定のフレームワーク型コードを有するゼオライトが、フレームワーク型コードにより定義される、全てのアイソタイプのフレームワーク材料を含むことが認められるだろう。
好ましいゼオライトは、約30未満、より好ましくは約5から約30、例えば、約10から約25、約14から約20まで、約20から約30まで、又は約15から約17まで、のシリカ/アルミナ比(SAR)を有する。ゼオライトのシリカ/アルミナ比は、従来の分析法により決定され得る。この比は、ゼオライト結晶の堅い原子フレームワークにおける比を、できる限り近く表し、及び、チャンネル内の結合剤中又はカチオンの又は他の形状の、シリコン又はアルミナを除外することを意味する。結合剤材料、特にアルミナ結合剤と組み合わされた後に、ゼオライトのシリカ対アルミナの比を直接的に測定することは困難であり得るため、これらのシリカ対アルミナの比は、ゼオライト自身のSARで表現される、すなわち、それはゼオライトが他の触媒成分と組み合される前である。
ある実施態様では、小孔モレキュラーシーブは、ABC−6、AEI/CHA、AEI/SAV、AEN/UEI、AFS/BPH、BEC/ISV、ベータ、フォージャサイト、ITE/RTH、KFI/SAV、ロヴダル石、モンテソンマ沸石、MTT/TON、ペンタシル類、SBS/SBT、SSF/STF、SSZ−33、及びZSM−48からなる群から選択される不規則なフレームワーク、を含み、から本質的になり、又はからなる。好ましい一実施態様では、一又は複数の小孔モレキュラーシーブは、SAPO−34、AIPO−34、SAPO−47、ZYT−6、CAL−1、SAPO−40、SSZ−62、若しくはSSZ−13から選択されるCHAフレームワーク型コードを含み得、及び/若しくはAIPO−18、SAPO−18、SIZ−8、又はSSZ−39から選択されるAEIフレームワーク型コードを含み得る。一実施態様では、混相組成物は、AEI/CHA混相組成物である。モレキュラーシーブ中の各フレームワーク型の比は、特に限定されない。例えば、AEI/CHAの比は、約5/95から約95/5まで、好ましくは、約60/40から40/60に及び得る。例示的な一実施態様では、AEI/CHAの比は、約5/95から約40/60までに及び得る。
SCRアプリケーションにおいて有用な触媒の例は、CHA、AEIなどのような、小孔フレームワークを有するゼオライト上に、銅又は鉄を含む。ある実施態様において、特に銅及び/又は鉄を含む、触媒金属は、モレキュラーシーブの全重量に基づき約0.1から約10重量パーセント(wt%)の濃度で、例えば、約0.5wt%から約5wt%まで、約0.5から約1wt%まで、約1wt%から約5wt%まで、約2wt%から約4wt%、及び約2wt%から約3wt%で、レキュラーシーブ材料上又は内に存在する。液相交換若しくは固体イオン交換を含む、従来からよく知られている技術を用いて、又はインシピエントウェットネスプロセスにより、金属は、本発明における使用のためのモレキュラーシーブ中に組み込まれ得る。本発明におけるSCR触媒として有用な他のモレキュラーシーブフレームワークは、特に一又は複数の小孔モレキュラーシーブと共に含まれるとき、BEA、MOR及びMFIを含む。
触媒組成物は、触媒を含むウォッシュコートの形状であり得、好ましくは、ディーゼルパティキュレートフィルタをコートするために適するウォッシュコートである。触媒的に活性な成分に加えて、ウォッシュコートは、結合剤、レオロジー調整剤、孔形成剤、分散剤、湿潤剤など触媒的に不活性な成分を含み得る。ここで用いられるように、ウォッシュコートの「触媒的に活性(catalytically active)」な成分は、分子成分としてNOの触媒的還元及び/又はNH並びに他の窒素系SCR還元剤の酸化のような、所望のプロセスで、分子成分として直接的に関与するものである。結果により、「触媒的に不活性(catalytically inactive)」とは、所望のプロセスにおいて、分子成分として直接的に関与しないウォッシュコート中の成分である。好ましい不活性成分は、アルミナ、シリカ、(非ゼオライト)シリカ−アルミナ、天然起源の粘土、TiO、ZrO及びSnOのような、結合剤を含む。同様な組成の材料も、触媒的に活性な成分として用いられ得るが、材料の触媒的に不活性な形状は、典型的に、粒子サイズのような物理的性質に基づいて識別可能である。
