JP2014139413A

JP2014139413A - 触媒活性化装置及び触媒活性化装置を搭載した船舶

Info

Publication number: JP2014139413A
Application number: JP2013008123A
Authority: JP
Inventors: Zhide Xu; 芝徳徐
Original assignee: National Maritime Research Institute
Current assignee: National Maritime Research Institute
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2033-01-21
Also published as: JP6086529B2

Abstract

【課題】触媒を利用した処理装置において触媒を活性化及び再生することを可能とする触媒活性化装置を提供する。
【解決手段】第１流路１０と、第１流路１０に連接して設けられ排気ガスよりも高温のガスの通る第２流路１２と、第１流路１０に設けられ排気ガス中の有害成分を処理する第１の触媒１４と、第２流路１２に設けられ排気ガス中の有害成分を処理する第２の触媒１６と、第１流路１０と第２流路１２を切り換える流路制御弁１８と、第２流路１２から第１の触媒１４へ又は第１流路１０から第２の触媒１６に熱を伝える熱交換手段２０を備え、流路制御弁１８の切り換えにより排気ガスを第２流路１２に、高温のガスを第１流路１０に通すことが可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、触媒を利用した処理装置における触媒活性化装置及びその触媒活性化装置を搭載した船舶に関する。

近年、環境への影響の観点から、燃焼機関から排出される排気ガスに含まれる炭化水素分や窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが必要とされている。例えば、船舶は燃焼機関としてディーゼル機関を、燃料として重油を使用しているため、排気ガス中に窒素酸化物や硫黄酸化物が多く含まれ、条件によっては炭化水素も少なくはない。船舶等の排気中の有害物を処理するための触媒利用は、触媒の低温活性化や再生過程の省エネやシステムの連続運転などの課題がある。

触媒を利用して排気ガスを処理する排気ガス処理装置として、メインエンジンとサブエンジンとの排気ガスを混合させて１つの触媒により処理する構造が開示されている（特許文献１）。また、このような装置構成において空燃比を制御することにより排気ガス処理用の触媒の暖機する技術が開示されている（特許文献２）。

また、ディーゼル主機関からの排気ガスを処理する触媒を再生するために、ディーゼル主機関からの排気ガスと切り替えて、発電用ディーゼルエンジンの排気ガスを触媒に流すことにより触媒を再生させる技術が開示されている（特許文献３）。これは、ディーゼル主機関からの排気ガスより高温である発電用ディーゼルエンジンの排気ガスを利用して触媒を再生させるものである。

また、アンモニアを含む排気ガスを触媒に通過させる状態と高温ガスを触媒に通過させる状態を切り替えることによって、触媒による排気ガスの処理と高温ガスによる触媒の再生とを交互に行うことが可能な脱硝装置が開示されている（特許文献４）。

特開２００４−２７８５０８号公報特開２００５−１１３７８０号公報特開２００９−２２２００５号公報特開平５−２８５３４３号公報

ところで、排気ガスを処理すると同時に触媒の再生や活性化を実現させ、連続的に触媒を使用し続けることを可能とする触媒活性化装置が望まれている。また、比較的低い温度の排気を連続的、高浄化率かつ省エネで処理できる触媒活性化装置が必要とされている。

具体的には、主機関過給機前・補機関・ボイラーなどの主機関排気に比べて相対的に高温なガスを利用して失活した触媒を再生する等のエネルギーの効率的な利用が望まれている。さらに、主機関からの排気ガスと補機関等からの排気ガスとを混合させることなく、連続的に処理できる触媒活性化装置が必要である。

本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決する触媒活性化装置及びその触媒活性化装置を搭載した船舶を提供することを目的とする。

本発明の触媒活性化装置は、排気ガスの通る第１の流路と、前記第１の流路に連接して設けられ、前記排気ガスよりも高温のガスの通る第２の流路と、前記第１の流路に設けられ、前記排気ガス中の有害成分を処理する第１の触媒と、前記第２の流路に設けられ、前記排気ガス中の有害成分を処理する第２の触媒と、前記第１の流路と前記第２の流路を切り換える流路切換手段と、前記第２の流路から前記第１の触媒へ又は前記第１の流路から前記第２の触媒に熱を伝える伝熱手段を備え、前記流路切換手段の切り換えにより前記排気ガスを前記第２の流路に、前記高温のガスを前記第１の流路に通すことが可能である。

