JP2007218192A

JP2007218192A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2007218192A
Application number: JP2006040596A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Funahashi; 博舟橋
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】ＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理時に高濃度のＳＯ₂ガスが発生しないようにした排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気管４の途中にＮＯx吸蔵還元触媒５を備えて該ＮＯx吸蔵還元触媒５の入側に燃料８を添加し得るようにした排気浄化装置に関し、ＮＯx吸蔵還元触媒５より下流側で排気ガス３中に炭酸カルシウムの水溶液を吸収剤１５として噴霧する吸収剤噴霧手段３０と、該吸収剤噴霧手段３０の下流側で目の粗い通気構造を成して吸収剤１５のミストを捕えるミストキャッチャ３１とを備え、該ミストキャッチャ３１から排気出口３２に到る排気経路を該排気出口３２に向けて下り勾配を成すように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＮＯx吸蔵還元触媒を用いた排気浄化装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中の酸素濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒を排気管の途中に装備し、このＮＯx吸蔵還元触媒によりＮＯxの排出濃度を低減することが行われている。

ただし、ＮＯx吸蔵還元触媒においては、ＮＯxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯxを吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度をＨＣ等の還元剤により低下させてＮＯxを分解放出させる必要がある。

例えば、ガソリンエンジンに使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することにより、排気ガス中の酸素濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促すことができるが、ＮＯx吸蔵還元触媒をディーゼルエンジンの排気浄化装置として使用した場合には機関をリッチ空燃比で運転することが困難である。

このため、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料を添加することにより、この添加燃料を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒上で酸素と反応させることで排気ガス中の酸素濃度を低下させる必要がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−８１３１１号公報

しかしながら、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、燃料の軽油中に含まれる硫黄分に由来したＳＯ₂ガス（亜硫酸ガス）が存在しているため、このＳＯ₂ガスがＮＯx吸蔵還元触媒上でＮＯxと同様に酸化して硫酸塩として吸蔵されてしまうことが避けられないが、この硫酸塩は硝酸塩と比べて安定であるため、ＮＯx吸蔵還元触媒を再生させるべく燃料添加を実行しても、該ＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵されている硫酸塩が一部しか放出されずに残留してしまう結果、ＮＯx吸蔵還元触媒のＮＯx吸蔵サイトの回復割合が小さくなって吸蔵能力が低下してしまうという問題があり、この硫酸塩の残留の問題に関しては未だ具体的な実用レベルの解決策が確立されていないのが実情である。

即ち、ＮＯx吸蔵還元触媒から硫酸塩を脱離させる手法自体は、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度を約６００〜７００℃の脱硫温度条件まで上げて酸欠状態に保つことにより、ＮＯx吸蔵還元触媒から硫酸塩をＳＯ₂ガスとして放出させてＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理を図り得ることが既に知られているが、その脱硫処理の際にＮＯx吸蔵還元触媒に時間をかけて蓄えられていたＳＯ₂ガスが一度にまとまって放出されてしまうことで高濃度のＳＯ₂ガスが発生するという問題があり、この高濃度のＳＯ₂ガスの発生がＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理の実用化を阻む大きな要因となっていた。

本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、ＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理時に高濃度のＳＯ₂ガスが発生しないようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。

本発明は、排気管の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を備えて該ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に燃料を添加し得るようにした排気浄化装置において、ＮＯx吸蔵還元触媒より下流側で排気ガス中に炭酸カルシウムの水溶液を吸収剤として噴霧する吸収剤噴霧手段と、該吸収剤噴霧手段の下流側で目の粗い通気構造を成して吸収剤のミストを捕えるミストキャッチャとを備え、該ミストキャッチャから排気出口に到る排気経路が該排気出口に向けて下り勾配を成すように構成されていることを特徴とするものである。

而して、ＮＯx吸蔵還元触媒に脱硫処理を施すにあたり、該ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に燃料を添加すると、この添加燃料がＮＯx吸蔵還元触媒上で酸素と反応することにより周囲の排気ガス中の酸素濃度が低下し且つその反応熱により触媒床温度が脱硫温度条件まで上げられ、ＮＯx吸蔵還元触媒から硫酸塩がＳＯ₂ガスとして放出される。

