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▶ ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニーの特許一覧
(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】特表2017-531118(P2017-531118A)
(43)【公表日】2017年10月19日
(54)【発明の名称】排ガス処理のためのゾーン化触媒
(51)【国際特許分類】
F01N 3/28 20060101AFI20170922BHJP
F01N 3/08 20060101ALI20170922BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20170922BHJP
F01N 3/10 20060101ALI20170922BHJP
F01N 3/022 20060101ALI20170922BHJP
F01N 3/035 20060101ALI20170922BHJP
B01J 35/04 20060101ALI20170922BHJP
B01D 53/94 20060101ALI20170922BHJP
B01D 53/92 20060101ALI20170922BHJP
B01D 53/14 20060101ALI20170922BHJP
【ＦＩ】
F01N3/28 301P
F01N3/08 BZAB
F01N3/28 301D
F01N3/28 301G
F01N3/24 E
F01N3/08 A
F01N3/10 A
F01N3/022 C
F01N3/035 A
F01N3/035 E
B01J35/04 301L
B01D53/94 222
B01D53/94 400
B01D53/92 222
B01D53/14 100
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】29
(21)【出願番号】特願2017-506696(P2017-506696)
(86)(22)【出願日】2015年7月30日
(85)【翻訳文提出日】2017年3月30日
(86)【国際出願番号】IB2015055769
(87)【国際公開番号】WO2016020806
(87)【国際公開日】20160211
(31)【優先権主張番号】62/034,458
(32)【優先日】2014年8月7日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】
AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】590004718
【氏名又は名称】ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー
【氏名又は名称原語表記】ＪＯＨＮＳＯＮ ＭＡＴＴＨＥＹ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】ゾンターク， オリヴィエ
(72)【発明者】
【氏名】ゲンショウ， ティム
(72)【発明者】
【氏名】ニューマン， アンドリュー
(72)【発明者】
【氏名】ティンゲイ， イザベル
(72)【発明者】
【氏名】スメドラー， グドムント
【テーマコード（参考）】
3G091
3G190
4D002
4D020
4D148
4G169
【Ｆターム（参考）】
3G091AA18
3G091AB02
3G091AB05
3G091AB09
3G091AB13
3G091BA01
3G091BA14
3G091CA17
3G091GA06
3G091GA16
3G091GB01W
3G091GB03W
3G091GB04W
3G091GB06W
3G091GB07W
3G091GB09X
3G091GB10W
3G091HA08
3G091HA09
3G091HA16
3G091HA18
3G190AA12
3G190BA02
3G190CA03
3G190CA13
3G190CB13
3G190CB19
3G190CB23
3G190CB26
3G190CB28
4D002AA12
4D002AC10
4D002BA03
4D002CA07
4D002DA01
4D002DA03
4D002DA04
4D002DA08
4D002DA11
4D002DA21
4D002DA25
4D002HA02
4D020AA05
4D020BA01
4D020BA02
4D020BA03
4D020BA06
4D020BA08
4D020BB01
4D020CA01
4D020CD03
4D148AA06
4D148AB02
4D148AC04
4D148BA11Y
4D148BA35Y
4D148BA36Y
4D148BB02
4D148BB16
4D148CC32
4D148CC36
4D148CC61
4D148EA04
4G169AA03
4G169BA07A
4G169BC31A
4G169BC66A
4G169CA02
4G169CA03
4G169CA08
4G169CA13
4G169DA05
4G169EA18
4G169EC28
4G169EE09
4G169ZA14A
4G169ZA19A
4G169ZA39A
4G169ZA41A
4G169ZC04
4G169ZF05A
(57)【要約】
第１のアンモニア貯蔵能力を有する鉄担持中細孔又は大細孔モレキュラーシーブを含む第１のＳＣＲ触媒ゾーンと；第２のアンモニア貯蔵能力を有する銅担持小細孔モレキュラーシーブを含む第２のＳＣＲ触媒ゾーンとを含む、排ガスを処理するためのシステムであって、システムを通る通常の排ガスの流れに対して第１のＳＣＲ触媒ゾーンが第２のＳＣＲ触媒ゾーンの上流に配置されており、第２のアンモニア貯蔵能力が第１のアンモニア貯蔵能力よりも高い、システムが提供される。排ガスを処理するためのシステムの使用方法も提供される。【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ａ． 第１のアンモニア貯蔵能力を有する鉄担持中細孔又は大細孔モレキュラーシーブを含む第１のＳＣＲ触媒ゾーンと；
ｂ． 第２のアンモニア貯蔵能力を有する銅担持小細孔モレキュラーシーブを含む第２のＳＣＲ触媒ゾーンと
を含む、排ガスを処理するためのシステムであって、システムを通る通常の排ガスの流れに対して第１のＳＣＲ触媒ゾーンが第２のＳＣＲ触媒ゾーンの上流に配置されており、第２のアンモニア貯蔵能力が第１のアンモニア貯蔵能力よりも高い、システム。
ｂ． 第２のアンモニア貯蔵能力を有する銅担持小細孔モレキュラーシーブを含む第２のＳＣＲ触媒ゾーンと
を含む、排ガスを処理するためのシステムであって、システムを通る通常の排ガスの流れに対して第１のＳＣＲ触媒ゾーンが第２のＳＣＲ触媒ゾーンの上流に配置されており、第２のアンモニア貯蔵能力が第１のアンモニア貯蔵能力よりも高い、システム。
【請求項2】
第１のアンモニア貯蔵能力が約１．５ｍｍｏｌ／ｇ触媒以下であり、第２のアンモニア貯蔵能力が少なくとも約１．２ｍｍｏｌ／ｇ触媒である、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
第１のＳＣＲ触媒ゾーンと第２のＳＣＲ触媒ゾーンとの間に配置されている触媒を含まない、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項4】
第１のＳＣＲ触媒ゾーンが銅を実質的に含まず、第２の触媒ゾーンが鉄を実質的に含まない、請求項１から３の何れか一項に記載のシステム。
【請求項5】
第１のＳＣＲ触媒ゾーンが、ＢＥＡ骨格を有する鉄担持モレキュラーシーブを含む、請求項１から４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項6】
第２のＳＣＲ触媒ゾーンが、ＣＨＡ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、及びＡＦＴから選択される骨格を有する銅担持モレキュラーシーブを含む、請求項１から５の何れか一項に記載のシステム。
【請求項7】
第１のＳＣＲ触媒ゾーンのモレキュラーシーブ及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンのモレキュラーシーブが独立に約１０から約５０のシリカ対アルミナ比を有する、請求項１から６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項8】
第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンが、入口端、出口端、及び入口端から出口端まで測定された軸長を有する流通型ハニカム基材上にコーティングされており、第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンが隣接している又は少なくとも部分的に重なっている、請求項１から７の何れか一項に記載のシステム。
【請求項9】
第２のＳＣＲ触媒ゾーンの下流に酸化触媒ゾーンをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
第２のＳＣＲ触媒ゾーンが酸化触媒ゾーンに完全に重なっている、請求項９に記載のシステム。
【請求項11】
第１のＳＣＲ触媒ゾーンが、入口端及び出口端を有するウォールフロー型フィルタ上にあり、第２のＳＣＲ触媒ゾーンが流通型ハニカム基材上にあり、ただし第１のＳＣＲ触媒ゾーンと第２のＳＣＲ触媒ゾーンとの間に介在する触媒がないことを条件とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
第１のＳＣＲ触媒ゾーンの上流に配置されている部分的ＮＯｘ吸収剤をさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項13】
