(57)【要約】【課題】  炭化水素選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元作用を有効に発揮させＮＯｘの浄化処理を効率的に行うことができる排気処理装置を提供する。【解決手段】  排気処理装置３０には、排気上流側から、酸化触媒４０、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０、触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６０が、この順番で配設されると共に、酸化触媒４０とＨＣ−ＳＣＲ触媒５０との間に、排気に対して燃料（ＨＣ）を添加供給可能な燃料添加装置７０が介装される。このように配設すると、酸化触媒４０の酸化作用を受けてＮＯ２が多く存在する排気に対して燃料を添加供給することで、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０のＮＯｘ還元作用を効率良く行わせ、以ってＮＯｘの排出量の効果的な低減を図ることができる。【選択図】図１
2008075610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置から排気通路を介して排出される排気を処理する排気処理装置であって、
排気中の所定の成分に対して酸化処理を施すための酸化触媒と、
排気通路に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、
ＮＯｘを炭化水素と反応させ得るよう反応選択性を高めた炭化水素選択還元型ＮＯｘ触媒と、
が、排気下流側に向けて、この順番で前記排気通路に介装されることを特徴とする排気処理装置。
【請求項２】
前記炭化水素供給手段と、前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒と、の間に、前記炭化水素供給手段から供給された炭化水素と、前記排気通路を流れる排気と、を混合するための混合手段が介装されることを特徴とする請求項１に記載の排気処理装置。
【請求項３】
前記排気通路内のパティキュレートマターを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタが、前記炭化水素選択還元型ＮＯｘ触媒の排気下流側において、前記排気通路に介装されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置から排出され種々の排出物質を含む気体（排気）を処理する排気処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置からの排気を浄化して大気汚染の拡大を抑制することは重要な課題であるが、特許文献１に記載されるように、例えば、ディーゼル機関において、排気が導かれる排気通路の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯｘ（窒素酸化物）をＨＣ（炭化水素）と反応させ得るよう反応選択性を高めたＨＣ（炭化水素）選択還元型ＮＯｘ触媒｛ＨＣ−ＳＣＲ（ＨＣ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）方式の触媒（以下、ＨＣ−ＳＣＲ触媒とも言う）｝を介装し、該ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒の排気上流側に必要量のＨＣを添加して該ＨＣをＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒上で排気中のＮＯｘと還元反応させ、これによりＮＯｘの排出量の低減を図るようにしたものがある。
【０００３】
また、例えば、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒を利用した、次のような排気処理装置も提案されている。このものは、図６に示すように、ディーゼル機関１から排出された排気が、排気通路２を介して排気処理装置３に導かれる。前記排気処理装置３には、排気上流側から、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５、酸化触媒４、触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６が、この順番で配設されると共に、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５の排気上流側に、排気に対して燃料を添加供給するための燃料添加装置７が介装されている。
【０００４】
ここで、前記燃料添加装置７は、燃料タンク７Ｃに収容される燃料（ＨＣ）を燃料加圧ポンプ７Ｂを介して燃料添加ノズル７Ａに給送し、該燃料添加ノズル７Ａは排気通路２を流れる排気に対して燃料（ＨＣ）を添加供給し、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５において、前記燃料添加と排気中のＮＯｘとを反応させて、ＮＯｘの浄化を図る。
【０００５】
そして、その排気下流側において、酸化触媒４で排気中のＨＣ、ＣＯ等を酸化除去すると共に、ＰＭを触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６で捕集して排気中からＰＭを除去することで、排気に含まれる各種の有害物質の大気中への排出を抑制している。
【０００６】
なお、触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６は、排気中のＰＭ（パティキュレートマター：粒子状物質＝主に黒煙（スス）、ＳＯＦと称される燃え残った燃料や潤滑油の成分、サルフェートと称される軽油燃料中の硫黄分から生成される成分を含む）の大気への排出を抑えるために排気中のＰＭを捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルタであって、当該ディーゼルパティキュレートフィルタを酸化触媒の反応熱を利用して良好に再生可能にするために酸化触媒を一体的に担持させたディーゼルパティキュレートフィルタである。
