JP4736162B2 - HC trap catalyst - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス成分の低減材、及び炭化水素吸着材に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車等のエンジンや各種燃焼器の排気ガスを浄化するために、ゼオライト(結晶性アルミノケイ酸塩)に各種の金属を担持させたゼオライト系浄化材を採用することが検討されている。しかし、例えば自動車エンジンの排気ガス温度は800℃以上、さらには900℃以上になることがあるのに対し、ゼオライトは耐熱性が低く、高温のガスに晒されると劣化するという問題がある。
【0003】
この問題に対して、特開平11−076826号公報には、活性金属成分を担持したゼオライト触媒粒子を、層状ケイ酸塩を原料とするシリカ微粒子で覆うことにより、触媒の熱的安定性を高めることが記載されている。また、そのようなゼオライト触媒粒子として、ケイバン比(Al2O3に対するSiO2のモル比)40のプロトン型のβ型ゼオライトにAgを担持させたものが記載されている。
【0004】
また、特開平6−287015号公報には、ケイバン比10〜200のβ型ゼオライトの製法が記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如くβ型ゼオライトは吸着材や触媒に利用することができ、これに各種の遷移金属を担持させれば、吸着性能ないしは触媒性能が向上することが期待される。しかし、従来は熱的安定性が低いという欠点から、高温のガスに晒される場合には有効に利用することができないという問題がある。すなわち、金属を担持させたβ型ゼオライトが高温のガスに晒されると、担持されている金属が移動してシンタリングを起こすとともに、β型ゼオライト自身もその結晶格子の歪みが大きくなって崩壊する。
【0006】
そこで、本発明は、β型ゼオライトに遷移金属を担持させてなる炭化水素吸着材を利用したHCトラップ触媒の耐熱性を向上させることを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、このような課題に対して、β型ゼオライトのケイバン比を高めることによって、その解決が図れることを見出し、本発明を完成した。
【0008】
本発明は、エンジンの排気通路に設けられるHCトラップ触媒であって、
担体上にHCトラップ層が形成されているとともに、該HCトラップ層の上に三元触媒層が形成されており、
上記HCトラップ層は、エンジンの排気ガスを接触させて該排気ガス中の炭化水素を吸着させる炭化水素吸着材を有し、
上記炭化水素吸着材は、β型ゼオライトと、該β型ゼオライトに担持されたAgとを備え、
上記β型ゼオライトのケイバン比が120以上であり、
上記Agの担体1L当たりの担持量が5〜30gであることを特徴とする。
【0009】
すなわち、β型ゼオライトを構成するAlはSiよりも価数が1つ少ないからβ型ゼオライトが高温の排気ガスに晒されたときにその結晶格子の歪を大きくする因子となる。β型ゼオライトの結晶格子の歪みが大きくなると、これに担持されている遷移金属の移動・シンタリングを招き易くなると考えられる。
【0010】
これに対して、本発明の場合、β型ゼオライトのケイバン比が高い(120以上)ということは、その結晶格子を歪ませるAlが少ないということである。従って、高温の排気ガスに晒されても、Agの移動・シンタリングが少なくなり、また、β型ゼオライト自体も崩壊し難くなり、炭化水素吸着材としての機能の低下が抑えられる。
【0011】
上記β型ゼオライトはエンジンの排気ガス中の炭化水素を良く吸着する性質があるが、従来は排気ガス温度が150℃ぐらいになると吸着していた炭化水素の放出量が多くなる。この炭化水素は三元触媒によって別途酸化させる必要があるところ、150℃程度の温度では一般には三元触媒が活性を呈する状態になっていない。従って、炭化水素が浄化されないまま大気中に放出される状態を生ずる。これに対して、Agをβ型ゼオライトに担持させると、炭化水素の放出温度が高温側にずれ、三元触媒による炭化水素の浄化に有利になる。この炭化水素放出時にはその酸化のための酸素(酸化剤)が不足するおそれがあるから、エンジンの空燃比をリーンすること、又は2次エアを三元触媒の上流側に供給することが好ましい。
【0012】
また、上記Ag担持量が少なすぎると、Agによる炭化水素放出温度の上昇効果を十分に得ることができず、また、Ag担持量が多すぎると、コスト高になるだけでなくAgの移動・シンタリングの問題を生じ易い。担体1L当たりのAgの担持量としては5〜30g、あるいは7〜25gが好ましい。本発明によれば、Agの移動・シンタリングが少ないことから、Agを多量に担持させなくてもβ型ゼオライトの炭化水素放出温度を高くした状態を維持することができる。
【0013】
