JPH08303227A

JPH08303227A - 煤塵と窒素酸化物の除去装置の再生方法、及び煤塵と窒素酸化物の除去方法

Info

Publication number: JPH08303227A
Application number: JP7110372A
Authority: JP
Inventors: Hidenobu Wakita; 英延脇田; Kunio Kimura; 邦夫木村; Yukiyoshi Ono; 之良小野; Kenichi Nakamura; 健一中村; Yasuhiro Fujii; 康浩藤井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-05-09
Filing date: 1995-05-09
Publication date: 1996-11-19

Abstract

(57)【要約】【目的】ディーゼル機関などから排出される煤塵と窒
素酸化物を同時に除去する方法に関するもので、炭化水
素などの特殊な還元剤を用いることなく、長期にわたり
高い能力を維持できる浄化方法を提供することを目的と
している。【構成】煤塵の捕捉機能と窒素酸化物の酸化吸収機能
を有するフィルタ５により煤塵と窒素酸化物を浄化し、
窒素酸化物の吸収能力が飽和に達する前にフィルタ５を
加熱することによりフィルタ５に捕捉された煤塵を燃焼
させフィルタ５近傍を低酸素雰囲気にするとともに、フ
ィルタ５に吸収された窒素酸化物を還元し、窒素酸化物
の吸収能力を再生する。その後、煤塵の燃焼を完結させ
フィルタ５を再生する。これを繰り返すことにより、長
期にわたりディーゼル機関などから排出される煤塵と窒
素酸化物を同時に除去できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ディーゼル機
関等から排出される煤塵と窒素酸化物を同時に除去する
場合等に利用可能な、煤塵と窒素酸化物の除去装置の再
生方法、及び煤塵と窒素酸化物の除去方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、大都市圏における窒素酸化物や煤
塵による大気汚染が問題となっており、早急な対策が望
まれている。これらは、大きく分けると工場などの固定
発生源から排出されるものと、自動車などの移動発生源
から排出されるものに分けられるが、特にディーゼル車
からの窒素酸化物と煤塵はその発生量と浄化の困難さか
ら、大きな問題となっている。

【０００３】ディーゼル車における上記課題を解決する
ために、燃焼室の改善、燃料噴射系の改善、過給などに
よる給排気系の改善、排気ガス再循環などのエンジン改
良が検討されており、窒素酸化物と煤塵は低減されつつ
ある。また、上記課題を解決するため燃料や潤滑油の改
善も試みられている。

【０００４】さらに、排気ガスの後処理技術として、酸
化触媒による可燃性有機成分（ＳＯＦ）の除去や、ディ
ーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）による煤
塵の捕捉、ＮＯｘ還元触媒などの開発が進められてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ディーゼルエ
ンジンにおいては、窒素酸化物の排出抑制と煤塵の排出
抑制はトレードオフの関係にあり、エンジンの改良だけ
ではそれらの低減効果には限界がある。また燃料や潤滑
油の改善もコストの問題や技術的課題が多い。

【０００６】さらに、後処理技術である酸化触媒による
ＳＯＦの除去では、低温活性の向上と高温でのサルフェ
ート生成の抑制等の課題があり、また窒素酸化物は抑制
できないといった問題もある。また、ＤＰＦは再生時の
温度勾配による亀裂の発生が問題であり、再生方法の改
善により解決されつつあるものの、本方法においても窒
素酸化物は抑制できない。このためディーゼル車排ガス
のような酸素過剰条件下で作動するＮＯｘ還元触媒の開
発が進められているが、浄化能力の不足、還元剤の必要
性などの点から未だ研究段階である。

【０００７】このように、従来の後処理技術は、多くの
問題を抱えていると共に、いずれの方法も窒素酸化物と
煤塵を実質的に同時に除去することは困難であるといっ
た課題を有していた。

【０００８】本発明は、従来の技術のこのような課題に
鑑み、燃焼機関から排出される煤塵と窒素酸化物を実質
的に同時に除去出来、しかも、炭化水素などの特殊な還
元剤を用いることなく、従来に比べてより長期にわたり
高い除去能力を維持出来る煤塵と窒素酸化物の除去装置
の再生方法、及び煤塵と窒素酸化物の除去方法を提供す
ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、煤
塵の捕捉と窒素酸化物の吸収を行なうフィルタを加熱し
て、前記フィルタに捕捉された煤塵を燃焼させ、その燃
焼を利用して所定の還元雰囲気を作り出し、前記吸収さ
れた窒素酸化物を還元することにより、前記フィルタを
再生させる煤塵と窒素酸化物の除去装置の再生方法であ
る。