ここで、前記伝熱手段は、連接して設けた前記第１の流路と前記第２の流路を隔てる伝熱性材料で構成された隔壁であることが好適である。ただし、これに限定されるものでなく、前記伝熱手段は、気体や液体等の流体の熱媒体を介した熱交換手段等でもよい。

また、前記第１の流路の周りに前記第２の流路が形成されていることが好適である。すなわち、前記第１の流路を筒状とし、前記第２の流路を前記第１の流路の外周を覆うように設ける前記第１の流路を囲む中空筒状とするとよい。筒形状は、円筒、角柱筒等の様々な形状とすることができる。

また、前記第１の触媒と前記第２の触媒は、同一種の触媒であることが好ましい。前記第１の触媒と前記第２の触媒は、これに限定されるものではないが、例えば、酸化触媒や還元触媒等を組み合わせて使用することができる。

また、前記第１の触媒と前記第２の触媒は、加熱により性能が再生可能な触媒を含むことが好適である。前記第１の触媒と前記第２の触媒は、前記高温のガスによって活性化される触媒であればよいが、さらに加熱により性能が再生可能な触媒であることが好適である。

また、前記第１の触媒と前記第２の触媒は、貴金属系の触媒であることが好ましい。例えば、前記第１の触媒と前記第２の触媒は、酸化触媒であればプラチナ、パラジウム、ロジウム等を含有する触媒とすればよい。また、前記第１の触媒と前記第２の触媒は、脱硝触媒であれば、チタン・バナジウム系の金属を含有する、一例として、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）を活性成分にした酸化チタンＴｉＯ₂系触媒とすればよい。

また、前記第１の触媒又は前記第２の触媒の劣化を検知する劣化検知手段を備え、前記流路切換手段は、前記劣化検知手段で劣化が検知された場合に前記第１の流路と前記第２の流路の切り換えを行うことが好適である。前記劣化検知手段は、例えば、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、硫黄化合物の濃度を測定するセンサを設ければよい。

また、前記第１の流路と前記第２の流路は、前記排気ガスと前記高温のガスが対向して流れるように構成されていることが好適である。また、前記第１の流路と前記第２の流路は、前記排気ガスと前記高温のガスが並行して流れるように構成されていることが好適である。

また、上記触媒活性化装置は、触媒による処理を行う船舶に搭載することができる。

この船舶では、前記排気ガスは、前記船舶の主機から排出される排気ガスであることが好適である。また、前記高温のガスは、前記船舶の補機関から排出される排気ガスであることが好適である。

本発明の触媒活性化装置は、排気ガスの通る第１の流路と、前記第１の流路に連接して設けられ、前記排気ガスよりも高温のガスの通る第２の流路と、前記第１の流路に設けられ、前記排気ガス中の有害成分を処理する第１の触媒と、前記第２の流路に設けられ、前記排気ガス中の有害成分を処理する第２の触媒と、前記第１の流路と前記第２の流路を切り換える流路切換手段と、前記第２の流路から前記第１の触媒へ又は前記第１の流路から前記第２の触媒に熱を伝える伝熱手段を備え、前記流路切換手段の切り換えにより前記排気ガスを前記第２の流路に、前記高温のガスを前記第１の流路に通すことを可能とすることによって、特に、前記高温のガスを利用して触媒を再生すると同時に活性化を行いつつ、連続的に前記排気ガスの処理を続けることができる。

ここで、前記伝熱手段は、連接して設けた前記第１の流路と前記第２の流路を隔てる伝熱性材料で構成された隔壁とすることによって、前記第１の流路又は前記第２の流路を流れる前記高温のガスから前記触媒への熱交換を効率的に行うことができる。

また、前記第１の流路の周りに前記第２の流路が形成されていることによって、効率的な熱交換を可能とする熱交換手段を簡素かつ安価な構成で実現することができる。

また、前記第１の触媒と前記第２の触媒は、同一種の触媒とすることによって、前記第１の触媒で前記排気ガスの処理を行う状態と前記第２の触媒で前記排気ガスの処理を行う状態を切り替えつつ前記排気ガスの処理を連続的に行うことができる。