【特許文献１】特開２００４−２０４７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者等は、種々の実験研究を重ねるうちに、特許文献１に記載のものや、図６に示したものでは、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５の有するＮＯｘ還元作用を有効に利用できていないことを解明する一方、かかる解明の結果に基づいて前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５のＮＯｘ還元作用をより効率良く発揮させることができる手法を見出した。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、炭化水素（ＨＣ）選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元作用を有効に発揮させＮＯｘの浄化処理を効率的に行うことができる排気処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る排気処理装置は、
燃焼装置から排気通路を介して排出される排気を処理する排気処理装置であって、
排気中の所定の成分に対して酸化処理を施すための酸化触媒と、
排気通路に炭化水素を供給する炭化水素供給手段と、
ＮＯｘを炭化水素と反応させ得るよう反応選択性を高めた炭化水素選択還元型ＮＯｘ触媒と、
が、排気下流側に向けて、この順番で前記排気通路に介装されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る排気処理装置は、前記炭化水素供給手段と、前記ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒と、の間に、前記炭化水素供給手段から供給された炭化水素と、前記排気通路を流れる排気と、を混合するための混合手段が介装されることができる。
【００１１】
なお、本発明に係る排気処理装置は、前記排気通路内のパティキュレートマターを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタが、前記炭化水素選択還元型ＮＯｘ触媒の排気下流側において、前記排気通路に介装されることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元作用を有効に発揮させ、ＮＯｘの浄化処理を効率的に行うことができる排気処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１４】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態では、内燃機関１０から排出された排気が排気通路２０を介して排気処理装置３０に導かれる。なお、内燃機関１０は、例えばディーゼル燃焼を行うディーゼルエンジンとすることができるが、これに限定されるものではなく、排気を伴う燃焼装置であれば、ガソリンエンジンその他の内燃機関の他、外燃機関とすることもでき、燃焼方式に拘わらず、あらゆる移動式・定置式の燃焼装置とすることができる。
【００１５】
前記排気処理装置３０には、排気上流側から、酸化触媒４０、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０、触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６０が、この順番で配設されると共に、前記酸化触媒４０と前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０との間に、排気に対して燃料（ＨＣ）を添加供給可能な燃料添加装置７０が介装されている。
【００１６】
前記酸化触媒４０は、内燃機関１０から排出される排気中のＮＯを酸化してＮＯ２に変換する。また、排気中のＨＣ、ＣＯ等を酸化してこれらを浄化する。
【００１７】
前記燃料添加装置７０は、本発明に係る炭化水素供給手段に相当し、燃料タンク７３に収容される燃料（軽油その他の燃料であって良い）を燃料ポンプ７２により、前記酸化触媒４０と前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０との間の排気通路に臨んで設けられる燃料添加ノズル７１に給送し、該燃料添加ノズル７１は前記酸化触媒４０を通過した排気に対して燃料（ＨＣ）を噴射供給する。
【００１８】
前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０では、前記燃料添加ノズル７１を介して添加供給された燃料と、排気中のＮＯｘと、を反応させて、ＮＯｘを還元し浄化する。
【００１９】
ここにおいて、本発明者等は次のことを解明した。
すなわち、図６に示した従来の排気処理装置のように、排気上流側から、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５、酸化触媒４、触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６の順番で配設し、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５の排気上流側に燃料を添加するように構成した場合、ディーゼルエンジンから排出された直後の排気中にはＮＯやＮＯｘ（ここでは、ＮＯ２以外のＮＯｘ）が多く存在するため、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５でのＮＯｘの還元反応の効率が悪く、ＮＯｘの排出量を効果的に低減できていなかった。
【００２０】