【００１０】請求項２の本発明は、煤塵の捕捉機能と窒
素酸化物の酸化吸収機能を有するフィルタにより、煤塵
と窒素酸化物を浄化し、窒素酸化物の吸収能力もしくは
煤塵捕捉能力が低下する前にフィルタを加熱することに
よりフィルタに捕捉された煤塵を燃焼させフィルタ近傍
を低酸素雰囲気にするとともに、フィルタに吸収された
窒素酸化物を還元し、窒素酸化物の吸収能力を回復させ
た後、フィルタに残留する煤塵の燃焼を完結させフィル
タを再生する煤塵と窒素酸化物の除去方法である。

【００１１】また請求項３の本発明は、例えば、フィル
タ再生時に水蒸気を加え、フィルタに捕捉された煤塵の
燃焼および煤塵の水蒸気改質を行いフィルタ近傍を低酸
素雰囲気にするとともに、フィルタに吸収された窒素酸
化物を還元させ、窒素酸化物の吸収能力を回復させた
後、フィルタに残留する煤塵の燃焼を完結させフィルタ
を再生する煤塵と窒素酸化物の除去方法である。

【００１２】さらに請求項４の本発明は、上記フィルタ
の下流に酸素供給部を設け、酸素供給部の下流に酸化機
能を有する触媒を設置し、フィルタから未燃成分が排出
された時点で、酸素供給部から酸素を含むガスを導入
し、酸化触媒により未燃成分を除去する煤塵と窒素酸化
物の除去方法である。

【００１３】請求項５の本発明は、上記酸化触媒で発生
する反応熱をフィルタ再生時の加熱に利用する煤塵と窒
素酸化物の除去方法である。

【００１４】

【作用】本発明では、例えば、用いられるフィルタの例
として、セラミックモノリシック壁流型微粒子物用フィ
ルタが挙げられる。本フィルタは、酸素過剰条件下で一
酸化窒素を二酸化窒素に酸化する機能と二酸化窒素を吸
収する機能と、さらには酸素濃度が未燃成分の燃焼に対
して化学量論比以下の雰囲気で吸収した窒素酸化物を脱
離しかつ脱離した窒素酸化物を還元する機能を有する触
媒を含む。本発明で用いられる触媒の一例として、アル
カリ土類金属もしくは希土類金属酸化物と貴金属をアル
ミナに担持した触媒が挙げられる。この触媒は、酸素過
剰条件下貴金属の酸化作用により一酸化窒素を二酸化窒
素まで酸化し、さらにＢａ，Ｌａなどの金属により硝酸
塩として吸収させることができる。また本触媒は酸素濃
度が未燃成分の燃焼に対して化学量論比以下の雰囲気で
加熱すると、吸収していた窒素酸化物を脱離しかつ脱離
した窒素酸化物を窒素に還元するとともに、未燃成分を
酸化することができる。窒素酸化物の還元と未燃成分の
燃焼は三元触媒と同様の機構であると考えられている。
なお、本触媒の窒素酸化物吸収剤として、Ｙ，Ｂａ，Ｃ
ｕを含む複合酸化物やＭｎ、Ｚｒを含む複合酸化物を用
いてもよい。

【００１５】以下、図１に示す浄化装置の構成及び動作
を述べながら、本発明の煤塵と窒素酸化物の除去装置の
再生方法、及び煤塵と窒素酸化物の同時除去方法につい
てまとめて説明する。

【００１６】通常は、フィルタ５に排気ガスを流通さ
せ、煤塵の除去と窒素酸化物の除去を上記原理で行う。
煤塵の堆積により増加する背圧もしくは窒素酸化物の吸
収能力がある一定値を越えた時点で、フィルタ５上流に
位置するバルブ２を切り換え、フィルタ５への排気ガス
の流入を停止する。一方、フィルタ５にはポンプにより
空気を供給し、ヒータ４により空気とフィルタ５の加熱
を行う。煤塵の燃焼温度は通常５００〜６００℃である
が、フィルタ５中に含まれる触媒の作用により低温での
燃焼が可能となる。触媒を用いた場合の煤塵の燃焼温度
は、雰囲気ガスや、煤塵の性状にもよるが、３００〜５
００数十℃となる。加熱により煤塵の燃焼が始まると、
フィルタ５近傍の酸素が消費される。この時点でフィル
タ５近傍が還元雰囲気になるように空気供給量を調節す
る。これによって、吸収された窒素酸化物の脱離と部分
酸化生成物による窒素酸化物の還元が触媒上で起こる。
吸収された窒素酸化物の脱離が十分に行われた時点で、
空気供給量を増し、燃焼されずにフィルタ５に残留して
いる煤塵の燃焼を完結させる。こうして、フィルタ５の
煤塵捕捉能力と窒素酸化物の吸収能力を再生させた後、
再び排気ガスの浄化を行うことにより、長期にわたり浄
化能力を維持することができる。

