JP2002506961A - 汚染制御装置 - Google Patents

汚染制御装置

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Abstract

(57)【要約】 蓄熱式の高温処理と触媒処理との組合せを使用し、汚染された空気あるいはガス流を、被酸化性材料および窒素酸化物の両者から、同時に浄化するための汚染制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 汚染された空気および他のガスは、汚染物質が酸化あるいは分解するような温
度に到達する熱処理によって、浄化できる。米国特許４ ２６７ １５２及び米
国特許４ ７４１ ６９０は、汚染されたガスが蓄熱式の装置を通過して供給さ
れるプロセスを、言及している。当該蓄熱式の装置においては、ガスの冷却およ
び熱容量（heat content）の回収の直後に、ガスは加熱される。このような方法
においては、高温に達するガスの熱処理は、エネルギを多く支出することなく、
経済的な方法で実行できる。
【０００２】 入力未処理ガス（raw gas）は、これらの処理において、ガスに対して熱伝達 ができる固体材料のマトリックスと接触することによって、連続的に加熱されて
高温に達する。固体マトリックスにおいては、温度勾配が存在し、最初にガスは
、最高温度に到達するまで加熱される。最高温度を達成した後、ガスは、類似す
る方法で、連続的に温度が低下している固体マトリックスと接触することによっ
て、冷却される。米国特許４ ２８７ １５２においては、加熱マトリックスお
よび冷却マトリックスは、互いに分離しており、加熱および冷却目的のために択
一的に使用され、マトリックスを通過するガス流の択一方向に従っている。
【０００３】 米国特許４ ７４１ ６９０においては、ガス流が供給されて通過する単一の
連続マトリックスが記載されている。しかしながら、このマトリックスの温度プ
ロファイルは、ガスが通過する場合、最初に最高温度に到達するまで連続的に加
熱され、その後、連続的に冷却されるようになっている。
【０００４】 両方の場合において、オペレーションは蓄熱式であり、ガスは択一方向に供給
されて装置を通過し、そして、最初に最高温度に到達するまで加熱され、その後
、冷却される。使用される最高温度は、目的とする酸化あるいは分解反応が生ず
るために必要とされる温度あるいは当該温度以上の温度である。
【０００５】 これらと類似するプロセスおよび装置は、塗装および印刷プロセスにおける換
気空気の浄化のために、広範囲に渡って使用されている。また、内燃機関におけ
る排気ガスの浄化のために使用することも可能である。これおよび他の場合にお
いては、窒素酸化物は、汚染問題の一部である。
【０００６】 ディーゼルエンジンの場合、排気ガスの窒素酸化物の濃度は、数千ｐｐｍに達
する可能性がある。これらの窒素酸化物の良好な削減は、上記方法で熱処理する
前に、排気ガスを、アンモニア・尿素あるいはその他のアミン化合物の対応する
量と、最初に混合する場合、達成できる。加熱の間において、混合物は、関連す
る温度ウインドウ（temperature window）を通過する。当該温度ウインドウは、
選択的非触媒還元（ＳＮＣＲ：Selective Non Catalytic Reduction）反応のた めであり、窒素酸化物およびアミンは、無害な窒素元素に変化する。
【０００７】 したがって、例えば、ディーゼルエンジンの排気ガスは、窒素酸化物が除去さ
れ、そして、すす・アルデヒドおよびその他の有機物質が酸化する高い温度にな
る加熱フェーズ中において、最初に上記プロセスにおいて、浄化することができ
る。装置のこのようなオペレーションは、ヨーロッパ特許番号ＥＰＣ ６０９
２８８に、記載されている。
【０００８】 経験上は、窒素酸化物の元の濃度が１０００ｐｐｍ以上の場合、良好な削減が
達成でき、窒素酸化物の濃度を数百ｐｐｍまで低下させ得ることを示している。
けれども、元の濃度が、例えば、希薄燃焼型の天然ガスエンジンの排気ガスのよ
うに、既にこの低い領域にある場合、削減は非常に悪い。
【０００９】 本発明は、この状況を改善し、出力処理済ガスにおける窒素酸化物の濃度を、
