JP2005193175A - Method and apparatus for treating exhaust gas from gas engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスエンジン排ガス処理方法及び装置に関する。 The present invention relates to a gas engine exhaust gas treatment method and apparatus.
ガスエンジンは、ガソリンや重油を燃料とする内燃機関と比較して高い熱効率での運転が可能であり、コージェネレーションシステムの動力源などとして広く用いられている。また、ガスエンジンからの排ガスは通常の内燃機関からの排ガスと比較して、未燃炭化水素や窒素酸化物などの有害成分の排出量が少なく、環境に対する汚染度も少ない。しかし、比較して少ないとはいえ、未燃炭化水素や窒素酸化物が含まれているのは事実であり、その無害化処理が望まれる。そのために、触媒を用いて排ガス中の有害成分である未燃炭化水素及び窒素酸化物を処理することが行われる。 A gas engine can be operated with higher thermal efficiency than an internal combustion engine using gasoline or heavy oil as a fuel, and is widely used as a power source for a cogeneration system. Further, the exhaust gas from the gas engine has less emission of harmful components such as unburned hydrocarbons and nitrogen oxides and less pollution to the environment than the exhaust gas from a normal internal combustion engine. However, although it is relatively small, it is true that unburned hydrocarbons and nitrogen oxides are contained, and detoxification treatment is desired. For this purpose, a catalyst is used to treat unburned hydrocarbons and nitrogen oxides, which are harmful components in the exhaust gas.
しかし、ガスエンジンは熱効率が高いことから排ガスの温度が低く、酸化触媒あるいは脱硝触媒などの触媒活性温度以下の温度で排出されるのが普通であり、そのまま排ガスと触媒とを接触させただけでは、十分な触媒による浄化処理が進行しない。そのために、特許文献1(特開2002−266631号公報)には、触媒層を一対の蓄熱体で挟むようにし、そこにガスエンジンからの排ガスを流通方向を正逆交互に切り換えて通過させることにより排ガス浄化効率を上げるようにした、ガスエンジン排ガスの処理方法と装置が提案されている。
特許文献1に記載の方法及び装置は、蓄熱体の熱容量を有効に利用することにより、排ガス温度が低い場合でも少ない触媒量で効率的に排ガスを浄化できることが期待される。しかし、蓄熱体を常備することや排ガスの流通方向を正逆交互に切り換える手段を必要とするなど、構成的な複雑さを伴う。また、流通方向の切り換え時に未処理ガスが発生するというのような不都合もある。 The method and apparatus described in Patent Document 1 are expected to efficiently purify the exhaust gas with a small amount of catalyst even when the exhaust gas temperature is low by effectively utilizing the heat capacity of the heat storage body. However, there is a structural complexity such as requiring a heat storage body and a means for alternately switching the flow direction of the exhaust gas alternately. There is also a disadvantage that untreated gas is generated when the flow direction is switched.
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、触媒の活性温度よりも低温であることが多いガスエンジンからの排ガスを効率的に浄化するための、より改良された排ガス処理方法及び装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an improved exhaust gas treatment method for efficiently purifying exhaust gas from a gas engine, which is often lower than the activation temperature of the catalyst. And an apparatus.
本発明によるガスエンジン排ガス処理方法は、ガスエンジンの排ガス中に含まれる有害成分を触媒により処理するに際し、排ガスの温度を加熱手段により触媒活性温度以上にまで昇温させた後、触媒を通過させることを特徴とする。 In the gas engine exhaust gas treatment method according to the present invention, when a harmful component contained in the exhaust gas of a gas engine is treated with a catalyst, the temperature of the exhaust gas is raised to a catalyst activation temperature or higher by a heating means, and then the catalyst is allowed to pass through. It is characterized by that.
通常、ハニカム基材にPtとPdとを混在させて担持させてなるような酸化触媒は活性温度が400℃〜500℃であり、また、アルミナ、銀のような脱硝触媒は活性温度が500℃〜600℃である。一方、前記したように、高効率型のガスエンジンの排ガスは定常運転において400℃前後か400℃以下の温度で排出される。本発明では、ガスエンジンから排出されるそのような低温の排ガスを、電気ヒーターやガスバーナーのような適宜の加熱手段により触媒の活性温度である例えば400℃〜600℃以上に昇温させた後、触媒を通過させるようにする。それにより、常時、排ガスの高い浄化率を確実に達成することが可能となる。 Usually, an oxidation catalyst in which Pt and Pd are mixedly supported on a honeycomb substrate has an activation temperature of 400 ° C. to 500 ° C., and a denitration catalyst such as alumina and silver has an activation temperature of 500 ° C. ~ 600 ° C. On the other hand, as described above, the exhaust gas of the high-efficiency gas engine is discharged at a temperature of about 400 ° C. or less than 400 ° C. in steady operation. In the present invention, after such low-temperature exhaust gas discharged from the gas engine is heated to a catalyst activation temperature of, for example, 400 ° C. to 600 ° C. or higher by an appropriate heating means such as an electric heater or a gas burner. Let the catalyst pass through. Thereby, it is possible to always reliably achieve a high purification rate of exhaust gas.