【００１７】なお、ディーゼル車のように排気ガス中の
硫黄酸化物も多い場合は、硫黄酸化物も触媒に吸収され
るが、吸収された硫黄酸化物も還元雰囲気下で高温にさ
らすと脱離するため、還元雰囲気下の煤塵の燃焼をさら
に高温で行うことにより、窒素酸化物吸収能力の低下を
抑制することができる。

【００１８】また、フィルタを並列に設置し片方のフィ
ルタ再生中にもう一方のフィルタで排気ガスの浄化を行
えば、実質的に連続して排気ガスの浄化ができる。

【００１９】フィルタ加熱方法として、ここでは電気ヒ
ータによる方法について述べたが、マイクロ波で煤塵を
直接加熱することも可能である。

【００２０】また、フィルタ再生時に水蒸気を加えれ
ば、より容易にフィルタ近傍の酸素分圧を低下させるこ
とができ、さらに煤塵の水蒸気改質により生成した一酸
化炭素や水素のような燃焼し易く還元力の強い物質によ
り、吸収された窒素酸化物の窒素への変換効率を向上さ
せることができる。この場合には、白金やニッケルのよ
うな水蒸気改質を促進させる触媒をフィルタに含有させ
ることが望ましい。なお、吸収された窒素酸化物の脱離
が完了した時点で、フィルタ上に残った煤塵と水蒸気改
質により析出した炭素を燃焼により取り除く操作は上記
で示した方法と同様である。

【００２１】さらに、吸収された窒素酸化物の窒素への
還元時に、部分酸化生成物が発生するといった課題があ
るが、フィルタの下流に酸素供給部を設け、酸素供給部
の下流に酸化機能を有する触媒を設置し、酸素供給部か
ら酸素を含むガスを導入し、酸化触媒により未燃成分を
酸化することによりこれを解決することができる。

【００２２】また、酸化触媒により未燃成分を除去する
方法では、酸化触媒をフィルタ近傍に設置することによ
り、未燃成分酸化時に発生する反応熱をフィルタの加熱
に利用することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００２４】本発明にかかる煤塵と窒素酸化物の除去方
法の代表的な一実施例を、図１を利用して述べながら、
他の発明にかかる煤塵と窒素酸化物の除去装置の再生方
法についても同時に説明する。ここで、煤塵と窒素酸化
物の除去装置は、本実施例のフィルタ５に対応する。

【００２５】図１において、１は排気ガス導入管、２は
バルブ、３は空気供給部、４はヒータ、５はフィルタ、
６はフィルタ保持容器、７はバイパス、８は排気ガス排
出管である。

【００２６】以下に具体的な例について、更に詳しく説
明する。

【００２７】＜実施例１＞３リットルの容積のムライト
質の排ガスフィルタにアルミナと酸化ランタンと酸化バ
リウムと酸化セリウムおよび貴金属を含む触媒計３００
ｇを担持した。触媒中の酸化ランタンは５０ｗｔ％と
し、貴金属はＰｔとＲｈを計５ｇ／ｌ担持した。

【００２８】このフィルタ５を排気量２４００ｃｃの直
接噴射式ディーゼルエンジンの排気部に設置し、フィル
タ５の上流部にバルブ２を設け、排気ガスをそのまま排
出できるバイパス７を設置した。さらに、フィルタ５前
面にヒータ４を設け、ヒータ４とバルブ２の間に空気供
給部３を設けた。なお、空間速度は６００００ｈ^-1と
し、排出ガスは化学発光式ＮＯｘ分析計、炭化水素計、
ガスクロマトグラフで分析した。

【００２９】このときの、フィルタ５入り口ガスの組成
は、一酸化窒素約５００ｐｐｍ、二酸化硫黄約１００ｐ
ｐｍ、全炭化水素量（メタン換算）約５００ｐｐｍ、二
酸化炭素約４％、酸素約１５％、水約１０％であった。

【００３０】一酸化窒素は、実験開始時には９０％程度
除去率でき、時間と共に除去率は低下した。除去率が３
０％をきった時点で、バルブ２によりフィルタ５に流通
させる排ガスをバイパス７に流し、さらに空気供給部３
より空気を約１ｌ／ｍｉｎ供給するとともに、ヒータ４
の加熱を開始した。煤塵の燃焼が始まった時点で、排出
された窒素酸化物濃度が一時的に高くなったが、すぐに
低下した。フィルタ５の温度が約６５０℃になり、十分
に硫黄化合物の脱離を行った後フィルタ５に流通させる
空気の供給量を上げ、フィルタ５に蓄積した煤塵の燃焼
を完結させた。通常運転時の排出窒素酸化物の量とフィ
ルタ５再生時に排出された窒素酸化物の量から、窒素酸
化物の平均除去率を求めたところ３３％であった。

