[发明专利]排气净化催化剂和使用该排气净化催化剂的排气净化装置

说明书

技术领域

本发明涉及净化内燃机的排气中的NOx的排气净化催化剂和使用了该排气净化催化剂的排气净化装置。

背景技术

近年来，从抑制有害排出物的方面出发，由发电机或汽车等的内燃机向大气中排出的排气中的NOx被视为问题。NOx是导致酸雨和光化学烟雾的物质，国际上对其排出量进行了限制。

然而，在柴油发动机或汽油的稀薄燃烧发动机等内燃机中进行稀薄燃烧，因此其排气中含有大量的O₂。在排气中所含有的有害成分之中，通过还原反应来净化NOx，但是在含有大量的O₂的排气中NOx的净化并不容易。

作为在含有大量的O₂的排气中净化NOx的技术，已知有使用下述排气净化催化剂的技术：该排气净化催化剂在排气的空燃比为贫燃状态时捕捉排气中的NOx，并且在排气的空燃比为富燃状态时放出所捕获的NOx。根据该技术，在排气的空燃比为贫燃状态时，排气中的NOx被排气净化催化剂捕捉，被催化剂所捕获的NOx在排气的空燃比为富燃状态时从催化剂放出，被还原和净化。

作为上述的排气净化催化剂，可例示出将作为NOx捕捉材料的CeO₂、Pt和作为NH₃捕捉材料的沸石等固体酸组合而成的催化剂。该催化剂中，首先，在排气的空燃比为贫燃状态时，利用O₂来将占排气中的NOx的大部分的NO氧化成NO₂，以NO₂的形式捕捉(参照下式(1)～(3))。接下来，使排气的空燃比为富燃状态，形成排气中O₂少的状态后，使排气中所含有的CO与H₂O反应而生成H₂(参照下式(4))。进而，使生成的H₂与NOx反应，将所捕获的NOx转换成NH₃并贮藏于催化剂上(参照下式(5))。并且，在使排气的空燃比再次为贫燃状态时，使所贮藏的NH₃与排气中的NOx反应，从而有效地将NOx还原和净化(参照下式(6)～(8))。

NO→NO(ad)  ···式(1)

2NO+O₂→2NO₂(ad)  ···式(2)

NO₂→NO₂(ad)  ···式(3)

CO+H₂O→H₂+CO₂  ···式(4)

5H₂+2NO→2NH₃(ad)+2H₂O  ···式(5)

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O  ···式(6)

2NH₃+NO₂+NO→2N₂+3H₂O  ···式(7)

8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O  ···式(8)

[式中，(ad)表示被催化剂所捕获。式(1)～式(3)和式(6)～式(8)表示的反应是在排气的空燃比为贫燃状态时进行的反应，式(4)～式(5)表示的反应是在排气的空燃比为富燃状态时进行的反应。式(4)表示的反应是水煤气变换反应；与式(6)表示的反应相比，式(7)表示的反应的反应性高。]

利用上述的排气净化催化剂时，由于使用二氧化铈作为NOx捕捉材料，因此与以往相比可以在低温区域得到高NOx净化率，而且即使在因SOx而产生催化剂中毒的情况下，也能够以低温再生。

另外，利用上述的排气净化催化剂时，通过对作为NH₃捕捉材料的固体酸赋予HC捕捉能力，从而特别能够抑制柴油发动机的排气中大量含有的链长长的HC所导致的金属中毒，能够抑制NOx净化率的降低。

然而，在上述的排气净化催化剂中，沸石与Pt、CeO₂共存于同一层内的情况下或者在层间相邻的情况下，它们在高温条件下互相带来某些相互作用，从而存在NOx净化率降低的问题。特别是，为了除去被催化剂所捕获的SOx，在实行将催化剂升温至约650℃以上的预定温度的S净化后，NOx净化率的降低显著。