JP2014513231A - 内燃機関からの排ガス中の窒素酸化物及び硫黄酸化物を還元する方法 - Google Patents

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Abstract

リーンバーン内燃機関からの排ガス中の窒素酸化物及び硫黄酸化物を還元するための方法。

Description

本発明は、アンモニア及び尿素のような還元剤を使って、内燃機関からの排ガス中の窒素酸化物及び硫黄酸化物を還元する方法に関する。より詳細には、本発明は、そのような化合物を、硫黄含量の高い燃料で運転されるエンジンの排ガスから除去することに重点を置いている。
据置用用途及び自動車用途における排ガスによる窒素酸化物の放出は、長い間主要な環境問題である。窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）の有害な影響は周知である。
電力事業及び自動車産業において、特に、リーンバーンエンジンからの排ガス中におけるＮＯｘの窒素（Ｎ２）への還元は、通常、いわゆる選択接触還元（ＳＣＲ）において、適切な触媒上で還元剤としてのアンモニア又は尿素を用いることによって行われる。
この還元法で使用するためのＳＣＲ及び触媒は当技術分野に属するため、さらなる説明は不要である。
過去において、エンジン排ガスから硫黄酸化物を確実に除去することについて、それほど関心は寄せられていなかった。というのも、排ガス中の硫黄含量が既存の規制値よりも低いからである。自動車産業における内燃機関のほとんどは、脱硫された燃料を燃料としているため、排ガス中の硫黄含量が既存の規制値よりも低いか、あるいは、燃料油中の自然の硫黄レベルに対応した高排出が許容されている。
この目標のために、据置型用途の及び船舶に搭載される大型の燃焼機関は、未だ、高硫黄含量の燃料で運転されている。
例えば、１％より高い硫黄含量を有する重油（ＨＦＯ）を燃料とする内燃機関と組み合わせたＳＣＲ ＤｅＮＯＸの運用可能な技術的解法はない。
これらのエンジンは、エンジン効率を高めるために、共通してターボチャージャーを備える。
ターボチャージャー付燃焼機関からの排ガスの浄化は、次の理由から問題を含んでいる。
ＮＯＸのＳＣＲに採用される通常の還元剤であるアンモニアは、排ガス、特に、ＨＦＯを燃料とするエンジンからの排ガス中にも存在する硫黄酸化物と反応する。反応生成物は、硫酸アンモニウム又は重硫酸アンモニウムであり、これらは、ＳＣＲ触媒上で凝縮して、排ガスの温度が一定の限度を下回る場合に触媒がアンモニアと接触すると触媒が制限される。
排ガスの温度は、エンジンから放出された直後には、典型的には、３３０〜５００℃である。この温度は、硫酸塩が凝縮する温度を十分に上回る。
しかし、この比較的高い温度では、排ガス中のＳＯ２のいく分かが、ＳＣＲ触媒上でＳＯ３へ酸化されることを意味している。形成されたＳＯ３は、排ガス処理器機に捕捉されない場合、エンジンから出る排ガス中に既に存在しているＳＯ３と共に、酸性の汚染物質を形成する。
ターボチャージャーのタービンを通過後、排ガスの温度は凝縮温度を下回り、上述の問題が生じる。
そのため、本発明の一般的な目的は、上述の問題を伴わない、ターボチャージャー付内燃機関からのＮＯＸ及びＳＯＸの組み合わされた還元方法を提供することである。
本発明の本質的な特徴は、下流の装置トレーン中でＳＯ３を硫酸アンモニウム又は重硫酸アンモニウムとして捕捉するか、あるいは湿式スクラバ中でＳＯ３をＨ２ＳＯ４として捕捉できるように、ＳＣＲから低量のスリップが形成されるようにアンモニアを投与するために、ＳＣＲ中で消費されるアンモニア量と比較して過剰量のアンモニウムを排ガス中に投与することである。
従って、本発明は、リーンバーン内燃機関からの排ガス中の窒素酸化物及び硫黄酸化物の量を低減する方法であって、排ガスを、調節された量のアンモニアと一緒に、窒素酸化物の窒素への反応において活性な、一種又は多種の触媒を含む触媒システムに通過させることを含み、ここで、排ガスを触媒システムに通過させる前に、アンモニア自体が排ガス中へ導入されるか、又は排ガス中への導入後にアンモニアが形成され、
そのように処理された排ガスを、ターボチャージャーのタービンに通過させ、そして、
下流における排ガス処理工程において排ガス中に存在する三酸化硫黄及び／又はアンモニウム硫黄化合物をターボチャージャーから除去する、上記の方法であって、
その際、排ガス中のアンモニアとの反応によって形成されたアンモニウム硫黄化合物の凝縮温度よりも高い温度で排ガスを触媒システムに通過させ、かつ、その際、排ガス中のアンモニアの量は、触媒システムへの通過後に、結果として２体積ｐｐｍ未満か、又は１０体積ｐｐｍ超であるように調節される、上記の方法である。
特定の使用において、アンモニアの量は、触媒システム通過後に、０．５体積ｐｐｍ未満に維持し得る。
アンモニアスリップを形成する、ＮＯＸの量と比較して過剰のアンモニアを供給することによって、形成されたＳＯ３を重硫酸アンモニウム（ＡＢＳ）又は硫酸アンモニウム（ＡＳ）として捕捉することができる。ＡＢＳ及びＡＳは、水溶性の化合物であり、スクラバ中において水でスクラビングすることによって容易に除去することができる。ＡＢＳ及びＡＳはまた、スートブロー装置の使用によって除去することもできる。
スクラバはＳＯ３捕捉に最適化される。この操作の代替モードでは、下流装置における汚損を最小限にするために、アンモニアスリップ量を最小限に維持する。
ＳＣＲからのアンモニアスリップが１０体積ｐｐｍを超えると、重硫酸アンモニウム及び硫酸アンモニムが、廃熱ボイラー中の熱転移面か又は気相中の固体粒子としてのいずれかで凝縮する。下流の装置において表面上に形成された堆積物は、水での清浄及び／又はスートブローの間に除去できる一方で、粒子は下流のＳＯｘスクラバ中で除去できる。
あるいはまた、アンモニアスリップ量を低く（＜２ｐｐｍ）維持し、これは、下流の装置のＡＢＳ及びＡＳによる汚損を最小限にすることを意味する。それから、ＳＯ３は、ＳＯ３除去に最適化されたＳＯＸスクラバ中で除去し得る。
本発明の方法で使用するアンモニアは、ガス状アンモニアの形態か、又は排ガス中への導入後にアンモニアに分解する尿素溶液を使って供給することができる。
本発明の方法は、２サイクルエンジンとの組み合わせに特に関連性を有する。これらのエンジンは、普通、船舶に搭載して使用され、かつ、硫黄含有重油を燃料とする。
実施例
船舶に搭載した２サイクルエンジンは、１，５００ｐｐｍ（体積）のＮＯＸ、７５０ｐｐｍ（体積）のＳＯ２及び１５ｐｐｍ（体積）のＳＯ３をエンジンアウトレットから放出する。ＳＣＲユニットへ向かうエンジン排ガスの入口温度は、２〜４バールゲージの圧力において３３０〜５００℃である。加圧したＳＣＲ上流のターボチャージャーにわたって、ＮＯＸレベルは３００ｐｐｍまで低減される一方で、３０ｐｐｍのＳＯ３が追加的に形成される。ＳＣＲユニット後のアンモニアスリップは、２０ｐｐｍ超に調節され、その結果、重硫酸アンモニウム及び硫酸アンモニウムが形成され、ターボチャージャー下流の廃熱ボイラー中の熱転移面か、又は気相中の固体粒子としてのいずれかで凝縮する。表面上に形成された堆積物は、水での清浄によって除去できる一方で、粒子は下流のＳＯｘスクラバ中で除去できる。あるいはまた、アンモニアスリップ量を低く（＜２ｐｐｍ）維持し、これは、下流の装置のＡＢＳ及びＡＳによる汚損を最小限にすることを意味する。その後、ＳＯ３は、ＳＯ３除去に最適化されたＳＯＸスクラバ中で除去され得る。

