(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
初期ＮＯｘ濃度及び粒子状物質を含むエンジン排気ガス流を処理するためのエミッション処理システムであって、前記システムで、システム背圧及びシステムＮＯｘ変換がもたらされ、
注入器の下流に配置され、ＮＯｘ変換に効果的な第１のＳＣＲ触媒を備える微粒子フィルタと、
前記微粒子フィルタの下流に配置され、及びＮＯｘ変換に効果的な第２のＳＣＲ触媒で装填された流通式基体と、
を備え、
前記微粒子フィルタは、０．１ｇ／ｉｎ3と２．５ｇ／ｉｎ3の間の範囲の装填を有し、及び前記エンジンと微粒子フィルタの間には、介在するＳＣＲ触媒が配置されず、
前記微粒子フィルタ触媒の装填は、触媒が装填されていないフィルタを含む類似したシステムに伴うシステム背圧と比較して、増加が２５％未満であるシステム背圧を提供するために効果的であり、及び
前記微粒子フィルタ触媒の装填は、触媒が装填されていないフィルタに伴う背圧と比較して、増加が１５％未満である背圧を提供するために効果的であり、
及び
前記システムＮＯｘサイクル変換は、約５０％と１００％の範囲内である、エミッション処理システム。
【請求項２】
前記微粒子フィルタの上流又は下流に配置される酸化触媒をさらに備える、請求項１に記載のエミッション処理システム。
【請求項３】
前記処理システムが、前記ガス流が前記微粒子フィルタを通過した後に中間ＮＯｘ濃度を提供し、及び前記ガス流が前記基体を通過した後に最終ＮＯｘ濃度を提供するように動作し、前記初期ＮＯｘ濃度及び前記最終ＮＯｘ濃度に基づいた前記システムＮＯｘ変換、並びにシステム背圧の上昇が、最小目標システムＮＯｘ変換及びシステム背圧の最大目標パーセンテージ上昇に基づいた操作ウィンドウ内にあり、前記最小目標システムＮＯｘ変換が６０％であり、システム背圧の前記最大目標パーセンテージ上昇が２５％である、請求項２に記載のエミッション処理システム。
【請求項４】
前記微粒子フィルタが、複数の長手方向に延在する壁を備えるハニカム壁流フィルタであり、前記第１のＳＣＲ触媒の少なくとも７０容量％が、前記微粒子フィルタの前記壁の中に位置する、請求項３に記載のエミッション処理システム。
【請求項５】
前記微粒子フィルタが、前記ガス流の前記粒子状物質の少なくとも７０％を除去する高効率フィルタである、請求項３に記載のエミッション処理システム。
【請求項６】
前記微粒子フィルタが、４０％と９０％の範囲内の多孔性を有する、請求項３に記載のエミッション処理システム。
【請求項７】
前記第１のＳＣＲ触媒が、前記フィルタの総軸長に満たない、前記微粒子フィルタの軸長にコーティングされる、請求項３に記載のエミッション処理システム。
【請求項８】
前記微粒子フィルタを通過するＮＯｘの変換が、前記システムＮＯｘ変換の１０％と９０％の範囲内にあり、
前記第１のＳＣＲ触媒が、該第１のＳＣＲ触媒で、８０，０００ｈ-1という空間速度で、定常状態で測定して、２５０℃で少なくとも３０％のＮＯｘ変換を提供する物質を備える、請求項３に記載のエミッション処理システム。
【請求項９】
前記ガス流が、空気中に５００ｐｐｍのＮＯ、５００ｐｐｍのＮＨ3、及び５％の水を含む場合、前記第１のＳＣＲ触媒が、該第１のＳＣＲ触媒で、８０，０００ｈ-1の空間速度の排気ガス流に、２５０℃で少なくとも２５％のＮＯｘ変換を提供する物質を備える、請求項１に記載のエミッション処理システム。
【請求項１０】
前記第１の又は第２のＳＣＲ触媒が、Ｃｕを含有し、ＣＨＡ構造を有するゼオライトを備える、請求項３に記載のエミッション処理システム。
【請求項１１】
前記第２のＳＣＲ触媒が、Ｖ2Ｏ5、ＷＯ3、及びＴｉＯ2の混合酸化物を備える、請求項３に記載のエミッション処理システム。
【請求項１２】
前記第１又は第２のＳＣＲ触媒が、Ｆｅ含有ゼオライトを備える、請求項３に記載のエミッション処理システム。
【請求項１３】
前記第１の触媒及び前記第２の触媒が異なり、前記第１のＳＣＲ触媒がより高いガス流温度でのＮＯｘ変換に使用可能であり、第２のＳＣＲ触媒がより低いガス流温度でのＮＯｘ変換に使用可能である、請求項３に記載のエミッション処理システム。
【請求項１４】
初期ＮＯｘ濃度を有するエンジン排気ガス流を処理し、及びＮＯｘの変換に効果的な方法であって、
最小目標システムＮＯｘ変換及びシステム背圧の２５％未満という最大目標パーセンテージ上昇に基づいて排気ガスシステム操作ウィンドウを画定する工程（但し、システム背圧の前記パーセンテージ上昇は、触媒が装填されていないフィルタに伴うシステム背圧と、触媒が装填されているフィルタを備えたシステムとの比較に基づく）、
ガス流を、前記エンジンの下流に配置された微粒子フィルタに通す工程（但し、前記微粒子フィルタが、ＮＯｘ変換に効果的な第１のＳＣＲ触媒で装填され、前記ガス流が前記微粒子フィルタ通過後に中間ＮＯｘ濃度を有し、前記微粒子フィルタと前記エンジンの間に介在ＳＣＲ触媒がなく、前記排気ガス流が、炭化水素、アンモニア、尿素、及びアンモニア前駆体の内の１つ又は複数を備える還元剤を含む）、
前記中間ＮＯｘ濃度を有する前記ガス流を、ＮＯｘ変換に効果的な前記微粒子フィルタの下流に配置される第２のＳＣＲ触媒で装填された第２の基体に通す工程（但し、前記エミッション処理システムを出る前記ガス流が最終ＮＯｘ濃度を有し、前記システムＮＯｘ変換及び前記システム背圧が前記操作ウィンドウ内にある）、
を含む方法。
【請求項１５】
前記微粒子フィルタが、５０％と８０％の範囲の多孔性を有し、０．１ｇ／ｉｎ3と１．８ｇ／ｉｎ3の範囲内のＳＣＲ触媒の装填を有するハニカム壁流基体であり、前記システムＮＯｘ変換が、前記初期ＮＯｘ濃度の５０％と１００％の範囲内にあり、前記微粒子フィルタによるＮＯｘの前記変換が、前記システムＮＯｘ変換の１０％から９０％の範囲内にあり、最小目標システムＮＯｘ変換が６０％であり、システム背圧の最大目標パーセンテージ上昇が２５％である、請求項１４に記載のエンジン排気ガス流を処理する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、参照することにより本明細書に組み込まれる、２００８年１２月２４日に出願された米国仮出願第６１／１４０，７３１号に、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下で優先権の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、気体排出物を処理するシステム及び方法に関する。特定の実施形態では、システムは、還元剤によってＮＯｘの選択接触還元（「ＳＣＲ」）を促進するために効果的な少なくとも一つの第１の触媒でコーティングされた微粒子フィルタ、及び少なくとも一つの第２のＳＣＲ触媒でコーティングされた基体を含む。