【００３１】なお、ここでは再生に空気を用いたが、低
酸素分圧である排気ガスの一部を再生ガスとして用いる
ことも可能である。この場合には、吸気絞りまたは排気
絞りを用いるスロットリングにより、再生時の排気ガス
の燃焼温度をあげれば、より効率的な再生が可能であ
る。

【００３２】＜実施例２＞実施例１で用いたフィルタ５
の触媒に酸化ニッケルを含有させた。酸化ニッケルの重
量は触媒中に１０ｗｔ％となるようにした。

【００３３】まず、実施例１と同様に、窒素酸化物の吸
収と煤塵の捕捉を行い、再生時に空気供給部３より５０
ｖｏｌ％の水蒸気を含んだ空気を約１ｌ／ｍｉｎで流通
させ、フィルタ５の温度が６５０℃になった時点で水蒸
気の供給を停止し空気のみを流通させ、実施例１と同様
に煤塵の燃焼を完結させた。この条件で、通常運転時の
排出窒素酸化物の量とフィルタ５再生時に発生した窒素
酸化物の量から、窒素酸化物の平均除去率を求めたとこ
ろ３８％と実施例１の場合に比べ窒素酸化物除去率が向
上した。

【００３４】以上の結果より、再生時にフィルタに水蒸
気を添加することにより、吸収された窒素酸化物の窒素
への還元が促進されることがわかった。

【００３５】＜実施例３＞１リットルの容積のコージェ
ライトのハニカムにアルミナとＰｔとＲｈおよび酸化セ
リウムを含む触媒計１００ｇを担持させ、酸化触媒１６
を調製した。

【００３６】（図２）に示すように、フィルタ１３の下
流に未燃成分浄化用空気供給部１５を設け、未燃成分浄
化用空気供給部１５の下流に酸化触媒１６を設置し、酸
化触媒１６を加熱するヒータ１７を設けた。

【００３７】まず、実施例１と同様に、窒素酸化物の吸
収と煤塵の捕捉を行った。その後再生時には、未燃成分
浄化用空気供給部１５から空気を１ｌ／ｍｉｎで供給
し、ヒータ１７により酸化触媒１６を４５０℃に加熱し
た。再生は、実施例１と同様の方法で行い、再生が終了
した時点で未燃成分浄化用空気供給部１５からの空気の
導入を停止し、酸化触媒１６の加熱も停止した。なお、
再生時に、酸化触媒１６の下流の炭化水素濃度を炭化水
素計で測定し、実施例１の場合と比較したところ、再生
時に排出される全炭化水素量が酸化触媒１６を設置して
いない場合の１７％となり、大きく減少していた。

【００３８】この結果、酸化触媒により、再生時に発生
する未燃成分の量を大きく低減できることがわかった。

【００３９】＜実施例４＞（図３）に示すようにフィル
タ保持容器２５の外周を囲む形に中心部をくり貫いたコ
ージェライトハニカムを作成した。なお、ハニカム容積
は１リットルとした。このハニカムに実施例３と同様に
触媒を担持することにより、酸化触媒２７を調製し、フ
ィルタ保持容器２５を覆う形で設置した。

【００４０】一方、フィルタ２４からの排出ガスが、酸
化触媒２７を通過するように流路を変更し、フィルタ２
４と酸化触媒２７の間に未燃成分浄化用空気供給部２６
を設けた。さらに、酸化触媒保持容器の外周を加熱でき
るようヒータ２８を設けた。

【００４１】まず、実施例１と同様に、窒素酸化物の吸
収と煤塵の捕捉を行った。その後再生時に、未燃成分浄
化用空気供給部２６から空気を１ｌ／ｍｉｎで供給し、
酸化触媒２７を４５０℃に加熱した。フィルタ２４の再
生は、実施例１と同様の方法で行い、再生が終了した時
点で未燃成分浄化用空気供給部２６の空気の導入を停止
し、酸化触媒２７の加熱も停止した。この間、硫黄化合
物の脱着終了時までの時間を測定したところ、実施例１
の場合の約３／５に時間が短縮されていることがわかっ
た。

