JP7319653B2 - Exhaust gas treatment method, exhaust gas treatment system and ship equipped with exhaust gas treatment system - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物および硫黄酸化物を処理する排ガス処理方法、排ガス処理システムおよび排ガス処理システムを備える船舶に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an exhaust gas treatment method, an exhaust gas treatment system, and a ship equipped with the exhaust gas treatment system for treating nitrogen oxides and sulfur oxides contained in exhaust gas discharged from a combustion engine.

ディーゼル機関などの燃焼機関から排出される排ガスには、窒素酸化物NOxおよび硫黄酸化物SOxが含まれる場合が多く、これら有害物質を除去する必要がある。 Exhaust gases emitted from combustion engines such as diesel engines often contain nitrogen oxides NOx and sulfur oxides SOx, and it is necessary to remove these harmful substances.

窒素酸化物を処理する代表的な方法として選択触媒還元(SCR:Selective Catalytic Reduction)脱硝装置がある。この装置は排ガス中にアンモニアを供給し、アンモニアと窒素酸化物とをSCR脱硝触媒上で反応させ、窒素と水とに還元させるものである。 A representative method for treating nitrogen oxides is a selective catalytic reduction (SCR) denitration device. This apparatus feeds ammonia into the exhaust gas, causes the ammonia and nitrogen oxides to react on the SCR denitrification catalyst, and reduces them to nitrogen and water.

ここで、アンモニアは毒性があるため、代わりに安全な尿素が多く使われる。すなわち、尿素を排ガス中に供給すれば、排ガスの熱により加水分解等化学反応してアンモニアが発生するのでアンモニアの代わりに尿素を用いることができる。特許文献1では、脱硝還元剤として尿素水を使用する。 Here, since ammonia is toxic, safe urea is often used instead. That is, if urea is supplied into the exhaust gas, the heat of the exhaust gas causes a chemical reaction such as hydrolysis to generate ammonia, so urea can be used instead of ammonia. In Patent Document 1, urea water is used as a denitration reducing agent.

また、硫黄酸化物を処理する代表的な方法として湿式脱硫装置がある。この装置はアルカリ性の吸収剤(水溶液)を排ガスに循環噴霧し、排ガス中のSOx成分を中和し塩にして吸収剤に吸収させることで、SOx成分を排ガスから除去する。アルカリ性の吸収剤は、一般的には水酸化ナトリウム水や水酸化マグネシウム水が用いられる。しかし、これらは、皮膚に付着すると化学やけどを生じるなど、取扱いには十分な注意が必要である。 In addition, a wet desulfurization apparatus is a representative method for treating sulfur oxides. This device circulates and sprays an alkaline absorbent (aqueous solution) to the exhaust gas, neutralizes the SOx component in the exhaust gas, converts it into a salt, and allows the absorbent to absorb the SOx component, thereby removing the SOx component from the exhaust gas. Sodium hydroxide water and magnesium hydroxide water are generally used as the alkaline absorbent. However, these substances must be handled with sufficient care, for example, they cause chemical burns if they come into contact with the skin.

このように、ディーゼル機関などの燃焼機関からの排ガスの処理においては、窒素酸化物と硫黄酸化物の両方を処理しなければならない。 Thus, in treating exhaust gases from combustion engines such as diesel engines, both nitrogen oxides and sulfur oxides must be treated.

特許文献2では、黄リンの水性エマルジョンを用いて、窒素酸化物と硫黄酸化物の両方を単一の方法で処理することを提案する。 US Pat. No. 6,200,000 proposes treating both nitrogen oxides and sulfur oxides in a single process using an aqueous emulsion of yellow phosphorus.

特許文献3,4では、脱硝においてアンモニアを過剰に供給し、残留するアンモニアを用いて脱硫を行うことが提案されている。また、アンモニアに代えて、尿素を使用することについても記載がある。特許文献5には、多段の脱硝装置が示されている。 In Patent Documents 3 and 4, it is proposed to supply excess ammonia in denitrification and perform desulfurization using the remaining ammonia. It also describes the use of urea instead of ammonia. Patent Literature 5 discloses a multi-stage denitrification apparatus.

国際公開WO2014/054607号公報International publication WO2014/054607 特表平4-502121号公報Japanese Patent Publication No. 4-502121 特表2014-513231号公報Japanese Patent Publication No. 2014-513231 特表2017-506716号公報Japanese Patent Publication No. 2017-506716 特開2017-180157号公報JP 2017-180157 A

ここで、燃焼機関から排出される排ガスについて、なるべく安全な薬剤を使用し、窒素酸化物および硫黄酸化物の両方を効果的に処理したいという要求がある。 Here, there is a demand to effectively treat both nitrogen oxides and sulfur oxides by using chemicals that are as safe as possible for the exhaust gases emitted from combustion engines.

本発明は、燃焼機関の排ガスに含まれる窒素酸化物と硫黄酸化物の処理に必要な薬剤を同一のものにすることで薬剤に関わる作業量を軽減するとともに、窒素酸化物と硫黄酸化物を効果的に除去することを目的とする。 The present invention uses the same chemicals for treating nitrogen oxides and sulfur oxides contained in the exhaust gas of a combustion engine, thereby reducing the amount of work involved in chemicals and removing nitrogen oxides and sulfur oxides. It is intended to be effectively removed.

請求項1係る排ガス処理方法は、燃焼機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物および硫黄酸化物を処理する排ガス処理方法であって、前記排ガスに含まれる前記窒素酸化物を、貯留手段から供給される脱硝還元剤を前記排ガスの熱により分解させたアンモニアを用いて選択的還元触媒により脱硝し、脱硝後に、前記選択的還元触媒による脱硝反応により温度が上昇した前記排ガスの熱を用いて前記貯留手段から別途供給される前記脱硝還元剤からアンモニアを発生させ、別途供給された前記脱硝還元剤から発生させた前記アンモニアを水に溶解したアンモニア水に前記硫黄酸化物を吸収させて脱硫を行うことを特徴とする。 An exhaust gas treatment method according to claim 1 is an exhaust gas treatment method for treating nitrogen oxides and sulfur oxides contained in exhaust gas discharged from a combustion engine, wherein the nitrogen oxides contained in the exhaust gas are stored in storage means . A denitrification reducing agent supplied from a denitrification reducing agent is denitrified by a selective reduction catalyst using ammonia decomposed by the heat of the exhaust gas , and after denitrification, the heat of the exhaust gas whose temperature has risen due to the denitration reaction by the selective reduction catalyst is used. Ammonia is generated from the denitration reducing agent separately supplied from the storage means , and the ammonia generated from the separately supplied denitration reducing agent is dissolved in water to absorb the sulfur oxides to desulfurize. characterized by performing

このように、燃焼機関からの排ガスをまず脱硝する。脱硝反応は発熱反応であり、脱硝により排ガスの温度を上昇することができ、脱硫の際に脱硝還元剤からのアンモニア発生を効果的に行うことができる。 Thus, the exhaust gas from the combustion engine is first denitrified. The denitration reaction is an exothermic reaction, and the denitration can raise the temperature of the exhaust gas, and the denitration reducing agent can effectively generate ammonia during desulfurization.

別途供給される前記脱硝還元剤から前記アンモニアを発生させるに当り、前記脱硝還元剤からの前記アンモニアの発生を促進する脱硝還元剤分解触媒を用いるとよい。熱分解によるアンモニアの発生に比べ排ガス温度が低温でも確実にアンモニアを発生することができる。 When generating the ammonia from the separately supplied denitration reducing agent, it is preferable to use a denitration reducing agent decomposition catalyst that accelerates the generation of ammonia from the denitration reducing agent. Ammonia can be reliably generated even when the temperature of the exhaust gas is low compared to the generation of ammonia by thermal decomposition.

前記脱硝還元剤分解触媒を前記排ガスの熱を利用して加熱するとよい。 It is preferable to heat the denitration reducing agent decomposition catalyst using the heat of the exhaust gas.

前記脱硝還元剤は、脱硝還元剤水溶液として脱硝及び脱硫に利用し、前記脱硝還元剤水溶液は、前記燃焼機関の近傍において、前記脱硝還元剤の粉末を水に溶解させて調整するとよい。燃焼機関の近傍には、通常その冷却水を生成するために清水の生成装置があり、この清水を使用して、脱硝還元剤の粉末から水溶液を調整することができる。 The denitration reducing agent is used for denitration and desulfurization as a denitration reducing agent aqueous solution, and the denitration reducing agent aqueous solution is preferably prepared by dissolving the denitration reducing agent powder in water in the vicinity of the combustion engine. In the vicinity of the combustion engine there is usually a fresh water generator for producing its cooling water, which fresh water can be used to prepare an aqueous solution from the denitration reducing agent powder.

前記脱硝還元剤水溶液を、前記脱硝のための還元剤として使用する及び/または前記脱硫のために前記アンモニアを発生させるに当たり、加熱して供給するとよい。 The denitrification reducing agent aqueous solution is preferably heated and supplied when it is used as a reducing agent for the denitration and/or when the ammonia is generated for the desulfurization .

前記脱硝還元剤水溶液は蒸気とともに用いることで加熱するよい。 The denitration reducing agent aqueous solution may be heated by being used together with steam.