フィルタの上流で窒素系還元剤を導入するための第１の還元剤供給部、及びフィルタと流通型ハニカム基材との間で窒素系還元剤を導入するための第２の還元剤供給部をさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項14】
第２のＳＣＲ触媒ゾーンの下流にある流通型基材上にコーティングされているアンモニアスリップ触媒をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項15】
アンモニア及び内燃機関から生じる排ガスの混合物を、（ａ）アンモニア貯蔵能力が約１．５ｍｍｏｌ ＮＨ３／ｇ以下である鉄担持モレキュラーシーブを含む第１のＳＣＲゾーン、及び（ｂ）アンモニア貯蔵能力が少なくとも約１．２ｍｍｏｌ ＮＨ３／ｇ触媒である銅担持モレキュラーシーブを含む第２のＳＣＲゾーンと、順に接触させる工程を含み、ただし鉄担持モレキュラーシーブが銅担持モレキュラーシーブと比較してより低いアンモニア貯蔵能力を有することを条件とする、排ガスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ゾーン化触媒のシステム及び燃焼排ガスの処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
エンジン内の炭化水素系燃料の燃焼は、比較的無害な窒素（Ｎ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、及び二酸化炭素（ＣＯ２）を主に含有する排ガスを生成する。しかし排ガスは、比較的少量の、有害及び／又は毒性の物質、例えば不完全燃焼による一酸化炭素（ＣＯ）、未燃燃料からの炭化水素（ＨＣ）、過剰な燃焼温度による窒素酸化物（ＮＯｘ）、及び粒子状物質（大部分はすす）なども含有する。排気筒及び雰囲気中に放出される排ガスの環境への影響を緩和するために、好ましくは同様に他の有害又は毒性の物質を生じさせないプロセスによって、望ましくない成分を除去する、又は望ましくない成分の量を減少させることが望ましい。
【0003】
典型的には、希薄燃焼ガスエンジンからの排ガスは、炭化水素燃料の適切な燃焼を確実にするために供給される高い割合の酸素に起因して、正味の酸化効果を有する。そのようなガスにおいて、除去するのに最も負荷の大きい成分の１つはＮＯｘであり、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）、及び亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が含まれる。排ガスが、還元の代わりに酸化反応を好むのに十分な酸素を含有するため、ＮＯｘからＮ２への還元は特に問題となる。それにもかかわらず、ＮＯｘは選択的触媒還元（ＳＣＲ）として一般に知られるプロセスによって還元できる。ＳＣＲ法は、触媒の存在下でアンモニアなどの還元剤を用いて、ＮＯｘを窒素元素（Ｎ２）及び水に転化させることを含む。ＳＣＲ法では、排ガスをＳＣＲ触媒と接触させる前に、アンモニアなどのガス状還元剤を排ガス流へ加える。還元剤は触媒上で吸収され、ガスが触媒化基材の中又は上を通るとＮＯｘ還元反応が起こる。アンモニアを使用した化学量論的ＳＣＲ反応の化学方程式は、４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２−＞４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２＋４ＮＨ３＋Ｏ２−＞３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３−＞２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ
である。
【0004】
イオン交換された遷移金属を有するゼオライトはＳＣＲ触媒として有用であることが知られている。銅によりイオン交換された従来の小細孔ゼオライトは、低温での高いＮＯｘ転化率を実現するのに特に有用である。しかし、ＮＨ３とイオン交換ゼオライトの遷移金属上に吸収されたＮＯとの相互作用は、Ｎ２Ｏを生成する望ましくない副反応を生じさせる場合がある。このＮ２Ｏは排ガス流から除去するのに特に問題となる。したがって、ＮＯｘの高い転化率をもたらしＮ２Ｏの生成が最小限である、改善された方法が依然として必要とされている。本発明はとりわけこの必要性を満たす。
【発明の概要】
【0005】
出願人らは、触媒ゾーンのうちの１つが鉄担持モレキュラーシーブを含有しもう一方が銅担持モレキュラーシーブを含有する少なくとも２つのＳＣＲ触媒ゾーンの組み合わせは、鉄担持モレキュラーシーブが銅担持モレキュラーシーブの上流にある場合、また鉄担持モレキュラーシーブのアンモニア貯蔵能力が銅担持モレキュラーシーブと比較してより低い場合に、ＳＣＲ反応における全体としての高いＮ２選択性を維持しながら望ましくないＮ２Ｏの生成を大幅に減少させることができることを見出した。例えば、鉄担持モレキュラーシーブのアンモニア貯蔵能力が約１．５ｍｍｏｌ ＮＨ３／ｇ触媒以下であり、銅担持モレキュラーシーブのアンモニア貯蔵能力が少なくとも約１．２ｍｍｏｌ ＮＨ３／ｇ触媒である場合、高いＮ２選択性及び少ないＮ２Ｏ副生成物を実現できる。好ましくは、上流のＳＣＲ触媒ゾーンは銅を含まず又は実質的に含まず、下流のＳＣＲ触媒ゾーンは鉄を含まない又は実質的に含まない。
【0006】
したがって、一態様において（ａ）第１のアンモニア貯蔵能力を有する鉄担持中細孔又は大細孔モレキュラーシーブを含む第１のＳＣＲ触媒ゾーンと、（ｂ）第２のアンモニア貯蔵能力を有する銅担持小細孔モレキュラーシーブを含む第２のＳＣＲ触媒ゾーンとを含む、排ガスを処理するためのシステムであって、システムを通る通常の排ガスの流れに対して第１のＳＣＲ触媒ゾーンが第２のＳＣＲ触媒ゾーンの上流に配置されており、第２のアンモニア貯蔵能力が第１のアンモニア貯蔵能力よりも高い、システムが提供される。
【0007】
本発明の別の態様において、アンモニア及び内燃機関から生じる排ガスの混合物を、アンモニア貯蔵能力が約１．５ｍｍｏｌ ＮＨ３／ｇ以下である鉄担持モレキュラーシーブを含む第１のＳＣＲ触媒ゾーン、及びアンモニア貯蔵能力が少なくとも約１．２ｍｍｏｌ ＮＨ３／ｇ触媒である銅担持モレキュラーシーブを含む第２のＳＣＲ触媒ゾーンと順に接触させることにより、混合物を処理する工程を含み、ただし鉄担持モレキュラーシーブが銅担持モレキュラーシーブと比較してより低いアンモニア貯蔵能力を有することを条件とする、排ガスの処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】ゾーン化ＳＣＲ触媒の配置を用いた本発明の実施態様を示す図である。
【図2】ゾーン化ＳＣＲ触媒の別の配置を用いた本発明の実施態様を示す図である。
【図3】ゾーン化ＳＣＲ触媒の別の配置を用いた本発明の実施態様を示す図である。
【図4】ゾーン化ＳＣＲ触媒の別の配置を用いた本発明の実施態様を示す図である。
【図4A】ゾーン化ＳＣＲ触媒の別の配置を用いた本発明の実施態様を示す図である。
【図5】ゾーン化ＳＣＲ触媒及びアンモニア酸化触媒の配置を用いた本発明の実施態様を示す図である。
【図6】２つの基材を含むゾーン化ＳＣＲ触媒の別の配置を用いた本発明の実施態様を示す図である。
【図6A】２つの基材及びＡＳＣゾーンを含むゾーン化ＳＣＲ触媒の別の配置を用いた本発明の実施態様を示す図である。
【図7】ゾーンの１つが押出触媒体中にある、ゾーン化ＳＣＲ触媒の別の配置を用いた本発明の実施態様を示す図である。
【図7A】ゾーンの１つが押出触媒体中にある、ゾーン化ＳＣＲ触媒の別の配置を用いた本発明の実施態様を示す図である。
【図7B】ゾーン（複数）が押出触媒体上にある、ゾーン化ＳＣＲ触媒の別の配置を用いた本発明の実施態様を示す図である。
【図8】ゾーンの１つが押出触媒体中にある、ゾーン化ＳＣＲ触媒の別の配置を用いた本発明の実施態様を示す図である。
【図9】ゾーン化ＳＣＲ触媒を含む流通型ハニカム基材を示す図である。
【図9A】流通型ハニカム基材のセルを示す図である。
【図10】本発明の実施態様による、排ガスを処理するためのシステムを示す図である。
【図11A】本発明の実施態様による、排ガスを処理するためのシステムを示す図である。
【図11B】本発明の実施態様による、排ガスを処理するための別のシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
環境大気質を改善するため、特に発電所、ガスタービン、希薄燃焼内燃機関などにより生じる排出ガスを処理するためのシステム及び方法が提供される。排出ガスは、広い運転温度範囲にわたってＮＯｘ濃度を低下させることによって、少なくとも部分的に改善される。ＮＯｘの転化は、排ガスをゾーン内に配置された２つ以上の特定のＮＨ３−ＳＣＲ触媒と接触させることによって実現される。
【0010】
一つには、システムは、第１のアンモニア貯蔵能力を有する鉄担持中細孔又は大細孔モレキュラーシーブを含む第１のＳＣＲ触媒ゾーン、及び第２のアンモニア貯蔵能力を有する銅担持小細孔モレキュラーシーブを含む第２のＳＣＲ触媒ゾーンの、２つのＮＨ３−ＳＣＲ触媒ゾーンを含み、システムを通る通常の排ガスの流れに対して第１のＳＣＲ触媒ゾーンが第２のＳＣＲ触媒ゾーンの上流に配置されており、第２のアンモニア貯蔵能力が第１のアンモニア貯蔵能力よりも高い。一例において、鉄担持中細孔又は大細孔モレキュラーシーブは第１のゾーン内の流通型モノリスのチャネル壁上及び／又はチャネル壁内にコーティングされており、銅担持小細孔モレキュラーシーブは第２のゾーン内の流通型モノリスのチャネル壁上及び／又はチャネル壁内にコーティングされており、第１のゾーンは第２のゾーンの上流にある。特定の実施態様において、第１又は第２のゾーンは押出触媒体の形態であってもよく、他のゾーンは触媒体上のコーティングである。別の例において、鉄担持中細孔又は大細孔モレキュラーシーブはウォールフロー型フィルタの上及び／又は内部にコーティングされており、銅担持小細孔モレキュラーシーブはフィルタの下流に配置された流通型モノリスのチャネル壁上及び／又はチャネル壁内にコーティングされている。