この際、ＮＯx吸蔵還元触媒の下流側で吸収剤噴霧手段により吸収剤を噴霧すると、排気ガス中で酸性物質のＳＯ₂ガスがアルカリ物質の吸収剤と中和反応し且つ高温条件下で更なる酸化反応が進んで少量の硫酸カルシウム（ＣａＳＯ₄石膏）が生成され、この副生成物である硫酸カルシウムの乾燥粉末化したものが排気ガスの流れと排気経路の下り勾配により排気出口まで送り出されて車外へ排出される。

ここで、吸収剤噴霧手段により噴霧された吸収剤のミストはミストキャッチャにより捕えられ、該ミストキャッチャを通過する排気ガス中のＳＯ₂ガスと吸収剤とが高い頻度で接触して反応するので、ＳＯ₂ガスが効率良く処理されることになる。

更に、本発明においては、吸収剤噴霧手段が、ＮＯx吸蔵還元触媒より下流側の排気管内に装備された噴射ノズルと、上部に給水口及び炭酸カルシウム投入口を有する吸収剤タンクと、該吸収剤タンクの底部を前記噴射ノズルに接続する供給ラインと、該供給ラインの途中に装備されて吸収剤タンク内の吸収剤を噴射ノズルへ送給するポンプと、炭酸カルシウム粉末を水溶性カプセルで抱持した炭酸カルシウムカプセル剤を内部に収容して吸収剤タンク上部の炭酸カルシウム投入口に装着された吸収剤ホッパと、該吸収剤ホッパの底部に装備されて炭酸カルシウムカプセル剤を定量ずつ炭酸カルシウム投入口に切り出す切出弁と、水を内部に貯溜して吸収剤タンク上部の給水口に装着された水タンクと、該水タンクの底部に装備されて水を吸収剤タンク内に適宜に流し込む給水弁と、吸収剤タンク内の吸収剤を撹拌する撹拌装置とにより構成されていることが好ましい。

而して、このように吸収剤噴霧手段を構成した場合に、給水弁を開けて水タンクから空の吸収剤タンク内に水を投入して所定レベルに満たし、次いで、吸収剤ホッパから切出弁により炭酸カルシウムカプセル剤の定量を切り出し、撹拌装置により吸収剤タンク内の水を撹拌すると、炭酸カルシウムカプセル剤の水溶性カプセルが水に溶けて所定濃度の炭酸カルシウムの水溶液が製造されるので、この炭酸カルシウムの水溶液を吸収剤としてポンプにより供給ラインを通し噴射ノズルへ送給すれば、該噴射ノズルの先からＮＯx吸蔵還元触媒より下流側の排気管内に吸収剤が噴霧される。

即ち、ＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理を施すのに合わせて所定量の炭酸カルシウムの水溶液を製造し、これを吸収剤としてＮＯx吸蔵還元触媒より下流側の排気管内に噴霧して使い切ることが可能となる。

尚、炭酸カルシウム粉末をそのまま吸収剤ホッパに収容させてしまうと、炭酸カルシウム粉末が大気中の水分を吸収して吸収剤ホッパ内で塊状に硬化し、該吸収剤ホッパから切り出せなくなってしまう虞れがあるが、炭酸カルシウム粉末を水溶性カプセルで抱持して水分の吸収を防ぐようにしているので、吸収剤ホッパ内での炭酸カルシウム粉末の硬化が回避されて良好な切り出し状態が保持される。

また、脱硫処理の完了後に吸収剤タンク内に水タンクから水のみを投入し、これを必要に応じて撹拌装置で撹拌した上でポンプにより供給ラインを通し噴射ノズルへ送給し、該噴射ノズルの先からＮＯx吸蔵還元触媒より下流側の排気管内に水のみの噴霧を実行すると、吸収剤タンク、ポンプ、供給ライン、噴射ノズル、更には、ミストキャッチャ、該ミストキャッチャから排気出口に到る排気経路が水洗浄されることになる。