前記蒸気を、前記排ガスの熱を利用して発生させるとよい。例えば、排ガスエコノマイザによって生成した蒸気を用いることで、排ガスの熱を回収利用することができる。 The steam may be generated using the heat of the exhaust gas. For example, by using steam generated by an exhaust gas economizer, the heat of the exhaust gas can be recovered and utilized.

前記脱硝還元剤として、尿素を用いるとよい。尿素は、安全でかつ安価である。 Urea is preferably used as the denitration reducing agent. Urea is safe and inexpensive.

前記窒素酸化物の処理および前記硫黄酸化物の処理のため供給する前記脱硝還元剤の比率を、前記燃焼機関の排ガス規制への対応レベルに応じて変更するとよい。 The ratio of the denitration reducing agent supplied for the treatment of nitrogen oxides and the treatment of sulfur oxides may be changed according to the compliance level of the combustion engine with exhaust gas regulations.

前記燃焼機関が過給器を利用し、前記過給器の駆動力を前記選択的還元触媒よりも上流側で取り出すとよい。 Preferably, the combustion engine utilizes a supercharger, and the driving force of the supercharger is extracted upstream of the selective reduction catalyst.

請求項11に係る排ガス処理システムは、燃焼機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物および硫黄酸化物を処理する排ガス処理システムであって、前記排ガスに含まれる前記窒素酸化物を、貯留手段から供給される脱硝還元剤を前記排ガスの熱により分解させたアンモニアを用いて選択的還元触媒により脱硝する脱硝手段と、脱硝後に、前記選択的還元触媒による脱硝反応により温度が上昇した前記排ガスの熱を用いて前記貯留手段から別途供給される前記脱硝還元剤からアンモニアを発生させるアンモニア生成手段と、前記アンモニア生成手段で別途供給された前記脱硝還元剤から発生させた前記アンモニアを水に溶解したアンモニア水に前記硫黄酸化物を吸収させて脱硫を行う脱硫手段とを備えたことを特徴とする。 An exhaust gas treatment system according to claim 11 is an exhaust gas treatment system for treating nitrogen oxides and sulfur oxides contained in exhaust gas discharged from a combustion engine, wherein the nitrogen oxides contained in the exhaust gas are stored in storage means. a denitration means for denitration by means of a selective reduction catalyst using ammonia obtained by decomposing a denitration reducing agent supplied from the exhaust gas by the heat of the exhaust gas; Ammonia generating means for generating ammonia from the denitration reducing agent separately supplied from the storage means using heat, and dissolving the ammonia generated from the denitration reducing agent separately supplied by the ammonia generating means in water. desulfurization means for desulfurizing by absorbing the sulfur oxides in ammonia water.

前記アンモニア生成手段は、別途供給される前記脱硝還元剤からの前記アンモニアの発生を促進する脱硝還元剤分解触媒を有するとよい
The ammonia generating means preferably has a denitration reducing agent decomposition catalyst that accelerates generation of the ammonia from the denitration reducing agent supplied separately .

前記アンモニア生成手段は、前記脱硝還元剤分解触媒を前記排ガスの熱を利用して加熱するとよい。 The ammonia generating means preferably heats the denitration reducing agent decomposition catalyst using the heat of the exhaust gas.

前記脱硝還元剤を脱硝還元剤水溶液として利用するに当たり、前記脱硝還元剤の粉末を水に溶解させて調整する前記燃焼機関の近傍に設けた脱硝還元剤水溶液調整手段を有するとよい。 When the denitration reducing agent is used as the denitration reducing agent aqueous solution, it is preferable to have denitration reducing agent aqueous solution adjustment means provided near the combustion engine for adjusting the denitration reducing agent powder by dissolving it in water.

前記脱硝還元剤水溶液を、前記脱硝手段及び/または前記アンモニア生成手段に供給する際に、加熱して供給するとよい。 It is preferable that the denitration reducing agent aqueous solution is heated before being supplied to the denitration means and/or the ammonia generation means.

前記脱硝還元剤水溶液の供給時に前記脱硝還元剤水溶液と蒸気を合わせて供給する二流体供給手段を有するとよい。 It is preferable to have a two-fluid supply means for supplying the aqueous solution of the reducing agent for denitration and steam together when supplying the aqueous solution of the reducing agent for denitration.

前記蒸気を前記排ガスの熱を利用して発生させる蒸気発生手段を有するとよい。 It is preferable to have steam generating means for generating the steam using the heat of the exhaust gas.

前記脱硝還元剤として、尿素を用いるとよい。 Urea is preferably used as the denitration reducing agent.

前記窒素酸化物の処理および前記硫黄酸化物の処理のため供給する前記脱硝還元剤の比率を前記燃焼機関の排ガス規制への対応レベルに応じて変更する比率変更手段を備えるとよい。 It is preferable to provide ratio changing means for changing the ratio of the denitration reducing agent to be supplied for the treatment of the nitrogen oxides and the sulfur oxides according to the compliance level of the exhaust gas regulation of the combustion engine.

前記排ガスにより駆動され前記燃焼機関に過給空気を供給する過給器を有し、前記過給器を前記選択的還元触媒よりも上流側に設けるとよい。 A supercharger driven by the exhaust gas to supply supercharged air to the combustion engine may be provided, and the supercharger may be provided upstream of the selective reduction catalyst.

請求項21に係る船舶は、上記排ガス処理システムを有することを特徴とする。 A ship according to claim 21 is characterized by having the exhaust gas treatment system described above.

本発明によれば、脱硝還元剤を、脱硝および脱硫に用いることで、脱硝還元剤についての作業の効率化や供給の簡素化を図ることができる。また、脱硝を脱硫の前に行うことで、脱硝反応によって発生した熱を脱硫の際の脱硝還元剤の分解に利用することができ、また脱硝における反応を脱硫から独立して制御することができる。 According to the present invention, by using the denitration reducing agent for denitration and desulfurization, it is possible to improve the efficiency of work and simplify the supply of the denitration reducing agent. In addition, by performing denitration before desulfurization, the heat generated by the denitration reaction can be used to decompose the denitration reducing agent during desulfurization, and the reaction in denitration can be controlled independently of desulfurization. .

脱硝還元剤分解触媒を用いて、脱硫用のアンモニア発生を行うことで、比較的低温でもアンモニアの発生を確実に行うことができる。また、脱硝還元剤分解触媒を排ガスで加熱することでアンモニアの発生を効果的に行うことができる。 By generating ammonia for desulfurization using a denitration reducing agent decomposition catalyst, ammonia can be reliably generated even at a relatively low temperature. Further, by heating the denitration reducing agent decomposition catalyst with exhaust gas, ammonia can be effectively generated.

脱硝還元剤を粉末で貯蔵することで、貯蔵場所をコンパクトにできる。また、燃焼機関の近傍において溶解することで、燃焼機関の冷却水を利用して生成した清水を使用することができる。 By storing the denitration reducing agent in the form of powder, the storage space can be made compact. In addition, by dissolving in the vicinity of the combustion engine, it is possible to use fresh water produced using the cooling water of the combustion engine.

また、脱硝還元剤の水溶液を加熱することでアンモニアを発生することができ、特に排ガス処理において生成した蒸気を用いる二流体供給により効率的なアンモニア発生が行える。 In addition, ammonia can be generated by heating the aqueous solution of the denitration reducing agent, and in particular, efficient ammonia generation can be performed by two-fluid supply using steam generated in exhaust gas treatment.

脱硝還元剤として、尿素を用いることで、安全かつ低コストの排ガス処理が行える。 By using urea as a denitration reducing agent, safe and low-cost exhaust gas treatment can be performed.

排ガス対応レベルに応じて、脱硝還元剤の供給を変更することで、適切な排ガス処理が行える。 Appropriate exhaust gas treatment can be performed by changing the supply of the denitration reducing agent according to the exhaust gas response level.

過給器を脱硝の上流側に設けることで、過給器に脱硝に伴う不純物が析出することが無くなり、効果的な排ガス処理が行える。 By providing the supercharger on the upstream side of the denitrification, deposition of impurities associated with the denitrification on the supercharger is eliminated, and effective exhaust gas treatment can be performed.

排ガス処理システムの全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the overall configuration of an exhaust gas treatment system; FIG. 尿素分解触媒を利用する還元剤供給部16の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a reducing agent supply unit 16 that uses a urea decomposition catalyst; 還元剤供給部と脱硝装置のセットを複数直列に接続して構成した多段脱硝装置の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a multi-stage denitration device configured by connecting a plurality of sets of reducing agent supply units and denitration devices in series. 排ガスエコノマイザを設けた構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example which provided the waste gas economizer. 蒸気と尿素水を混合して噴出させるための二流体供給型の混合ノズルの構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a two-fluid supply type mixing nozzle for mixing and jetting steam and urea water. 脱硝装置を過給器の前段に配置した構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example which has arrange|positioned the denitrification apparatus in the front|former stage of the supercharger. 好適な排ガス処理システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a suitable exhaust gas treatment system.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. It should be noted that the invention is not limited to the embodiments described herein.