また、前記第１の触媒と前記第２の触媒は、加熱により性能が再生可能な触媒を含むことによって、前記第１の触媒又は前記第２の触媒の劣化が進行した際に前記高温のガスにより再生させることができる。

また、前記第１の触媒と前記第２の触媒は、貴金属系の触媒とすることによって、高い排気ガスの処理能力を維持しつつ、連続的な処理を実現することができる。

また、前記第１の触媒又は前記第２の触媒の劣化を検知する劣化検知手段を備え、前記流路切換手段は、前記劣化検知手段で劣化が検知された場合に前記第１の流路と前記第２の流路の切り換えを行うことによって、前記第１の触媒又は前記第２の触媒の劣化に応じて適切なタイミングで再活性化又は再生を行うことができる。

また、前記第１の流路と前記第２の流路は、前記排気ガスと前記高温のガスが対向して流れるように構成することによって、前記高温のガスとの熱交換の効率が良くなる。また、前記第１の流路と前記第２の流路は、前記排気ガスと前記高温のガスが並行して流れるように構成することによって、材料の劣化を緩和することができる。

また、上記触媒活性化装置を船舶に搭載することによって前記船舶の主機から排出される排気ガスを連続的に処理することができる。また、前記高温のガスを前記船舶の補機から排出される排気ガスとすることによって、前記補機関から排出されるエネルギーを効率的に利用することができる。

本発明の実施の形態における触媒活性化装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態における触媒活性化装置の構造を示す断面図である。本発明の実施の形態における触媒活性化装置の構造を示す断面図である。本発明の実施の形態における触媒活性化装置の構造を示す斜視図である。本発明の実施の形態における触媒活性化装置の制御方法を説明する図である。本発明の実施の形態における触媒活性化装置の制御方法を説明する図である。本発明の実施の形態における触媒活性化装置の制御方法を説明する図である。本発明の実施の形態における触媒活性化装置の制御方法を説明する図である。本発明の実施の形態における触媒活性化装置の別例の制御方法を説明する図である。本発明の実施の形態における触媒活性化装置の別例の制御方法を説明する図である。本発明の実施の形態における触媒活性化装置の別例の制御方法を説明する図である。本発明の実施の形態における触媒活性化装置の別例の制御方法を説明する図である。

＜触媒活性化装置＞
本発明の実施の形態における触媒活性化装置１００は、図１に示すように、酸化処理部１０２、還元剤供給部１０４、脱硝処理部１０６及び制御部１０８を含んで構成される。触媒活性化装置１００は、主機関２００及び補機関２０２に接続され、主機関２００及び補機関２０２からの排気ガスに含まれる有害物質を処理するために利用される。図１において、実線の矢印は主機関２００及び補機関２０２からの排気ガスの流れを示す。

主機関２００は、燃料を燃焼させて排気ガスを排出する動力機関である。主機関２００は、ディーゼルエンジンやガスタービン等の内燃機関とすることができる。補機関２０２は、主機関２００よりも高温のガスを排出する機関である。補機関２０２は、ディーゼルエンジン、ボイラー等の内燃機関とすることができる。

船舶では、主機関２００は、主に船舶の推進駆動のために用いられる。船舶では、補機関２０２は、主に航行中や停泊中の一般電力の供給や荷役機械運転の電力の供給のための補助機関として用いられる。

主機関２００及び補機関２０２からの排気ガスには炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄化合物等の有害物質が含まれる。また、補機関２０２からの排気ガスは約４００℃程度であり、主機関２００からの排気ガスは約２００〜３００℃程度である。すなわち、補機関２０２からの排気ガスは主機関２００からの排気ガスよりも高温である。

酸化処理部１０２は、主機関２００及び補機関２０２からの排気ガスに対して触媒を用いた酸化処理を行う。酸化処理のための触媒としてはプラチナ、パラジウム、ロジウム等を含有した酸化触媒が利用される。酸化触媒は、排気ガスの通路内に配置される。酸化触媒は、その反応面積を広くするために平板や触媒の細管を束ねた構造とすることが好ましい。例えば、ハニカム構造とすることが好適である。