【００４２】以上の結果より、酸化触媒により未燃成分
を除去する方法では、本酸化触媒をフィルタ近傍に設置
することにより、反応熱をフィルタの加熱に利用するこ
とができ、効率的にフィルタの再生を行うことができる
ことがわかった。

【００４３】尚、上記実施例では、フィルタ５に吸収さ
れた窒素酸化物を還元することによって、フィルタの窒
素酸化物の吸収能力を再生しその後、そのフィルタに捕
捉された煤塵の燃焼を完結させることにより、フィルタ
を再生させる場合について説明したが、これに限らず例
えば、フィルタに吸収された窒素酸化物を還元する際
に、低酸素雰囲気のもとで行われる煤塵の燃焼によっ
て、フイルタの煤塵の捕捉能力がある程度回復しておれ
ば、窒素酸化物の吸収能力を再生した後、更に上記のよ
うな煤塵の燃焼を行う必要はない。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、例えば炭化水素などの特殊な還元剤を用いるこ
となく、従来に比べてより一層長期にわたり高い浄化能
力を維持することができるという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いた浄化装置の実施例の断面を示す
図である。

【図２】本発明で用いた、酸化触媒を備えた浄化装置の
実施例の断面を示す図である。

【図３】本発明で用いた、酸化触媒で発生する熱をフィ
ルタ再生に利用する浄化装置の実施例の断面を示す図で
ある。

【符号の説明】

１排気ガス導入管２バルブ３空気供給部４ヒータ５フィルタ６フィルタ保持容器７バイパス８排気ガス排出管９排気ガス導入管１０バルブ１１空気供給部１２ヒータ１３フィルタ１４フィルタ保持容器１５未燃成分浄化用空気供給部１６酸化触媒１７ヒータ１８バイパス１９排気ガス排出管２０排気ガス導入管２１バルブ２２空気供給部２３ヒータ２４フィルタ２５フィルタ保持容器２６未燃成分浄化用空気供給部２７酸化触媒２８ヒータ２９バイパス３０排気ガス排出管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｎ 3/02 ３４１Ｆ０１Ｎ 3/02 ３４１Ｚ 3/22 ＺＡＢ 3/22 ＺＡＢ３０１３０１Ｚ 3/24 ＺＡＢ 3/24 ＺＡＢＥ (72)発明者中村健一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者藤井康浩大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】煤塵の捕捉と窒素酸化物の吸収を行なう
フィルタを加熱して、前記フィルタに捕捉された煤塵を
燃焼させ、その燃焼を利用して所定の還元雰囲気を作り
出し、前記吸収された窒素酸化物を還元することによ
り、前記フィルタを再生させることを特徴とする煤塵と
窒素酸化物の除去装置の再生方法。
【請求項２】煤塵の捕捉機能と窒素酸化物の酸化吸収
機能を有するフィルタにより、煤塵と窒素酸化物を浄化
し、窒素酸化物の吸収能力もしくは煤塵の捕捉能力が低
下する前に前記フィルタを加熱することにより前記フィ
ルタに捕捉された煤塵を燃焼させ前記フィルタ近傍を低
酸素雰囲気にするとともに、前記フィルタに吸収された
窒素酸化物を還元し、窒素酸化物の吸収能力を回復させ
た後、前記フィルタに残留する煤塵の燃焼を完結させ前
記フィルタを再生することを特徴とする煤塵と窒素酸化
物の除去方法。
【請求項３】煤塵の捕捉機能と窒素酸化物の酸化吸収
機能を有するフィルタにより、煤塵と窒素酸化物を浄化
し、窒素酸化物の吸収能力もしくは煤塵の捕捉能力が低
下する前に前記フィルタを加熱し、かつ水蒸気を加える
ことにより前記フィルタに捕捉された煤塵の燃焼および
煤塵の水蒸気改質を行い前記フィルタ近傍を低酸素雰囲
気にするとともに、前記フィルタに吸収された窒素酸化
物を還元し、窒素酸化物の吸収能力を回復させた後、前
記フィルタに残留する煤塵の燃焼を完結させ前記フィル
タを再生することを特徴とする煤塵と窒素酸化物の除去
方法。
【請求項４】フィルタの下流に酸素供給部を設け、前
記酸素供給部の下流に酸化機能を有する触媒を設置し、
前記フィルタから未燃成分が排出された時点で、前記酸
素供給部から酸素を含むガスを導入し、前記酸化触媒に
より前記未燃成分を除去することを特徴とする請求項２
または３記載の煤塵と窒素酸化物の除去方法。
【請求項５】酸化触媒で発生する反応熱をフィルタ再
生時の加熱に利用することを特徴とする請求項４に記載
の煤塵と窒素酸化物の除去方法。