「システム構成」
図1は、実施形態に係る排ガス処理方法を実施する排ガス処理システムの全体構成を示すブロック図である。燃焼機関12は、エンジンやガスタービンなどの内燃機関、例えば船舶の主機関としてのディーゼル機関である。このディーゼル機関は、通常2サイクルまたは4サイクルである。
"System configuration"
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an exhaust gas treatment system that implements an exhaust gas treatment method according to an embodiment. The combustion engine 12 is an internal combustion engine such as an engine or a gas turbine, for example a diesel engine as a main engine of a ship. This diesel engine is usually two-stroke or four-stroke.

燃焼機関12からの排ガスは、過給器14に導入される。過給器14は、ターボチャージャとも呼ばれ、排ガスの流れを受けて回転するタービンを利用して、燃焼機関12へ供給する空気の圧力を上昇して、燃焼機関12に過給空気を供給する。 Exhaust gases from the combustion engine 12 are introduced into the supercharger 14 . The supercharger 14, also called a turbocharger, uses a turbine that rotates in response to the flow of exhaust gas to increase the pressure of the air supplied to the combustion engine 12 and supply supercharged air to the combustion engine 12. .

過給器14からのガスは還元剤供給部16に供給される。還元剤供給部16には、脱硝還元剤タンク18からの脱硝還元剤が供給される。ここで、この脱硝還元剤としては、熱によって分解されアンモニアが発生する尿素が好適である。尿素は化粧品に用いられる等安全であり、既に大型トラックやバスに取り付けられているSCR脱硝装置用の還元剤として大量に販売されているため、価格も比較的安い。また、食品の膨張剤として用いられている、炭酸水素アンモニウムも熱により分解され、アンモニア(および二酸化炭素と水)が発生する。そのため、尿素の代わりに炭酸水素アンモニウムを脱硝還元剤として用いることができる。なお、脱硝還元剤としては、尿素、炭酸水素アンモニウムの他、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム等があげられる。 Gas from the supercharger 14 is supplied to the reducing agent supply section 16 . The denitration reducing agent from the denitration reducing agent tank 18 is supplied to the reducing agent supply unit 16 . Here, urea, which is decomposed by heat to generate ammonia, is suitable as the denitration reducing agent. Urea is safe for use in cosmetics, etc., and is sold in large quantities as a reducing agent for SCR denitrification devices already installed in large trucks and buses, so it is relatively inexpensive. Ammonium bicarbonate, which is used as a leavening agent in foods, is also decomposed by heat to generate ammonia (and carbon dioxide and water). Therefore, instead of urea, ammonium hydrogen carbonate can be used as a denitration reducing agent. The denitration reducing agent includes urea, ammonium hydrogencarbonate, ammonium carbonate, ammonium carbamate, and the like.

ここで、脱硝還元剤タンク18には、脱硝還元剤の水溶液が貯留され、水溶液が排ガス中に噴霧される。例えば、脱硝還元剤水溶液を空気と混合して排ガス流路内に噴射する。排ガスは高温であり、この排ガスの熱によって、尿素や炭酸水素アンモニウムなどの脱硝還元剤が分解されてアンモニアが発生する。尿素の場合、化学式(1)のような加水分解反応で、アンモニアと二酸化炭素が発生する。 Here, an aqueous solution of the denitration reducing agent is stored in the denitration reducing agent tank 18, and the aqueous solution is sprayed into the exhaust gas. For example, a denitration reducing agent aqueous solution is mixed with air and injected into the exhaust gas flow path. The exhaust gas has a high temperature, and the heat of the exhaust gas decomposes the denitration reducing agent such as urea and ammonium hydrogencarbonate to generate ammonia. In the case of urea, ammonia and carbon dioxide are generated by a hydrolysis reaction as shown in chemical formula (1).

[化1]
(NHCO+HO→2NH+CO
[Chemical 1]
( NH2 ) 2CO + H2O2NH3 + CO2

還元剤供給部16において、尿素水から発生したアンモニアを含む排ガスは、脱硝装置(脱硝手段)20に導入される。脱硝装置20は、選択的還元触媒を用いるSCR脱硝装置であり、排ガス流路に脱硝触媒を設け、この脱硝触媒の存在下、アンモニアと窒素酸化物を反応させて、窒素酸化物を窒素に還元する。例えば、チタン・バナジウム系の触媒を用いて、化学式(2)のような反応を生起する。例えば、窒素酸化物がNOであれば、1モルのNOを還元するのに、1モルのアンモニア(0.5モルの尿素)が必要になる。 In the reducing agent supply unit 16 , the exhaust gas containing ammonia generated from the urea water is introduced into the denitration device (denitration means) 20 . The denitration device 20 is an SCR denitration device that uses a selective reduction catalyst. A denitration catalyst is provided in the exhaust gas flow path, and in the presence of this denitration catalyst, ammonia and nitrogen oxides are reacted to reduce the nitrogen oxides to nitrogen. do. For example, a titanium-vanadium-based catalyst is used to cause a reaction represented by chemical formula (2). For example, if the nitrogen oxide is NO, then 1 mol of ammonia (0.5 mol of urea) is required to reduce 1 mol of NO.

[化2]
4NO+4NH+O→4N+6H
6NO+8NH→7N+12H
[Chemical 2]
4NO+ 4NH3 + O24N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH37N2 + 12H2O

なお、脱硝装置20は、その反応面積を広くするために各種の充填剤を充填したり、ハニカム構造にしたりするとよい。すなわち、充填剤や、ハニカム流路の表面に触媒を担持することによって、触媒の表面においてアンモニアと窒素酸化物が接触しやすくすることができる。 The denitrification device 20 may be filled with various fillers or have a honeycomb structure in order to widen its reaction area. That is, by supporting the catalyst on the surface of the honeycomb channel with the filler, ammonia and nitrogen oxides can easily come into contact with each other on the surface of the catalyst.

なお、還元剤供給部16と、脱硝装置20を別の部材として記載したが、これらを一体化し、脱硝装置20内に尿素などの脱硝還元剤を供給してもよい。 Although the reducing agent supply unit 16 and the denitration device 20 are described as separate members, they may be integrated to supply a denitration reducing agent such as urea into the denitration device 20 .

脱硝装置20において、窒素酸化物が還元除去された排ガスは、アンモニア生成部(アンモニア生成手段)22に導入される。このアンモニア生成部22は、上述した還元剤供給部16と同様の構成であり、脱硝還元剤タンク18から尿素などの脱硝還元剤が供給され、排ガスの熱によって吸収剤としてのアンモニアと二酸化炭素が発生される。 In the denitrification device 20 , the exhaust gas from which nitrogen oxides have been reduced and removed is introduced into an ammonia generation section (ammonia generation means) 22 . The ammonia generation unit 22 has the same configuration as the reducing agent supply unit 16 described above, and is supplied with a denitration reducing agent such as urea from the denitration reducing agent tank 18, and absorbs ammonia and carbon dioxide by the heat of the exhaust gas. generated.

アンモニア生成部22によりアンモニアが混合された排ガスは、スクラバ(脱硫手段)26に供給される。このスクラバ26は、湿式の脱硫装置であり、吸収塔に吸収剤としてのアンモニア水を循環して、排ガス中の硫黄酸化物を塩(例えば硫酸アンモニウム)として液側に除去する。例えば、排気ガスに含まれる二酸化硫黄(SO)は、アンモニアと反応して、化学式(3)で示される反応によって酸性硫安((NH)HSO)や硫酸アンモニウム((NHSO)が生成される。硫酸アンモニウムが生成される場合、1モルに対し2モルのアンモニア(1モルの尿素)が必要になる。 The exhaust gas mixed with ammonia by the ammonia generator 22 is supplied to a scrubber (desulfurization means) 26 . The scrubber 26 is a wet-type desulfurization apparatus, circulates ammonia water as an absorbent in an absorption tower, and removes sulfur oxides in the exhaust gas as salts (for example, ammonium sulfate) to the liquid side. For example, sulfur dioxide (SO 2 ) contained in the exhaust gas reacts with ammonia to form acidic ammonium sulfate ((NH 4 )HSO 4 ) and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) is generated. If ammonium sulfate is produced, 2 moles of ammonia (1 mole of urea) are required for each mole.

[化3]
SO+(1/2)O+NH+HO→(NH)HSO
SO+(1/2)O+2NH+HO→(NHSO
[Chemical 3]
SO2 +(1/2) O2 + NH3 + H2O →( NH4 ) HSO4
SO2 +(1/2) O2 + 2NH3 + H2O →( NH4 ) 2SO4

ここで、アンモニア生成部22内に脱硝還元剤を供給することでアンモニアを発生させて、このアンモニアをスクラバ26内の循環液に溶け込ませ、SOxの吸収剤として用いることが好適である。 Here, it is preferable to generate ammonia by supplying a denitration reducing agent into the ammonia generation section 22, dissolve this ammonia in the circulating liquid in the scrubber 26, and use it as an SOx absorbent.

スクラバ26において、脱硫処理が行われた排ガスは、同時にスクラバ26内にて水洗浄などを行い、ばいじん粒子や残留する汚染物質などを除去する。そして、スクラバ26からの処理済みガスが大気に放出される。 The exhaust gas that has been desulfurized in the scrubber 26 is simultaneously washed with water in the scrubber 26 to remove dust particles and remaining contaminants. The treated gas from the scrubber 26 is then released to the atmosphere.

