JP2013029089A - 脱硝装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、還元剤を均一に配管内に分布させることが可能となり、不要なアンモニアの排出を回避し、ＮＯｘを確実に還元する。
【解決手段】脱硝装置２００は、エンジン１１０の排気路２０２ｂに設けられ、エンジン１１０から送出された排気ガスＸ１を還元する脱硝触媒２１４と、脱硝触媒２１４の上流の排気路２０２ｂとして設けられた複数の流路２１０と、流路２１０それぞれに還元剤を導入する還元剤導入部２１２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を、還元剤を用いて窒素に還元する脱硝装置に関する。

船舶や、車両等のエンジンにおいて、化石燃料を燃焼させると、燃焼排ガス（排気ガス）が生じるが、この排気ガスには、窒素酸化物（以下、単にＮＯｘと称する）が含まれている。かかるＮＯｘを除去すべく排気路の下流側に脱硝装置を設ける場合がある。

脱硝装置としては、ＮＯｘの還元を促進する脱硝触媒と、ＮＯｘを還元するための還元剤とを含んで構成される選択式触媒還元（Selective Catalytic Reduction）脱硝装置が普及している。脱硝装置を利用して、ＮＯｘを分解する場合、排気ガスと還元剤とを混合しておき、その混合気体を脱硝触媒に流通させることにより、還元剤が排気ガス中のＮＯｘを還元（分解）する。この還元剤としてアンモニア（ＮＨ_３）が考えられるが、アンモニアは、毒性が強いためアンモニアの前駆物質として尿素水が広く利用されている。したがって、脱硝触媒にアンモニアを供給するために、尿素水の導入口は、脱硝触媒の上流側に設置される。

脱硝装置において尿素水を十分に気化、分解してアンモニアを生成させる技術として、エンジンの排気ガスを導く排気煙道を流れる排気ガスの一部をＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）の下流で分流し、分流された分流排気ガスの流路に噴射弁から噴射された尿素水を気化、分解するために、分流排気ガスの流路にヒータを配置する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許第４４３０５２４号

ところで、コンテナ船やタンカー等の大型船舶は、排気ガスを流通させる配管の径が、例えば、１〜２ｍと大きい。このように径の大きい配管に還元剤を導入する場合、特許文献１の技術を利用したとしても、配管内に均等に尿素水を分布させることはできず、配管の径方向の断面において、アンモニアの濃度に偏りがでてしまう。

そうすると、アンモニアの濃度が濃いところは、排気ガスに含まれるＮＯｘを確実に還元することはできるが、アンモニアが余剰してしまうこともあり、アンモニアが排出されてしまうおそれがある。一方、アンモニアの濃度が薄いところは、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元するには、アンモニアが足りず、ＮＯｘが十分に還元されずに排出されてしまうおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で、還元剤を均一に配管内に分布させることが可能な脱硝装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の脱硝装置は、エンジンの排気路に設けられ、エンジンから送出された排気ガスを還元する脱硝触媒と、脱硝触媒の上流の排気路として設けられた複数の流路と、流路それぞれに還元剤を導入する還元剤導入部とを備えることを特徴とする。

複数の流路は、エンジンの排気路を構成する管を、管の長手方向に延びる仕切り板で分割することによって形成されてもよい。

複数の流路は、それぞれが独立した管で形成され、還元剤導入部はそれぞれの管に還元剤を導入してもよい。

還元剤導入部は、流路それぞれに濃度が均等になるように還元剤を導入してもよい。

本発明は、簡易な構成で、還元剤を均一に配管内に分布させることが可能となる。

脱硝システムを説明するための説明図である。 複数の流路の一例を説明するための説明図である。 複数の流路の他の例を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

コンテナ船やタンカー等の大型船舶では、熱効率がよく、低質燃料油（重油）が使用できるためコスト面で有利である、ユニフロー型の２サイクルエンジン（２ストロークエンジン）が広く使用されている。このようなエンジンにおいて、化石燃料、例えば、ガソリン、軽油、重油、液化天然ガス（ＬＮＧ：Liquefied Natural Gas）、および液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquefied Petroleum Gas）等の燃料を燃焼させると、その結果生じる排気ガスには、ＮＯｘが含まれる。以下、エンジンから排出される排気ガス中のＮＯｘを還元する脱硝システム１００について説明する。なお、以下の実施形態においては、脱硝システム１００に用いるエンジンとしてユニフロー型の２ストロークエンジンを例に挙げて説明するが、他の形式の２ストロークエンジン等に脱硝システム１００を採用することもできる。

（脱硝システム１００）
図１は、本実施形態にかかる脱硝システム１００を説明するための説明図である。図１に示すように、脱硝システム１００は、エンジン１１０と、過給機１２０と、脱硝装置２００とを含んで構成される。図１中、物質（排気ガス、還元剤）の流れを実線で示し、信号の流れを破線で示す。

エンジン１１０は、シリンダ１１０ａと、ピストン１１０ｂと、排気弁１１０ｃと、排気集合管１１２とを含んで構成される。エンジン１１０は、掃気、圧縮、燃焼、排気といった行程を通じて、クロスヘッド（図示せず）に連結されたピストン１１０ｂがシリンダ１１０ａ内を摺動自在に、図１中白抜き矢印に示す方向に往復移動する。このようなクロスヘッド型のピストン１１０ｂでは、シリンダ１１０ａ内でのストロークを比較的長く形成することができ、ピストン１１０ｂに作用する側圧をクロスヘッドが受けるため、２ストロークエンジンの高出力化を図ることができる。さらに、シリンダ１１０ａとクロスヘッドが収まるクランク室とが隔離されるので、低質燃料油を用いる場合においても汚損劣化を防止することができる。排気集合管１１２は、エンジン１１０に設けられた複数の排気弁１１０ｃそれぞれを通じてシリンダ１１０ａと連通する複数の排気路を集約する。

