JP2005000814A - 尿素水およびこれを用いる脱硝方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脱硝装置等に於いて用いる尿素水において、装置内の供給管や供給管端部等に生じる析出物が抑制された尿素水を提供する。
【解決手段】少なくとも尿素と、アミン類及び／又は金属水酸化物とを含有し、２３℃におけるｐＨが８．８以上であることを特徴とする尿素水。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、析出物を抑制した尿素水に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される排気ガスには、炭化水素類（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及びＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ（パティキュレート：ＰＭ）等の汚染物質が含まれる。これらの汚染物質の中でもＮＯｘの除去方法として、尿素水を用いる方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また近年、ＮＯｘの除去効率を向上させるべく、各種触媒等の開発が盛んである。しかし一般的な酸化触媒やガソリン自動車で実用化されている三元触媒ではＮＯｘの浄化が難しく、この改良方法として、ＮＯｘ浄化に有望な触媒である選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」という。）の開発が行われている。
このＳＣＲ触媒はアンモニアなどの還元剤の存在下でＮＯｘを浄化する触媒である。例えば、尿素水タンクからＳＣＲ触媒の上流側の排気系に尿素水を添加し、排気ガスの熱により尿素水中の尿素を加水分解してアンモニアとし、このアンモニアを還元剤として利用し、排気ガス中のＮＯｘと反応させて、排気ガス中のＮＯｘを浄化する反応を利用したものが挙げられる。
【０００４】
ここで、前述するようにＮＯｘがアンモニアと反応することによりＮＯｘ浄化が行われるため、尿素水を安定して供給しないとＳＣＲ触媒が浄化作用を発揮しなくなる。
尿素水を安定して供給できなくなる事例としては、例えば尿素水がタンクから排気系に添加されるまでに通過する供給管において析出物が生じ、目詰まりを起こしてしまう場合が知られている。この析出物は従来、尿素水中に溶解した尿素が温度や濃度の変化等により析出し、供給管を閉塞してしまうものと考えられてきた。
【０００５】
その為、尿素水中の尿素の析出を抑制するという観点から、ジメチロール尿素またはトリメチロール尿素に対して２〜５倍モル量のホルムアルデヒドを添加して、尿素体の固結を抑制することが行われていた（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２５２４２９号公報
【特許文献２】特公昭５０−３４５３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来の方法では、尿素水がタンクから排気系に添加されるまでに通過する供給管や供給管端部等に生じる析出物を充分に抑制できず、問題となっていた。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
この様な状況に鑑みて、本発明者らが鋭意検討した結果、尿素水中に於ける析出物として、その主成分が炭酸塩類であることを見出した。これは、尿素の製造工程からの持ち込みや、尿素の分解に尿素水中に生成する炭酸ガスが、尿素水中の不純物と反応し、尿素水に対して低溶解度の化合物（炭酸塩等）となることが考えられる。そしてこのような析出物の生成を充分に抑制する為に、従来技術とは異なった観点から鋭意検討し、この炭酸塩等の生成抑制について鋭意検討を重ねた。
【０００９】
その結果、尿素水中に特定物質、具体的にはアミン類及び／または金属水酸化物を含有させ、尿素水のｐＨを高く維持することによって、尿素水中の析出物の生成を抑制し、且つＮＯｘ除去に影響のない尿素水となることを見出し、本発明を完成させた。
即ち本発明の要旨は、少なくとも尿素とアミン類及び／または金属水酸化物とを含有し、２３℃におけるｐＨが８．８以上であることを特徴とする尿素水に存する。
【００１０】
【発明実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する