【背景技術】
【０００３】
ディーゼルエンジン排ガスは、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（「ＨＣ」）、及び窒素酸化物（「ＮＯｘ」）等の気体排出物だけではなく、いわゆる微粒子又は粒子状物質を構成する凝縮相物質（液体及び固体）も含む異種混合物である。多くの場合、触媒組成物及びその組成物が上に配置される基体が、これらの排気成分のいくつか又は全てを無害な成分に変換するためにディーゼルエンジン排気システム内に設けられる。たとえば、ディーゼル排気システムは、ディーゼル用酸化触媒、煤煙フィルタ、及びＮＯｘの還元用触媒の内の１つ又は複数を含むことがある。
【０００４】
白金族金属、卑金属、及びその組み合わせを含む酸化触媒は、ＨＣとＣＯの両方のガス状汚染物質、及び何割かの粒子状物質を、二酸化炭素と水に（これらの汚染物質を酸化することによって）変換することを促進することによって、ディーゼルエンジン排気（排気ガス）の処理を容易にすることが知られている。このような触媒は、一般に、ディーゼル用酸化触媒（「ＤＯＣ」）と呼ばれる装置に含まれてきた。ＤＯＣは、ディーゼルエンジンの排気中に設置され、排気が大気に排出される前に排気を処理する。（通常は、耐火性酸化物支持物上で分散される）白金族金属を含む酸化触媒は、ガス状のＨＣ、ＣＯ、及び粒子状物質の変換に加えて、一酸化窒素（ＮＯ）のＮＯ2への酸化を促進する。
【０００５】
ディーゼル排気の総粒子状物質エミッションは、３つの主要な成分から構成されている。１つの成分は固体で乾燥した固体炭素質部分又は煤煙部分である。この乾燥した炭素系物質は、一般にディーゼル排気と関連付けられる可視煤煙エミッションの一因となっている。粒子状物質の第２の成分は、可溶性有機成分（「ＳＯＦ」）である。可溶性有機成分は、その用語が本明細書中でも使用される揮発性有機画分（「ＶＯＦ」）と呼ばれることもある。ＶＯＦは、ディーゼル排気の温度に応じて蒸気又はエアゾロル（凝縮液の微細液滴）のどちらかとしてディーゼル排気中に存在することがある。それは、一般に、米国重量車用トランジェント連邦テスト法（Ｕ．Ｓ．  Ｈｅａｖｙ  Ｄｕｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｔｅｓｔ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）等の標準的な測定試験によって規定される、稀釈排気中の５２℃という標準的な微粒子収集温度で凝縮液として存在する。これらの液体は、（１）ピストンが上下するたびにエンジンのシリンダー壁から一掃される潤滑油、及び（２）未燃焼の、又は部分的に燃焼したディーゼル燃料の２つのソースから生じる。
【０００６】
粒子状物質の第３の成分は、いわゆる硫酸塩部分である。硫酸塩部分は、ディーゼル燃料に存在する少量の硫黄成分から形成される。少ない割合のＳＯ3がディーゼルの燃焼中に形成され、ＳＯ3は今度は排気中の水と急速に結合し、硫酸を形成する。硫酸は、エアロゾルとしての微粒子とともに、凝縮相として集まるか、又は他の粒状成分の上に吸着され、それによって総粒子状物質の質量を増加させる。
【０００７】
粒子状物質の高還元のために使用される１つの後処理技術が、ディーゼル微粒子フィルタである。ハニカム壁流フィルタ、巻き付け繊維フィルタ又は充填繊維フィルタ、連続気泡フォーム、焼結金属フィルタ等の、粒子状物質をディーゼル排気から除去する上で効果的である多くの既知のフィルタ構造がある。ただし、後述のセラミック壁流フィルタが最も多くの注目を集めている。これらのフィルタは、ディーゼル排気から粒子状物質の９０％以上を除去できる。フィルタは、排気から粒子を除去するための物理的な構造であり、蓄積する微粒子はエンジンに対するフィルタからの背圧を増す。したがって、蓄積する粒子は、許容できる背圧を維持するためにフィルタから連続的に又は定期的に燃焼されなければならない。
【０００８】
アンモニア選択接触還元（ＳＣＲ）は、ディーゼルエンジン及びリーンバーンエンジンにおける厳しいＮＯｘエミッション目標を満たすために使用されるＮＯｘ減少技術である。アンモニアＳＣＲプロセスでは、ＮＯｘ（ＮＯ＋ＮＯ2の和として定義される）は、アンモニア（又は尿素等のアンモニア前駆物質）と反応し、通常卑金属から構成される触媒上で二窒素（Ｎ2）を形成する。
【０００９】
ＮＯｘのＳＣＲを促進する触媒を含む触媒壁流フィルタは、排気流の粒子状成分の除去及び排気流のＮＯｘ成分のＮ2への変換の２つの役割を担っている。ＮＯｘ還元目標を達成できるＳＣＲコーティング壁流フィルタは、車両内の通常のスペース制約の下での壁流フィルタ上でのＳＣＲ触媒組成物の十分な装填（充填）を必要とする。排気流の特定の有害成分又は高温にさらされることにより存続期間に渡り発生する組成物の触媒効果の漸次的な損失が、ＳＣＲ触媒組成物のより高い触媒装填（触媒充填）に対するニーズを強める。しかしながら、より高い触媒装填を伴うコーティング壁流フィルタの準備は、排気システム内での許容できないほど高い背圧につながり得るものである。背圧の増加は燃料効率に悪影響を及ぼし得る。
【００１０】
壁流フィルタをコーティングする上で検討するための追加の態様は、適切なＳＣＲ触媒組成物の選択である。第１に、触媒組成物は、フィルタ再生の特徴であるより高い温度に長期にさらされた後でさえ、そのＳＣＲ触媒活性を維持するように熱的に耐久性がなければならない。たとえば、粒子状物質の煤煙部分の燃焼は、多くの場合、７００℃以上の温度につながる。このような温度により、バナジウム及びチタニウムの混合酸化物等の多くの一般的に使用されるＳＣＲ触媒組成物は、触媒的により効果的ではなくなる。第２に、ＳＣＲ触媒組成物は、車両が動作する可変温度範囲に対応できるように、好ましくは十分に幅広い動作温度範囲を有する。たとえば、低充填の状態で、つまり起動時に、通常、３００℃未満の温度に遭遇する。特に、壁流フィルタ等のフィルタ基体にＳＣＲ触媒が配置されるときに、ＳＣＲ触媒組成物は、より低い排気温度でさえ、ＮＯｘ還元ゴールを達成するために、好ましくは、排気のＮＯｘ成分の還元に触媒作用を及ぼすことができる。一般的に、ＳＣＲ触媒は、高い熱水的な安定性と組み合わされた高い比活性を有するべきである。
【００１１】
