[发明专利]选择还原型催化剂、以及使用其的废气净化装置和废气净化方法

说明书

技术领域

本发明涉及选择还原型催化剂、以及使用其的废气净化装置和废气净化方法，更具体涉及如下选择还原型催化剂、以及使用其的废气净化装置和废气净化方法，通过将作为还原成分的尿素水、氨水喷雾供给于该选择还原催化剂，从而即使在从低温到高温、从空间速度(Space Velocity：亦称为SV)的高SV(30k～60khr^-1)到超高SV(60khr^-1以上)的条件下，也可将源自锅炉、气体涡轮、或稀薄燃烧型汽油发动机、柴油发动机等稀薄燃烧机的废气中所含的氮氧化物有效地净化，耐热性优异并且压力损耗小。

背景技术

从稀薄燃烧机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，存在有烃(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，对于这些有害成分的排出量的限制在逐年强化。作为这些有害成分的净化方法，使废气接触催化剂而净化的方法正在进行实用化。

另外也在研究着：在这样的稀薄燃烧机中，通过控制燃料的种类、供给量、供给的时机、空气的量等从而抑制有害物质的产生量的方案。然而，在以往的催化剂、控制方法中无法实现令人满意的废气的净化。特别是在稀薄燃烧机中容易排出氮氧化物，再加上对其的限制虽越发强化，但是在已有的NOx净化技术中，在搭载于汽车的柴油发动机的情况下，其运转条件不断变化，因而不易抑制有害物质的排出。

作为NOx的净化技术(脱硝技术)之中的使用催化剂的净化技术，存在有：在氨(NH₃)成分的存在下，使包含NOx的废气与以氧化钒、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。其作为选择还原法或者选择性催化剂还原(Selective Catalytic Reduction：以下有时称为SCR)法而为公众所知。

将该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)

6NO₂＋8NH₃→7N₂＋12H₂O      (2)

NO＋NO₂＋2NH₃→2N₂＋3H₂O         (3)

在废气中进行脱硝时，在前述脱硝反应(1)～(3)中，理论上NH₃/NOx摩尔比为1.0即可，但是在柴油发动机启动时的过渡性的发动机运转条件的情况下，或者在空间速度、废气的温度、催化剂表面的温度不适合的情况下，有时为了获得充分的脱硝性能而不得不增大所供给的NH₃成分的NH₃/NOx比率，结果被指出如下危险性：使未反应的NH₃漏出，引发新的环境污染等二次公害。以下，有时将NH₃的漏出称为泄漏或者NH₃泄漏。

在这样的脱硝催化系统中，也可使用NH₃气体作为还原成分，但是NH₃其自身具有刺激气味、有害性。因此提出了如下方式：从脱硝催化剂的上游添加尿素水作为NH₃成分，通过热分解、水解而产生NH₃，将其作为还原剂而发挥作用并且显现出脱硝性能。

通过这样的尿素的分解而获得NH₃的反应式如以下的(4)～(6)那样。

NH₂-CO-NH₂→NH₃＋HNCO       (4：尿素热分解)

HNCO＋H₂O→NH₃＋CO₂          (5：异氰酸水解)

NH₂-CO-NH₂＋H₂O→2NH₃＋CO₂       (6：尿素水解)