(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-27
(54)【発明の名称】Cu及びFeを含む低N2OのSCR触媒を製造するための方法
(51)【国際特許分類】
B01J 29/76 20060101AFI20231220BHJP
B01J 37/30 20060101ALI20231220BHJP
B01J 37/04 20060101ALI20231220BHJP
B01J 37/08 20060101ALI20231220BHJP
B01J 37/02 20060101ALI20231220BHJP
B01D 53/94 20060101ALI20231220BHJP
F01N 3/08 20060101ALI20231220BHJP
F01N 3/10 20060101ALI20231220BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20231220BHJP
F01N 3/035 20060101ALI20231220BHJP
F01N 3/023 20060101ALI20231220BHJP
【FI】
B01J29/76 A
B01J37/30 ZAB
B01J37/04 102
B01J37/08
B01J37/02 301C
B01D53/94 222
B01D53/94 228
B01D53/94 243
B01D53/94 280
F01N3/08 B
F01N3/10 A
F01N3/24 C
F01N3/24 E
F01N3/035 A
F01N3/023 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023535365
(86)(22)【出願日】2021-12-08
(85)【翻訳文提出日】2023-08-03
(86)【国際出願番号】 EP2021084733
(87)【国際公開番号】W WO2022122799
(87)【国際公開日】2022-06-16
(32)【優先日】2020-12-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】505470786
【氏名又は名称】ビーエーエスエフ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100100354
【氏名又は名称】江藤 聡明
(74)【代理人】
【識別番号】100167106
【氏名又は名称】倉脇 明子
(74)【代理人】
【識別番号】100194135
【氏名又は名称】山口 修
(74)【代理人】
【識別番号】100206069
【氏名又は名称】稲垣 謙司
(74)【代理人】
【識別番号】100185915
【氏名又は名称】長山 弘典
(72)【発明者】
【氏名】ヤング,ジェフ エイチ.
(72)【発明者】
【氏名】シュエ,ウェン-メイ
(72)【発明者】
【氏名】ロト,スタンリー エー.
【テーマコード(参考)】
3G091
3G190
4D148
4G169
【Fターム(参考)】
3G091AA18
3G091AB02
3G091AB05
3G091AB13
3G091BA14
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4G169ZF02A
4G169ZF05A
4G169ZF05B
4G169ZF07A
(57)【要約】
本発明は、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の調製方法に関するものである。窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の調製方法は、
(1) SiO2及びX2O3(式中、Xは3価の元素である)を骨格構造中に含むゼオライト材料を提供する工程、
(2) 工程(1)で提供されたゼオライト材料を、1つ以上の銅(II)含有化合物とのイオン交換処理に供する工程、
(3) 工程(2)で得られたCuイオン交換ゼオライト材料、1つ以上の鉄(II)及び/又は鉄(III)含有化合物、及び溶媒系を含むスラリーを調製する工程、
(4) 基材を提供し、工程(3)で得られたスラリーを基材上にコーティングする工程、
(5) 工程(4)で得られたコーティングされた基材をか焼する工程
を含む。さらに、本発明は、本発明の方法により得られた窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒及びその使用方法に関するものである。さらに、本発明は、内燃機関から出る排ガスを処理するための排ガス処理システムであって、本発明による窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒を含むシステムに関する。最後に、本発明は、本発明による窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒を用いる、窒素酸化物の選択的接触還元のための方法に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒を調製するための方法であって、
(1) SiO
2及びX
2O
3(式中、Xは3価の元素である)を骨格構造中に含むゼオライト材料を提供する工程、
(2) 工程(1)で提供されたゼオライト材料を、1つ以上の銅(II)含有化合物とのイオン交換処理に供する工程、
(3) 工程(2)で得られたCuイオン交換ゼオライト材料、1つ以上の鉄(II)及び/又は鉄(III)含有化合物、及び溶媒系を含むスラリーを調製する工程、
(4) 基材を提供し、工程(3)で得られたスラリーを基材上にコーティングする工程、
(5) 工程(4)で得られたコーティングされた基材をか焼する工程
を含む方法。
【請求項2】
前記ゼオライト材料が、LTA、AFT、AFV、SAV、SFW、TSC、FAU、MFI、BEA、FER、MOR、CHA、AEI、RTH、LEV、DDR、KFI、ERI、及びAFX、及びさらにこれらの2つ以上の混合構造からなる群から選択される骨格型構造を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
工程(3)で調製されたスラリーに含まれる鉄の総量と、工程(3)で調製されたスラリーに含まれるCuイオン交換ゼオライト材料に含有される銅の総量とのFe:Cuモル比が、0.1~15の範囲に含まれる、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項4】
工程(2)で得られたCuイオン交換ゼオライト材料が、CuOとして計算されるCuを、Cuイオン交換ゼオライト材料中のSiO
2、Al
2O
3、及びCuOとして計算されるCu100質量%に対して、0.1~8質量%の範囲の量で含有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
工程(3)で得られたスラリーが、Fe
2O
3として計算されるFeを、か焼スラリー100質量%に対して0.1~8質量%の範囲の量で含有する、請求項4に記載の方法。
【請求項6】
Xが、Al、B、In、Ga、及びこれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択される、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
工程(1)で提供されたゼオライト材料が、SiO
2:X
2O
3のモル比を1~200の範囲に示す、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
工程(3)で調製されたスラリーが1つ以上のバインダーさらに含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
請求項1から8のいずれか一項に記載の方法により得られた窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒。
【請求項10】