壁流フィルタに対するより高いＳＣＲ触媒充填を可能にし、しかもフィルタが、許容できる背圧を達成する流量特性を維持できるようにする、ＳＣＲ触媒及びコーティング技法を含む壁流フィルタが提案されてきた。より高いＳＣＲ触媒充填を有する、このような提案された壁流フィルタ及びコーティング技法にも関わらず、背圧及びＳＣＲ触媒の触媒機能の管理を可能にする、壁流フィルタ及びシステムを提供することが望ましいであろう。加えて、所望される熱水経時特性を示すだけではなく、排気ガス流がフィルタを通過するときに十分に低い温度のＮＯｘ変換も達成する、充填時のＳＣＲ触媒でコーティングされた微粒子フィルタを活用する触媒製品、システム、及び方法を提供することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の一実施形態は、ＮＯｘ及び粒子状物質を含むエンジン排気ガス流を処理するためのエミッション処理システムに関する。一実施の形態では、本発明は、初期ＮＯｘ濃度（初期ＮＯｘ濃縮物）及び粒子状物質を含むエンジン排気ガス流を処理するためのエミッション処理システムであって、前記システムで、システム背圧及びシステムＮＯｘ変換がもたらされ、還元剤注入器の下流に配置され、ＮＯｘ変換に効果的な第１のＳＣＲ触媒を備える微粒子フィルタと、前記微粒子フィルタの下流に配置され、及びＮＯｘ変換に効果的な第２のＳＣＲ触媒で装填された流通式基体と、を備え、前記微粒子フィルタは、約０．１ｇ／ｉｎ3と２．５ｇ／ｉｎ3の間の範囲の装填を有し、及び前記エンジンと微粒子フィルタの間には、介在するＳＣＲ触媒が配置されず、前記微粒子フィルタ触媒の装填は、触媒が装填されていないフィルタを含む類似したシステムに伴うシステム背圧と比較して、増加が約２５％未満であるシステム背圧を提供するために効果的であり、及び前記システムＮＯｘサイクル変換は、約５０％と１００％の範囲内である、エミッション処理システムである。
【００１３】
システムは、微粒子フィルタの上流に配置される酸化触媒をさらに含んでよい。代替策として、システムは微粒子フィルタの下流に配置される酸化触媒を含んでよい。
【００１４】
処理システムは、ガス流が微粒子フィルタを通過した後に中間ＮＯｘ濃度（中間ＮＯｘ濃縮物）、及びガス流が基体を通過した後に最終ＮＯｘ濃度（最終ＮＯｘ濃縮物）を提供するように作動してよく、初期ＮＯｘ濃度及び最終ＮＯｘ濃度に基づいたシステムＮＯｘ変換並びにシステム背圧の上昇は、最小目標システムＮＯｘ変換、及びシステム背圧の最大目標パーセンテージ上昇に基づいた操作ウィンドウ内にある。
【００１５】
システムは、例えば約６０％の、多岐に渡る最小目標システムＮＯｘ変換を提供し、システム背圧の最大目標パーセンテージ上昇は約２５％である。
【００１６】
１つ又は複数の実施形態では、微粒子フィルタは、複数の長手方向に延在する壁を含むハニカム壁流フィルタであり、第１のＳＣＲ触媒の少なくとも約７０容量パーセントが微粒子フィルタの壁の中に位置する。１つ又は複数の実施形態では、第１のＳＣＲ触媒の少なくとも約８０％容量パーセントが微粒子フィルタの壁の中に位置する。一つの実施形態では、第１のＳＣＲ触媒の少なくとも約９０％が微粒子フィルタの壁の中に位置する。
【００１７】
１つ又は複数の実施形態では、フィルタは、ガス流内の粒子状物質の少なくとも約７０％を除去する高効率フィルタを含む。いくつかの実施形態では、微粒子フィルタはガス流の粒子状物質の少なくとも約８０％を除去する高効率フィルタである。
【００１８】
微粒子フィルタは、約４０％と９０％の範囲内、又は約４０％と８０％の範囲内、もしくは約４０％と７０％の範囲内の多孔性を有することがある。
【００１９】
１つ又は複数の実施形態では、第１のＳＣＲ触媒は、フィルタの総軸長に満たない微粒子フィルタの軸長にコーティングされる。
【００２０】
１つ又は複数の実施形態では、微粒子フィルタを通過するＮＯｘの変換は、システムＮＯｘ変換の約１０％と９０％の範囲内にある。
【００２１】
いくつかの実施形態では、ガス流が、空気中に約５００ｐｐｍのＮＯ、約５００ｐｐｍのＮＨ3、及び約５％の水を含む場合、第１のＳＣＲ触媒が、該第１のＳＣＲ触媒で、約８０，０００ｈ-1の空間速度の排気ガス流に、２５０℃で少なくとも約２５％のＮＯｘ変換を提供する物質を含む。特定の実施形態では、第１のＳＣＲ触媒は、約８０，０００ｈ-1の空間速度での定常状態で測定される、２５０℃で少なくとも約３０％の第１のＳＣＲ触媒でのＮＯｘ変換を提供する物質を含む。
【００２２】
一実施形態では、第１のＳＣＲ触媒は、Ｃｕを含有し、ＣＨＡ構造を有するゼオライトを含む。一実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、ＣＨＡ構造を有するＣｕを含有するゼオライトを含む。
【００２３】
他の実施形態では、第１のＳＣＲ触媒は、Ｖ2Ｏ5、ＷＯ3、及びＴｉＯ2の混合酸化物を含む。第２のＳＣＲ触媒は、Ｖ2Ｏ5、ＷＯ3、及びＴｉＯ2の混合酸化物を含んでよい。１つ又は複数の実施形態では、第１のＳＣＲ触媒は、ゼオライトを含有するＦｅを含む。１つ又は複数の実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、ゼオライトを含有するＦｅを含む。
【００２４】
一実施形態では、第１のＳＣＲ触媒及び第２のＳＣＲ触媒は同じである。他の実施形態では、第１のＳＣＲ触媒及び第２のＳＣＲ触媒は異なり、第１のＳＣＲ触媒はより高いガス流温度でのＮＯｘ変換に使用可能であり、第２のＳＣＲ触媒はより低いガス流温度でのＮＯｘ変換に使用可能である。かかる実施形態での第２のＳＣＲ触媒は、Ｃｕを含有し、ＣＨＡ構造を有するゼオライトを備えることがある。
【００２５】
本発明の別の態様は、初期ＮＯｘ濃度を有するエンジン排気ガス流を処理し、及びＮＯｘの変換に効果的な方法であって、最小目標システムＮＯｘ変換及びシステム背圧の最大目標パーセンテージ上昇に基づいて排気ガスシステム操作ウィンドウを画定する工程（但し、システム背圧の前記パーセンテージ上昇は、触媒が装填されていないフィルタに伴うシステム背圧と、触媒が装填されているフィルタを備えたシステムとの比較に基づく）、ガス流を、前記エンジンの下流に配置された微粒子フィルタに通す工程（但し、前記微粒子フィルタが、ＮＯｘ変換に効果的な第１のＳＣＲ触媒で装填され、前記ガス流が前記微粒子フィルタ通過後に中間ＮＯｘ濃度を有し、前記微粒子フィルタと前記エンジンの間に介在ＳＣＲ触媒がなく、前記排気ガス流が、炭化水素、アンモニア、尿素、及びアンモニア前駆体の内の１つ又は複数を備える還元剤を含む）、前記中間ＮＯｘ濃度を有する前記ガス流を、ＮＯｘ変換に効果的な前記微粒子フィルタの下流に配置される第２のＳＣＲ触媒で装填された第２の基体に通す工程（但し、前記エミッション処理システムを出る前記ガス流が最終ＮＯｘ濃度を有し、前記システムＮＯｘ変換及び前記システム背圧が前記操作ウィンドウ内にある）、を含む方法に関する。
【００２６】