本発明の尿素水は、少なくとも尿素、アミン類化合物を含み、２３℃におけるｐＨが８．８以上である尿素水に関する。尿素含有量は、例えばこの尿素水を用いるＮＯｘ除去方法、装置によって適宜選択すればよい。本発明の尿素水に於ける尿素含有量は通常、１０〜５０重量％であり、中でも２０〜４０重量％、更には２５〜３５重量％、特に３０〜３５重量％であることが好ましい。
【００１１】
尿素水中の尿素含有量が少なすぎるとこの尿素水を用いた脱硝操作を行う際、脱硝効率が低くなり、実用的でない。逆に尿素含有量が多すぎても、含有量上昇に伴う脱硝効果が頭打ちとなり、経済的でない。
本発明の尿素水に用いるアミン類は、任意のものを使用できる。中でもエタノールアミン類や脂肪族アミン類を用いることが好ましい。
【００１２】
エタノールアミン類としてはモノエタノールアミン類、ジエタノールアミン類、並びにトリエタノールアミン類のいずれでもよい。具体的には例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎジメチルエタノールアミン、Ｎ−（２−アミノエチル）エタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン等が挙げられる。中でも、エトキシ基以外にＮに対する置換基を有していない、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンが、尿素水に対する溶解性が高く、低毒性であること、及び経済性の面で有利であるので、好ましい。
【００１３】
本発明の尿素水に用いる脂肪族アミン類としては例えば、ブチルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、３−エトキシプロピルアミン、３−メトキシプロピルアミン、イソプロピルアミン、３−（ジエチルアミノ）プロピルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、３−（メチルアミノ）プロピルアミン、３−（ジメチルアミノ）プロピルアミン、Ｎ−メチル−３，３’−イミノビス（プロピルアミン）が挙げられる。
【００１４】
中でもブチルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、３−エトキシプロピルアミン、３−メトキシプロピルアミン等が、尿素水に対する溶解性が高く、低毒性であること、及び経済性の面で有利であるので、好ましい。
本発明に用いる金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。
【００１５】
本発明の尿素水は、上述したアミン類及び／または金属水酸化物を含有し、２３℃におけるｐＨを８．８以上としたことを特徴とする。ｐＨが低すぎると、炭酸水素アンモニウムや炭酸亜鉛や炭酸カルシウム等、種々の炭酸（水素）金属塩等の析出が充分に抑制できず、逆にｐＨが高すぎても効果は頭打ちである。本発明における尿素水のｐＨは８．８以上で有ればよく、使用状況に応じて適宜選択し決定すればよいが、通常、１１以下、中でも１０以下であることが好ましい。
【００１６】
また本発明の尿素水におけるアミン類及び／または金属水酸化物の濃度は、上述した様なｐＨ範囲に於いて、所望のｐＨを実現するよう、適宜調整すればよい。尚、この高ｐＨを実現するためには、先述のアミン類及び／または金属水酸化物を用いればよいが、中でもジエタノールアミンを用いることが、尿素水に対する溶解性、取り扱い時の安全性や価格等の点で好ましい。
【００１７】
前述した課題を解決する第５の発明は、尿素と金属水酸化物とを含有し、２３℃における水溶液のｐＨが８．８以上であることを特徴とする尿素水である。
以下、図面に基づいて本発明の脱硝方法の実施形態を具体的に説明するが、以下の実施形態は本発明を限定するものではない。
図１は、ＳＣＲ触媒への尿素水供給システムの簡易モデル試験装置であり、還元剤である尿素水を貯蔵する尿素水タンク１と、尿素水タンク１内の尿素水を供給管３に供給する尿素水供給部２と、供給管３により送液される尿素水を自動車等の排気ガスの排気系（記載せず）に供給する尿素水添加ノズル４とからなる。
【００１８】
ここで、尿素水供給部２内の尿素水通路は径が細く、また尿素水添加ノズル４の噴孔径も小さい。本発明の尿素液を用いることで、これらの箇所等の通路径が小さい部分であっても、析出物を抑制し、目詰まりを防止する。
一般に市販されている、尿素試薬のみを純水に溶解させて得られた、尿素濃度が３３重量％の水溶液を図１の様な試験装置に供すると、尿素水の経路における尿素水供給部２から尿素水添加ノズル４の間で閉塞が起こり、尿素水の供給ができなくなるが、本発明の尿素液を用いることで、この様な閉塞を抑制できる。