内燃機関から出る排気ガスを処理するための排気ガス処理システムであって、請求項9に記載の窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒と、ディーゼル酸化触媒、アンモニア酸化触媒、選択的接触還元触媒、触媒化すすフィルタ及びSCR/AMOx触媒のうちの1つ以上とを含む、システム。
【請求項11】
ディーゼル酸化触媒と、触媒化すすフィルタと、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒とを含む請求項10に記載のシステムであって、前記ディーゼル酸化触媒が前記触媒化すすフィルタの上流に位置し、前記触媒化すすフィルタが前記窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の上流に位置するシステム。
【請求項12】
ディーゼル酸化触媒と、触媒化すすフィルタと、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒とを含む請求項10に記載のシステムであって、前記ディーゼル酸化触媒が前記窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の上流に位置し、そして前記窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒が前記触媒化すすフィルタの上流に位置する、システム。
【請求項13】
窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒と、触媒化すすフィルタとを含む請求項10に記載のシステムであって、前記窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒が前記触媒化すすフィルタの上流に位置する、システム。
【請求項14】
窒素酸化物の選択的接触還元のための方法であって、前記窒素酸化物が排気ガス流中に含まれており、
(1) 前記排気ガス流を提供すること、
(2) (1)で提供された排気ガス流を、請求項9に記載の選択的接触還元用の触媒、又は請求項10から13のいずれか一項に記載の排気ガス処理システムに通すこと
を含む方法。
【請求項15】
請求項9に記載の触媒又は請求項10から13のいずれか一項に記載の排気ガス処理システムを、窒素酸化物の選択的接触還元に使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒を調製するための方法、及び本発明の方法により得られた窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒、及びその使用方法に関するものである。さらに、本発明は、内燃機関、好ましくはディーゼルエンジンから出る排気ガスを処理するための排気ガス処理システムに関し、このシステムは、本発明による窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒を含む。最後に、本発明は、本発明による窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒を用いる、窒素酸化物の選択的接触還元の方法に関する。
【背景技術】
【0002】
傾向として、最新の大型ディーゼルエンジンのNOxエンジンアウト排出は、より燃料効率の高いエンジンが作られているために増加し、そして同時に、後処理システムのNOx転化率の要求も高まる。一部のエンジンでは、95%を超えるNOx転化率がすでに義務付けられている。同時に、亜酸化窒素(N2O)の目標値が0.1~0.14g/kWhの範囲にあるため、その達成はより困難になっている。従って、NOx転化率が高く、N2O形成量が中程度から少ない(0.1g/kWh未満)SCR触媒は、市場の要求に応えるために必須のようである。
【0003】
1つの触媒システムにおけるFe-ゼオライトとCu-ゼオライトの組み合わせが、この最適化要件に対処できることはよく知られている。例えば、WO2016/070090A1は、銅で促進された第1モレキュラーシーブ、及び鉄で促進された第2モレキュラーシーブを含む触媒物品を開示している。US2011/0305614A1も、触媒、特にCu-CHAとFe-MFIの混合物を含む選択的接触還元(SCR)触媒を開示している。最後に、WO2017/153894A1は、少なくとも1つのさらなる金属、好ましくはAlでイオン交換された金属イオン交換モレキュラーシーブ、Cu-CHAを開示している。
【0004】
一方で、WO2015/101930A1は、BEA型骨格構造を有する二金属交換されたゼオライト材料を調製するための方法に関し、この方法は、銅とのイオン交換の最初の工程と、それに続く鉄とのイオン交換工程を含む。同様に、WO2017/134581A1は、鉄及び銅と二金属交換されたCHA型骨格構造を有するゼオライトを調製するための方法を開示しており、二金属交換されたゼオライトは、続いてSCRウォッシュコートの調製に用いられる。
【0005】
WO2018/10718Aは、Cuイオン交換ゼオライトか、又はFeイオン交換ゼオライトを調製するためのスラリー内イオン交換方法に関する。
【0006】
このような開発の現状から、向上したNOx転化活性を示すと同時に、特に長期間の使用による経年後にN2O排出を増加させない触媒に対する必要性が残っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】WO2016/070090A1
【特許文献2】US2011/0305614A1
【特許文献3】WO2017/153894A1
【特許文献4】WO2015/101930A1
【特許文献5】WO2017/134581A1
【特許文献6】WO2018/10718A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、標準的なSCR及び高速SCRのガス供給条件の両方で高いNOx転化レベルを維持しながらN2O排出を著しく低減することができる選択的接触還元触媒、及びこのような触媒性能を呈する選択的接触還元触媒の調製方法を提供することである。驚くべきことに、触媒の調製中に銅イオン交換ゼオライトのスラリーに鉄を加えることによって、特により高い銅の担持量をゼオライトに使用した場合に、N2O生成が低下することが見出された。さらに、極めて意外にも、本発明によれば、より低い銅の担持量を銅イオン交換ゼオライト中に使用した場合、触媒の調製中にスラリーに鉄を加えることによって、非常に低いN2O生成を増加させることなく、得られた触媒のNOx転化を促進されることが見出された。特に、極めて驚くべきことに、銅イオン交換ゼオライトのスラリーに鉄を加えることによって、銅イオン交換ゼオライト中の銅の量が低減でき、それにもかかわらず予想されていたように得られた触媒のNOx転化活性を犠牲にすることなく、より低いN2O生成が達成されることが見出された。その結果、非常に意外にも、本発明は特に高速SCR条件下で、高いNOx変換と低いN2O生成の間の最適なバランスを提供できることが見出された。
【課題を解決するための手段】
【0009】
従って、本発明は、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒を調製するための方法に関し、該方法は、
(1) SiO2及びX2O3(式中、Xは3価の元素である)を骨格構造中に含むゼオライト材料を提供する工程、
(2) 工程(1)で提供されたゼオライト材料を、1つ以上の銅(II)含有化合物とのイオン交換処理に供する工程、
(3) 工程(2)で得られたCuイオン交換ゼオライト材料、1つ以上の鉄(II)及び/又は鉄(III)含有化合物、及び溶媒系を含むスラリーを調製する工程、
(4) 基材を提供し、工程(3)で得られたスラリーを基材上にコーティングする工程、
(5) 工程(4)で得られたコーティングされた基材をか焼する工程
を含む。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明によれば、ゼオライト材料が、LTA、AFT、AFV、SAV、SFW、TSC、FAU、MFI、BEA、FER、MOR、CHA、AEI、RTH、LEV、DDR、KFI、ERI、及びAFX、及びさらにこれらの2つ以上の混合構造からなる群から、より好ましくは、CHA、AEI、RTH、及びAFX、及びさらにこれらの2つ以上の混合構造からなる群から選択される骨格型構造を有することが好ましく、より好ましくは、ゼオライト材料はCHA及び/又はAEI型の骨格型構造、好ましくはCHA型の骨格構造を有する。