方法の実施形態に従って、微粒子フィルタは、約５０％と８０％の範囲の多孔性を有し、約０．１ｇ／ｉｎ3と１．８ｇ／ｉｎ3の範囲内のＳＣＲ触媒充填を有するハニカム壁流基体である。一方法実施形態では、システムＮＯｘ変換は、初期ＮＯｘ濃縮物の約５０％と１００％の範囲内にある。少なくとも一方法実施形態では、微粒子フィルタによるＮＯｘの変換は、システムＮＯｘ変換の約１０％から約９０％の範囲にある。一方法実施形態では、最小目標システムＮＯｘ変換は約６０％であり、システム背圧の最大目標パーセンテージ増加は約２５％である。方法の一実施形態では、第１のＳＣＲ触媒は、フィルタの総軸長に満たない微粒子フィルタの軸長でコーティングされる。
【００２７】
前記では、本発明のいくつかの特長及び技術的な優位点をやや幅広く概略した。開示される特定の実施形態が、本発明の範囲内で他の構造又はプロセスを修正したり設計したりするための基礎として容易に活用され得ることが、当業者によって理解されたい。また、このような同等な構造が、添付特許請求の範囲に説明される発明の精神及び範囲から逸脱しないことも当業者によって理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】本発明の一つの実施形態によるエミッション処理システムの概略図である。
【図１Ｂ】本発明の第２の実施形態によるエミッション処理システムの概略図である。
【図２】壁流フィルタ基体の斜視図である。
【図３】壁流フィルタ基体の断面の断面図である。
【図４】実施例２における、背圧と２００℃でのＮＯｘ変換を、触媒の装填量の関数として示し、及び目標最小背圧、及び２００℃での目標ＮＯｘ変換を示した図であり、背圧の目標最大値は、サンプルのガイドラインとして１５％の増加である。
【図５】実施例３における、背圧と２００℃でのＮＯｘ変換を、触媒の装填量の関数として示し、及び６０％という２００℃でのＮＯｘ変換の目標最小値、及びサンプルの指針としての１５％という背圧増加の目標最大値を示した図である。
【図６】実施例４における、背圧と２００℃でのＮＯｘ変換を、（シリーズのために）触媒の装填量の関数として示し、及び６０％という２００℃でのＮＯｘ変換の目標最小値、及びサンプルの指針としての１５％という背圧増加の目標最大値を示した図である。
【図７】実施例５のＮＳＲの関数としての、累積サイクルＮＯｘ変換及び累積サイクルＮＨ３落下の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の態様は、エンジン排気を処理するためのエミッション処理システム及び方法に関する。一実施形態では、粒子状物質、ＮＯｘ、及びディーゼルエンジン排気の他のガス状成分の同時処理を効果的に提供するシステムが提供される。本実施形態によるエミッション処理システムは、統合微粒子フィルタ、及びＳＣＲ触媒、及び基体上の下流ＳＣＲ触媒を活用する。システム触媒に起因する背圧の上昇及びＮＯｘ変換の平衡は、微粒子フィルタの装填（充填）の削減及びＳＣＲ触媒組成物の選択によって達成できる。このようなシステムは、触媒の所与のＳＣＲ比活性、及び所望される規制エミッション目標のための背圧、触媒量及びＳＣＲ変換の点で、車両下の最適な空間活用を表す。
【００３０】
一実施形態では、ＮＯｘ削減機能及び微粒子除去機能の、単一触媒製品への統合は、ＳＣＲ触媒組成物でコーティングされた壁流基体の形を取る微粒子フィルタを使用して達成される。壁流基体上でのＳＣＲ触媒組成物の実務レベルを達成することは、十分な触媒活動を提供し、義務的なＮＯｘ削減レベルを達成するために、及びフィルタ上で捕捉された煤煙部分の燃焼温度を引き下げるために重要である。煤煙フィルタ上でＳＣＲウォッシュコート組成物の適切なレベルを達成することも、熱水経年劣化中の触媒の適切な耐久性を確保するために重要である。さらに、エミッション処理システムの長期の使用に渡って、触媒は、潤滑油の分解を通して引き出されることがある、又はディーゼル燃料の不純物から生じることがある多様なレベルの触媒毒に常にさらされている。このような触媒毒の例は、リン、亜鉛、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属を含む。したがって、通常、高レベルの触媒組成物が触媒基体上に配置され、触媒活動の不可避な損失を克服する。
【００３１】
本発明のエミッション処理システムの一実施形態は、図１Ａに概略で示されている。見られるように、エンジン１５からの（未燃炭化水素、一酸化炭素及びＮＯｘを含む）ガス状汚染物質、及び粒子状物質を含有する排気ガス流がシステムの中に送られる。炭化水素、アンモニア、又は任意のアンモニア前駆物質（たとえば、尿素）等の還元剤、もしくはＳＣＲ反応を容易にするほど十分な高い還元可能性を示す任意の他の物質が、ノズル（不図示）の形をとる注入器を介して噴霧として排気流の中に注入される。あるライン１８上に示される水性尿素は、混合ステーション１６を含む注入器内で別のライン１９上の空気と混合できる、アンモニア前駆物質として働くことがある。また、注入器は、排気システム内でアンモニアに変換される水性尿素の正確な量を計量するために使用できるバルブ１４も含むことがある。追加の還元剤を含んだ排気流が、第１のＳＣＲ触媒を含む微粒子フィルタ１２に運ばれる。微粒子フィルタ１２を通過すると、ＮＯｘ成分は、アンモニアを用いるＮＯｘの選択接触還元を通して窒素に変換される。エンジン１５と微粒子フィルタ１２の間に配置される介在ＳＣＲ触媒はない。
【００３２】
煤煙部分及びＶＯＦを含む粒子状物質も、微粒子フィルタ１２によって大部分は（８０％以上）除去される。微粒子フィルタ１２上に配置された粒子状物質は、フィルタの再生を通して燃焼される。
【００３３】
微粒子フィルタ１２を出ると、次にガス流は第２のＳＣＲ触媒を含む基体１３を通過する。基体１３は流通式基体（流水式基体）であってよく、微粒子フィルタ１２の下流に配置される。エンジン１５を出るガス流は、微粒子フィルタ１２に入る前の場所３での初期ＮＯｘ濃度（初期ＮＯｘ濃縮物）、粒子１２と下流基体１３の間の場所５での中間ＮＯｘ濃度（中間ＮＯｘ濃縮物）、及び流水式基体１３を通過した後の場所７での最終ＮＯｘ濃度（最終ＮＯｘ濃縮物）を含む。初期ＮＯｘ濃度及び最終ＮＯｘ濃度に基づいたガス流で達成されるＮＯｘのシステム変換は、約５０％よりも大きい。微粒子フィルタ１２によるＮＯｘ変換は、（ＦＴＰ７５等、又はシミュレーション反応器条件下の）運転サイクルを通して一体的に測定されるシステムＮＯｘ変換の約１０％から約９０％の範囲内にある。本明細書中及び特許請求の範囲で使用されるように、ＮＯｘ変換及びシステム背圧の変更に対する参照は、（たとえば、実施例１から実施例４に説明されるような）定常状態変換、及び（たとえば、実施例５ＨＤＤ  ＦＴＰに説明されるような）エンジン試験条件下の過渡試験に対して行われる。
【００３４】