酸化処理部１０２によって、炭化水素（ＨＣ）は水と二酸化炭素（ＣＯ₂）に、一酸化炭素（ＣＯ）は二酸化炭素（ＣＯ₂）に、それぞれ酸化される。なお、ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジン等では、排気再循環（ＥＧＲ）などの窒素酸化物（ＮＯｘ）低減システムとこの酸化触媒を組み合わせて使ってもよい。

還元剤供給部１０４は、後段の脱硝処理部１０６での脱硝反応を促進させるための還元剤を排気ガス中に供給する。還元剤供給部１０４は、還元剤タンク、ポンプ、コンプレッサ等を含んで構成される。還元剤は、例えば、尿素（尿素水：（（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ））やアンモニア（ＮＨ₃）とすることが好適である。ただし、還元剤はこれらに限定されない。

還元剤供給部１０４は、酸化処理部１０２と脱硝処理部１０６との間の配管に設けられる。還元剤供給部１０４は、還元剤タンクに蓄えられた還元剤にポンプによって圧力を与え、噴射ノズルを介して排気ガスの配管中へ還元剤を噴射する。また、コンプレッサによって空気に圧力が与え、噴射ノズルを介して排気ガスの配管中に空気を供給する。なお、触媒活性化装置１００を船舶に搭載する場合には、コンプレッサの代わりに船舶に設けられている空気配管の空気を利用してもよい。

脱硝処理部１０６は、内燃機関の排気ガス中に含まれる窒素化合物を除去する。脱硝方法として、排気ガス通路に設けた触媒にアンモニアを還元剤として供給することによって窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応させて分解する方法が挙げられる。例えば、化学式（１）のように、水と窒素に分解するアンモニア選択接触還元法（ＳＣＲ法）とすることができる。また、排気ガス通路に尿素を噴射し、化学式（２）のように尿素を分解することによってアンモニアを触媒へ供給する方法とすることができる。
（化１）
４ＮＯ＋４ＮＨ₃＋Ｏ₂→４Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ
６ＮＯ₂＋８ＮＨ₃→７Ｎ₂＋１２Ｈ₂Ｏ
（化２）
（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂

脱硝触媒は、排気ガス中に含まれる窒素化合物（ＮＯｘ）を分解するための触媒である。脱硝触媒は、例えば、チタン・バナジウム系の金属が用いられる。一例として、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）を活性成分にした酸化チタンＴｉＯ₂系触媒が使用される。脱硝触媒は、排気ガスの通路内に配置される。脱硝触媒は、その反応面積を広くするために平板や触媒の細管を束ねた構造とすることが好ましい。例えば、ハニカム構造とすることが好適である。

一般的に、船舶に搭載される主機関２００ではＣ重油のような比較的質の悪い燃料が利用され、補機関２０２ではＡ重油のような比較的質の良い燃料が利用される。したがって、主機関２００から排出される排気ガスは補機関２０２から排出される排気ガスよりも含有される硫黄成分の量が多く、それを処理する触媒の劣化も激しくなる。ＳＣＲのメリットの１つとして、ＳＯｘを含んだ排気ガス中でも劣化され難い点が挙げられる。そのため、舶用ディーゼルエンジンへの適用が検討されている。

制御部１０８は、触媒活性化装置１００による排気ガスの処理全般について制御を行う。制御部１０８は、酸化処理部１０２及び脱硝処理部１０６における弁の開閉の制御、還元剤供給部１０４による排気ガスへの還元剤の供給量、供給タイミング等の制御を行う。制御部１０８は、メモリを備えたコンピュータやロジック回路により構成することができる。制御部１０８による制御については後述する。

以下、酸化処理部１０２及び脱硝処理部１０６の具体的な構成について説明する。酸化処理部１０２及び脱硝処理部１０６の触媒種が異なる以外は基本構成は同様である。

図２及び図３は、酸化処理部１０２及び脱硝処理部１０６の基本的な構造を示す断面図である。また、図４は、酸化処理部１０２及び脱硝処理部１０６での排気ガスの流れを説明するための斜視図である。図４では、説明を明確にするために実際には見えない箇所を破線で示し、排気ガスの流れを太実線の矢印で示す。