【0011】
本発明によれば、工程(3)で調製されたスラリーに含まれる鉄の総量と、工程(3)で調製されたスラリーに含まれるCuイオン交換ゼオライト材料に含有される銅の総量とのFe:Cuモル比が、0.1~15の範囲、より好ましくは0.5~10、より好ましくは0.8~7、より好ましくは1~5、より好ましくは1.5~4、より好ましくは2~3.5、より好ましくは2.5~3.2、より好ましくは2.7~3、及びより好ましくは2.8~2.9に含まれることが好ましい。
【0012】
本発明によれば、工程(2)で得られたCuイオン交換ゼオライト材料が、CuOとして計算されるCuを、Cuイオン交換ゼオライト材料中のSiO2、Al2O3、及びCuOとして計算されるCu100質量%に対して、0.1~8質量%の範囲、より好ましくは0.3~5質量%、より好ましくは0.5~3.5質量%、より好ましくは0.8~2.4質量%、より好ましくは1.0~1.8質量%、及びより好ましくは1.2~1.4質量%の量で含有することが好ましい。
【0013】
本発明によれば、工程(5)で得られた触媒が、CuOとして計算されるCuを、5~150g/ft3の範囲、より好ましくは15~100g/ft3、より好ましくは25~70g/ft3、より好ましくは35~50g/ft3、より好ましくは40~46g/ft3、及びより好ましくは43~44g/ft3の量で含有することが好ましい。
【0014】
本発明によれば、工程(3)で得られたスラリーが、Fe2O3として計算されるFeを、か焼スラリー100質量%に対して0.1~8質量%の範囲、より好ましくは0.5~7質量%、より好ましくは1~6質量%、より好ましくは1.5~5質量%、より好ましくは2~4.5質量%、より好ましくは2.5~4質量%、より好ましくは3~3.6質量%、及びより好ましくは3.2~3.4質量%の量で含有することが好ましい。
【0015】
本発明によれば、工程(5)で得られた触媒が、Fe2O3として計算されるFeを、5~400g/ft3の範囲、より好ましくは10~300g/ft3、より好ましくは30~250g/ft3、より好ましくは50~200g/ft3、より好ましくは80~170g/ft3、より好ましくは100~150g/ft3、より好ましくは110~135g/ft3、及びより好ましくは120~125g/ft3の量で含有することが好ましい。
【0016】
本発明によれば、Xが、Al、B、In、Ga、及びこれらの2つ以上の組み合わせからなる群から、より好ましくは、Al、B、In、及びこれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択されることが好ましく、より好ましくは、XはAl及び/又はBを表し、Xは好ましくはAlである。
【0017】
本発明によれば、工程(1)で提供されたゼオライト材料が、SiO2:X2O3のモル比を、1~200の範囲、より好ましくは5~120、より好ましくは10~80、より好ましくは15~50、より好ましくは20~40、より好ましくは25~35、及びより好ましくは28~30に示すことが好ましい。
【0018】
本発明によれば、工程(1)で提供されたゼオライト材料が、元素として計算される銅を多くとも1000ppm、より好ましくは0~100ppm、及びより好ましくは0~10ppm含むことが好ましい。
【0019】
本発明によれば、1つ以上の銅(II)含有化合物が、CuO、銅(II)クロリド、銅(II)ブロミド、銅(II)ペルクロラート、銅(II)スルフィット、銅(II)ヒドロゲンスルフェート、銅(II)スルフェート、銅(II)ニトリット、銅(II)ニトラート、銅(II)ジヒドロゲンホスフェート、銅(II)ヒドロゲンホスフェート、銅(II)ホスフェート、銅(II)ヒドロゲンカーボネート、銅(II)カーボネート、銅(II)アセテート、銅(II)シトラート、銅(II)マロネート、銅(II)オキサラート、銅(II)タートラート、及びこれらの2つ以上の混合物からなる群から、より好ましくはCuO、銅(II)クロリド、銅(II)スルフェート、銅(II)ニトラート、銅(II)アセテート、及びこれらの2つ以上の混合物からなる群から選択されることが好ましく、より好ましくは銅(II)含有化合物はCuOである。
【0020】
本発明によれば、工程(2)のイオン交換は、1つ以上の溶媒を含む溶媒系で行うことが好ましく、前記1つ以上の溶媒は、好ましくは、水、有機溶媒、及びこれらの混合物からなる群から、より好ましくは脱イオン水、アルコール、及びこれらの混合物からなる群から、より好ましくは脱イオン水、メタノール、エタノール、プロパノール、及びこれらの混合物からなる群から選択され、より好ましくは、1つ以上の溶媒は水を含み、そしてより好ましくは、脱イオン水を溶媒系として使用する。
【0021】
本発明によれば、工程(2)のイオン交換は、20~100℃の範囲、より好ましくは30~90℃、より好ましくは40~80℃、より好ましくは50~70℃、及びより好ましくは55~65℃の温度で行うことが好ましい。
【0022】
本発明によれば、工程(2)のイオン交換は、0.15~10時間の範囲、より好ましくは0.25~5時間、より好ましくは0.5~3時間、及びより好ましくは0.75~1.5時間の期間で行うことが好ましい。
【0023】
本発明によれば、1つ以上の鉄(II)及び/又は鉄(III)含有化合物が、鉄スルフェート、鉄スルフィット、鉄ヒドロゲンスルフェート、鉄クロリド、鉄ブロミド、鉄ヨージド、鉄フルオリド、鉄ペルクロラート、鉄ニトラート、鉄ニトリット、鉄ホスフェート、鉄ジヒドロゲンホスフェート、鉄ヒドロゲンホスフェート、鉄カーボネート、鉄ヒドロゲンカーボネート、鉄アセテート、鉄シトラート、鉄マロネート、鉄オキサラート、鉄タートラート、ヘキサシアノフェラート塩、フェロセン、及びフェロセニウム塩、及びさらにこれらの2つ以上の組み合わせからなる群から、より好ましくは鉄(III)ニトラート、鉄(II)アセテート、アンモニウム鉄(III)シトラート、鉄(II)スルフェート、及び鉄(II)オキサラート、及びさらにこれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択されることが好ましく、より好ましくは、鉄(III)ニトラート及び/又は鉄(II)アセテートを1つ以上の鉄(II)及び/又は鉄(III)含有化合物として用いる。
【0024】
本発明によれば、工程(3)の溶媒系が1つ以上の溶媒を含むことが好ましく、前記1つ以上の溶媒は、好ましくは、水、有機溶媒、及びこれらの混合物からなる群から、より好ましくは脱イオン水、アルコール、及びこれらの混合物からなる群から、より好ましくは脱イオン水、メタノール、エタノール、プロパノール、及びこれらの混合物からなる群から選択され、より好ましくは、1つ以上の溶媒は水を含み、そしてより好ましくは、脱イオン水を溶媒系として使用する。
【0025】
本発明によれば、工程(3)で得られたスラリーが、スラリー100質量%に対して15~75質量%、より好ましくは20~65質量%、より好ましくは25~60質量%、より好ましくは30~55質量%、より好ましくは33~50質量%、より好ましくは35~45質量%、及びより好ましくは38~42質量%の固形分含量を示すことが好ましい。
【0026】