触媒コーティングは、まず機能的な触媒のスラリーを形成し、フィルタ基材をスラリーと接触させることにより、フィルタ基材の出口側上に堆積され得、スラリーは、出口表面をコートし、及び/又は、好ましくは、フィルタの出口側の深さより大きくない、所望の深さまで、フィルタに浸透する。より具体的には、スラリーはフィルタの後上にドーズされ、又はスラリーがフィルタの出口チャンネルに入るように、フィルタの後がスラリーに浸漬される。スラリーは、その後、膜タイプのコーティングを出口表面上に形成し、及び/又はフィルタ壁の開多孔質構造に部分的に浸透し、そのため、フィルタの出口側上に触媒コーティングを形成する。ある実施態様では、真空システムが、パティキュレートフィルタの前に取り付けられてもよく、部分的にチャンネル壁を通して触媒ウォッシュコートを引き込む。過剰なスラリーは、排液、エアナイフ又は他の技術によりパティキュレートフィルタから除去される。ある実施態様では、圧縮空気のような圧縮流体が、フィルタチャンネルに注入され得、残留するスラリーを除去することについて補助する。その後、パティキュレートフィルタは乾燥される。
ある実施態様では、触媒は950℃までの温度に曝露される。ある実施態様では、約150℃から約850℃の温度で使用できる。特定の一実施態様では、温度範囲は、175から550℃までである。他の実施態様では、温度範囲は、175から400℃までである。
本発明の他の態様によれば、排ガスから、スートを含む、パティキュレートマターを除去するための、及び反応を触媒し、排ガス中の少なくとも一つの成分の濃度に影響を与えるための方法が提供される。入口チャンネルに入ると、排ガスは、好ましくは触媒コーティングに接触する前に、排ガスからスートを除去するフィルタの薄い多孔質壁に、接触し、かつ、通過する。パティキュレートマター(例えば、スート)が壁上及び多孔質壁に堆積するために、チャンネルの通気性は減少し、そのため、背圧の上昇を引き起こす。パティキュレートフィルタの通気性は、堆積したスートの燃焼を典型的に含む、フィルタを再生することにより回復され得る。再生は、能動的に又は受動的に生じ得る。能動的な再生では、フィルタの上流の排ガスは、例えば、排ガス流に炭化水素をドーズすること及び炭化水素をフィルタの上流の酸化触媒上で熱に変化することにより、周期的に増加する。熱の増加は、スートの燃焼を促進し、フィルタからスートを除去し、そのため、背圧を低下する。
受動的な再生では、チャンネル壁上に堆積したスートは、排ガス流中に存在するNOと反応し、スートが燃焼し、NOを生じる。スートがパティキュレートフィルタのチャンネル壁上に堆積するため、スートの担持が、パティキュレートフィルタの所定の動作限界を下回る、あるバランス点に達するとき、スートと排ガス流中に存在するNOの間の反応は、スートの担持率とバランスする。
パティキュレートマター濃度を低減することに加え、ある実施態様では、触媒物品は、排ガス中のNOの濃度を低減する。他の実施態様では、触媒物品は、NO、NOの濃度を上昇させ、又はNO:NOの比率を調整する。ある実施態様では、触媒は、排ガス中のNHの濃度を低減する。
ある非常に好ましい実施態様では、ここに記載される触媒組成物は、還元剤、好ましくはアンモニア、と窒素酸化物とを含む反応を促進し得、酸素及びアンモニアの競争反応に相対して、元素窒素(N)及び水(HO)を選択的に形成する。一実施態様では、触媒は、アンモニアを用いた窒素酸化物の還元(すなわちSCR触媒)に有利に処方され得る。他の実施態様では、触媒は、酸素を用いた窒素酸化物の酸化(すなわちアンモニア酸化(AMOX)触媒)に有利に処方され得る。アンモニアの源は、SCRプロセスにより消費されないアンモニア還元剤を含む(すなわちアンモニアスリップ)。さらに別の実施態様では、SCR触媒及びAMOX触媒はシリーズで用いられ、該両触媒がここに記載される金属含有ゼオライトを含み、かつ、該SCR触媒はAMOX触媒の上流である。ある実施態様では、AMOX触媒は、酸化性下層上に最上層として堆積され、下層は、アルミナのような高表面積担体上に、白金族金属(PGM)触媒(例えば、Pt又はPt/Pd)又は非PGM触媒を含む。AMOX触媒は、ウォッシュコートとして基材に適用され得、好ましくは約0.3から2.3g/inの担持量を達成する。
SCRプロセス用の還元剤(還元試薬としても知られている)は、排ガス中のNOの還元を促進する任意の化合物を広く意味する。本発明に有用な還元剤の例は、アンモニア、ヒドラジン又は任意の適切なアンモニア前駆体、例えば尿素((NHCO)、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム又はギ酸アンモニウム、及びディーゼル燃料のような炭化水素等々を含む。特に好ましい還元剤は、窒素に基づき、特に好ましくはアンモニアを伴う。特定の実施態様において、還元剤は、メタン、ディーゼル燃料等の炭化水素であり得る。
