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JP2009133247A - Exhaust emission control device - Google Patents

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JP2009133247A
JP2009133247A JP2007309633A JP2007309633A JP2009133247A JP 2009133247 A JP2009133247 A JP 2009133247A JP 2007309633 A JP2007309633 A JP 2007309633A JP 2007309633 A JP2007309633 A JP 2007309633A JP 2009133247 A JP2009133247 A JP 2009133247A
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sox
sox trapping
trapping material
exhaust gas
component
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Withdrawn
Application number
JP2007309633A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Nagayama
敏明 長山
Hidehiro Iizuka
秀宏 飯塚
Toshiaki Arato
利昭 荒戸
Toshifumi Mukai
利文 向井
Kazuhisa Higashiyama
和寿 東山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control system dispensing with a process for removing sulfur component adhering on a lean NOx catalyst and capable of efficiently purifying exhaust gas with a small volume. <P>SOLUTION: SOx trap material for removing the sulfur component is employed in this exhaust emission control system, and a SOx oxidation function is given to the SOx trap material. The exhaust emission control system is provided with a three-way catalyst or an oxidation catalyst, the SOx trap material with SOx oxidation function, and the lean NOx catalyst. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排ガスを浄化する排ガス浄化システムに関し、また、硫黄を含有する成分を排ガスより除去する硫黄分の捕捉材に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification system that purifies exhaust gas from an internal combustion engine, and also relates to a sulfur-capturing material that removes sulfur-containing components from the exhaust gas.

環境改善を目的に、内燃機関の排ガス中の有害物質である一酸化炭素(CO),窒素酸化物(NOx),炭化水素(HC)の低減が求められている。さらに、地球温暖化防止のため温室ガスである二酸化炭素(CO2)の削減が求められている。 For the purpose of improving the environment, reduction of carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), and hydrocarbons (HC), which are harmful substances in exhaust gas from internal combustion engines, is required. Furthermore, reduction of carbon dioxide (CO 2 ), which is a greenhouse gas, is required to prevent global warming.

燃費を向上させ、二酸化炭素を削減するため、エンジンを理論空燃比(約14.6)より希薄な燃料雰囲気(以下リーン)で運転するエンジン(リーンバーンエンジン)が開発されたため、それに伴い多量の酸素雰囲気でも窒素酸化物を還元浄化するリーンNOx浄化触媒が開発された。   In order to improve fuel efficiency and reduce carbon dioxide, an engine (lean burn engine) that operates in a fuel atmosphere (hereinafter lean) leaner than the theoretical air-fuel ratio (about 14.6) has been developed. A lean NOx purification catalyst that reduces and purifies nitrogen oxides in an oxygen atmosphere has been developed.

リーンNOx浄化触媒では、排ガス中に含まれる燃料や潤滑油由来の硫黄酸化物(SOx)等、硫黄成分によって触媒中の窒素酸化物の捕捉点が被毒される現象(以下、S被毒)が起こる。S被毒されたリーンNOx浄化触媒は、その性能を回復させるため、排ガスを昇温し、SOxを触媒から脱離させる処理(以下、再生処理)によるS被毒の解消が必要になる。   In a lean NOx purification catalyst, a trapping point of nitrogen oxide in the catalyst is poisoned by sulfur components such as fuel and sulfur oxide (SOx) derived from lubricating oil contained in exhaust gas (hereinafter referred to as S poison). Happens. In order to recover the performance of the S-poisoned lean NOx purification catalyst, it is necessary to eliminate the S-poisoning by a process of raising the temperature of the exhaust gas and desorbing the SOx from the catalyst (hereinafter referred to as a regeneration process).

S被毒を防止するため、リーンNOx浄化触媒の上流側に、硫黄成分を捕捉する捕捉材を配置することにより、リーンNOx浄化触媒のS被毒を防止することが検討されている。特開2004−84502号公報(特許文献1)では、SOxトラップ触媒を担持した排気浄化触媒が記載されている。   In order to prevent S poisoning, it has been studied to prevent S poisoning of the lean NOx purification catalyst by disposing a capturing material that captures a sulfur component upstream of the lean NOx purification catalyst. Japanese Patent Laying-Open No. 2004-84502 (Patent Document 1) describes an exhaust purification catalyst carrying an SOx trap catalyst.

特開2004−84502号公報JP 2004-84502 A

再生処理によるリーンNOx浄化触媒の再生では、排ガスを昇温させるための加熱手段が必要になる。また、昇温のために燃料を過剰に供給するため、燃費が悪化する。さらに、再生時の熱によりリーンNOx触媒の熱劣化が問題となる。   In the regeneration of the lean NOx purification catalyst by the regeneration process, a heating means for raising the temperature of the exhaust gas is required. In addition, since fuel is excessively supplied for increasing the temperature, fuel efficiency is deteriorated. Furthermore, thermal deterioration of the lean NOx catalyst becomes a problem due to heat during regeneration.

一方、SOx捕捉材を配置する場合には、目的上、排ガス中に含まれる硫黄を全量捕捉することが望まれる。しかしながら、硫黄の捕捉効率が低く、大容積の捕捉材が必要となるため、実用上配置が困難である。   On the other hand, when the SOx trapping material is arranged, for the purpose, it is desirable to trap all the sulfur contained in the exhaust gas. However, since the trapping efficiency of sulfur is low and a large-capacity trapping material is required, it is difficult to arrange in practice.

そこで、本願発明の課題は、SOx捕捉材の性能を向上させ、SOx捕捉材の容積を小さくすることにある。その結果、排ガス浄化システムにおいて、再生処理のための加熱手段を省略でき、また燃費の悪化・触媒の劣化を防止できる。   Therefore, an object of the present invention is to improve the performance of the SOx trapping material and reduce the volume of the SOx trapping material. As a result, in the exhaust gas purification system, the heating means for the regeneration process can be omitted, and the deterioration of the fuel consumption and the catalyst can be prevented.

上記課題を解決する本願発明は、SOx捕捉成分とSOx酸化成分とからなり、SOx捕捉成分はアルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む複合酸化物、SOx酸化成分はFe,Mn,Ceの少なくともいずれかを用いたSOx捕捉材にある。本発明の特徴点は、SOx捕捉材に、SO2をSO3に酸化するSOx酸化機能を持たせたことにある。また、特に、この酸化機能を付与するに当たって、酸化触媒として一般的な貴金属ではなく、非貴金属であるFe,Mn,Ceを用いたことが特徴となっている。SOx捕捉材は、SOxを硫酸塩として捕捉する事ができる。SOx捕捉材に貴金属が存在すると、貴金属は、還元,酸化の両機能を有するため、排ガス雰囲気が還元雰囲気になるとSOx捕捉材からSOxが脱離する可能性がある。Fe,Mn,Ceを用いることにより、リーンNOx触媒へのSOxの流入を抑制したSOx捕捉材が提供できる。 The present invention that solves the above problems comprises a SOx trapping component and a SOx oxidizing component, wherein the SOx trapping component is a composite oxide containing an alkali metal or alkaline earth metal element, and the SOx oxidizing component is at least one of Fe, Mn, and Ce. It is in the SOx trapping material using this. The feature of the present invention is that the SOx trapping material has an SOx oxidation function for oxidizing SO 2 to SO 3 . In addition, in order to impart this oxidation function, it is characterized by using non-noble metals such as Fe, Mn, and Ce instead of a general noble metal as an oxidation catalyst. The SOx trapping material can trap SOx as sulfate. When noble metal is present in the SOx trapping material, the noble metal has both functions of reduction and oxidation. Therefore, when the exhaust gas atmosphere becomes a reducing atmosphere, SOx may be detached from the SOx trapping material. By using Fe, Mn, and Ce, an SOx trapping material that suppresses the inflow of SOx into the lean NOx catalyst can be provided.