この結果、吸収剤が吸収剤タンクから噴射ノズルまでの系路で滞留して炭酸カルシウムの沈殿物を生じ、その沈殿物によりポンプや噴射ノズル等に詰まりを生じてしまったり、或いは、吸収剤や副生成物がミストキャッチャから排気出口に到る排気経路内で乾燥し、そのまま硬化して除去不可能な堆積物となったりする不具合が未然に回避される。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、脱硫処理時にＮＯx吸蔵還元触媒から放出されるＳＯ₂ガスを、炭酸カルシウムの水溶液を吸収剤として中和反応させ且つ高温条件下で更なる酸化反応を進めて少量の硫酸カルシウム（ＣａＳＯ₄石膏）とし、この副生成物である硫酸カルシウムが乾燥粉末化したものを排気ガスの流れと排気経路の下り勾配により排気出口まで送り出して車外に排出し、化学的に安定した無害な副生成物として確実に処理することができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理時に高濃度のＳＯ₂ガスが発生してしまう問題を解決することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、ＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理を施すのに合わせて所定量の炭酸カルシウムの水溶液を製造して使い切り、脱硫処理の完了後に水のみの噴霧を実行して水洗浄を行うことができるので、吸収剤が吸収剤タンクから噴射ノズルまでの系路で滞留することで生じた沈殿物によりポンプや噴射ノズル等に詰まりを生じてしまったり、或いは、吸収剤がミストキャッチャから排気出口に到る排気経路内で乾燥してそのまま硬化することで除去不可能な堆積物となったりする不具合を未然に回避することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例の排気浄化装置においては、ディーゼルエンジン１から排気マニホールド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４の途中に、フロースルー方式のハニカム構造を有するＮＯx吸蔵還元触媒５が触媒ケース６に抱持されて装備されており、該触媒ケース６の入口部分には、軽油タンク７内の燃料８（軽油）を軽油ポンプ９を介し導いて噴射する燃料添加インジェクタ１０が設けられている。

尚、ここに図示している例では、前記触媒ケース６内におけるＮＯx吸蔵還元触媒５の後段に、酸化触媒を担持して成る触媒担持型のパティキュレートフィルタ１１が装備されており、前段のＮＯx吸蔵還元触媒５を経た排気ガス３中に含まれるパティキュレートを捕集して更なる排気浄化を図り得るようにしてある。

更に、この触媒ケース６の直後に、脱硫ケース１２が連絡配管１３を介して接続されていると共に、この脱硫ケース１２の入口部分には、吸収剤タンク１４内の吸収剤１５を供給ライン１６により導いて噴霧する噴射ノズル１７が設けられている。

ここで、前記吸収剤タンク１４の上部には、給水口１８及び炭酸カルシウム投入口１９が設けられ、該炭酸カルシウム投入口１９に、炭酸カルシウム粉末２０（図２参照）を澱粉製の水溶性カプセル２１（図２参照）で抱持して成る炭酸カルシウムカプセル剤２２を内部に収容した吸収剤ホッパ２３が装着されていると共に、前記給水口１８には、水２４を内部に貯溜した水タンク２５が装着されており、前記吸収剤ホッパ２３の底部には、炭酸カルシウムカプセル剤２２を定量ずつ炭酸カルシウム投入口１９に切り出す切出弁２６が装備され、前記水タンク２５の底部には、水２４を吸収剤タンク１４内に適宜に流し込む給水弁２７が装備されている。

また、前記吸収剤タンク１４に、該吸収剤タンク１４内の吸収剤１５を撹拌する撹拌装置２８が装備されていると共に、前記供給ライン１６の途中には、吸収剤タンク１４内の吸収剤１５を噴射ノズル１７へ送給するポンプ２９が装備されている。

そして、これら噴射ノズル１７、吸収剤タンク１４、供給ライン１６、ポンプ２９、吸収剤ホッパ２３、切出弁２６、水タンク２５、給水弁２７、撹拌装置２８により、排気ガス３中に吸収剤１５を噴霧する吸収剤噴霧手段３０が構成されるようになっている。

また、前記脱硫ケース１２内には、前記吸収剤噴霧手段３０の噴射ノズル１７から噴霧された吸収剤１５のミストを捕えるミストキャッチャ３１が配設されており、該ミストキャッチャ３１は、パンチングメタルや金網を排気ガス３の流れ方向へ多段配置することで構成した目の粗い通気構造を成すものとしてある。