好ましくは、加熱前の未処理の排ガスと触媒を通過した後の高温排ガスとの間で熱交換を行う。それにより、加熱手段が投入した熱量を有効に回収することができ、燃費の節減が可能となる。また、好ましくは、排ガス温度及び/又は触媒温度を温度センサにより測定し、その出力により加熱手段の発熱量を制御する。この場合には、運転条件などによりガスエンジンからの排ガス温度が変動する場合に、温度センサの出力に応じて加熱手段の投入熱量を制御することで、常に触媒活性上の最低温度を創出することができ、高い処理効率のもとで、高い浄化率を安定して達成可能となる。 Preferably, heat exchange is performed between the untreated exhaust gas before heating and the high temperature exhaust gas after passing through the catalyst. Thereby, the amount of heat input by the heating means can be effectively recovered, and fuel consumption can be reduced. Preferably, the exhaust gas temperature and / or the catalyst temperature is measured by a temperature sensor, and the heating value of the heating means is controlled by the output. In this case, when the exhaust gas temperature from the gas engine fluctuates due to operating conditions, etc., the minimum amount of catalyst activity is always created by controlling the amount of heat input to the heating means according to the output of the temperature sensor. Therefore, a high purification rate can be stably achieved with high processing efficiency.
好ましくは、本発明によるガスエンジン排ガス処理装置は、全体が一つのユニットとして組み立てられる。ユニット化することにより可搬性となり、既設のガスエンジンに対して後付けすることも可能となる。そのために、既に稼働しているコージェネレーションシステムなどで使用されているガスエンジンの排ガス浄化に大きく貢献することができる。 Preferably, the gas engine exhaust gas treatment apparatus according to the present invention is assembled as a unit as a whole. By making it a unit, it becomes portable and can be retrofitted to an existing gas engine. Therefore, it can greatly contribute to exhaust gas purification of gas engines used in cogeneration systems that are already in operation.
さらに、本発明のガスエンジン排ガス処理装置は、基本的に電気ヒーターやガスバーナーのような単純な加熱部と熱交換器と触媒層を備えればよく、また排ガスの流れ方向も一方向ですむので、蓄熱層や流路切り替え手段を設ける必要はなく、構成が簡素化される利点もある。 Furthermore, the gas engine exhaust gas treatment apparatus of the present invention basically only needs to include a simple heating unit such as an electric heater or a gas burner, a heat exchanger, and a catalyst layer, and the flow direction of the exhaust gas is only one direction. Therefore, there is no need to provide a heat storage layer or flow path switching means, and there is an advantage that the configuration is simplified.
本発明によるガスエンジン排ガス処理方法及び装置によれば、簡単な構成でありながら、触媒活性化温度よりも低い温度で通常排出されるガスエンジンの排ガスに対して、触媒による浄化処理を、高い処理効率で、かつ、低燃費で行うことが可能となる。 According to the gas engine exhaust gas treatment method and apparatus according to the present invention, although it has a simple configuration, a high-purity catalyst purification process is performed on exhaust gas from a gas engine that is normally discharged at a temperature lower than the catalyst activation temperature. It is possible to carry out with high efficiency and low fuel consumption.