酸化処理部１０２及び脱硝処理部１０６は、第１流路１０、第２流路１２、第１の触媒１４、第２の触媒１６、流路制御弁１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）及び熱交換手段２０を含んで構成される。

第１流路１０及び第２流路１２は、それぞれ別々に設けられた排気ガスを流すための流路である。第１流路１０はその流路中に第１の触媒１４が充填され、第２流路１２はその流路中に第２の触媒１６が充填される。第１の触媒１４及び第２の触媒１６は、それぞれ第１流路１０及び第２流路１２を流れる排気ガスを処理するために利用される。酸化処理部１０２に設けられる第１の触媒１４及び第２の触媒１６は酸化触媒とし、脱硝処理部１０６に設けられる第１の触媒１４及び第２の触媒１６は脱硝触媒とする。この実施の形態においては、酸化処理部１０２に設けられる第１の触媒１４と第２の触媒１６は同一種の酸化触媒とし、脱硝処理部１０６に設けられる第１の触媒１４と第２の触媒１６も同一種の脱硝触媒としている。

図２及び図４に示すように、第１流路１０及び第２流路１２にはそれぞれ２つずつのガスの入口及び出口が排他的に接続されるように設けられる。第１流路１０及び第２流路１２をいずれの入口に接続するかは流路制御弁１８ａ及び１８ｂによって切り替えられる。また、第１流路１０及び第２流路１２をいずれの出口に接続するかは流路制御弁１８ｃ及び１８ｄによって切り替えられる。流路制御弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、それぞれ機械的又は電磁的等の駆動機構を備え、制御部１０８からの弁制御信号によって流路が切り替えられる。

例えば、図２及び図４に示した状態では、流路制御弁１８ａによって上部の入口から導入されたガスは第１流路１０には流れ込まず第２流路１２へ流れ込み、流路制御弁１８ｂによって下部の入口から導入されたガスは第２流路１２には流れ込まず第１流路１０に流れ込む。また、流路制御弁１８ｃによって上部の出口からは第２流路１２からのガスは流れ出ず第１流路１０からのガスが流れ出て、流路制御弁１８ｄによって下部の出口からは第１流路１０からのガスは流れ出ず第２流路１２からのガスが流れ出る。

一方、流路制御弁１８ａ及び１８ｂを切り替えることによって、下部の入口から導入されたガスが第１流路１０には流れ込まず第２流路１２へ流れ込み、上部の入口から導入されたガスが第２流路１２には流れ込まず第１流路１０に流れ込むような状態とすることができる。また、流路制御弁１８ｃ及び１８ｄを切り替えることによって、下部の出口からは第２流路１２からのガスは流れ出ず第１流路１０からのガスが流れ出て、上部の出口からは第１流路１０からのガスは流れ出ず第２流路１２からのガスが流れ出る状態にすることができる。

このようにして、上部の入口と下部の入口から導入されたガスが互いに混じり合わないように同時に第１流路１０又は第２流路１２のいずれか一方を通って上部の出口又は下部の出口から排出される。流路制御弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄによるガスの流れの制御については後述する。

酸化処理部１０２及び脱硝処理部１０６には、第１流路１０を流れる流体（排気ガス）と第２流路１２に配置された第２の触媒１６との間及び第２流路１２を流れる流体（排気ガス）と第１流路１０に配置された第１の触媒１４との間で熱交換可能となるように熱交換手段２０が設けられる。

１つの例として、図２〜図４に示すように、第１流路１０を中空の筒状の流路とし、第１流路１０の外壁を隔壁として第２流路１２が第１流路１０の回りを取り囲む２重筒構造とすることができる。このとき、第１流路１０と第２流路１２との間を仕切る隔壁を伝熱性の良い材料で構成する。そして、２重筒構造部分に第１の触媒１４及び第２の触媒１６を配置することによって熱交換手段２０として機能させることができる。第１流路１０と第２流路１２との間を仕切る壁面は銅等の伝熱性の高い金属で構成すればよい。

なお、熱交換手段２０は、これに限定されるものではない。例えば、熱交換手段２０は、第１流路１０と第２流路１２とが壁面を介して直接熱交換するものでなく気体や液体等の他の媒体を介して熱交換する構造を有してもよいし、ヒートパイプのような構造を有するものであってもよい。