このように、本実施形態によれば、窒素酸化物の処理に必要な薬剤と硫黄酸化物の処理に必要な薬剤を、同一の脱硝還元剤としている。このため、薬剤充填作業が1回で済む等、薬品に関わる作業を効率化することができる。また、脱硝装置20の下流に脱硫用の脱硝還元剤の供給箇所(アンモニア生成部22)を設置する。脱硫用のアンモニア発生箇所であるアンモニア生成部22を脱硝装置20より上流に設置してしまうと、脱硝装置20中の脱硝還元剤の当量比が過大となりやすく、その結果SCR脱硝触媒の劣化を助長してしまう可能性があるが、本実施形態ではこれを避けることができる。また、脱硝装置20における脱硝反応は発熱反応であり、後段のアンモニア生成部22における温度を比較的高くすることができる。 As described above, according to the present embodiment, the same denitration reducing agent is used as the chemical necessary for treating nitrogen oxides and the chemical necessary for treating sulfur oxides. For this reason, it is possible to improve the efficiency of work related to drugs, such as one-time drug filling work. Further, a denitration reducing agent supply point (ammonia generation unit 22 ) for desulfurization is installed downstream of the denitration device 20 . If the ammonia generating section 22, which is a portion for generating ammonia for desulfurization, is installed upstream of the denitration device 20, the equivalence ratio of the denitration reducing agent in the denitration device 20 tends to become excessive, resulting in accelerated deterioration of the SCR denitration catalyst. However, this embodiment can avoid this. Further, the denitration reaction in the denitration device 20 is an exothermic reaction, and the temperature in the subsequent ammonia generation section 22 can be made relatively high.

また、脱硝還元剤として尿素や炭酸水素アンモニウムなど安全な薬剤を使用することで、作業の安全化を図ることができる。 In addition, by using a safe agent such as urea or ammonium hydrogen carbonate as a denitrification reducing agent, the work can be made safer.

「温度について」
ここで、本実施形態では、燃焼機関12としては、船舶用ディーゼル機関を対象としているが、船舶用ディーゼル機関については、4サイクルディーゼル機関と、2サイクルディーゼル機関があり、両者において排ガス温度が異なる。
"About temperature"
In this embodiment, the combustion engine 12 is a marine diesel engine. Marine diesel engines include a 4-cycle diesel engine and a 2-cycle diesel engine, both of which have different exhaust gas temperatures. .

4サイクルディーゼル機関の過給器14後の排ガス温度は300℃程度である。脱硝装置20における脱硝反応は、発熱反応である。従って、脱硝装置20から排出されるガスの温度は320℃程度に上昇する。一方、アンモニア生成部22における反応は吸熱反応である。従って、アンモニア生成部22からの排ガス温度は280℃程度になる。 The exhaust gas temperature after the supercharger 14 of the four-cycle diesel engine is about 300°C. The denitration reaction in the denitration device 20 is an exothermic reaction. Therefore, the temperature of the gas discharged from the denitrification device 20 rises to about 320.degree. On the other hand, the reaction in the ammonia generation section 22 is an endothermic reaction. Therefore, the temperature of the exhaust gas from the ammonia generation section 22 is about 280.degree.

2サイクルディーゼル機関の過給器14後の排ガス温度は220℃程度である。従って、脱硝装置20から排出されるガスの温度は240℃程度に上昇する。また、アンモニア生成部22からの排ガス温度は200℃程度になる。 The exhaust gas temperature after the supercharger 14 of the two-cycle diesel engine is about 220°C. Therefore, the temperature of the gas discharged from the denitrification device 20 rises to about 240.degree. Also, the temperature of the exhaust gas from the ammonia generation unit 22 is about 200°C.

このように、2サイクルディーゼル機関では、排ガス温度が比較的低い。本実施形態では、脱硝装置20をアンモニア生成部22の上流側に配置する。脱硝反応は発熱反応であり、脱硝装置20において、排ガス温度の上昇が見込める。よって、脱硫用の尿素水等の供給箇所であるアンモニア生成部22を脱硝装置20よりも下流に設置することで、脱硝反応で得た排ガス温度上昇を、脱硫用の脱硝還元剤のアンモニアへの変化に有効活用できる。 Thus, in a two-cycle diesel engine, the exhaust gas temperature is relatively low. In this embodiment, the denitration device 20 is arranged upstream of the ammonia generator 22 . The denitrification reaction is an exothermic reaction, and in the denitrification device 20, an increase in exhaust gas temperature can be expected. Therefore, by installing the ammonia generation unit 22, which is a supply point of urea water for desulfurization, downstream of the denitrification device 20, the temperature rise of the exhaust gas obtained by the denitrification reaction can be converted into the ammonia of the denitration reducing agent for desulfurization. It can be used effectively for change.

「尿素水の供給」
脱硝還元剤としては、安全面、コスト面から尿素が好適である。尿素は尿素水として、脱硝還元剤タンク18に貯留され、ポンプなどを利用して適切な量を還元剤供給部16およびアンモニア生成部22に供給する。供給量は予めポンプ出力に対して流量計で尿素水流量を計測してマップを作成しておき、マップに基づきポンプを制御するとよい。尿素水は、例えば40%、75%などの一定の濃度とする。
"Supply of urea water"
As the denitration reducing agent, urea is suitable from the viewpoints of safety and cost. Urea is stored in the denitration reducing agent tank 18 as urea water, and an appropriate amount of urea is supplied to the reducing agent supply unit 16 and the ammonia generation unit 22 using a pump or the like. For the supply amount, it is preferable to prepare a map in advance by measuring the urea water flow rate with respect to the pump output with a flow meter, and control the pump based on the map. The urea water has a constant concentration such as 40% or 75%.

ここで、SOxを1モル脱硫するのに必要な尿素は1モル、NOxを1モル脱硝するのに必要な尿素は0.5モルである。燃料中の硫黄分が3.5%の場合、排ガス中にはSOxがおおよそ800ppm含まれる。国際海事機関(IMO)のNOx規制に対応していない舶用ディーゼル機関においては、排ガス中のNOxは約2000~2500ppm、IMOのNOx1次規制や2次規制に後処理装置を使用せずに対応する舶用ディーゼル機関では約600~1000ppmであるので、脱硫に必要な尿素水と脱硝に必要な尿素水の比率は、IMOのNOx規制に対応していない舶用ディーゼル機関においてはおおよそ2:3、IMOのNOx1次規制や2次規制に後処理装置を使用せずに対応する舶用ディーゼル機関ではおおよそ2:1である。このように、排ガス規制への対応レベルに応じて排ガス中の窒素酸化物、硫黄酸化物の比率が異なる。また、排ガス中のSOx濃度は燃料の硫黄分によって変化し、排ガス中のNOx濃度は舶用ディーゼル機関の出力によって変化する。さらに航行区域によってもNOx規制値やSOx規制値は異なる。そのため、航行区域の排ガス規制状況や舶用ディーゼル機関の対応レベル及びその出力、燃料の硫黄分等に応じて尿素の供給比率を比率変更手段(図示せず)で変更するとよい。 Here, 1 mol of urea is required to desulfurize 1 mol of SOx, and 0.5 mol of urea is required to denitrify 1 mol of NOx. When the sulfur content in the fuel is 3.5%, the exhaust gas contains approximately 800 ppm of SOx. For marine diesel engines that do not comply with the NOx regulations of the International Maritime Organization (IMO), the NOx in the exhaust gas is about 2000-2500ppm, and it complies with the IMO's Tier 1 and Tier 2 NOx regulations without using an aftertreatment device. Since it is about 600 to 1000 ppm in marine diesel engines, the ratio of urea water necessary for desulfurization and urea water necessary for denitrification is approximately 2:3 in marine diesel engines that do not comply with IMO NOx regulations. In a marine diesel engine that does not use an aftertreatment device to comply with the NOx primary and secondary regulations, the ratio is approximately 2:1. In this way, the ratio of nitrogen oxides and sulfur oxides in the exhaust gas varies depending on the level of compliance with exhaust gas regulations. Also, the SOx concentration in the exhaust gas varies depending on the sulfur content of the fuel, and the NOx concentration in the exhaust gas varies depending on the output of the marine diesel engine. Furthermore, the NOx regulation value and the SOx regulation value also differ depending on the navigation area. Therefore, it is preferable to change the urea supply ratio by a ratio changing means (not shown) according to the exhaust gas regulation status of the navigation area, the response level and output of the marine diesel engine, the sulfur content of the fuel, and the like.

従って、脱硝還元剤としての尿素水は、脱硝用の還元剤供給部16とアンモニア生成部22とでその量を変更するとともに、ディーゼル機関がIMOのNOx規制に対応しているかどうか、使用する燃料、及び、航行区域内で定められているNOx及びSOx規制、さらにディーゼル機関の出力によって比率を変更する。 Therefore, the amount of urea water as a denitrification reducing agent is changed between the reducing agent supply unit 16 for denitration and the ammonia generation unit 22. , and the NOx and SOx regulations in place within the navigation area, as well as the power output of the diesel engine.