更に、ミストキャッチャ３１から排気出口３２に到る排気経路を成す脱硫ケース１２及びテールパイプ３３は、前記排気出口３２に向けて下り勾配を成すように構成されており、しかも、前記テールパイプ３３が前記脱硫ケース１２後部の最下位置に接続されるようになっている。

而して、このように構成された排気浄化装置に関し、ＮＯx吸蔵還元触媒５に吸蔵されて残留する硫酸塩をＳＯ₂ガスとして放出させる脱硫処理を施すにあたり、該ＮＯx吸蔵還元触媒５の入側に燃料を添加すると、この添加燃料がＮＯx吸蔵還元触媒５上で酸素と反応することにより周囲の排気ガス３中の酸素濃度が低下し且つその反応熱により触媒床温度が脱硫温度条件まで上げられ、ＮＯx吸蔵還元触媒５から硫酸塩がＳＯ₂ガスとして放出される。

この際、給水弁２７を開けて水タンク２５から空の吸収剤タンク１４内に水２４を投入して所定レベルに満たし、次いで、吸収剤ホッパ２３から切出弁２６により炭酸カルシウムカプセル剤２２の定量を切り出し、撹拌装置２８により吸収剤タンク１４内の水２４を撹拌すると、炭酸カルシウムカプセル剤２２の水溶性カプセル２１が水２４に溶けて所定濃度の炭酸カルシウムの水溶液が製造されるので、この炭酸カルシウムの水溶液を吸収剤１５としてポンプ２９により供給ライン１６を通し噴射ノズル１７へ送給すれば、該噴射ノズル１７の先からＮＯx吸蔵還元触媒５より下流側の排気管４内に吸収剤１５が噴霧される。

尚、炭酸カルシウム粉末２０（図２参照）をそのまま吸収剤ホッパ２３に収容させてしまうと、炭酸カルシウム粉末２０（図２参照）が大気中の水分を吸収して吸収剤ホッパ２３内で塊状に硬化し、該吸収剤ホッパ２３から切り出せなくなってしまう虞れがあるが、炭酸カルシウム粉末２０（図２参照）を水溶性カプセル２１（図２参照）で抱持して水分の吸収を防ぐようにしているので、吸収剤ホッパ２３内での炭酸カルシウム粉末２０（図２参照）の硬化が回避されて良好な切り出し状態が保持される。

そして、このようにしてＮＯx吸蔵還元触媒５の下流側で吸収剤噴霧手段３０により吸収剤１５を噴霧すると、排気ガス３中で酸性物質のＳＯ₂ガスがアルカリ物質の吸収剤１５と中和反応し且つ高温条件下で更なる酸化反応が進んで少量の硫酸カルシウム（ＣａＳＯ₄石膏）が生成され、この副生成物である硫酸カルシウムの乾燥粉末化したものが排気ガス３の流れと脱硫ケース１２及びテールパイプ３３の下り勾配により排気出口３２まで送り出されて車外へ排出される。

ここで、吸収剤噴霧手段３０により噴霧された吸収剤１５のミストはミストキャッチャ３１により捕えられ、該ミストキャッチャ３１を通過する排気ガス３中のＳＯ₂ガスと吸収剤１５とが高い頻度で接触して反応するので、ＳＯ₂ガスが効率良く処理されることになる。

次いで、脱硫処理の完了後に吸収剤タンク１４内に水タンク２５から水２４のみを投入し、これを必要に応じて撹拌装置２８で撹拌した上でポンプ２９により供給ライン１６を通し噴射ノズル１７へ送給し、該噴射ノズル１７の先からＮＯx吸蔵還元触媒５より下流側の排気管４内に水２４のみの噴霧を実行すると、吸収剤タンク１４、ポンプ２９、供給ライン１６、噴射ノズル１７、更には、ミストキャッチャ３１、該ミストキャッチャ３１から排気出口３２に到る排気経路が水洗浄される。

この結果、吸収剤１５が吸収剤タンク１４から噴射ノズル１７までの系路で滞留して炭酸カルシウムの沈殿物を生じ、その沈殿物によりポンプ２９や噴射ノズル１７等に詰まりを生じてしまったり、或いは、吸収剤１５や副生成物がミストキャッチャ３１から排気出口３２に到る排気経路内で乾燥し、そのまま硬化して除去不可能な堆積物となったりする不具合が未然に回避される。