ある実施態様では、窒素系還元剤又はその前駆体は、排ガス流中に導入され、好ましくはSCR触媒の上流でディーゼル酸化触媒の下流に導入される。この還元剤の導入は、注入装置、噴射ノズル、又は類似の装置により達成され得る。ある実施態様では、窒素系還元剤、特にNH、の全て又は少なくとも一部は、SCR触媒、例えば、ウォールフロー型フィルタ上に配された本発明のSCR触媒、の上流に配設されるNO吸収触媒(NAC)、リーンNOトラップ(LNT)、又はNO吸蔵/還元触媒(NSRC)により供給され得る。本発明に有用なNAC成分は、基本材料(アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、及びこれらの組み合わせを含む、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又は希土類金属など)、及び貴金属(白金等)、及び任意選択的に、ロジウムのような還元性触媒成分の触媒配合を含む。NACにおいて有用な基本材料の特定の型は、酸化セシウム、酸化カリウム、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、及びこれらの組み合わせを含む。貴金属は、好ましくは約10から約200g/ft、例えば、20から60g/ftで存在する。あるいは、触媒の貴金属は、約40から約100グラム/ftまでであり得る平均濃度により特徴づけられる。
特定の条件下、周期的にリッチな再生現象の間、NHは、NO吸収触媒上で生成され得る。NO吸収触媒の下流のSCR触媒は、システム全体のNO還元効率を改善し得る。複合システムにおいて、SCR触媒は、リッチな再生事象の間、NAC触媒からの放出されたNHを吸蔵することが可能であり、通常のリーン操作条件の間、吸蔵されたNHを利用して、NAC触媒をすり抜けるNOのいくらか又は全てを選択的に還元する。
本発明の方法は、一又は複数の次の工程:
(a)触媒フィルタの入口と接触しているスートを蓄積及び/又は燃焼する工程;(b)好ましくはNOと還元剤の処理に関係する触媒化工程の介在なく、触媒フィルタと接触する前に窒素系還元剤を排ガス流中に導入する工程;(c)NO吸着触媒上でNHを生成させる工程、及び好ましくは下流のSCR反応で還元剤としてそのようなNHを使用する工程;(d)排ガス流をDOCと接触させ、可溶性有機フラクション(SOF)に基づく炭化水素及び/又は一酸化炭素をCOへと酸化し、及び/又はNOをNOへと酸化する工程、ここで、NOは、今度は微粒子フィルタ中の粒状物質を酸化するために使用されてもよく、及び/又は排ガス中の粒状物質(PM)を還元する工程;(e)還元剤の存在下、排ガスを一又は複数のフロースルーSCR触媒装置(類)と接触し、排ガス中のNO濃度を減少させる工程;(f)排ガスを大気中に放出する前に、好ましくはSCR触媒の下流で、排ガスをAMOX触媒と接触させ、全てではないとしても、アンモニアの大部分を酸化する工程、又は、排ガスがエンジンに入る/再入する前に、排ガスを再循環ループに通す工程、を含み得る。
本発明の方法は、燃焼過程由来、例えば、内燃機関(移動式又は固定式)、ガスタービン、及び石炭又は石油火力発電所からの排ガスに対して実施され得る。該方法は、精錬することのような工業的過程からの精錬所のヒーター及びボイラー、燃焼炉、化学プロセス工業、コークス炉、都市廃棄物プラント及び焼却炉などからのガスを処理するためにも使用され得る。特定の実施態様において、該方法は、車両のリーンバーン内燃機関、例えば、ディーゼルエンジン、リーンバーンガソリンエンジン、又は液化石油ガス若しくは天然ガスにより駆動されるエンジンからの排ガスを処理するために使用される。
更なる態様によると、本発明は、車両のリーンバーン内燃機関のための排気システムを提供し、該システムは、排気ガス流れ、窒素系還元剤、及びここで記載される触媒ブレンドを運ぶための導管を含む。100℃超、150℃超、又は175℃超などにおいて、触媒ブレンドが、所望以上の効率で、NOの還元を触媒することが可能であると判断されるときにだけ、該システムは、流動排ガスでの窒素系還元剤の計量のための制御装置を含み得る。窒素系還元剤の計量は、1:1NH/NO及び4:3NH/NOで計算して、理論上のアンモニアの60%から200%がSCR触媒に入る排ガス中に存在するように調整され得る。該制御方法は、電子制御ユニット(EDU)のようなあらかじめプログラムされた処理装置を含み得る。