SOx捕捉材に含まれるSOx捕捉成分は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む複合酸化物がよい。アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む複合酸化物は、高SOx捕捉量と安定性を兼ね備えるためである。特に、リチウムとチタンとよりなる複合酸化物であることが好ましい。   The SOx trapping component contained in the SOx trapping material is preferably a composite oxide containing an alkali metal or an alkaline earth metal. This is because the composite oxide containing an alkali metal or an alkaline earth metal has a high SOx trapping amount and stability. In particular, it is preferably a composite oxide composed of lithium and titanium.

また、他の本願発明は、SOx捕捉材を用いた排ガス浄化システムにある。   Another invention of the present application is an exhaust gas purification system using an SOx trap.

排ガス浄化システムでの触媒の配置は、エンジンに近い側から、排気管中に、酸化触媒または三元触媒,SOx捕捉材,リーンNOx触媒とした。また、SOx捕捉材は、上述のようなアルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む複合酸化物からなるSOx捕捉成分と、非貴金属であるFe,Mn,Ceの少なくとも一つの酸化成分を有する。   As for the arrangement of the catalyst in the exhaust gas purification system, an oxidation catalyst or a three-way catalyst, a SOx trapping material, and a lean NOx catalyst are arranged in the exhaust pipe from the side near the engine. The SOx trapping material has an SOx trapping component made of a composite oxide containing an alkali metal or alkaline earth metal element as described above, and at least one oxidizing component of Fe, Mn, and Ce that are non-noble metals.

なお、排ガス浄化システムは、リーンNOx触媒に限らず、他のNOx触媒を用いることも知られている。SOx捕捉材は、リーンNOx触媒の硫黄被毒の防止に限らず、SOxによってNOx浄化性能が低下するNOx浄化触媒全般に適用できる。以下、NOx浄化触媒の代表としてリーンNOx触媒を例に挙げ説明するが、本願発明を限定するものではない。   In addition, it is also known that the exhaust gas purification system uses not only a lean NOx catalyst but also other NOx catalysts. The SOx trapping material is not limited to the prevention of sulfur poisoning of the lean NOx catalyst, but can be applied to any NOx purification catalyst whose NOx purification performance is reduced by SOx. Hereinafter, a lean NOx catalyst will be described as an example of a representative NOx purification catalyst, but the present invention is not limited thereto.

SOx捕捉材のSOx捕捉成分としては、LiTiO2,Li2TiO3,Li4TiO4の少なくともいずれかを含有するものが適する。 As the SOx trapping component of the SOx trapping material, those containing at least one of LiTiO 2 , Li 2 TiO 3 , and Li 4 TiO 4 are suitable.

SOx捕捉材には、基材を用い、基材上にSOx捕捉成分,SOx酸化成分を保持することで、取り扱いや、システム内への配置が容易となる。貫通孔を有するハニカム形状の基材の壁面にSOx捕捉成分,SOx酸化成分を塗布したり、ハニカム基材の開口部に粒状に成形したSOx捕捉成分,SOx酸化成分を充填することができる。   By using a base material as the SOx trapping material and holding the SOx trapping component and the SOx oxidation component on the base material, handling and arrangement in the system become easy. The SOx trapping component and the SOx oxidizing component can be applied to the wall surface of the honeycomb-shaped substrate having through holes, or the SOx trapping component and SOx oxidizing component formed into a granular shape can be filled in the opening of the honeycomb substrate.

また、本発明は、ディーゼルエンジンを有する内燃機関に好適である。ディーゼルエンジンの排ガス浄化システムには、ディーゼルパティキュレートフィルタを設けることが多い。本発明のSOx捕捉材を、ディーゼルパティキュレートフィルタに充填することができる。   Further, the present invention is suitable for an internal combustion engine having a diesel engine. A diesel particulate filter is often provided in an exhaust gas purification system of a diesel engine. A diesel particulate filter can be filled with the SOx trapping material of the present invention.

本発明では、上述のように、SOx捕捉成分とSOx酸化成分として実質的に貴金属を含まない。「実質的」とは、原料に含まれたり、製造工程中で貴金属の混入がある場合の微量な不可避の貴金属は考慮に含めない意味である。   In the present invention, as described above, the SOx trapping component and the SOx oxidizing component are substantially free of noble metals. “Substantial” means that a trace amount of inevitable precious metals that are contained in the raw material or mixed with precious metals in the manufacturing process are not taken into consideration.

本発明のSOx捕捉材は、硫黄の捕捉性能が高い。また、本発明の排ガス浄化システムでは、NOx浄化性能を長期間維持することが可能である。   The SOx trapping material of the present invention has high sulfur trapping performance. In the exhaust gas purification system of the present invention, the NOx purification performance can be maintained for a long time.

上記本発明をさらに詳細に説明する。上述のとおり、本発明のSOx捕捉材は、SOx捕捉成分とSOx酸化成分を主要な成分として有する。   The present invention will be described in further detail. As described above, the SOx trapping material of the present invention has the SOx trapping component and the SOx oxidizing component as main components.

SOx捕捉材のSOx捕捉成分としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属元素が知られている。これらのSOx捕捉成分は、通常、アルミナやシリカなどの担体に担持して使用される。本発明では、SOx捕捉材のSOx捕捉成分としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む複合酸化物としている。その中でもLiTi複合酸化物は、チタンのモル数が1に対し、リチウムのモル数を1〜4の比率とすることができる。リチウムとチタンの複合酸化物としては、LiTiO2,Li2TiO3,Li4TiO4等が挙げられる。従って、Li/Tiの比率は1〜4の組成がよく、特に、Liを含有する割合が高いほうが単位重量あたりの硫黄の捕捉量が多くなるため、Li/Tiの比率が2以上の複合酸化物を含むことが好ましい。 As the SOx trapping component of the SOx trapping material, alkali metal or alkaline earth metal elements are known. These SOx trapping components are usually used by being supported on a carrier such as alumina or silica. In the present invention, the SOx trapping component of the SOx trapping material is a complex oxide containing an alkali metal or alkaline earth metal element. Among them, in the LiTi composite oxide, the number of moles of titanium can be 1 to 4 with respect to the number of moles of titanium. Examples of the composite oxide of lithium and titanium include LiTiO 2 , Li 2 TiO 3 , and Li 4 TiO 4 . Therefore, the composition of Li / Ti has a composition of 1 to 4, and in particular, the higher the proportion of Li, the greater the amount of sulfur trapped per unit weight, so the composite oxidation with a Li / Ti ratio of 2 or more. It is preferable that a thing is included.

SOx捕捉成分は、基材への塗布、または容器等への充填など、いずれの使用形態でも機能する。また、アルミナ,シリカなどの担体と混合して使用してもSOx捕捉能力を高める効果がある。本発明のSOx捕捉材として、一般の自動車用排ガス浄化触媒に使われているハニカム構造の担体を使用すると扱いが簡便で好ましい。貫通孔を有するハニカム担体では、セルに流入した排ガスは壁に塗布されたSOx酸化成分を含むSOx捕捉成分の層と接触しながら流出する。また、ディーゼルエンジンのすす除去に用いられるディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)とともに使用することも好ましい。DPFは、片面から流入したガスがセルの壁を通過し隣接するセルから他面に流出するように流入面,流出面のセルが交互に封じられている排ガス浄化用ハニカム担体である。多数のセルを有し、流入側/流出側に各セルが開放孔を有するので、いずれかの面にSOx捕捉材を充填する。その結果、排ガス中の硫黄成分を高い比率で除去可能であり、さらにSOx捕捉材の容積を低減することが可能である。   The SOx trapping component functions in any use form such as application to a substrate or filling into a container or the like. Even if it is used by mixing with a carrier such as alumina or silica, it has the effect of increasing the SOx trapping ability. As the SOx trapping material of the present invention, it is preferable to use a honeycomb-structured carrier that is used in general exhaust gas purification catalysts for automobiles. In the honeycomb carrier having the through holes, the exhaust gas flowing into the cell flows out in contact with the SOx trapping component layer containing the SOx oxidizing component applied to the wall. Moreover, it is also preferable to use with the diesel particulate filter (DPF) used for the soot removal of a diesel engine. The DPF is an exhaust gas purification honeycomb carrier in which the cells on the inflow surface and the outflow surface are alternately sealed so that the gas flowing in from one side passes through the cell wall and flows out from the adjacent cell to the other surface. Since it has many cells and each cell has an open hole on the inflow side / outflow side, either side is filled with SOx trapping material. As a result, the sulfur component in the exhaust gas can be removed at a high ratio, and the volume of the SOx trapping material can be reduced.