一般に、ＨＣ−ＳＣＲ触媒は、ＮＯｘ＋ＨＣ→Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２ＯなるＮＯｘ還元作用を奏するが、排気中のＮＯｘとして、ＮＯ２が多く存在する場合の方が、ＮＯやＮＯ２以外のＮＯｘが多く存在する場合に比べて、より効率良く上記ＮＯｘ還元作用を奏することができる。
【００２１】
このため、図６に示した従来の排気処理装置のように、内燃機関１から排出された直後のＮＯやＮＯｘ（ここでは、ＮＯ２以外のＮＯｘ）が多く存在する排気に対して燃料（ＨＣ）を供給し、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５によるＮＯｘ還元反応を行わせていたのでは、ＮＯｘの還元反応の効率が悪く、ＮＯｘの排出量を効果的に低減することができない。
【００２２】
そこで、本実施の形態では、図１に示したように、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０の排気上流側に、前記酸化触媒４０を配設すると共に、該酸化触媒４０と前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０との間に前記燃料添加ノズル７１を配設し、前記酸化触媒４０の酸化作用を受けてＮＯ２が多く存在する排気に対して燃料（ＨＣ）を添加供給することで、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０のＮＯｘ還元作用を効率良く行わせ、以ってＮＯｘの排出量の効果的な低減を図っている。
【００２３】
なお、本実施の形態では、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０の排気下流側において、ＰＭを触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６０で捕集して排気中からＰＭを除去することで、排気中の各種の有害物質の大気中への排出を抑制している。
【００２４】
ところで、触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６０は、排気中のＰＭ（パティキュレートマター：粒子状物質＝主に黒煙（スス）、ＳＯＦと称される燃え残った燃料や潤滑油の成分、サルフェートと称される軽油燃料中の硫黄分から生成される成分を含む）の大気への排出を抑えるために排気中のＰＭを捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルタであって、当該ディーゼルパティキュレートフィルタを酸化触媒の反応熱を利用して良好に再生可能にするために酸化触媒を一体的に担持させたディーゼルパティキュレートフィルタである。
【００２５】
ここで、本実施の形態に係る排気処理装置３０を用いた場合のＮＯｘ低減率と、図６に示した従来の排気処理装置３を用いた場合のＮＯｘ低減率と、を都市内走行モード（ＪＥ０５モード）において比較した結果を、図２に示す。当該図２から理解されるように、従来の排気処理装置３のＮＯｘ低減率は２２％であったが、本実施の形態に係る排気処理装置３０を用いれば、ＮＯｘ低減率を３１％まで向上させることができる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の要素には同一の符号を付すこととして詳細な説明は省略する。
【００２７】
第２の実施の形態では、図３に示すように、内燃機関１０から排出された排気が排気通路２０を介して排気処理装置３００に導かれる。
【００２８】
前記排気処理装置３００には、排気上流側から、酸化触媒４０、ミキサー４００、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０、触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６０が、この順番で配設されると共に、前記酸化触媒４０と前記ミキサー４００との間に、排気に対して燃料を添加供給するための燃料添加装置７０が介装されている。
【００２９】
前記酸化触媒４０では、内燃機関１０から排出される排気中のＮＯを酸化してＮＯ２に変換する。また、排気中のＨＣ、ＣＯ等を酸化してこれらを浄化する。
【００３０】
そして、前記燃料添加装置７０の燃料添加ノズル７１は、前記酸化触媒４０を通過した排気に対して燃料（ＨＣ）を噴射供給する。
【００３１】
前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０では、前記燃料添加ノズル７１を介して添加供給された燃料（ＨＣ）と排気中のＮＯｘとを反応させて、ＮＯｘを還元し浄化する。
【００３２】
ここにおいて、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態において説明したと同様、図６に示した従来の排気処理装置のように、排気上流側から、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５、酸化触媒４、触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６の順番で配設し、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５の排気上流側に燃料を添加するように構成した場合に、ディーゼルエンジンから排出された直後の排気中にはＮＯやＮＯｘ（ここでは、ＮＯ２以外のＮＯｘ）が多く存在し、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５でのＮＯｘの還元反応の効率が低く、ＮＯｘの排出量を効果的に低減できない、という状態を回避する。
【００３３】