また、排ガス中にSOxが含まれ、かつ、排ガス温度が約350℃以下の場合、脱硝に用いるSCR脱硝触媒が劣化する可能性があり、その劣化度合いは還元剤である尿素の加水分解後のアンモニアの当量比に対し指数関数的にひどくなる。このため、脱硝においては尿素水の噴霧量を必要最小限に抑える。すなわち、アンモニア量がNOxに対し当量となるように尿素水供給量を制御する。また、上流側の方が排ガスの温度が高いため、アンモニア生成部22よりも上流側に脱硝装置20を設置する。 In addition, when the exhaust gas contains SOx and the exhaust gas temperature is about 350° C. or less, the SCR denitration catalyst used for denitration may deteriorate, and the degree of deterioration is after the hydrolysis of urea, which is a reducing agent. It becomes worse exponentially with respect to the equivalence ratio of ammonia. Therefore, in denitration, the spray amount of urea water is kept to a necessary minimum. That is, the amount of urea water supplied is controlled so that the amount of ammonia becomes equivalent to NOx. Further, since the temperature of the exhaust gas is higher on the upstream side, the denitration device 20 is installed on the upstream side of the ammonia generator 22 .

燃焼機関12とその出力、および供給する燃料が特定されれば、排ガス中に排出される窒素酸化物、硫黄酸化物の量も決定され、それにより航行区域内で定められているNOx及びSOx規制に対応した、還元剤供給部16、アンモニア生成部22への尿素水の供給量を決定することができる。従って、制御装置を設け、燃料供給量に対し、尿素水供給量を決定し、還元剤供給部16、アンモニア生成部22への尿素水の供給を制御するとよい。 Once the combustion engine 12 and its power output and the fuel supplied are specified, the amount of nitrogen oxides, sulfur oxides emitted in the exhaust gas is also determined, thereby complying with the NOx and SOx regulations established within the navigation area. , the amount of urea water supplied to the reducing agent supply unit 16 and the ammonia generation unit 22 can be determined. Therefore, it is preferable to provide a control device, determine the amount of urea water to be supplied with respect to the amount of fuel to be supplied, and control the supply of urea water to the reducing agent supply unit 16 and the ammonia generation unit 22 .

「脱硫用の脱硝還元剤分解触媒」
脱硝用の還元剤供給部16や脱硫用のアンモニア生成部22において、尿素の分解を促進する脱硝用還元剤分解触媒を利用することが好適である。尿素分解触媒の具体例は、特許文献1などに示されており、(1)酸化チタン系触媒、(2)ゼオライト系触媒、(3)金属酸化物微粒子付着触媒などがある。また、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウムについては、アルミナ、シリカ、シリカ-アルミナ、カルシア、マグネシア、チタニア等の触媒が、またカルバミン酸アンモニウムについては、貴金属系のアンモニア分解触媒などを利用することができる。
"Denitration reducing agent decomposition catalyst for desulfurization"
It is preferable to use a denitration reducing agent decomposition catalyst that accelerates the decomposition of urea in the denitration reducing agent supply unit 16 and the desulfurization ammonia generation unit 22 . Specific examples of urea decomposition catalysts are shown in Patent Document 1 and the like, and include (1) titanium oxide-based catalysts, (2) zeolite-based catalysts, and (3) metal oxide fine particle-adhered catalysts. For ammonium hydrogen carbonate and ammonium carbonate, catalysts such as alumina, silica, silica-alumina, calcia, magnesia and titania can be used. For ammonium carbamate, noble metal-based ammonia decomposition catalysts can be used.

脱硝還元剤の尿素水等は排ガスの熱によりアンモニアに変化するが、例えば尿素水は排ガスの温度が低いとアンモニア以外の、イソシアン酸等の副生成物が発生する問題がある(なお、イソシアン酸はSCR脱硝触媒の表面上では脱硝反応に還元剤として寄与する)。尿素分解性能を持つ触媒の存在下であれば、排ガス温度が低くても尿素水は全てアンモニアに変化する。このため、とりわけ脱硫用の脱硝還元剤の供給は尿素分解性能を持つ尿素分解触媒の存在下で行うことが好適である。 Urea water, which is a denitrification reducing agent, changes into ammonia due to the heat of the exhaust gas. contributes to the denitration reaction as a reducing agent on the surface of the SCR denitration catalyst). In the presence of a catalyst capable of decomposing urea, all of the urea water is converted to ammonia even if the temperature of the exhaust gas is low. For this reason, it is particularly preferable to supply the denitration reducing agent for desulfurization in the presence of a urea decomposition catalyst capable of decomposing urea.

ここで、尿素分解触媒が排ガス中の成分(SOx、すす等)によって被毒等の影響を受ける場合がある。図2は、尿素分解触媒を利用する還元剤供給部16やアンモニア生成部22の間接加熱方式での構成例を示す。過給器14からの排ガスは、管状の流路30内を流れる。流路30の内部には流路30から隔離された隔離室32が形成されている。隔離室32の周囲には、排ガス流通部34が位置している。なお、隔離室32は、同心状に配置された管路であり、流路30の内壁から支持材で支持されることが好適である。 Here, the urea decomposition catalyst may be affected by poisoning or the like due to components (SOx, soot, etc.) in the exhaust gas. FIG. 2 shows a configuration example of the indirect heating method of the reducing agent supply unit 16 and the ammonia generation unit 22 using a urea decomposition catalyst. Exhaust gas from the supercharger 14 flows through the tubular channel 30 . An isolated chamber 32 isolated from the channel 30 is formed inside the channel 30 . An exhaust gas flow section 34 is positioned around the isolation chamber 32 . The isolation chamber 32 is preferably a concentrically arranged pipeline, and is preferably supported by a support member from the inner wall of the flow path 30 .

隔離室32の内部には尿素分解触媒36が配置されている。例えば、ハニカム構造などで、触媒の表面積が大きくされているとよい。そして、尿素分解触媒36の上流側には、混合ノズル40が設置されており、ここに空気と尿素水が供給され、尿素分解触媒36に向けて噴出される。 A urea decomposition catalyst 36 is arranged inside the isolation chamber 32 . For example, a honeycomb structure or the like may be used to increase the surface area of the catalyst. A mixing nozzle 40 is installed on the upstream side of the urea decomposition catalyst 36 , to which air and urea water are supplied and ejected toward the urea decomposition catalyst 36 .

また、隔離室32の下流側および排ガス流通部34の下流側は、流路によって脱硝装置20に供給される。なお、還元剤供給部16内で両者を混合しても構わない。 In addition, the downstream side of the isolation chamber 32 and the downstream side of the exhaust gas flow section 34 are supplied to the denitrification device 20 through flow paths. In addition, both may be mixed in the reducing agent supply unit 16 .

このように、尿素分解触媒36と尿素水の供給部分をまとめて密閉構造とし、排ガス流れ内に設置することによって、排ガスの廃熱を利用しつつ尿素分解触媒36が排ガス中の成分に影響を受けないようにできる。 In this manner, the urea decomposition catalyst 36 and the urea water supply portion are combined into a sealed structure and installed in the exhaust gas flow, so that the urea decomposition catalyst 36 does not affect the components in the exhaust gas while utilizing the waste heat of the exhaust gas. You can avoid receiving it.

なお、低温で尿素水がアンモニアに分解するときに発生する、主要な副生成物であるイソシアン酸は、上述の通りSCR脱硝触媒の表面上では還元剤として脱硝反応に寄与する。そのため、還元剤供給部16においては図2のような間接加熱方式を用いず、さらに尿素分解触媒も用いず、排ガスに直接尿素水を噴霧する方法でもよい。 Isocyanic acid, which is a major by-product generated when urea water decomposes into ammonia at low temperatures, contributes to the denitration reaction as a reducing agent on the surface of the SCR denitration catalyst as described above. Therefore, in the reducing agent supply unit 16, a method of spraying urea water directly onto the exhaust gas without using the indirect heating method as shown in FIG. 2 and without using a urea decomposition catalyst may be used.

「脱硝装置の多段構成」
上述したように、2サイクルディーゼル機関の過給器14後の排ガス温度は220℃程度とかなり低い。このような低温条件において、排ガス中にSOxが含まれていると脱硝装置20のSCR脱硝触媒が劣化しやすい。
"Multi-stage configuration of denitrification equipment"
As described above, the exhaust gas temperature after the supercharger 14 of the two-cycle diesel engine is as low as about 220°C. Under such low temperature conditions, if the exhaust gas contains SOx, the SCR denitration catalyst of the denitration device 20 is likely to deteriorate.

そこで、特許文献5に示されるように、脱硝装置20を複数直列に接続する多段構成とすることが好適である。図3には、還元剤供給部16と脱硝装置20のセットを複数直列に接続して構成した多段脱硝装置200の構成を示してある。この構成では、各還元剤供給部16における脱硝還元剤の供給量を窒素酸化物の除去に必要な当量の0.8以下にする。このような構成によって、1つの脱硝装置20での窒素酸化物の還元処理は不十分であるが、トータルとしては十分な処理を行いつつ、SCR脱硝触媒の劣化を抑制することができる。 Therefore, as shown in Patent Document 5, it is preferable to adopt a multi-stage configuration in which a plurality of denitrification devices 20 are connected in series. FIG. 3 shows the configuration of a multi-stage denitration device 200 configured by connecting a plurality of sets of reducing agent supply units 16 and denitration devices 20 in series. In this configuration, the supply amount of the denitration reducing agent in each reducing agent supply unit 16 is set to 0.8 or less of the equivalent required for removing nitrogen oxides. With such a configuration, although the reduction treatment of nitrogen oxides in one denitration device 20 is insufficient, deterioration of the SCR denitration catalyst can be suppressed while performing sufficient treatment as a whole.