更なる実施態様では、排ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化するための触媒は、窒素系還元剤を排ガス中で測定する地点の上流に設置され得る。一実施形態では、ディーゼル酸化触媒(DOC)は、例えば250℃から450℃の、酸化触媒入口における排ガス温度で、体積で約4:1から約1:3というNOのNOに対する比率を有する、SCRゼオライト触媒に入るガス流を作り出すよう、適合している。他の実施態様では、NO対NOは体積で約1:2から約1:5の比率に維持される。ディーゼル酸化触媒は、フロースルーモノリス基材上に覆われる少なくとも一種の白金族金属(又はこれらのある組合せ)、例えば、白金、パラジウム、又はロジウムを含み得る。一実施態様では、少なくとも一の白金族金属は、白金、パラジウム、又は白金とパラジウム両方の組合せである。白金族金属は、高表面積ウォッシュコート成分上、例えば、アルミナ、アルミノ珪酸塩ゼオライトのようなゼオライト、シリカ、非ゼオライトシリカアルミナ、セリア、ジルコニア、チタニア、又はセリアとジルコニア両方を含有する混合若しくは複合酸化物、に担持され得る。更なる実施態様では、本発明における使用ためのゼオライト触媒は、酸化触媒の下流に配置されるフィルタ上にコートされる。フィルタが本発明における使用のためのゼオライト触媒を含む場所で、窒素系還元剤を測定する地点は、好ましくは酸化触媒とフィルタの間に配置される。
更なる態様において、本発明による排気システムを含む車両のリーンバーンエンジンが提供される。車両のリーンバーン内燃機関は、ディーゼルエンジン、リーンバーンガソリンエンジン、又は液化石油ガス若しくは天然ガスにより駆動されるエンジンであり得る。
ここに用いられるように、触媒組成物に関する「本質的にからなる(consists essentially of)」という用語は、組成物が指定される触媒成分を含むが、請求される発明の基本的かつ新規な特徴に実質的に影響を及ぼす付加的成分を含まないことを意味する。すなわち、触媒組成物は、所望の反応のための触媒として別の方法で役立つか又は請求する触媒の基本的な触媒の性質を高めるために役立つ付加的成分を含まない。
実施例1:触媒でコートされた出口を有するディーゼルパティキュレートフィルタ
CHAフレームワークを有する銅が含浸されたモレキュラーシーブを有する触媒ウォッシュコーティングが、主としてコーディエライトで構成され、300cpsi及び12ミル(0.3mm)の厚さを有する、ハニカム式ウォールフロー型フィルタの出口側からウォッシュコートされ、その後、乾燥された。走査型電子顕微鏡(SEM)画像が、触媒コーティングがフィルタ壁の出口側上及び内装材部に残存することを確証した。フィルタ壁の入口側は、触媒コーティングを含まないままであった。
ウォッシュコートは、十分な量で適用され、約1g/inの触媒担持を形成した。触媒担持は、約4.22μmのd50粒子サイズ分布を有した。
実施例2−3及び比較例A−B:触媒でコートされた出口を有するディーゼルパティキュレートフィルタ
フィルタの平均細孔サイズ及び空隙率及び触媒コーティングのd50粒子サイズ分布が表1に示されるように調整されたことを除いて、二つの付加的な試料が、実施例1に記載される一般的な手順に続いて製造された。
フィルタの平均細孔サイズ及び空隙率及び触媒コーティングのd50粒子サイズ分布が表1に示されるように調整されたことを除いて、二つの比較試料(A及びB)は、実施例1に記載される一般的な手順に続いて製造された。
Figure 2016527427
実施例4:比較背圧性能(入口対出口コーティング)
触媒コーティングがフィルタの入口から適用されたことを除き、例1−3及び比較例A−Bに記載される手順が繰り返された。触媒コーティングの半分がフィルタの入口側に適用され、触媒コーティングの半分がフィルタの出口側に適用されたことを除き、実施例1−3及び比較例A−Bに記載される手順が再度繰り返された。周囲温度の空気が、400立方フィート毎分(CFM)の割合でフィルタを通された。スートは徐々にフィルタの上流に導入され、フィルタの入口側上に蓄積され、フィルタ全体の圧力差(例えば、フィルタの背圧)が、増加したスートレベルとして記録された。約2から約9グラム毎立方インチのスート荷重における各フィルタのスート荷重背圧(SLBP)が比較され、どの触媒コーティングの向き(すなわち出口のみ、入口のみ、入口及び出口の両方)が最も低いSLBPをもたらすかを決定した。結果は表2に示される。
Figure 2016527427
このデータが示すように、本発明によるフィルタのSLBPは、他の触媒コーティング構成を有するフィルタより低い。

