JP6102329B2

JP6102329B2 - 脱硝装置および脱硝方法

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Publication number: JP6102329B2
Application number: JP2013032794A
Authority: JP
Inventors: 敬之山田; 中島　勇人; 勇人中島
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: JP2014163242A

Description

本発明は、エンジンの排気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および脱硝方法に関する。

コンテナ船やタンカー等の大型船舶の推進用のエンジンとして、熱効率がよく、低コストの低質燃料油（重油）を使用可能な、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）が広く採用されている。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、窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれることとなる。

そこで、近年、国際海事機関（ＩＭＯ：International Maritime Organization）が、船舶から排出される排気ガス中のＮＯｘを削減する規制を制定しており、一般海域においてＮＯｘの排出量を予め定められた値までに制限し（２次規制）、大気汚染物質放出規制海域（ＥＣＡ：Emission Control Area）においては、ＮＯｘの排出量を、２次規制より低い濃度に制限している（３次規制）。このように国際海事機関が制定した規制を遵守すべく、船舶には、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元するための脱硝装置を備えておく必要がある。

脱硝装置としては、ＮＯｘを還元するための還元剤と、ＮＯｘの還元を促進する脱硝触媒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。選択式触媒還元脱硝装置を利用する場合、排気ガスと還元剤とを予め混合しておき、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。ここで、還元剤として、アンモニア（または、前駆体として尿素水）が広く利用されている。

一方、排気ガス中には、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、および、ダスト等の固形物が含まれている。このため、ＮＯｘ濃度が規制値未満である等、排気ガス中のＮＯｘ除去が必要ない場合においても、排気ガスを脱硝触媒に流通させると、脱硝触媒がＳＯｘによって被毒する割合が増加したり、脱硝触媒における固形物の蓄積量が増加し脱硝触媒が目詰まりを起こしやすくなったりして、脱硝触媒の寿命が短くなってしまう。

そこで、エンジンの下流に、脱硝触媒を流通させる配管（脱硝ライン）と、脱硝触媒を迂回する配管（非脱硝ライン）との２つのラインを備えておき、三方弁を用いて、エンジンから排出された排気ガスを流通させる排出ラインを、脱硝ラインと非脱硝ラインとで切り換える技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−１８５３４９号公報

しかし、特許文献１に記載された、三方弁を用いて、脱硝ラインおよび非脱硝ラインのいずれか一方のラインに排出ラインを切り換える場合、他方のラインを完全に遮断することができず、エンジンから排出された排気ガスが、少なからず他方のラインに流出してしまう。また、ダンパやバタフライバルブを用いて、脱硝ラインと非脱硝ラインとを切り換えることも考えられるが、特許文献１の三方弁と同様に、他方のラインを完全に遮断することができず、他方のラインに排気ガスが流出してしまう。

ここで、シール性が高いバルブやダンパを利用することも考えられるが、コストが上昇してしまう。また、シール性が高いバルブやダンパを利用したとしても、排気ガス中の固形物がシール部分に付着して、シール性を維持できなくなってしまうおそれもある。

そうすると、例えば、排出ラインを脱硝ラインから非脱硝ラインに切り換えた場合には、脱硝ラインに流出した排気ガスに含まれるＳＯｘによって脱硝触媒が被毒したり、固形物が脱硝触媒に蓄積したりしてしまう。また、排出ラインを非脱硝ラインから脱硝ラインに切り換えた場合には、非脱硝ラインに流出した排気ガスはＮＯｘが除去されないまま外部に排出されてしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、安価かつ簡易な構成で、脱硝ラインおよび非脱硝ラインのいずれか一方のラインから他方のラインへ排気ガスが流出してしまうのを防止することが可能な脱硝装置および脱硝方法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、エンジンから送出された排気ガスを外部に排出するラインであって、排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する脱硝触媒が内設された脱硝ラインと、エンジンから送出された排気ガスを、脱硝触媒を介さずに外部に排出する非脱硝ラインと、エンジンから送出された排気ガスを通過させる排出ラインを、脱硝ラインと非脱硝ラインとで切り換えるライン切換部と、エンジンから送出された排気ガスを通過させる排出ラインが脱硝ラインである場合には、非脱硝ラインの圧力を脱硝ラインの圧力よりも高くし、排出ラインが非脱硝ラインである場合には、脱硝ラインの圧力を非脱硝ラインの圧力よりも高くする圧力制御部と、を備えたことを特徴とする。

