ディーゼル エンジンは、トラック、バス、建設機械などに動力を供給し、さまざまな業界で長年にわたって主力として機能してきました。しかし、ディーゼル エンジンは、窒素酸化物 (NOx)、粒子状物質 (PM)、一酸化炭素 (CO)、未燃炭化水素 (HC) など、さまざまな汚染物質を排出します。ディーゼル酸化触媒 (DOC) は、これらの有害な排出物を削減する上で重要な役割を果たします。このブログでは、ディーゼル酸化触媒のサプライヤーとして、ディーゼル酸化触媒における基材の役割について詳しく説明します。
ディーゼル酸化触媒を理解する
基材について説明する前に、ディーゼル酸化触媒とは何か、またそれがどのように機能するかを理解することが重要です。 DOC は、ディーゼル エンジンの排気システムに取り付けられる装置です。その主な機能は、CO、HC、および PM の可溶性有機画分 (SOF) を、二酸化炭素 (CO₂) や水 (H₂O) などの有害性の低い物質に酸化することです。
DOC は、触媒と基質という 2 つの主要なコンポーネントで構成されます。触媒は通常、白金 (Pt) やパラジウム (Pd) などの貴金属であり、酸化反応の活性点を提供します。一方、基板は触媒の支持構造として機能し、排気ガスが触媒と相互作用するための大きな表面積を提供します。
ディーゼル酸化触媒における基質の役割
1. 身体的サポート
基材は触媒に安定した物理的支持体を提供します。排気システムで遭遇する高温、機械的振動、熱応力に耐えることができなければなりません。基板に使用される一般的な材料には、コーディエライト、炭化ケイ素 (SiC)、金属などがあります。
コーディエライトは、熱膨張係数が低いため、ひび割れすることなく熱サイクルに耐えることができるため、DOC に広く使用されているセラミック材料です。また、比較的高い多孔性を備えており、触媒コーティングに大きな表面積を提供します。
炭化ケイ素も人気のある基板材料です。熱伝導性と機械的強度に優れており、高温用途に適しています。 SiC 基板は、大型ディーゼル エンジンなど、高い排気ガス温度が予想される用途でよく使用されます。
金属基板は通常ステンレス鋼でできており、機械的耐久性に優れており、複雑な形状に簡単に成形できます。また、比較的軽量であるため、排気システム全体の重量を軽減できます。
2. 表面積の規定
基材の最も重要な役割の 1 つは、触媒コーティングに大きな表面積を提供することです。表面積が大きいほど、排気ガスと触媒との接触が多くなり、酸化反応の効率が高まります。
基板は多数の平行なチャネルからなるハニカム構造で設計されています。これらのチャネルの壁は触媒材料でコーティングされています。ハニカム構造により、単位体積あたりの表面積が最大化され、酸化反応の活性点が高濃度に集中することが可能になります。
ハニカム構造のセル密度は、1 平方インチあたりのセル数 (cpsi) として定義され、用途に応じて変化します。一般にセル密度が高くなると表面積も大きくなりますが、排気システムの背圧も増加する可能性があります。したがって、表面積の要件と圧力損失の制限のバランスをとるために、セル密度を慎重に選択する必要があります。
3. 熱伝達
基板は、DOC 内の熱伝達にも役割を果たします。酸化反応中に副生成物として熱が発生します。基材はこの熱を放散し、触媒内の均一な温度分布を維持するのに役立ちます。
触媒の失活や性能の低下につながる可能性のある局所的な過熱を防ぐには、良好な熱伝達特性が不可欠です。基板材料の熱伝導率は、熱を伝達する能力に影響します。前述したように、SiC 基板は優れた熱伝導率を備えているため、効率的な熱伝達が必要な用途に特に適しています。
4. 流れの分配
基材は、排気ガスを触媒表面全体に均一に分散させるのに役立ちます。均一な流量分布は、触媒のすべての部分が効果的に利用されることを保証し、排気ガスが特定のチャネルを優先的に流れ、触媒の他の部分が十分に活用されないままになるチャネリングを防ぐために非常に重要です。
基板のハニカム構造により、多数の平行な流路が形成され、より均一な流量分布が促進されます。さらに、DOC の入口と出口の設計を最適化して、流れの分布をさらに改善することができます。
DOC の性能に対する基板特性の影響
1. 変換効率
基板の表面積と多孔率は、DOC の変換効率に直接影響します。表面積が大きいほど酸化反応の活性点が多くなり、CO、HC、SOF の変換率が増加します。基材の多孔性も触媒表面への排気ガスの拡散に影響を与えます。空隙率が高いほど拡散が促進され、反応速度と全体的な変換効率が向上します。
2. 圧力損失
基板のセル密度と壁の厚さは、DOC 全体の圧力降下に大きな影響を与える可能性があります。一般に、セル密度が高い、または壁が厚いほど、圧力損失が高くなります。過度の圧力降下は、エンジンの性能と燃費を低下させる可能性があります。したがって、望ましい変換効率を達成しながら圧力損失を最小限に抑えるために、適切なセル密度と壁厚を備えた基板を選択することが重要です。
3. 耐久性
基板の耐久性は、DOC の長期的な性能にとって非常に重要です。基板は、高温、熱サイクル、機械的振動など、排気システム内の過酷な動作条件に耐えることができなければなりません。コーディエライト基板は耐熱衝撃性に優れていることで知られていますが、SiC 基板は優れた機械的強度を備えています。金属基板は比較的耐久性があり、腐食にも耐えることができます。
ディーゼル酸化触媒サプライヤーとしての当社の製品
ディーゼル酸化触媒の大手サプライヤーとして、当社はお客様の多様なニーズを満たす幅広い基材を提供しています。当社は、最適な DOC パフォーマンスを得るために適切な基材を選択することの重要性を理解しています。当社の専門家チームは、お客様の特定のアプリケーション要件に基づいて最適な基材を選択するお手伝いをいたします。
DOC に加えて、当社は他の排出ガス制御触媒も提供しています。SCR触媒は中国船級協会によりユーロVIよりも優れたNOx排出基準で認定されました、アンモニアスリップ触媒、 そしてFe系SCR触媒。これらの触媒は DOC と連携して機能し、ディーゼル エンジンに包括的な排出ガス制御ソリューションを提供します。
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参考文献
- JB ヘイウッド (1988)。内燃エンジンの基礎。マグロウヒル。
- ジョンソン、テレビ (2009)。ディーゼル排気の後処理。 Chemical Reviews、109(8)、4056-4079。
- Koebel, M.、Elsener, M.、および Kleemann, M. (2000)。ディーゼル酸化触媒: すすの酸化に対する活性。応用触媒 B: 環境、25(3)、179-194。