硫黄分を充分に酸化させ、SO3にすることで、SOx捕捉材に捕捉される硫黄量を増やすことが可能である。従って、本発明の浄化システムでは、排気流路中に設置した酸化触媒に加えて、SOx捕捉材にSOx酸化機能を付与することで、SOxの酸化を促進し、SOx捕捉量を増加させることができる。SOx酸化成分としては、Fe,Mn,Ceのいずれかを用いる。さらに、酸化触媒によれば、排ガス中に含まれる一酸化炭素,炭化水素等の成分の除去にも有効である。酸化触媒には、三元触媒を使用してもよい。酸化触媒に貴金属を含む場合には、上記の理由によりSOx捕捉材と物理的に分離して設け、捕捉した硫酸塩の還元を防止することが好ましい。 It is possible to increase the amount of sulfur trapped by the SOx trapping material by sufficiently oxidizing the sulfur component to SO 3 . Therefore, in the purification system of the present invention, in addition to the oxidation catalyst installed in the exhaust flow path, the SOx trapping material is given a SOx oxidation function, thereby promoting the oxidation of SOx and increasing the SOx trapping amount. it can. One of Fe, Mn, and Ce is used as the SOx oxidation component. Further, the oxidation catalyst is effective for removing components such as carbon monoxide and hydrocarbons contained in the exhaust gas. A three-way catalyst may be used as the oxidation catalyst. In the case where the oxidation catalyst contains a noble metal, it is preferable to provide it physically separated from the SOx trapping material for the reasons described above to prevent reduction of the trapped sulfate.

また、本願発明のSOx捕捉材は、貴金属を実質的に含まないことを特徴とする。排ガスがリーン条件で酸化雰囲気のときは、SOx捕捉材上に捕捉されている硫酸塩は分解されにくい。しかしながら、排ガスがリッチ条件で還元雰囲気となると、SOx捕捉材上の硫酸塩が還元されやすくなる。貴金属は酸化,還元の両方の機能を有するため、SOx捕捉材上に貴金属を含む場合、還元条件下で硫酸塩が還元され、ガスとなって放出される可能性がある。   Further, the SOx trapping material of the present invention is characterized in that it contains substantially no precious metal. When the exhaust gas is in an oxidizing atmosphere under lean conditions, the sulfate captured on the SOx capturing material is difficult to be decomposed. However, when the exhaust gas is in a reducing atmosphere under rich conditions, the sulfate on the SOx trapping material is likely to be reduced. Since the noble metal has both oxidation and reduction functions, when the noble metal is included on the SOx trapping material, the sulfate may be reduced and released as a gas under reducing conditions.

特にリーンNOx触媒を使用する排ガス浄化システムでは、リーンNOx触媒上に吸着したNOxを還元浄化するため、一定期間毎に還元雰囲気に調節される。従って、SOx捕捉材が還元雰囲気にさらされるシステムでは、SOx捕捉材に含まれる貴金属をなくすことで、捕捉した硫黄成分の放出と、リーンNOx触媒へのSOxの流入を防止できる。   In particular, in an exhaust gas purification system that uses a lean NOx catalyst, NOx adsorbed on the lean NOx catalyst is reduced and purified, so that the reducing atmosphere is adjusted at regular intervals. Accordingly, in a system in which the SOx trapping material is exposed to a reducing atmosphere, the noble metal contained in the SOx trapping material can be eliminated to prevent the trapped sulfur component from being released and the SOx flow into the lean NOx catalyst.

本発明のSOx捕捉材によれば、内燃機関より放出される排ガスがリーン条件のみの場合、リーン・リッチ制御を行う場合のいずれでも効率よくSOxを捕捉し、排ガスから硫黄成分を除去できる。また、SOx捕捉材の下流にリーンNOx触媒を配置した場合には、NOx浄化触媒の被毒を防止でき、NOx浄化性能を長期間維持可能である。   According to the SOx trapping material of the present invention, when the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is only in the lean condition or when lean / rich control is performed, SOx can be efficiently captured and the sulfur component can be removed from the exhaust gas. Further, when the lean NOx catalyst is arranged downstream of the SOx trapping material, the NOx purification catalyst can be prevented from being poisoned, and the NOx purification performance can be maintained for a long time.

また、上記課題を解決する内燃機関の排ガス浄化システムは、内燃機関の後流側の排ガス流路に、上流側より、酸化触媒、本発明の非貴金属のSOx酸化成分を含み硫黄成分を捕捉するSOx捕捉材と、硫黄成分を除去された排ガス中の窒素酸化物を窒素ガスに還元浄化するリーンNOx触媒を有する。上記構成によれば、排ガス中の有害成分を効率よく除去できる。また、SOx捕捉材の上流に他の酸化触媒や、三元触媒を配置してもよい。SOxの酸化率が向上することによってSOx捕捉率が向上しリーンNOx触媒のS被毒をより長期間防止できるメリットがある。   In addition, an exhaust gas purification system for an internal combustion engine that solves the above problem captures a sulfur component including an oxidation catalyst and a SOx oxidation component of the non-noble metal of the present invention from an upstream side in an exhaust gas passage on the downstream side of the internal combustion engine. It has a SOx trap and a lean NOx catalyst that reduces and purifies nitrogen oxides in the exhaust gas from which sulfur components have been removed to nitrogen gas. According to the said structure, the harmful component in waste gas can be removed efficiently. Further, another oxidation catalyst or a three-way catalyst may be arranged upstream of the SOx trap. By improving the oxidation rate of SOx, there is an advantage that the SOx trapping rate is improved and S poisoning of the lean NOx catalyst can be prevented for a longer period of time.

また、上記システムを備えた内燃機関は、S再生の頻度が大きく低下し、もしくは不要となるので、燃費効率よく、環境性能に優れることとなる。   Further, the internal combustion engine provided with the above system has a significantly reduced or unnecessary frequency of S regeneration, so that it is excellent in fuel efficiency and environmental performance.

上記本願発明について、さらに詳細を説明する。   The details of the present invention will be described.

(SOx捕捉成分について)
SOx捕捉材のSOx捕捉成分としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属元素が知られている。SOx捕捉成分は、通常、アルミナ,シリカなどの担体に担持して使用される。高SOx捕捉量を実現するには担体そのものにSOx捕捉能力を有するもの、つまりアルカリ金属またはアルカリ土類金属の化合物が適している。その中でも、特にSOx捕捉能力が高い、リチウムとチタンの複合酸化物の硫黄を捕捉する作用について説明する。LiTi複合酸化物は、SOxと反応し硫酸塩となることにより、SOxを触媒中に捕捉する。さらにSOx捕捉作用を有するアルカリ金属またはアルカリ土類金属をLiTi複合酸化物に担持することによりさらにSOx捕捉量を高めることが出来る。
(About SOx trapping component)
As the SOx trapping component of the SOx trapping material, alkali metal or alkaline earth metal elements are known. The SOx trapping component is usually used by being supported on a carrier such as alumina or silica. In order to realize a high SOx trapping amount, a carrier itself having a SOx trapping capability, that is, an alkali metal or alkaline earth metal compound is suitable. Among these, the action of capturing sulfur of the composite oxide of lithium and titanium, which has a particularly high SOx capturing ability, will be described. The LiTi composite oxide reacts with SOx to become a sulfate, thereby trapping SOx in the catalyst. Furthermore, the amount of SOx trapped can be further increased by supporting an alkali metal or alkaline earth metal having a SOx trapping action on the LiTi composite oxide.