本発明によれば、工程(3)で調製されたスラリーが、1つ以上のバインダー、より好ましくはAl、Si、及び/又はZr、好ましくはAl及び/又はZr、及びより好ましくはZrをベースとする1つ以上のバインダーをさらに含むことが好ましく、より好ましくは、工程(3)で調製されたスラリーは、バインダーとしてZrO2の1つ以上の源をさらに含有し、ZrO2の1つ以上の源は、好ましくは、1つ以上のジルコニウム塩、より好ましくはジルコニルクロリド、ジルコニウムアセテート、ジルコニウムアセチルアセトナート、ジルコニウムヒドロキシド、ジルコニウムオキシニトラート、ジルコニウムカーボネート、及びジルコニウムオキシクロリド、及びさらにこれらの2つ以上の混合物からなる群から、より好ましくはジルコニウムアセテート、ジルコニウムアセチルアセトナート、ジルコニウムヒドロキシド、及びジルコニウムカーボネート、及びさらにこれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される、1つ以上のジルコニウム塩を含み、より好ましくは、1つ以上のジルコニウム塩はジルコニウムアセテートを含み、より好ましくは、工程(3)で調製されたスラリーは、バインダーとしてジルコニウムアセテートをさらに含む。前記特定の好ましい実施形態によれば、スラリーが、1つ以上のバインダーを、か焼スラリー100質量%に対して0.5~15質量%の範囲、より好ましくは1~10質量%、より好ましくは3~7質量%、より好ましくは4~6質量%、及びより好ましくは4.5~5.5質量%の量で含むことが好ましい。
【0027】
本発明によれば、工程(3)で調製されたスラリーが1つ以上の緩衝剤をさらに含むことが好ましく、1つ以上の緩衝剤は、好ましくはアンモニウムアセテートを含み、より好ましくは、アンモニウムアセテートを1つ以上の緩衝剤として用いる。前記特定の好ましい実施形態によれば、工程(3)で調製されたスラリーのpHを、1つ以上の緩衝剤を用いてpH3~6の範囲、より好ましくはpH3.5~5.5の範囲、好ましくは3.8~5.2、より好ましくは4.1~4.9、より好ましくは4.3~4.7、及びより好ましくは4.4~4.6に調整することがさらに好ましい。
【0028】
本発明によれば、工程(4)のスラリーのコーティングの前に、工程(3)で得られたスラリーを5~60℃の範囲、より好ましくは10~50℃の範囲、より好ましくは15~45℃の範囲、より好ましくは18~30℃の範囲、及びより好ましくは20~25℃の範囲の温度に維持することが好ましい。前記特定の好ましい実施形態によれば、スラリーをその温度に0.1~72時間の範囲、より好ましくは0.5~48時間、より好ましくは1~36時間、より好ましくは3~30時間、より好ましくは6~24時間、より好ましくは10~20時間、より好ましくは12~18時間、及びより好ましくは14~16時間の範囲の期間、維持することがさらに好ましい。
【0029】
本発明によれば、工程(4)で提供された基材が、ウォールフロー又はフロースルー基材、より好ましくはウォールフロー又はフロースルーハニカム基材、及びより好ましくはフロースルーハニカム基材であることが好ましい。
【0030】
本発明によれば、工程(4)で提供された基材が、セラミック物質を含む、より好ましくはセラミック物質からなることが好ましく、セラミック物質は、好ましくは、アルミナ、シリカ、シリケート、アルミノシリケート、コージェライト、ムライト、アルミノチタネート、シリコンカーバイド、ジルコニア、マグネシア、より好ましくはスピネル、及びチタニアのうちの1つ以上、より好ましくはシリコンカーバイド及びコージェライトの1つ以上、より好ましくはコージェライトを含む、より好ましくはこれらからなる。
【0031】
本発明によれば、工程(4)の後、且つ工程(5)のか焼の前に、コーティングされた基材を、80~250℃の範囲、より好ましくは90~200℃の範囲、より好ましくは100~150℃の範囲、より好ましくは110~130℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で乾燥することが好ましく、ガス雰囲気は、より好ましくは空気である。前記特定の好ましい実施形態によれば、乾燥を、10~180分の範囲、より好ましくは20~120分の範囲、より好ましくは30~90分の範囲、より好ましくは40~80分の範囲の期間で行うことがさらに好ましい。
【0032】
本発明によれば、工程(5)のか焼を、350~800℃の範囲、好ましくは400~700℃の範囲、より好ましくは450~650℃の範囲、及びより好ましくは500~600℃の範囲の温度で行うことが好ましい。
【0033】
本発明によれば、工程(5)のか焼は、10~180分の範囲、より好ましくは20~120分の範囲、より好ましくは30~90分の範囲、より好ましくは40~80分の範囲の期間で行うことが好ましい。
【0034】
本発明によれば、工程(5)のか焼を、空気を含有するガス雰囲気中で行うことが好ましく、より好ましくは、工程(5)のか焼を空気中で行う。
【0035】
本発明によれば、本方法は工程(1)、(2)、(3)、(4)及び(5)からなることが好ましい。
【0036】
本発明はさらに、本発明の方法の特定の好ましい実施形態の任意により得ることができる及び/又は得られた窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒に関する。
【0037】
さらに本発明は、内燃機関、好ましくはディーゼルエンジンから出る排気ガスを処理するための排気ガス処理システムにも関し、このシステムは、本発明の特定の好ましい実施形態の任意による窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒と、ディーゼル酸化触媒、アンモニア酸化触媒、選択的接触還元触媒、触媒化すすフィルタ及びSCR/AMOx触媒のうちの1つ以上とを含む。
【0038】
本発明によれば、ディーゼル酸化触媒と、触媒化すすフィルタと、本発明の特定の好ましい実施形態の任意による窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒とを含むシステムが好ましく、ディーゼル酸化触媒は触媒化すすフィルタの上流に位置し、触媒化すすフィルタは窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の上流に位置し、ディーゼル酸化触媒は、好ましくは、システムの第1の触媒であり、そして好ましくは、エンジンとディーゼル酸化触媒との間に触媒は存在しない。さらに、システムが、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の下流に位置する選択的接触還元触媒をさらに含むことが好ましく、システムは、好ましくは、アンモニア酸化触媒をさらに含み、前記アンモニア酸化触媒は、選択的接触還元触媒の下流に位置する。さらにまた、そしてこれとは独立して、システムが還元剤インジェクタをさらに含むことが好ましく、その還元剤インジェクタは、触媒化すすフィルタの下流及び窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の上流に位置し、還元剤は好ましくは尿素である。
【0039】
代替的に、ディーゼル酸化触媒と、触媒化すすフィルタと、本発明の特定の好ましい実施形態の任意による窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒とを含む本発明によるシステムが好ましく、ディーゼル酸化触媒は、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の上流に位置し、そして窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒は、触媒化すすフィルタの上流に位置し、ディーゼル酸化触媒は、好ましくは、システムの第1の触媒であり、そして好ましくは、エンジンとディーゼル酸化触媒との間に触媒は存在しない。前記代替の好ましい実施形態によれば、システムが、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の下流且つ触媒化すすフィルタの上流に位置する選択的接触還元触媒をさらに含むことが好ましく、システムは、好ましくは、アンモニア酸化触媒をさらに含み、前記アンモニア酸化触媒は、選択的接触還元触媒の下流且つ触媒化すすフィルタの上流に位置する。これに加え、又はこれとは独立して、前記代替の好ましい実施形態によれば、システムが触媒化すすフィルタの下流に位置するSCR/AMOx触媒をさらに含むことが好ましく、システムは、好ましくは、SCR/AMOx触媒の上流且つ触媒化すすフィルタの下流に位置する還元剤インジェクタをさらに含み、還元剤は、より好ましくは尿素である。さらにまたこれに加え、又はこれとは独立して、前記代替の好ましい実施形態によれば、システムが還元剤インジェクタをさらに含み、還元剤インジェクタが、ディーゼル酸化触媒の下流且つ窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の上流に位置することがさらにまた好ましく、還元剤は好ましくは尿素である。