【0011】
鉄担持モレキュラーシーブのアンモニア貯蔵能力は、例えば約１．０から約１．５、約１．０から約１．２５、約１．２５から約１．５、又は約１．３５から約１．４５ｍｍｏｌＮＨ３／ｇ触媒であってもよい。
【0012】
銅担持モレキュラーシーブのアンモニア貯蔵能力は、例えば約１．２から約２．５、約１．５から約２．５、約１．６から約２．０、又は約１．７から約１．９ｍｍｏｌ ＮＨ３／ｇ触媒であってもよい。
【0013】
ここで、アンモニア貯蔵能力は熱重量分析（ＴＧＡ）により測定される。より詳細には、最初に高温（例えば５５０℃）で触媒材料から水分をパージし、次いで触媒材料を１００℃においてＮＨ３で飽和させ、続いてゆるく結合したＮＨ３を触媒材料から約１０分間不活性ガスパージし、次いで毎分５℃の速度で温度を少なくとも５５０℃まで徐々に上昇させることにより、アンモニア貯蔵能力をＴＧＡにより測定する。温度上昇中の全重量減少は、材料のアンモニア貯蔵能力に相当する。
【0014】
図１を見ると、流通型ハニカム基材（１０）が第１の触媒ゾーン（２０）及び第２の触媒ゾーン（３０）を有する本発明の実施態様が示され、第１及び第２の触媒ゾーンは連続しており接触している。本明細書で使用する「第１のゾーン」及び「第２のゾーン」という用語は、基材上のゾーンの位置づけを示す。より詳細には、ゾーンは順に位置づけられているので、通常の運転条件下で、処理しようとする排ガスが第２のゾーンに接触する前に第１のゾーンに接触する。
【0015】
第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンは連続して配置されうるので、途切れずに連続して一方が他方に続いている（すなわち、第１のＳＣＲ触媒ゾーンと第２のＳＣＲ触媒ゾーンとの間に触媒、又はフィルタなどの他の排ガス処理操作がない）。したがって、特定の実施態様において、１つの基材又は一連の基材の中又は上を通る通常の排ガスの流れに対して、第１のＳＣＲ触媒ゾーンは第２のＳＣＲ触媒ゾーンの上流にある。
【0016】
第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンの触媒材料の違いによって、排ガスの異なる処理が得られる。例えば、第１のＳＣＲ触媒ゾーンはＮＯｘを還元するが副生成物（低温でのＮ２Ｏ及び高温でのＮＯｘを含む）に対する選択性がより低く、第２のＳＣＲ触媒ゾーンは第１のＳＣＲ触媒ゾーンと比較してより高い選択性で効率的にＮＯｘを還元する。２つのＳＣＲ触媒ゾーンの組み合わせの相乗効果は、単一の触媒システム又は他のゾーン化配置と比較して触媒の全体としての性能を改善させる。好ましくは、第１及び第２のゾーンは接触している（すなわち、第１のＳＣＲ触媒ゾーンと第２のＳＣＲ触媒ゾーンとの間に介在する触媒活性層がない）。
【0017】
図９では、基材が、基材を通る排ガスの流れ（１）の通常の方向に対して入口端（１１０）及び出口端（１２０）を有するハニカム流通型モノリス（１００）である、ゾーン化触媒基材（２）が示される。基材は入口端（１１０）から出口端（１２０）へ延びる軸長（１９０）を有する。図９Ａは排ガスが通ることができる開口チャネル（２２０）を画定するチャネル壁（２１０）を有するハニカム基材の１つのセル（２００）を示す。
【0018】
一般に、チャネル壁は好ましくは、多孔性又は半多孔性である。
【0019】
典型的には、各ゾーンの触媒は、壁の表面上のコーティングであってもよく、壁に部分的若しくは完全に浸透するコーティングであってもよく、押出体として壁に直接取り込まれてもよく、又はそれらの何らかの組み合わせであってもよい。
【0020】
図１では、第１のＳＣＲ触媒ゾーン（２０）が入口端（１１０）から第１の終点（２９）まで延びている。
【0021】
一般に、第１の終点は軸長（１９０）の約１０から９０パーセント、例えば約８０から９０パーセント、約１０から２５パーセント、又は約２０−３０パーセントの位置にある。
【0022】
第２のＳＣＲ触媒ゾーン（１２０）は典型的には、出口端（１２０）から軸長（１９０）に沿った特定の距離にわたって、例えば軸長（１９０）の約２０から９０パーセント、例えば約６０から約８０パーセント、又は約５０から約７５パーセントにわたって延びている。好ましくは、第２のＳＣＲ触媒ゾーンは少なくとも第１の終点まで延びているので、第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンは接触している。
【0023】
軸長は好ましくは２４インチ未満、例えば約１から約２４インチ、約３から約１２インチ、又は約３から約６インチなどである。
【0024】
図２では、第１のＳＣＲ触媒ゾーン（２０）が部分的に第２のＳＣＲ触媒ゾーン（３０）に重なっている。図３では、第２のＳＣＲ触媒ゾーン（３０）が部分的に第１のＳＣＲ触媒ゾーン（２０）に重なっている。
【0025】
重なりは好ましくは基材の軸長の９０パーセント未満、例えば約８０から約９０パーセント、約４０パーセント未満、約４０から約６０パーセント、約１０から約１５パーセント、又は約１０から約２５パーセントである。第２のＳＣＲ触媒ゾーンが第１のＳＣＲ触媒ゾーンに重なっている実施態様に関して、重なりは軸長の５０パーセントを超えていてもよく、例えば８０から９０パーセントなどであってもよい。第１のＳＣＲ触媒ゾーンが第２のＳＣＲ触媒ゾーンに重なっている実施態様に関して、重なりは好ましくは軸長の５０パーセント未満、例えば約１０から２０パーセントである。
【0026】
図４では、第１のＳＣＲ触媒ゾーン（２０）は第２のＳＣＲ触媒ゾーン（３０）に完全に重なっている。そのような実施態様に関して、排ガスは最初に第１のＳＣＲ触媒ゾーンに接触し、第１のＳＣＲ触媒ゾーンによって少なくとも部分的に処理される。排ガスの少なくとも一部は第１のＳＣＲ触媒ゾーンを透過し、そこで第２のＳＣＲ触媒ゾーンに接触し、さらに処理される。処理済み排ガスの少なくとも一部は第１のＳＣＲ触媒ゾーンを透過して戻り、開口チャネルに入り、基材から出る。図４は、第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンの両方が基材の全軸長にわたって延びている実施態様を示す。
【0027】
図４Ａは、第２のＳＣＲ触媒ゾーンが出口端から基材の全軸長未満の長さまで延びており、第１のＳＣＲ触媒ゾーンが基材の全軸長にわたって延び、そのため第２のＳＣＲ触媒ゾーンに完全に重なっている、実施態様を示す。
【0028】
図５は本発明の別の実施態様を示す。ここで、第３の触媒ゾーンは、基材の出口端の近位にあり、好ましくは基材の出口端から延びている。
【0029】
第３の触媒ゾーンは、典型的には酸化触媒、好ましくはアンモニアを酸化するのに効果的な触媒を含む。
【0030】
一般に、触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、又はそれらの組み合わせなどの１つ又は複数の白金族金属（ＰＧＭ）を、好ましくはアルミナなどの金属酸化物支持体上に含む。
【0031】
層状配置の第２及び第３の触媒ゾーンの組み合わせはアンモニアスリップ触媒として機能し、上流のＳＣＲ反応により消費されない過剰のアンモニアの少なくとも一部が第２のゾーンを通って第３の触媒ゾーンへ移動し、ここで酸化されてＨ２Ｏ及び二次ＮＯｘとなる。Ｈ２Ｏ及び二次ＮＯｘは第２の触媒ゾーンを通って戻り、ここで二次ＮＯｘの少なくとも一部がＳＣＲ型反応により還元されてＮ２及びＨ２Ｏとなる。
【0032】
好ましくは、第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンは連続して配置されているので、第１のＳＣＲ触媒ゾーンは第２のＳＣＲ触媒ゾーンに接触している。
【0033】
典型的には、第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンは、排ガス処理システム中に配置されている別々の基材上にコーティング又は組み込まれているので、第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンは連なっており、接触しているか又は介在する排ガス処理触媒がなく短い距離で隔てられている。
【0034】
２つの基材を使用する場合、基材は同じ又は異なる基材であってもよい。例えば、第１の基材がウォールフロー型フィルタ、第２の基材が流通型ハニカムであってもよく、又は第１及び第２の基材が流通型ハニカムであってもよい。
【0035】
２つの基材を使用する場合、好ましくは第１及び第２の基材が流通型ハニカムである場合、第１の基材の多孔性は第２の基材よりも高くてもよく、第１及び第２の基材は異なる組成物である又は異なるセル密度を有していてもよく、及び／又は第１及び第２の基材は異なる長さであってもよい。
【0036】
図６では、第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンは排ガス処理システム中に配置されている別々の基材上に配置されているので、第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンは連なっており隣接しているが、直接接触していない。
【0037】
第１の基材と第２の基材との間の最大距離は好ましくは２インチ未満、より好ましくは１インチ未満であり、好ましくは第１のＳＣＲ触媒ゾーンと第２のＳＣＲ触媒ゾーンとの間及び／又は第１の基材と第２の基材との間に、介在する基材、フィルタ、又は触媒材料がない。
【0038】
図６Ａでは、第２の基材が基材の出口端から基材の全長未満の長さまで延びるアンモニア酸化触媒下層（４０）をさらに含む。第２のＳＣＲ触媒ゾーンは完全に酸化触媒を覆っており、好ましくは基材の長さにわたって延びている。
