(57)【要約】【課題】  簡単かつ安価な構成の選択還元型ＮＯｘ触媒装置を備えた排気処理装置を提供する。【解決手段】  排気通路２に燃焼バーナ８、パティキュレートフィルタ４、尿素水添加装置５、尿素ＳＣＲ触媒装置６、アンモニア酸化触媒装置７がこの順番で配設される。本発明では、更にフィルタ４と尿素水添加装置５との間に、ＨＣトラップ触媒装置１０が配設される。ＨＣトラップ触媒装置１０は、排気温度が所定温度以下の場合に、排気中のＨＣを一時的にトラップし、その後前記所定温度を越えた場合に、トラップしたＨＣを酸化しつつ放出する。従って、燃焼バーナ８によるフィルタ４の再生の際に、ＨＣトラップ触媒装置１０は、未燃のＨＣをトラップして尿素ＳＣＲ触媒装置６が被毒される惧れを抑制し、ＮＯｘ還元性能の低下を抑制することができる。ＨＣトラップ触媒装置１０は、ゼオライト系の触媒であり、白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒に比べて安価である。【選択図】図１
2009150279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒装置を備えた排気処理装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置の排気上流側に、排気中の炭化水素を一時的に捕集した後当該捕集した炭化水素を酸化しつつ放出するＨＣトラップ触媒装置を配設したことを特徴とする排気処理装置。
【請求項２】
前記ＨＣトラップ触媒装置の排気上流側に、
燃焼装置から排出される排気に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタの排気上流側に配設され、所定の条件において、炭化水素の燃焼熱を利用して排気の温度を上昇させる排気温度上昇手段と、
が配設された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ＨＣトラップ触媒装置は、選択還元型ＮＯｘ触媒装置に対して還元剤を供給する還元剤供給手段の排気上流側に配設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。
【請求項４】
前記パティキュレートフィルタに、酸化触媒が担持されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の排気処理装置。
【請求項５】
前記所定の条件は、前記パティキュレートフィルタの再生の際、或いは所定の暖機状態であることを特徴とする請求項２〜請求項４の何れか１つ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環境汚染の拡大を抑制することは重要な課題であるが、例えば、ディーゼル燃焼機関に関しては、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、その他の固体物質を含む）の大気への排出を抑えるために、例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）などを排気通路に介装し、排気をディーゼルパティキュレートフィルタを通過させることで排気中のＰＭを捕集する一方、ディーゼルパティキュレートフィルタを種々の方法により再生することが行われている。
【０００３】
また、例えば、特許文献１などにおいては、排気中に含まれるＮＯｘとＰＭの同時低減を実現するために、ディーゼルパティキュレートフィルタやＣＳＦを排気通路に介装すると共に、その下流側に、ＮＯｘ低減に有効な尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を介装することが提案されている。なお、尿素ＳＣＲとは、酸素共存下においても選択的にＮＯｘを還元剤と反応させることができる特性を備えた選択還元型ＮＯｘ触媒装置であって、毒性のない尿素水を排気中に添加してアンモニア（ＮＨ３）と炭酸ガスに熱分解し、この生成されたアンモニアを還元剤として用いて選択還元型ＮＯｘ触媒上で排気中のＮＯｘを還元して浄化しようとするものである。
【０００４】
より詳細には、特許文献１や特許文献２に記載されるような従来の排気処理装置においては、例えば、図２に示すように、ディーゼル燃焼機関１の排気通路２の最上流側の排気温度の比較的高い位置に再生効率等の観点より酸化触媒装置３とディーゼルパティキュレートフィルタ４を介装し、その下流側に尿素水添加装置５、尿素ＳＣＲ触媒装置６を介装すると共に、尿素ＳＣＲ触媒装置６からリークしてくる余剰のアンモニア（ＮＨ３）を酸化処理するためのアンモニア酸化触媒（アンモニアスリップ触媒）装置７を介装するようにしている。