【0040】
さらに代替的に、本発明の特定の好ましい実施形態の任意による窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒と、触媒化すすフィルタとを含む本発明によるシステムが好ましく、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒は、触媒化すすフィルタの上流に位置し、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒は、好ましくはシステムの第1の触媒であり、好ましくは、エンジンと窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒との間に触媒は存在しない。前記代替の好ましい実施形態によれば、システムは、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の下流且つ触媒化すすフィルタの上流に位置する選択的接触還元触媒をさらに含むことが好ましく、システムは、好ましくはアンモニア酸化触媒をさらに含み、前記アンモニア酸化触媒は、選択的接触還元触媒の下流且つ触媒化すすフィルタの上流に位置する。これに加え、又はこれとは独立して、前記代替の好ましい実施形態によれば、システムが第1の還元剤インジェクタをさらに含み、その第1の還元剤インジェクタは窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の上流に位置することが好ましく、還元剤は好ましくは尿素である。さらにまたこれに加え、又はこれとは独立して、前記代替の好ましい実施形態によれば、システムが、触媒化すすフィルタの下流に位置するSCR/AMOx触媒をさらに含むことがさらにまた好ましく、システムが、好ましくは、SCR/AMOx触媒の上流且つ触媒化すすフィルタの下流に位置する還元剤インジェクタをさらに含み、還元剤はより好ましくは尿素である。
【0041】
前述のことに加えて、本発明はさらに、窒素酸化物の選択的接触還元の方法に関し、該方法において、窒素酸化物が排気ガス流に含まれ、前記方法は以下の工程、
(1) 好ましくはディーゼルエンジンからの排気ガス流を提供する工程、
(2) 工程(1)で提供された排気ガス流を、本発明の特定の好ましい実施形態の任意による選択的接触還元用の触媒、又は本発明の特定の好ましい実施形態の任意による排気ガス処理システムを通過させる工程
を含む。
【0042】
最後に、本発明はさらに、窒素酸化物、好ましくはディーゼルエンジンから出る窒素酸化物の選択的接触還元のための、本発明の特定の好ましい実施形態の任意による触媒、又は本発明の特定の好ましい実施形態の任意による排ガス処理システムの使用方法に関するものである。
【0043】
本発明を、示される従属関係及び後方参照から得られる以下の実施形態のセット及び実施形態の組み合わせによって、さらに例示する。特に、実施形態の範囲が言及される各例において、例えば「実施形態1から4のいずれか一項に記載の・・・」のような用語の文脈では、この範囲内のすべての実施形態が当業者に明示的に開示されることが意図されており、すなわち、この用語の文言は、「実施形態1、2、3、及び4のいずれか一項に記載の・・・」と同義であると当業者には理解されることに留意されたい。さらに、以下の実施形態のセットは、保護の範囲を決定する特許請求の範囲のセットではなく、本発明の一般的及び好ましい側面に向けられた説明の好適に構成された部分を表すものであることを明示的に留意されたい。
【0044】
1.窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒を調製するための方法であって、
(1) SiO2及びX2O3(式中、Xは3価の元素である)を骨格構造中に含むゼオライト材料を提供する工程、
(2) 工程(1)で提供されたゼオライト材料を、1つ以上の銅(II)含有化合物とのイオン交換処理に供する工程、
(3) 工程(2)で得られたCuイオン交換ゼオライト材料、1つ以上の鉄(II)及び/又は鉄(III)含有化合物、及び溶媒系を含むスラリーを調製する工程、
(4) 基材を提供し、工程(3)で得られたスラリーを基材上にコーティングする工程、
(5) 工程(4)で得られたコーティングされた基材をか焼する工程
を含む方法。
【0045】
2.ゼオライト材料が、LTA、AFT、AFV、SAV、SFW、TSC、FAU、MFI、BEA、FER、MOR、CHA、AEI、RTH、LEV、DDR、KFI、ERI、及びAFX、及びさらにこれらの2つ以上の混合構造からなる群から、好ましくは、CHA、AEI、RTH、及びAFX、及びさらにこれらの2つ以上の混合構造からなる群から選択される骨格型構造を有し、より好ましくは、ゼオライト材料がCHA及び/又はAEI型の骨格型構造、好ましくはCHA型の骨格構造を有する、実施形態1に記載の方法。
【0046】
3.工程(3)で調製されたスラリーに含まれる鉄の総量と、工程(3)で調製されたスラリーに含まれるCuイオン交換ゼオライト材料に含有される銅の総量とのFe:Cuモル比が、0.1~15の範囲、より好ましくは0.5~10、より好ましくは0.8~7、より好ましくは1~5、より好ましくは1.5~4、より好ましくは2~3.5、より好ましくは2.5~3.2、より好ましくは2.7~3、及びより好ましくは2.8~2.9に含まれる、実施形態1又は2に記載の方法。
【0047】
4.工程(2)で得られたCuイオン交換ゼオライト材料が、CuOとして計算されるCuを、Cuイオン交換ゼオライト材料中のSiO2、Al2O3、及びCuOとして計算されるCu100質量%に対して、0.1~8質量%の範囲、好ましくは0.3~5質量%、より好ましくは0.5~3.5質量%、より好ましくは0.8~2.4質量%、より好ましくは1.0~1.8質量%、及びより好ましくは1.2~1.4質量%の量で含有する、実施形態1から3のいずれか一項に記載の方法。
【0048】
5.工程(5)で得られた触媒が、CuOとして計算されるCuを、5~150g/ft3の範囲、好ましくは15~100g/ft3、より好ましくは25~70g/ft3、より好ましくは35~50g/ft3、より好ましくは40~46g/ft3、及びより好ましくは43~44g/ft3の量で含有する、実施形態1から4のいずれか一項に記載の方法。
【0049】
6.工程(3)で得られたスラリーが、Fe2O3として計算されるFeを、か焼スラリー100質量%に対して0.1~8質量%の範囲、好ましくは0.5~7質量%、より好ましくは1~6質量%、より好ましくは1.5~5質量%、より好ましくは2~4.5質量%、より好ましくは2.5~4質量%、より好ましくは3~3.6質量%、及びより好ましくは3.2~3.4質量%の量で含有する、実施形態1から5のいずれか一項に記載の方法。
【0050】
7.工程(5)で得られた触媒が、Fe2O3として計算されるFeを、5~400g/ft3の範囲、好ましくは10~300g/ft3、より好ましくは30~250g/ft3、より好ましくは50~200g/ft3、より好ましくは80~170g/ft3、より好ましくは100~150g/ft3、より好ましくは110~135g/ft3、及びより好ましくは120~125g/ft3の量で含有する、実施形態1から6のいずれか一項に記載の方法。
【0051】
8.Xが、Al、B、In、Ga、及びこれらの2つ以上の組み合わせからなる群から、好ましくは、Al、B、In、及びこれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択され、より好ましくは、XはAl及び/又はBを表し、Xは好ましくはAlである、実施形態1から7のいずれか一項に記載の方法。
【0052】