【0039】
第１又は第２のＳＣＲ触媒ゾーンは押出触媒材料を含んでいてもよい。図７に示される実施態様は、例えば、押出触媒基材の一部の上のコーティング及び／又は押出触媒基材の一部の内部のコーティングの形態である第１のＳＣＲ触媒ゾーン（２６）を含む。押出触媒基材は、同様に、第２のＳＣＲ触媒ゾーン（１６）を含む。第１のＳＣＲ触媒ゾーンは、排ガスの通常の流れ（１）に対して第２のＳＣＲ触媒ゾーンの上流にあるように基材上に配置されている。ゾーン（１６）の触媒活性基材は本明細書に記載の他の第２のＳＣＲ触媒ゾーンと同様の触媒活性材料を含む。
【0040】
図７では、第１のＳＣＲ触媒ゾーンは入口端から基材の全長未満の長さまで延びている。
【0041】
図７Ａでは、第１のＳＣＲ触媒ゾーン（２６）が第２のＳＣＲ触媒ゾーンを含む触媒活性基材を完全に覆っている。
【0042】
図７Ｂでは、触媒活性基材（３００）、例えば押出触媒材料から形成される流通型ハニカム基材は、第１のＳＣＲ触媒ゾーン（３１０）及び第２のＳＣＲ触媒ゾーン（３３０）でコーティングされている。
【0043】
典型的には、第１のＳＣＲ触媒ゾーンは入口端（３１２）から、軸長（３９０）の約１０から８０パーセント、例えば約５０−８０パーセント、約１０から２５パーセント、又は約２０−３０パーセントに位置している第１の終点（３１４）まで延びている。
【0044】
第２のＳＣＲ触媒ゾーンは、典型的には出口端（３４４）から、軸長（３９０）の約２０から８０パーセント、例えば約２０−４０パーセント、約６０から約８０パーセント、又は約５０から約７５パーセントに位置している第２の終点（３３２）まで延びている。
【0045】
一般に、第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーン直接接触しておらず、そのためギャップ（３２０）が上流及び下流のゾーンの間に存在する。好ましくは、このギャップは触媒層を含まないが、代わりに処理しようとする排ガスに直接さらされている。排ガスはギャップにおいて触媒体に接触し、それにより例えば排ガス中のＮＯｘの一部を選択的に還元するように排ガスが処理される。
【0046】
ギャップは、第１の終点（３１４）及び第２の終点（３３２）によって画定され、好ましくは軸長の７５パーセント未満、例えば軸長（３９０）の約４０から約６０、約１０から約１５パーセント、又は約１０から約２５パーセントである。
【0047】
任意選択のＮＨ３酸化触媒は、出口端（３４４）から入口端（３１２）に向かって下流のゾーンの長さ以下である長さで伸びているゾーンにおいて、基材（３００）の上及び／又は内部にコーティングされうる。任意選択のＮＨ３酸化触媒は好ましくは下流のゾーンを成す触媒組成物によって完全に覆われている下層である。
【0048】
上流のゾーン、押出体、及び下流のゾーンのうち少なくとも２つが本明細書において規定される第１及び第２のゾーンの要件に適合するならば、すなわち第１のゾーンの鉄担持モレキュラーシーブのアンモニア貯蔵能力が約１．５ｍｍｏｌ ＮＨ３／ｇ触媒以下であり、第２のゾーンの銅担持モレキュラーシーブのアンモニア貯蔵能力が少なくとも約１．２ｍｍｏｌ ＮＨ３／ｇ触媒であり、銅担持モレキュラーシーブのアンモニア貯蔵能力が鉄担持モレキュラーシーブの対応するアンモニア貯蔵能力よりも高いならば、上流のゾーンの触媒の組成物、押出体、及び下流のゾーンは特に限定されない。
【0049】
一例において、上流のゾーンは第１のゾーンに対応し、下流のゾーンは第２のゾーンに対応する。押出触媒体は好ましくは、ＴｉＯ２などの金属酸化物上に好ましくは支持された、バナジウムなどの別の種類のＳＣＲ触媒を含み、任意選択的にタングステンなどの１つ又は複数のさらなる金属を含む。
【0050】
別の例において、押出触媒体は第１のゾーンに対応し、下流のゾーンは第２のゾーンに対応する。この例において、上流のゾーンは別の種類の触媒を含んでいてもよい。別の例において、上流のゾーンは第１のゾーンに対応し、押出体は第２のゾーンに対応する。この例において、この下流のゾーンは別の種類の触媒を含んでいてもよい。
【0051】
図８は、第１の触媒ゾーン（１７）が押出触媒体の一部であり、第２のＳＣＲ触媒ゾーン（３７）が押出触媒基材の一部の上のコーティング及び／又は押出触媒基材の一部の内部のコーティングである、別の実施態様を示す。この場合もやはり、第１のゾーンは排ガスの通常の流れ（１）に対して第２のゾーンの上流に配置され、ゾーン（１７）の触媒活性基材は本明細書に記載の他の第１のゾーンと同様の触媒活性材料を含む。
【0052】
第１の触媒ゾーンは第１のＮＨ３−ＳＣＲ触媒組成物を含む。第１のＮＨ３−ＳＣＲ触媒は触媒活性成分として鉄担持モレキュラーシーブを含むが、他の成分、特にバインダーなどの触媒不活性成分を含んでいてもよい。
【0053】
本明細書で使用される場合、「触媒活性」成分は、ＮＯｘの触媒還元及び／又はＮＨ３若しくは他の窒素系ＳＣＲ還元剤の酸化に直接関与する成分である。必然的に、「触媒不活性」成分は、ＮＯｘの触媒還元及び／又はＮＨ３若しくは他の窒素系ＳＣＲ還元剤の酸化に直接関与しない成分である。
【0054】
有用なモレキュラーシーブは結晶性又は準結晶性物質であり、これは例えば、アルミノケイ酸塩（ゼオライト）又はシリコアルミノリン酸塩（ＳＡＰＯ）であってもよい。
【0055】
そのようなモレキュラーシーブは、例えば環状に互いに結合した繰り返しのＳｉＯ４、ＡｌＯ４、及び任意選択的にＰＯ４の四面体単位で構成され、規則的な結晶内の空洞及び分子寸法のチャネルを有する骨格を形成する。四面体単位（環の構成要素）の特異的な配置がモレキュラーシーブの骨格を生じさせ、慣習により、各々の独自の骨格は国際ゼオライト協会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）（ＩＺＡ）によって独自の３文字のコード（例えば、「ＣＨＡ」）が割り当てられている。
【0056】
有用なモレキュラーシーブ骨格の例としては、大細孔骨格（すなわち、１２員環の最小環サイズを有する）、中細孔骨格（すなわち、１０員環の最小環サイズを有する）、及び小細孔骨格（すなわち、８員環の最小環サイズを有する）が挙げられる。骨格の例としては、ＢＥＡ、ＭＦＩ、ＣＨＡ、ＡＥＩ、ＬＥＶ、ＫＦＩ、ＭＥＲ、ＲＨＯ、ＥＲＩ、ＯＦＦ、ＦＥＲ、及びＡＦＸが挙げられる。モレキュラーシーブはまた、２つ以上の骨格（ＡＥＩ及びＣＨＡなど）の連晶であってもよい。特定の実施態様において、第１及び／又は第２のゾーンは独立に、２つ以上のモレキュラーシーブのブレンドを含んでいてもよい。好ましいブレンドはＣＨＡ骨格を有する少なくとも１つのモレキュラーシーブを有し、より好ましくは大部分がＣＨＡ骨格である。
【0057】
特に有用なモレキュラーシーブは小細孔ゼオライトである。本明細書で使用される場合、「小細孔ゼオライト」という用語は、８個の四面体の原子の最大環サイズを有するゼオライト骨格を意味する。好ましくは、モレキュラーシーブの主な結晶相は１つ又は複数の小細孔骨格で構成されるが、他のモレキュラーシーブ結晶相も存在してもよい。好ましくは、モレキュラーシーブ材料の全量を基準として、主な結晶相は少なくとも約９０重量パーセント、より好ましくは少なくとも約９５重量パーセント、さらにより好ましくは少なくとも約９８又は少なくとも約９９重量パーセントの小細孔モレキュラーシーブ骨格を含む。
【0058】
いくつかの例において、本発明で使用するための小細孔ゼオライトは少なくとも１つの寸法が４．３Å未満である細孔径を有する。
【0059】
小細孔ゼオライトは、典型的にはＡＣＯ、ＡＥＩ、ＡＥＮ、ＡＦＮ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＮＡ、ＡＰＣ、ＡＰＤ、ＡＴＴ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＤＦＴ、ＥＡＢ、ＥＤＩ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＧＩＳ、ＧＯＯ、ＩＨＷ、ＩＴＥ、ＩＴＷ、ＬＥＶ、ＫＦＩ、ＭＥＲ、ＭＯＮ、ＮＳＩ、ＯＷＥ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＩＶ、ＴＨＯ、ＴＳＣ、ＵＥＩ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＹＵＧ、及びＺＯＮから成る群から選択される骨格を有する。好ましいゼオライト骨格は、ＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＥＲＩ、ＬＥＶ、ＫＦＩ、ＲＨＯ、及びＵＥＩから選択される。
【0060】
特定の用途において、好ましいゼオライト骨格はＡＥＩ、ＡＦＴ、及びＡＦＸ、特にＡＥＩから選択される。
【0061】
特定の用途において、好ましいゼオライト骨格はＣＨＡである。特定の用途において、ＥＲＩ骨格が好ましい。
【0062】
本発明で有用である特定のゼオライトとしては、ＳＳＺ−３９、Ｍｕ−１０、ＳＳＺ−１６、ＳＳＺ−１３、Ｓｉｇｍａ−１、ＺＳＭ−３４、ＮＵ−３、ＺＫ−５、及びＭＵ−１８が挙げられる。
【0063】
他の有用なモレキュラーシーブとしては、ＳＡＰＯ−３４及びＳＡＰＯ−１８が挙げられる。
【0064】
小細孔ゼオライトは第２のＮＨ３−ＳＣＲ触媒において特に有用である。
【0065】
好ましい実施態様において、第２のＮＨ３−ＳＣＲ触媒は銅を担持するＣＨＡ骨格（例えば、ＳＳＺ−１３）を有するアルミノケイ酸塩を含み、第１のＮＨ３−ＳＣＲ触媒はＢｅｔａ又は鉄−同形Ｂｅｔａなどの鉄担持大細孔ゼオライトを含む。
【0066】
