(57)【要約】【課題】ＮＯｘ排出制御のためのアンモニア生成システムを提供する。【解決手段】  本発明は、排気ガス流を生成するエンジン、エンジンの下流にあって排気ガス流と流体連通しているＳＣＲ触媒ユニット、及びアンモニウムヒドロキシドを含有する貯蔵器及びアンモニア注入器を含むエンジンの排気ガス流を処理するための排気制御システムであって、貯蔵器がアンモニア注入器と流体連通し、アンモニア注入器がＳＣＲ触媒ユニットの上流の排気ガス流と流体連通している、アンモニア生成システムを含むことを特徴とする、排気制御システムを提供する。ガス状アンモニアを生成するためにアンモニウムヒドロキシドを加熱する工程、及びガス状アンモニアがＳＣＲ触媒ユニットの上流の排気ガス内に分散するようにガス状アンモニアをアンモニア噴射器を介して排気ガス流に移送する工程を含む、エンジンの排気ガス流を処理する方法も提供する。
2020515764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス流と流体連通しているＳＣＲ触媒ユニット、及び
前記排気ガス流中に注入するアンモニアを提供するための、アンモニウムヒドロキシドを含有する貯蔵器及びアンモニア注入器を含む排気ガス流の処理のための排出制御システムであって、
前記貯蔵器は前記アンモニア注入器と流体連通し、かつ
前記アンモニア注入器は前記ＳＣＲ触媒ユニットの上流の前記排気ガス流と流体連通するアンモニア生成システムを含むことを特徴とする、排気ガス流の処理のための排出制御システム。
【請求項２】
前記貯蔵器が補充ポートを有する補充可能な貯蔵器である、請求項１に記載の排出制御システム。
【請求項３】
前記アンモニア生成システムが、ガス状アンモニア貯蔵タンク、前記ガス状アンモニア貯蔵タンクと前記貯蔵器とを接続する導管、及び前記貯蔵器又は前記導管内のアンモニアヒドロキシドを加熱してガス状アンモニアを生成するために配置された加熱器をさらに含み、前記ガス状アンモニアの貯蔵タンクが前記アンモニア注入器と流体連通している、請求項１に記載の排出制御システム。
【請求項４】
ガス状アンモニアを生成するための前記アンモニウムヒドロキシドの加熱を監視及び制御し、及び前記アンモニア噴射器によって前記排気ガス流中に噴射するアンモニアの量を監視及び制御するための１つ以上のコントローラをさらに含む、請求項１に記載の放出制御システム。
【請求項５】
前記貯蔵器がウィンドシールド液タンクと流体連通しており、アンモニア濃度が低下したアンモニウムヒドロキシドの溶液を前記貯蔵器からパージすることができる、請求項１に記載の排出制御システム。
【請求項６】
前記排気ガス流がディーゼルエンジンによって生成される、請求項１に記載の排出制御システム。
【請求項７】
前記ＳＣＲ触媒ユニットが、金属イオン交換分子ふるい又は混合酸化物触媒を含むＳＣＲ触媒を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の排出制御システム。
【請求項８】
前記ＳＣＲ触媒が、約５〜約１００のシリカ対アルミナ比（ＳＡＲ）を有し、ＣＨＡ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される骨格型を有する、金属イオン交換ゼオライトである、請求項７に記載の排出制御システム。
【請求項９】
前記金属イオン交換ゼオライトが鉄又は銅でイオン交換されたものである、請求項８に記載の排出制御システム。
【請求項１０】
前記ＳＣＲ触媒ユニットの上流にあり、前記排気ガス流と流体連通するディーゼル酸化触媒及び触媒煤フィルターの一方又は両方をさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の排出制御システム。
【請求項１１】
ＳＣＲ触媒ユニットを含む排出制御システム内に排気ガス流を受け入れる工程、及び前記排気ガス流中に注入するアンモニアを提供するためのアンモニア生成システム中でアンモニアを生成する工程を含む排気ガス流の処理方法であって、
前記生成工程が、ガス状アンモニアを生成するためにアンモニウムヒドロキシドを加熱する工程、及び前記ガス状アンモニアが前記ＳＣＲ触媒ユニットの上流の前記排気ガス流内に分散するように、前記ガス状アンモニアを前記排気ガス流中に移送する工程、を含む方法。
【請求項１２】
前記アンモニア生成システムが、アンモニウムヒドロキシドを含有する貯蔵器、及び前記ＳＣＲ触媒ユニットの上流の前記排気ガス流中にアンモニアを注入するために配置されたアンモニア注入器を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガス状アンモニアが前記アンモニア注入器の上流のタンクに貯蔵される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記排気ガス流がディーゼルエンジンによって生成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＳＣＲ触媒ユニットが、金属イオン交換分子ふるい又は混合酸化物触媒を含むＳＣＲ触媒を含む、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＳＣＲ触媒が、約５〜約１００のシリカ対アルミナ比（ＳＡＲ）を有し、ＣＨＡ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される骨格型を有する、金属イオン交換ゼオライトである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記金属イオン交換ゼオライトが鉄又は銅でイオン交換されたものである、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に選択的接触還元触媒の分野、及びそのような触媒を用いた排出制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＯｘは、内燃機関（例えば、自動車及びトラックにおける）からの、燃焼設備（例えば、天然ガス、石油又は石炭で加熱される発電所など）からの、及び硝酸製造プラントなどからの排気ガスに含有される。ＮＯｘ含有ガス混合物を処理して大気汚染を低減するため、様々な処理方法が使用されてきた。処理の一種は、窒素酸化物の接触還元を伴う。２つの方法があり：（１）一酸化炭素、水素、又は低級炭化水素を還元剤として使用する非選択的還元法、及び（２）アンモニア又はアンモニア前駆体を還元剤として使用する選択的還元法、である。選択的還元法では、少量の還元剤で高い程度の窒素酸化物の除去が達成できる。
【０００３】
選択的還元法は、ＳＣＲ（選択的触媒還元）法と称される。ＳＣＲ法では、大気中の酸素の存在下で還元剤（例えばアンモニア）を用いた窒素酸化物の触媒還元を使用し、その結果、主として窒素と蒸気が形成される：