そうして、エンジンの排気ガスは、例えばエンジンを加速運転したとき等において800℃以上、あるいは900℃以上になることがある。従って、炭化水素吸着材は、Agの移動・シンタリング、β型ゼオライトの崩壊を招かないようにし、炭化水素吸着量の減少、吸着した炭化水素の放出温度の低下を抑制することが望まれる。これに対して、β型ゼオライトのケイバン比を150以上にすると、さらには200以上にすると、排気ガスが高温になったときの、Agの移動やシンタリングが防止され、また、β型ゼオライトの崩壊も防止される。上記ケイバン比は300以上であることがより好ましい。
【0014】
また、上述の如く、β型ゼオライトのケイバン比が高く、排気ガスが高温になったときのAgの移動が少ないから、三元触媒を構成する貴金属、例えばPdやPtにAgが結合してその活性を低下させる懸念、例えば三元触媒の浄化開始温度が高くなる懸念は少ない。β型ゼオライトのケイバン比は1000程度にまで高めることができ、それによって、炭化水素吸着材の耐熱性がさらに高まることになる。
【0015】
【発明の効果】
以上のように本発明のHCトラップ触媒は、HCトラップ層の上に三元触媒層が形成されており、上記HCトラップ層は、エンジンの排気ガスを接触させて該排気ガス中の炭化水素を吸着させる炭化水素吸着材を有し、該炭化水素吸着材は、β型ゼオライトと、該β型ゼオライトに担持されたAgとを備え、このβ型ゼオライトのケイバン比が120以上であり、Agの担体1L当たりの担持量が5〜30gであるから、β型ゼオライトの炭化水素放出温度が高温側にずれ、三元触媒による炭化水素の浄化に有利になり、しかも、排気ガスの温度が800℃以上あるいは900℃以上になっても、Agの移動やシンタリング、β型ゼオライトの崩壊が避けられ、Ag担持量の低減が可能になるとともに、三元触媒を構成する触媒金属にAgが結合してその活性を低下させる懸念、例えば三元触媒の浄化開始温度が高くなる懸念は少なく、β型ゼオライトの炭化水素放出温度を高くした状態を長期間にわたって維持し、三元触媒によって炭化水素を浄化する上で有利になる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0017】
この実施形態は、自動車の燃料噴射式ガソリンエンジンの排気ガスの浄化に本発明を適用した例である。図1において、1はそのエンジン本体、2は吸気通路、3は排気通路である。吸気通路2はサージタンク4を有し、それよりも上流側にスロットル弁5が設けられ、また、吸気ポートに向けて燃料噴射弁6が設けられている。燃焼室7には点火栓9が設けられている。排気通路3にはその上流側の部位から順に空燃比センサ11、三元触媒12,HC(炭化水素)トラップ触媒13が設けられている。
【0018】
三元触媒12は、低温活性のものであり、コージェライト製ハニカム担体にアルミナとセリア・プラセオジウム複合酸化物とバインダ(水和アルミナ)との混合層を形成し、この混合層にPt、Pd及びRhを各々溶液にして含浸担持させたものである。この3種の金属を合わせた担持量(担体1L当たりの担持量のこと、以下、同じ。)は4.0g/L、3種の金属の質量比はPt:Pd:Rh=1:17:3である。ハニカム担体は、断面積約6.45cm2 (1平方インチ)当たりのセル数が600、相隣るセルを隔てる壁厚が約0.15mm(6ミリインチ)、容量0.7Lのものである。この上流側触媒12では担体容量0.7Lのものを2つ直列に並べて構成している。
【0019】
HCトラップ触媒13は、炭化水素吸着材に三元触媒材を組み合わせてなるものであり、図2に示すように、担体14の表面にHCトラップ層15が形成され、その上に三元触媒層16が形成されている。担体14は、断面積約6.45cm2 (1平方インチ)当たりのセル数が400、相隣るセルを隔てる壁厚が約0.15mm(6ミリインチ)、容量1.0Lのコージェライト製ハニカム担体である。
【0020】
HCトラップ層15は、β型ゼオライトとバインダ(水和アルミナ)との混合層にAgを溶液にして含浸担持させてなるものである。β型ゼオライトの担持量は160g/L、バインダの担持量はβ型ゼオライト担持量の20%量となるようにした。β型ゼオライトのケイバン比は120以上であり、Ag担持量は5〜30g/Lである。
【0021】
三元触媒層16は、アルミナとセリア・プラセオジウム複合酸化物とバインダとの混合層を形成し、この混合層にPdを溶液にして含浸担持させたものである。Pdの担持量は5.7g/Lである。アルミナとセリア・プラセオジウム複合酸化物との質量比は3:1、バインダ担持量は、アルミナとセリア・プラセオジウム複合酸化物とを合わせた担持量の10%量である。
【0022】
HCトラップ触媒13の製法は次の通りである。
【0023】
−HCトラップ層15の形成−
β型ゼオライトとバインダとを混合し、これに水と硝酸とを加え、ディスパーサで混合撹拌し、スラリーを得る。硝酸はβ型ゼオライト1kg当たり30gとした。
【0024】
上記スラリーにハニカム担体を浸し、引き上げて余分なスラリーをエアブローで除去する操作を繰り返すことにより、所定量のスラリーを当該担体にコーティングする。しかる後、200℃での乾燥後、500℃で焼成する。