Claims (7)

  1. リーンバーン内燃機関からの排ガス中の窒素酸化物及び硫黄酸化物を還元する方法であって、排ガスを、調節された量のアンモニアと一緒に、窒素酸化物の窒素への反応において活性な、一種又は多種の触媒を含む触媒システムに通過させることを含み、ここで、排ガスを触媒システムに通過させる前に、アンモニア自体が排ガス中へ導入されるか、又は排ガス中への導入後にアンモニアが形成され、そのように処理された排ガスを、ターボチャージャーのタービンに通過させ、そして、下流における排ガス処理工程において排ガス中に存在する三酸化硫黄及び／又はアンモニウム硫黄化合物をターボチャージャーから除去する、上記の方法であって、
    その際、排ガス中のアンモニアとの反応によって形成されたアンモニウム硫黄化合物の凝縮温度よりも高い温度で排ガスを触媒システムに通過させ、かつ、その際、排ガス中のアンモニアの量は、触媒システムへの通過後に、結果として２体積ｐｐｍ未満か、又は１０体積ｐｐｍ超であるように調節される、上記の方法。
  2. 前記排ガス中のアンモニアの量が、触媒システムへの通過後に、結果として０．５体積ｐｐｍ未満の量になるように調節される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記内燃機関が、２サイクルエンジンである、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記下流の排ガス処理工程が、水での洗浄又はスクラビング除去（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ）である、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
  5. 前記排ガス処理工程が、廃熱ボイラー及び／又は湿式スクラバにおいて予め構成される（ｐｒｅｆｏｒｍｅｄ）、請求項４に記載の方法。
  6. 前記廃熱ボイラーが、周期的に、水で洗浄されるか、又はスートブロー（ｓｏｏｔ ｂｌｏｗｉｎｇ）によって清浄化される、請求項５に記載の方法。
  7. 船舶に搭載されたリーンバーン内燃機関からの排ガス中の窒素酸化物及び硫黄酸化物を還元するための、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法の使用。
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