「尿素水について」
尿素水は、市販のものを購入しても良く、あるいは、尿素粉末を用いて船内で調製してもよい。粉末を用いることで、その貯蔵場所が小さくて済むというメリットがある。なお、尿素は、粉末でも安全である。
"About urea water"
The urea water may be purchased commercially or prepared on board using urea powder. The use of powder has the advantage of requiring a small storage area. Urea is safe even in powder form.

また、船舶用ディーゼル機関などの燃焼機関では、その冷却水に海水から生成した清水を使用する。従って、燃焼機関の近傍では清水の生成装置があり、清水の利用が容易である。そこで、尿素粉末の溶解装置(脱硝還元剤水溶液調整手段)は、燃焼機関の近傍に設置することが好ましい。 In combustion engines such as marine diesel engines, fresh water produced from seawater is used as cooling water. Therefore, there is a fresh water generator in the vicinity of the combustion engine, and it is easy to use fresh water. Therefore, it is preferable to install the urea powder dissolving device (the denitration reducing agent aqueous solution adjusting means) in the vicinity of the combustion engine.

また、粉末の尿素を用いる場合、尿素が水に溶ける時は吸熱反応となる。従って、尿素水温度が低下するため、必要に応じ熱源(燃焼機関の冷却水や排ガスエコノマイザからの蒸気等)を用いて加温するとよい。なお、50℃以上で有毒なアンモニアが発生するおそれがあるため、船内で尿素水を調製する場合、尿素水製造装置は密閉構造とする。例えば、密閉された撹拌タンク内に所定量の水と、尿素粉末を導入して、撹拌機で撹拌することで尿素粉末を溶解して尿素水を調整する。 Also, when powdered urea is used, an endothermic reaction occurs when urea dissolves in water. Therefore, since the temperature of the urea water drops, it is preferable to heat the urea water using a heat source (cooling water of the combustion engine, steam from the exhaust gas economizer, etc.) as necessary. In addition, since toxic ammonia may be generated at 50°C or higher, the urea water production equipment shall be of a sealed structure when preparing urea water onboard. For example, a predetermined amount of water and urea powder are introduced into a closed stirring tank and stirred with a stirrer to dissolve the urea powder and prepare urea water.

また、純度の低い尿素水あるいは尿素粉末を使用する場合、不純物が脱硝触媒や脱硫触媒に悪影響を及ぼすおそれがある。このため、あらかじめ高純度化装置等を用いて純度を高めてから使用することが好ましい。 In addition, when urea water or urea powder with low purity is used, impurities may adversely affect the denitrification catalyst and the desulfurization catalyst. For this reason, it is preferable to use it after increasing the purity in advance using a high-purification device or the like.

「尿素水の排ガス内への供給方法について」
図4は、蒸気発生手段として排ガスエコノマイザ28を設けた構成例を示す。この例では、アンモニア生成部22の後段で、スクラバ26の前段に排ガスエコノマイザ28を設けている。排ガスエコノマイザ28は、熱交換器の1種であり、排ガスから熱を回収して清水から蒸気を生成し、生成した蒸気を各種用途に使用するものである。なお、燃焼機関12が2サイクルディーゼル機関の場合、排ガスエコノマイザ28へ流入してくる排ガス温度が200℃程度であり、得られる蒸気温度も200℃程度になり、排ガスエコノマイザ28から排出されるガス温度は160℃程度になる。
"Method of supplying urea water into exhaust gas"
FIG. 4 shows a configuration example in which an exhaust gas economizer 28 is provided as steam generating means. In this example, an exhaust gas economizer 28 is provided downstream of the ammonia generator 22 and upstream of the scrubber 26 . The exhaust gas economizer 28 is a type of heat exchanger, recovers heat from exhaust gas, generates steam from fresh water, and uses the generated steam for various purposes. When the combustion engine 12 is a two-cycle diesel engine, the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust gas economizer 28 is about 200°C, and the obtained steam temperature is also about 200°C. reaches about 160°C.

ここで、上述したように、尿素水の加水分解は吸熱反応であり、温度が低いとアンモニア以外の副生成物が発生して尿素水出口近傍を初めとして排ガス配管、触媒等に付着し、問題が発生するおそれがある。そのため、尿素水の加水分解時の温度低下をできるだけ避けたいという要求がある。 Here, as described above, the hydrolysis of urea water is an endothermic reaction, and if the temperature is low, by-products other than ammonia are generated and adhere to exhaust pipes, catalysts, etc., including the vicinity of the urea water outlet, causing problems. may occur. Therefore, there is a demand to avoid a temperature drop during hydrolysis of urea water as much as possible.

図4では、排ガスエコノマイザ28においては、生成した蒸気をアンモニア生成部22に供給することで、尿素水の加水分解時の温度低下を抑制する。すなわち、蒸気を混合することで供給する尿素水の温度が上昇されるため、アンモニア生成部22の尿素水の加水分解時の温度を上昇することができる。例えば、燃料流量の10%程度の尿素水を供給する場合、その温度を200℃程度に向上することができ、尿素水の加水分解時の温度低下が避けられ、結果副生成物の発生の可能性が小さくなる。 In FIG. 4 , in the exhaust gas economizer 28 , the generated steam is supplied to the ammonia generation section 22 to suppress the temperature drop during the hydrolysis of the urea water. That is, since the temperature of the supplied urea water is increased by mixing the steam, the temperature of the ammonia generating section 22 during hydrolysis of the urea water can be increased. For example, when supplying urea water at about 10% of the fuel flow rate, the temperature can be raised to about 200 ° C., avoiding a temperature drop during hydrolysis of urea water, and as a result, the generation of by-products is possible. sex becomes smaller.

図5は、蒸気と尿素水を混合して噴出させるための二流体供給型の混合ノズル(二流体供給手段)40の構成例を示す。混合ノズル40は、外筒42と内筒44の2重構造となっており、内筒44内が尿素水通路、両者の間隙が蒸気通路になっている。そして、外筒42と内筒44の先端部分の開口が隣接しており、ここから両者が混合されて噴出される。特に蒸気通路は先端部において内側に向けて傾斜しており、尿素水の流れに引き込まれ、ここで尿素水が蒸気となる。なお、混合ノズルの設計にもよるが、内筒44内が蒸気通路、両者の間隙が尿素水通路であってもよい。 FIG. 5 shows a configuration example of a two-fluid supply type mixing nozzle (two-fluid supply means) 40 for mixing and jetting steam and urea water. The mixing nozzle 40 has a double structure of an outer cylinder 42 and an inner cylinder 44. The inside of the inner cylinder 44 is a urea water passage, and the gap between the two is a steam passage. The outer cylinder 42 and the inner cylinder 44 are adjacent to each other in openings at the distal ends thereof, and the two are mixed and ejected from the openings. In particular, the steam passage is slanted inward at the tip and drawn into the flow of the urea water, where the urea water becomes steam. Depending on the design of the mixing nozzle, the inside of the inner cylinder 44 may be the steam passage, and the gap between the two may be the urea water passage.

ここで、上述のように、尿素の加水分解には尿素分解触媒を用いることが好適であり、混合ノズル40からの尿素含有蒸気を尿素分解触媒と接触させることで尿素を加水分解してアンモニアを効果的発生することができる。特に、燃焼機関12が2サイクルディーゼル機関である場合、温度が200℃程度と比較的低いため、尿素分解触媒を用いることが好適である。 Here, as described above, it is preferable to use a urea decomposition catalyst for the hydrolysis of urea. By bringing the urea-containing vapor from the mixing nozzle 40 into contact with the urea decomposition catalyst, urea is hydrolyzed to produce ammonia. can occur effectively. In particular, when the combustion engine 12 is a two-cycle diesel engine, the temperature is relatively low at about 200° C., so it is preferable to use a urea decomposition catalyst.

脱硝装置20における脱硝反応は発熱反応であり、脱硫用の尿素分解触媒に比べ問題発生の可能性は少ないが、還元剤供給部16においても蒸気と尿素水との2流体供給としても良い。 The denitrification reaction in the denitrification device 20 is an exothermic reaction and is less likely to cause problems than the urea decomposition catalyst for desulfurization.

「脱硝装置の過給器前設置」
ここで、過給器14前の排ガスの温度は、燃焼機関12が2サイクルディーゼル機関であっても350℃~400℃であり、この温度範囲では排ガスにSOxが含まれていても脱硝装置20において使用するSCR脱硝触媒は劣化しない。このため、過給器14の前に脱硝装置20を設置することにより、多段脱硝システムを用いる必要はなくなり、脱硝装置の小型化が期待できる。
"Installation in front of supercharger of denitrification equipment"
Here, the temperature of the exhaust gas before the supercharger 14 is 350° C. to 400° C. even if the combustion engine 12 is a two-cycle diesel engine. The SCR denitrification catalyst used in does not deteriorate. Therefore, by installing the denitration device 20 in front of the supercharger 14, it is not necessary to use a multi-stage denitration system, and a reduction in the size of the denitration device can be expected.