9.工程(1)で提供されたゼオライト材料が、SiO2:X2O3のモル比を、1~200の範囲、好ましくは5~120、より好ましくは10~80、より好ましくは15~50、より好ましくは20~40、より好ましくは25~35、及びより好ましくは28~30に示す、実施形態1から8のいずれか一項に記載の方法。
【0053】
10.工程(1)で提供されたゼオライト材料が、元素として計算される銅を多くとも1000ppm、好ましくは0~100ppm、及びより好ましくは0~10ppm含む、実施形態1から9のいずれか一項に記載の方法。
【0054】
11.1つ以上の銅(II)含有化合物が、CuO、銅(II)クロリド、銅(II)ブロミド、銅(II)ペルクロラート、銅(II)スルフィット、銅(II)ヒドロゲンスルフェート、銅(II)スルフェート、銅(II)ニトリット、銅(II)ニトラート、銅(II)ジヒドロゲンホスフェート、銅(II)ヒドロゲンホスフェート、銅(II)ホスフェート、銅(II)ヒドロゲンカーボネート、銅(II)カーボネート、銅(II)アセテート、銅(II)シトラート、銅(II)マロネート、銅(II)オキサラート、銅(II)タートラート、及びこれらの2つ以上の混合物からなる群から、好ましくはCuO、銅(II)クロリド、銅(II)スルフェート、銅(II)ニトラート、銅(II)アセテート、及びこれらの2つ以上の混合物からなる群から選択され、より好ましくは銅(II)含有化合物はCuOである、実施形態1から10のいずれか一項に記載の方法。
【0055】
12.工程(2)のイオン交換を、1つ以上の溶媒を含む溶媒系で行い、前記1つ以上の溶媒は、好ましくは、水、有機溶媒、及びこれらの混合物からなる群から、より好ましくは脱イオン水、アルコール、及びこれらの混合物からなる群から、より好ましくは脱イオン水、メタノール、エタノール、プロパノール、及びこれらの混合物からなる群から選択され、より好ましくは、1つ以上の溶媒は水を含み、そしてより好ましくは、脱イオン水を溶媒系として使用する、実施形態1から11のいずれか一項に記載の方法。
【0056】
13.工程(2)のイオン交換を、20~100℃の範囲、より好ましくは30~90℃、より好ましくは40~80℃、より好ましくは50~70℃、及びより好ましくは55~65℃の温度で行う、実施形態1から12のいずれか一項に記載の方法。
【0057】
14.工程(2)のイオン交換を、0.15~10時間の範囲、好ましくは0.25~5時間、より好ましくは0.5~3時間、及びより好ましくは0.75~1.5時間の期間で行う、実施形態1から13のいずれか一項に記載の方法。
【0058】
15.1つ以上の鉄(II)及び/又は鉄(III)含有化合物が、鉄スルフェート、鉄スルフィット、鉄ヒドロゲンスルフェート、鉄クロリド、鉄ブロミド、鉄ヨージド、鉄フルオリド、鉄ペルクロラート、鉄ニトラート、鉄ニトリット、鉄ホスフェート、鉄ジヒドロゲンホスフェート、鉄ヒドロゲンホスフェート、鉄カーボネート、鉄ヒドロゲンカーボネート、鉄アセテート、鉄シトラート、鉄マロネート、鉄オキサラート、鉄タートラート、ヘキサシアノフェラート塩、フェロセン、及びフェロセニウム塩、及びさらにこれらの2つ以上の組み合わせからなる群から、好ましくは鉄(III)ニトラート、鉄(II)アセテート、アンモニウム鉄(III)シトラート、鉄(II)スルフェート、及び鉄(II)オキサラート、及びさらにこれらの2つ以上の組み合わせからなる群から選択され、より好ましくは、鉄(III)ニトラート及び/又は鉄(II)アセテートを1つ以上の鉄(II)及び/又は鉄(III)含有化合物として用いる、実施形態1から14のいずれか一項に記載の方法。
【0059】
16.工程(3)の溶媒系が1つ以上の溶媒を含み、前記1つ以上の溶媒は、好ましくは、水、有機溶媒、及びこれらの混合物からなる群から、より好ましくは脱イオン水、アルコール、及びこれらの混合物からなる群から、より好ましくは脱イオン水、メタノール、エタノール、プロパノール、及びこれらの混合物からなる群から選択され、より好ましくは、1つ以上の溶媒は水を含み、そしてより好ましくは、脱イオン水を溶媒系として使用する、実施形態1から15のいずれか一項に記載の方法。
【0060】
17.工程(3)で得られたスラリーが、スラリー100質量%に対して15~75質量%、好ましくは20~65質量%、より好ましくは25~60質量%、より好ましくは30~55質量%、より好ましくは33~50質量%、より好ましくは35~45質量%、及びより好ましくは38~42質量%の固形分含量を示す、実施形態1から16のいずれか一項に記載の方法。
【0061】
18.工程(3)で調製されたスラリーが、1つ以上のバインダー、好ましくはAl、Si、及び/又はZr、好ましくはAl及び/又はZr、及びより好ましくはZrをベースとする1つ以上のバインダーをさらに含み、より好ましくは、工程(3)で調製されたスラリーは、バインダーとしてZrO2の1つ以上の源をさらに含有し、ZrO2の1つ以上の源は、好ましくは、1つ以上のジルコニウム塩、より好ましくはジルコニルクロリド、ジルコニウムアセテート、ジルコニウムアセチルアセトナート、ジルコニウムヒドロキシド、ジルコニウムオキシニトラート、ジルコニウムカーボネート、及びジルコニウムオキシクロリド、及びさらにこれらの2つ以上の混合物からなる群から、より好ましくはジルコニウムアセテート、ジルコニウムアセチルアセトナート、ジルコニウムヒドロキシド、及びジルコニウムカーボネート、及びさらにこれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される、1つ以上のジルコニウム塩を含み、より好ましくは、1つ以上のジルコニウム塩はジルコニウムアセテートを含み、より好ましくは、工程(3)で調製されたスラリーは、バインダーとしてジルコニウムアセテートをさらに含む、実施形態1から17のいずれか一項に記載の方法。
【0062】
19.スラリーが、1つ以上のバインダーを、か焼スラリー100質量%に対して0.5~15質量%の範囲、好ましくは1~10質量%、より好ましくは3~7質量%、より好ましくは4~6質量%、及びより好ましくは4.5~5.5質量%の量で含む、実施形態18に記載の方法。
【0063】
20.工程(3)で調製されたスラリーが1つ以上の緩衝剤をさらに含み、1つ以上の緩衝剤は、好ましくはアンモニウムアセテートを含み、より好ましくは、アンモニウムアセテートを1つ以上の緩衝剤として用いる、実施形態1から19のいずれか一項に記載の方法。
【0064】
21.工程(3)で調製されたスラリーのpHを、1つ以上の緩衝剤を用いてpH3~6の範囲、好ましくはpH3.5~5.5の範囲、好ましくは3.8~5.2、より好ましくは4.1~4.9、より好ましくは4.3~4.7、及びより好ましくは4.4~4.6に調整する、実施形態20に記載の方法。
【0065】
22.工程(4)のスラリーのコーティングの前に、工程(3)で得られたスラリーを5~60℃の範囲、好ましくは10~50℃の範囲、より好ましくは15~45℃の範囲、より好ましくは18~30℃の範囲、及びより好ましくは20~25℃の範囲の温度に維持する、実施形態1から21のいずれか一項に記載の方法。
【0066】
23.スラリーを前記温度に0.1~72時間の範囲、好ましくは0.5~48時間、より好ましくは1~36時間、より好ましくは3~30時間、より好ましくは6~24時間、より好ましくは10~20時間、より好ましくは12~18時間、及びより好ましくは14~16時間の範囲の期間維持する、実施形態22に記載の方法。
【0067】
24.工程(4)で提供された基材が、ウォールフロー又はフロースルー基材、好ましくはウォールフロー又はフロースルーハニカム基材、及びより好ましくはフロースルーハニカム基材である、実施形態1から23のいずれか一項に記載の方法。
【0068】
25.工程(4)で提供された基材が、セラミック物質を含み、より好ましくはセラミック物質からなり、セラミック物質が、好ましくは、アルミナ、シリカ、シリケート、アルミノシリケート、コージェライト、ムライト、アルミノチタネート、シリコンカーバイド、ジルコニア、マグネシア、より好ましくはスピネル、及びチタニアのうちの1つ以上、より好ましくはシリコンカーバイド及びコージェライトの1つ以上、より好ましくはコージェライトを含む、より好ましくはこれらからなる、実施形態1から24のいずれか一項に記載の方法。