このため、第２の実施の形態では、図３に示したように、ミキサー４００、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０の排気上流側に、前記酸化触媒４０を配設すると共に、該酸化触媒４０と前記ミキサー４００との間に前記燃料添加ノズル７０を配設し、前記酸化触媒４０での酸化作用を受けてＮＯ２が多く存在する排気に対して燃料（ＨＣ）を添加供給することで、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０のＮＯｘ還元作用を効率良く行わせ、以ってＮＯｘの排出量を効果的に低減している。
【００３４】
なお、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０の排気上流側に設けられるミキサー４００は、本発明に係る混合手段に相当し、例えば、排気と燃料添加ノズル７１から添加供給された燃料（ＨＣ）とを良好にミキシングするための装置で、例えば、図４に示すように、複数の開口部４２０を有する複数の板状部材４１０を、隣接する板状部材４１０の開口部４２０が排気の流れ方向において同一位置にならないように配設されて構成されている。これにより、排気と燃料添加ノズル７１から添加供給された燃料（ＨＣ）とが良好にミキシングされた状態で、排気下流側のＨＣ−ＳＣＲ触媒５０へ流入することになる。
【００３５】
なお、ミキサー４００は、図４に例示した構成に限定されるものではなく、排気と燃料添加ノズル７１から添加供給された燃料（ＨＣ）とをミキシングできるものであれば、本発明に係る混合手段に含まれる。
【００３６】
従って、第２の実施の形態によれば、排気と燃料（ＨＣ）とを良好にミキシングすることができるため、第１の実施の形態と比較して、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０に対して万遍なくＨＣを供給することができ、以って前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０のＮＯｘ還元作用をより一層効率良く行わせることができ、ＮＯｘの排出量の低減を一層促進することができる。
【００３７】
そして、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、前記ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０の排気下流側において、ＰＭを触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６０で捕集して排気中からＰＭを除去することで、排気中の各種の有害物質の大気中への排出を抑制することができる。
【００３８】
上記各実施の形態において、ＨＣ−ＳＣＲ触媒５０は、特にその種類・形状・構造等は限定されるものではないが、例えば、活性金属が白金（例えば、０．０１〜５．０ｇ／ｌ）で、担体がゼオライト或いはアルミナのものを採用することができる。
【００３９】
また、上記各実施の形態において、酸化触媒４０は、特にその種類・形状・構造等は限定されるものではないが、例えば、活性金属が白金（例えば、０．０１〜５．０ｇ／ｌ）で、担体がアルミナ系のものを採用することができる。
【００４０】
更に、上記各実施の形態において、触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６０は、特にその種類・形状・構造等は限定されるものではないが、例えば、活性金属が白金（例えば、０．０１〜５．０ｇ／ｌ）で、担体がアルミナ系のものを採用することができる。
【００４１】
なお、上述した各実施の形態においては用いられるディーゼルパティキュレートフィルタは、触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６に限定されるものではなく、通常のディーゼルパティキュレートフィルタや、電気ヒータ付きのディーゼルパティキュレートフィルタなどを採用することができるものである。
【００４２】
また、ディーゼルパティキュレートフィルタが不要な場合や、ディーゼルパティキュレートフィルタを排気処理装置より更に排気下流側に別個に配設する場合には、図５において他の態様として示すように、排気処理装置から触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ６０を省略して構成することもできる。
【００４３】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る排気処理装置の構成例を示す図である。
【図２】同上実施の形態によるＮＯｘ低減効果を従来と比較して示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る排気処理装置の構成例を示す図である。
【図４】同上実施例に係るミキサーの構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る排気処理装置の他の態様の構成例を示す図である。
【図６】従来の排気処理装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０            内燃機関
２０            排気通路
３０、３００    排気処理装置
４０            酸化触媒
５０            ＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒（ＨＣ−ＳＣＲ触媒）
６０            触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ
７０            燃料添加装置
７１            燃料添加ノズル
４００          ミキサー
【図１】
2008075610.tif 000003
【図２】
2008075610.tif 000004
【図３】
2008075610.tif 000005
【図４】
2008075610.tif 000006
【図５】
2008075610.tif 000007
【図６】
2008075610.tif 000008