【０００５】
ここで、図２に示したような排気処理装置は、ディーゼルパティキュレートフィルタ４の再生の際に、内燃機関１の燃焼状態を制御して或いは外部から燃料（炭化水素：ＨＣ）を供給するなどして、酸化触媒装置３にＨＣを供給しその反応熱を利用してディーゼルパティキュレートフィルタ４を再生するものである。
【０００６】
しかし、このように、酸化触媒装置３とアンモニア酸化触媒装置７の２つの酸化触媒を備える構成は、酸化触媒が白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の比較的高価な貴金属を主な成分とするものであるため、装置コストが高いという問題がある。
【０００７】
このため、例えば、図３に示した排気処理装置のように、高価な酸化触媒装置３を省略し、その代わりにディーゼルパティキュレートフィルタ４の排気上流側に燃焼バーナ８を配設し、当該燃焼バーナ８の燃焼熱を利用してディーゼルパティキュレートフィルタ４を再生するものも従来より種々提案されている。
【特許文献１】特開２００５−３２０８８０号公報
【特許文献２】特開２００６−３４２７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図３に示した排気処理装置においては、ディーゼルパティキュレートフィルタ４の再生の際に、燃焼バーナ８の燃焼のために供給された燃料（ＨＣ）が未燃のまま排気通路２に流出し、この未燃のＨＣがディーゼルパティキュレートフィルタ４で処理されずに尿素ＳＣＲ触媒装置６まで到達する惧れがあり、かかる場合には、当該ＨＣにより尿素ＳＣＲ触媒装置６の尿素ＳＣＲ触媒が被毒され、当該尿素ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着サイトがＨＣによって使用されてしまうこととなって、ＮＯｘの還元性能を低下させる惧れがある。
【０００９】
かかる点に鑑み、例えば、図４に示した排気処理装置のように、ディーゼルパティキュレートフィルタ４の再生の際に、ディーゼルパティキュレートフィルタ４で処理されずに排気下流側に流出してくるＨＣを酸化すると共に、尿素ＳＣＲ触媒装置６に流入する排気のＮＯとＮＯ２の比（ＮＯ／ＮＯ２）を１に近づけて尿素ＳＣＲ触媒装置６のＮＯｘ還元効率を高めるなどの観点から、ディーゼルパティキュレートフィルタ４と尿素水添加装置５の間に酸化触媒装置３を配設することも想定される。
しかしながら、かかる場合においても、比較的高価な酸化触媒装置３が必要となり、コスト高となる惧れがある。
【００１０】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、炭化水素による被毒等を抑制することができる選択還元型ＮＯｘ触媒装置を備えた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】
【００１１】
このため、本発明に係る排気処理装置は、
排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒装置を備えた排気処理装置であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒装置の排気上流側に、排気中の炭化水素を一時的に捕集した後当該捕集した炭化水素を酸化しつつ放出するＨＣトラップ触媒装置を配設したことを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記ＨＣトラップ触媒装置の排気上流側に、燃焼装置から排出される排気に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの排気上流側に配設され、所定の条件において、炭化水素の燃焼熱を利用して排気の温度を上昇させる排気温度上昇手段と、が配設されることを特徴とすることができる。
【００１３】
本発明において、前記ＨＣトラップ触媒装置は、選択還元型ＮＯｘ触媒装置に対して還元剤を供給する還元剤供給手段の排気上流側に配設されることを特徴とすることができる。
【００１４】
本発明において、前記パティキュレートフィルタに、酸化触媒が担持されていることを特徴とすることができる。
【００１５】
本発明において、前記所定の条件は、前記パティキュレートフィルタの再生の際、或いは所定の暖機状態であることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、炭化水素による被毒等を抑制することができる選択還元型ＮＯｘ触媒装置を備えた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】