また、熱交換手段２０において第１流路１０に設けられる触媒と第２流路１２に設けられる触媒との少なくとも一部が隔壁を挟んで向かい合うように配置されることが好適である。触媒は熱容量が大きく、ガスによって熱せられた触媒同士を近接させることにより効率的に熱交換することが可能となる。

＜触媒活性化装置の制御方法＞
図５〜図８は、触媒活性化装置１００の制御方法を示す図である。図５〜図８は、酸化処理部１０２及び脱硝処理部１０６の流路制御弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを制御することによって、それぞれ異なる流路の組み合わせで主機関２００及び補機関２０２からの排気ガスを処理する態様を示す。なお、図５〜図８では、太実線の矢印で主機関２００の排気ガスの流れを示し、太破線の矢印で補機関２０２の排気ガスの流れを示す。

図５の状態では、酸化処理部１０２の第２流路１２に主機関２００からの排気ガスが導入され、第１流路１０に補機関２０２からの排気ガスが導入されるように酸化処理部１０２の流路制御弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが制御されている。また、脱硝処理部１０６の第１流路１０に主機関２００からの排気ガスが導入され、第２流路１２に補機関２０２からの排気ガスが導入されるように脱硝処理部１０６の流路制御弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが制御されている。

すなわち、主機関２００から排気ガスは、酸化処理部１０２の第２流路１２に設けられた酸化触媒で処理された後、還元剤供給部１０４において還元剤と混合され、脱硝処理部１０６の第１流路１０に設けられた脱硝触媒で処理されて排気される。また、補機関２０２からの排気ガスは、酸化処理部１０２の第１流路１０に設けられた酸化触媒で処理された後、還元剤供給部１０４において還元剤と混合され、脱硝処理部１０６の第２流路１２に設けられた脱硝触媒で処理されて排気される。このようにして主機関２００及び補機関２０２からの排気ガスに対して酸化処理及び脱硝処理が施され、排気ガスに含まれる有害物質が除去されて排出される。

一般的に、酸化触媒、脱硝触媒等の触媒は温度が高いほど反応に対してより活性となる。補機関２０２からの排気ガスは主機関２００からの排気ガスよりも高温なので、補機関２０２からの排気ガスを処理する触媒は主機関２００からの排気ガスを処理する触媒よりも処理効率が高くなる。

本実施の形態の触媒活性化装置１００では、さらに、熱交換手段２０を介して補機関２０２の排気ガスによって主機関２００の排気ガスを処理する触媒が加熱され、主機関２００側の触媒の温度も上昇して活性化され、主機関２００の排気ガスの処理効率も高められる。

また、主機関２００からの排気ガスは補機関２０２からの排気ガスに比べて含有される有害物質の量が多い。したがって、酸化処理部１０２の第２流路１２に設けられた酸化触媒は第１流路１０に設けられた酸化触媒よりも早く劣化する。同様に、脱硝処理部１０６の第１流路１０に設けられた脱硝触媒は第２流路１２に設けられた脱硝触媒よりも早く劣化する。

そこで、触媒活性化装置１００では流路を切り替えることによって触媒の活性化及び再生を行うことが可能である。

図６の状態では、酸化処理部１０２の第１流路１０に主機関２００からの排気ガスが導入され、第２流路１２に補機関２０２からの排気ガスが導入されるように酸化処理部１０２の流路制御弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが切り替えられている。また、脱硝処理部１０６の第２流路１２に主機関２００からの排気ガスが導入され、第１流路１０に補機関２０２からの排気ガスが導入されるように脱硝処理部１０６の流路制御弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが切り替えられている。

すなわち、主機関２００から排気ガスは、酸化処理部１０２の第１流路１０に設けられた酸化触媒で処理された後、還元剤供給部１０４において還元剤と混合され、脱硝処理部１０６の第２流路１２に設けられた脱硝触媒で処理されて排気される。また、補機関２０２からの排気ガスは、酸化処理部１０２の第２流路１２に設けられた酸化触媒で処理された後、還元剤供給部１０４において還元剤と混合され、脱硝処理部１０６の第１流路１０に設けられた脱硝触媒で処理されて排出される。