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ（標準のＳＣＲ反応）
２ＮＯ２＋４ＮＨ３→３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ（遅いＳＣＲ反応）
ＮＯ＋ＮＯ２＋ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ（速いＳＣＲ反応）
【０００４】
ＳＣＲ法で用いられる現在の触媒には、鉄又は銅などの触媒金属でイオン交換されたゼオライトなどの分子ふるいが含まれる。ディーゼルエンジンに使用される従来のＳＣＲ触媒排出制御システムは、尿素と水の混合物であるディーゼル排気流体をＳＣＲ触媒の上流の排気流に注入することにより、上記のＳＣＲ反応に必要なアンモニアを提供する。尿素は排気流中で分解し、アンモニア及び二酸化炭素を生成する。しかしながら、尿素の分解には約１８０℃又はより高い温度が必要であり、ディーゼル排気流体システムは通常、ＳＣＲ触媒ユニットに入る前に最適な混合及び／又は高乱流で混合する領域のために、比較的長いチャネルも必要とする。なおさらに、このようなシステムでは、特に低温動作中に、尿素の堆積が発生する可能性がある。このように、ディーゼル排気流体のアンモニア源としての使用は、特にディーゼル排気流体の加熱が必要とされる寒冷環境において課題を提示し、システムの複雑さを増大させる。
【０００５】
排出制御システムにおいて、ＳＣＲ触媒機能に必要な還元剤を送達するための改善されたシステムに対する必要性が、当該技術では残っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、下流のＳＣＲ触媒の還元剤として排気ガス流中に注入するアンモニアを提供するためのアンモニア生成システムの使用を含む、排気ガス流の処理のための排出制御システム及び関連する方法を提供する。このアンモニア生成システムは、アンモニウムヒドロキシドをアンモニアの源として利用する。アンモニウムヒドロキシドを使用すると、低温での性能の改善を含む、従来のディーゼル排気流体システムよりも多くの利点がもたらされる。
【０００７】
一態様において、本発明は、排気ガス流を生成するエンジン又は他の排気ガス源（例えば、ディーゼルエンジン又は他の希薄燃焼エンジン）、エンジンの下流にあって排気ガス流と流体連通しているＳＣＲ触媒ユニット、及び排気ガス流中に注入するアンモニアを提供するためのアンモニウムヒドロキシドを含有する貯蔵器及びアンモニア注入器を含む排気ガス流の処理のための排出制御システムであって、貯蔵器はアンモニア注入器と流体連通し、かつアンモニア注入器はＳＣＲ触媒ユニットの上流の排気ガス流と流体連通するアンモニア生成システムを含むことを特徴とする、排気ガス流の処理のための排出制御システムを提供する。
【０００８】
所定の実施形態において、貯蔵器は、補充ポートを有する補充可能な貯蔵器であり、及び／又は貯蔵器は、ウィンドシールド液タンクと流体連通して、アンモニア濃度が低下したアンモニウムヒドロキシドの溶液を貯蔵器からパージ(purge)することができる。アンモニア生成システムは、ガス状アンモニアの貯蔵タンク、ガス状アンモニアの貯蔵タンクと貯蔵器を接続する導管、及び貯蔵器又は導管内のアンモニアヒドロキシドを加熱してガス状アンモニアを生成するために配置された加熱器をさらに含み得、ここでガス状アンモニアの貯蔵タンクは、アンモニア注入器と流体連通している。なおさらに、放出制御システムは、ガス状アンモニアを生成するためのアンモニウムヒドロキシドの加熱を監視及び制御し、及びアンモニア噴射器によって排気ガス流中に噴射するアンモニアの量を監視及び制御するための１つ以上のコントローラを含むことができる。
【０００９】
ＳＣＲ触媒ユニットで利用されるＳＣＲ触媒は様々であることができ、金属イオン交換分子ふるい又は混合酸化物触媒を含み得る。所定の実施形態では、ＳＣＲ触媒は、約５〜約１００のシリカ対アルミナ比（ＳＡＲ）を有し、ＣＨＡ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される骨格型を有する、金属イオン交換ゼオライトである。そのようなゼオライトのイオン交換のための例示的な金属には、鉄及び銅が含まれる。
【００１０】
排出処理システムは、他の触媒成分、例えばＳＣＲ触媒ユニットの上流にあり、排気ガス流と流体連通するディーゼル酸化触媒及び触媒煤フィルターの、一方又は両方などをさらに含むことができる。
【００１１】
別の態様では、本発明は、エンジンによって生成される排気ガスなどの排気ガス流を処理する方法を提供し、この方法は、排気ガス流を（例えばエンジンから）生成する工程、その排気ガス流をＳＣＲ触媒ユニットを含む排出制御システムに通す工程、排気ガス流中に注入するアンモニアを提供するためのアンモニウムヒドロキシドを含有する貯蔵器及びＳＣＲ触媒ユニットの上流の排気ガス流中にアンモニアを注入するために配置されたアンモニア注入器を含む、アンモニア生成システムの提供、アンモニウムヒドロキシドを加熱してガス状アンモニアを生成する工程、及びガス状アンモニアがＳＣＲ触媒ユニットの上流の排気ガス流内に分散するように、ガス状アンモニアをアンモニア注入器を介して排気ガス流中に移送する工程を含む。ガス状アンモニアは、通常、アンモニア注入器の上流のタンクに貯蔵される。
【００１２】
本開示は、以下の実施形態を含むが、これらに限定されない：
実施形態１： 
排気ガス流と流体連通しているＳＣＲ触媒ユニット、及び排気ガス流中に注入するアンモニアを提供するためのアンモニウムヒドロキシドを含有する貯蔵器及びアンモニア注入器を含む排気ガス流の処理のための排出制御システムであって、貯蔵器はアンモニア注入器と流体連通し、かつアンモニア注入器はＳＣＲ触媒ユニットの上流の排気ガス流と流体連通するアンモニア生成システムを含むことを特徴とする、排気ガス流の処理のための排出制御システム。
【００１３】
実施形態２：貯蔵器が補充ポートを有する補充可能な貯蔵器である、実施形態１に記載の排出制御システム。
【００１４】
実施形態３：アンモニア生成システムが、ガス状アンモニア貯蔵タンク、ガス状アンモニア貯蔵タンクと貯蔵器とを接続する導管、及び貯蔵器又は導管内のアンモニアヒドロキシドを加熱してガス状アンモニアを生成するために配置された加熱器をさらに含み、ガス状アンモニアの貯蔵タンクがアンモニア注入器と流体連通している、実施形態１又は２に記載の排出制御システム。
【００１５】
実施形態４：ガス状アンモニアを生成するためのアンモニウムヒドロキシドの加熱を監視及び制御し、及びアンモニア噴射器によって排気ガス流中に噴射するアンモニアの量を監視及び制御するための１つ以上のコントローラをさらに含む、実施形態１から３のいずれか一項に記載の放出制御システム。
【００１６】
実施形態５：貯蔵器がウィンドシールド液タンクと流体連通しており、アンモニア濃度が低下したアンモニウムヒドロキシドの溶液を貯蔵器からパージすることができる、実施形態１から４のいずれか一項に記載の排出制御システム。