図6は、脱硝装置20を過給器14の前段に配置した構成例、すなわち過給器の駆動力を脱硝装置20の後段で取り出す構成例を示す。このように、燃焼機関12の排ガスは、還元剤供給部16において尿素が供給されて脱硝装置20に供給され、比較的高温状態で脱硝される。そして、この排ガスが過給器14に供給される。 FIG. 6 shows a configuration example in which the denitrification device 20 is arranged before the supercharger 14 , that is, a configuration example in which the driving force of the supercharger is extracted after the denitrification device 20 . Thus, the exhaust gas from the combustion engine 12 is supplied with urea in the reducing agent supply section 16 and then supplied to the denitrification device 20, where it is denitrified at a relatively high temperature. Then, this exhaust gas is supplied to the supercharger 14 .

このような構成では、脱硝装置20に流入する排ガスの温度は400℃程度、流出する排ガス温度は420℃、過給器14の流出排ガス温度は240℃となり、アンモニア生成部22に流入する排ガス温度は240℃程度となり、この排ガス温度は過給器14を前段に設けた場合と同様になる。 With such a configuration, the temperature of the exhaust gas flowing into the denitrification device 20 is about 400° C., the temperature of the exhaust gas flowing out is 420° C., the temperature of the exhaust gas flowing out of the supercharger 14 is 240° C., and the temperature of the exhaust gas flowing into the ammonia generation unit 22 is is about 240° C., and this exhaust gas temperature is the same as when the supercharger 14 is provided in the preceding stage.

ここで、脱硝装置20からの排ガス中には、脱硝時に発生しうる酸性硫安等が含まれ、過給器14通過時に冷却され、過給器14内部に付着する。従って、過給器14のタービンの回転が不安定となるおそれがある。これを避けるため、過給器14の内部について表面に付着防止用のコーティングを施すとよい。これによって、過給器14の内部における汚染物質の付着などを防止して、安定した機能を維持することが可能となる。なお、過給器14の内表面に、空気または水蒸気の噴出孔をもうけて、ここから噴出させることで、過給器14の内表面を空気または水蒸気で覆うことで、過給器14に内部に付着物が付着しないようにすることもできる。 Here, the exhaust gas from the denitrification device 20 contains acidic ammonium sulfate and the like that may be generated during denitrification, is cooled when passing through the supercharger 14 , and adheres to the inside of the supercharger 14 . Therefore, the rotation of the turbine of the supercharger 14 may become unstable. In order to avoid this, the inside of the supercharger 14 should be coated with an anti-adhesion coating. As a result, adhesion of contaminants to the inside of the supercharger 14 can be prevented, and stable functions can be maintained. In addition, the inner surface of the supercharger 14 is covered with air or steam by providing an air or steam ejection hole on the inner surface of the supercharger 14 and ejecting air or steam from the hole, thereby covering the inner surface of the supercharger 14 with air or steam. It is also possible to prevent deposits from adhering to the

なお、この例では、排ガスエコノマイザ28を有しており、アンモニア生成部22では尿素水と蒸気との二流体供給を行っている。また、脱硝還元剤タンク18に尿素水などの脱硝還元剤水溶液を貯留してもよいが、粉末を溶解して水溶液を生成してもよい。 In this example, an exhaust gas economizer 28 is provided, and the ammonia generation unit 22 supplies two fluids, urea water and steam. Further, an aqueous denitration reducing agent solution such as urea water may be stored in the denitration reducing agent tank 18, or powder may be dissolved to generate an aqueous solution.

「排ガス処理システムの構成例」
図7は、好適な排ガス処理システムの構成例を示す図である。燃焼機関(2サイクルディーゼル機関)12からの排ガス(400℃)は、過給器14を経由して、220℃程度で多段脱硝装置200に導入される。この多段脱硝装置200は、図3に示すような還元剤供給部16と脱硝装置20のセットを複数有するものである。脱硝還元剤タンク18は、尿素粉末を清水で溶解して尿素水を貯留する。脱硝還元剤タンク18からの尿素水は、多段脱硝装置200の各段の還元剤供給部16に供給される。還元剤供給部16は、図5に示されるような蒸気と尿素水の二流体供給を行う混合ノズルを含み、排ガス流路に供給されることでアンモニアが発生する。そして、これがSCR脱硝触媒からなる脱硝装置20に供給され、ここで脱硝反応が起こる。多段脱硝装置200からの脱硝された240℃程度の排ガスは、アンモニア生成部22に供給される。このアンモニア生成部22は、図2に示すような尿素水と分解触媒とを密閉室内で接触させてアンモニアを発生する装置であり、排ガスにより間接的に加熱される。また、尿素水は図5に示される混合ノズルにより上記とともに導入されるとよい。
"Exhaust gas treatment system configuration example"
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a suitable exhaust gas treatment system. Exhaust gas (400° C.) from the combustion engine (two-cycle diesel engine) 12 is introduced into the multi-stage denitrification device 200 at about 220° C. via the supercharger 14 . This multi-stage denitration device 200 has a plurality of sets of the reducing agent supply section 16 and the denitration device 20 as shown in FIG. The denitrification reducing agent tank 18 stores urea water by dissolving the urea powder in clear water. The urea water from the denitration reducing agent tank 18 is supplied to the reducing agent supply section 16 of each stage of the multi-stage denitration device 200 . The reducing agent supply unit 16 includes a mixing nozzle for supplying two fluids of steam and urea water as shown in FIG. 5, and ammonia is generated by being supplied to the exhaust gas flow path. Then, this is supplied to a denitration device 20 comprising an SCR denitration catalyst, where a denitration reaction occurs. The denitrified exhaust gas of about 240° C. from the multi-stage denitrification device 200 is supplied to the ammonia generator 22 . The ammonia generating unit 22 is a device for generating ammonia by contacting urea water and a decomposition catalyst as shown in FIG. 2 in a closed chamber, and is indirectly heated by exhaust gas. Also, the urea water is preferably introduced together with the above through the mixing nozzle shown in FIG.

アンモニア生成部22からのアンモニアが混合された排ガスは、湿式の脱硫装置であるスクラバ26において排ガス中のアンモニアがスクラバ26の循環液に溶けることによって得られるアンモニア水によって、排ガス中のSOxが捕集される。脱硝され、さらにアンモニア生成部22でアンモニアが発生しアンモニアが混合された200℃程度の排ガスは排ガスエコノマイザ28で熱が回収され、160℃程度になった後スクラバ26で循環液であるアンモニア水によりSOxが吸収・除去されるとともに水洗処理されて排出される。排ガスエコノマイザ28からの蒸気は、上述したように、尿素水の供給の際に用いられる。 In the exhaust gas mixed with ammonia from the ammonia generation unit 22, the SOx in the exhaust gas is trapped by ammonia water obtained by dissolving the ammonia in the exhaust gas in the circulating fluid of the scrubber 26 in the scrubber 26, which is a wet desulfurization device. be done. Exhaust gas of about 200° C., which is denitrified and further ammonia is generated and mixed with ammonia in the ammonia generation unit 22, heat is recovered by the exhaust gas economizer 28, and after reaching about 160° C. SOx is absorbed and removed, washed with water, and discharged. The steam from the exhaust gas economizer 28 is used in supplying the urea water as described above.

このようなシステムにおいて、2サイクルディーゼル機関からの比較的低温の排ガスについて、効果的な脱硝、脱硫を行うことができる。 In such a system, effective denitrification and desulfurization can be performed on relatively low temperature exhaust gas from a two-cycle diesel engine.

なお、尿素水は脱硝用と脱硫用とは濃度を変えてもよく、また脱硝用還元剤タンク18を別に備え別系統としてもよい。 The concentration of the urea water for denitrification and that for desulfurization may be different, and the reducing agent tank 18 for denitrification may be separately provided and used as a separate system.

12 燃焼機関、14 過給器、16 還元剤供給部(間接加熱方式)、18 脱硝還元剤タンク、20 脱硝装置(脱硝手段)、22 アンモニア生成部(アンモニア生成手段)、26 スクラバ(脱硫手段)、28 排ガスエコノマイザ(蒸気生成手段)、30 流路、32 隔離室、34 排ガス流通部、36 尿素分解触媒、40 混合ノズル(に流体供給手段)、42 外筒、44 内筒、200 多段脱硝装置。

12 combustion engine, 14 supercharger, 16 reducing agent supply unit (indirect heating method), 18 denitration reducing agent tank, 20 denitration device (denitration means), 22 ammonia generation unit (ammonia generation means), 26 scrubber (desulfurization means) , 28 exhaust gas economizer (steam generating means), 30 flow path, 32 isolation chamber, 34 exhaust gas flow part, 36 urea decomposition catalyst, 40 mixing nozzle (means for supplying fluid to), 42 outer cylinder, 44 inner cylinder, 200 multistage denitrification device .