圧力制御部は、エンジンから送出された排気ガスによって回転するタービン、および、タービンの回転を利用して空気を圧縮しエンジンに圧縮した空気を導入する圧縮機を有する過給機における、圧縮機が圧縮した空気を脱硝ラインまたは非脱硝ラインに導入するとしてもよい。

上記課題を解決するために、エンジンから送出された排気ガスを外部に排出するラインであって、排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する脱硝触媒が内設された脱硝ラインと、エンジンから送出された排気ガスを、脱硝触媒を介さずに外部に排出する非脱硝ラインと、を用いた、本発明の脱硝方法は、エンジンから送出された排気ガスを通過させる排出ラインを、脱硝ラインと非脱硝ラインとで切り換える工程と、エンジンから送出された排気ガスを通過させる排出ラインが脱硝ラインである場合には、非脱硝ラインの圧力を脱硝ラインの圧力よりも高くし、排出ラインが非脱硝ラインである場合には、脱硝ラインの圧力を非脱硝ラインの圧力よりも高くする工程と、を有することを特徴とする。

切り換える工程において、脱硝ラインに排気ガス以外の気体を導入して、脱硝ラインの排気ガスを気体に置換した後、脱硝ラインから非脱硝ラインへの切り換えを行うとしてもよい。

本発明は、安価かつ簡易な構成で、脱硝ラインおよび非脱硝ラインのいずれか一方のラインから他方のラインへ排気ガスが流出してしまうのを防止す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。中央制御部の機能を説明するためのブロック図である。脱硝装置を用いた脱硝方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。変形例の脱硝装置を説明するための図である。

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。

図１は、本実施形態にかかる脱硝システム１００を説明するための図である。図１に示すように、脱硝システム１００は、エンジンユニット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）の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。

エンジンユニット１１０は、エンジン１１２と、排気集合管１１４とを含んで構成され、当該脱硝システム１００が搭載される船舶（例えば、コンテナ船やタンカー）に推進力を供給する。エンジン１１２は、ユニフロー型の２サイクル（２ストローク）のディーゼルエンジンである。排気集合管１１４は、エンジン１１２を構成する複数のシリンダ（図示せず）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（コンプレッサ）１２４とを含んで構成される。タービン１２２は、エンジン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空気を圧縮してエンジン１１２への掃気圧を高める。こうすることで、エンジン１１２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に還元剤（アンモニア）を作用させることで、排気ガスＸ１中のＮＯｘを窒素に還元する（脱硝する）。

このように、エンジン１１２から排出された排気ガスＸ１は、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。

しかし、エンジン１１２から排出される排気ガスＸ１中のＮＯｘの濃度が規制値未満である場合や、ＮＯｘの規制がない海域を航行している場合等、排気ガスＸ１中のＮＯｘ除去が必要ない場合においてまで、排気ガスＸ１を脱硝触媒に流通させると、排気ガスＸ１中のＳＯｘや固形物で脱硝触媒の寿命が短くなってしまう。

そこで、本実施形態にかかる脱硝装置２００では、脱硝触媒を介する脱硝ラインと並行して、脱硝触媒を介さない非脱硝ラインを設け、排気ガスＸ１中のＮＯｘ除去が必要ない場合、エンジン１１２から排出された排気ガスＸ１を非脱硝ラインに流通させる。以下、脱硝装置２００の具体的な構成について詳述する。

（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配した脱硝触媒で、排気ガスＸ１中のＮＯｘの還元を促進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。

図１に示すように、脱硝装置２００は、脱硝ライン２２０と、ＮＯｘ検出部２２４と、還元剤調整部２２６と、還元剤導入部２２８と、非脱硝ライン２３０と、第１導入ライン２３２と、第２導入ライン２３４と、第１バルブ２４０と、第２バルブ２４２と、第１切換弁２５０と、第２切換弁２５２と、圧力測定部２６０と、中央制御部２７０とを含んで構成される。

脱硝ライン２２０は、エンジン１１２から送出された排気ガスＸ１を外部に排出するライン（排気路）であり、後述する脱硝触媒２２２が内設されている。

脱硝触媒２２２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、排気ガスＸ１に含まれるＮＯｘの還元を促進する。本実施形態において、脱硝触媒２２２は、脱硝ライン２２０におけるタービン１２２の下流に設けられる。