【0025】
硝酸銀をイオン交換水に溶解し、これを上記ハニカム担体のコート層に含浸させる。しかる後、200℃の温度まで1時間かけて昇温し、その温度に2時間保持した後、500℃の温度まで5時間かけて昇温し、その温度に2時間保持することにより、硝酸根を除去する。Ag担持量を7.5g/Lとする場合は、硝酸銀12gを200mLのイオン交換水に溶解する。
【0026】
−三元触媒層16の形成−
三元触媒層16の形成方法は上記HCトラップ層15の形成と基本的には同じである。すなわち、アルミナとセリア・プラセオジウム複合酸化物とバインダとを混合し、これにこれに水と硝酸とを加え、ディスパーサで混合撹拌してスラリーを得る。このスラリーをハニカム担体のHCトラップ層15の上に先と同様にしてコーティングし、同様の乾燥・焼成処理を行なう。しかる後、硝酸パラジウムのイオン交換水溶液を当該コート層に含浸させ、先と同様の手順で乾燥・焼成する。
【0027】
<β型ゼオライトのケイバン比及びAg担持量の影響>
β型ゼオライトとして、ケイバン比が25のもの、125のもの、150のもの、並びに300のものを準備し、Ag担持量を0〜30g/Lの間で適宜変えてなる種々のHCトラップ触媒を調製した。これらのHCトラップ触媒に2種類のエージング処理(熱処理)を施したものを準備した。一つは800℃に24時間保持したものであり、他の一つは900℃に24時間保持したものである。なお、β型ゼオライトはいずれもZEOLYST社の製品であり、ケイバン比25、150及び300のβ型ゼオライトの商品名は次の通りである。
【0028】
ケイバン比 25のβ型ゼオライト;CP814E−22
ケイバン比150のβ型ゼオライト;CP811E−150
ケイバン比300のβ型ゼオライト;CP811C−300
【0029】
上記エージング処理後の各HCトラップ触媒を固定床流通式反応評価装置に取り付け、不純物の除去等を目的とする前処理を行なった。しかる後、次の組成の模擬排気ガスを最初は温度80℃で10分間流し、次にこのガスの流通を継続しながらそのガス温度を1分間に30℃の速度で400℃にするまで高めていくという操作を行なった、このときの、HCトラップ触媒を通過したガス、すなわち、この触媒の下流側ガスのHC(炭化水素)濃度を測定することにより、そのHC吸着量を測定した。
【0030】
(模擬排気ガス組成)
ベンゼン;82ppm,NO;1000ppm,O2;0.6%,
CO;0.6%,H2;0.2%,CO2;13.9%,残りN2
【0031】
HCトラップ触媒を通過した下流側ガスのHC濃度は、模擬排気ガスの流通を開始した当初は25ppm程度であるが、HCの吸着が進むにつれて徐々に高くなる。その後、下流側ガスのHC濃度は、当該模擬排気ガスの元のHC濃度82ppmを越えるが(見かけ上のHC放出開始)、HCトラップ触媒の三元触媒層が活性を示し始め、HCの酸化が始まることにより、下流側ガスのHC濃度は急激に低下し、最終的には略零になる(HC浄化率が100%近くになる。)。
【0032】
この場合、下流側ガスのHC濃度は、当該模擬排気ガスの元のHC濃度を越える時期が遅くなるほど、つまり元のHC濃度を越えるときのガス温度が高いほど三元触媒層でHCが酸化浄化される量が多くなるから、HCの浄化に有利になる。ここでいうHC吸着量は、模擬排気ガスの流通を開始してから下流側ガスのHC濃度が元のHC濃度を越えるまでの総吸着量である。このHC吸着量が多いということは、上述のエージング処理にも拘わらずHCトラップ触媒の熱劣化の程度が低いことを意味し、また、それはHCトラップ層が比較的高い温度になるまでHCを吸着していることに通ずる。
【0033】
HC吸着量の測定結果は図3に示されている。まず、ケイバン比とエージング処理後のHC吸着量との関係をみる。
【0034】
HCトラップ触媒を800℃に24時間保持したケース(800℃×24hエージング)をみると、β型ゼオライトのケイバン比が25のもの(以下、β25という。)とそのケイバン比が300のもの(以下、β300という。)とでは、後者の方がAg担持量20g/L以下の場合にHC吸着量が多くなっているが、それほど大きな差はない。ケイバン比150のもの(以下、β150という。)はAg担持量20g/LのときにHC吸着量がかなり高くなっているが、その理由は定かでない。
【0035】
900℃に24時間保持したケース(900℃×24hエージング)をみると、ケイバン比125(β125という。)やβ150ではβ25よりもHC吸着量が多くなっており、β300になると、HC吸着量が格段と多くなっている。そこで、800℃×24hエージングのときから900℃×24hエージングになったときのHC吸着量の低下度合に注目すると、β300の場合はその低下度合がそれほど大きくないが、β150、β25になると、その低下度合がかなり大きくなっている。
【0036】