好ましいアルミノケイ酸塩は約１０対約５０、例えば約１５対約３０、約１０対約１５、１５対約２０、約２０対約２５、約１５対約１８、又は約２０対約３０のシリカ対アルミナ比（ＳＡＲ）を有する。好ましいＳＡＰＯは２未満、例えば約０．１から約１．５、又は約０．５から約１．０のＳＡＲを有する。モレキュラーシーブのＳＡＲは従来の解析によって決定してもよい。この比はモレキュラーシーブ結晶の堅い原子骨格中の比を可能な限り厳密に表すことを意図しており、バインダー中の、又はチャネル内のカチオン形態若しくは他の形態のケイ素又はアルミニウムを除外することを意図している。モレキュラーシーブがバインダー材料（特にアルミナバインダー）と混合された後にモレキュラーシーブのＳＡＲを直接測定することは困難な場合があるので、本明細書に記載のＳＡＲ値は、モレキュラーシーブそれ自体のＳＡＲに関して、すなわちゼオライトを他の触媒成分と混合する前に関して表される。
【0067】
別の例において、第２のゾーンのモレキュラーシーブはＳＡＲが１未満であるＳＡＰＯである。
【0068】
モレキュラーシーブはアルミニウム以外の骨格金属を含んでいてもよい（すなわち、金属置換ゼオライト）。本明細書で使用される場合、モレキュラーシーブに関する「金属置換」という用語は、１つ又は複数のアルミニウム又はケイ素の骨格原子が置換金属によって置き換えられているモレキュラーシーブ骨格を意味する。対照的に、「金属交換」という用語は、ゼオライトに付随する１つ又は複数のイオン種（例えば、Ｈ＋、ＮＨ４＋、Ｎａ＋など）が金属（例えば、金属イオン又は遊離金属、例えば金属酸化物など）によって置き換えられているモレキュラーシーブを意味し、金属はモレキュラーシーブの骨格原子（例えば、Ｔ原子）として取り込まれないが、代わりに分子細孔の中又はモレキュラーシーブ骨格の外表面上に取り込まれる。交換された金属は一種の「骨格外金属」であり、これはモレキュラーシーブ内部及び／又はモレキュラーシーブ表面上の少なくとも一部に、好ましくはイオン種として存在する金属であり、アルミニウムを含まず、モレキュラーシーブの骨格を構成する原子を含まない。「金属を担持するモレキュラーシーブ」という用語は、１つ又は複数の骨格外金属を含むモレキュラーシーブを意味する。本明細書で使用される場合、「アルミノケイ酸塩」及び「シリコアルミノリン酸塩」という用語は、金属置換モレキュラーシーブを除外する。
【0069】
本発明の鉄担持又は銅担持モレキュラーシーブは、骨格外金属としてモレキュラーシーブ材料の上及び／又は内部に配置された金属を含む。好ましくは、鉄又は銅の存在及び濃度は、ＮＯｘ還元、ＮＨ３酸化、及びＮＯｘ貯蔵などのプロセスを含めた、排ガスの処理、例えばディーゼルエンジンからの排ガスなどの処理を促進し、一方でＮ２Ｏの形成も抑制する。
【0070】
別段の指定がない限り、モレキュラーシーブ上に担持された鉄の量及び触媒中の鉄濃度は、対応するモレキュラーシーブの総重量あたりの鉄に関して言及され、したがって基材上の触媒ウォッシュコート担持物の量又は触媒ウォッシュコート中の他の物質の存在とは無関係である。同様に、モレキュラーシーブ上に担持された銅の量及び触媒中の銅濃度は、対応するモレキュラーシーブの全重量に対する銅に関して表され、したがって基材上の触媒ウォッシュコート担持物の量又は触媒ウォッシュコート中の他の物質の存在とは無関係である。
【0071】
骨格外の銅は、モレキュラーシーブの総重量を基準として約０．１から約１０重量パーセント（ｗｔ％）、例えば約０．５ｗｔ％から約５ｗｔ％、約０．５から約１ｗｔ％、約１から約５ｗｔ％、約２．５ｗｔ％から約３．５ｗｔ％、及び約３ｗｔ％から約３．５ｗｔ％の濃度で、第２のゾーンのモレキュラーシーブ中に存在しうる。
【0072】
骨格外の鉄は、モレキュラーシーブの総重量を基準として約０．１から約１０重量パーセント（ｗｔ％）、例えば約０．５ｗｔ％から約５ｗｔ％、約１から約５ｗｔ％、約３ｗｔ％から約４ｗｔ％、及び約４ｗｔ％から約５ｗｔ％の濃度で、第１のゾーンのモレキュラーシーブ中に存在してもよい。
【0073】
典型的には、第１のゾーンは第２のゾーンと比較して金属担持物の濃度（ゼオライトの重量を基準とする）がより高い。
【0074】
鉄及び銅の他に、モレキュラーシーブは１つ又は複数のさらなる骨格外金属をさらに含んでいてもよいが、ただしさらなる骨格外金属が鉄又は銅と比較して少量（すなわち、＜５０ｍｏｌ．％、例えば約１から３０ｍｏｌ．％、約１−１０ｍｏｌ．％又は約１−５ｍｏｌ．％など）で存在することを条件とする。
【0075】
さらなる骨格外金属は、金属交換モレキュラーシーブを形成するために触媒産業において使用される公認の触媒活性金属の何れか、特に燃焼プロセスから生じる排ガスの処理において触媒活性であることが知られている金属であってもよい。
【0076】
ＮＯｘ還元及び貯蔵プロセスにおいて有用な金属が特に好ましい。そのような金属の例としては、金属ニッケル、亜鉛、鉄、銅、タングステン、モリブデン、コバルト、チタン、ジルコニウム、マンガン、クロム、バナジウム、ニオブ、並びにスズ、ビスマス、及びアンチモン；白金族金属、例えばルテニウム、ロジウム、パラジウム、インジウム、白金など、並びに貴金属、例えば金及び銀などが挙げられる。
【0077】
好ましい遷移金属は卑金属であり、好ましい卑金属としては、クロム、マンガン、鉄、銅、コバルト、ニッケル、及びそれらの混合物から成る群から選択されるものが挙げられる。
【0078】
本発明の特定の例において、鉄担持又は銅担持モレキュラーシーブは白金族金属を含まない。
【0079】
本発明の特定の例において、鉄担持又は銅担持モレキュラーシーブはアルカリ金属及びアルカリ土類金属を含まない。
【0080】
本発明の特定の例において、鉄担持モレキュラーシーブは鉄以外の遷移金属を含まず、銅担持モレキュラーシーブは銅以外の遷移金属を含まない。
【0081】
好ましくは、鉄及び銅は、好ましくは金属担持モレキュラーシーブの高温処理を行わなくともモレキュラーシーブ結晶内に高分散している。
【0082】
遷移金属の担持は好ましくは完全にイオン交換である、及び／又は好ましくはモレキュラーシーブ支持体の交換部位が収容できるよりも少ない。
【0083】
好ましくは、触媒はバルク酸化鉄又はバルク酸化銅を含まず若しくは実質的に含まず、外側のモレキュラーシーブ結晶表面上に鉄種又は銅種を含まず若しくは実質的に含まず、及び／又は、温度制御還元（ＴＰＲ）解析及び／又は紫外−可視解析によって測定した場合に鉄又は銅の金属クラスターを含まず若しくは実質的に含まない。
【0084】
一例において、金属交換モレキュラーシーブは、モレキュラーシーブ、例えばＨ型モレキュラーシーブ又はＮＨ４型モレキュラーシーブを、触媒活性金属（複数可）の可溶性前駆体を含有する溶液中に混合することによって作られる。溶液のｐＨは、モレキュラーシーブ構造の上又は内部（しかしモレキュラーシーブ骨格を含まない）への触媒活性金属カチオンの析出を生じさせるように調整してもよい。例えば、好ましい実施態様において、触媒活性金属カチオンをイオン交換によりモレキュラーシーブ構造に取り込ませるのに十分な時間、金属硝酸塩又は金属酢酸塩を含有する溶液中にモレキュラーシーブ材料を浸す。未交換の金属イオンは析出する。用途に応じて、未交換のイオンの一部は遊離金属としてモレキュラーシーブ材料中に残っていてもよい。次いで金属交換モレキュラーシーブを洗浄、乾燥、及び焼成してもよい。焼成した材料は、モレキュラーシーブの表面上又はモレキュラーシーブの空洞内に存在するそれぞれ酸化鉄又は酸化銅として一定の割合の鉄又は銅を含んでいてもよい。
【0085】
一般に、モレキュラーシーブの中又はモレキュラーシーブ上の触媒金属カチオンのイオン交換は、室温で又は約８０℃までの温度で、約１から２４時間の時間にわたり約７のｐＨにおいて行ってもよい。得られる触媒モレキュラーシーブ材料を好ましくは乾燥させ、次いで少なくとも約５００℃の温度で焼成する。
【0086】
触媒組成物は鉄又は銅と少なくとも１つのアルカリ金属又はアルカリ土類金属との組み合わせを含むことができ、鉄又は銅及びアルカリ金属又はアルカリ土類金属（複数可）はモレキュラーシーブ材料の上又は内部に配置されている。アルカリ金属又はアルカリ土類金属は、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、又はそれらのいくつかの組み合わせから選択されてもよい。好ましいアルカリ金属又はアルカリ土類金属としては、カルシウム、カリウム、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
【0087】
あるいは、触媒組成物はマグネシウム及び／又はバリウムを本質的に含まない。特定の実施態様において、触媒はカルシウム及びカリウム以外のいかなるアルカリ金属又はアルカリ土類金属も本質的に含まない。特定の実施態様において、触媒はカルシウム以外のいかなるアルカリ金属又はアルカリ土類金属も含まない。特定の他の実施態様において、触媒はカリウム以外のいかなるアルカリ金属又はアルカリ土類金属も本質的に含まない。
【0088】
本明細書で使用される場合、「本質的に含まない」という用語は、材料が感知できる量の特定の金属を有していないことを意味する。すなわち、特定の金属は、特にＮＯｘを選択的に削減又は貯蔵する材料の能力に関する材料の基本的な物理特性及び／又は化学特性に影響を与えることになる量で存在しない。特定の実施態様において、モレキュラーシーブ材料のアルカリ金属含量は３重量パーセント未満、より好ましくは１重量パーセント未満、さらにより好ましくは０．１重量パーセント未満である。
【0089】
アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属（集合的にＡＭ）は、モレキュラーシーブ中の鉄又は銅の量に対して相対的な量でモレキュラーシーブ材料中に存在してもよい。好ましくは、特にＡＭがカルシウムである場合、Ｆｅ又はＣｕ及びＡＭはそれぞれ、約１５：１から約１：１、例えば約１０：１から約２：１、約１０：１から約３：１、又は約６：１から約４：１のモル比で存在する。
【0090】
カルシウムなどのアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を含む特定の実施態様において、存在する鉄又は銅の量は、モレキュラーシーブの重量を基準として２．５重量パーセント未満、例えば２重量パーセント未満、又は１重量パーセント未満である。
【0091】
特定の実施態様において、第２のゾーンの銅担持モレキュラーシーブはアルカリ金属又はアルカリ土類金属、特にカルシウムを含有し、第１のゾーンの鉄担持モレキュラーシーブはアルカリ金属又はアルカリ土類金属を本質的に含まない。そのような実施態様において、第２のゾーンのモレキュラーシーブ材料中に存在する鉄又は銅及びアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属（ＡＭ）の相対的累積量は、モレキュラーシーブ中のアルミニウムの量、すなわち骨格アルミニウムの量に対するものである。本明細書で使用される場合、（ＴＭ＋ＡＭ）：Ａｌ比は、対応するモレキュラーシーブ中の骨格Ａｌモル量に対する遷移金属（ＴＭ）（例えば、Ｃｕ又はＦｅの何れか）＋ＡＭの相対的モル量に基づいている。特定の実施態様において、特にＡＭがカルシウムである場合には第２のゾーンのモレキュラーシーブの（ＴＭ＋ＡＭ）：Ａｌ比は約０．６以下である。特定の実施態様において、（ＴＭ＋ＡＭ）：Ａｌ比は少なくとも０．３、例えば約０．３から約０．６である。そのような実施態様において、第１のゾーンの触媒のＴＭ：Ａｌ比は約０．１から約約０．３７５であるが、ただし第１のゾーンの触媒のＴＭ：Ａｌ比が第２のゾーンの触媒の（ＴＭ＋ＡＭ）：Ａｌ比よりも低いものとする。
【0092】
特定の実施態様において、鉄又は銅及びアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属（ＡＭ）の相対的累積量は、モレキュラーシーブ中のアルミニウムの量、すなわち骨格アルミニウムの量に対する相対的な量で、第２のゾーンのモレキュラーシーブ材料中に存在する。本明細書で使用される場合、（ＴＭ＋ＡＭ）：Ａｌ比は、対応するモレキュラーシーブ中の骨格Ａｌモル量に対するＴＭ＋ＡＭの相対的モル量に基づいている。特定の実施態様において、触媒材料の（ＴＭ＋ＡＭ）：Ａｌ比は約０．６以下である。特定の実施態様において、（ＴＭ＋ＡＭ）：Ａｌ比は０．５以下、例えば約０．０５から約０．５、約０．１から約０．４、又は約０．１から約０．２である。
【0093】
アルカリ／アルカリ土類金属は、イオン交換、含浸、同形置換などの任意の既知の技術によってモレキュラーシーブへ加えることができる。鉄又は銅及びアルカリ金属又はアルカリ土類金属は任意の順番でモレキュラーシーブ材料へ加えることができる（例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の前、後、又はそれと同時に金属を交換させることができる）が、好ましくはアルカリ金属又はアルカリ土類金属を鉄又は銅の前にあるいは鉄又は銅と同時に加える。
【0094】
本発明の触媒物品は不均一触媒反応系（すなわち、ガス反応物と接触している固体触媒）に適用可能である。接触面積、機械的安定性、及び／又は流体流動特性を改善するために、ＳＣＲ触媒をハニカムコージェライト煉瓦などの基材の上及び／又は内部に配置する。
【0095】
一般に、触媒組成物の１つ又は複数をウォッシュコート（複数可）として基材に塗布する。
【0096】
あるいは、触媒組成物の１つ又は複数をフィラー、バインダー、及び補強剤などの他の成分と共に混練して、押出成形可能なペーストとし、次いでこれをダイに通して押出ししてハニカム煉瓦を形成させる。
【0097】
本発明の特定の態様は触媒ウォッシュコートを提供する。本明細書に記載の、鉄を担持した又は銅を担持したモレキュラーシーブ触媒を含むウォッシュコートは、好ましくは溶液、懸濁液、又はスラリーである。適切なコーティングとしては、表面コーティング、基材の一部に浸透するコーティング、基材に浸透するコーティング、又はそれらのいくつかの組み合わせが挙げられる。
【0098】
ウォッシュコートは、フィラー、バインダー、安定化剤、レオロジー改質剤、及び、アルミナ、シリカ、非モレキュラーシーブシリカアルミナ、チタニア、ジルコニア、セリアのうち１つ又は複数を含む他の添加剤などの、非触媒成分も含んでいてもよい。特定の実施態様において、触媒組成物はグラファイト、セルロース、デンプン、ポリアクリラート、及びポリエチレンなどの細孔形成剤を含んでいてもよい。これらのさらなる成分は所望の反応を必ずしも触媒しないが、代わりに例えばその運転温度範囲を上昇させること、触媒の接触面積を増大させること、触媒の基材への接着性を向上させることなどによって、触媒材料の有効性を改善する。好ましい実施態様において、ウォッシュコート担持量は＞０．３ｇ／ｉｎ３、例えば＞１．２ｇ／ｉｎ３、＞１．５ｇ／ｉｎ３、＞１．７ｇ／ｉｎ３、又は＞２．００ｇ／ｉｎ３など、及び好ましくは、＜３．５ｇ／ｉｎ３、例えば＜２．５ｇ／ｉｎ３などである。特定の実施態様において、ウォッシュコートは約０．８から１．０ｇ／ｉｎ３、１．０から１．５ｇ／ｉｎ３、１．５から２．５ｇ／ｉｎ３、又は２．５から３．５ｇ／ｉｎ３の担持量で基材に塗布される。
【0099】
特に可動式用途における好ましい基材としては、両端が開口しており一般に基材の入口面から出口面へ延びており典型的には、高い表面積対体積比をもたらす複数の隣接した平行なチャネルを含む、いわゆるハニカム形状を有する流通型モノリスが挙げられる。
【0100】
特定の用途において、ハニカム流通型モノリスは好ましくは、例えば約６００から１０００セル毎平方インチの高いセル密度、及び／又は平均約０．１８−０．３５ｍｍ、好ましくは約０．２０−０．２５ｍｍの内壁厚さを有する。特定の他の用途において、ハニカム流通型モノリスは約１５０−６００セル毎平方インチ、例えば約２００−４００セル毎平方インチなどの低いセル密度を有する。
【0101】
好ましくは、ハニカムモノリスは多孔性である。コージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、セラミック、及び金属に加えて、基材に使用できる他の材料としては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム、α−アルミナ、ムライト、例えば、針状ムライト、ポルサイト、サーメット（Ａｌ２ＯｓＺＦｅ、Ａｌ２Ｏ３／Ｎｉ又はＢ４ＣＺＦｅなど）、又はそれらの任意の２つ以上の部分を含む複合材が挙げられる。好ましい材料としては、コージェライト、炭化ケイ素、及びアルミナチタン酸塩が挙げられる。
【0102】
好ましいフィルタ基材としてはディーゼル微粒子フィルタが挙げられ、可動式用途において使用するための好ましいディーゼル微粒子フィルタとしては、ウォールフロー型フィルタ、例えばウォールフロー型セラミックモノリスなどが挙げられる。他のフィルタ基材としては、流通型フィルタ、例えば金属又はセラミックフォーム又は繊維フィルタなどが挙げられる。
【0103】
コージェライト、炭化ケイ素、及びセラミックに加えて、多孔性基材に使用できる他の材料としては、限定はされないが、アルミナシリカ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム、α−アルミナ、ムライト、ポルサイト、ジルコン、ジルコニア、スピネル、ホウ化物、長石、チタニア、溶融シリカ、ホウ化物、セラミック繊維複合材、これらの任意のものの混合物、又はそれらの任意の２つ以上の部分を含む複合材が挙げられる。特に好ましい基材としては、コージェライト、炭化ケイ素、及びチタン酸アルミニウム（ＡＴ）が挙げられ、ＡＴが優位の結晶相である。
【0104】
ウォールフロー型フィルタの多孔性壁は、壁を通る排ガス流の典型的な方向に対して、入口側及び出口側を有する。入口側は基材の前面に向かって開口しているチャネルにさらされている入口表面を有し、出口側は基材の背面に向かって開口しているチャネルにさらされている出口表面を有する。
【0105】
ディーゼルエンジン用のウォールフロー型フィルタ基材は典型的には約１００−８００ｃｐｓｉ（チャネル毎平方インチ）、例えば約１００から約４００ｃｐｓｉ、約２００から約３００ｃｐｓｉ、又は約５００から約６００ｃｐｓを含む。
【0106】
壁は典型的には、約０．１から約１．５ｍｍ、例えば約０．１５から約０．２５ｍｍ、約０．２５から約０．３５ｍｍ、又は約０．２５から約０．５０ｍｍの平均壁厚さを有する。
【0107】
本発明で使用するためのウォールフロー型フィルタは好ましくは少なくとも７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、又は少なくとも約９０％の効率を有する。特定の実施態様において、効率は好ましくは約７５から約９９％、約７５から約９０％、約８０から約９０％、又は約８５から約９５％となる。
【0108】
フィルタの有用な多孔性及び平均細孔径の範囲は特に限定はされないが、触媒コーティングの粒径及び粘度と相関がある、又はそれらを決定するのに使用される。本明細書に記載されるように、フィルタ基材の多孔性及び平均細孔径は裸のフィルタ（例えば、触媒コーティングがない）に基づいて決定される。
【0109】
一般に、基材の多孔性は少なくとも約４０％、より好ましくは少なくとも約５０％、例えば約５０から約８０％、約５０から約７０パーセント、又は約５５から約６５パーセントである。多孔性は、水銀多孔度測定法を含めた任意の適切な手段によって測定してもよい。
【0110】
一般に、基材の平均細孔径は約８から約４０μｍ、例えば約８から約１２μｍ、約１２から約２０μｍ、又は約１５から約２５μｍである。特定の実施態様において、全細孔体積及び／又は全細孔数に基づき、少なくとも約５０％、より好ましくは少なくとも約７５％の細孔がこれらの範囲内にある。平均細孔径は、水銀多孔度測定法を含めた任意の許容可能な手段によって決定することができる。
【0111】