ＮＯｘ検出部２２４は、タービン１２２と第１切換弁２５０との間のラインである上流側ライン２０２ａの排気ガスＸ１のＮＯｘの濃度を検出する。還元剤調整部２２６は、ＮＯｘ検出部２２４が検出したＮＯｘの濃度に基づいて、ＮＯｘを適切に還元できるように、還元剤導入部２２８が導入する尿素水の量を調整する。還元剤導入部２２８は、脱硝ライン２２０における脱硝触媒２２２の上流に還元剤（ここでは還元剤の前駆体として尿素水）を導入（噴霧）する。

ＮＯｘ検出部２２４および還元剤調整部２２６を備える構成により、排気ガスＸ１中のＮＯｘが少ないときに必要以上に尿素水を導入してしまい、脱硝触媒２２２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ったり、アンモニアと排気ガスＸ１中のＳＯｘとで生成される硫酸アンモニウム（硫安）によって脱硝触媒２２２が被毒してしまったりする事態を回避することができる。また、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。

非脱硝ライン２３０は、エンジン１１２から送出された排気ガスＸ１を、脱硝触媒２２２を介さずに外部に排出するラインである。

第１導入ライン２３２は、脱硝ライン２２０と非脱硝ライン２３０とに接続されており、脱硝ライン２２０と非脱硝ライン２３０との境界には、第１バルブ２４０および第２バルブ２４２が配されている。第２導入ライン２３４は、一端が、第１導入ライン２３２における、第１バルブ２４０と第２バルブ２４２との間に接続され、他端から導入された圧縮機１２４が圧縮した空気（圧縮空気）を第１導入ライン２３２に導入する。第１バルブ２４０、第２バルブ２４２は、開閉バルブで構成される。また、第１バルブ２４０、第２バルブ２４２は、後述する中央制御部２７０によって開閉制御される。

第１切換弁２５０は、ダンパや、三方弁、バタフライバルブ等で構成され、上流側ライン２０２ａ、脱硝ライン２２０、非脱硝ライン２３０の連接部２３０ａに設けられる。第２切換弁２５２は、第１切換弁２５０同様、ダンパや、三方弁、バタフライバルブ等で構成され、非脱硝ライン２３０、脱硝ライン２２０、下流側ライン２０２ｂの連接部２３０ｂに設けられる。また、第１切換弁２５０、第２切換弁２５２は、中央制御部２７０によって切換制御される。

第１バルブ２４０、第２バルブ２４２の開閉制御、および、第１切換弁２５０、第２切換弁２５２の切換制御は、中央制御部２７０によって為されるが、その詳細は後述する。

圧力測定部２６０は、脱硝ライン２２０と、非脱硝ライン２３０との差圧を測定する。

中央制御部２７０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して脱硝装置２００全体を管理および制御する。

図２は、中央制御部２７０の機能を説明するためのブロック図である。図２に示すように、本実施形態において中央制御部２７０は、ライン切換部２７２、圧力制御部２７４としても機能する。

ライン切換部２７２は、船員等による操作入力（切り換え指示）に応じて、第１切換弁２５０および第２切換弁２５２を切換制御し、エンジン１１２から送出された排気ガスＸ１を通過させる排出ライン（以下、単に排出ラインという）を、脱硝ライン２２０と非脱硝ライン２３０とで排他的に切り換える。なお、ここで、排出ラインは、排気ガスＸ１を流通させる具体的な配管を示すものではなく、排気ガスＸ１を流通させる概念的な経路を指し、上流側ライン２０２ａと脱硝ライン２２０と下流側ライン２０２ｂとを流通する経路、または、上流側ライン２０２ａと非脱硝ライン２３０と下流側ライン２０２ｂとを流通する経路を示す。

具体的に説明すると、ライン切換部２７２は、第１切換弁２５０を制御して、上流側ライン２０２ａと脱硝ライン２２０とを接続するとともに、上流側ライン２０２ａと非脱硝ライン２３０との接続を遮断し、第２切換弁２５２を制御して、下流側ライン２０２ｂと脱硝ライン２２０とを接続するとともに、下流側ライン２０２ｂと非脱硝ライン２３０との接続を遮断することで、排出ラインを非脱硝ライン２３０から脱硝ライン２２０へ切り換える。同様に、ライン切換部２７２は、第１切換弁２５０を制御し、第２切換弁２５２を制御して、排出ラインを脱硝ライン２２０から非脱硝ライン２３０へ切り換える。

