炭化ケイ素 (SiC) SCR 触媒

SCR 触媒も、キャリア - コーティング - 活性成分の構造に従います。ただし、その有効成分は TWC や DOC のものとは根本的に異なります。

1.キャリア
材料: ディーゼル車の SCR システムは通常、DOC および DPF の下流に配置されるため、高い排気温度にさらされ、尿素結晶化のリスクにも耐える必要があります。したがって:
コーディエライト ハニカム セラミック: 一般的に使用され、コスト効率が優れています。
メタルキャリア: これも広く使用されており、特にコンパクトな設計や急速なライトオフが必要な用途に使用されます。
プレート型キャリア: 一部の大型ディーゼル エンジン (船舶や発電所用途など) に採用されており、優れた目詰まり防止機能を備えています。

2. コーティング
材料: コーティングは SCR 触媒の化学的コアです。それはもはや単なるアルミナではなく、触媒活性と吸着能力を備えた金属酸化物です。
二酸化チタン (TiO₂): ほとんどの SCR 触媒コーティングの主な材料。通常はアナターゼ結晶形であり、最適な表面特性と安定性を提供し、有効成分を効果的にサポートします。
酸化タングステン (WO3) または酸化モリブデン (MoO3): 促進剤および安定剤として TiO2 に添加されます。それらの主な機能は次のとおりです。
触媒の熱安定性を高め、TiO2 が活性アナターゼ相から不活性ルチル相に変化するのを防ぎます。
表面の酸性度を高めます。これは NH3 の吸着と反応に重要です。

SO₂ 中毒に対する耐性を向上させます。
3. アクティブコンポーネント
これらにより、SCR 触媒の種類と性能が決まります。主な種類には次のようなものがあります。
バナジウム系触媒：活性成分としてV₂O₅を使用。
特徴: 成熟した技術、比較的低コスト、中～高温範囲 (300 ～ 400°C) での高い活性。
欠点: バナジウムには特定の生物学的毒性があります。高温 (>450°C) では、V₂O₅ が揮発して活性が低下し、環境汚染を引き起こす可能性があります。低温活性が比較的低い。
用途: 初期および現在の多くの大型ディーゼル車両および固定源の脱硝。
ゼオライトモレキュラーシーブ触媒:
銅ゼオライト: 特に Cu-CHA 構造 (Cu-SAPO-34、Cu-SSZ-13 など) は、最も厳しい排出規制を満たす最新のディーゼル車に好まれる選択肢です。
Fe-Beta などの鉄ゼオライトは、より高い温度域で優れた活性を示します。
特徴:
非常に高い熱安定性: 650°C を超える温度に耐えることができ、エンジン近くの密接な配置に適しています。
広い活性温度範囲: 特に、Cu-CHA 触媒は、優れた低温活性 (~200°C のライトオフ) と高温安定性を備えています。
高い NOx 変換効率: 中国 6/ユーロ 6 などの超低 NOx 排出要件を満たすことができます。
希土類ベースの触媒: 貴金属とバナジウムの削減または代替を目的とした最近の開発ですが、まだ広く商業化されていません。

核となる化学反応原理
SCR テクノロジーは主に NH₃ と NOx の間の反応に依存しています。主な反応は標準的な SCR 反応です。
1. 標準 SCR 反応 (優勢反応):
4NH₃ 4NO O₂ → 4N₂ 6H₂O
これは最も一般的な反応で、排気ガス中の NO の約 90% 以上を処理します。
2. 高速 SCR 反応 (臨界低温反応):
2NH₃ NO NO₂ → 2N₂ 3H₂O
この反応速度は標準反応の約10倍！これは、上流の DOC が NO を酸化して NO₂ を形成する理由を説明します。 NO と NO₂ の比率が 1:1 に達すると、低温での SCR システムの効率が劇的に向上します。
3. SCR 反応が遅い:
4NH₃ 2NO₂ O₂ → 3N₂ 6H₂O
これは、NO2 の割合が高すぎて、反応速度が比較的遅い場合に発生します。

副反応:|
NH3 の酸化: 過度に高温になると、NH3 が酸素によって酸化されて NOx または N2O が生成され、排出量が増加する可能性があります。
N₂O の生成: 強力な温室効果ガスであり、特定の条件下で副反応によって生成されることがあります。適切に配合された触媒は、この反応を抑制することを目的としています。
ディーゼル後処理システムの統合と動作条件
一般的な Euro VI/China VI ディーゼル後処理システムのプロセスは次のとおりです。
エンジン → DOC → DPF → SCR → ASC