なお、本発明の捕捉材は、実質的に貴金属を含まないものとした。また、酸化触媒として貴金属を使用する場合には、貴金属を含有する成分等と捕捉材とを接触して設けることも避けるほうが好ましい。   The capturing material of the present invention is substantially free of noble metals. Further, when a noble metal is used as the oxidation catalyst, it is preferable to avoid providing the capturing material in contact with a component containing the noble metal.

(SOx酸化成分について)
酸化機能を有する非貴金属元素としてFe,Mn,Ceが知られている。これらの成分は、空気中で焼成されるため酸化物として担持されている。望ましい添加量は、ハニカム体積あたりの元素量として0.05mol/Lから1mol/Lである。0.05mol/Lより少ないと酸化機能が十分でなく、また、1mol/Lを超えるとSOx捕捉材の露出量が減少するおそれがある。SOx捕捉材にこれらのSOx酸化成分を含有することにより、SOx捕捉材自身がSOx酸化能力を有するため、SOxの酸化を促進し、SOx捕捉材へのSOx捕捉率を高めることができる。その結果、リーンNOx触媒のSOx被毒の防止効果を長期間維持することができる。また、捕捉するS量が同量の場合、SOx捕捉に必要なSOx捕捉材の容積を減少させることができる。これらの成分を酸化成分として用いると、リッチ条件下でもSOxの放出が抑制される。
(About SOx oxidation component)
Fe, Mn, and Ce are known as non-noble metal elements having an oxidation function. Since these components are fired in air, they are supported as oxides. A desirable addition amount is 0.05 mol / L to 1 mol / L as an element amount per honeycomb volume. If it is less than 0.05 mol / L, the oxidation function is not sufficient, and if it exceeds 1 mol / L, the exposure amount of the SOx trapping material may be reduced. By containing these SOx oxidation components in the SOx trapping material, the SOx trapping material itself has SOx oxidation capability, so that the oxidation of SOx can be promoted and the SOx trapping rate in the SOx trapping material can be increased. As a result, the effect of preventing the SOx poisoning of the lean NOx catalyst can be maintained for a long time. Further, when the amount of S to be captured is the same amount, the volume of the SOx trapping material necessary for SOx trapping can be reduced. When these components are used as oxidizing components, the release of SOx is suppressed even under rich conditions.

(SOx捕捉材の使用方法について)
SOx捕捉材をハニカムに塗布して使用できる。使用するハニカムの材料はコージェライト,炭化珪素,金属のいずれでもよい。ハニカムにSOx捕捉材を充填する場合は、セルの片側を部分的に目封じし、目封じした中にSOx捕捉材を充填する。
(How to use SOx trapping material)
An SOx trapping material can be applied to the honeycomb. The honeycomb material used may be cordierite, silicon carbide, or metal. When filling the honeycomb with the SOx trapping material, one side of the cell is partially plugged, and the SOx trapping material is filled into the plugged portion.

一般にDPFとして使用されるハニカムは、ハニカムのセル端が交互に封じてあり、流入した排ガスが、必ずハニカムの壁を通過して流出する。このセル内にSOx捕捉材を充填することが特に好ましい。SOx捕捉材は、DPFの流出面側,流入面側のいずれか、もしくは両方に充填することが可能である。   In general, a honeycomb used as a DPF has the cell ends of the honeycomb alternately sealed, and the inflowing exhaust gas always flows out through the honeycomb wall. It is particularly preferable to fill this cell with a SOx trap. The SOx trapping material can be filled on either or both of the outflow surface side and the inflow surface side of the DPF.

図1はDPFの流出側に開放孔を持つセルにSOx捕捉材を充填した場合の断面模式図である。SOx捕捉材は粒状に成形されているものである。排ガスは、流入側に開放孔を持つセルに流入した後、DPFの壁を通過して排ガス中のすすを除去されてから、隣接する流出側に開放孔を持つセルへ流れ、SOx捕捉材の粒子間を抜けて硫黄分を除去されたガスが開放孔から流出する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view when a SOx trapping material is filled in a cell having an open hole on the outflow side of the DPF. The SOx trapping material is formed into a granular shape. After the exhaust gas flows into a cell having an open hole on the inflow side and passes through the wall of the DPF to remove the soot in the exhaust gas, it flows to the cell having an open hole on the adjacent outflow side, and the SOx trapping material The gas from which the sulfur content has been removed through the particles flows out from the open holes.

図2は、同様に、DPFの流入側に開放孔を持つセルに粒状に成形したSOx捕捉材を充填した場合の断面模式図である。排ガスはSOx捕捉材,DPFの壁、そして何も充填されてないDPFのセルの順に通過する。排ガスは、SOx捕捉材の粒子を充填したセルに流入し、SOx捕捉材の粒子間を抜けてから、DPFの壁を通過して隣接する、流出側に開放孔を持つセルへ流れる。   Similarly, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in the case where a cell having an open hole on the inflow side of the DPF is filled with a SOx trapping material formed into a granular shape. The exhaust gas passes through the SOx trap, the DPF wall, and the unfilled DPF cell in this order. The exhaust gas flows into the cell filled with the SOx trapping material particles, passes through the SOx trapping material particles, and then flows through the DPF wall to the adjacent cell having an open hole on the outflow side.

なお、図1のように排ガス流出面側にSOx捕捉材を充填することが望ましい。排ガス中の未燃炭化物(ディーゼルパティキュレート、以下PM)はDPFでろ過されるため、PMでSOx捕捉材粒子間を閉塞し圧損を増大させることがないためである。   In addition, as shown in FIG. 1, it is desirable to fill the SOx trapping material on the exhaust gas outflow surface side. This is because unburned carbides (diesel particulates, hereinafter referred to as PM) in the exhaust gas are filtered by DPF, so that PM does not block between SOx trapping particles and increase pressure loss.

DPFと一体化したSOx捕捉材の作製方法は下記の通りである。原料粉末を混合し焼成して、SOx捕捉成分の粉末を作製する。粉末を造粒した後に、SOx酸化成分を含浸し、SOx捕捉材の粒子を作製する。DPFの片側からSOx捕捉材の粒子をセルに充填する。充填後、バインダーを含浸し、加熱して固化させる。DPFの両面に充填する場合は、すでにSOx捕捉材の粒子を充填してある側と反対の面からSOx捕捉材の粒子をセルに充填し、充填後、バインダーを含浸する。加熱してバインダーを固化させる。   The method for producing the SOx trapping material integrated with the DPF is as follows. The raw material powders are mixed and fired to produce SOx trapping component powders. After granulating the powder, the SOx oxidizing component is impregnated to produce SOx trapping material particles. A cell is filled with particles of SOx trapping material from one side of the DPF. After filling, it is impregnated with a binder and heated to solidify. When filling both sides of the DPF, the cells are filled with the SOx trapping material particles from the side opposite to the side already filled with the SOx trapping material particles, and after the filling, the binder is impregnated. Heat to solidify the binder.

(SOx捕捉材を備えた浄化システムについて)
図3は、排ガスの浄化システムの構成例を示す図である。図3の排ガス浄化システムは、ディーゼルエンジン3dより放出される排ガスを浄化するものである。エンジンの排ガス流路には、上流側より三元触媒または酸化触媒3a、その後段に本発明のSOx捕捉材3b、そのさらに後段にNOx浄化触媒3cが配置されている。
(Purification system with SOx trapping material)
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an exhaust gas purification system. The exhaust gas purification system of FIG. 3 purifies exhaust gas emitted from the diesel engine 3d. In the exhaust gas flow path of the engine, a three-way catalyst or an oxidation catalyst 3a is disposed from the upstream side, the SOx trapping material 3b of the present invention is disposed downstream, and a NOx purification catalyst 3c is disposed further downstream.