このように、主機関２００からの排気ガスを処理していた触媒を補機関２０２からの排気ガスの処理に切り替え、補機関２０２からの排気ガスを処理していた触媒を主機関２００からの排気ガスの処理に切り替える。これにより、主機関２００からの排気ガスを処理していた触媒を補機関２０２からの高温の排気ガスによって活性化することができる。特に、再生可能な触媒であれば、補機関２０２からの排気ガスによる加熱によって劣化していた触媒を再生することも可能である。

なお、流路の切り替えは図５及び図６の状態に限定されない。図７に示すように、酸化処理部１０２の第２流路１２に主機関２００からの排気ガスが導入され、第１流路１０に補機関２０２からの排気ガスが導入され、脱硝処理部１０６の第２流路１２に主機関２００からの排気ガスが導入され、第１流路１０に補機関２０２からの排気ガスが導入されるように流路制御弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを切り替えることもできる。さらに、図８に示すように、酸化処理部１０２の第２流路１２に補機関２０２からの排気ガスが導入され、第１流路１０に主機関２００からの排気ガスが導入され、脱硝処理部１０６の第２流路１２に補機関２０２からの排気ガスが導入され、第１流路１０に主機関２００からの排気ガスが導入されるように流路制御弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを切り替えることもできる。

流路の切り替えのタイミングは、酸化処理部１０２及び脱硝処理部１０６の触媒の劣化の状況に応じて行うことが好ましい。１つの方法として、所定の時間間隔で流路制御弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを切り替える制御を行えばよい。切り替えの時間間隔は、触媒の劣化までの時間を予め測定しておき、それに応じて切り替えの制御を行うことが好ましい。

また、別の方法として、触媒より下流側に触媒の劣化を検知するセンサを設けて切り替えの制御を行ってもよい。例えば、酸化処理部１０２からの排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の濃度を測定するセンサを設け、濃度が所定値を超えたときに酸化処理部１０２の流路の切り替えを行えばよい。また、脱硝処理部１０６からの排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄化合物の濃度を測定するセンサを設け、脱硝処理部１０６の流路の切り替えを行えばよい。

このように、酸化処理部１０２及び脱硝処理部１０６の触媒の性能低下の状態に応じて流路を切り替えることによって、触媒を活性度の高い状態で利用することができ、触媒が再生可能なときには触媒を再生することができる。また、触媒の活性化及び再生をさせつつ、主機関２００及び補機関２０２の排気ガスの処理を連続的に行うことができる。

また、触媒の劣化を検知するセンサを設けることなく、流路の切り替えを所定の時間毎に行ってもよい。

また、第１の触媒１４と第２の触媒１６は、酸化触媒又は脱硝触媒の範囲の中で、異なる種の触媒を用いてもよい。

なお、本実施の形態における触媒活性化装置１００では、酸化処理部１０２及び脱硝処理部１０６の両方を備えた構成としたが、酸化処理部１０２又は脱硝処理部１０６のいずれか一方を備える構成としてもよい。

例えば、図９及び図１０に示すように、酸化処理部１０２のみを設け、主機関２００及び補機関２０２からの排気を第１流路１０と第２流路１２とを切り替えて処理できる構成としてもよい。また、図１１及び図１２に示すように、脱硝処理部１０６のみを設け、主機関２００及び補機関２０２からの排気を第１流路１０と第２流路１２とを切り替えて処理できる構成としてもよい。この場合は、脱硝処理部１０６の前段に還元剤供給部１０４を設けることが好ましい。

また、本実施の形態における触媒活性化装置１００では、主機関２００及び補機関２０２からの排気ガスを処理対象としたが、これに限定されるものではない。処理対象は気体に限定されるものではなく、液体等の他の流体としてもよい。また、利用される触媒も酸化触媒及び脱硝触媒に限定されるものではなく、処理対象となる流体に応じて選択すればよい。