【００１７】
以下、本発明に係る一実施の形態を、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。
【００１８】
本発明の一実施の形態に係る排気処理装置は、図１に示すように、ディーゼル燃焼機関等の内燃機関１の排気通路２に燃焼バーナ８が配設され、その排気下流側にディーゼルパティキュレートフィルタ４が配設されている。
【００１９】
そして、このディーゼルパティキュレートフィルタ４の排気下流側には、尿素水添加装置５、尿素ＳＣＲ触媒装置６がこの順番で配設されると共に、尿素ＳＣＲ触媒装置６の排気下流側には、尿素ＳＣＲ触媒装置６からリークしてくる余剰のアンモニア（ＮＨ３）を酸化処理するためのアンモニア酸化触媒装置７が配設されている。
【００２０】
前記尿素水添加装置５は、本発明に係る還元剤供給手段に相当するもので、排気に対して尿素水を所定のタイミングで噴射供給する尿素水噴射ノズル５Ａと、尿素水を貯留する尿素水タンク５Ｂと、当該尿素水タンク５Ｂに貯留されている尿素水を排気に対して噴射供給する前記尿素水噴射ノズル５Ａへ所定圧力をもって圧送供給する供給ポンプ５Ｃと、を含んで構成されている。
【００２１】
また、燃焼バーナ８は、本発明に係る排気温度上昇手段に相当するもので、所定の条件（例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ４の再生の際、或いは暖機時における尿素ＳＣＲ触媒装置６の活性化の際など）に、燃料タンク８Ｃに貯留されている燃料を燃焼ポンプ８Ｂにより燃焼ノズル８Ａへ給送し、燃焼ノズル８Ａでは当該給送された燃料と、エアタンク８Ｄから切換弁８Ｅを介して送られてくる空気と、を所定に混合しつつ燃焼させることができるようになっている。
【００２２】
そして、燃焼バーナ８の燃焼ガスをディーゼルパティキュレート４の排気上流側の排気通路２に供給することで、ディーゼルパティキュレート４の再生（捕集されているＰＭの燃焼）に必要な熱量をディーゼルパティキュレート４へ供給することができるようになっている。なお、切換弁８Ｅにより流路を切り換えることで、内燃機関１の吸気通路（例えば、過給機の出口側）から空気を燃焼ノズル８Ａへ供給したり、エアタンク８Ｄに対して空気を補充することができるようになっている。
【００２３】
ところで、燃焼バーナ８における燃焼では燃料（ＨＣ）を完全に燃焼（酸化）させることができないため、ディーゼルパティキュレートフィルタ４に酸化触媒を塗布等の方法で担持させ、この酸化触媒により、前記未燃のＨＣを処理することが行われている。
【００２４】
しかしながら、実際にはディーゼルパティキュレートフィルタ４の再生に必要な高温を得るためには、比較的多量の燃料を燃焼バーナ８へ供給することが必要であり、これに伴って燃焼バーナ８の燃焼によって生じる未燃のＨＣ量も増加することになる。
従って、ディーゼルパティキュレートフィルタ４から流出してくる未燃のＨＣ量は少なくないというのが実情である。
【００２５】
かかる未燃のＨＣのディーゼルパティキュレートフィルタ４からの流出は、既述したように、ディーゼルパティキュレートフィルタ４の排気下流側に配設された尿素ＳＣＲ触媒装置６を被毒などする惧れがあり、尿素ＳＣＲ触媒装置６のＮＯｘ還元性能などを低下させる惧れがある。
【００２６】
このような惧れを抑制するために、本実施の形態においては、図１に示したように、ディーゼルパティキュレートフィルタ４と尿素水添加装置５との間の排気通路２に、ＨＣトラップ触媒装置１０を配設するようにしている。
このＨＣトラップ触媒装置１０としては、例えばコージェライトを担体とし、当該担体にゼオライトを主成分とする触媒層（ＨＣ燃焼促進のため助触媒としてセリア等を含ませることができる）を塗布等の方法により担持させたものなどが知られている（例えば、特公平７−１４４６３号公報、特開２００５−１４４２５３号公報等参照）。
【００２７】
かかるＨＣトラップ触媒装置１０は、排気温度が所定温度（例えば、約２５０°Ｃ〜約４５０°Ｃ）以下の場合に、当該ＨＣトラップ触媒装置１０に流入する排気中の炭化水素（ＨＣ）を触媒上に一時的にトラップ（捕集、例えば吸着など）し、その後、例えば前記所定温度を越えた場合などにおいて、当該トラップしたＨＣを酸化しつつ放出する特性を有する。
【００２８】
