JP2001234736A - 脱硝装置及び脱硝方法 - Google Patents

脱硝装置及び脱硝方法

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JP2001234736A
JP2001234736A JP2000050266A JP2000050266A JP2001234736A JP 2001234736 A JP2001234736 A JP 2001234736A JP 2000050266 A JP2000050266 A JP 2000050266A JP 2000050266 A JP2000050266 A JP 2000050266A JP 2001234736 A JP2001234736 A JP 2001234736A
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ammonia
catalyst
denitration
sensor
exhaust gas
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JP2000050266A
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Takaharu Inoue
隆治 井上
Kenji Kato
健次 加藤
Hiroteru Fujita
弘輝 藤田
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸
化物を効率よく無害化することができる脱硝装置及び脱
硝方法を提供する。 【解決手段】 内燃機関12から排出された排気ガス
に、触媒前管13a中において注入器14によりアンモ
ニア及び/又は尿素を添加し、その後、脱硝触媒15に
おいて還元脱硝させる。その後、脱硝触媒15を通過し
た排気ガス中のアンモニアをアンモニアセンサ16によ
り検知する。このアンモニアセンサ16に設置されたア
ンモニアセンサ素子は、検知部の温度を580℃に保持
した場合に、温度300℃、濃度800ppmのアンモ
ニアに対するセンサ出力が、温度300℃、濃度800
ppmの一酸化窒素に対するセンサ出力の2倍以上であ
るものを用いるとよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は脱硝装置及び脱硝方
法に関する。更に詳しくは、内燃機機関の排気ガス中に
含まれる窒素酸化物を効率よく無害化できる脱硝装置及
び脱硝方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、内燃機関から排出される排気
ガスに含まれる窒素酸化物(以下、単に「NOx」とい
う)を脱硝触媒を用い、排気ガスに別途添加されたNH
3と反応させ、N2及びH2Oへ変化させることにより無
害化する脱硝装置及び脱硝方法が知られている。特に、
NOxセンサを用いて脱硝触媒通過後の排気ガス中の窒
素酸化物及びアンモニアの残量を測定し、この測定結果
を用いて注入するアンモニア量を制御する脱硝システム
が特開平10−33948号公報に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記技術では
NOxセンサを用いている。即ち、NOxを検知するセ
ンサを用い、NOxと同時にアンモニアを検知する。そ
のため、センサから出力された信号がアンモニアによる
信号か、NOxによる信号かは分からず、また、その含
有量比も分からない。このため、アンモニア及び/又は
尿素を注入するための制御には多くの予測的な要素が含
まれる可能性があり、制御系が非常に複雑になる。本発
明は上記問題点を解決するものであり、簡便な装置で、
複雑な演算等を行うことなく、注入するアンモニア及び
尿素の量を常時最も低い値に保持できる脱硝装置及び脱
硝方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本第1発明の脱硝装置
は、内燃機関と、脱硝触媒と、該内燃機関から排出され
る排気ガスを脱硝触媒まで誘導する触媒前管と、該触媒
前管に設置され、該触媒前管内に尿素及びアンモニアの
少なくとも一方を添加する注入器と、該排気ガスを該脱
硝触媒から外気へ誘導する触媒後管と、該触媒後管に設
置され、該脱硝触媒を通過した後の該排気ガス中のアン
モニアを検知するアンモニアセンサと、を備えることを
特徴とする。
【0005】上記「脱硝触媒」は、所定の条件下でNO
x、特にNOとNH3から、N2とH 2Oとを生成させる
ことができる触媒である。このような触媒としては、三
元触媒、SCR触媒(選択接触還元触媒)等を挙げるこ
とができる。
【0006】上記「アンモニアセンサ」は、選択的にア
ンモニアを検知するセンサ素子を備える。このセンサ素
子には、第2発明のように検知部の温度を580℃に保
持した場合に、温度300℃、濃度800ppmのアン
モニアに対するセンサ出力が、同条件の一酸化窒素に対
するセンサ出力の2倍以上(更には好ましくは5倍以
上、特に10倍以上)であるセンサ素子を用いることが
好ましい。即ち、NOxの存在下においても選択的にア
ンモニアを検知するセンサ素子である。更には、NOx
にはほとんど反応しないセンサ素子であることが好まし
い。例えば、検知部の温度を580℃に保持した場合
に、温度300℃、濃度800ppmの一酸化窒素に対