圧力制御部２７４は、排出ラインが、脱硝ライン２２０および非脱硝ライン２３０のいずれか一方のラインであるとき、他方のラインの圧力を一方のラインの圧力よりも高くする。圧力制御部２７４は、他方のラインの圧力を一方のラインの圧力よりも、例えば、数十ｍｍＡｑ（１ｍｍＡｑ＝９．８０７Ｐａ）程度高くする。

具体的に説明すると、例えば、ライン切換部２７２が排出ラインを脱硝ライン２２０から非脱硝ライン２３０に切り換えた場合、第１バルブ２４０および第２バルブ２４２がいずれも閉になっているところ、圧力制御部２７４は、第１バルブ２４０のみを開にして、圧縮空気を脱硝ライン２２０に導入する。これにより、脱硝ライン２２０の圧力を非脱硝ライン２３０の圧力よりも高くすることができる。

そうすると、非脱硝ライン２３０を通過する排気ガスＸ１が脱硝ライン２２０に流出してしまう事態を回避することができる。したがって、排気ガスＸ１中のＳＯｘや固形物による脱硝触媒２２２の短寿命化を防止することが可能となる。

また、ライン切換部２７２が排出ラインを非脱硝ライン２３０から脱硝ライン２２０に切り換えた場合、第１バルブ２４０および第２バルブ２４２がいずれも閉になっているところ、圧力制御部２７４は、第２バルブ２４２のみを開にして、圧縮空気を非脱硝ライン２３０に導入する。これにより、非脱硝ライン２３０の圧力を脱硝ライン２２０の圧力よりも高くすることができる。

したがって、排気ガスＸ１の非脱硝ライン２３０への流出を防止でき、排気ガスＸ１中のＮＯｘが分解されずにそのまま外部に排出されてしまう事態を回避することが可能となる。

（脱硝方法）
図３は、本実施形態にかかる脱硝装置２００を用いた脱硝方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。

図３に示すように、中央制御部２７０は、第１切換弁２５０が上流側ライン２０２ａと非脱硝ライン２３０とを接続しているか否かを判定する（Ｓ３００）。

第１切換弁２５０が上流側ライン２０２ａと非脱硝ライン２３０とを接続していれば（Ｓ３００におけるＹＥＳ）、中央制御部２７０は、脱硝ライン２２０の排気ガスＸ１を圧縮空気に置換するために必要な時間（以下、単に置換時間と称する）が経過したか否かを判定し（Ｓ３１０）、置換時間が経過すると（Ｓ３１０におけるＹＥＳ）、ライン切換部２７２は、第２切換弁２５２が下流側ライン２０２ｂと脱硝ライン２２０とを接続しているか否かを判定し（Ｓ３１２）、接続していれば（Ｓ３１２におけるＹＥＳ）、第２切換弁２５２を制御して、下流側ライン２０２ｂと脱硝ライン２２０との接続を遮断し、下流側ライン２０２ｂと非脱硝ライン２３０とを接続する（Ｓ３１４）。一方、置換時間が経過していないか（Ｓ３１０におけるＮＯ）、第２切換弁２５２が既に下流側ライン２０２ｂと非脱硝ライン２３０とを接続している場合（Ｓ３１２におけるＮＯ）、第２切換弁２５２の切換制御を行わず差圧判定処理Ｓ３１６に処理を移す。

このように、脱硝ライン２２０から非脱硝ライン２３０へ切り換える際に、第１切換弁２５０を切り換えてから直ちに（または同時に）第２切換弁２５２を切り換えるのではなく、第１切換弁２５０を切り換えてから、置換時間分遅延させて第２切換弁２５２を切り換えることで、脱硝ライン２２０に充満している排気ガスＸ１を圧縮空気に置換した後に、排出ラインを非脱硝ライン２３０へ切り換えることができる。これにより、脱硝ライン２２０中に排気ガスＸ１が滞留することによって生じる、ＳＯｘや固形物による脱硝触媒２２２の短寿命化を防止することが可能となる。