Claims (20)

  1. a.平均細孔サイズ、入口側、出口側、及び、入口側と出口側との間の多孔質内装材を有する、ウォールフロー型フィルタ基材;並びに
    b.基材の出口側からコートされる触媒組成物であって、d50粒子サイズ分布を有する、触媒組成物
    を含むディーゼルパティキュレートフィルタであって、
    前記d50粒子サイズ分布が4.9で割られた平均細孔サイズより大きいか又は等しく、該入口側が触媒コーティングを実質的に含まない、ディーゼルパティキュレートフィルタ。
  2. 平均細孔サイズが少なくとも約10μmである、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  3. 平均細孔サイズが少なくとも約15μmである、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  4. ウォールフロー型フィルタ基材が少なくとも約45パーセントの空隙率をさらに含む、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  5. ウォールフロー型フィルタ基材が少なくとも約55パーセントの空隙率をさらに含む、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  6. ウォールフロー型フィルタ基材が少なくとも約65パーセントの空隙率をさらに含む、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  7. 前記d50粒子サイズ分布が少なくとも約2.5ミクロンである、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  8. 前記d50粒子サイズ分布が少なくとも約3.5ミクロンである、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  9. 前記d50粒子サイズ分布が少なくとも約4ミクロンである、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  10. 多孔質内装材が実質的に触媒コーティングを含まない、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  11. 触媒組成物が約0.5−3.0g/inの量で存在する、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  12. 触媒組成物が約0.9−1.8g/inの量で存在する、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  13. 触媒組成物が単層として存在する、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  14. フィルタの出口側からコートされる付加的な触媒層をさらに含む、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  15. 触媒コーティング層が選択的還元触媒を含む、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  16. 前記選択的還元触媒が、小孔モレキュラーシーブ上及び/又は内に、Cu又はFeを含む、請求項15に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  17. 触媒コーティング層がアンモニアスリップ触媒を含む、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ。
  18. リーンバーン排ガスを処理するためのシステムであって:
    a.請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタ;並びに
    b.ディーゼルパティキュレートフィルタと流体連通する少なくとも一つの排気システムの部品であって、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流に配設されるNO源、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流に配設される還元剤源、AMOX触媒、NOxトラップ、NOx吸収剤触媒、ディーゼル酸化触媒、及びSCR触媒からなる群から選択される、排気システムの部品
    を含む、システム。
  19. リーンバーン排ガス中のスートを低減するための方法であって:
    a.スートを運びかつ任意選択的にNOを含む排ガス流を、請求項1に記載のディーゼルパティキュレートフィルタに接触させる工程;
    b.排ガスがディーゼルパティキュレートフィルタを通過することを可能としながら、ディーゼルパティキュレートフィルタ上及び/又は内で少なくとも一部のスートを捕捉する工程;並びに
    c.捕捉されたスートを周期的及び/又は連続的に燃焼し、フィルタを再生する工程
    を含む、方法。
  20. a.フィルタの出口側からコートされたSCR触媒に排ガスを接触させ、排ガス中のNOxの濃度を低減する工程
    をさらに含む、請求項19に記載の方法。
JP2016517048A 2013-05-31 2014-05-30 排ガスを処理するための触媒化フィルタ Pending JP2016527427A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361829303P 2013-05-31 2013-05-31
US61/829,303 2013-05-31
PCT/US2014/040284 WO2014194225A1 (en) 2013-05-31 2014-05-30 Catalyzed filter for treating exhaust gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016527427A true JP2016527427A (ja) 2016-09-08