５０ｐｐｍ以下まで著しく低下させ得る方法を構成する。当該改善は、以前のデ
ザインの熱伝達マトリックスに、触媒活性ゾーンを組み入れることによって、達
成される。
【００１０】 発明に係る一実施の形態は、図１に記述され、別の実施の形態は、図２に記述
される。両方の図において、符号１は、装置を通過する択一方向に空気（ガス）
を向けるためのバルブ機構であり、符号２および３は、それぞれ、入力未処理ガ
スおよび出力清浄化ガスのための連絡管（connecting duct）である。符号４お よび５は、熱伝達マトリックス６を通過する空気（ガス）の分配と収集のための
ウインドボックスである。図２に示されるデザインにおいては、このマトリック
スは、燃焼室７を囲んでいる２つのパーツ６，６’に分割されており、当該燃焼
室７は、熱交換マトリックスが２個のウインドボックス４および５の間を延長し
ている図２に示されるデザインにおいては、存在しない。両デザインは、加熱の
ための手段を有しており、図１においては電気ヒータ８の形態であり、図２にお
いてはバーナ９の形態である。また、両デザインは、熱交換マトリックス中に触
媒活性ゾーン１０，１１を組み込んでいる。図１のデザインにおいては、温度は
、熱交換マトリックス６の中央で高く、トップ部およびボトム部に向かい徐々に
低下する。図２のデザインにおいては、温度は、燃焼室７および熱交換マトリッ
クス６，６’の上部において高く、また、熱交換マトリックスのボトム部に向か
い徐々に低下する。蓄熱式の熱交換および装置を通過するガス流の方向の規則的
な切換えによって、これらの温度パターンは、加熱手段８（図１）および加熱手
段８（図２）に過度の熱要求を課すことなく、全般的に維持することが可能であ
る。ガス流の汚染物質の酸化が、十分なエネルギを生成する場合、それらの切換
えを完全に停止することも可能である。
【００１１】 オペレーションにおいて、汚染されている未処理ガスは、最初に、選択的窒素
酸化物還元剤（reducing agent）として機能することが可能であるアンモニア・
尿素あるいは他の化合物と混合される。その後、混合物は、熱交換マトリックス
の常温の端部（cold end）に導入され、バイパスを通過し、連続的に加熱され、
装置の内部すなわち図１におけるマトリックスの高温の中央あるいは図２におけ
るマトリックス６，６’の最上部と燃焼室７とにおいて達成される酸化あるいは
分解温度に、到達する。しかしながら、この高温に到達する前に、混合物は、熱
交換マトリックス６，６’の触媒活性ゾーンを通過する。ここでは、窒素酸化物
は、還元剤と混合されて反応し、除去される。触媒ゾーンは、この還元および生
じる選択的触媒反応（ＳＣＲ）ために好ましい温度条件となるように、熱交換マ
トリックスに配置される。当該反応は、ＳＮＣＲ反応より実質的に低い温度で起
こり、これは、触媒の使用に伴って、ヨーロッパ特許ＥＰＣ ６０９ ２８８に
係るオペレーションと比較して、より完全な削減を可能とし、窒素酸化物の濃度
のより低いレベルが、獲得できる。窒素酸化物の入口濃度が低い場合、差異は顕
著となる。
【００１２】 ＳＣＲ反応の後、ガス混合物は、さらに加熱され、ヨーロッパ特許ＥＰＣ ６
０９ ２８８におけるように、還元剤の残余余剰物と同様に他の汚染物質は、高
温の内部において分解される。
【００１３】 このように蓄熱式の装置のオペレーションにおいて、装置を通過するガスの方
向は、規則的な間隔で逆にされる。特殊な予防措置がとられる場合を除き、ガス
流の方向の変化毎に、若干の未処理ガス混合物が、「短絡」つまり出口に運ばれ
る。そのため、ガス流の方向変更の前に、短時間、還元剤の供給を中断すること
の利点がある。したがって、還元剤の不必要な放出が避けられる。
【００１４】 本発明の重要な様相は、還元剤の供給が中断された後のかなりの期間、触媒の
活性を低下させることが維持できるように、触媒が適用できる点である。したが
って、装置の全体的な削減効率は、還元剤の供給の上記中断によっては、不利な
影響は受けない。この作用は、明確であり、触媒活性物質の単一のゾーンを有す
るように装置を変更できる。このゾーンはその後、装置の当該部分がガス流のた
めの入口端部として使用される場合、還元剤の供給によって活性化する。ガス流