【００１７】
実施形態６：排気ガス流がディーゼルエンジンによって生成される、実施形態１から５のいずれか一項に記載の排出制御システム。
【００１８】
実施形態７：ＳＣＲ触媒ユニットが、金属イオン交換分子ふるい又は混合酸化物触媒を含むＳＣＲ触媒を含む、実施形態１から６のいずれか一項に記載の排出制御システム。
【００１９】
実施形態８：ＳＣＲ触媒が、約５〜約１００のシリカ対アルミナ比（ＳＡＲ）を有し、ＣＨＡ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される骨格型を有する、金属イオン交換ゼオライトである、実施形態１から７のいずれか一項に記載の排出制御システム。
【００２０】
実施形態９：金属イオン交換ゼオライトが鉄又は銅でイオン交換されたものである、実施形態１から８のいずれか一項に記載の排出制御システム。
【００２１】
実施形態１０：ＳＣＲ触媒ユニットの上流にあり、排気ガス流と流体連通するディーゼル酸化触媒及び触媒煤フィルターの一方又は両方をさらに含む、実施形態１から９のいずれか一項に記載の排出制御システム。
【００２２】
実施形態１１：ＳＣＲ触媒ユニットを含む排出制御システム内に排気ガス流を受け入れる工程、及び排気ガス流中に注入するアンモニアを提供するためのアンモニア生成システム中でアンモニアを生成する工程を含む排気ガス流の処理方法であって、前述の生成工程が、ガス状アンモニアを生成するためにアンモニウムヒドロキシドを加熱する工程、及びガス状アンモニアがＳＣＲ触媒ユニットの上流の排気ガス流内に分散するように、ガス状アンモニアを排気ガス流中に移送する工程、を含む方法。
【００２３】
実施形態１２：アンモニア生成システムが、アンモニウムヒドロキシドを含有する貯蔵器及びＳＣＲ触媒ユニットの上流の排気ガス流中にアンモニアを注入するために配置されたアンモニア注入器を含む、実施形態１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【００２４】
実施形態１３：ガス状アンモニアがアンモニア注入器の上流のタンクに貯蔵される、実施形態１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【００２５】
実施形態１４：排気ガス流がディーゼルエンジンによって生成される、実施形態１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【００２６】
実施形態１５：ＳＣＲ触媒ユニットが、金属イオン交換分子ふるい又は混合酸化物触媒を含むＳＣＲ触媒を含む、実施形態１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【００２７】
実施形態１６：ＳＣＲ触媒が、約５〜約１００のシリカ対アルミナ比（ＳＡＲ）を有し、ＣＨＡ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される骨格型を有する、金属イオン交換ゼオライトである、実施形態１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【００２８】
実施形態１７：金属イオン交換ゼオライトが鉄又は銅でイオン交換されたものである、実施形態１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【００２９】
本開示におけるこれら及び他の特徴、態様、及び優位性は、以下の詳細な記述を、以下に簡単に記述する添付図面と併せて読むことから明らかとなる。本開示は、上記の実施形態の２、３、４又はより多い任意の組み合わせ、及び本開示に説明する２、３、４又はより多い特徴又は要素の任意の組み合わせを含み、そのような特徴又は要素が本開示の具体的な実施形態の記述で明示的に組み合わされているか否かを問わない。本開示は、開示する発明の任意の区別可能な特徴又は要素を、その様々な態様及び実施形態のいずれにおいても、文脈が明らかに別段の意味を示す場合を除き、組み合わせ可能であることを意図していると見なされるように、全体論的に読まれることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明の実施形態に関する理解を提供するため、添付図面を参照するが、これらは必ずしも等尺で描かれておらず、またこれらの図面において参照番号は本発明の例示的実施形態の構成要素を指す。これらの図面は単に模範例であり、本発明を限定するものと解釈してはならない。
【００３１】
【図１】図１Ａは、触媒組成物を含み得るハニカム型基材の透視図である。図１Ｂは、図１Ａに対して拡大し、図１Ａの担体の端面と平行な面に沿って取得した、図１Ａに示す複数のガス流通路の拡大図を示す、部分断面図である。
【図２】図２は、壁流フィルター基材の断面図を示す。
【図３】図３は、本発明のアンモニア生成システムが利用される排出処理システムの実施形態の概略図を示す。
【図４】図４は、本発明のアンモニア生成システムの実施形態の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
これより本発明を以下により完全に説明する。しかし、本発明は、多くの様々な形態で具体化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定して解釈されるべきではなく、むしろ、それらの実施形態は、本開示を徹底的ならびに完全なものとするよう提供され、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるものである。本明細書および特許請求の範囲で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明瞭に指示しない限り、複数の指示対象を含む。
【００３３】
本発明は、排出制御システム、特に内燃機関からの排気を処理するために使用される排出制御システムの、ＳＣＲ触媒ユニットでの還元剤として使用するためのアンモニアを生成する方法、及びシステムを提供する。この方法及びシステムは、アンモニア水又はアンモニア溶液と称されることもあるアンモニウムヒドロキシドを含有する貯蔵器を利用するが、これは、他の排出制御システムの構成要素の近くに（例えば車両に）取り付けることができる。アンモニウムヒドロキシドはＮＨ３と水の混合物であり、アンモニア濃度は通常、約２０質量％〜約４０質量％、より通常は約２５質量％〜約３５質量％の範囲にある。アンモニウムヒドロキシドは化学試薬として市販されており、当技術分野で既知の技術を使用してアンモニアガスを水中へ泡立てることにより、形成することができる。アンモニウムヒドロキシドは、加熱するとガス状アンモニアを容易に放出し、エンジンの排気流中に直接注入することができる。
【００３４】