Family

ID=51059619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016517048A Pending JP2016527427A (ja) 2013-05-31 2014-05-30 排ガスを処理するための触媒化フィルタ

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9687785B2 (ja)
EP (1) EP3004578B1 (ja)
JP (1) JP2016527427A (ja)
KR (1) KR20160013217A (ja)
CN (1) CN105247178B (ja)
BR (1) BR112015029664A2 (ja)
DE (1) DE102014107667A1 (ja)
GB (1) GB2517034B (ja)
RU (1) RU2660737C2 (ja)
WO (1) WO2014194225A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016530070A (ja) * 2013-05-31 2016-09-29 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニーJohnson Matthey Public Limited Company 排ガスを処理するための触媒化フィルタ
WO2020039649A1 (ja) * 2018-08-22 2020-02-27 三井金属鉱業株式会社 排ガス浄化用触媒
JP2021531952A (ja) * 2018-05-04 2021-11-25 コーニング インコーポレイテッド 出口が被覆されたセラミックハニカム体およびその製造方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6219871B2 (ja) 2015-03-27 2017-10-25 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒
JP6243371B2 (ja) 2015-03-27 2017-12-06 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒
JP6130423B2 (ja) * 2015-03-27 2017-05-17 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒
JP6130424B2 (ja) 2015-03-27 2017-05-17 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒
JP6426650B2 (ja) * 2016-04-12 2018-11-21 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒
JP7125391B2 (ja) * 2016-10-31 2022-08-24 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー 排ガス処理のための骨格外の鉄及び/又はマンガンを有するlta触媒
KR101846918B1 (ko) * 2016-11-16 2018-04-09 현대자동차 주식회사 Cu/LTA 촉매 및 이를 포함하는 배기 시스템, 그리고 Cu/LTA 촉매 제조 방법
DE102017103341A1 (de) * 2017-02-17 2018-08-23 Umicore Ag & Co. Kg Russpartikelfilter mit speicherzellen für katalysator
US10220376B1 (en) * 2017-12-05 2019-03-05 James G. Davidson Catalytic composition and system for exhaust purification
DE102018110804B4 (de) * 2018-05-04 2024-06-27 Umicore Ag & Co. Kg Beschichteter Wandflussfilter
JP6529639B1 (ja) * 2018-05-17 2019-06-12 エヌ・イーケムキャット株式会社 排ガス浄化触媒の製造方法
WO2019221214A1 (ja) * 2018-05-17 2019-11-21 エヌ・イーケムキャット株式会社 排ガス浄化触媒
CN111305931A (zh) * 2018-12-12 2020-06-19 汪利峰 内燃机车壁流式颗粒过滤器的催化剂涂敷方法
EP3741449A1 (en) * 2019-05-21 2020-11-25 Haldor Topsøe A/S A process for the removal of dinitrogen oxide in process off-gas
EP4037810A1 (en) * 2019-09-30 2022-08-10 BASF Corporation A multifunctional catalyst for hydrocarbon oxidation and selective catalytic reduction of nox
US12005391B2 (en) 2019-12-11 2024-06-11 Brookhaven Science Associates, Llc Method for trapping noble gas atoms and molecules in oxide nanocages
DE102021112955A1 (de) * 2021-05-19 2022-11-24 Umicore Ag & Co. Kg Beschichtungsprozess für einen Wandflussfilter
CN113731432A (zh) * 2021-09-22 2021-12-03 苏州松之源环保科技有限公司 基于二氧化硅的非贵金属催化剂的浆料分散和涂敷方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120258032A1 (en) * 2011-11-02 2012-10-11 Johnson Matthey Public Limited Company Catalyzed filter for treating exhaust gas
WO2012152301A1 (de) * 2011-05-06 2012-11-15 Daimler Ag Betriebsverfahren für einen kraftfahrzeug-dieselmotor