するセンサ出力が80mV以下(更には好ましくは70
mV以下、特に60mV以下)であることがより好まし
い。
【0007】このようなアンモニアセンサは、ジルコニ
ア系焼結体、LaGaO3系焼結体等の公知の酸素イオ
ン伝導性を有する固体電解質体の一面に基準電極、他面
に2層以上からなる検知電極を備え、更に、固体電解質
体の内部抵抗値が一定に成るように加熱・保持するため
のヒータ素子を一体又は別体に備える素子を使用するこ
とにより得ることができる。
【0008】検知電極の最下層である第1電極層は白金
及び金のうちの少なくとも一方(好ましくは金)を主成
分(第1電極層全体を100質量%とした場合に、80
質量%以上、更に90質量%以上、特に95質量%以上
とすることが好ましい。)とし、最下層上に接して形成
される第2電極層は金及び金属酸化物のうちの少なくと
も一方を主成分(第2電極層全体を100質量%とした
場合に、80質量%以上、更に90質量%以上、特に9
5質量%以上とすることが好ましい。)とすることが好
ましい。
【0009】尚、第1電極層と第2電極層とを構成する
成分は同一であってもよいが、成分割合が同一である場
合は除く。また、第2電極層は平均粒径1〜100μm
の金粉末を含有するペーストを焼き付けることにより形
成されたものであることが好ましい。また、第2電極層
を構成する金属酸化物としては、In、Fe、Mn、T
a、Nb、Ga、Sr、Eu、W、Ce、Ti、Zr及
びSn等の元素のうちの少なくとも1種を含有する酸化
物を挙げることができる。
【0010】上記「注入器」は、アンモニア及び/又は
尿素を添加できる機器である。これらのアンモニア及び
/又は尿素は、通常水等の所定の溶媒に溶解させた状態
で注入される。尚、注入された尿素はアンモニアを発生
する。また、この注入器は第3発明のようにアンモニア
センサからのフィードバックにより制御できることが好
ましい。即ち、アンモニアセンサがアンモニアを検知又
は過剰なアンモニアを検知した場合は、アンモニア及び
/又は尿素の注入量を変化させる又は注入を止めること
ができることが好ましい。
【0011】注入器により注入されたアンモニア及び/
又は尿素がNOxの還元に必要な量を超えて注入される
と、脱硝触媒における反応で消費し切れずに、脱硝触媒
を通過してアンモニアセンサに検知される。アンモニア
センサのうちアンモニアの存在のみを検知するセンサを
使用した場合、検知及びフィードバックを繰り返すこと
でアンモニアが検出されない程度にまで徐々に注入器で
注入するアンモニア及び/又は尿素の注入量を減じてい
くことができる。また、アンモニアセンサがアンモニア
の存在に加えて、その量をも検出できるセンサであれ
ば、過剰なアンモニアの量を出力信号から算出し、その
情報をフィードバックすることで注入器で注入するアン
モニア及び/又は尿素の適正な量を一回で必要最小量に
補正することが可能となる。更に、このアンモニア及び
/又は尿素の適正な注入量は最も小さい値に保持するこ
とができる。
【0012】本第4発明の脱硝方法は、内燃機関から排
出された排気ガスに尿素及びアンモニアの少なくとも一
方を添加し、その後、脱硝触媒を通過した後の該排気ガ
ス中のアンモニアをアンモニアセンサにより検知する工
程を備えることを特徴とする。
【0013】上記「脱硝触媒」及び上記「アンモニアセ
ンサ」は第1〜第3発明におけると同様である。また、
第5発明のようにアンモニアセンサによる測定の結果を
フィードバックし、アンモニア及び/又は尿素の添加量
を制御できることが好ましいことは第3発明におけると
同様である。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、実施例によって本発明を詳
しく説明する。 [1]脱硝装置の製造 アンモニアセンサの作製 4.5モル%のY23を含有するイットリア安定化ジル
コニアの粉末をゴム型に充填し、加圧成形した。得られ
た成形体の外表面に検知電極リード線となるペーストを
印刷し、焼成して有底円筒型の固体電解質体を得た。こ
の固体電解質体の内表面に基準電極となる白金めっきを
施した。次いで、第1電極層となる有機金化合物を固体
電解質体の外表面のヒータ発熱部に対応する部位(先端
から7mmの位置まで)にのみ塗布した。その後、大気
雰囲気、880℃で10分間焼成した。更に、第1電極
層を厚くするために再度有機金化合物を塗布し、同様に
焼成した。
【0015】次いで、アルミナをコーティングした金粉
末に、バインダー、分散剤及び溶剤としてブチルカルビ
トールを所定量添加し、混練して得た第2電極層となる
ペーストを有機金化合物を焼き付ける事により形成され
た金層上に塗布し、1000℃において1時間焼成し
た。その後、各々の検知電極の表面に溶射によりスピネ
ルを含有する拡散層を形成した。更に、先端部が固体電
解質体の内底部に接するようヒータ素子を配設した。次
いで、基準電極リード線、検知電極リード線及びヒータ
素子リード線を温度制御装置に接続し、アンモニアセン
サを得た。
【0016】脱硝装置の構成 4気筒、1700ccのディーゼルエンジンを内燃機関
として使用し、このエンジンから排出される排気ガスを
脱硝触媒へ導く触媒前管の触媒の入り口から20cmの
位置の管上部に尿素水を注入する注入器を配設した。こ
の触媒前管は脱硝触媒に接続される。脱硝触媒には三元
触媒を使用した。更に、脱硝触媒を通過した排気ガスを