また、一方の流体の温度が他方の流体の温度よりも高ければよく、高温のガスは補機の排気ガス、排熱回収し熱交換した空気等としてもよい。

また、本実施の形態における触媒活性化装置１００では、第１流路１０及び第２流路１２ではガスは対向して流れる構成とした。このような対向流式では、加熱媒体（例えば、補機関２０２からの排気ガス）と被加熱媒体（例えば、主機関２００からの排気ガス）が向かい合わせに接して流れ、熱交換の効率が良くなる。一方、熱交換手段２０での温度差が大きくなる。したがって、加熱媒体と被加熱媒体の温度差が小さい場合や熱交換手段２０の小型化が必要な状況に適している。また、第１流路１０及び第２流路１２においてガスが並行して流れる構成としてもよい。このような並流式では、加熱媒体と被加熱媒体が同じ向きに接して流れ、熱交換の効率は悪くなる。一方、熱交換手段２０での温度差や最高温度を小さくできるため、加熱媒体の温度が高く、材料の劣化を緩和する必要がある場合に適している。その他、第１流路１０及び第２流路１２においてガスが直交して流れる直交流式も採用し得る。

本発明は、触媒を利用した処理装置における触媒活性化装置に適用することができる。触媒活性化装置は、ディーゼルエンジン、ガスタービン、ボイラー等の排気ガスの処理に適用することが可能であり、船舶以外にも自動車等の他の移動体にも適用することができる。

１０第１流路、１２第２流路、１４第１の触媒、１６第２の触媒、１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）流路制御弁、２０熱交換手段、１００触媒活性化装置、１０２酸化処理部、１０４還元剤供給部、１０６脱硝処理部、１０８制御部、２００主機関、２０２補機関。

Claims

排気ガスの通る第１の流路と、
前記第１の流路に連接して設けられ、前記排気ガスよりも高温のガスの通る第２の流路と、
前記第１の流路に設けられ、前記排気ガス中の有害成分を処理する第１の触媒と、
前記第２の流路に設けられ、前記排気ガス中の有害成分を処理する第２の触媒と、
前記第１の流路と前記第２の流路を切り換える流路切換手段と、
前記第２の流路から前記第１の触媒へ又は前記第１の流路から前記第２の触媒に熱を伝える伝熱手段を備え、
前記流路切換手段の切り換えにより前記排気ガスを前記第２の流路に、前記高温のガスを前記第１の流路に通すことが可能であることを特徴とする触媒活性化装置。
請求項１に記載の触媒活性化装置であって、
前記伝熱手段は、連接して設けた前記第１の流路と前記第２の流路を隔てる伝熱性材料で構成された隔壁であることを特徴とする触媒活性化装置。
請求項１又は２に記載の触媒活性化装置であって、
前記第１の流路の周りに前記第２の流路が形成されていることを特徴とする触媒活性化装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の触媒活性化装置であって、
前記第１の触媒と前記第２の触媒は、同一種の触媒であることを特徴とする触媒活性化装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の触媒活性化装置であって、
前記第１の触媒と前記第２の触媒は、加熱により性能が再生可能な触媒を含むことを特徴とする触媒活性化装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒活性化装置であって、
前記第１の触媒と前記第２の触媒は、貴金属系の触媒であることを特徴とする触媒活性化装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の触媒活性化装置であって、
前記第１の触媒又は前記第２の触媒の劣化を検知する劣化検知手段を備え、
前記流路切換手段は、前記劣化検知手段で劣化が検知された場合に前記第１の流路と前記第２の流路の切り換えを行うことを特徴とする触媒活性化装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の触媒活性化装置であって、
前記第１の流路と前記第２の流路は、前記排気ガスと前記高温のガスが対向して流れるように構成されていることを特徴とする触媒活性化装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の触媒活性化装置であって、
前記第１の流路と前記第２の流路は、前記排気ガスと前記高温のガスが並行して流れるように構成されていることを特徴とする触媒活性化装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の触媒活性化装置を搭載していることを特徴とする触媒活性化装置を搭載した船舶。
請求項１０に記載の触媒活性化装置を搭載した船舶であって、
前記排気ガスは、前記船舶の主機から排出される排気ガスであることを特徴とする触媒活性化装置を搭載した船舶。
請求項１０又は１１に記載の触媒活性化装置を搭載した船舶であって、
前記高温のガスは、前記船舶の補機関から排出される排気ガスであることを特徴とする触媒活性化装置を搭載した船舶。