すなわち、ケイバン比125、150の付近では多少のバラツキがあるが、ケイバン比25の場合よりもエージング処理後のHC吸着量が多く、ケイバン比300になると、そのHC吸着量が格段に多くなっている。これから、ケイバン比120以上あるいは125以上にすること、150あるいは200以上にすること、さらには300以上にすることは、HCトラップ触媒の耐熱性向上に有利であることがわかる。
【0037】
次にAg担持量とエージング処理後のHC吸着量との関係をみると、800℃×24hエージングのときの各ケイバン比でHC吸着量が高くなるAg担持量は次の通りである。
β25 …Ag担持量 7.5g/L
β150…Ag担持量20.0g/L
β300…Ag担持量7.5〜10.0g/L
【0038】
900℃×24hエージングのときは次の通りである。
β25 …Ag担持量 7.5g/L
β125…Ag担持量 7.5g/L
β150…Ag担持量 7.5g/L
β300…Ag担持量20.0g/L
【0039】
β150でAg担持量20.0g/Lの場合の800℃×24hエージングでのHC吸着量の測定値は少し特異的であるが、その他の場合はAg担持量が概ね7.5〜20g/Lの範囲にあるときにHC吸着量が高くなり、その範囲でもどちらかという担持量が低い時にHC吸着量が高くなっている。Ag担持量が上記範囲よりも低いときにHC吸着量が少なくなるのは、Agの有するβ型ゼオライトのHC放出温度を高温側にずらす効果を得る上でAg量が十分でないためと考えられる。
【0040】
また、Ag担持量が20g/L、30g/Lと多くなったときに、HC吸着量が少なくなる傾向にあるのは、エージングによってAgがシンタリングし易くなるためであり、また、AgがHCトラップ層から三元触媒層に移動してPdと化合し、その活性を低下させる、すなわち、三元触媒層のHC浄化開始温度が高くなるためと考えられる。しかし、ケイバン比が150、300と高くなると、Ag担持量が20g/L程度でもHC吸着量は高い(β150の800℃×24hエージング、β300の900℃×24hエージングではAg担持量20g/LにHC吸着量のピークが現れている。)。これは、ケイバン比が高くなることにより、β型ゼオライトの結晶構造の安定度が増し、Agの移動ないしはシンタリングが防がれているためと考えられる。
【0041】
また、上述の如くケイバン比が高いときにβ型ゼオライトの熱安定性が高まり、HC吸着能が高くなるということは、所期の吸着能を得るためのAg担持量を従来よりも少なくすることができることを意味し、それは、単にコスト低減に有利になるだけでなく、HCトラップ層から三元触媒層へのAgの移動量も少なくなり、この三元触媒層の劣化防止に有利になることを意味する。
【0042】
本発明に係るHCトラップ触媒を自動車エンジンの排気ガスの浄化に利用する場合、HCトラップ層からHCが放出されるときは、エンジン本体からもHCが排出されるから、HCトラップ触媒で浄化すべきHC量が一時的に多くなる。従って、HCトラップ層からHCが放出されるときにおいてエンジンの空燃比がリーンになっていないときは、そのHCの浄化に必要な酸化剤を確保すべく、エンジンの空燃比をリーン側に制御するか、あるいは2次エア供給手段を別途設けておいて該手段を作動させて排気通路のHCトラップ触媒に2次エアを供給することが好ましい。
【0043】
このような空燃比のリーン化又は2次エアの供給は、HCトラップ触媒のHC放出量の増大を検出し、その検出から所定時間(例えば1〜7分間程度)行なうようにすれば良い。例えば、排気通路に排気ガスの温度を検出するセンサを設け、排気ガス温度が120℃ないしは150℃以上に上昇したときにHCの放出量が増大したと判別する方法、あるいは温度センサに代えてエンジンの運転状態の履歴等からHCの放出量増大を検出する方法を採用することができる。
【0044】
また、HCトラップ触媒の位置を図1の排気マニホールド12aのすぐ下流の三元触媒の位置に配置したり、三元触媒のすぐ下流に配置した場合は、HCトラップ触媒が900℃以上の高温になりやすい。従って、本発明はこのようなレイアウトにより適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る自動車エンジンの吸排気系構成を示す正面図。
【図2】 本発明に係るHCトラップ触媒の層構造を示す断面図。
【図3】 様々のケイバン比のβ型ゼオライトをHCの吸着に利用したときの、エージング処理後のHC吸着量とAg担持量との関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
1 エンジン本体
2 吸気通路
3 排気通路
4 サージタンク
5 スロットル弁
6 燃料噴射弁
7 燃焼室
9 点火栓
11 空燃比センサ
12 三元触媒
13 トラップ触媒
14 担体
15 HCトラップ層
16 三元触媒層 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas component reducing material and a hydrocarbon adsorbing material.