実施形態に従って、前述されたシステムを通過するガス流は、システムの背圧を約７５％未満、特定の実施形態では約５０％未満、及びより特定な実施形態では約２５％未満、上昇させる。システム背圧の上昇は、ガス流に、コーティングされていないフィルタを通過させた結果生じる背圧の上昇に比して決定される。システム背圧は、２０，０００ｈ-1と１２０，０００ｈ-1の間の、システム体積で除算されるガス流の体積流量に等しい、空間速度での低温流れ値の平均によって測定される。
【００３５】
本発明の実施形態によるエミッション処理システムは、最小目標システムＮＯｘ濃度及びシステム背圧の最大目標パーセンテージ上昇によって画定されるウィンドウ内の動作を可能にする。この操作ウィンドウは、過剰で、きわめて望ましくない背圧の上昇を引き起こさずに高いＮＯｘ変換が実現され得る範囲を提供する。一実施形態では、最小目標システムＮＯｘ変換は約６０％であり、システム背圧の最大目標パーセンテージ上昇は約２５％である。他の最小目標システムＮＯｘ変換、及びシステム背圧の最大目標パーセンテージ上昇も本発明に従って確立できる。
【００３６】
システムで使用するための適切なＳＣＲ触媒組成物は、６００℃未満の温度でのＮＯｘ成分の還元に触媒作用を及ぼすために効果的であり、したがって通常、適切なＮＯｘレベルが、より低い排気温度と関連付けられる低負荷条件下でも処理することができる。好ましくは、触媒製品は、システムに加えられる還元剤の量に応じて、ＮＯｘ成分の少なくとも５０％をＮ2に変換できる。さらに、システムで使用するためのＳＣＲ触媒組成物は、理想的には、粒子状物質の煤煙部分が燃焼される温度を引き下げることによってフィルタの再生に役立つこともできる。システムのいくつかの実施形態では、第１のＳＣＲ触媒及び／又は第２のＳＣＲ触媒は、Ｃｕを含有し、ＣＨＡ構造を有するゼオライト、Ｖ2Ｏ5、ＷＯ3、及びＴｉＯ2の混合酸化物、又はＦｅドープされたゼオライトを含むことがある。第１のＳＣＲ触媒及び第２のＳＣＲ触媒の組成物は、同一、又は異なっていることもある。第１のＳＣＲ触媒及び第２のＳＣＲ触媒の組成物が異なる場合、第１のＳＣＲ触媒はより高いガス流温度でのＮＯｘ変換のために使用可能であり、第２のＳＣＲ触媒はより低いガス流温度でのＮＯｘ変換のために使用可能である。さらに、本発明の実施形態は、異なる触媒基体上での、又は単一の基体上のゾーン配列での異なるＳＣＲ活性物質の組み合わせを含む。
【００３７】
本発明のシステムで使用される有用なＳＣＲ触媒組成物は、６５０℃を超える温度での触媒活動の許容できない劣化に対する耐性も有する。このような高温には、多くの場合、微粒子フィルタの再生中に遭遇する。また、ＳＣＲ触媒組成物は、多くの場合、ディーゼル排気ガス組成物に存在する硫黄成分にさらされると劣化に抵抗しなければならない。第１のＳＣＲ触媒は、２５０℃で少なくとも約２５％のシステムＮＯｘ変換、及び前記に参照された試験条件下で約８０，０００ｈ-1の空間速度を提供するために選ばれる。好ましくは、第１のＳＣＲ触媒は、これらの同じ条件下で少なくとも約５０％のシステムＮＯｘ変換を提供するために選ばれる。
【００３８】
適当なＳＣＲ触媒組成物は、ともに参照により全体として本明細書に組み込まれる米国特許第４，９６１，９１７号（第‘９１７号特許）及び第５，５１６，４９７号に説明されている。第‘９１７号特許に開示される組成物は、ゼオライトが加えられた助触媒の総重量の約０．１から３０重量パーセント、好ましくは約１から５重量パーセントの量で、ゼオライトに存在する鉄及び銅の助触媒の内の１つ又は両方を含む。ＮＨ3を用いたＮＯｘのＮ2への還元に触媒作用を及ぼすその能力に加えて、開示された組成物は、特により高い助触媒濃縮物を有するそれらの組成物に対して、Ｏ2で過剰なＮＨ3の酸化を促進することもできる。
【００３９】
このような組成物に使用されるゼオライトは、硫黄被毒に耐性を示し、ＳＣＲプロセスに対して高レベルの活性を持続し、酸素で過剰なアンモニアを酸化できる。これらのゼオライトは、短期硫黄被毒から生じる硫黄酸化物粒子、及び／又は長期硫黄被毒から生じる硫酸塩沈積物が存在する場合に、反応分子ＮＯ及びＮＨ3の細孔系の中への適切な移動、及び細孔系の中からの生成物分子Ｎ2及びＨ2Ｏの適切な移動を可能にするほど十分に大きな細孔径を有する。適切なサイズの細孔系は、３つ全ての結晶学的次元で相互に連結されている。ゼオライト技術の当業者に周知であるように、ゼオライトの結晶構造は多かれ少なかれ規則正しく繰り返される連結、交差等を有する複雑な細孔構造を示す。所与の寸法の直径又は断面構成等の特定の特徴を有する細孔は、それらの細孔が他の同様の細孔と交差しない場合、１次元であると言われる。細孔が他の同様の細孔と所与の平面内だけで交差する場合、その特性の細孔は２（結晶）次元で相互に連結されていると言われる。細孔が同じ平面及び他の平面の両方にある他の同様の細孔と交差する場合、このような同様の細孔は、３次元で相互に連結されている、つまり「３次元である」と言われる。硫酸塩被毒にきわめて耐性があり、ＳＣＲプロセス、及び酸素によるアンモニアの還元の両方に良好な活動を提供し、高温、熱水状態、及び硫酸塩被毒にさらされても良好な活性を保持するゼオライトは、少なくとも約７オングストロームの細孔直径を示し、３次元で相互に連結されている細孔を有するゼオライトであることが判明している。任意の特定の理論によって制約されることを希望せずに、３次元で少なくとも７オングストロームの直径の細孔の相互連結が、ゼオライト構造全体での硫酸塩分子の良好な可動性を提供し、それによって触媒から解放される硫酸塩分子が、反応剤ＮＯｘ及びＮＨ3の分子、及び反応剤ＮＨ3及びＯ2分子のために大多数の利用可能な吸着剤サイトを解放することを可能にすると考えられている。前記基準を満たすあらゆるゼオライトは、本発明の実践での使用に適している。これらの基準を満たす特定のゼオライトは、ＵＳＹ、ベータ及びＺＳＭ−２０である。他の金属イオン交換ゼオライトも、前述の基準を満たすことがある。
【００４０】
本発明の１つ又は複数の実施形態に従って使用され得る特定のゼオライト組成物は、ＣＨＡ結晶構造を有するゼオライトを含む。ＣＨＡゼオライトは銅を含んでよい。例示的なＣＨＡゼオライトは、約１５を超えるシリカ対アルミナ比（ＳＡＲ）、及び約０．２ｗｔ％を超える銅含有量を有する。さらに特定な実施形態では、シリカ対アルミナのモル比は、約１５から約２５６であり、銅含有量は約０．２ｗｔ％から約５ｗｔ％である。ＳＣＲのための他の有用な組成物は、ＣＨＡ結晶構造を有する非ゼオライト系分子篩を含む。たとえば、ＳＡＰＯ−３４、ＳＡＰＯ−４４、及びＳＡＰＯ−１８等のシリコアルミノホスフェートは、１つ又は複数の実施形態に従って使用されてよい。
【００４１】