三元触媒は、理論空燃比で運転されるガソリンエンジン等の内燃機関の排ガスを浄化する触媒である。排ガス成分を利用してCO,HCの酸化とNOxの還元を同時に行うことが可能である。   The three-way catalyst is a catalyst that purifies exhaust gas from an internal combustion engine such as a gasoline engine that is operated at a stoichiometric air-fuel ratio. It is possible to simultaneously oxidize CO and HC and reduce NOx using exhaust gas components.

NOx浄化触媒の一つであるリーンNOx触媒を例に挙げて説明する。リーンNOx触媒は、理論空燃比と比して酸素の多いリーン条件と、燃料の多いリッチ条件を交互に制御して運転される内燃機関の特に窒素酸化物を浄化する触媒である。リーン時に排ガス中のNOxを触媒上に捕捉し、一時的に理論空燃比より燃料が過剰な空気燃料比(以下リッチ)にするリーン・リッチ制御を行い、吸着したNOxをリッチガス中のHC,CO,H2などの還元性ガスで還元する。捕捉の方法としては、NOxを触媒中に吸蔵する場合(NOx吸蔵触媒)と、触媒表面に吸着する場合(NOx吸着触媒)がある。なお、上記吸着と吸蔵を区別せずに用いる場合には捕捉と記載する。または、リーン時に排ガス中のNOxを捕捉する機能を有する触媒をリーンNOx触媒と記載する。 A lean NOx catalyst that is one of NOx purification catalysts will be described as an example. The lean NOx catalyst is a catalyst that purifies nitrogen oxides of an internal combustion engine that is operated by alternately controlling lean conditions with a large amount of oxygen and rich conditions with a large amount of fuel as compared with the stoichiometric air-fuel ratio. During lean, NOx in the exhaust gas is trapped on the catalyst, and the lean / rich control is performed to temporarily make the air / fuel ratio (hereinafter rich) the fuel is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, and the adsorbed NOx is HC, CO in the rich gas. , H 2 or other reducing gas. As a trapping method, there are a case where NOx is occluded in the catalyst (NOx occlusion catalyst) and a case where it is adsorbed on the catalyst surface (NOx adsorption catalyst). In addition, when using the said adsorption | suction and occlusion without distinguishing, it describes as capture | acquisition. Alternatively, a catalyst having a function of capturing NOx in exhaust gas at the time of lean is described as a lean NOx catalyst.

SOx酸化機能を付与されたSOx捕捉材は、リーンNOx触媒の上流に設置される。SOx捕捉材上でSOxを酸化・捕捉しリーンNOx触媒へのSOxの流入を防止している。SOx捕捉材自身がSOx酸化能力を有するので、酸化触媒のSOx酸化能力とあわせて、排気浄化システム全体では、高いSOx酸化性能を示し、高SOx捕捉率が実現できる。そして、SOxを捕捉する能力の高いSOx捕捉材を利用することにより、リーンNOx触媒の活性が硫黄で阻害されることがなく、排ガス浄化処理中のリーンNOx触媒からの硫黄の除去(NOx触媒の再生処理)も不要となる。   The SOx trapping material provided with the SOx oxidation function is installed upstream of the lean NOx catalyst. SOx is oxidized and trapped on the SOx trapping material to prevent the SOx from flowing into the lean NOx catalyst. Since the SOx trapping material itself has SOx oxidation capability, the exhaust purification system as a whole exhibits high SOx oxidation performance together with the SOx oxidation capability of the oxidation catalyst, and a high SOx trapping rate can be realized. Further, by using a SOx trapping material having a high capability of trapping SOx, the activity of the lean NOx catalyst is not inhibited by sulfur, and the removal of sulfur from the lean NOx catalyst during the exhaust gas purification treatment (NOx catalyst Reproduction processing) is also unnecessary.

〔実施例〕
以下に本発明の実施例を示す。本実施例では、SOx酸化機能付SOx捕捉材のSOx捕捉成分として、LiTi複合酸化物を用いた例で説明する。なお、本発明は本実施例に限定されるものではない。
〔Example〕
Examples of the present invention are shown below. In this embodiment, an example in which a LiTi composite oxide is used as the SOx trapping component of the SOx trapping material with an SOx oxidation function will be described. In addition, this invention is not limited to a present Example.

実施例1は、SOx酸化成分に鉄(Fe)を用いてSOx捕捉材を作成した例を示す。本実施例は、両端に開口を有するハニカムの壁面にSOx捕捉材をコートした例である。図4に断面模式図を示す。図のように、ハニカム4aにSOx酸化機能を付与したSOx捕捉材層4bをコートしている。   Example 1 shows an example in which an SOx trapping material is prepared using iron (Fe) as an SOx oxidation component. In this example, the wall surface of a honeycomb having openings at both ends is coated with a SOx trapping material. FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view. As shown in the figure, the SOx trapping material layer 4b provided with the SOx oxidation function is coated on the honeycomb 4a.

本実施例のSOx捕捉材は、Feと、LiTi複合酸化物とからなる。LiTi複合酸化物は次の手順で作製した。酢酸リチウム二水和物50.98gを水60mlに溶かして酢酸リチウム水溶液を作製し、これにTiO2ゾルを33.29g添加し混合分散した。スタラーで撹拌しながら25%アンモニア溶液を5ml添加した。その後、150℃で6時間乾燥、600℃で1時間焼成してLiTi複合酸化物粉末を得た。 The SOx trapping material of this example is made of Fe and LiTi composite oxide. The LiTi composite oxide was produced by the following procedure. 50.98 g of lithium acetate dihydrate was dissolved in 60 ml of water to prepare an aqueous lithium acetate solution, to which 33.29 g of TiO 2 sol was added and mixed and dispersed. While stirring with a stirrer, 5 ml of 25% ammonia solution was added. Then, it dried at 150 degreeC for 6 hours, and baked at 600 degreeC for 1 hour, and obtained LiTi complex oxide powder.

なお、LiとTiの比が4になるように原料の量を調整してLiTi複合酸化物を作製したが、作製した粉末のX線回折から求めると、LiTiO2,Li2TiO3,Li4TiO4の混合物になっていた。また、結晶性構造物とともに、X線で検出されない非晶質の化合物を含んでいる。 The LiTi composite oxide was prepared by adjusting the amount of raw materials so that the ratio of Li and Ti was 4, but it was determined from X-ray diffraction of the prepared powder that LiTiO 2 , Li 2 TiO 3 , Li 4 It was a mixture of TiO 4 . In addition to the crystalline structure, it contains an amorphous compound that is not detected by X-rays.

LiTi複合酸化物粉末14.4g,シリカゾル(日産化学,コロイダルシリカO)7.2g、そして水7.74gをらいかい機で15分混合したスラリーをコージェライトハニカム(400セル,7.2ミル,17×17×75mm)に流し込んで塗布した。余分なスラリーをエアブローし、150℃で15分乾燥、600℃で1時間焼成を行った。LiTi複合酸化物粉末の塗布量は300g/Lである。次に、SO2酸化成分として、LiTi複合酸化物に鉄を含浸法で担持した。LiTi複合酸化物をコートしたハニカムの吸水量にあわせて硝酸鉄の水溶液を作製し、吸いきりさせた。Feの担持量はFe元素として0.1mol/Lとした。150℃で1時間乾燥後、600℃で1時間焼成し、Fe含浸して担持させたLiTi複合酸化物よりなるSOx捕捉材をコートしたハニカムを得た。 A slurry obtained by mixing 14.4 g of LiTi composite oxide powder, 7.2 g of silica sol (Nissan Chemical Co., Ltd., colloidal silica O), and 7.74 g of water for 15 minutes with a cracking machine was used as a cordierite honeycomb (400 cells, 7.2 mil, 17 × 17 × 75 mm) and applied. Excess slurry was blown with air, dried at 150 ° C. for 15 minutes, and fired at 600 ° C. for 1 hour. The application amount of the LiTi composite oxide powder is 300 g / L. Next, iron was supported on the LiTi composite oxide as an SO 2 oxidation component by an impregnation method. An aqueous solution of iron nitrate was prepared according to the water absorption amount of the honeycomb coated with the LiTi composite oxide, and sucked up. The amount of Fe supported was 0.1 mol / L as Fe element. After drying at 150 ° C. for 1 hour, the honeycomb was fired at 600 ° C. for 1 hour, and a honeycomb coated with an SOx trapping material made of LiTi composite oxide impregnated and supported was obtained.