[0002]
[Prior art]
In order to purify exhaust gases from engines such as automobiles and various combustors, it has been studied to employ a zeolitic purification material in which various metals are supported on zeolite (crystalline aluminosilicate). However, for example, the exhaust gas temperature of an automobile engine may be 800 ° C. or higher, and further 900 ° C. or higher. On the other hand, zeolite has a low heat resistance, and deteriorates when exposed to high-temperature gas.
[0003]
In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-077686 discloses that the catalytic stability of the catalyst is enhanced by covering the zeolite catalyst particles carrying the active metal component with silica fine particles made from layered silicate. It is described. Further, as such zeolite catalyst particles, there are described particles in which Ag is supported on proton type β-type zeolite having a caivan ratio (a molar ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 ) of 40.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-287015 describes a method for producing a β-type zeolite having a Keiban ratio of 10 to 200.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, β-type zeolite can be used as an adsorbent or a catalyst. If various transition metals are supported on the zeolite, it is expected that the adsorption performance or the catalyst performance is improved. However, there is a problem in that it cannot be used effectively when it is exposed to a high-temperature gas due to the drawback of low thermal stability. That is, when the β-type zeolite carrying a metal is exposed to a high-temperature gas, the supported metal moves and causes sintering, and the β-type zeolite itself collapses due to a large distortion of its crystal lattice. .
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to improve the heat resistance of an HC trap catalyst using a hydrocarbon adsorbent obtained by loading a transition metal on a β-type zeolite.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has found that this problem can be solved by increasing the caiban ratio of β-type zeolite, and has completed the present invention.
[0008]
The present invention is an HC trap catalyst provided in an exhaust passage of an engine,
An HC trap layer is formed on the carrier, and a three-way catalyst layer is formed on the HC trap layer.
The HC trap layer has a hydrocarbon adsorbent that makes the exhaust gas of the engine contact and adsorbs hydrocarbons in the exhaust gas,
The hydrocarbon adsorbent comprises β-type zeolite and Ag supported on the β-type zeolite,
The β-type zeolite has a cayban ratio of 120 or more,
The amount of Ag supported per liter of the carrier is 5 to 30 g .
[0009]
That is, Al constituting the β-type zeolite has one valence less than that of Si. Therefore, when the β-type zeolite is exposed to high-temperature exhaust gas, it becomes a factor that increases the distortion of the crystal lattice. It is considered that when the distortion of the crystal lattice of β-type zeolite increases, the transition metal supported on the β-type zeolite is likely to move and sinter.
[0010]
On the other hand, in the case of the present invention, the β-type zeolite having a high caiban ratio (120 or more) means that there is little Al that distorts the crystal lattice. Accordingly, even when exposed to high-temperature exhaust gas, movement and sintering of Ag is reduced, also become less likely to collapse β-type zeolite itself, Ru reduction in the function of the hydrocarbon adsorbent is suppressed.
[0011]
The β-type zeolite has a property of adsorbing hydrocarbons in engine exhaust gas well, but conventionally, when the exhaust gas temperature reaches about 150 ° C., the amount of adsorbed hydrocarbons increases. The hydrocarbon Where it is necessary to separately oxidized by the three-way catalyst, generally not in the state the three-way catalyst exhibits activity at about 0.99 ° C.. Therefore, a state occurs in which hydrocarbons are released into the atmosphere without being purified. On the other hand, when Ag is supported on β-type zeolite, the hydrocarbon release temperature shifts to the high temperature side, which is advantageous for the purification of hydrocarbons using a three-way catalyst. Since oxygen (oxidant) for the oxidation may be insufficient when the hydrocarbon is released, it is preferable to lean the air-fuel ratio of the engine or supply secondary air to the upstream side of the three-way catalyst.
[0012]
Further, if the amount of Ag supported is too small, the effect of increasing the hydrocarbon release temperature due to Ag cannot be obtained sufficiently. If the amount of Ag supported is too large, not only the cost is increased but also the movement of Ag Prone to sintering problems. The supported amount of Ag per liter of the carrier is preferably 5 to 30 g, or 7 to 25 g. According to the present invention, since there is little movement / sintering of Ag, it is possible to maintain a state in which the hydrocarbon release temperature of the β-type zeolite is increased without carrying a large amount of Ag.
