(57)【要約】【課題】アンモニアスリップを防ぎ、適用温度範囲を拡大し、従来の課題を解決した尿素ＳＣＲシステムを提供する。【解決手段】内燃機関１等の排気通路２の上流側から排気ガス中のＮＯの酸化活性を高めるための前段酸化触媒部３と、排気ガス中のＮＯxをアンモニアで還元するためのＳＣＲ触媒部４と、アンモニアを除去するための後段酸化触媒部５とを順次配置し、前記前段酸化触媒部３とＳＣＲ触媒部４との間に尿素水液を添加６するようにした尿素ＳＣＲシステムにおいて、  前記ＳＣＲ触媒部は弱い酸強度の吸着剤の低温用触媒担体Ａと強い酸強度の吸着剤の高温用触媒担体Ｂを組み合わせて直列に配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関等の排気通路の上流側から排気ガス中のＮＯの酸化活性を高めるための前段酸化触媒部と、排気ガス中のＮＯxをアンモニアで還元するためのＳＣＲ触媒部と、アンモニアを除去するための後段酸化触媒部とを順次配置し、前記前段酸化触媒部とＳＣＲ触媒部との間に尿素水液を添加するようにした尿素ＳＣＲシステムにおいて、
前記ＳＣＲ触媒部はアンモニアの脱離温度を異にした複数の触媒担体を組み合わせて直列に配置したことを特徴とする尿素ＳＣＲシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の尿素ＳＣＲシステムおいて、ＳＣＲ触媒部は前段に低温用の触媒担体を、後段に高温用触媒担体を直列に配置したことを特徴とする尿素ＳＣＲシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の尿素ＳＣＲシステムおいて、前段の低温用の触媒担体は弱い酸強度の吸着剤とし、後段の高温用触媒担体は強い酸強度の吸着剤としたことを特徴とする尿素ＳＣＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中のＮＯxをアンモニアで還元して浄化する尿素ＳＣＲシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関等の排気ガス中のＮＯxを浄化する一般的な手段として、排気通路の上流側から酸化触媒、水素吸脱着部及びＮＯx浄化触媒を順次配置した排気ガス浄化システムが提供されている。
【０００３】
ところで、近時、ＮＯx低減技術に尿素を用いたＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎの略）の選択的還元触媒法である尿素ＳＣＲシステムが開発されている。これは、排気ガス中のＮＯxを選択的に触媒に吸着させ、そこに尿素水溶液を噴霧し還元反応でＮＯxを窒素と水に分解し排出させるシステムである。
【０００４】
従来の尿素ＳＣＲシステムは図４で示すように、内燃機関１等の排気通路２の上流側から排気ガス中のＮＯの酸化活性を高めるための前段酸化触媒部３と、排気ガス中のＮＯxをアンモニアで還元するためのＳＣＲ触媒部４ａと、アンモニアを除去するための後段酸化触媒部５とを順次配置し、前記段酸化触媒部３とＳＣＲ触媒部４ａとの間に尿素水液を添加６するようにした構成であり、ＳＣＲ触媒部４ａは酸点が混在した吸着剤８が用いられている。尚、符号７はアンモニアを示す。
【０００５】
上記従来の尿素ＳＣＲシステムは尿素ＳＣＲ制御が下記の要因で困難である。
１．尿素噴射後、ＮＯxを浄化できるまでの応答遅れがある。
２．尿素を噴射できない温度領域がある。
３．還元剤の吸蔵可能量が不足する。
４．システム内の還元剤の吸蔵可能量の推定が困難である。
【０００６】
上記１．の応答遅れは尿素からＮＯxを浄化する反応機構の中でどこが律速になるか解明する過程で解決する方法が分かる可能性がある。尿素ＳＣＲ用触媒は１９６０年代から研究が進められているが、従来では高温での活性化を上げることを中心に研究されていおり、低温での応答遅れに関してはあまり考慮されていない。そのため、応答遅れの改善に関しては研究の余地があった。
【０００７】
上記２．の尿素を噴射できない温度領域は、主に尿素から生成するイソシアネートをアンモニアに変換する反応の温度依存に関連する。イソシアネートの熱分解温度を下げるためには触媒を用いることが考えられるが、１７０℃以下でイソシアネートをアンモニアまで選択的に分解するのは困難である。また、尿素を噴射するノズルを加熱することでノズル部分でイソシアネートの分解を促進することが考えられているが、ノズルを加熱すると尿素水の水分が蒸発し、尿素がノズルを詰まらせる原因となる不具合が生じる。また、低温ではＮＯx排出量が少なく、ＳＣＲシステムの吸蔵可能量が増えれば、低温での還元剤不足は対応可能になる。
【０００８】
上記３．の還元剤の吸蔵可能量が不足は、ＳＣＲ触媒量を増加させるだけでは対応できない。図５及び図６にその概念図を示す。すなわち、触媒量を増加させた場合でもアンモニアが脱離する温度は触媒量により変化しない。触媒量を増加させると、触媒温度が高温側にシフトした場合にアンモニア脱離量も増加してしまい、アンモニアスリップの原因となる。よって、ＳＣＲ触媒温度とアンモニア吸着可能量の曲線を高温側にシフトさせることで、アンモニア吸着可能量を増加させる必要がある。しかし、アンモニア吸着可能量の曲線が高温側にシフトした触媒はアンモニと触媒の吸着力が強いことを示す。そのような触媒は低温でＮＯxとの反応活性化が低くなる。
【０００９】
このように従来の尿素ＳＣＲシステムにおいては、排気の温度が足りない場合、反応アンモニアが排出される可能性があること、尿素欠乏時にはＮＯxが低減されない等の解決すべき技術課題を抱えている。
【特許文献１】特開２００１−２２１０３６