が逆にされ、活性化ゾーンが装置の出口端部に位置する場合、還元剤の供給は遮
断され、窒素酸化物の削減が、高温処理の後、このゾーンにおいて生じる。図３
は、単一の触媒活性ゾーン１０を有するデザインを示している。
【００１５】 本発明は、燃焼室を取り囲む単一の熱交換マトリックスあるいは２個の異なる
マトリックスを使用する蓄熱式の装置と関連して、上述された。また、共通の燃
焼室を取り囲む３個以上の熱交換マトリックスを使用するデザインも、有得る。
デザインによっては、同一のマトリックスの異なる部分が異なる方向のガス流を
有するように、熱交換マトリックスを通過するガス流の方向が、熱交換マトリッ
クスにおいて徐々にしか変更されない。これは、例えば、固定された入口および
出口ポートに対してマトリックスを回転させることよって、あるいは、固定され
たマトリックスと共に稼動する回転バルブシステムの使用によって、得られる。
これらの異なるデザインの全ては、共に、蓄熱式熱酸化装置（ＲＴＯｓ）と称さ
れる。全ての異なるデザインにおいて、熱交換マトリックス材料は、規則的な間
隔で逆にされるガス流に曝され、入力ガスは、酸化および分解が生じる高温に到
達するまで、連続的に加熱される。本発明は、全てのこれらの場合に適用可能で
ある。図１および図３に示されるデザインは、装置がコンパクトとなり、比較的
小さく構成できる利点を有し、内燃機関と共に多様な関連を有して使用される場
合における大部分のケースでは、重要な様相である。
【００１６】 触媒活性ゾーンは、少なくとも１個のマトリックスに組み込まれ、還元剤の規
則的な供給によって活性化できる。上述のように、この供給は、連続的である必
要はない。未処理ガスが、既に還元剤・触媒あるいは触媒の組合せを含むような
若干のケースにおいては、未処理ガスに対する上記供給は、必要でない場合も有
得る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3G091 AA18 AB05 BA14 CA02 CA04 CA10 CA12 CA13 CA16 CA17 DB10 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FC04 FC05 FC07 HB03 3K078 BA06 BA10 BA24 CA03 CA09 CA21 4D048 AA06 AB02 AC03 AC04 AC10 CA07 CC52 CC54 CC61

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一個あるいは数個の熱交換マトリックスを使用し、蓄熱式プ
    ロセスにおけるガスを、酸化温度あるいは分解温度まで加熱するガス浄化装置に
    おいて、 前記熱交換マトリックスの少なくとも一個は、窒素酸化物の還元を促進する触
    媒活性であるゾーンを有することを特徴とするガス浄化装置。
  2. 【請求項２】 単一の熱交換マトリックスを使用し、蓄熱式プロセスにおい
    て、ガスを酸化温度あるいは分解温度まで加熱するガス浄化装置において、 前記熱交換マトリックは、 触媒活性であり、前記熱交換マトリックの高温の中央ゾーンの各サイドに位置
    する２個のゾーンを有することを特徴とするガス浄化装置。
  3. 【請求項３】 さらに、窒素酸化物を削減する還元剤を入力ガス流に供給す
    る手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 還元剤の前記供給は、前記装置を通過するガス流の方向変化
    と関連し、暫くの間、中断されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 還元剤の前記供給は、 処理されるガスが、酸化あるいは分解を生じる高い温度に到達する前に、触媒
    活性であるゾーンを通過するよう、装置を通過する場合にのみ、 維持されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
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