[发明专利]采用选择还原催化剂的废气净化催化剂装置、废气净化方法以及搭载了废气净化催化剂装置的柴油汽车

说明书

技术领域

本发明涉及采用选择还原催化剂的废气净化催化剂装置、废气净化方法以及搭载了废气净化催化剂装置的柴油汽车，更具体地涉及可长期有效率地将源自稀薄燃烧器的废气中所含的烃、一氧化碳、氮氧化物、煤等微粒成分净化的废气净化催化剂装置、使用了这样的废气净化催化剂装置的废气净化方法、以及搭载了该废气净化催化剂装置的柴油汽车。

背景技术

从锅炉、气体涡轮、或者稀薄燃烧型汽油发动机、柴油发动机等稀薄燃烧器排出的废气中包含源自燃料、燃烧空气的各种各样的有害物质。作为这样的有害物质，有烃(HC)、可溶性有机成分(Soluble Organic Fraction：亦称为SOF)、煤(Soot)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等，对这些有害成分的排出量的限制年年在增强。

对于这样的稀薄燃烧器，正在研究通过控制燃料的种类、供给量、供给的时机、空气的量等而抑制有害物质的产生量，或使废气接触于催化剂而净化的方法。然而，现有的催化剂、控制方法无法实现令人满意的废气的净化。特别是稀薄燃烧器容易排出氮氧化物，搭载在汽车中的柴油发动机的情况下，其运转条件经常变化，因此难以抑制有害物质的排出。

进一步，近年对作为温室效果气体的二氧化碳(CO₂)的排出量的限制也在增强。CO₂的排出量与发动机的运转中使用的燃料的量成比例，因此期望在燃烧器中减少所使用的燃料并且燃料效率好。柴油发动机是使用的燃料效率好并且CO₂的排出量少的燃烧器，但是废气中包含大量的NOx。

为了抑制柴油发动机中的NOx的排出，也考虑减小空燃比、向发动机中大量提供也是还原成分的燃料，但是由此会招致燃料效率的恶化，使得CO₂的排出也增加。另外，这样的燃烧控制不能获得燃料效率良好这样的柴油发动机的优点。

作为NOx的净化(以下有时称为脱硝或者De-NOx)技术，在氨(NH₃)成分的存在下使包含NOx的废气与以氧化钛、氧化钒、沸石等为主要成分的选择还原催化剂接触而还原脱硝的技术以选择还原法、或者选择性催化剂还原法(Selective Catalytic Reduction：以下有时称为SCR)的方式而公知。

该将NH₃成分用作还原剂的SCR中，主要通过下面所示的反应式(1)~(3)将NOx最终还原为N₂。

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O     (1)

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O    (2)

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O     (3)

在这样的脱硝催化体系统中，作为还原成分的NH₃其自身具有刺激气味等有害性，因此提出了如下方式：作为NH₃成分，从脱硝催化剂的上游添加尿素水，通过热裂解、水解而产生NH₃，将其作为还原剂而发挥作用。

这样的因尿素的裂解而获得NH₃成分的反应式如下。

NH₂-CO-NH₂→NH₃+HCNO(尿素热裂解)

HCNO+H₂O→NH₃+CO₂(异氰酸水解)

NH₂-CO-NH₂+H₂O→2NH₃+CO₂(尿素水解)

在基于NH₃成分而进行的NOx净化中，如上述式(3)那样是在大致各半地包含NO和NO₂的气氛下反应得到促进(非专利文献1)。但是，从柴油发动机排出的NOx成分基本上为一氧化氮(NO)(专利文献1)，因此为了有效率地将NOx净化，提出了在废气流路中配置NO氧化机构，增加废气中的NO₂成分的浓度(专利文献1、专利文献2)。