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6946013B2 (en) * 2002-10-28 2005-09-20 Geo2 Technologies, Inc. Ceramic exhaust filter
US7229597B2 (en) * 2003-08-05 2007-06-12 Basfd Catalysts Llc Catalyzed SCR filter and emission treatment system
US7490464B2 (en) * 2003-11-04 2009-02-17 Basf Catalysts Llc Emissions treatment system with NSR and SCR catalysts
JP2006007117A (ja) * 2004-06-25 2006-01-12 Ne Chemcat Corp 排気ガス浄化構造体および該構造体を用いた排気ガス浄化方法
US7722829B2 (en) * 2004-09-14 2010-05-25 Basf Catalysts Llc Pressure-balanced, catalyzed soot filter
DE102005005663A1 (de) * 2005-02-08 2006-08-17 Daimlerchrysler Ag Abgasnachbehandlungseinrichtung mit Partikelfilter
EP1920839A4 (en) * 2005-08-31 2012-01-25 Ngk Insulators Ltd A HONEYCOMB CATALYST STRUCTURE, PREVENTIONAL SUPPORT FOR PRODUCING A HONEYCOMB CATALYST STRUCTURE, AND METHOD FOR PRODUCING THE HONEYCOMB CATALYST STRUCTURE
US7211232B1 (en) * 2005-11-07 2007-05-01 Geo2 Technologies, Inc. Refractory exhaust filtering method and apparatus
US8119075B2 (en) * 2005-11-10 2012-02-21 Basf Corporation Diesel particulate filters having ultra-thin catalyzed oxidation coatings
US7485170B2 (en) * 2005-11-30 2009-02-03 Corning Incorporated Narrow pore size distribution cordierite ceramic honeycomb articles and methods for manufacturing same
WO2007070344A1 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 Corning Incorporated Low pressure drop coated diesel exhaust filter
DE102005062317B4 (de) * 2005-12-24 2008-08-21 Umicore Ag & Co. Kg Verfahren zur katalytischen Beschichtung von keramischen Wabenkörpern
JP5073303B2 (ja) * 2006-03-24 2012-11-14 日本碍子株式会社 触媒コンバータ及び触媒コンバータの製造方法
GB0618482D0 (en) * 2006-09-20 2006-11-01 Johnson Matthey Plc Washcoated particulate filter substrate
US7998423B2 (en) * 2007-02-27 2011-08-16 Basf Corporation SCR on low thermal mass filter substrates
MX2009009095A (es) * 2007-02-27 2009-09-14 Basf Catalysts Llc Catalizadores de zeolita cha de cobre.
CA2939726C (en) * 2007-04-26 2019-06-18 Johnson Matthey Public Limited Company Transition metal/zeolite scr catalysts
JP5150132B2 (ja) * 2007-04-27 2013-02-20 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタシステム
US20090155525A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-18 Yuejin Li Passivation-Free Coating Process For A CSF
US8038954B2 (en) * 2008-02-14 2011-10-18 Basf Corporation CSF with low platinum/palladium ratios
DE102008055890A1 (de) * 2008-11-05 2010-05-12 Süd-Chemie AG Partikelminderung mit kombiniertem SCR- und NH3-Schlupf-Katalysator
US8844274B2 (en) 2009-01-09 2014-09-30 Ford Global Technologies, Llc Compact diesel engine exhaust treatment system
US8329607B2 (en) * 2009-01-16 2012-12-11 Basf Corporation Layered diesel oxidation catalyst composites
US8277743B1 (en) * 2009-04-08 2012-10-02 Errcive, Inc. Substrate fabrication
US8940242B2 (en) * 2009-04-17 2015-01-27 Basf Corporation Multi-zoned catalyst compositions
GB2507902B (en) * 2009-04-17 2015-03-11 Johnson Matthey Plc Small pore molecular sieve supported copper catalysts durable against lean/rich aging for the reduction of nitrogen oxides
US8758695B2 (en) * 2009-08-05 2014-06-24 Basf Se Treatment system for gasoline engine exhaust gas
GB2475740B (en) * 2009-11-30 2017-06-07 Johnson Matthey Plc Catalysts for treating transient NOx emissions
MY163935A (en) * 2010-05-05 2017-11-15 Basf Corp Catalyzed soot filter and emissions treatment systems and methods
US8293182B2 (en) * 2010-05-05 2012-10-23 Basf Corporation Integrated SCR and AMOx catalyst systems
US8137648B2 (en) * 2010-10-12 2012-03-20 Ford Global Technologies, Llc Diesel engine exhaust treatment system and method including a platinum group metal trapping device
US8609032B2 (en) * 2010-11-29 2013-12-17 Corning Incorporated Porous ceramic honeycomb articles and methods for making the same
US8591820B2 (en) * 2011-03-11 2013-11-26 Corning Incorporated Honeycomb filters for reducing NOx and particulate matter in diesel engine exhaust
US8101146B2 (en) * 2011-04-08 2012-01-24 Johnson Matthey Public Limited Company Catalysts for the reduction of ammonia emission from rich-burn exhaust
US8789356B2 (en) * 2011-07-28 2014-07-29 Johnson Matthey Public Limited Company Zoned catalytic filters for treatment of exhaust gas
GB2513364B (en) * 2013-04-24 2019-06-19 Johnson Matthey Plc Positive ignition engine and exhaust system comprising catalysed zone-coated filter substrate
GB201219600D0 (en) 2012-10-31 2012-12-12 Johnson Matthey Plc Catalysed soot filter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012152301A1 (de) * 2011-05-06 2012-11-15 Daimler Ag Betriebsverfahren für einen kraftfahrzeug-dieselmotor
US20120258032A1 (en) * 2011-11-02 2012-10-11 Johnson Matthey Public Limited Company Catalyzed filter for treating exhaust gas