[0013]
Thus, the exhaust gas of the engine may be 800 ° C. or higher, or 900 ° C. or higher, for example, when the engine is accelerated. Therefore, it is desirable that the hydrocarbon adsorbent does not cause Ag movement / sintering and β-type zeolite collapse, and suppresses a decrease in the amount of adsorbed hydrocarbons and a decrease in the release temperature of the adsorbed hydrocarbons. On the other hand, when the cayban ratio of β-type zeolite is set to 150 or more, and further to 200 or more, movement and sintering of Ag when the exhaust gas becomes high temperature is prevented. Collapse is also prevented. The Keiban ratio is more preferably 300 or more.
[0014]
In addition, as described above, β-type zeolite has a high silica ratio, and there is little movement of Ag when the exhaust gas becomes high temperature. Therefore, Ag binds to precious metals such as Pd and Pt constituting the three-way catalyst. There are few concerns about reducing the activity, for example, there is a concern that the purification start temperature of the three-way catalyst becomes high . The β- type zeolite can be increased to about 1000, which further increases the heat resistance of the hydrocarbon adsorbent.
[0015]
【The invention's effect】
As described above, in the HC trap catalyst of the present invention , the three-way catalyst layer is formed on the HC trap layer, and the HC trap layer contacts the exhaust gas of the engine to remove hydrocarbons in the exhaust gas. A hydrocarbon adsorbent to be adsorbed, the hydrocarbon adsorbent comprising β-type zeolite and Ag supported on the β-type zeolite, wherein the β-type zeolite has a caivan ratio of 120 or more; Since the loading amount per liter of the carrier is 5 to 30 g, the hydrocarbon release temperature of the β-type zeolite is shifted to the high temperature side, which is advantageous for hydrocarbon purification by a three-way catalyst, and the exhaust gas temperature is 800 ° C. even if the above more or 900 ° C., movement and sintering of Ag, avoid the collapse of the β-type zeolite, it becomes possible to reduce the Ag supported amount, Ag is sintered to the catalyst metal forming the three-way catalyst To concerns that reduces its activity, for example, concern the purification starting temperature of the three-way catalyst is high is small, maintaining a state of high hydrocarbon release temperature of β-type zeolite for a long period of time, a hydrocarbon by the three-way catalyst It becomes advantageous in purifying .
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
This embodiment is an example in which the present invention is applied to purification of exhaust gas of a fuel injection gasoline engine of an automobile. In FIG. 1, 1 is the engine body, 2 is an intake passage, and 3 is an exhaust passage. The
[0018]
The three-
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
The three-
[0022]
The manufacturing method of the
[0023]
-Formation of HC trap layer 15-
β-type zeolite and a binder are mixed, water and nitric acid are added thereto, and the mixture is stirred with a disperser to obtain a slurry. Nitric acid was 30 g per kg of β-type zeolite.
[0024]
A predetermined amount of slurry is coated on the carrier by immersing the honeycomb carrier in the slurry and lifting up and removing excess slurry by air blow. Then, after drying at 200 ° C., baking is performed at 500 ° C.
[0025]
Silver nitrate is dissolved in ion exchange water, and this is impregnated into the coating layer of the honeycomb carrier. Thereafter, the temperature is raised to a temperature of 200 ° C. over 1 hour, held at that temperature for 2 hours, then raised to a temperature of 500 ° C. over 5 hours, and held at that temperature for 2 hours, whereby the nitrate radical is obtained. Remove. When the Ag loading is 7.5 g / L, 12 g of silver nitrate is dissolved in 200 mL of ion exchange water.
[0026]
-Formation of the three-way catalyst layer 16-
The formation method of the three-
[0027]
<Effects of β-zeolite Keiban ratio and Ag loading>
Various types of HC trap catalysts prepared with β-type zeolites having a cayban ratio of 25, 125, 150, and 300, and appropriately changing the amount of Ag supported between 0 and 30 g / L. Prepared. These HC trap catalysts were prepared by performing two types of aging treatment (heat treatment). One is held at 800 ° C. for 24 hours, and the other is held at 900 ° C. for 24 hours. Note that the β-type zeolite is a product of ZEOLYST, and the product names of β-type zeolites having a Keiban ratio of 25, 150 and 300 are as follows.
[0028]
Β-type zeolite with a Keiban ratio of 25; CP814E-22
Β-type zeolite with a Keiban ratio of 150; CP811E-150
Β-type zeolite with a Keiban ratio of 300; CP811C-300
[0029]
Each HC trap catalyst after the aging treatment was attached to a fixed bed flow reaction evaluation apparatus, and a pretreatment for the purpose of removing impurities or the like was performed. Thereafter, the simulated exhaust gas having the following composition is first allowed to flow at a temperature of 80 ° C. for 10 minutes, and then the gas temperature is increased to 400 ° C. at a rate of 30 ° C. per minute while continuing the flow of the gas. The amount of HC adsorbed was measured by measuring the HC (hydrocarbon) concentration of the gas that passed through the HC trap catalyst at this time, that is, the gas downstream of the catalyst.