過給機１２０は、タービン１２２と、タービン１２２と同軸の圧縮機１２４とを含んで構成される。タービン１２２は、排気集合管１１２から排出された排気ガスＸ１によって回転し、圧縮機１２４は、タービン１２２の回転を利用し、外部から導入される活性ガス（酸素、オゾン等の酸化剤、または、その混合気（例えば空気））を圧縮してエンジン１１０への掃気圧を高める。こうすることで、エンジン１１０の出力を向上させることができる。

脱硝装置２００は、排気ガスＸ１にアンモニアを作用させることで、排気ガスＸ１中に含まれるＮＯｘを窒素に還元する。

このように、エンジン１１０から排出された排気ガスＸ１は、排気集合管１１２、排気路２０２ａ、タービン１２２、排気路２０２ｂを通過した後、脱硝装置２００に導入され、ＮＯｘが還元されて、排気ガスＸ２として外部に排出される。以下、本実施形態にかかる脱硝装置２００の具体的な構成について説明する。

（脱硝装置２００）
本実施形態にかかる脱硝装置２００では、排気ガスＸ１に還元剤を導入し、還元剤の導入位置の下流にある脱硝触媒で、排気ガスＸ１中に含まれるＮＯｘを還元して窒素を生成する選択式触媒還元方式を採用している。

具体的に、脱硝装置２００は、図１に示すように、複数の流路２１０と、還元剤導入部２１２と、脱硝触媒２１４と、ＮＯｘ検出部２１６と、還元剤調整部２１８とを含んで構成される。ここでは、流路２１０が４つである場合を例に挙げて説明する。

複数の流路２１０は、脱硝触媒２１４の上流の排気路２０２ｂの少なくとも一部として設けられている。

図２は、複数の流路２１０の一例を説明するための説明図であり、流路２１０を形成する管２０４の径方向の断面を説明する図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の流路２１０（図２中、２１０ａ〜２１０ｄで示す）は、例えば、エンジン１１０の排気路２０２ｂを構成する管２０４を、管２０４の長手方向に延びる仕切り板２２０で分割することによって形成される。

図３は、複数の流路２１０の他の例を説明するための説明図であり、流路２１０を形成する管２０４の径方向の断面を説明する図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の流路２１０（図３中、２１０ｅ〜２１０ｈ）は、それぞれが独立した管２０６で形成される。

還元剤導入部２１２は、複数の流路２１０それぞれに濃度が均等になるように尿素水を導入（噴射）する。

なお、図２および図３に示すように、流路２１０を形成する管２０４、管２０６は、外周を保温材で覆われて構成されている。これにより、流路２１０を通過する排気ガスＸ１が外部に放熱してしまう事態を回避することができ、尿素水を好適に、気化、分解させることが可能となる。

脱硝触媒２１４は、バナジウム、タングステン、モリブデン等の金属またはその酸化物と酸化チタン等で構成され、過給機１２０のタービン１２２を通過した排気ガスＸ１中のＮＯｘを還元する。

ＮＯｘ検出部２１６は、タービン１２２の上流における排気ガスＸ１または、下流における排気ガスＸ１のＮＯｘの濃度を検出する。ここで、ＮＯｘ濃度は、エンジン負荷と相関があるので、ＮＯｘ検出部２１６は、実際のＮＯｘ濃度を測定せずとも、エンジン負荷からＮＯｘ濃度を推定してもよい。

還元剤調整部２１８は、ＮＯｘ検出部２１６が検出したＮＯｘの濃度に基づいて、還元剤導入部２１２が導入する尿素水の量を調整する。

ＮＯｘ検出部２１６および還元剤調整部２１８を備える構成により、排気ガスＸ１中のＮＯｘが少ないときに無駄に尿素水を導入してしまい、脱硝触媒２１４においてアンモニアが酸化されずに、外部に排出してしまう事態を回避することができ、ＮＯｘが多いときにそのＮＯｘを還元するために必要な量の尿素水を導入することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態にかかる脱硝装置２００は、複数の流路２１０と、その流路２１０それぞれに尿素水を導入する構成を有するため、排気路２０２ｂを構成する管２０４、２０６内に均等に尿素水を分布させることができる。したがって、管２０４、２０６の径方向の断面における、アンモニアの濃度を均一にすることが可能となる。

これにより、アンモニアの濃度が偏ることによって生じる、アンモニアの余剰によってアンモニアが排出されてしまう事態を回避することができ、アンモニアの不足によってＮＯｘが十分に還元できず排出されてしまう事態を回避することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を、還元剤を用いて窒素に還元する脱硝装置に利用することができる。

２００ …脱硝装置
２０２ｂ …排気路
２０４、２０６ …管
２１０ …流路
２１２ …還元剤導入部
２１４ …脱硝触媒
２２０ …仕切り板

Claims (4)

1. エンジンの排気路に設けられ、該エンジンから送出された排気ガスを還元する脱硝触媒と、
   前記脱硝触媒の上流の排気路として設けられた複数の流路と、
   前記流路それぞれに還元剤を導入する還元剤導入部と、
   を備えることを特徴とする脱硝装置。
2. 前記複数の流路は、前記エンジンの排気路を構成する管を、該管の長手方向に延びる仕切り板で分割することによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の脱硝装置。
3. 前記複数の流路は、それぞれが独立した管で形成され、
   前記還元剤導入部はそれぞれの管に還元剤を導入することを特徴とする請求項１に記載の脱硝装置。
4. 前記還元剤導入部は、前記流路それぞれに濃度が均等になるように前記還元剤を導入することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の脱硝装置。

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