実施例2は、SOx捕捉材を粒状とし、DPFのガス流出側から充填した例である。SOx捕捉材の成分は、実施例1と同様にLiTi複合酸化物にFeを含浸させたものである。LiTi複合酸化物は、実施例1と同様に作製した。まず、LiTi複合酸化物粉末1kgにポリビニールアルコール水溶液を100ml添加し、パン型造粒機で造粒を実施し、LiTi複合酸化物粒子を得た。   Example 2 is an example in which the SOx trapping material is made granular and filled from the gas outflow side of the DPF. The component of the SOx trapping material is obtained by impregnating Fe into a LiTi composite oxide in the same manner as in Example 1. The LiTi composite oxide was produced in the same manner as in Example 1. First, 100 ml of a polyvinyl alcohol aqueous solution was added to 1 kg of LiTi composite oxide powder, and granulation was performed with a bread granulator to obtain LiTi composite oxide particles.

ふるいを用い、LiTi複合酸化物粒子を0.5−1.0mm(平均粒径0.75mm)に分級した。この粒子140gに0.1molの割合でFeを吸い切り含浸させた。含浸には硝酸鉄水溶液を用いた。含浸後の粒子を、150℃で1時間乾燥させ、600℃で1時間焼成し、Feを含浸させたLiTi複合酸化物の粒子を得た。Feの含浸量は実施例1と同じで0.1mol/Lである。   Using a sieve, the LiTi composite oxide particles were classified to 0.5 to 1.0 mm (average particle size of 0.75 mm). 140 g of these particles were sucked and impregnated with Fe in a proportion of 0.1 mol. An iron nitrate aqueous solution was used for the impregnation. The impregnated particles were dried at 150 ° C. for 1 hour, and calcined at 600 ° C. for 1 hour to obtain LiTi composite oxide particles impregnated with Fe. The amount of Fe impregnation was the same as in Example 1 and was 0.1 mol / L.

この粒子を、気孔率42%のDPF(1セル開口部1.17×1.17mm,300セル,SiC製,長さ75mm)にガス流出側から充填した。ガス流入側に開放孔を持つセルには、LiTi複合酸化物粒子は充填しなかった。充填量はDPFのハニカム体積当たり140g/Lである。その後、バインダーとして固形分濃度(600℃焼成後の固体重量/水溶液重量)3%のTiO2ゾルと固形分濃度3%のSiO2ゾルの混合水溶液をDPF流出面側から流し込んだ。150℃で1時間乾燥、600℃で1時間焼成を行った。 The particles were filled from the gas outflow side into a DPF with a porosity of 42% (1 cell opening 1.17 × 1.17 mm, 300 cells, made of SiC, length 75 mm). A cell having an open hole on the gas inflow side was not filled with LiTi composite oxide particles. The filling amount is 140 g / L per DPF honeycomb volume. Thereafter, it poured the solids concentration (600 solids weight / solution weight ℃ after firing) 3% TiO 2 sol and mixed aqueous solution of a solid concentration of 3% SiO 2 sol from DPF outlet side as a binder. Drying was performed at 150 ° C. for 1 hour, and calcination was performed at 600 ° C. for 1 hour.

このようにして、Feを含浸させたLiTi複合酸化物よりなるSOx捕捉材を作製し、DPFに充填した。   In this way, an SOx trapping material made of a LiTi composite oxide impregnated with Fe was produced and filled in a DPF.

実施例3では、実施例1のFeをMnに変更し、SOx捕捉材を作成した例を示す。実施例1と同様にLiTi複合酸化物をハニカムにコートし、硝酸マンガン水溶液をハニカムに吸いきり含浸した。150℃で1時間乾燥後、600℃で1時間焼成し、LiTi複合酸化物にMnを含浸させたSOx捕捉材をコートしたハニカムを得た。Mnの担持量はMn元素として0.1mol/Lとした。   Example 3 shows an example in which the Fe of Example 1 is changed to Mn to create a SOx trap. In the same manner as in Example 1, the honeycomb was coated with LiTi composite oxide, and an aqueous manganese nitrate solution was sucked and impregnated into the honeycomb. After drying at 150 ° C. for 1 hour and firing at 600 ° C. for 1 hour, a honeycomb coated with a SOx trapping material in which Mn was impregnated into a LiTi composite oxide was obtained. The amount of Mn supported was 0.1 mol / L as Mn element.

実施例4では、実施例1のFeをCeに変更し、SOx捕捉材を作成した例を示す。実施例1と同様にLiTi複合酸化物をハニカムにコートし、硝酸セリウム水溶液をハニカムに吸いきり含浸した。150℃で1時間乾燥後、600℃で1時間焼成し、LiTi複合酸化物にMnを含浸させたSOx捕捉材をコートしたハニカムを得た。Ceの担持量はCe元素として0.1mol/Lとした。   Example 4 shows an example in which the Fe of Example 1 is changed to Ce to create a SOx trap. In the same manner as in Example 1, the honeycomb was coated with LiTi composite oxide, and the honeycomb was sucked and impregnated with an aqueous cerium nitrate solution. After drying at 150 ° C. for 1 hour and firing at 600 ° C. for 1 hour, a honeycomb coated with a SOx trapping material in which Mn was impregnated with LiTi composite oxide was obtained. The supported amount of Ce was 0.1 mol / L as Ce element.

(比較例1)
比較例1では、SOx酸化成分を含まないSOx捕捉材を作成した例を示す。実施例1と同様にLiTi複合酸化物をハニカムにコートした。LiTi酸化物のコート量は300g/Lである。SOx酸化成分は担持せず、比較例1のSOx捕捉材とした。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 shows an example in which an SOx trapping material that does not contain an SOx oxidation component is created. As in Example 1, the honeycomb was coated with LiTi composite oxide. The coating amount of LiTi oxide is 300 g / L. The SOx oxidation component was not carried, and the SOx trapping material of Comparative Example 1 was used.

(比較例2)
比較例2では、比較例1と同様に、SOx酸化成分を含まないSOx捕捉材を作成し、実施例2と同様のSOx捕捉材を粒子状としてハニカムに充填した形態で用いた例を示す。実施例2と同様に、DPFにSOx捕捉材としてLiTi複合酸化物の粒子を充填した。充填量はDPFのハニカム体積当たり140g/Lである。SOx酸化成分は担持しなかった。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, as in Comparative Example 1, an example is shown in which a SOx trapping material that does not contain an SOx oxidizing component is prepared and used in a form in which the same SOx trapping material as in Example 2 is filled in the form of particles. As in Example 2, the DPF was filled with LiTi composite oxide particles as an SOx trap. The filling amount is 140 g / L per DPF honeycomb volume. The SOx oxidation component was not supported.

(硫黄成分捕捉試験例)
実施例1〜4と比較例1,2で得られた各SOx捕捉材のハニカムに、硫黄分を含有するガスを流して硫黄を吸収させた後にSOxの捕捉量を測定するSOx捕捉試験を行った。SOx捕捉試験に用いたSO2を含むモデルガス組成を表1に示す。
(Example of sulfur component capture test)
A SOx trapping test was performed in which the SOx trapping material obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 was subjected to SOx trapping after measuring the amount of SOx trapped after flowing sulfur-containing gas into the honeycomb. It was. Table 1 shows the model gas composition containing SO 2 used in the SOx trapping test.