壁流モノリス基体上に配置されると、このようなＳＣＲ触媒組成物は約０．１ｇ／ｉｎ3  １．３ｇ／ｉｎ3の範囲の濃度で付着され、所望されるＮＯｘ還元レベル及び粒子除去レベルが達成されることを保証し、長期使用を通して触媒の適切な耐久性を確保する。たとえば、ＣＨＡ構造を有し、銅を含有するゼオライト等の特定の触媒の使用は、約０．１ｇ／ｉｎ3から約２．５ｇ／ｉｎ3の範囲の充填を有する壁流基体を提供する上で、約０．１ｇ／ｉｎ3から１．８ｇ／ｉｎ3の範囲での特定の実施形態で、及び約０．１ｇ／ｉｎ3から１．３ｇ／ｉｎ3の範囲内のより特定な実施形態で特に有用である。充填の適切な上端は、１．９ｇ／ｉｎ3、２．０ｇ／ｉｎ3、２．１ｇ／ｉｎ3、２．２ｇ／ｉｎ3、２．３ｇ／ｉｎ3、２．４ｇ／ｉｎ3を含む。
【００４２】
エミッション処理システムの第２の実施形態は、図１Ａに示されているシステムに類似する、図１Ｂに示されている。図１Ｂのシステムは、微粒子フィルタ１２の上流に位置する酸化触媒１１を含む。酸化触媒１１では、未燃焼気体炭化水素及び不揮発性炭化水素（つまりＶＯＦ）及び一酸化炭素が主に燃焼され、二酸化炭素及び水を形成する。特に、酸化触媒を使用してＶＯＦのかなりの割合を除去すると、システムの下流に配置される微粒子フィルタ１２上の粒子状物質の大きすぎる付着（つまり閉塞）を妨げるのに役立つ。さらに、ＮＯｘ成分中のかなりの割合のＮＯが酸化触媒中でＮＯ2に酸化される。上流の酸化触媒の触媒作用によるＮＯｘ中のＮＯ2の割合の増加は、ＮＯｘ成分中により少ない割合のＮＯ2を含有する排気流に比較して、ＮＯｘの削減を容易にする。
【００４３】
酸化触媒１１は、未燃焼ガス状且つ非揮発性炭化水素（つまり、ＶＯＦ）及び一酸化炭素の効果的な燃焼を提供する任意の組成物から形成できる。さらに、酸化触媒は、ＮＯｘ成分のＮＯのかなりの割合をＮＯ2へ変換するために有効でなければならない。本明細書に使用されるように、「ＮＯｘ成分のＮＯの、ＮＯ２へのかなりの変換」は少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、及びより具体的には約３０％と５０％の範囲内で、及びいくつかの実施形態では、少なくとも２００℃の温度での最高約６０％の変換を意味する。これらの特性を有する触媒組成物は当技術分野で既知であり、白金金属組成物及び卑金属組成物を含む。触媒組成物は、耐火金属素材又はセラミック（コージライト）材料から形成されるハニカム流水式モノリス基体の上にコーティングできる。代わりに、酸化触媒は、当技術分野で周知である金属発泡体基体又はセラミック発泡体基体の上に形成されてよい。これらの酸化触媒は、それらがコーティングされる基体（たとえば、連続気泡フォーム）のおかげで、及び／又はその固有の酸化触媒活性のおかげで、ある程度のレベルの微粒子除去を提供する。好ましくは、フィルタ上の粒子質量の削減は、強制的な再生の前の時間を潜在的に延ばすので、酸化触媒は、壁流フィルタの上流の排気システムから粒子状物質のいくらかを除去する。
【００４４】
エミッション処理システムで使用され得る１つの適当な酸化触媒組成物は、ゼオライト成分（好ましくは、ベータゼオライト）と結合される、高表面積耐火性酸化物支持物（たとえば、ガンマ−アルミナ）上で分散される白金族成分（たとえば、白金成分、パラジウム成分、又はロジウム成分）を含む。適当な白金族金属成分は、白金である。組成物が耐火性酸化物基体、例えば流水式ハニカム基体上に分散されると、白金の濃度は、通常、約１０から１２０ｇ／ｆｔ3の白金である。
【００４５】
酸化触媒を形成する際に使用するのに適した白金族金属を基にした組成物も、参照することにより本明細書に組み込まれる、米国特許第５，１００，６３２号（第‘６３２号特許）に説明されている。第’６３２号特許は、白金族金属とアルカリ土類金属の間の原子比率が約１：２５０から約１：１、及び特に約１：６０から約１：６である、白金、パラジウム、ロジウム及びルテニウムと、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、又は酸化バリウム等のアルカリ土類金属酸化物の混合物を有する組成物を記載する。
【００４６】
酸化触媒に適した触媒組成物は、触媒剤として卑金属を使用して形成されてもよい。たとえば、（その開示が参照により本明細書中に組み込まれる）米国特許第５，４９１，１２０号は、少なくとも約１０ｍ2／ｇというＢＥＴ表面積を有する触媒物質を含み、チタニア、ジルコニア、セリア−ジルコニア、シリカ、アルミナ−シリカ、及びアルファ−アルミナの内の１つ又は複数であってよい第２のバルク金属酸化物から本質的に成る、酸化触媒組成物を開示している。
【００４７】
米国特許第５，４６２，９０７号（その開示が参照により本明細書中に組み込まれる第‘９０７号特許）に開示されている触媒組成物も有用である。第’９０７号特許は、それぞれが、たとえば少なくとも１０ｍ2／ｇという表面積を有し、セリア及び活性アルミナが約１．５：１から１：１．５の重量比であるセリア及びアルミナを含有する触媒物質を含む組成物を教示する。任意選択で、白金は、ＣＯ及び未燃炭化水素の気相酸化を促進するために効果的であるが、ＳＯのＳＯ2への過剰な酸化を不可能にするために制限される量で、第‘９０７号特許に説明される組成物に含まれてよい。代わりに、任意の所望される量のパラジウムが、触媒物質に含まれてよい。
【００４８】
本発明の実施形態によるＳＣＲ触媒組成物をサポートするために有用な壁流基体は、基体の長手方向軸に沿って延在する、複数の細かく、実質的に平行なガス流路を有する。通常、各通路は基体本体の一端で遮られ、代替通路は対向する端面で遮られる。このようなモノリスキャリアは、はるかに少ない流路しか使用され得ないが、断面の１平方インチ当たり約７００以上の流路（つまり「セル」）を含んでよい。たとえば、キャリアは、１平方インチ当たり約７から６００、より通常は約１００から４００のセル（「ｃｐｓｉ」）を有してよい。セルは、矩形、正方形、円形、楕円形、三角形、六角形であるか、又は他の多角形の形状である断面を有することがある。壁流基体は、通常、０．００２インチと０．１インチの間の壁厚を有する。適切な壁流基体は、０．００２と０．０１５インチの間の壁厚を有する。
【００４９】
図２及び図３は、複数の通路５２を有する壁流フィルタ基体３０を示す。通路は、フィルタ基体の内壁５３によって管状に囲まれる。基体は、入口端部５４及び出口端部５６を有する。代替通路は、入口端部で入口栓５８によって塞がれ、出口端部で出口栓６０によって塞がれ、入口５４及び出口５６で対向するチェッカー盤パターンを形成する。ガス流６２は、塞がれていないチャネル入口６４を通って進入し、出口栓６０によって停止され、（多孔性である）チャネル壁５３を通して出口側６６に拡散する。ガスは、入口栓５８のために、通過して壁の入口側に戻ることはできない。
【００５０】