続いて、中央制御部２７０は、圧力測定部２６０の測定結果を参照し、差圧Ａ（脱硝ライン２２０の圧力−非脱硝ライン２３０の圧力）が、予め定められた圧力Ｐ未満であるか否かを判定する（Ｓ３１６）。差圧Ａが圧力Ｐ以上である場合（Ｓ３１６におけるＮＯ）、圧力制御部２７４は、第１バルブ２４０が閉であるか否かを判定し（Ｓ３１８）、閉でなければ（Ｓ３１８におけるＮＯ）、閉にする（Ｓ３２０）。なお、第１バルブ２４０が閉である場合（Ｓ３１８におけるＹＥＳ）、閉状態を維持する。つまり、差圧が圧力Ｐになるまで、圧縮空気を導入し、圧力Ｐに到達したら、それ以上差圧を大きくする必要がないので、第１バルブ２４０を閉にする。また、差圧判定処理Ｓ３１６において差圧Ａが圧力Ｐ未満である場合（Ｓ３１６におけるＹＥＳ）、差圧を圧力Ｐ以上にすべく第１バルブ２４０が開であるか否かを判定し（Ｓ３２２）、開でなければ（Ｓ３２２におけるＮＯ）、開にする（Ｓ３２４）。なお、第１バルブ２４０が開である場合（Ｓ３２２におけるＹＥＳ）、開状態を維持する。

そして、中央制御部２７０は、非脱硝ライン２３０を通じた排気ガスＸ１の排出を続け、船員等による、排出ラインを非脱硝ライン２３０から脱硝ライン２２０へ切り換えるための操作入力待ち状態となる。ここで、中央制御部２７０は、非脱硝ライン２３０から脱硝ライン２２０へ切り換えるための操作入力があるか否かを判定し（Ｓ３２６）、操作入力がなければ（Ｓ３２６におけるＮＯ）、ライン状態判定処理Ｓ３００へ処理を戻す。

一方、非脱硝ライン２３０から脱硝ライン２２０へ切り換えるための操作入力があると（Ｓ３２６におけるＹＥＳ）、ライン切換部２７２は、第１切換弁２５０を制御して、上流側ライン２０２ａと非脱硝ライン２３０との接続を遮断し、上流側ライン２０２ａと脱硝ライン２２０とを接続する（Ｓ３２８）。続いて、圧力制御部２７４は、第２バルブ２４２が開であるか否かを判定し（Ｓ３３０）、開でなければ（Ｓ３３０におけるＮＯ）、開にする（Ｓ３３２）。なお、第２バルブ２４２が開である場合（Ｓ３３０におけるＹＥＳ）、開状態を維持する。また、圧力制御部２７４は、第１バルブ２４０が閉であるか否かを判定し（Ｓ３３４）、閉でなければ（Ｓ３３４におけるＮＯ）、閉にする（Ｓ３３６）。なお、第１バルブ２４０が閉である場合（Ｓ３３４におけるＹＥＳ）、閉状態を維持する。そして、中央制御部２７０は、非脱硝ライン２３０の排気ガスＸ１を第１導入ライン２３２から導入された圧縮空気に置換するための置換時間の計時を開始し（Ｓ３３８）、ライン状態判定処理Ｓ３００へ処理を戻す。

一方、第１切換弁２５０が上流側ライン２０２ａと非脱硝ライン２３０とを接続していない、すなわち第１切換弁２５０が上流側ライン２０２ａと脱硝ライン２２０とを接続していると判定されると（Ｓ３００におけるＮＯ）、中央制御部２７０は、非脱硝ライン２３０を置換するための置換時間が経過したか否かを判定し（Ｓ３５０）、置換時間が経過すると（Ｓ３５０におけるＹＥＳ）、ライン切換部２７２は、第２切換弁２５２が下流側ライン２０２ｂと非脱硝ライン２３０とを接続しているか否かを判定し（Ｓ３５２）、接続していれば（Ｓ３５２におけるＹＥＳ）、第２切換弁２５２を制御して、下流側ライン２０２ｂと非脱硝ライン２３０との接続を遮断し、下流側ライン２０２ｂと脱硝ライン２２０とを接続する（Ｓ３５４）。一方、置換時間が経過していない（Ｓ３５０におけるＮＯ）、第２切換弁２５２が下流側ライン２０２ｂと脱硝ライン２２０とを接続している場合（Ｓ３５２におけるＮＯ）、第２切換弁２５２の切換制御を行わず差圧判定処理Ｓ３５６に処理を移す。