Figure 2009133247
Figure 2009133247

実施例,比較例の性能試験は、図5の試験概要で行った。ディーゼルエンジンの排ガス浄化システムを模擬し、反応管5aに上流から酸化触媒5b,SOx捕捉材5cを充填した。表1のモデルガス5dを流通させ、水ポンプ5eで水を滴下し水蒸気で供給した。試料サイズは、酸化触媒,SOx捕捉材ともに17×17×75mm(体積21.7cm3)である。SV47000h-1で8時間流通し、供給S量は、1.13gである。電気炉5fで触媒入口温度を300℃に調整した。SOx捕捉量は、SO2を含むモデルガスをSOx捕捉材に硫黄を吸収させた後、SOx捕捉材を粉砕し、S分析計を用いてS量を測定した。SOx捕捉材のSOx捕捉性能は、SOx捕捉率で表した(式1)。SOx捕捉率は望ましくは100%である。 The performance tests of the examples and comparative examples were performed according to the test outline of FIG. An exhaust gas purification system of a diesel engine was simulated, and the reaction tube 5a was filled with the oxidation catalyst 5b and the SOx trapping material 5c from upstream. The model gas 5d shown in Table 1 was circulated, and water was dropped with a water pump 5e and supplied with water vapor. The sample size is 17 × 17 × 75 mm (volume 21.7 cm 3 ) for both the oxidation catalyst and the SOx trapping material. It is distributed for 8 hours at SV47000h −1 , and the amount of supplied S is 1.13 g. The catalyst inlet temperature was adjusted to 300 ° C. in the electric furnace 5f. The SOx trapping amount was measured by using a S analyzer to measure the amount of S after pulverizing the SOx trapping material after the sulfur gas was absorbed into the SOx trapping material by the model gas containing SO 2 . The SOx trapping performance of the SOx trapping material was expressed by the SOx trapping rate (Formula 1). The SOx capture rate is desirably 100%.

SOx捕捉率=SOx捕捉量/SOx供給量×100 (式1)     SOx trapping rate = SOx trapping amount / SOx supply amount × 100 (Equation 1)

SOx捕捉試験の結果を表2に示す。   The results of the SOx capture test are shown in Table 2.

Figure 2009133247
Figure 2009133247

実施例1,3,4と、比較例1とは、いずれもハニカムにコートしてSOx捕捉材を用いた例である。比較例1のSOx捕捉率54%に対し、SOx酸化成分を用いた実施例1,3,4ではそれぞれ、61,63,62%となり6〜8ポイント向上した。比較例2と実施例2は、DPFに充填しSOx捕捉材を用いた例である。比較例2のSOx捕捉率56%に対し、実施例2では63%となり、7ポイント向上した。いずれも、SOx酸化成分のSOx捕捉率への影響が見られる。また、実施例1,3,4の例より、Fe,Mn,CeではMnの場合がもっとも効果が高かった。   Examples 1, 3, and 4 and Comparative Example 1 are examples in which a honeycomb is coated and a SOx trapping material is used. In contrast to the SOx trapping rate of 54% in Comparative Example 1, Examples 1, 3, and 4 using the SOx oxidation component were 61, 63, and 62%, respectively, improving 6 to 8 points. Comparative Example 2 and Example 2 are examples in which the DPF is filled with the SOx trapping material. In contrast to the SOx trapping rate of 56% in Comparative Example 2, it was 63% in Example 2, an improvement of 7 points. In either case, the influence of the SOx oxidation component on the SOx trapping rate is observed. Further, in the case of Fe, Mn, and Ce, the effect of Mn was the highest than those of Examples 1, 3, and 4.

このように、本発明のSOx酸化機能を付与したSOx捕捉材を用いることでSOx捕捉率が高まった。次に、このSOx捕捉率向上効果を排ガス浄化システムに必要な触媒容積として比較した。自動車のエンジン等、内燃機関からの硫黄の排出量は、燃料中の硫黄成分の濃度,車両の燃費,捕捉材を使用する期間の走行距離から概算される。例えば、ディーゼル乗用車の場合、燃料(軽油)の比重を850g/L、燃料中の硫黄濃度を15ppm、燃費を16kml、自動車が処分されるまで(もしくは捕捉材の交換まで)の走行距離を19万kmとすると、硫黄の排出量は約150gとなる。   Thus, the SOx trapping rate was increased by using the SOx trapping material imparted with the SOx oxidation function of the present invention. Next, this SOx trapping rate improvement effect was compared as a catalyst volume necessary for the exhaust gas purification system. The amount of sulfur emitted from an internal combustion engine, such as an automobile engine, is estimated from the concentration of sulfur components in the fuel, the fuel consumption of the vehicle, and the travel distance during which the trapping material is used. For example, in the case of a diesel passenger car, the specific gravity of the fuel (light oil) is 850 g / L, the sulfur concentration in the fuel is 15 ppm, the fuel consumption is 16 km, and the mileage until the vehicle is disposed (or until the trapping material is replaced) is 190,000. If km, the amount of sulfur emission is about 150 g.

硫黄排出量150gの硫黄分を捕捉するのに必要なSOx捕捉触媒の容積をSOx捕捉率から試算した。実施例及び比較例に記載したハニカム容積あたりのSOx捕捉材をコート(または充填)時に、車両走行時の試算硫黄排出量150gを捕捉するために必要なSOx捕捉材の容積は、ハニカムコートの場合、比較例1が5.3Lに対し、実施例1,3,4では4.6〜4.8Lに抑えられた。DPFに充填した場合も同様に、比較例2が5.1Lに対し、実施例2では4.6Lとなった。ハニカムコート、DPFに充填のいずれのSOx捕捉材形態でも容積を約1割削減できる。   The volume of the SOx trapping catalyst necessary for trapping the sulfur content with a sulfur emission of 150 g was calculated from the SOx trapping rate. When the SOx trapping material per honeycomb volume described in the examples and comparative examples is coated (or filled), the volume of the SOx trapping material necessary to capture 150 g of the estimated sulfur emission amount during vehicle running is the case of the honeycomb coat. Comparative Example 1 was suppressed to 4.6 to 4.8 L in Examples 1, 3 and 4 as compared to 5.3 L. Similarly, when the DPF was filled, the comparative example 2 was 5.1 L while the example 2 was 4.6 L. The volume can be reduced by about 10% in any form of the SOx trapping material filled in the honeycomb coat or DPF.

また、SOx捕捉材は、SOxを硫酸塩として捕捉する。排ガスがリーン条件(酸化雰囲気)の時は、SOx捕捉材上に捕捉されている硫酸塩は分解されにくい。しかしながら、排ガスがリッチ条件(還元雰囲気)の時は、SOx捕捉材上の硫酸塩が還元・放出されやすくなる。Pt等の貴金属は酸化,還元の両方を促進する機能を有するため、SOx捕捉材中に貴金属を含む場合、還元条件下で硫酸塩が還元され、ガスとなって放出される可能性がある。本発明のSOx捕捉材は、貴金属を含まないためリッチ条件における硫酸塩の還元によるSOxの放出が、貴金属を含む場合と比較して抑制することができる。その結果、リーン条件ではSOx捕捉率と高めたことによって、そしてリッチ条件では貴金属を含まないことより硫酸塩の還元を抑制することによって、リーンNOx触媒のSOx被毒を大幅に抑制することができ、リーンNOx触媒のNOx浄化性能を長期間維持できるようになる。   The SOx trapping material traps SOx as sulfate. When the exhaust gas is in a lean condition (oxidizing atmosphere), the sulfate trapped on the SOx trapping material is difficult to be decomposed. However, when the exhaust gas is rich (reducing atmosphere), the sulfate on the SOx trapping material is likely to be reduced and released. Since noble metals such as Pt have a function of promoting both oxidation and reduction, when the SOx trapping material contains a noble metal, the sulfate may be reduced and released as a gas under reducing conditions. Since the SOx trapping material of the present invention does not contain a noble metal, the release of SOx due to the reduction of sulfate under rich conditions can be suppressed as compared with the case of containing a noble metal. As a result, the SOx poisoning rate of the lean NOx catalyst can be greatly suppressed by increasing the SOx trapping rate under lean conditions and by suppressing the reduction of sulfate from containing no precious metals under rich conditions. In addition, the NOx purification performance of the lean NOx catalyst can be maintained for a long time.