フィルタ基材は約１２から約１５μｍの平均細孔径及び約５０から約５５％の多孔性を有することが好ましいことがある。
【0112】
フィルタ基材は約１８から約２０μｍの平均細孔径及び約５５から約６５％の多孔性を有することが好ましいことがある。
【0113】
第１のＳＣＲ触媒ゾーンの触媒ウォッシュコートはフィルタの壁の入口側、フィルタの壁の出口側に担持されていてもよく、部分的又は完全にフィルタの壁に浸透してもよく、又はそれらのいくつかの組み合わせであってもよい。
【0114】
特定の実施態様において、フィルタは本明細書に記載の第１又は第２のＳＣＲ触媒ゾーンの基材である。例えば、ウォールフロー型フィルタは第１のゾーンの基材として使用でき、流通型ハニカムは第２のゾーンの基材として使用できる。別の例において、流通型ハニカムは第１のゾーンの基材として使用でき、ウォールフロー型フィルタは第２のゾーンの基材として使用できる。そのような実施態様において、ウォールフロー型基材は、ＡＳＣゾーンを形成するようにＮＨ３酸化触媒をさらに含んでいてもよい。
【0115】
特定の実施態様において、本発明は本明細書に記載のプロセスによって作られる触媒物品である。特定の実施態様において、触媒物品は、第２のＳＣＲ触媒組成物が好ましくはウォッシュコートとして基材に塗布される前又は後の何れの層として、第１のＳＣＲ触媒組成物を好ましくはウォッシュコートとして基材に塗布する工程を含むプロセスによって、製造される。
【0116】
特定の実施態様において、第２のＳＣＲ触媒組成物は最上層として基材上に配置され、酸化触媒、還元触媒、掃気成分、又はＮＯｘ貯蔵成分などの別の組成物は、最下層として基材上に配置される。
【0117】
一般に、第１又は第２のＳＣＲ触媒組成物を含有する押出触媒体の製造は、モレキュラーシーブ及び鉄（別々に又は金属交換モレキュラーシーブとして一緒に）、バインダー、任意選択の有機粘度上昇化合物をブレンドして均質のペーストとし、次いでこれをバインダー／マトリックス成分又はその前駆体、並びに任意選択的に安定化セリア及び無機ファイバーの１つ又は複数へ加えることを含む。ブレンドは混合装置若しくは混練装置又は押出機の中でまとめられる。混合物は、濡れ性を高めそれにより均一なバッチを製造するための加工助剤として、バインダー、細孔形成剤、可塑剤、界面活性剤、潤滑剤、分散剤などの有機添加剤を有する。得られるプラスチック材料は次いで、特に押出ダイを含む押出プレス又は押出機を使用して成形され、得られる成形品を乾燥及び焼成する。有機添加剤は押出成形固体を焼成する間に「燃えきる」。金属促進ゼオライト触媒はまた、ウォッシュコート処理されていてもよく、あるいは、表面上に存在する又は押出固体中に完全に若しくは部分的に浸透している１つ又は複数の下塗り層として押出固体に塗布されていてもよい。あるいは、押出成形の前に金属促進ゼオライトをペーストへ加えることができる。好ましくは、鉄担持又は銅担持モレキュラーシーブは、押出触媒体全体にわたって、好ましくは均一に全体にわたって分散している。
【0118】
本発明による金属促進ゼオライトを含有する押出固体は一般に、その第１の端部から第２の端部へ延びる均一なサイズで平行なチャネルを有するハニカムの形態である単位構造を含む。チャネルを画定するチャネル壁は多孔性である。典型的には、外側の「皮」が押出固体の複数のチャネルを取り囲んでいる。押出固体は、円形、正方形、又は楕円形などの任意の所望の断面から形成することができる。複数のチャネルの中の個々のチャネルは正方形、三角形、六角形、円形などであってもよい。
【0119】
本明細書に記載の触媒物品は、窒素系還元剤、好ましくはアンモニアが、窒素酸化物と反応して窒素元素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を選択的に生成するのを促進することができる。そのような窒素系還元剤の例としては、アンモニア及びアンモニアヒドラジン又は任意の適切なアンモニア前駆体、例えば尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、又はギ酸アンモニウムなどが挙げられる。本方法のＳＣＲプロセスは、広い温度範囲（例えば、約１５０−７００℃、約２００−３５０℃、約３５０−５５０℃、又は約４５０−５５０℃）にわたって、少なくとも７５％、好ましくは少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％のＮＯｘ（ＮＯ及び／又はＮＯ２）の転化を生じさせることができる。
【0120】
重大なことであるが、本発明によるゾーン化触媒の使用は従来のＳＣＲ触媒と比較して少量のＮ２Ｏ副生成物を生じる。すなわち、本方法のＳＣＲプロセスは、ＳＣＲ入口におけるＮＯ及び／又はＮＯ２を基準としてわずかなＮ２Ｏの生成しか生じさせないことが可能である。
【0121】
例えば、広い温度範囲（例えば、約１５０−７００℃、約２００−３５０℃、約３５０−５５０℃、又は約４５０−５５０℃）にわたって、ＳＣＲ触媒後の出口Ｎ２Ｏ濃度と比較したＳＣＲ触媒における入口ＮＯ濃度の相対比は約２５を超え、約３０を超え（例えば約３０から約４０）、約５０を超え、約８０を超え、又は約１００を超える。別の例において、広い温度範囲（例えば、約１５０−７００℃、約２００−３５０℃、約３５０−５５０℃、又は約４５０−５５０℃）にわたって、ＳＣＲ触媒後の出口Ｎ２Ｏ濃度と比較したＳＣＲ触媒における入口ＮＯ２濃度の相対比は約５０を超え、約８０を超え、又は約１００を超える。
【0122】
本明細書に記載の金属担持モレキュラーシーブ触媒は、アンモニアの貯蔵若しくは酸化を促進することができ、又はアルミナ上に支持される白金及び／又はパラジウムなどの酸化触媒と併用することができ、アンモニアの酸化を促進し酸化プロセスによる望ましくないＮＯｘの形成を制限することもできる（すなわち、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ））。
【0123】
本発明の触媒物品は基材の出口端にＡＳＣゾーンを含むことが好ましいことがある。
【0124】
さらに又はあるいは、アンモニアスリップ触媒はゾーン化ＳＣＲ触媒の下流で別の煉瓦上に配置されることが可能である。これらの別々の煉瓦は、それらが互いにと流体連通しておりＳＣＲ触媒の煉瓦がアンモニアスリップ触媒の煉瓦の上流に配置されているならば、互いに隣接し接触していてもよく、又は特定の距離で隔てられていてもよい。
【0125】
典型的には、ＳＣＲ及び／又はＡＳＣプロセスは少なくとも１００℃の温度で行われる。
【0126】
一般に、プロセス（複数可）は約１５０℃から約７５０℃の温度で行われる。特定の実施態様において、温度範囲は約１７５から約５５０℃である。別の実施態様において、温度範囲は１７５から４００℃である。さらに別の実施態様において、温度範囲は４５０から９００℃、好ましくは５００から７５０℃、５００から６５０℃、４５０から５５０℃、又は６５０から８５０℃である。
【0127】
本発明の別の態様によれば、ガス中のＮＯｘ化合物の還元及び／又はＮＨ３の酸化の方法であって、ガス中のＮＯｘ化合物のレベルを低下させるのに十分な時間、ガスを本明細書に記載の触媒と接触させる工程を含む、方法が提供される。本発明の方法は以下の工程：（ａ）フィルタの入口に接触しているすすを蓄積及び／又は燃焼させる工程と；（ｂ）好ましくはＮＯｘ及び還元剤の処理を含む触媒工程を介在させずに、ＳＣＲ触媒に接触する前に窒素系還元剤を排ガス流へ導入する工程と；（ｃ）ＮＯｘ吸着触媒上又はリーンＮＯｘトラップ上でＮＨ３を生成させ、好ましくは下流のＳＣＲ反応における還元剤としてそのようなＮＨ３を使用する工程と；（ｄ）排ガス流をＤＯＣと接触させて、炭化水素系可溶性有機成分（ＳＯＦ）及び／又は一酸化炭素を酸化してＣＯ２とする、及び／又はＮＯを酸化してＮＯ２とし、微粒子フィルタ中の粒子状物質を酸化させるのにこれを使用する；及び／又は排ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を削減する工程と；（ｅ）還元剤の存在下で排ガスを１つ又は複数の下流のＳＣＲ触媒デバイス（複数可）（フィルタ又は流通型基材）と接触させて排ガス中のＮＯｘ濃度を減少させる工程と；（ｆ）排ガスを雰囲気中に排出する前に、又は排ガスがエンジンへ入る／再び入る前に排ガスを再循環ループに通す前に、排ガスを好ましくはＳＣＲ触媒の下流にあるアンモニアスリップ触媒と接触させて、アンモニアのすべてではないが大部分を酸化させる工程のうち、の１つ又は複数を含んでいてもよい。
【0128】
ＳＣＲプロセスで消費される窒素系還元剤（特にＮＨ３）のすべて又は少なくとも一部は、ＳＣＲ触媒の上流に配置されるＮＯｘ吸着触媒（ＮＡＣ）、リーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）、又はＮＯｘ貯蔵／還元触媒（ＮＳＲＣ）、（集合的にＮＡＣ）によって供給することができることが好ましいことがある。特定の実施態様において、ＮＡＣはゾーン化ＳＣＲ触媒と同じ流通型基材上にコーティングされている。そのような実施態様において、ＮＡＣ及びＳＣＲ触媒は順にコーティングされており、ＮＡＣはＳＣＲゾーンの上流にある。
【0129】
本発明で有用なＮＡＣ成分としては、塩基性材料（アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、及びそれらの組み合わせを含めた、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又は希土類金属など）、及び貴金属（白金など）、及び任意選択的にロジウムなどの還元触媒成分の触媒の組み合わせが挙げられる。ＮＡＣに有用な塩基性材料の具体的な種類としては、酸化セシウム、酸化カリウム、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、及びそれらの組み合わせが挙げられる。貴金属は好ましくは約１０から約２００ｇ／ｆｔ３、例えば２０から６０ｇ／ｆｔ３などで存在する。あるいは、触媒の貴金属は平均濃度によって特徴づけられ、平均濃度は約４０から約１００グラム／ｆｔ３であってもよい。