従って、ディーゼルパティキュレートフィルタ４の再生の際に、燃焼バーナ８の燃焼に供された燃料（ＨＣ）が未燃のままディーゼルパティキュレートフィルタ４へ向けて流出し、この未燃のＨＣがディーゼルパティキュレートフィルタ４で処理されずに排気下流側（当該ＨＣトラップ触媒装置１０延いては尿素ＳＣＲ触媒装置６）へ流出してきたとしても、当該ＨＣトラップ触媒装置１０が、ディーゼルパティキュレートフィルタ４から流出してくるＨＣを捕集することができるので、未燃のＨＣにより尿素ＳＣＲ触媒装置６が被毒される惧れを抑制することができ、以って尿素ＳＣＲ触媒装置６のＮＯｘ還元性能を低下させるといった惧れを効果的に抑制することができる。
【００２９】
なお、ＨＣトラップ触媒装置１０は、ゼオライト系の触媒であり、白金等の貴金属の使用されない或いは使用量が微少である。従って、白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒に比べて安価に製造することができ、以ってコストを低く抑えることができる。
【００３０】
また、ＨＣトラップ触媒装置１０は、所謂リーンＮＯｘ触媒として利用されることも知られているもので、トラップしたＨＣでＮＯｘを還元する作用も有するため、ＮＯｘ低減効果をより一層高めることができる。
【００３１】
更に、ＨＣトラップ触媒装置１０は、低温時にＮＯｘをトラップし、所定に昇温して尿素ＳＣＲ触媒装置６が活性化した後にこれを放出するような機能も有する。なお、ＨＣトラップ触媒装置１０から放出されたＮＯｘは、活性後の尿素ＳＣＲ触媒装置６で還元されて浄化されるため、そのまま大気中に排出されることは抑制される。従って、本実施の形態のようにＨＣトラップ触媒装置１０を備えることで、低温時におけるＮＯｘ排出量の低減にも効果的に寄与することができることになる。
【００３２】
ところで、既述したようにディーゼルパティキュレートフィルタ４には酸化触媒が担持されている場合が多いが、かかる場合には、酸化触媒付き（酸化触媒化）ディーゼルパティキュレートフィルタ４の酸化触媒により、尿素ＳＣＲ触媒装置６に流入する排気中のＮＯ／ＮＯ２比を１に近づけることができるため、ＮＯｘ還元性能のより一層の向上を期待することができる。
【００３３】
すなわち、内燃機関１の燃焼による排気中において、ＮＯとＮＯ２の比は、およそ９：１（＝ＮＯ：ＮＯ２）程度である。
この一方、尿素ＳＣＲ触媒装置６において、ＮＯ、ＮＯ２に対して以下のような還元反応が行われる。
ＮＯ２ ＋ ＮＨ３ → Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ ＋ＯＨ            ・・・（１）
ＮＯ  ＋
ＮＨ３ → Ｎ２＋  
Ｈ２Ｏ ＋  Ｈ            ・・・（２）
つまり、上式（１）の右辺のＯＨと、上式（２）の右辺のＨと、が反応して、Ｈ２Ｏを生成するものであるため、ＮＯとＮＯ２との比は、１：１（＝ＮＯ：ＮＯ２）であることが望ましいものである。
【００３４】
従って、尿素ＳＣＲ触媒装置６に流入する排気中のＮＯとＮＯ２との比が９：１のままであると、尿素ＳＣＲ触媒装置６におけるＮＯｘ還元反応の効率が比較的悪くなるが、酸化触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタ４を採用する場合には、ＮＯが酸化されて尿素ＳＣＲ触媒装置６に流入する排気中のＮＯ／ＮＯ２比を１に近づけることができるため、尿素ＳＣＲ触媒装置６のＮＯｘ還元性能を向上させることができることになる。
【００３５】
ところで、本実施の形態では、ディーゼルパティキュレートフィルタ４の再生の際に燃焼バーナ８を燃焼させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、始動後早期に尿素ＳＣＲ触媒装置６などを活性化させるため、或いは酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ４の酸化触媒を始動後早期に活性化させるなどのために所定の暖機状態において燃焼させる場合にも本発明は適用可能である。なお、その所定の暖機状態で燃焼バーナ８を燃焼させる際にも、未燃のＨＣによる尿素ＳＣＲ触媒装置６の被毒の惧れは同様に生じるものであるが、本発明によれば、かかる惧れも同様に抑制することができるものである。
【００３６】
また、上記では、燃焼バーナ８の燃焼熱を利用してディーゼルパティキュレートフィルタ４を再生する場合（或いは排気系（排気処理装置）の暖機を図る場合）を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば触媒化ディーゼルパティキュレートフィルタなどを用いる場合などにおいては、内燃機関１の燃焼状態を制御して排気中のＨＣを増加させることでＨＣの燃焼熱（酸化反応熱）の発生量を高めて、ディーゼルパティキュレートフィルタ４を再生する場合（或いは排気系の暖機を図る場合）なども想定され得る。