外気へ排出するための触媒後管の触媒の出口から10c
mの位置の管下部にアンモニアセンサを配設した。この
アンモニアセンサはフィードバックにより注入器による
注入量を制御できるものとした。
【0017】[2]脱硝装置の評価 上記と同じエンジンと3元触媒は用いるが、注入器及び
アンモニアセンサを備えない装置を構成した。この装置
と上記脱硝装置の両方のエンジンを回転数20000r
pmで定速稼働させ、触媒後管を通過して排出される排
気ガスに含まれるNOxの量をFT−IR排気ガス分析
計(株式会社堀場製作所製、形式「MEXA4300F
T」)により各々測定した。その結果、脱硝装置を備え
る方は20ppmのNOxが検出されたのに対して、脱
硝装置を用いない方では200ppmのNOxが検出さ
れた。この結果、本発明の脱硝装置を用いることにより
90%のNOxを削減できる分かる。また、脱硝装置を
使用した場合、アンモニアの排出量も測定限界以下とす
ることができた。
【0018】
【発明の効果】本第1発明によると、簡便且つ確実にN
Oxの排出量を削減できる脱硝装置が得られる。更に、
アンモニアを排出するなく、また、アンモニア及び/又
は尿素の注入量を最小限に留めることが容易である脱硝
装置が得られる。第4発明によると、簡便且つ確実にN
Oxの排出量を削減できる。更に、アンモニアを排出す
ることなく、また、アンモニア及び/又は尿素の注入量
を最小限に留めるとが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の脱硝装置の模式図である。
【図2】本発明に使用できる丸棒型アンモニアセンサの
一例の断面図である。
【図3】本発明に使用できる積層型アンモニアセンサの
他例の断面図である。
【符号の説明】
1;脱硝装置、12;内燃機関、13a;触媒前管、1
3b;触媒後管、14;注入器、15;脱硝触媒、1
6;アンモニアセンサ、2;丸棒型アンモニアセンサ素
子、3;積層型アンモニアセンサ素子、21、31;固
体電解質体、22、32;ヒータ、23、33;基準電
極、24a、34a;第1検知電極層、24b、34
b;第2検知電極層、35;内部抵抗測定用電極、2
6、36;拡散層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/28 301 B01D 53/36 101A F02D 45/00 360 (72)発明者 藤田 弘輝 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 Fターム(参考) 3G084 AA01 CA05 DA10 EB11 FA28 3G091 AB04 BA14 CA17 EA33 HA37 HB03 4D002 AA12 BA06 DA07 GA02 GA04 GB02 GB06 4D048 AA06 AB02 AB03 AB05 AC03 AC04 CA01 CC38 DA01 DA02 DA09 DA10

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関と、脱硝触媒と、該内燃機関か
    ら排出される排気ガスを脱硝触媒まで誘導する触媒前管
    と、該触媒前管に設置され、該触媒前管内に尿素及びア
    ンモニアの少なくとも一方を添加する注入器と、該排気
    ガスを該脱硝触媒から外気へ誘導する触媒後管と、該触
    媒後管に設置され、該脱硝触媒を通過した後の該排気ガ
    ス中のアンモニアを検知するアンモニアセンサと、を備
    えることを特徴とする脱硝装置。
  2. 【請求項2】 上記アンモニアセンサの備えるアンモニ
    アセンサ素子は、検知部の温度を580℃に保持した場
    合に、温度300℃、濃度800ppmのアンモニアに
    対するセンサ出力が、温度300℃、濃度800ppm
    の一酸化窒素に対するセンサ出力の2倍以上である請求
    項1記載の脱硝装置。
  3. 【請求項3】 上記アンモニアセンサからのフィードバ
    ックにより、上記注入器を制御する請求項1又は2記載
    の脱硝装置。
  4. 【請求項4】 内燃機関から排出された排気ガスに尿素
    及びアンモニアの少なくとも一方を添加し、その後、脱
    硝触媒を通過した後の該排気ガス中のアンモニアをアン
    モニアセンサにより検知する工程を備えることを特徴と
    する脱硝方法。
  5. 【請求項5】 更に、上記測定の結果をフィードバック
    し、上記尿素及び/又は上記アンモニアの添加量を制御
    する請求項4記載の脱硝方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8240130B2 (en) 2007-11-16 2012-08-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Abnormality diagnosis apparatus for exhaust purification system
DE102016201982A1 (de) 2015-02-16 2016-08-18 Denso Corporation Steuereinheit für ein Abgasreinigungssystem

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