以下、本発明を実施の形態に基づき説明する。図1に本発明によるガスエンジンの排ガス処理方法及び装置の概念図を示す。図1において、10は熱交換器であり、気体間での熱交換を行うことのできるタイプのものであれば従来知られた任意のものであってよい。20は加熱部であり、バーナ、電気ヒータなど任意の加熱手段を備える。30は触媒層であり、従来知られた酸化触媒及び脱硝触媒が少なくとも配置される。40、41は熱交換器10及び触媒層30に備えられる熱電対のような温度センサであり、50は該温度センサ40、41からの出力に応じて加熱部20での加熱手段による投入熱量を制御するための制御装置である。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments. FIG. 1 is a conceptual diagram of an exhaust gas treatment method and apparatus for a gas engine according to the present invention. In FIG. 1,
図示しないガスエンジンからの400℃前後あるいは400℃以下である排ガスは、熱交換器10の第1の流路に送られ、そこを通過して加熱部20に流入する。加熱部20ではガスバーナーのような適宜の加熱手段から熱が投入されており、排ガスの温度を例えば600℃〜700℃程度にまで上昇させる。昇温した排ガスは、次いで触媒層30に流入する。
Exhaust gas from a gas engine (not shown) at around 400 ° C. or below 400 ° C. is sent to the first flow path of the
触媒層30に収容されている酸化触媒(例えば、Pt,Pdなど)及び脱硝触媒(例えば、アルミナ、銀など)の触媒活性温度はそれぞれ400℃〜500℃及び500℃〜600℃程度であるが、流入する排ガスの持つ熱により、いずれの触媒も容易にその活性温度まで昇温する。それにより、排ガス中含まれる未燃炭化水素類の酸化処理及び及び窒素酸化物の脱硝処理が迅速かつ完全に進行し、触媒による高い浄化率が得られる。
The catalyst activation temperatures of the oxidation catalyst (for example, Pt, Pd, etc.) and the denitration catalyst (for example, alumina, silver, etc.) accommodated in the
触媒層30を通過した排ガスは熱交換器10の第2の流路を通過して大気に放出される。触媒層30を通過した排ガスは依然として高温状態であり、熱交換器10の第1の流路を通過する低温の未処理排ガスと熱交換して未処理排ガスを予熱する。それにより、加熱部20で投入された熱の回収が行われ、燃費の削減が図られる。
The exhaust gas that has passed through the
熱交換器10で昇温した後の排ガス温度は温度センサ40により検知され、信号が制御装置50に出力される。また、触媒層30に取り付けた温度センサ41からの触媒温度信号も制御装置50に出力される。制御装置50は、2つの信号を比較して、触媒層30内の触媒を常時触媒活性上の最低温度を創出できるだけの熱量を排ガスに投入できるよう、加熱部20に信号を出力する。このように、加熱部20での投入熱量をガスエンジンの排ガス温度に応じて制御することで、常に触媒温度を最低温度に保つことができため、運転条件により処理効率が変動することはない。
The exhaust gas temperature after the temperature is raised by the
図2は本発明によるガスエンジン排ガス装置の一例であり、一つのユニットとして組み付けられている。熱交換器10としてクロスフロー型(交差流型)の熱交換器が用いられており、図で手前から奥方向である第1の流路11と、それと直交する右から左方向である第2の流路12とを備える。第1の流路11は未処理排ガスの流入路であり、該第1の流路11の出口側には熱電対である温度センサ40が取り付けてある。
FIG. 2 shows an example of a gas engine exhaust gas apparatus according to the present invention, which is assembled as one unit. A cross-flow type (cross-flow type) heat exchanger is used as the
図2において、熱交換器10の右側方には触媒層30が組み付けられている。触媒層30には、例えばハニカム基材に適宜の酸化触媒及び脱硝触媒を担持させた触媒が配置されると共に、熱電対である温度センサ41がやはり取り付けてある。触媒層30の右側方には加熱室20が組み付けてあり、加熱室20には、この例では電気ヒーター21が加熱源として取り付けてある。
In FIG. 2, a
熱交換器10の第1の流路11から流出した未処理の排ガスは排ガス流路60を通過して加熱室20内に入る。未処理排ガスは加熱室20内で電気ヒーター21により所要温度に加熱された後、触媒層30に流入する。そこで、触媒活性温度までの触媒加熱と触媒による浄化処理が行われ、依然として高温状態である処理済み排ガスは、熱交換器10の第2の流路12を通って大気に放出される。そのときに、第1の流路11を流れる未処理排ガスと熱交換が行われる。第1の流路11を通過した未処理排ガスの温度は温度センサ40で測定され、また、触媒の温度は温度センサ41で測定される。その信号は、図示しない電力負荷制御装置に送られ、加熱用電気ヒーター21への入力電力量が制御される。
The untreated exhaust gas flowing out from the
図2に示すように、ガスエンジン排ガス処理装置はユニット化されており、そのまま既存のガスエンジン施設に搬入し、その熱交換器10の第1の流路11の流入側をガスエンジンの排気ポート(図示しない)に接続することにより、該ガスガスエンジンからの排ガスの触媒による浄化処理を容易かつ確実に行うことができる。なお、熱交換器10はクロスフロー型(交差流型)でなく並行流式や対向流式であってもよく、加熱手段は電気ヒーター21に変えてガスバーナーであってもよい。
As shown in FIG. 2, the gas engine exhaust gas treatment apparatus is unitized, and is carried into an existing gas engine facility as it is. The inflow side of the
10…熱交換器、20…加熱部、30…触媒層、40…温度センサ、50…制御装置
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