Claims (21)

燃焼機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物および硫黄酸化物を処理する排ガス処理方法であって、
前記排ガスに含まれる前記窒素酸化物を、貯留手段から供給される脱硝還元剤を前記排ガスの熱により分解させたアンモニアを用いて選択的還元触媒により脱硝し、
脱硝後に、前記選択的還元触媒による脱硝反応により温度が上昇した前記排ガスの熱を用いて前記貯留手段から別途供給される前記脱硝還元剤からアンモニアを発生させ、
別途供給された前記脱硝還元剤から発生させた前記アンモニアを水に溶解したアンモニア水に前記硫黄酸化物を吸収させて脱硫を行うことを特徴とする排ガス処理方法。
An exhaust gas treatment method for treating nitrogen oxides and sulfur oxides contained in exhaust gas emitted from a combustion engine,
denitrifying the nitrogen oxides contained in the exhaust gas with a selective reduction catalyst using ammonia obtained by decomposing a denitration reducing agent supplied from a storage means by the heat of the exhaust gas;
after denitration, using the heat of the exhaust gas whose temperature has risen due to the denitration reaction by the selective reduction catalyst to generate ammonia from the denitration reducing agent separately supplied from the storage means ;
A method for treating an exhaust gas, wherein desulfurization is performed by allowing an aqueous ammonia obtained by dissolving the ammonia generated from the separately supplied denitration reducing agent into water to absorb the sulfur oxides.
別途供給される前記脱硝還元剤から前記アンモニアを発生させるに当り、前記脱硝還元剤からの前記アンモニアの発生を促進する脱硝還元剤分解触媒を用いることを特徴とする請求項1に記載の排ガス処理方法。 2. An exhaust gas treatment system according to claim 1, wherein a denitration reducing agent decomposition catalyst that promotes generation of ammonia from said denitration reducing agent is used in generating said ammonia from said denitration reducing agent supplied separately. Method. 前記脱硝還元剤分解触媒を前記排ガスの熱を利用して加熱することを特徴とする請求項2に記載の排ガス処理方法。 3. The exhaust gas treatment method according to claim 2, wherein the denitration reducing agent decomposition catalyst is heated using the heat of the exhaust gas. 前記脱硝還元剤は、脱硝還元剤水溶液として脱硝及び脱硫に利用し、前記脱硝還元剤水溶液は、前記燃焼機関の近傍において、前記脱硝還元剤の粉末を水に溶解させて調整することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の排ガス処理方法。 The denitration reducing agent is used for denitration and desulfurization as a denitration reducing agent aqueous solution, and the denitration reducing agent aqueous solution is prepared by dissolving the denitration reducing agent powder in water in the vicinity of the combustion engine. The exhaust gas treatment method according to any one of claims 1 to 3. 前記脱硝還元剤水溶液を、前記脱硝のための還元剤として使用する及び/または前記脱硫のために前記アンモニアを発生させるに当たり、加熱して供給することを特徴とする請求項4に記載の排ガス処理方法。 5. The exhaust gas treatment according to claim 4, wherein the denitration reducing agent aqueous solution is heated and supplied for use as a reducing agent for the denitration and/or for generating the ammonia for the desulfurization. Method. 前記脱硝還元剤水溶液は蒸気とともに用いることで加熱することを特徴とする請求項5に記載の排ガス処理方法。 6. The exhaust gas treatment method according to claim 5, wherein the denitration reducing agent aqueous solution is heated by being used together with steam. 前記蒸気を、前記排ガスの熱を利用して発生させることを特徴とする請求項6に記載の排ガス処理方法。 7. The exhaust gas treatment method according to claim 6, wherein the steam is generated using the heat of the exhaust gas. 前記脱硝還元剤として、尿素を用いることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の排ガス処理方法。 8. The exhaust gas treatment method according to any one of claims 1 to 7, wherein urea is used as the denitration reducing agent. 前記窒素酸化物の処理および前記硫黄酸化物の処理のため供給する前記脱硝還元剤の比率を、前記燃焼機関の排ガス規制への対応レベルに応じて変更することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の排ガス処理方法。 A ratio of the denitration reducing agent to be supplied for the treatment of the nitrogen oxides and the sulfur oxides is changed according to the compliance level of the combustion engine with exhaust gas regulations. Item 8. The exhaust gas treatment method according to any one of Items 8. 前記燃焼機関が過給器を利用し、前記過給器の駆動力を前記選択的還元触媒よりも上流側で取り出すことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に排ガス処理方法。 10. The exhaust gas treatment system according to any one of claims 1 to 9, wherein the combustion engine utilizes a supercharger, and the driving force of the supercharger is extracted upstream of the selective reduction catalyst. Method. 燃焼機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物および硫黄酸化物を処理する排ガス処理システムであって、
前記排ガスに含まれる前記窒素酸化物を、貯留手段から供給される脱硝還元剤を前記排ガスの熱により分解させたアンモニアを用いて選択的還元触媒により脱硝する脱硝手段と、
脱硝後に、前記選択的還元触媒による脱硝反応により温度が上昇した前記排ガスの熱を用いて前記貯留手段から別途供給される前記脱硝還元剤からアンモニアを発生させるアンモニア生成手段と、
前記アンモニア生成手段で別途供給された前記脱硝還元剤から発生させた前記アンモニアを水に溶解したアンモニア水に前記硫黄酸化物を吸収させて脱硫を行う脱硫手段と
を備えたことを特徴とする排ガス処理システム。
An exhaust gas treatment system for treating nitrogen oxides and sulfur oxides contained in exhaust gas emitted from a combustion engine,
denitrification means for denitrifying the nitrogen oxides contained in the exhaust gas by a selective reduction catalyst using ammonia obtained by decomposing a denitration reducing agent supplied from the storage means by the heat of the exhaust gas;
after denitrification, ammonia generation means for generating ammonia from the denitration reducing agent separately supplied from the storage means using the heat of the exhaust gas whose temperature has risen due to the denitration reaction by the selective reduction catalyst ;
a desulfurization means for performing desulfurization by absorbing the sulfur oxides in an aqueous ammonia obtained by dissolving the ammonia generated from the denitration reducing agent separately supplied by the ammonia generation means in water ;
An exhaust gas treatment system comprising:
前記アンモニア生成手段は、別途供給される前記脱硝還元剤からの前記アンモニアの発生を促進する脱硝還元剤分解触媒を有することを特徴とする請求項11に記載の排ガス処理システム。 12. The exhaust gas treatment system according to claim 11, wherein said ammonia generating means has a denitration reducing agent decomposition catalyst that accelerates generation of said ammonia from said denitration reducing agent supplied separately . 前記アンモニア生成手段は、前記脱硝還元剤分解触媒を前記排ガスの熱を利用して加熱することを特徴とする請求項12に記載の排ガス処理システム。 13. The exhaust gas treatment system according to claim 12, wherein the ammonia generating means heats the denitration reducing agent decomposition catalyst using the heat of the exhaust gas. 前記脱硝還元剤を脱硝還元剤水溶液として利用するに当り、前記脱硝還元剤の粉末を水に溶解させて調整する前記燃焼機関の近傍に設けた脱硝還元剤水溶液調整手段を有することを特徴とする請求項11から請求項13のいずれか1項に記載の排ガス処理システム。 When the denitration reducing agent is used as the denitration reducing agent aqueous solution, the denitration reducing agent aqueous solution adjusting means is provided near the combustion engine for adjusting the powder of the denitration reducing agent by dissolving it in water. The exhaust gas treatment system according to any one of claims 11 to 13. 前記脱硝還元剤水溶液を、前記脱硝手段及び/または前記アンモニア生成手段に供給する際に、加熱して供給することを特徴とする請求項14に記載の排ガス処理システム。 15. The exhaust gas treatment system according to claim 14, wherein the denitration reducing agent aqueous solution is heated and supplied to the denitration means and/or the ammonia generation means. 前記脱硝還元剤水溶液の供給時に前記脱硝還元剤水溶液と蒸気を合わせて供給する二流体供給手段を有することを特徴とする請求項15に記載の排ガス処理システム。 16. The exhaust gas treatment system according to claim 15, further comprising a two-fluid supply means for supplying said aqueous solution of reducing agent for denitration and steam together when said aqueous solution of reducing agent for denitration is supplied. 前記蒸気を前記排ガスの熱を利用して発生させる蒸気発生手段を有することを特徴とする請求項16に記載の排ガス処理システム。 17. The exhaust gas treatment system according to claim 16, further comprising steam generating means for generating said steam using heat of said exhaust gas. 前記脱硝還元剤として、尿素を用いることを特徴とする請求項11から請求項17のいずれか1項に記載の排ガス処理システム。 18. The exhaust gas treatment system according to any one of claims 11 to 17, wherein urea is used as the denitration reducing agent. 前記窒素酸化物の処理および前記硫黄酸化物の処理のため供給する前記脱硝還元剤の比率を前記燃焼機関の排ガス規制への対応レベルに応じて変更する比率変更手段を備えたことを特徴とする請求項11から請求項18のいずれか1項に記載の排ガス処理システム。 It is characterized by comprising ratio changing means for changing the ratio of the denitration reducing agent supplied for the treatment of the nitrogen oxides and the sulfur oxides according to the compliance level of the exhaust gas regulation of the combustion engine. The exhaust gas treatment system according to any one of claims 11 to 18. 前記排ガスにより駆動され前記燃焼機関に過給空気を供給する過給器を有し、前記過給器を前記選択的還元触媒よりも上流側に設けることを特徴とする請求項11から請求項19のいずれか1項に記載の排ガス処理システム。 20. A supercharger driven by the exhaust gas that supplies supercharged air to the combustion engine is provided, and the supercharger is provided upstream of the selective reduction catalyst. The exhaust gas treatment system according to any one of 1. 請求項11から請求項20のいずれか1項に記載の排ガス処理システムを有する船舶。 A ship comprising the exhaust gas treatment system according to any one of claims 11 to 20.
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