【0069】
26.工程(4)の後、且つ工程(5)のか焼の前に、コーティングされた基材を、80~250℃の範囲、好ましくは90~200℃の範囲、より好ましくは100~150℃の範囲、より好ましくは110~130℃の範囲の温度を有するガス雰囲気中で乾燥し、ガス雰囲気は、より好ましくは空気である、実施形態1から25のいずれか一項に記載の方法。
【0070】
27.乾燥を、10~180分の範囲、好ましくは20~120分の範囲、より好ましくは30~90分の範囲、より好ましくは40~80分の範囲の期間で行う、実施形態26に記載の方法。
【0071】
28.工程(5)のか焼を、350~800℃の範囲、好ましくは400~700℃の範囲、より好ましくは450~650℃の範囲、及びより好ましくは500~600℃の範囲の温度で行う、実施形態1から27のいずれか一項に記載の方法。
【0072】
29.工程(5)のか焼を、10~180分の範囲、好ましくは20~120分の範囲、より好ましくは30~90分の範囲、より好ましくは40~80分の範囲の期間で行う、実施形態1から28のいずれか一項に記載の方法。
【0073】
30.工程(5)のか焼を空気を含有するガス雰囲気中で行う、好ましくは、工程(5)のか焼を空気中で行う、実施形態1から29のいずれか一項に記載の方法。
【0074】
31.工程(1)、(2)、(3)、(4)及び(5)からなる、実施形態1から30のいずれか一項に記載の方法。
【0075】
32.実施形態1から31のいずれか一項に記載の方法により得ることができる及び/又は得られた窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒。
【0076】
33.内燃機関、好ましくはディーゼルエンジンから出る排気ガスを処理するための排気ガス処理システムであって、実施形態32に記載の窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒と、ディーゼル酸化触媒、アンモニア酸化触媒、選択的接触還元触媒、触媒化すすフィルタ及びSCR/AMOx触媒のうちの1つ以上とを含む、システム。
【0077】
34.ディーゼル酸化触媒と、触媒化すすフィルタと、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒とを含む実施形態33に記載のシステムであって、ディーゼル酸化触媒が触媒化すすフィルタの上流に位置し、触媒化すすフィルタが窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の上流に位置し、ディーゼル酸化触媒が好ましくはシステムの第1の触媒であり、そして好ましくは、エンジンとディーゼル酸化触媒との間に触媒が存在しない、システム。
【0078】
35.実施形態34に記載のシステムであって、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の下流に位置する選択的接触還元触媒をさらに含み、好ましくはアンモニア酸化触媒をさらに含み、前記アンモニア酸化触媒が選択的接触還元触媒の下流に位置する、システム。
【0079】
36.還元剤インジェクタをさらに含み、前記還元剤インジェクタが、触媒化すすフィルタの下流及び窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の上流に位置し、還元剤が好ましくは尿素である、実施形態34又は35に記載のシステム。
【0080】
37.ディーゼル酸化触媒と、触媒化すすフィルタと、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒とを含む実施形態33に記載のシステムであって、ディーゼル酸化触媒が窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の上流に位置し、そして窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒が、触媒化すすフィルタの上流に位置し、ディーゼル酸化触媒が好ましくはシステムの第1の触媒であり、そして好ましくはエンジンとディーゼル酸化触媒との間に触媒が存在しないシステム。
【0081】
38.実施形態37に記載のシステムであって、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の下流且つ触媒化すすフィルタの上流に位置する選択的接触還元触媒をさらに含み、好ましくはアンモニア酸化触媒をさらに含み、前記アンモニア酸化触媒が、選択的接触還元触媒の下流且つ触媒化すすフィルタの上流に位置する、システム。
【0082】
39.実施形態37又は38に記載のシステムであって、触媒化すすフィルタの下流に位置するSCR/AMOx触媒をさらに含み、好ましくは、SCR/AMOx触媒の上流且つ触媒化すすフィルタの下流に位置する還元剤インジェクタをさらに含み、還元剤はより好ましくは尿素である、システム。
【0083】
40.実施形態37から39のいずれか一項に記載のシステムであって、還元剤インジェクタをさらに含み、この還元剤インジェクタがディーゼル酸化触媒の下流且つ窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の上流に位置し、還元剤は好ましくは尿素である、システム。
【0084】
41.実施形態33に記載のシステムであって、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒及び触媒化すすフィルタを含み、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒が触媒化すすフィルタの上流に位置し、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒が好ましくはシステムの第1触媒であり、そして好ましくはエンジンと窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒との間に触媒が存在しない、システム。
【0085】
42.実施形態41に記載のシステムであって、窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の下流且つ触媒化すすフィルタの上流に位置する選択的接触還元触媒をさらに含み、
好ましくはアンモニア酸化触媒をさらに含み、前記アンモニア酸化触媒が選択的接触還元触媒の下流且つ触媒化すすフィルタの上流に位置する、システム。
【0086】
43.第1の還元剤インジェクタをさらに含み、第1の還元剤インジェクタが窒素酸化物の選択的接触還元用の触媒の上流に位置し、還元剤は好ましくは尿素である、実施形態41又は42に記載のシステム。
【0087】
44.実施形態41から43のいずれか一項に記載のシステムであって、触媒化すすフィルタの下流に位置するSCR/AMOx触媒をさらに含み、好ましくは、SCR/AMOx触媒の上流且つ触媒化すすフィルタの下流に位置する還元剤インジェクタをさらに含み、還元剤はより好ましくは尿素である、システム。
【0088】
45.窒素酸化物の選択的接触還元のための方法であって、その窒素酸化物が排気ガス流中に含まれており、
(1) 好ましくはディーゼルエンジンからの、排気ガス流を提供すること、
(2) (1)で提供された排気ガス流を、実施形態30に記載の選択的接触還元用の触媒、又は実施形態33から44のいずれか一項に記載の排気ガス処理システムに通すこと
を含む方法。
【0089】
46.実施形態32に記載の触媒又は実施形態33から44のいずれか一項に記載の排気ガス処理システムを、窒素酸化物、好ましくはディーゼルエンジンを出る窒素酸化物の選択的接触還元に使用する方法。
【実施例】
【0090】
参考実施例1:CHA型骨格構造を有するゼオライト材料の調製
WO2011/064186A1の比較実施例1及び比較実施例2の工程2.1に記載の手順に従ってチャバザイトを調製した。
【0091】
参考実施例2:CHA型骨格構造を有するゼオライト材料の調製