アンモニアを排気流中にアンモニウムヒドロキシド源から注入すると、従来のディーゼル排気流体（これは尿素と水の混合物であり、尿素濃度が通常約３０質量％〜３５質量％の範囲にある）の使用に比べて、いくつかの潜在的な利点がある。例えば、アンモニアの直接注入を、２００℃未満の温度で、そのような温度での尿素の注入に関連する困難、例えば尿素の付着／汚れ及び尿素のアンモニアへの不十分な分解などなしで、行うことができる。さらに、ディーゼル排気流体は約５バールに加圧して、排気流中への適切な浸透を確保しなければならないが、アンモニア注入では同レベルの加圧は必要ない。なおさらに、アンモニアの直接注入により、尿素注入に関連する、より長い混合チャネル又はより高度な乱流が不要になる。アンモニアの蒸発点は−３３℃であり、アンモニアを生成するために尿素を分解する必要がないので、本発明のシステムは寒冷環境でより効率的に動作し、より少ない加熱を必要とする。アンモニア噴射システムは、ディーゼル排気流体システムよりも簡易に監視／制御され、より良好なＮＯｘの変換率を生じると考えられる。
【００３５】
排気ガス処理システム及び方法
本発明の一態様は、様々な源から生成された排気ガスを処理するための排気ガス処理システム及び方法に関する。１つ以上の実施形態では、本発明の排気ガス処理システムは、エンジン又は他の排気ガス源、特にディーゼルエンジンなどの希薄燃焼エンジン又は希薄燃焼ガソリンエンジン、エンジンの下流のＳＣＲ触媒ユニット、及び本明細書に記載のアンモニア生成システムを含む。１つの例示的な排出処理システムを図３に示すが、これは排出処理システム３２の概略図を示す。図示のように、ガス状汚染物質及び粒子状物質を含有する排気ガス流は、排気管３６を介してエンジン３４から任意のディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）３８に運ばれる。
【００３６】
任意のＤＯＣ３８では、未燃焼のガス状で不揮発性の炭化水素及び一酸化炭素は、大部分は燃焼して二酸化炭素と水を生成する。さらに、ＮＯｘ成分のＮＯの一部は、ＤＯＣでＮＯ２に酸化され得る。貴金属、例えばアルミナなどの耐火性金属酸化物担体上に分散された白金族金属（ＰＧＭ）などを含む酸化触媒は、炭化水素及び一酸化炭素の両方のガス状汚染物質を、これらの汚染物質の酸化を触媒することによって二酸化炭素と水へ変換するために、ディーゼルエンジンの排気処理に使用することが既知である。このような触媒は一般にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）と呼ばれるユニットに含有されており、ディーゼル発電システムからの排気流路に配置され、排気を処理してから大気に放出する。通常、ディーゼル酸化触媒は、１つ以上の触媒コーティング組成物が堆積されるセラミック又は金属基材上に形成される。
【００３７】
次に、排気流は、排気管４０を介して、排気ガス流内に存在する粒子状物質を捕捉する任意の触媒煤フィルター（ＣＳＦ）４２に運ばれる。ＣＳＦ４２は、受動的又は能動的な再生のために任意に触媒される。ＣＳＦ４２は、排気ガス中に存在するＮＯｘを変換するためのＳＣＲ触媒組成物を任意に含むことができる。
【００３８】
ＣＳＦ４２を介した粒子状物質の除去後、排気ガス流は、ＮＯｘのさらなる処理及び／又は変換のために、排気管４４を介して下流のＳＣＲ触媒ユニット４６に運ばれる。例示的なＳＣＲ触媒ユニット４６は、以下により詳細に説明する。図示のように、以下により詳細に説明するアンモニア生成システム５０は、ＳＣＲ触媒ユニット４６の上流の排気管４４内にアンモニアを注入するために配置される。
【００３９】
一実施形態では、排気ガス処理システムは、任意のＣＳＦ成分を含まず、代わりに、ＳＣＲ触媒ユニット４６は、ユニットが煤フィルター及びＳＣＲ触媒の両方として機能するように、壁流フィルター基材を利用する。そのような実施形態では、排気ガスは、例えば、ＤＯＣから出て、その後、介在する処理ユニットなしでＳＣＲ触媒／フィルターユニット４６に直接入ることができる。
【００４０】
使用において、排気制御システムは、エンジンによって生成された排気ガス流を、ＳＣＲ触媒ユニットを含む排気制御システム中に受け入れ、アンモニウムヒドロキシドを加熱してガス状アンモニアを生成すること、及びガス状アンモニアがＳＣＲ触媒ユニットの上流の排気ガス流内に分散するように、ガス状アンモニアを注入器を介して排気ガス流中に移送すること、によって、エンジンの排気ガス流を処理する。
【００４１】
アンモニア生成システム
本発明のアンモニア生成システム５０は、排気ガス流中へ注入するためのガス状アンモニア源としてアンモニウムヒドロキシドを利用する。本発明のアンモニア生成システム５０の一例の概略図を、図４に示す。図示のように、アンモニア生成システム５０は、アンモニウムヒドロキシドの貯蔵のためのアンモニウムヒドロキシド貯蔵器７０を含む。この貯蔵器７０は、ディーゼル排気流体（ＤＥＦ）貯蔵器を利用する従来のシステムと同様に機能する。実際に、既存の排出制御システムを本発明に組み込んで、既存のＤＥＦ貯蔵器をアンモニウムヒドロキシドに利用することが可能であり得る。図示のように、貯蔵器７０は（ＤＥＦ貯蔵器のように）補充可能であり、よって新鮮なアンモニウムヒドロキシドを貯蔵器に導入できる補充ポート７２を含むことができる。使用において、貯蔵器内のアンモニアは使い尽くされ、ウィンドシールド液としての再利用に適したアンモニア含有率の低い溶液(ammonia-depleted)が生じる。このようにシステムは、例えば車両の他の場所に位置するウィンドシールド液貯蔵タンクと流体接続しているパージラインなど、アンモニア含有率の低い溶液を除去するための任意のパージライン（除去ライン）７４を含むことができる。
【００４２】
動作において、アンモニウムヒドロキシド溶液が貯蔵器７０内にある間か、又はアンモニウムヒドロキシドが貯蔵器と流体連通する導管７６内にある間に、熱エネルギー８０がアンモニウムヒドロキシドに施与される。いずれの場合でも、そのような加熱によって放出されるガス状アンモニアは、導管７６と流体連通する貯蔵タンク７８に貯蔵される。任意に、アンモニア貯蔵タンク７８は、アンモニアガスを吸着して保存するため、クリノプチロライトなどの疎水性ゼオライト、又は他の適した吸着材料をさらに含み得る。貯蔵タンク７８から、ガス状アンモニアは、第２の導管８４を通過してアンモニア注入器８２に入ることができる。その後、ガス状アンモニアは、図３に示すように、ＳＣＲ触媒ユニットの上流の排気ガス流中に導入される。アンモニア注入器８２は、例えば、注入ノズルを含むことができる。いくつかの場合に、ＤＥＦシステムに使用するのと同じ注入システムを、本発明のアンモニア注入に使用することができる。アンモニア注入器は、要求に応じて断続的にアンモニアを排気ガス流中に注入するように構成されてもよい。
【００４３】
所定の実施形態では、アンモニア生成システム５０は、アンモニア貯蔵タンク７８への逆流／逆圧を防ぐために、注入器８２につながる導管８４内に逆止弁をさらに含むことができ、必要な場合は、注入前にアンモニアガスの圧力を上げるため、導管８４（逆止弁の下流）に圧縮機をさらに含むことができる。