[0030]
(Simulated exhaust gas composition)
Benzene; 82 ppm, NO; 1000 ppm, O 2 ; 0.6%,
CO; 0.6%, H 2 ; 0.2%, CO 2 ; 13.9%, remaining N 2
[0031]
The HC concentration of the downstream gas that has passed through the HC trap catalyst is about 25 ppm at the beginning of circulation of the simulated exhaust gas, but gradually increases as HC adsorption proceeds. After that, the HC concentration of the downstream gas exceeds the original HC concentration of 82 ppm of the simulated exhaust gas (apparent start of HC release), but the three-way catalyst layer of the HC trap catalyst starts to show activity, and HC oxidation begins. By starting, the HC concentration of the downstream gas rapidly decreases and finally becomes substantially zero (the HC purification rate becomes close to 100%).
[0032]
In this case, the HC concentration of the downstream side gas is oxidized and purified in the three-way catalyst layer as the timing of exceeding the original HC concentration of the simulated exhaust gas is delayed, that is, the gas temperature when exceeding the original HC concentration is higher. Since the amount to be produced increases, it is advantageous for the purification of HC. The amount of HC adsorption here is the total amount of adsorption from the start of circulation of the simulated exhaust gas until the HC concentration of the downstream gas exceeds the original HC concentration. This large amount of HC adsorption means that the degree of thermal degradation of the HC trap catalyst is low despite the above-described aging treatment, and it adsorbs HC until the HC trap layer reaches a relatively high temperature. Communicate with what you are doing.
[0033]
The measurement result of the HC adsorption amount is shown in FIG. First, the relationship between the Keiban ratio and the amount of HC adsorbed after the aging treatment is examined.
[0034]
Looking at the case where the HC trap catalyst was held at 800 ° C. for 24 hours (800 ° C. × 24 h aging), the β-type zeolite had a silica band ratio of 25 (hereinafter referred to as β25) and a silica band ratio of 300 (hereinafter referred to as β). , Β300)), in the latter case, the amount of HC adsorbed increases when the amount of Ag supported is 20 g / L or less, but there is no significant difference. The HC adsorption amount of the one having a Keiban ratio of 150 (hereinafter referred to as β150) is considerably high when the Ag loading is 20 g / L, but the reason is not clear.
[0035]
In the case of holding at 900 ° C. for 24 hours (aging at 900 ° C. × 24 h), the HC adsorption amount is larger than β25 at the Keiban ratio of 125 (referred to as β125) and β150, and when it becomes β300, It has increased significantly. Therefore, paying attention to the degree of decrease in the amount of HC adsorbed when aging is 800 ° C. × 24 h to 900 ° C. × 24 h, when β300, the degree of decrease is not so large, but when β150 and β25, The degree of decline is quite large.
[0036]
That is, although there is some variation in the vicinity of the Keiban ratio of 125 and 150, the HC adsorption amount after the aging treatment is larger than in the case of the Keiban ratio of 25, and when the Kaban ratio is 300, the HC adsorption amount becomes much larger. Yes. From this, it can be seen that setting the caiban ratio to 120 or more, 125 or more, 150 or 200 or more, and further 300 or more is advantageous for improving the heat resistance of the HC trap catalyst.
[0037]
Next, looking at the relationship between the Ag loading amount and the HC adsorption amount after the aging treatment, the Ag loading amount at which the HC adsorption amount becomes high at each Keiban ratio at the time of aging at 800 ° C. × 24 h is as follows.
β25 ... Ag loading 7.5g / L
β150 ... Ag loading 20.0 g / L
β300 ... Ag carrying amount 7.5-10.0 g / L
[0038]
At the time of aging at 900 ° C. × 24 h, it is as follows.
β25 ... Ag loading 7.5g / L
β125 ... Ag loading amount 7.5g / L
β150 ... Ag loading 7.5g / L
β300 ... Ag loading 20.0 g / L
[0039]
The measured value of the HC adsorption amount at aging at 800 ° C. × 24 h in the case of β150 and the Ag loading amount of 20.0 g / L is a little specific, but in other cases, the Ag loading amount is generally 7.5 to 20 g / L. The HC adsorption amount is high when the amount is in the range, and the HC adsorption amount is high when the loading amount is low in either range. The reason why the HC adsorption amount decreases when the Ag loading amount is lower than the above range is considered to be because the Ag amount is not sufficient for obtaining the effect of shifting the HC release temperature of the β-type zeolite possessed by Ag to the high temperature side.