【００１９】
【実施例】
以下に実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の記載例に限定されるものではない。
＜尿素水の調製＞
試薬尿素粉末品（和光純薬製、１級試薬）を純水に溶解させ、尿素濃度が３３ｗｔ％の尿素水を調製する。尚、蒸留水は、超純水製造装置（オルガノ社製）で調製後、０．２ミクロンのフィルターを通したもので、伝導度が１５ ＭΩのものを使用した。調製後の尿素水のｐＨは、２３℃で７．６８であった。
［実施例１］
上記、尿素水１５０ｍｌに水酸化ナトリウム水溶液を少量添加し、系内のｐＨを２３℃で８．８に調製し、２００ｍｌの三角フラスコに入れて密閉し、４０℃の恒温室に２ヶ月間放置した。その後、恒温室から取り出して観察したところ、析出物は確認されなかった。
【００２０】
［比較例１］
上記、尿素水１５０ｍｌを２００ｍｌの三角フラスコに入れて密閉し、４０℃の恒温室に２ヶ月間放置した。その後、恒温室から取り出して観察したところ、析出物が確認された。
［比較例２］
系内のｐＨを２３℃で８．０に調製する以外は、実施例１と同じ条件で実施したところ、析出物が確認された。
【００２１】
［実施例２］
水酸化ナトリウムの代わりに水酸化カリウムを使用した他は、実施例１と同じ条件で実施したところ析出物は確認されなかった。
［実施例３］
水酸化ナトリウムの代わりにモノエタノールアミンを使用した他は、実施例１と同じ条件で実施したところ析出物は確認されなかった。
【００２２】
［比較例３］
系内のｐＨを２３℃で８．０に調製する以外は、実施例３と同じ条件で実施したところ析出物が確認された。
［実施例４］
水酸化ナトリウムの代わりにブチルアミンを使用した他は、実施例１と同じ条件で実施したところ析出物は確認されなかった。
【００２３】
［比較例７］
比較例１と同じ条件で調製した尿素水を図１に示す評価装置にてスプレーした。８時間スプレーし、その後１６時間スプレーを中断するというサイクルを２０回繰り返したところ、尿素水供給部２〜尿素水添加ノズル４の間で閉塞が起こった。
［実施例５］
実施例１と同じ条件で調製した尿素水を実施例７と同様な操作でスプレーした。２０回のサイクルを繰り返した後でも、尿素水供給部２〜尿素水添加ノズル４の間での閉塞は起こらなかった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の尿素水は、尿素液中に、特定の化合物、つまりアミン類及び／または金属水酸化物を含有させることによって、尿素水中からの析出物の生成を抑制することが可能となる。そして本発明の脱硝方法においては、アンモニアを必要とする脱硝装置に本発明の尿素水を適用することで、上述の様な析出物による尿素水配管の閉塞を防ぎ、装置動作の不具合を抑制し、安定した脱硝を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＣＲ触媒への尿素水供給システムの模式図。
【符号の説明】
１：尿素水貯蔵タンク
２：尿素水供給部
３：尿素水供給管
４：尿素水添加ノズル

Claims (6)

1. 少なくとも尿素と、アミン類及び／又は金属水酸化物とを含有し、２３℃におけるｐＨが８．８以上であることを特徴とする尿素水。
2. アミン類がエタノールアミン類及び／または脂肪族アミン類であることを特徴とする請求項１に記載の尿素水。
3. エタノールアミン類が、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンから選ばれる少なくとも一種以上であることを特徴とする請求項２に記載の尿素水。
4. 脂肪族アミン類が、ブチルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、３−エトキシプロピルアミン、３−メトキシプロピルアミンから選ばれる少なくとも一種以上であることを特徴とする請求項２に記載の尿素水。
5. 金属水酸化物が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムから選ばれる少なくとも一種以上であることを特徴とする請求項１に記載の尿素水。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の尿素水と、窒素酸化物を含有するガス流とを接触させることを特徴とする脱硝方法。

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