US10,315,924B2の実施例1及び2に記載の合成方法に従ってゼオライト材料を調製し、シリカ対アルミナ比28を示すゼオライトを得た。
【0092】
参考実施例3:液相イオン交換(LPIE)プロセスにより調製したCu-CHA
参考実施例1により得られたゼオライト材料を、本質的にUS8,293,199B2に開示の手順に従い、特にUS8,293,199B2の発明実施例2、第15欄、第31~46行を参照して、銅でイオン交換した。イオン交換は、Cu-CHAゼオライト材料中のCu含有量が、CuOとして計算して、Cu-CHAの質量に対して2.35質量%となるように行った。
【0093】
参考実施例4:液相イオン交換(LPIE)プロセスにより調製したCu-CHA
参考実施例2により得られたゼオライト材料を、参考実施例3に従って銅でイオン交換し、イオン交換は、Cu-CHAゼオライト材料中のCu含有量が、CuOとして計算して、Cu-CHAの質量に対して1.2質量%となるように行った。
【0094】
参考実施例5:一般的なコーティング方法
フロースルー基材をコーティングで被覆するために、フロースルー基材を所与のスラリーの一部に垂直方向で、適用するコーティングの目標長さと等しい基材の特定の長さで浸漬した。このようにして、ウォッシュコートを基材の壁と接触させた。サンプルを特定の時間、通常は1~10秒の間、スラリー中に放置した。次いで、基材をスラリーから取り出し、余分なスラリーを、基材から排出させてから圧縮空気を(スラリーの浸透方向に逆らって)吹き付けることにより除去した。
【0095】
比較実施例1:Cu-CHAを含有するSCR触媒の調製
水と参考実施例3のCu-CHAとを混合してバインダーを含有する目標固形分40質量%のスラリーを生成することにより、ウォッシュコートスラリーを調製した。この混合物を含有する触媒コーティングを、参考実施例5のウォッシュコートプロセスを介して、400cpsiのセル密度及び6ミルの壁厚を有するセル状フロースルーセラミックモノリス上に堆積させた。コーティングされたモノリスを、110℃で乾燥させた。コーティングプロセスにより、2.1g/in3の触媒担持量を得た。
【0096】
より具体的には、ウォッシュコートスラリーを調製するために、ジルコニルアセテートの水溶液を、参考実施例3のCu-CHAゼオライト(か焼スラリー100質量%に対して5質量%のZr-OAc)及び脱イオン水と混合して、スラリーを形成した。次いでこのスラリーを、コーティングされていないフロースルーハニカムコージェライトモノリス基材の全長にわたって配置した。前記基材は、参考実施例5に記載の方法に従って、2.1g/in3の担持量でコーティングされた。その後、基材を乾燥させ、次いで550℃で60分間か焼した。
【0097】
比較実施例2:Cu-CHAを含有するSCR触媒の調製
参考実施例4のCu-チャバザイトを用いて、比較実施例1に記載の手順に従い、コーティングされたセラミックモノリスを調製した。
【0098】
実施例1:Cu-CHA、及びFe2O3として計算される2.0質量%のFeを含有するSCR触媒の調製
スラリー内イオン交換プロセスを使用して参考実施例3のCu-CHAに鉄を加え、Cu/Fe促進ゼオライトを形成した(EP3549913A1に記載のスラリー内イオン交換(ISIE)プロセスをこの効果に使用した)。この実施例では、追加のFeの源であるFe(III)ニトラートを用いてスラリー中の必要なレベルまでFe含有量を追加し、その後、スラリー内イオン交換が完了するように十分に混合した。
【0099】
より具体的には、コーティングされたセラミックモノリスを比較実施例1に従って調製し、ウォッシュコートスラリーを調製する際に、Fe2O3として計算されるスラリー中のFe含有量が、か焼スラリーの質量に対して2.0質量%となるような量でFe(III)ニトラートをさらに添加した。これにより、スラリー中に含まれる鉄の総量とスラリー中に含まれるCuイオン交換ゼオライト材料に含有される銅の総量とのFe:Cuモル比は、0.85と算出された。そこで、Cu-CHAを鉄ニトラートと、続けて5質量%のZr-oAcと混合し、NH4-oAcを加えてpHを4.3~4.7(目標pH=4.5)に低下させた。次いで、スラリーを一晩放置した後、フロースルー基材に2.1g/in3の担持量でコーティングした。
【0100】
実施例2:Cu-CHA、及びFe2O3として計算される3.4質量%のFeを含有するSCR触媒の調製
参考実施例4のCu-チャバザイトを用いて、実施例1に記載の手順に従い、コーティングされたセラミックモノリスを調製した。Fe2O3として計算されるスラリー中のFe含有量が、か焼スラリーの質量に対して3.4質量%となるような量でFe(III)ニトラートを添加した。これにより、スラリー中に含まれる鉄の総量とスラリー中に含まれるCuイオン交換ゼオライト材料に含有される銅の総量とのFe:Cuモル比は、2.83と算出された。
【0101】
実施例2:NOx転化及びN2O生成における触媒の試験
比較実施例1及び2、及びさらに実施例1及び2の触媒は、新鮮な状態及び水熱老化させた状態で試験した。コーティングされたモノリスの水熱処理は水蒸気を用いて行い、約10%のO2、10%のH2OのN2を、モノリス上に必要な温度(650℃)で空間速度9000h-1で規定量の時間(50時間)流すことにより達成した。
【0102】
SCR試験条件:
空間速度(SV)=80k h-1、温度:250℃、200℃
標準的なSCRのガス供給:550ppmのNH3、500ppmのNO、5%のH2O、10%のO2、残りN2
高速SCRのガス供給:500ppmのNH3、250ppmのNO、250ppmのNO2、5%のH2O、10%のO2、残りN2。
【0103】
新鮮な状態の触媒サンプル及びエージングした状態の触媒サンプルを、標準的なSCR条件及び高速SCR条件下で触媒試験した結果を、それぞれ以下の表1及び表2に示す。
【0104】
【0105】
【0106】
このように表1及び2に示す結果から分かるように、Cu-CHAは標準及び高速条件下で優れたNOx転化率をもたらすが、その使用は高いN2O生成をもたらし、N2O生成のレベルは用いたCu-CHAの量と相関している。表1及び表2に示す結果からさらに分かるように、驚くべきことに、触媒の調製中にスラリーに鉄を添加すると、特に実施例1のようにゼオライト中に銅を高担持量で用いた場合、N2O生成が低下することが見出された。しかし、全く予想外なことに、本発明によれば、Cu-CHAに銅を低担持量で用いた場合、触媒の調製中にスラリーに鉄を添加することによって、比較的低いN2O生成を増加させることなく、得られた触媒のNOx転化が促進されることが見出された。表2に示す結果から分かるように、これは高速SCR条件下で特に明らかであり、新鮮な触媒において、銅担持量が1.2質量%の比較実施例2で観察されたNOx転化率は、実施例2によりスラリーに鉄を添加すると、新鮮な状態で実施例1で観察された活性をさらに上回るレベルまで促進される。この効果は、エージングした触媒においても顕著であり、比較実施例2のCu-CHA触媒の28%のNOx転化率は実施例2による鉄の添加によって72%に促進され、対応するN2O生成の増加はもたらさなかった。
【0107】
よって、極めて驚くべきことに、鉄をスラリーに添加することにより、Cu-CHA中の銅の量が低減でき、それにもかかわらず予想されていたように得られた触媒のNOx転化活性を犠牲にすることなく、より低いN2O生成が達成されることが見出された。その結果、極めて予想外にも、銅の担持量が少ないCu-CHA触媒を使用し、担持触媒の調製時にCu-CHAスラリーに鉄を添加することにより、特に高速SCR条件下で、高いNOx転化率と低いN2O生成の間の最適なバランスを提供できることが見出された。
【0108】
引用文献
- WO2016/070090A1
- US2011/0305614A1
- WO2017/153894A1
- WO2015/101930A1
- WO2017/134581A1
- WO2018/10718A
- WO2011/064186A1
- US10,315,924B2
- US8,293,199B2
- EP3549913A1
【国際調査報告】