【００４４】
熱８０をアンモニウムヒドロキシドに導入してガス状アンモニアを遊離する様式は、本発明では特に限定されない。熱は、例えば、エンジンからの廃熱との熱交換（例えば、排気流又はエンジンブロック内を循環する冷却液との熱交換）、又は貯蔵器７０又は導管７６に近接して配置された電熱素子のいずれかを介して供給することができる。アンモニアを生成するためにアンモニウムヒドロキシドを加熱する温度は様々であることが可能であり、例示的な温度は約３０℃〜約７０℃である。
【００４５】
本発明のアンモニア生成システム５０は、アンモニアの生成及び注入プロセスの様々な態様を監視及び制御するための、１つ以上のコントローラ８６（例えば、個別の又はマイクロコントローラの一部としてのマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサ及び／又はマイクロコントローラを含むプリント回路基板（ＰＣＢ）など）と統合することができる。例えば、そのようなコントローラは、貯蔵器７０及び／又は導管７６内のアンモニウムヒドロキシドの温度を監視し、必要に応じて熱を施与してアンモニアを生成することができる。そのような制御システムは、貯蔵器７０のレベル及び温度、及びガス状アンモニア貯蔵タンク７８の圧力及び温度など、アンモニア生成システムから様々なデータを受け取り得る。
【００４６】
さらに、例示的なコントローラは、ＳＣＲ触媒ユニット４６の性能を監視し、ＳＣＲ触媒ユニットからのフィードバックを使用して、アンモニア注入器８２を介して排気ガス流中にどれだけのアンモニアを測り入れるかを決定することができる。そのような制御システムは、ＤＥＦシステムにすでに使用されている既知の制御システムから適合させることができる。本発明のために使用することができる従来設計の通常のシステムは、触媒性能を監視及び調整するために、ＳＣＲ触媒ユニットの入口／出口温度、及び／又は入口／出口ＮＯｘ濃度を監視する。
【００４７】
ＳＣＲ触媒ユニット
本明細書で使用する「選択的触媒還元」（ＳＣＲ）という用語は、窒素還元剤を使用して窒素の酸化物を二窒素（Ｎ２）に還元する触媒プロセスを指す。本明細書で使用する「窒素酸化物」又は「ＮＯｘ」という用語は、窒素の酸化物を指す。
【００４８】
ＳＣＲ法で用いられる触媒は、理想的には、広範囲の使用温度条件にわたって、例えば、約２００℃〜約６００℃以上の、水熱条件下において、良好な触媒活性を保持できなければならない。好ましい実施形態では、ＳＣＲ触媒は、触媒金属又は混合酸化物ＳＣＲ触媒で促進された分子ふるいである。
【００４９】
本明細書で使用する「混合酸化物」という用語は、複数の酸化状態の１つを超える化学元素のカチオン又は単一元素のカチオンを含有する酸化物を指す。１つ以上の実施形態では、混合酸化物は、Ｆｅ／チタニア（例えば、ＦｅＯｘ／ＴｉＯ２）、Ｆｅ／アルミナ（例えば、ＦｅＯｘ／Ａｌ２Ｏ３）、Ｍｇ／チタニア（例えば、ＭｇＯｘ／ＴｉＯ２）、Ｍｇ／アルミナ（例えば、ＭｇＯｘ／Ａｌ２Ｏ３）、Ｍｎ／アルミナ、Ｍｎ／チタニア（例えば、ＭｎＯｘ／ＴｉＯ２）（例えば、ＭｎＯｘ／Ａｌ２Ｏ３）、Ｃｕ／チタニア（例えば、ＣｕＯｘ／ＴｉＯ２）、Ｃｅ／Ｚｒ（例えば、ＣｅＯｘ／ＺｒＯ２）、Ｔｉ／Ｚｒ（例えば、ＴｉＯｘ／ＺｒＯ２）、バナジア／チタニア（例えば、Ｖ２Ｏｘ／ＴｉＯ２）、及びそれらの混合物から選択される。具体的な実施形態では、混合酸化物はバナジア／チタニアを含む。バナジア／チタニア酸化物は、タングステン（例えば、ＷＯ３）で活性化又は安定化して、Ｖ２Ｏ５／ＴｉＯ２／ＷＯ３を提供することができる。１つ以上の実施形態では、ＳＣＲ触媒組成物は、その中にバナジアが分散されているチタニアを含む。バナジアは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０質量％を含む、１〜１０質量％の範囲の濃度で分散させることができる。具体的な実施形態では、バナジアはタングステン（ＷＯ３）で活性化又は安定化する。タングステンは、１、２、３、３、４、５、６、７、８、９及び１０質量％を含む、０．５〜１０質量％の範囲の濃度で分散させることができる。すべてのパーセンテージは酸化物ベースである。混合酸化物ＳＣＲ触媒、特にチタニア／バナジアＳＣＲ触媒の例は、米国特許公開第２００１／００４９３３９号にＳｃｈａｆｅｒ−Ｓｉｎｄｌｉｎｇｅｒらに記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００５０】
「分子ふるい」という用語は、ゼオライト及び他の骨格材料（例えば、同形置換材料）を指す。分子ふるいは、一般に四面体型部位を含有し、実質的に均一な細孔分布を有する酸素イオンの広範な三次元ネットワークに基づく材料であり、平均細孔径は２０Åほどである。細孔径は、環サイズによって定義される。１つ以上の実施形態によれば、骨格型によって分子ふるいを定義することにより、ＳＡＰＯ、ＡＬＰＯ及びＭｅＡＰＯ、Ｇｅシリケート、あらゆるシリカ、及び同じ骨格型を有する類似の材料などの、任意の及びあらゆるゼオライト又は同形骨格材料が含まれることを意図していることが理解されよう。
【００５１】
一般に、分子ふるい、例えばゼオライトは、角共有のＴＯ４四面体から構成される連通型３次元骨格構造を有するアルミノシリケートとして定義され、ここで、ＴはＡｌ又はＳｉ、又は任意にＰである。アニオン性骨格の電荷を均衡させるカチオンは骨格酸素に緩やかに相関しており、残りの細孔容積は水分子で満たされる。非骨格カチオンは一般に交換可能であり、水分子は除去可能である。
【００５２】
本明細書で使用する「ゼオライト」という用語は、ケイ素及びアルミニウム原子を含む分子ふるいの具体的な例を指す。ゼオライトは、ゼオライトの型及びゼオライト格子に含まれるカチオンの型及び量に応じて、直径が約３〜１０オングストロームのかなり均一な細孔径を有する結晶性材料である。ゼオライト及び他の分子ふるいのシリカ対アルミナのモル比（ＳＡＲ）は、広範囲にわたって変化することができるが、一般には２以上である。１つ以上の実施形態では、分子ふるいは、約５から約２５０；約５から約２００；約５から約１００；及び約５から約５０を含む、約２から約３００の範囲のＳＡＲモル比を有する。１つ以上の具体的な実施形態では、分子ふるいは、約１０から約２００、約１０から約１００、約１０から約７５、約１０から約６０、及び約１０から約５０；約１５から約１００、約１５から約７５、約１５から約６０、及び約１５から約５０；約２０から約１００、約２０から約７５、約２０から約６０、及び約２０から約５０の範囲のＳＡＲモル比を有する。
【００５３】