適当な壁流フィルタ基体は、コージライト、アルファ−アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ムライト、リシア輝石、アルミナ−シリカ−マグネシア又は珪酸ジルコニウム等のセラミック状の物質、もしくは多孔性の耐火金属から構成される。壁流基体は、セラミック繊維複合材料から形成されてもよい。適当な壁流基体は、コージライト及び炭化ケイ素から形成される。このような物質は、環境、特に排気流を処理する際に遭遇する高温に耐えることができる。壁流フィルタは、ゾーンコーティング構成で、フィルタの軸長全体、又は総軸長の一部についてＳＣＲ触媒でコーティングされてよい。
【００５１】
本発明のシステムで使用するための適当な壁流基体は、背圧の大きすぎる上昇、又は製品全体での圧力を引き起こすことなく流体流れが通過する、薄い多孔性の壁状ハニカム（モノリス）を含む。通常、清潔な壁流製品の存在は、１０ｐｓｉｇまで、１インチ水柱の背圧を生じさせる。一実施形態では、システムで使用されるセラミック壁流基体は、少なくとも５ミクロン（たとえば、５から３０ミクロン）という平均細孔径を有する、少なくとも４０％又は４５％（たとえば、４０％から８０％）の多孔性を有する物質から形成される。特定の実施形態では、このような物質は、少なくとも５０％（たとえば、５０％から８０％）の多孔性を有する。壁を形成する物質の多孔性は、壁の密度対物質の理論密度によって定義できる。特定の実施形態では、基体は少なくとも５５％の多孔性を有し、少なくとも１０ミクロンという平均細孔径を有する。これらの多孔性及びこれらの平均細孔径を有する基体が後述の技法でコーティングされると、適切なレベルのＳＣＲ触媒組成物が、優れたＮＯｘ変換効率を達成するために基体上に充填できる。ＳＣＲ触媒充填にも関わらず、これらの基体は、依然として適切な排気流特性、つまり許容できる背圧を保持できる。米国特許番号第４，３２９，１６２号は、適切な壁流基体の開示に関して参照することによって本明細書に組み込まれる。また、微粒子フィルタ１２が、ガス流中の粒子状物質の少なくとも約７０％を除去する高効率フィルタである場合もある。
【００５２】
商業的に使用されている典型的な壁流フィルタは、通常、本発明で活用される壁流フィルタよりも、たとえば３５％から５０％等の低い壁多孔性で形成される。一般に、商業用壁流フィルタの細孔径の分布は、通常、非常に幅広く、平均細孔径は１７ミクロンよりも小さい。
【００５３】
本発明で使用される多孔性壁流フィルタは、前記要素の壁が１つ又は複数の触媒物質をその上に有している、又はその中に含んでいるという点で触媒作用を受けている。触媒物質は、要素壁単独の入口側に存在することもあれば、出口側だけに存在することもあれば、入口側と出口側の両方に存在することもある、もしくは壁自体が触媒物質の全てから構成される、又は部分的に触媒物質から構成されることがある。本発明は、要素の入口壁及び／又は出口壁上の、触媒物質の１つ又は複数の層、並びに触媒物質の１つ又は複数の層の組み合わせの使用を含む。エミッション処理システムの一実施形態では、第１のＳＣＲ触媒は、約７０容量％から１００容量％の範囲内で微粒子フィルタ１２の壁の中に位置する。
【００５４】
壁流基体をＳＣＲ触媒組成物でコーティングするために、基体は、基体の上部がスラリーの表面のすぐ上に位置するように、触媒スラリーの一部に垂直に浸漬される。このようにして、スラリーは各ハニカム壁の入口面に接するが、各壁の出口面に接するのは妨げられる。サンプルは約３０秒間スラリー内に残される。基体はスラリーから取り除かれ、過剰なスラリーは、第１にそれが溝から出るのを可能にすることによって、次に圧縮空気で（スラリー貫通の方向に逆らって）吹き付けることによって、及び次にスラリー貫通の方向から真空を引くことによって壁流基体から除去される。この技法を使用することによって、触媒スラリーは基体の壁に浸透し、しかも細孔は、仕上げられた基体内に過度の背圧が蓄積する程度には閉塞しない。本明細書に使用されるように、基体上での触媒スラリーの分散を説明するために使用されるときの用語「浸透する」は、触媒組成物が基体の壁全体に分散されることを意味する。
【００５５】
コーティングされた基体は、通常、約１００℃で乾燥され、より高温（たとえば、３００℃から４５０℃）でか焼される。か焼後、触媒充填は、基体のコーティングされた重量及びコーティングされていない重量の計算によって決定できる。当業者に明らかとなるように、触媒充填は、コーティングスラリーの固形含有物を変えることによって修正できる。代わりに、コーティングスラリーの中に基体を繰り返し浸漬することも実施することができ、後に、前述された過剰なスラリーの除去が続く。
【実施例】
【００５６】
（実施例１．壁流フィルタ基体上のＳＣＲコーティング）
ＳＣＲ触媒が、直径１”かける長さ３”の６５％多孔性コージライトフィルタコアの上に装填（充填）された。このようにして、ＣＨＡ構造、つまりＣｕ  ＳＳＺ１３を有する金属交換アルミノケイ酸塩ゼオライト触媒粉末が水と混合され、粒子の９０％が５ミクロン未満（つまり、Ｄ９０＜５μ）の直径を有するように粉砕された。結果として生じるスラリーは、２４重量％の固体に希釈された。フィルタコアは、それが完全に浸漬されるまでスラリーの中に浸されてから、過剰なスラリーを流すために取り除かれた後、壁からスラリーを除去するために圧縮空気で吹き付けられた。全ての過剰なスラリーが壁及び溝から取り除かれた後、パーツは３０分間１２０℃で気流の下で乾燥された。次に、乾燥したサンプルは、４５０℃で１時間静止空気の中でか焼された。結果として生じたパーツ上の触媒充填は、１．２２ｇ／ｉｎ３であった。圧力低下の測定値は、Ｓｕｐｅｒｆｌｏｗベンチを使用してコーティングする前、及びコーティングした後に採取された。流量は、コーティング前、及び再びコーティング後に、水の４、６、８、１０、１２、及び１５”で測定された。流量の減少が記録され、次に平均され、９．５３％というコーティングに伴う単独の背圧上昇を示した。コーティング後、サンプルは１０％蒸気の空気の流れの下で５時間、７５０℃で熟成された。コーティングされたサンプルのＳＣＲ性能は、５００ｐｐｍのＮＯ、５００ｐｐｍのＮＨ３、５％のＨ２Ｏ、１０％のＯ２、及びバランスＮ２を含むガス供給で、石英で裏打ちした反応器内で測定された。サンプルを通る総流量ガス流れは２２．５Ｌであり、約３７，０００ｈｒ−１の毎時ガス空間速度を生じた。サンプルのＳＣＲ触媒活性は、１５分間２００℃で安定化し、次にＦＴＩＲで下流ＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ、及びＮＨ３ガス濃度を測定することによって試験された。次に、ガス濃度は、同様にして２５０℃、３００℃、３５０℃、及び４５０℃で採取された。サンプルの「ＮＯｘ」変換は、このようにして、各温度ポイントでのＮＯ濃度の％減少として記録され、以下の表１に示される。
【００５７】
表１、６５％多孔性コージライトフィルタ上のＳＣＲのＮＯｘ変換
【００５８】
【表１】