【0130】
特定の条件下で、定期的なリッチ再生イベントの間に、ＮＨ３をＮＯｘ吸着触媒上で生成させてもよい。ＮＯｘ吸着触媒の下流にあるＳＣＲ触媒はシステム全体のＮＯｘ還元効率を改善することができる。組み合わせシステムでは、ＳＣＲ触媒はリッチ再生イベントの間にＮＡＣ触媒からの放出されたＮＨ３を貯蔵することが可能であり、貯蔵されたＮＨ３を利用して、通常のリーン運転条件の間にＮＡＣ触媒をすり抜けるＮＯｘの一部又はすべてを選択的に低減する。
【0131】
特定の態様において、本発明は、燃焼プロセスにより、例えば内燃機関（可動式か固定式かに関わらず）、ガスタービン、及び石炭又は石油火力発電所などから生じる排ガスを処理するためのシステムである。そのようなシステムは、本明細書に記載のゾーン化ＳＣＲ触媒物品及び排ガスを処理するための少なくとも１つのさらなる成分を含み、ゾーン化ＳＣＲ触媒物品及び少なくとも１つのさらなる成分は一体のユニットとして機能するように設計されている。ゾーン化ＳＣＲ触媒物品及び少なくとも１つのさらなる成分は、任意選択的にシステムを通して排ガスを誘導するための導管の１つ又は複数の区分によって、流体連通している。
【0132】
排ガス処理システムは、排ガス中の一酸化窒素を酸化して二酸化窒素とするための酸化触媒（例えば、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ））を含んでいてもよく、これは窒素系還元剤を排ガス中に量り入れるポイントの上流に配置することができる。
【0133】
酸化触媒は、例えば２００℃から５５０℃である酸化触媒入口の排ガス温度において、ＮＯ対ＮＯ２の体積比が約４：１から約１：２０であるＳＣＲゼオライト触媒に入るガス流を得るように適合されうる。酸化触媒は、好ましくは流通型モノリス基材上にコーティングされている、白金、パラジウム、又はロジウムなどの少なくとも１つの白金族金属（又はこれらのいくつかの組み合わせ）を含んでいてもよい。好ましくは、少なくとも１つの白金族金属は白金、パラジウム、又は白金及びパラジウム両方の組み合わせである。
【0134】
白金族金属は、高表面積ウォッシュコート成分の上、例えばアルミナ、ゼオライトなどの上、例えばアルミノケイ酸塩ゼオライト、シリカ、非ゼオライトシリカアルミナ、セリア、ジルコニア、チタニア、又はセリア及びジルコニアの両方を含有する混合酸化物若しくは複合酸化物などの上に支持させることができる。
【0135】
排ガス処理システムは第２の流通型モノリス上又はウォールフロー型フィルタ上にさらなるＳＣＲ触媒を含んでいてもよく、さらなるＳＣＲを含有する第２の流通型モノリス又はウォールフロー型フィルタは、本明細書に記載の第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンの上流又は下流に配置され、第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンと流体連通している。さらなるＳＣＲ触媒は、好ましくは金属交換ゼオライト、例えばＦｅ−Ｂｅｔａ、Ｆｅ−鉄−同形Ｂｅｔａ、Ｆｅ−ＺＳＭ５、Ｆｅ−ＣＨＡ、Ｆｅ−ＺＳＭ−３４、Ｆｅ−ＡＥＩ、Ｃｕ−Ｂｅｔａ、Ｃｕ−ＺＳＭ５、Ｃｕ−ＣＨＡ、Ｃｕ−ＺＳＭ−３４、又はＣｕ−ＡＥＩなどである。
【0136】
排ガス処理システムは、触媒物品の上流に配置されたＮＡＣ及び／又は窒素系還元剤の外部供給源（例えば、アンモニア又は尿素噴射装置）を含んでいてもよい。
【0137】
システムは、例えば１００℃を超え、１５０℃を超え、又は１７５℃を超える温度でＳＣＲ触媒ゾーンが所望の効率で又は所望の効率を超えてＮＯｘ還元を触媒することが可能であると認められる場合にのみ、外部窒素系還元剤を流れる排ガス中に計り入れるための制御装置を含んでいてもよい。窒素系還元剤の計量は、１：１ ＮＨ３／ＮＯ及び４：３ ＮＨ３／ＮＯ２で計算して、ＳＣＲ触媒に入る排ガス中に６０％から２００％の理論量のアンモニアが存在するように設定することができる。
【0138】
排ガス処理システムは、ウォールフロー型フィルタなどの適切な微粒子フィルタを含んでいてもよい。適切なフィルタとしては、排ガス流からのすすを除去するのに有用なフィルタが挙げられる。フィルタは裸で受動的に再生されてもよく、又はすす燃焼触媒若しくは加水分解触媒を含んでいてもよい。フィルタは排ガス処理システムにおいてＳＣＲ触媒の上流又は下流の何れかに配置することができる。好ましくは、ＤＯＣが存在する場合はフィルタはＤＯＣの下流に配置される。裸のフィルタ（すなわち触媒コーティングがない）、及びゾーン化ＳＣＲ触媒の上流にあるアンモニア噴射装置を含む実施態様において、噴射装置は、ゾーン化ＳＣＲ触媒の上流に配置されているならば、フィルタの上流又は下流に配置されてもよい。加水分解触媒を含有するフィルタ及び下流のゾーン化ＳＣＲ触媒を有する実施態様において、アンモニア噴射装置は好ましくはフィルタの上流に配置される。
【0139】
図１０を見ると、内燃機関（５０１）、排ガス処理システム（５０２）、システムを通る排ガスの流れの方向（１）、任意選択のＤＯＣ５１０及び／又は任意選択のＮＡＣ（５２０）、任意選択の微粒子フィルタ（５７０）、任意選択のアンモニアの外部供給源及び噴射装置５３０、ゾーン化ＳＣＲ触媒（５４０）、任意選択のさらなるＳＣＲ触媒（５５０）、並びに任意選択のＡＳＣ（５６０）を含む、排ガス処理システムが示される。
【0140】
図１１Ａは、好ましくはフィルタの出口側からコーティングされている第１のＳＣＲ触媒ゾーンを含有するウォールフロー型フィルタ（６２０）の上流に、受動的ＮＯｘ吸収剤（ＰＮＡ）（６１０）を含む、排ガス処理システムを示す。ＰＮＡは、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属、例えばバリウム、ストロンチウム、カリウムなど、並びに金属酸化物、例えばＢａＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、及びＡｌ２Ｏ３などを含有していてもよい。好ましくはＰＮＡは、ＰＧＭ、例えばロジウム、パラジウム、白金など、又はパラジウム及び白金などの金属の組み合わせを含み、金属酸化物、例えば酸化バリウム、酸化セリウム、又はセリウム若しくはバリウムを含有する混合金属酸化物など；並びに少なくとも１つの他の遷移金属も含有する。適切なＰＧＭ担持量は例えば１−１２０ｇ／ｆｔ３であってもよい。ＰＮＡの個々の成分は、層状であるか又は単一のウォッシュコート中で組み合わされていてもよい。
【0141】
図１１Ａに示されるシステムは、フィルタの下流に配置される第２のＳＣＲ触媒ゾーンを含有する流通型基材をさらに含む。システムは好ましくは、図６Ａに示される配置と同様に、流通型基材の下流にある別の煉瓦として又は流通型基材の背面上にアンモニアスリップ触媒を含む。システムは、ＳＣＲ還元剤（６２０）の供給源、例えばアンモニア又はアンモニア前駆体をシステム中に導入するための噴射装置などを任意選択的に含んでいてもよい。
【0142】
図１１Ａのウォールフロー型フィルタは好ましくは流通型基材の近位であるが、２つの間の距離は特に限定されない。好ましくは、ユニット（６３０）と（６４０）との間又は（６１０）と（６３０）との間に介在する触媒又はフィルタがない。好ましくは、第２のＳＣＲ触媒ゾーンとＡＳＣとの間に介在する触媒がない。好ましくは、エンジンとＰＮＡとの間又は第２のＳＣＲ触媒ゾーン若しくはＡＳＣの下流に介在する排ガス処理触媒がない。
【0143】
別の構成が図１１Ｂに示され、ＰＮＡ及び第１のＳＣＲ触媒ゾーンがウォールフロー型フィルタ（６３５）上にコーティングされている。ここで、ＰＮＡは壁表面上のウォッシュコートとしてフィルタの入口側からコーティングされ及び／又は部分的に壁に浸透しており、第１のＳＣＲ触媒ゾーンは壁表面上のウォッシュコートとしてフィルタの出口側からコーティングされ及び／又は部分的に壁に浸透している。システムは、フィルタの下流に配置された第２のＳＣＲ触媒ゾーンを含有する流通型基材をさらに含む。システムは好ましくは、図６Ａに示される配置と同様に、第１及び第２のＳＣＲ触媒ゾーンの下流にある別の基材上又は第２のＳＣＲ触媒ゾーンを含有する流通型基材の背面上にアンモニアスリップ触媒を含む。第１の還元剤供給部（例えば、噴射装置）はフィルタの上流に配置され、ＰＮＡによる還元剤の酸化を引き起こさない条件下で（例えば、４００℃未満の温度で）還元剤をシステムに供給する。任意選択の第２の還元剤供給部（例えば、噴射装置）は第１のＳＣＲ触媒ゾーンと第２のＳＣＲ触媒ゾーンとの間に配置され、第１の還元剤供給部とは独立に、又は連動して動作する。
【0144】
図１１Ｂのウォールフロー型フィルタは好ましくは流通型基材の近位であるが、２つの間の距離は特に限定されない。好ましくは、ユニット（６３５）と（６４０）との間に介在する触媒又はフィルタがない。好ましくは、第２のＳＣＲ触媒ゾーンとＡＳＣとの間に介在する触媒がない。好ましくは、エンジンとＰＮＡとの間又は第２のＳＣＲ触媒ゾーン若しくはＡＳＣの下流に介在する排ガス処理触媒がない。
【0145】
本明細書に記載の排ガスの処理方法は、燃焼プロセスから、例えば内燃機関（可動式か固定式かに関わらず）、ガスタービン、及び石炭又は石油火力発電所などから生じる排ガスに対して実施することができる。この方法は、精製などの工業プロセスから、精油所のヒータ及びボイラ、炉、化学処理工業、コークス炉、都市ゴミ処理プラント及び焼却炉などからのガスを処理するのにも使用してもよい。特定の実施態様において、この方法は、ディーゼルエンジン、希薄燃焼ガソリンエンジン、又は液化石油ガス若しくは天然ガスで駆動するエンジンなどの、自動車希薄燃焼内燃機関からの排ガスを処理するのに使用される。
【国際調査報告】