より具体的な実施形態では、アルミノシリケートゼオライト骨格型への言及は、骨格内で置換されたリン又は他の金属を含まない分子ふるいに材料を限定する。しかしながら、明確にすると、本明細書で使用する「アルミノシリケートゼオライト」は、ＳＡＰＯ、ＡＬＰＯ、及びＭｅＡＰＯ材料などのアルミノフォスフェート材料を除き、より広い用語「ゼオライト」は、アルミノシリケート及びアルミノフォスフェートを含むことを意図している。「アルミノフォスフェート」という用語は、アルミニウム及びリン原子を含む分子ふるいの別の具体的な例を指す。アルミノフォスフェートは、かなり均一な細孔径を有する結晶性材料である。
【００５４】
１つ以上の実施形態では、分子ふるいは、独立して、一般的な酸素原子により結合されて三次元ネットワークを形成するＳｉＯ４／ＡｌＯ４四面体を含む。他の実施形態では、分子ふるいはＳｉＯ４／ＡｌＯ４／ＰＯ４四面体を含む。１つ以上の実施形態の分子ふるいは、主に、（ＳｉＯ４）／ＡｌＯ４、又はＳｉＯ４／ＡｌＯ４／ＰＯ４四面体の固いネットワークによって形成される空隙の幾何学形状に従って区別することができる。空隙への入口は、入口開口部を形成する原子に関して６、８、１０、又は１２個の環原子から形成される。１つ以上の実施形態では、分子ふるいは、６、８、１０、及び１２を含む１２ほどの環サイズを含む。
【００５５】
１つ以上の実施形態によれば、分子ふるいは、それによって構造が特定される骨格トポロジーに基づくことができる。通常、任意のゼオライトの骨格型、例えばＡＢＷ、ＡＣＯ、ＡＥＩ、ＡＥＬ、ＡＥＮ、ＡＥＴ、ＡＦＧ、ＡＦＩ、ＡＦＮ、ＡＦＯ、ＡＦＲ、ＡＦＳ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＦＹ、ＡＨＴ、ＡＮＡ、ＡＰＣ、ＡＰＤ、ＡＳＴ、ＡＳＶ、ＡＴＮ、ＡＴＯ、ＡＴＳ、ＡＴＴ、ＡＴＶ、ＡＶＬ、ＡＷＯ、ＡＷＷ、ＢＣＴ、ＢＥＡ、ＢＥＣ、ＢＩＫ、ＢＯＧ、ＢＰＨ、ＢＲＥ、ＣＡＮ、ＣＡＳ、ＳＣＯ、ＣＦＩ、ＳＧＦ、ＣＧＳ、ＣＨＡ、ＣＨＩ、ＣＬＯ、ＣＯＮ、ＣＺＰ、ＤＡＣ、ＤＤＲ、ＤＦＯ、ＤＦＴ、ＤＯＨ、ＤＯＮ、ＥＡＢ、ＥＤＩ、ＥＥＩ、ＥＭＴ、ＥＯＮ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＥＳＶ、ＥＴＲ、ＥＵＯ、ＦＡＵ、ＦＥＲ、ＦＲＡ、ＧＩＳ、ＧＩＵ、ＧＭＥ、ＧＯＮ、ＧＯＯ、ＨＥＵ、ＩＦＲ、ＩＦＹ、ＩＨＷ、ＩＲＮ、ＩＳＶ、ＩＴＥ、ＩＴＨ、ＩＴＷ、ＩＷＲ、ＩＷＷ、ＪＢＷ、ＫＦＩ、ＬＡＵ、ＬＥＶ、ＬＩＯ、ＬＩＴ、ＬＯＳ、ＬＯＶ、ＬＴＡ、ＬＴＬ、ＬＴＮ、ＭＡＲ、ＭＡＺ、ＭＥＩ、ＭＥＬ、ＭＥＰ、ＭＥＲ、ＭＦＩ、ＭＦＳ、ＭＯＮ、ＭＯＲ、ＭＯＺ、ＭＳＯ、ＭＴＦ、ＭＴＮ、ＭＴＴ、ＭＴＷ、ＭＷＦ、ＭＷＷ、ＮＡＢ、ＮＡＴ、ＮＥＳ、ＮＯＮ、ＮＰＯ、ＮＰＴ、ＮＳＩ、ＯＢＷ、ＯＦＦ、ＯＳＩ、ＯＳＯ、ＯＷＥ、ＰＡＲ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＰＯＮ、ＲＨＯ、ＲＯＮ、ＲＲＯ、ＲＳＮ、ＲＴＥ、ＲＴＨ、ＲＵＴ、ＲＷＲ、ＲＷＹ、ＳＡＯ、ＳＡＳ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＢＥ、ＳＢＳ、ＳＢＴ、ＳＦＥ、ＳＦＦ、ＳＦＧ、ＳＦＨ、ＳＦＮ、ＳＦＯ、ＳＦＷ、ＳＧＴ、ＳＯＤ、ＳＯＳ、ＳＳＹ、ＳＴＦ、ＳＴＩ、ＳＴＴ、ＴＥＲ、ＴＨＯ、ＴＯＮ、ＴＳＣ、ＵＥＩ、ＵＦＩ、ＵＯＺ、ＵＳＩ、ＵＴＬ、ＶＥＴ、ＶＦＩ、ＶＮＩ、ＶＳＶ、ＷＩＥ、ＷＥＮ、ＹＵＧ、ＺＯＮ、又はそれらの組み合わせなどの骨格型を使用することができる。
【００５６】
１つ以上の実施形態では、分子ふるいは、８環小細孔アルミノシリケートゼオライトを含む。本明細書で使用する「小細孔」という用語は、約５オングストロームよりも小さい、例えば約３．８オングストローム程度の細孔開口部を指す。「８環」ゼオライトという語句は、８環の細孔開口部及び二重６環の二次構造単位を有し、二重６環構造単位の４環による連結から生じるケージ様構造を有するゼオライトを指す。１つ以上の実施形態では、分子ふるいは、８個の四面体原子の最大環サイズを有する小細孔分子ふるいである。
【００５７】
ゼオライトは、二次構造単位（ＳＢＵ）と複合構造単位（ＣＢＵ）で構成され、多くの異なる骨格構造に現れる。二次構造単位は最大１６個の四面体原子を含有し、非キラルである。複合構造単位はアキラルである必要はなく、骨格全体の構造のために必ずしも使用できるとは限らない。例えば、ゼオライトのある群は、その骨格構造に単４環（ｓ４ｒ）複合構造単位を有する。４環では、「４」は四面体シリコンとアルミニウム原子の位置を示し、酸素原子は四面体原子の間に位置する。他の複合構造単位には、たとえば、単６環（ｓ６ｒ）単位、二重４環（ｄ４ｒ）単位、及び二重６環（ｄ６ｒ）単位が含まれる。ｄ４ｒ単位は、２つのｓ４ｒ単位を結合して作成される。ｄ６ｒ単位は、２つのｓ６ｒ単位をつなげて作られる。ｄ６ｒ単位には、１２個の四面体原子がある。所定の実施形態で使用される例示的なゼオライト骨格型には、ＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＦＶ、ＡＶＬ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＥＡＢ、ＥＥＩ、ＥＭＴ、ＥＲＩ、ＦＡＵ、ＧＭＥ、ＩＦＹ、ＩＲＮ、ＪＳＲ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＬＴＡ、ＬＴＬ、ＬＴＮ、ＭＥＲ、ＭＯＺ、ＭＳＯ、ＭＷＦ、ＭＷＷ、ＮＰＴ、ＯＦＦ、ＰＡＵ、ＲＨＯ、ＲＴＥ、ＲＴＨ、ＳＡＳ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＢＳ、ＳＢＴ、ＳＦＷ、ＳＳＦ、ＳＺＲ、ＴＳＣ、ＵＦＩ、及びＷＥＮが含まれる。所定の有利な実施形態では、ゼオライト骨格は、ＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＶ、ＡＦＸ、ＡＶＬ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＥＡＢ、ＥＥＩ、ＥＲＩ、ＩＦＹ、ＩＲＮ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＬＴＡ、ＬＴＮ、ＭＥＲ、ＭＷＦ、ＮＰＴ、ＰＡＵ、ＲＨＯ、ＲＴＥ、ＲＴＨ、ＳＡＳ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＦＷ、ＴＳＣ、ＵＦＩ、及びそれらの組み合わせから選択される。他の具体的な実施形態では、分子ふるいは、ＣＨＡ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される骨格型を有する。なおさらなる具体的な実施形態では、分子ふるいは、ＣＨＡ、ＡＥＩ、及びＡＦＸから選択される骨格型を有する。１つ以上の非常に具体的な実施形態では、分子ふるいはＣＨＡ骨格型を有する。
【００５８】