[0040]
Moreover, when the amount of Ag carried increases to 20 g / L and 30 g / L, the amount of HC adsorbed tends to decrease because Ag becomes easier to sinter due to aging. This is thought to be because the catalyst moves from the trap layer to the three-way catalyst layer and combines with Pd to reduce its activity, that is, the HC purification start temperature of the three-way catalyst layer increases. However, when the Keiban ratio is increased to 150, 300, the HC adsorption amount is high even when the Ag loading is about 20 g / L (β 150 is 800 ° C. × 24 h aging, and
[0041]
In addition, as described above, when the Keiban ratio is high, the β-zeolite has higher thermal stability and higher HC adsorption capacity, which means that the amount of Ag supported for obtaining the desired adsorption capacity can be reduced than before. This is not only advantageous for cost reduction, but also reduces the amount of Ag transferred from the HC trap layer to the three-way catalyst layer, which is advantageous for preventing deterioration of the three-way catalyst layer. Means.
[0042]
When the HC trap catalyst according to the present invention is used to purify the exhaust gas of an automobile engine, when HC is released from the HC trap layer, HC is also discharged from the engine body. The amount of HC temporarily increases. Therefore, when the air-fuel ratio of the engine is not lean when HC is released from the HC trap layer, the air-fuel ratio of the engine is controlled to the lean side in order to secure an oxidant necessary for purification of the HC. Alternatively, it is preferable to separately provide a secondary air supply means and operate the means to supply secondary air to the HC trap catalyst in the exhaust passage.
[0043]
Such leaning of the air-fuel ratio or supply of secondary air may be performed for a predetermined time (for example, about 1 to 7 minutes) after detecting an increase in the amount of HC released from the HC trap catalyst. For example, a sensor for detecting the temperature of exhaust gas is provided in the exhaust passage, and a method for determining that the amount of released HC has increased when the exhaust gas temperature rises to 120 ° C. or 150 ° C. or higher, or an engine instead of a temperature sensor It is possible to employ a method of detecting an increase in the amount of HC released from the history of the operating state of the vehicle.
[0044]
In addition, when the position of the HC trap catalyst is disposed at the position of the three-way catalyst immediately downstream of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an intake / exhaust system configuration of an automobile engine according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a layer structure of an HC trap catalyst according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of HC adsorbed after aging treatment and the amount of Ag supported when β-type zeolite having various Keiban ratios is used for HC adsorption.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
担体上にHCトラップ層が形成されているとともに、該HCトラップ層の上に三元触媒層が形成されており、
上記HCトラップ層は、エンジンの排気ガスを接触させて該排気ガス中の炭化水素を吸着させる炭化水素吸着材を有し、
上記炭化水素吸着材は、β型ゼオライトと、該β型ゼオライトに担持されたAgとを備え、
上記β型ゼオライトのケイバン比が120以上であり、
上記Agの担体1L当たりの担持量が5〜30gであることを特徴とするHCトラップ触媒。 An HC trap catalyst provided in an exhaust passage of an engine,
An HC trap layer is formed on the carrier, and a three-way catalyst layer is formed on the HC trap layer.
The HC trap layer has a hydrocarbon adsorbent that makes the exhaust gas of the engine contact and adsorbs hydrocarbons in the exhaust gas ,
The hydrocarbon adsorbent comprises β-type zeolite and Ag supported on the β-type zeolite,
The β-type zeolite has a cayban ratio of 120 or more,
An HC trap catalyst , wherein the supported amount of Ag per 1 L of the carrier is 5 to 30 g.
上記エンジンはその排気ガス温度の最高温度が900℃以上になるものであることを特徴とするHCトラップ触媒。 In the HC trap catalyst according to claim 1 ,
An HC trap catalyst characterized in that the engine has a maximum exhaust gas temperature of 900 ° C or higher.
上記エンジンはその排気ガス温度の最高温度が800℃以上になるものであることを特徴とするHCトラップ触媒。 In the HC trap catalyst according to claim 1,
An HC trap catalyst characterized in that the engine has a maximum exhaust gas temperature of 800 ° C or higher .
上記β型ゼオライトのケイバン比が150以上であることを特徴とするHCトラップ触媒。 An HC trap catalyst, wherein the β-zeolite has a silica gel ratio of 150 or more.
上記β型ゼオライトのケイバン比が200以上であることを特徴とするHCトラップ触媒。 An HC trap catalyst, wherein the β-type zeolite has a quartz-ban ratio of 200 or more.
上記三元触媒層は、アルミナとセリア・プラセオジウム複合酸化物とPdとを有することを特徴とするHCトラップ触媒。 The HC trap catalyst, wherein the three-way catalyst layer includes alumina, a ceria / praseodymium composite oxide, and Pd.
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