特に、ディーゼルエンジンを含む内燃機関の排ガスの浄化に利用できる。   In particular, it can be used for purification of exhaust gas from internal combustion engines including diesel engines.

排ガス流出側からSOx捕捉材粒子を充填したSOx捕捉材の断面模式図。The cross-sectional schematic diagram of the SOx trapping material filled with SOx trapping material particles from the exhaust gas outflow side. 排ガス流入側からSOx捕捉材粒子を充填したSOx捕捉材の断面模式図。The cross-sectional schematic diagram of the SOx trapping material filled with SOx trapping material particles from the exhaust gas inflow side. ディーゼルエンジン排ガス処理のシステム図(1)。System diagram of diesel engine exhaust gas treatment (1). SOx捕捉材を塗布したハニカムの断面模式図。The cross-sectional schematic diagram of the honeycomb which apply | coated SOx trapping material. 硫黄成分捕捉試験例。Example of sulfur component capture test.

符号の説明Explanation of symbols

1a SOx捕捉材粒子
1b 目封じ
1c DPFの壁
1d 排ガスの流れ
3a 酸化触媒又は三元触媒
3b,5c SOx捕捉材
3c NOx浄化触媒
3d エンジン
4a ハニカム
4b SOx捕捉材層
5a 反応管
5b 酸化触媒
5d SO2を含むモデルガス
5e 水ポンプ
5f 電気炉
1a SOx trapping material particle 1b Seal 1c DPF wall 1d Exhaust gas flow 3a Oxidation catalyst or three-way catalyst 3b, 5c SOx trapping material 3c NOx purification catalyst 3d Engine 4a Honeycomb 4b SOx trapping material layer 5a Reaction tube 5b Oxidation catalyst 5d SO Model gas including 2 5e Water pump 5f Electric furnace

Claims (12)

内燃機関の排気流路に設置され、少なくとも排ガス中の窒素酸化物と硫黄酸化物とを浄化する排ガス浄化システムであって、硫黄成分を捕捉するSOx捕捉材と、SOx捕捉材の下流側に配置され、窒素酸化物を浄化するNOx浄化触媒とを有し、
前記SOx捕捉材は、SOx捕捉成分とSOx酸化成分とを有し、
前記SOx捕捉成分はアルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む複合酸化物を有し、
前記SOx酸化成分はFe,Mn,Ceの少なくともいずれかを含むことを特徴とする排ガス浄化システム。
An exhaust gas purification system that is installed in an exhaust passage of an internal combustion engine and purifies at least nitrogen oxides and sulfur oxides in exhaust gas, and is disposed downstream of an SOx trapping material that traps sulfur components and an SOx trapping material And a NOx purification catalyst for purifying nitrogen oxides,
The SOx trapping material has a SOx trapping component and a SOx oxidizing component,
The SOx trapping component has a complex oxide containing an alkali metal or alkaline earth metal element,
The exhaust gas purification system, wherein the SOx oxidation component contains at least one of Fe, Mn, and Ce.
請求項1の排ガス浄化システムにおいて、前記SOx捕捉材の上流側に、酸化触媒または三元触媒の少なくともいずれかを配置したことを特徴とする排ガス浄化システム。   2. The exhaust gas purification system according to claim 1, wherein at least one of an oxidation catalyst and a three-way catalyst is disposed upstream of the SOx trap. 請求項1または2に記載された排ガス浄化システムであって、前記SOx捕捉成分は、LiTiO2,Li2TiO3,Li4TiO4の少なくともいずれかを含有することを特徴とする排ガス浄化システム。 3. The exhaust gas purification system according to claim 1, wherein the SOx trapping component contains at least one of LiTiO 2 , Li 2 TiO 3 , and Li 4 TiO 4 . 請求項1ないし3のいずれかに記載された排ガス浄化システムであって、
前記SOx捕捉材は、貫通孔を有するハニカム形状の基材壁面に塗布されていることを特徴とする排ガス浄化システム。
An exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust gas purification system, wherein the SOx trapping material is applied to a honeycomb-shaped substrate wall surface having a through hole.
請求項1ないし3のいずれかに記載された排ガス浄化システムであって、
前記SOx捕捉材は粒子形状を有し、前記粒子形状のSOx捕捉材は貫通孔を有するハニカム形状の基材の開口部に充填されていることを特徴とする排ガス浄化システム。
An exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust gas purification system, wherein the SOx trapping material has a particle shape, and the particulate SOx trapping material is filled in an opening of a honeycomb-shaped base material having a through hole.
請求項1ないし3のいずれかに記載された排ガス浄化システムであって、
前記排ガス浄化システムはディーゼルパティキュレートフィルタを有し、前記SOx捕捉材は前記ディーゼルパティキュレートフィルタに充填されていることを特徴とする排ガス浄化システム。
An exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust gas purification system has a diesel particulate filter, and the SOx trapping material is filled in the diesel particulate filter.
請求項1ないし5のいずれかに記載された排ガス浄化システムであって、
前記SOx捕捉材は実質的に貴金属を含有しないことを特徴とする排ガス浄化システム。
An exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 5,
The exhaust gas purification system, wherein the SOx trapping material contains substantially no precious metal.
内燃機関の排気流路に設置され、排ガス中の硫黄酸化物を捕捉するSOx捕捉材であって、
前記SOx捕捉材は、SOx捕捉成分とSOx酸化成分とを有し、
前記SOx捕捉成分はアルカリ金属またはアルカリ土類金属元素を含む複合酸化物を有し、
前記SOx酸化成分はFe,Mn,Ceの少なくともいずれかを含むことを特徴とするSOx捕捉材。
An SOx trapping material that is installed in an exhaust passage of an internal combustion engine and traps sulfur oxide in exhaust gas,
The SOx trapping material has a SOx trapping component and a SOx oxidizing component,
The SOx trapping component has a complex oxide containing an alkali metal or alkaline earth metal element,
The SOx trapping material, wherein the SOx oxidation component contains at least one of Fe, Mn, and Ce.
請求項8に記載されたSOx捕捉材であって、前記SOx捕捉成分は、リチウムとチタンとよりなる複合酸化物を含み、前記複合酸化物のチタンに対し、リチウムのモル比が1〜4であることを特徴とするSOx捕捉材。   9. The SOx trapping material according to claim 8, wherein the SOx trapping component includes a composite oxide composed of lithium and titanium, and a molar ratio of lithium is 1 to 4 with respect to titanium of the composite oxide. A SOx trapping material characterized by being. 請求項9に記載されたSOx捕捉材であって、
前記SOx捕捉成分は、リチウムとチタンとよりなる複合酸化物にアルカリ金属またはアルカリ土類金属元素が担持されていることを特徴とするSOx捕捉材。
The SOx trapping material according to claim 9, wherein
The SOx trapping material is characterized in that an alkali metal or alkaline earth metal element is supported on a composite oxide composed of lithium and titanium.
請求項8ないし10のいずれかに記載されたSOx捕捉材であって、前記SOx捕捉材は、実質的に貴金属を含有しないことを特徴とするSOx捕捉材。   11. The SOx trapping material according to any one of claims 8 to 10, wherein the SOx trapping material does not substantially contain a noble metal. 請求項8ないし11のいずれかに記載されたSOx捕捉材であって、前記SOx捕捉成分及び前記SOx酸化成分は、担体に担持されていることを特徴とするSOx捕捉材。   12. The SOx trapping material according to any one of claims 8 to 11, wherein the SOx trapping component and the SOx oxidizing component are supported on a carrier.
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