ゼオライトＣＨＡ骨格型分子ふるいには、近似式（Ｃａ，Ｎａ２，Ｋ２，Ｍｇ）Ａｌ２Ｓｉ４Ｏ１２・６Ｈ２Ｏ（例えば、水和カルシウムアルミニウムシリケートなど）のゼオライト群の天然のテクトシリケート鉱物が含まれる。ゼオライトＣＨＡ骨格型分子ふるいの３つの合成形態は、１９７３年にＪｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓによって発行されたＤ．Ｗ．Ｂｒｅｃｋによる「Ｚｅｏｌｉｔｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｉｅｖｅｓ」に記述されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。Ｂｒｅｃｋによって報告された３つの合成形態は、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、第２８２２ページ（１９５６年）、Ｂａｒｒｅｒ  ｅｔ  ａｌに記述されているゼオライトＫ−Ｇ；英国特許第８６８，８４６号（１９６１年）に記述されているゼオライトＤ；及び米国特許第３，０３０，１８１号に記述されているゼオライトＲであり、これらは参照により本明細書に組み込まれる。ゼオライトＣＨＡ骨格型の別の合成形態の合成は、米国特許第４，５４４，５３８号及び第６，７０９，６４４号に記述されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。ＣＨＡ骨格型を有する分子ふるいの合成形態であるシリコアルミノホスフェート３４（ＳＡＰＯ−３４）の合成は、米国特許第４，４４０，８７１号及び第７，２６４，７８９号に記述されており、これらは参照により本明細書に組み込まれる。ＣＨＡ骨格型を有するなお別の合成分子ふるい、ＳＡＰＯ−４４を作製する方法は、米国特許第６，１６２，４１５号に記述されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００５９】
本明細書で使用する「促進」という用語は、分子ふるいに固有の不純物とは対照的に、分子ふるい材料に意図的に、通常イオン交換を介して添加される成分を指す。アンモニアの存在下での窒素酸化物の選択的触媒還元を促進するために、１つ以上の実施形態では、適した金属が独立して分子ふるいに交換される。１つ以上の実施形態によれば、分子ふるいは銅（Ｃｕ）及び／又は鉄（Ｆｅ）で促進されるが、マンガン、コバルト、ニッケル、セリウム、白金、パラジウム、ロジウム又はそれらの組み合わせなどの他の触媒金属も、本発明から逸脱することなく使用することができよう。促進剤金属の通常の量には、ＳＣＲ触媒材料の約０．５〜約１５質量％が含まれる。
【００６０】
銅含有の又は鉄含有の分子ふるいは、例えば、イオン交換を介して、例えばＮａ＋含有分子ふるい（Ｎａ＋形態）から調製する。Ｎａ＋形態とは一般には、いかなるイオン交換も伴わない焼成形態を指す。この形態では、分子ふるいは一般に、交換部位中にＮａ＋カチオンとＨ＋カチオンとの混合物を含有する。Ｎａ＋カチオンによって占められる部位の割合は、特定のゼオライトバッチおよびレシピに応じて異なる。任意に、アルカリ金属分子ふるいはＮＨ４＋交換型であり、ＮＨ４＋形態が銅又は鉄とのイオン交換に用いられる。任意に、ＮＨ４＋交換型分子ふるいをＨ＋交換形態に焼成し、このＨ＋形態を銅又は鉄イオンとのイオン交換に用いてもよい。
【００６１】
銅又は鉄は、アルカリ金属、ＮＨ４＋又はＨ＋型で、酢酸銅、硫酸銅、塩化鉄、酢酸鉄などの銅又は鉄塩で分子ふるいにイオン交換され、これは例えば米国特許第４９２４２２３８号に開示されており、参照により本明細書に組み込まれる。例えば、Ｎａ＋、ＮＨ４＋又はＨ＋形態の分子ふるいを塩水溶液と混合し、高くした温度で適した時間撹拌する。スラリーをろ過し、フィルターケーキを洗浄して乾燥させる。
【００６２】
１つ以上の実施形態では、ＳＣＲ触媒は、基材上に配置されてＳＣＲ触媒ユニットを形成する。本明細書で使用する「基材」という用語は、触媒材料が通常ウォッシュコートの形態でその上に配置される、モノリス材料を意味する。ウォッシュコートは、触媒の所与の固形分（例えば、３０〜９０質量％）を液体中に含有するスラリーを調製することにより形成され、このスラリーは次いで基材上に被覆され、乾燥してウォッシュコート層をもたらす。本明細書で使用する「ウォッシュコート」という用語は、当該技術における通常の意味を有しており、基材材料、例えば、ガス流の通路が処理されるのに十分な多孔性があるハニカム型担体部材等に施与される、薄く接着性のある触媒又は他の材料の被覆を意味する。本発明の金属促進分子ふるいを含有するウォッシュコートは、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア、又はそれらの組み合わせから選択される結合剤を任意に含むことができる。結合剤の装填量は、典型的には、ウォッシュコートの質量に対して約０．１〜１０質量％である。
【００６３】
１つ以上の実施形態では、基材は、通過流動ハニカムモノリス又は微粒子フィルターの１つ以上から選択され、触媒材料はウォッシュコートとして基材に施与される。図１Ａ及び１Ｂは、本明細書に記載の触媒組成物を被覆した通過流動基材の形態である例示的基材２を図示する。図１Ａを参照すると、例示的基材２は円筒形状及び円筒形外側表面４、上流側端面６、及び端面６と同一の対応する下流端面８を有する。基材２は、内部に形成された微細で平行なガス流通路１０を複数有する。図１Ｂで分かるとおり、流動通路１０は壁１２によって形成され、担体２を通って上流端面６から下流端面８へと延び、通路１０は、例えばガス流などの流体の流動が担体２をそのガス流通路１０経由で長軸方向に通過できるよう、障害物がない状態である。図１Ｂでより容易に分かるとおり、壁１２は、ガス流通路１０が実質的に規則的な多角形を有するような寸法及び構成である。記載のとおり、望ましい場合には触媒組成物を複数の明確に異なる層に施与することができる。図示されている実施形態では、触媒組成物は担体部材の壁１２に接着された別個の底部層１４及び底部層１４を覆って被覆された第２の別個の上部層１６の両方からなる。本発明は、１つ以上（例えば２、３、又は４層）の触媒層を使用して実施してもよく、図１Ｂに示す二層の実施形態に限定されない。
【００６４】
１つ以上の実施形態では、基材は、ハニカム構造を有するセラミック又は金属である。任意の適した基材を用いてよく、例えば、微細で平行なガス流通路が基材の入口面又は出口面から基材を通って延び、通路は流体の流動が通過できるように開放されている型のモノリス基材を用いてよい。通路は、その流体入口から流体出口に向かう本質的にまっすぐな道であり、通路を通過するガスが触媒材料と接触するように触媒材料がウォッシュコートとして被覆された壁によって画定される。モノリス基材の流動通路は薄壁のチャネル（channel）であり、台形、長方形、正方形、正弦波形、六角形、楕円形、円形等の任意の適した断面形状及び寸法であってよい。このような構造は、断面の１平方インチ当たり約６０〜約９００個、又はそれ以上のガス入口開口部（すなわち、セル）を含有し得る。
【００６５】