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【００５９】
（実施例２．６５％コージライト壁流フィルタコア上のＳＣＲの触媒充填研究）
例１の方法を使用して、一連のサンプルが、６５％多孔性コージライトフィルタコア、１”ｘ３”を、異なる固体スラリーを使用してＣｕ  ＳＳＺ１３のＳＣＲ触媒で装填（充填）することによって作成された。このようにして、１０から３５重量％の固体を含有するスラリーが、０．４から１．９ｇ／ｉｎ３触媒充填でサンプルを作成するために使用された。背圧の上昇及びＳＣＲ触媒性能は、サンプルのそれぞれについて測定された。２００℃での背圧及びＮＯｘ変換の結果は、その一連の触媒充填の関数として図４に描かれている。また、図４は、サンプルのための指針として、６０％という２００℃でのＮＯｘ変換の目標最小値、及び１５％という背圧上昇の目標最大値も示す。これらの目標値を念頭にすると、高い充填でコーティング上の背圧上昇は目標を上回るが、より低い充填でＳＣＲ触媒性能が目標を下回ることは明らかである。このようにして、最良の背圧での最良のＳＣＲ動作のための最適触媒充填は、破線の箱部分として留意される。
【００６０】
（実施例３、６０％コージライトフィルタコア上の６０％でのＳＣＲの触媒充填研究）
実施例１の方法を使用して、一連のサンプルが、６０％多孔性コージライトフィルタコア、１”ｘ３”を、異なる固体スラリーを使用してＣｕ  ＳＳＺ１３のＳＣＲ触媒で充填することによって作成された。このようにして、１０から３０重量％の固体を含有するスラリーが、０．４から２．２ｇ／ｉｎ３触媒充填でサンプルを作成するために使用された。背圧の上昇及びＳＣＲ触媒性能は、サンプルのそれぞれについて測定された。２００℃での背圧及びＮＯｘ変換の結果は、その一連の触媒充填の関数として図５に描かれている。また、図５は、サンプルのための指針として、６０％という２００℃でのＮＯｘ変換の目標最小値、及び１５％という背圧上昇の目標最大値も示す。これらの目標値を念頭にすると、高い充填でコーティング上の背圧上昇は目標を上回るが、より低い充填でＳＣＲ触媒性能が目標を下回ることは明らかである。このようにして、最良の背圧での最良のＳＣＲ動作のための最適触媒充填は、前の実施例２よりもはるかに小さい範囲である破線として示される。
【００６１】
（実施例４、６０％ＳｉＣフィルタコア上のＳＣＲの触媒充填研究）
実施例１の方法を使用して、一連のサンプルが、６５％多孔性コージライトフィルタコア、１”ｘ３”を、異なる固体スラリーを使用してＣｕ  ＳＳＺ１３のＳＣＲ触媒で充填することによって作成された。このようにして、１０から３０重量％の固体を含有するスラリーが、０．３４から２．１ｇ／ｉｎ３触媒充填でサンプルを作成するために使用された。背圧の上昇及びＳＣＲ触媒性能は、サンプルのそれぞれについて測定された。２００℃での背圧及びＮＯｘ変換の結果は、その一連の触媒充填の関数として図６に描かれている。また、図６は、サンプルのための指針として、６０％という２００℃でのＮＯｘ変換の目標最小値、及び１５％という背圧上昇の目標最大値も示す。これらの目標値を念頭にすると、高い充填でコーティング上の背圧上昇は目標を上回るが、より低い充填でＳＣＲ触媒性能が目標を下回ることは明らかである。このようにして、最良の背圧での最良のＳＣＲ動作のための最適触媒充填は、破線の箱部分として示される。
【００６２】
（実施例５、下流ＳＣＲシステムが加えられたフィルタ上のＳＣＲのエンジン試験）
実施例１の方法を使用して、名目上６０％多孔性の９”ｘ１０”コージライト壁流フィルタ基体の中にＦｅベータゼオライトを含むＳＣＲ触媒が充填された。ＳＣＲ触媒の充填は１．７ｇ／ｉｎ3であった。流水式システム上にＳＣＲが加えられたフィルタ（ＳＣＲＦ）上のＳＣＲ触媒は、エンジン排気がＤＯＣを通して方向づけられ、後にＳＣＲＦ及び次にＳＣＲ触媒が続くように、エンジン試験セル内で試験された。システムは、標準連邦試験プロトコル（ＦＴＰ）サイクル全体で試験された。ＮＯ、ＮＯ2、及びＮＨ3の濃度は、（エンジンアウトエミッションとして留意される）ＳＣＲＦの前に、ＳＣＲＦの後に、及びＳＣＲ（又はテールパイプエミッション）の後に測定された。このようにして、ＳＣＲＦ、及びＳＣＲが加えられたＳＣＲＦ全体の両方でのＮＯｘ変換が計算できるであろう。ＦＴＰ試験は、０．８から１．２の一連の注入ＮＨ３／エンジンアウトＮＯｘ比（ＮＳＲ）として繰り返された。図７は、ＮＳＲの関数として累積サイクルＮＯｘ変換及び累積サイクルＮＨ３スリップの結果を示す。ＳＣＲＦ成分でのＮＯｘ変換は、０．８というＮＳＲでの約６４％から、１．２というＮＳＲでの約７５％に及ぶ。同じＮＳＲ範囲でのＳＣＲＦ及びＳＣＲの組み合わせのＮＯｘ変換は、６８％から８９％である。さらに、ＳＣＲＦからのＮＨ３のスリップは、ＮＳＲを０．８から１．２に増加するときにサイクルで０．５ｇ未満から４ｇに上昇するが、ＳＣＲＦ＋ＳＣＲからのＮＨ３スリップは同じ範囲で０から約０．２５ｇになる。これは、ＳＣＲＦパーツがそれ自体で、エンジンから出るＮＯｘの全てを完全に変換することはできないが、２つの成分の組み合わせ、つまりＳＣＲを加えたＳＣＲＦが、追加のＮＨ３のスリップを回避しながら、ＮＯｘを許容できるレベルまで除去できることを示す。
【００６３】
本明細書を通して、「一実施形態」、「いくつかの実施形態」、「１つ又は複数の実施形態」、もしくは「実施形態」に対する参照は、実施形態に関連して説明されるある特定の特長、構造、物質、又は特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、「１つ又は複数の実施形態では」、「いくつかの実施形態では」、「一実施形態では」、又は「実施形態では」等の句の本明細書を通して多様な箇所での出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特長、構造、物質、又は特徴は、１つ又は複数の実施形態で任意の適切な方法で組み合わされてよい。前記方法の説明の順序は制限的と見なされるべきではなく、方法は、順序がずれても、もしくは省略又は追加とともに説明される動作でも使用してよい。
【００６４】
前記説明は、例示的であることが意図され、制限的であることは意図されていないことが理解されるべきである。多くの他の実施形態は、前記説明を検討すると当業者にとって明らかになるだろう。したがって、本発明の範囲は、このような特許請求の範囲が与えられている同等物の完全な範囲とともに、添付の特許請求の範囲に関して決定されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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