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016530070A (ja) * 2013-05-31 2016-09-29 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニーJohnson Matthey Public Limited Company 排ガスを処理するための触媒化フィルタ
JP2019113069A (ja) * 2013-05-31 2019-07-11 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニーJohnson Matthey Public Limited Company 排ガスを処理するための触媒化フィルタ
JP2021531952A (ja) * 2018-05-04 2021-11-25 コーニング インコーポレイテッド 出口が被覆されたセラミックハニカム体およびその製造方法
US11746061B2 (en) 2018-05-04 2023-09-05 Corning Incorporated Outlet-coated ceramic honeycomb bodies and methods of manufacturing same
WO2020039649A1 (ja) * 2018-08-22 2020-02-27 三井金属鉱業株式会社 排ガス浄化用触媒
JPWO2020039649A1 (ja) * 2018-08-22 2021-09-30 三井金属鉱業株式会社 排ガス浄化用触媒
US11208931B2 (en) 2018-08-22 2021-12-28 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Exhaust gas purification catalyst
JP7214740B2 (ja) 2018-08-22 2023-01-30 三井金属鉱業株式会社 排ガス浄化用触媒

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014194225A1 (en) 2014-12-04
GB201409617D0 (en) 2014-07-16
RU2015156186A (ru) 2017-07-06
GB2517034B (en) 2016-02-17
KR20160013217A (ko) 2016-02-03
CN105247178A (zh) 2016-01-13
EP3004578A1 (en) 2016-04-13
US9687785B2 (en) 2017-06-27
US20140356265A1 (en) 2014-12-04
EP3004578B1 (en) 2019-07-24
BR112015029664A2 (pt) 2017-07-25
RU2660737C2 (ru) 2018-07-09
CN105247178B (zh) 2018-09-14
RU2015156186A3 (ja) 2018-05-07
GB2517034A (en) 2015-02-11
DE102014107667A1 (de) 2014-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9687785B2 (en) Catalyzed filter for treating exhaust gas
JP2019113069A (ja) 排ガスを処理するための触媒化フィルタ
JP6474809B2 (ja) アンモニアスリップ触媒
JP6755306B2 (ja) すす触媒とscr触媒を有する触媒フィルタ
US10500574B2 (en) LTA catalysts having extra-framework iron and/or manganese for treating exhaust gas
KR101870397B1 (ko) 이중 기능 촉매 필터
KR102227793B1 (ko) NOx를 함유하는 배기가스를 처리하기 위한 제올라이트 블렌드 촉매
KR20150111979A (ko) 암모니아 산화 촉매
JP2011509826A (ja) 触媒フィルタ
GB2554517A (en) Catalyst binders for filter substrates
JP2016531736A (ja) タングステン/チタニア酸化触媒
CN113226546A (zh) 催化活性过滤器基底、其制备方法及其用途

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170313

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171128

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171124

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180626

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20180921

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20181121

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181225

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190319