セラミック基材は、任意の適した耐火性材料、例えばコージエライト、コージエライト−α−アルミナ、シリコンニトライド、ジルコンムライト、リシア輝石、アルミナ−シリカ−マグネシア、ジルコンシリケート、シリマナイト、マグネシウムシリケート、ジルコン、ペタライト、α−アルミナ、アルミノシリケートなどで作製されてよい。本発明の実施形態の触媒に有用な基材は、本質的に金属であってよく、１つ以上の金属又は金属合金から構成され得る。金属基材は任意の金属基材、例えば開口部又は「型抜き部分」をチャネル壁に有するものなどを含み得る。金属基材は様々な形状で、例えばペレット、波形シート又はモノリス形態などの形状で用いてよい。金属基材の具体的な例には、耐熱性の卑金属合金、特に鉄が実質的な又は主要な成分であるものが含まれる。そのような合金は、ニッケル、クロム及びアルミニウムの１つ以上を含有し得、これら金属の合計は、有利には、例えば、各場合とも基材の質量に対して、少なくとも約１５質量％の合金、約１０〜２５質量％のクロム、約１〜８質量％のアルミニウム及び約０〜約２０質量％のニッケルを含み得る。
【００６６】
１つ以上の実施形態では、基材は微粒子フィルターである。本明細書で使用する「微粒子フィルター」又は「煤フィルター」という用語は、排気ガス流から煤などの粒子状物質を除去するように設計されたフィルターを指す。微粒子フィルターには、ハニカム壁流フィルター、部分ろ過フィルター、金網フィルター、巻き繊維フィルター、焼結金属フィルター、発泡フィルターが含まれるが、これらに限定されない。
【００６７】
所定の実施形態では、ＳＣＲ触媒を担持するのに有用な壁流フィルタ基材は、基材の長手方向軸に沿って延びる複数の微細で実質的に平行なガス流通路を有する。通常、各通路は基材本体の一端で塞がれ、互い違いになっている通路は反対側の端面で塞がれる。このようなモノリス基材は、断面の１平方インチあたり約９００以上の流動通路（又は「セル」）を含有し得るが、はるかに少ないものを用いてもよい。例えば、基材は、１平方インチあたり（「ｃｐｓｉ」）、約７〜６００の、より通常は約１００〜４００のセルを有し得る。本発明の実施形態で使用する多孔性壁流フィルターは、前述の要素が白金族金属をその上に含む又はその中に含有することから触媒することができる。触媒材料は、基材壁の入り口側に単独で、出口側に単独で、入り口側と出口側の両方に存在し得、又は壁自身が、あらゆる、又は一部の触媒材料からなり得る。別の実施形態では、本発明は、基材の入り口及び／又は出口壁上に、１つ以上の触媒層及び１つ以上の触媒層の組み合わせを使用することを含み得る。
【００６８】
図２で分かるとおり、例示の壁流基材は複数の通路５２を有する。通路はフィルター基材の内部壁５３によって閉塞される。基材は入口端部５４と出口端部５６を有する。互い違いになっている通路は、入口端部で入口プラグ５８により、出口端部で出口プラグ６０により塞がれて、入口５４と出口５６で逆の市松模様を形成する。ガス流６２は、塞がれていないチャネル入口６４を通って入り、出口プラグ６０によって止められ、チャネル壁５３（これは多孔性である）を通って出口側６６に拡散する。ガスは、入口プラグ５８のために壁の入口側に戻ることはできない。本発明で使用される多孔性壁流フィルターは、基材の壁が、その上に１つ以上の触媒材料を有することから、触媒することができる。
【００６９】
水素生成システム
本発明のアンモニア生成システムは、アンモニアを水素と窒素とに触媒的に分解するように構成された触媒反応器に任意に関連付けられ、以下により完全に説明する。生成された水素は、内燃機関の排気ガス流に有利に注入され得、ここで所定の触媒プロセス及び／又は触媒再生プロセスで還元剤として適切に機能する。触媒プロセスには、ＣＯ及び／又はＨＣ及び／又はＮＯｘ汚染物質の酸化が含まれる。
【００７０】
例示的な搭載水素生成システムは、アンモニアの触媒分解を介して水素を生成するように構成され、アンモニアを水素と窒素とに分解するように構成された触媒反応器を含む。触媒反応器は、水素分離膜を含み得、この膜は、膜の内側表面に配置されたアンモニア分解触媒を含む触媒コーティング組成物を含み得る。膜は、アンモニアが分解触媒を含有する内側表面に接触するように構成される。アンモニア分解触媒は、例えばシリカ上の貴金属、例えば担持ルテニウムを含む。
【００７１】
水素分離膜は、パラジウム又はパラジウム合金を含み得、例えば、厚さが１．０ｍｍ以下であり得る。例えば、膜は０．１ｍｍ以下の厚さであり、例えば、膜は厚さ約０．００１ｍｍ、約０．０１又は約０．１ｍｍから約０．２、約０．５又は約１ｍｍの厚さである。膜は、例えば厚さ約１ｍｍの穿孔されたステンレス鋼シートで支持されてもよい。あるいは、膜は、多孔性のセラミック管又はロッドで支持されてもよい。膜は、水素の流れ及び酸素からの分離を最大化するために、加熱要素、例えば電気加熱要素と関連付けられてもよい。
【００７２】
水素生成システムは、例えば、水素を気体、液体、又は固体状態で貯蔵するように構成された水素貯蔵物品を含み得る。水素は例えば、ガス貯蔵タンク又は貯蔵器に貯蔵され得る。水素は、例えば、シリコン又は水素貯蔵合金などの固体状態で貯蔵され得る。固体状態水素の貯蔵は、例えば、米国特許出願公開第２００４／０２４１５０７号、第２００８／０００３４７０号、第２００８／０２７４８７３号、第２０１０／００２４５４２号、及び第２０１１／０２３６７９０号に教示されており、これらは参照により全体が本明細書に組み込まれる。水素貯蔵合金は水素を可逆的に貯蔵し、例えば米国特許第５４０７７６１号及び第６１９３９２９号、及米国特許出願公開第２０１６／０２３０２５５号に開示されており、これらは参照により全体が本明細書に組み込まれる。水素貯蔵合金は、例えば、一般に、Ａが水素化物形成元素であり、Ｂが弱い又は非水素化物形成元素である、修飾されたＡＢｘ型金属水素化物（ＭＨ）合金である。Ａは一般に、４以下の価電子を持つより大きな金属原子であり、Ｂは一般に、５以上の価電子を持つより小さな金属原子である。適したＡＢｘ合金には、ｘが約０．５〜約５であるものが含まれる。本合金は、水素を可逆的に吸収（充電）及び脱着（放電）することができる。ＡＢｘ型の合金は、例えば（簡単な例で）ＡＢ（ＨｆＮｉ、ＴｉＦｅ、ＴｉＮｉ）、ＡＢ２（ＺｒＭｎ２、ＴｉＦｅ２）、Ａ２Ｂ（Ｈｆ２Ｆｅ、Ｍｇ２Ｎｉ）、ＡＢ３（ＮｄＣｏ３、ＧｄＦｅ３）、Ａ２Ｂ７（Ｐｒ２Ｎｉ７、Ｃｅ２Ｃｏ７）及びＡＢ５（ＬａＮｉ５、ＣｅＮｉ５）の種類のものである。
【００７３】
水素生成システムは、有利には、水素を内燃機関の排気ガス流中に注入又は放出するように構成された水素注入物品を含有する。水素注入物品は、要求に応じて断続的に水素を注入又は放出するように構成され得る。いくつかの実施形態では、水素注入物品は逆止弁を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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