【００３７】
すなわち、燃焼バーナ８の燃焼熱を利用する場合に限らず、排気中の炭化水素（ＨＣ）を燃焼（酸化）させることで生じる熱を利用してディーゼルパティキュレートフィルタ４を再生する場合（或るいは排気系の暖機を図る場合）には、本発明は適用できるものである。ここにおいて、燃焼バーナ８、或いは排気中のＨＣを増加させて排気温度の上昇を図るべく内燃機関１の燃焼状態を制御する制御装置等が、本発明に係る排気温度上昇手段に相当することになる。
【００３８】
更に、本実施の形態では、ディーゼルパティキュレートフィルタ４、燃焼バーナ８等をＨＣトラップ触媒装置１０の排気上流側に配設した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ディーゼルパティキュレートフィルタ４、燃焼バーナ８等を備えない場合などにおいても、尿素ＳＣＲ触媒装置６の排気上流側にＨＣトラップ触媒装置１０を配設することで、ＨＣによる被毒から尿素ＳＣＲ触媒装置６を効果的に保護することができるものであり、尿素ＳＣＲ触媒装置６の排気上流側にＨＣトラップ触媒装置１０を配設したものであれば、本発明の範囲に含まれるものである。
【００３９】
ところで、尿素水添加装置５を構成する尿素水噴射ノズル５Ａの排気下流側には、当該尿素水噴射ノズル５Ａから排気中に噴射供給された尿素水（すなわち、尿素）と排気との混合を促進するためのミキサー（混合手段）などを設けることができる。当該ミキサーを備えることで、尿素のアンモニア（ＮＨ３）への加水分解を促進させることができ、以って尿素ＳＣＲ触媒装置６でのＮＯｘ還元反応をより一層促進させることが可能となる。
【００４０】
また、本実施の形態では、選択還元型ＮＯｘ触媒の一例である尿素ＳＣＲ触媒の還元剤として尿素水を用いる場合を一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、尿素水以外でも、例えば、蟻酸とアンモニア水を成分に含み、凝固点が低く−３０°Ｃでも凍結しないよう凍結性が改善されたデノキシム（ｄｅｎｏｘｉｕｍ「商品名」、Ｋｅｒｉｍａ社製、フィンランド、参照ＵＲＬ  http://www.kemira.com/NR/rdonlyres/D96C8072-48F9-46E5-A6AF-F1A995ECD4A6/0/Denoxium_brochure.pdf#search='denoxium'）なども本発明の還元剤として利用可能である。
なお、本実施の形態では、選択還元型ＮＯｘ触媒装置の一例として尿素ＳＣＲ触媒装置６を代表的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の選択還元型ＮＯｘ触媒装置にも適用可能である。
【００４１】
また、本実施の形態では、ディーゼル燃焼機関１を例に説明したが、本発明は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。
【００４２】
以上で説明した各実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、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可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一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】従来に係る排気処理装置の構成例を示す図である。
【図３】従来に係る排気処理装置の他の構成例を示す図である。
【図４】想定される排気処理装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１      内燃機関
２      排気通路
３      酸化触媒装置
４      ディーゼルパティキュレートフィルタ
５      尿素水添加装置（還元剤供給手段）
６      尿素ＳＣＲ触媒装置（選択還元型ＮＯｘ触媒装置）
７      アンモニア酸化触媒装置
８      燃焼バーナ（排気温度上昇手段の一例）
１０    ＨＣトラップ触媒装置
【図１】
2009150279.tif 000003
【図２】
2009150279.tif 000004
【図３】
2009150279.tif 000005
【図４】
2009150279.tif 000006