即ち、吸収剤１５を成す炭酸カルシウムの水溶液は、常に撹拌し続けていないと炭酸カルシウムが沈殿してしまう性質があり、また、炭酸カルシウムや、副生成物である硫酸カルシウムは、乾燥して水分が少なくなってくると硬化してしまう性質があるので、これらの事情に考慮して脱硫処理の完了後に水洗浄を実施しているのである。

従って、上記形態例によれば、脱硫処理時にＮＯx吸蔵還元触媒５から放出されるＳＯ₂ガスを、炭酸カルシウムの水溶液を吸収剤１５として中和反応させ且つ高温条件下で更なる酸化反応を進めて少量の硫酸カルシウムとし、この副生成物である硫酸カルシウムが乾燥粉末化したものを排気ガス３の流れと脱硫ケース１２及びテールパイプ３３の下り勾配により排気出口３２まで送り出して車外に排出し、化学的に安定した無害な副生成物として確実に処理することができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒５の脱硫処理時に高濃度のＳＯ₂ガスが発生してしまう問題を解決することができる。

また、特に本形態例の吸収剤噴霧手段３０を採用した排気浄化装置においては、ＮＯx吸蔵還元触媒５の脱硫処理を施すのに合わせて所定量の炭酸カルシウムの水溶液を製造して使い切り、脱硫処理の完了後に水２４のみの噴霧を実行して水洗浄を行うことができるので、吸収剤１５が吸収剤タンク１４から噴射ノズル１７までの系路で滞留することで生じた沈殿物によりポンプ２９や噴射ノズル１７等に詰まりを生じてしまったり、或いは、吸収剤１５がミストキャッチャ３１から排気出口３２に到る排気経路内で乾燥してそのまま硬化することで除去不可能な堆積物となったりする不具合を未然に回避することができる。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、吸収剤噴霧手段の構造は図示例に限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。図１の炭酸カルシウムカプセル剤の詳細を示す断面図である。

符号の説明

３排気ガス
４排気管
５ＮＯx吸蔵還元触媒
８燃料
１４吸収剤タンク
１５吸収剤
１６供給ライン
１７噴射ノズル
１８給水口
１９炭酸カルシウム投入口
２０炭酸カルシウム粉末
２１水溶性カプセル
２２炭酸カルシウムカプセル剤
２３吸収剤ホッパ
２４水
２５水タンク
２６切出弁
２７給水弁
２８撹拌装置
２９ポンプ
３０吸収剤噴霧手段
３１ミストキャッチャ
３２排気出口

Claims

排気管の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を備えて該ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に燃料を添加し得るようにした排気浄化装置において、ＮＯx吸蔵還元触媒より下流側で排気ガス中に炭酸カルシウムの水溶液を吸収剤として噴霧する吸収剤噴霧手段と、該吸収剤噴霧手段の下流側で目の粗い通気構造を成して吸収剤のミストを捕えるミストキャッチャとを備え、該ミストキャッチャから排気出口に到る排気経路が該排気出口に向けて下り勾配を成すように構成されていることを特徴とする排気浄化装置。
ＮＯx吸蔵還元触媒より下流側の排気管内に装備された噴射ノズルと、上部に給水口及び炭酸カルシウム投入口を有する吸収剤タンクと、該吸収剤タンクの底部を前記噴射ノズルに接続する供給ラインと、該供給ラインの途中に装備されて吸収剤タンク内の吸収剤を噴射ノズルへ送給するポンプと、炭酸カルシウム粉末を水溶性カプセルで抱持した炭酸カルシウムカプセル剤を内部に収容して吸収剤タンク上部の炭酸カルシウム投入口に装着された吸収剤ホッパと、該吸収剤ホッパの底部に装備されて炭酸カルシウムカプセル剤を定量ずつ炭酸カルシウム投入口に切り出す切出弁と、水を内部に貯溜して吸収剤タンク上部の給水口に装着された水タンクと、該水タンクの底部に装備されて水を吸収剤タンク内に適宜に流し込む給水弁と、吸収剤タンク内の吸収剤を撹拌する撹拌装置とにより吸収剤噴霧手段が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。