【特許文献２】特開２００３−２８６８３２
【特許文献３】特開２００３−３４３２５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、アンモニアスリップを防ぎ、適用温度範囲を拡大し、従来の課題を解決した尿素ＳＣＲシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明は、請求項１に記載の通り、内燃機関等の排気通路の上流側から排気ガス中のＮＯの酸化活性を高めるための前段酸化触媒部と、排気ガス中のＮＯxをアンモニアで還元するためのＳＣＲ触媒部と、アンモニアを除去するための後段酸化触媒部とを順次配置し、前記前段酸化触媒部とＳＣＲ触媒部との間に尿素水液を添加するようにした尿素ＳＣＲシステムにおいて、前記ＳＣＲ触媒部はアンモニアの脱離温度を異にした複数の触媒担体を組み合わせて直列に配置したことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の通り、請求項１に記載の尿素ＳＣＲシステムおいて、ＳＣＲ触媒部は前段に低温用の触媒担体を、後段に高温用触媒担体を直列に配置したことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の通り、請求項２に記載の尿素ＳＣＲシステムおいて、前段の低温用の触媒担体は弱い酸強度の吸着剤とし、後段の高温用触媒担体は強い酸強度の吸着剤としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、ＳＣＲ触媒部の前段の触媒担体で脱離したアンモニアを後段の触媒担体で吸着しアンモニアスリップを防止する。その結果、高温までアンモニアを吸着することができ、吸着可能量の上限を拡大することができる効果を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき説明する。図１において、１は内燃機関であり、２はその排気通路である。この排気通路２には、その上流側から排気ガス中のＮＯの酸化活性を高めるための前段酸化触媒部３と、排気ガス中のＮＯxをアンモニアで還元するためのＳＣＲ触媒部４と、アンモニアを除去するための後段酸化触媒部５とが順次配置されており、前記前段酸化触媒部３とＳＣＲ触媒部４との間に尿素水液を添加６するようになっている。この構成は従来の尿素ＳＣＲシステムと同様である。
【００１６】
本発明のポイントは、ＳＣＲ触媒部４の構成をアンモニアの脱離温度を異にした複数の触媒担体を組み合わせて直列に配置したことである。
【００１７】
詳しくは、前段に低温用の触媒担体Ａを、後段に高温用触媒担体Ｂを直列に配置した構成であり、前段の低温用の触媒担体Ａは弱い酸強度の吸着剤とし、後段の高温用触媒担体Ｂは強い酸強度の吸着剤としたことを特徴とするものである。
【００１８】
上記吸着剤としては、例えばゼオライト系の担体が適当である。このゼオライトの組織を変えて酸強度を変化させると、アンモニアの吸着力（脱離温度）も変化する。酸強度を測定する手法の一つに酸点にアンモニアを吸着して、その後温度を昇温させながらアンモニアの脱離を観測するアンモニアＴＰＤがある。
【００１９】
上記本発明では図１で示すように、ＳＣＲ触媒部４の入口から入ったアンモニア７は酸強度の弱い吸着剤の前段の低温用の触媒担体Ａから脱離し、次いで、強い酸強度の吸着剤の後段の高温用触媒担体Ｂでトラップする。つまり、酸強度の弱い順に傾斜をかけることにより、前段の低温用の触媒担体Ａ部分で触媒温度が高くなることで脱離したアンモニアを後段の高温用触媒担体Ｂで保持することができるのである。これにより、図３で示すように、高温での脱離を減少しアンモニアスリップを防止する。
【００２０】
また、図２で示すように、酸強度の弱い吸着剤の前段の低温用の触媒担体Ａによる実線曲線のアンモニア吸着領域に加えて、強い酸強度の吸着剤の後段の高温用触媒担体Ｂよる点線曲線のアンモニア吸着領域が拡大し、高温までアンモニアを吸着することができ、吸着可能量の上限を拡大することができる。
【００２１】
このように、本発明はＳＣＲ触媒部４を低温用の触媒担体Ａと高温用触媒担体Ｂを組み合わせることにより、アンモニアが脱離する温度を高温に移行することができる。基本的には、これらの触媒の組み合わせでアンモニアがＮＯｘと反応せずに脱離することを防ぐが、それでもアンモニアが脱離する場合にはアンモニア除去触媒と組み合わせる。アンモニア除去触媒は作動温度が高いことが問題になるが、高温用の触媒からアンモニア脱離がおこるような高温領域ではアンモニア除去触媒も十分に作用する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明システム構成図
【図２】本発明システムによる触媒温度とアンモニア吸着可能量を示す図
【図３】本発明システムの概念図
【図４】従来システム構成図
【図５】従来システムの概念図
【図６】従来システムの概念図
【符号の説明】
【００２３】
１    内燃機関
２    排気通路
３    前段酸化触媒部
４    ＳＣＲ触媒部
５    後段酸化触媒部
６    尿素水液を添加
７    アンモニア
Ａ    前段の低温用の触媒担体
Ｂ    後段の高温用触媒担体
【図１】
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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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