このように、非脱硝ライン２３０から脱硝ライン２２０へ切り換える際に、第１切換弁２５０を切り換えてから直ちに（または同時に）第２切換弁２５２を切り換えるのではなく、第１切換弁２５０を切り換えてから、置換時間分遅延させて第２切換弁２５２を切り換えることで、非脱硝ライン２３０に充満している排気ガスＸ１を圧縮空気で置換した後に、排出ラインを脱硝ライン２２０へ切り換えることができる。これにより、非脱硝ライン２３０中に排気ガスＸ１が滞留することによって生じる、非脱硝ライン２３０の腐食を防止することが可能となる。

続いて、中央制御部２７０は、圧力測定部２６０の測定結果を参照し、差圧Ｂ（非脱硝ライン２３０の圧力−脱硝ライン２２０の圧力）が、予め定められた圧力Ｐ未満であるか否かを判定する（Ｓ３５６）。差圧Ｂが圧力Ｐ以上である場合（Ｓ３５６におけるＮＯ）、圧力制御部２７４は、第２バルブ２４２が閉であるか否かを判定し（Ｓ３５８）、閉でなければ（Ｓ３５８におけるＮＯ）、閉にする（Ｓ３６０）。なお、第２バルブ２４２が閉である場合（Ｓ３５８におけるＹＥＳ）、閉状態を維持する。つまり、差圧が圧力Ｐになるまで、圧縮空気を導入し、圧力Ｐに到達したら、それ以上差圧を大きくする必要がないので、第２バルブ２４２を閉にする。また、差圧判定処理Ｓ３５６において差圧Ｂが圧力Ｐ未満である場合（Ｓ３５６におけるＹＥＳ）、差圧を圧力Ｐ以上にすべく第２バルブ２４２が開であるか否かを判定し（Ｓ３６２）、開でなければ（Ｓ３６２におけるＮＯ）、開にする（Ｓ３６４）。なお、第２バルブ２４２が開である場合（Ｓ３６２におけるＹＥＳ）、開状態を維持する。

そして、中央制御部２７０は、脱硝ライン２２０を通じた排気ガスＸ１の排出を続け、船員等による、排出ラインを脱硝ライン２２０から非脱硝ライン２３０へ切り換えるための操作入力待ち状態となる。ここで、中央制御部２７０は、脱硝ライン２２０から非脱硝ライン２３０へ切り換えるための操作入力があるか否かを判定し（Ｓ３６６）、操作入力がなければ（Ｓ３６６におけるＮＯ）、ライン状態判定処理Ｓ３００へ処理を戻す。

一方、脱硝ライン２２０から非脱硝ライン２３０へ切り換えるための操作入力があると（Ｓ３６６におけるＹＥＳ）、ライン切換部２７２は、第１切換弁２５０を制御して、上流側ライン２０２ａと脱硝ライン２２０との接続を遮断し、上流側ライン２０２ａと非脱硝ライン２３０とを接続する（Ｓ３６８）。続いて、圧力制御部２７４は、第１バルブ２４０が開であるか否かを判定し（Ｓ３７０）、開でなければ（Ｓ３７０におけるＮＯ）、開にする（Ｓ３７２）。なお、第１バルブ２４０が開である場合（Ｓ３７０におけるＹＥＳ）、開状態を維持する。また、圧力制御部２７４は、第２バルブ２４２が閉であるか否かを判定し（Ｓ３７４）、閉でなければ（Ｓ３７４におけるＮＯ）、閉にする（Ｓ３７６）。なお、第２バルブ２４２が閉である場合（Ｓ３７４におけるＹＥＳ）、閉状態を維持する。そして、中央制御部２７０は、脱硝ライン２２０の排気ガスＸ１を、第１導入ライン２３２から導入された圧縮空気に置換するための置換時間の計時を開始し（Ｓ３７８）、ライン状態判定処理Ｓ３００へ処理を戻す。

以上説明したように、本実施形態にかかる脱硝装置２００およびこれを用いた脱硝方法によれば、排出ラインを、脱硝ライン２２０および非脱硝ライン２３０のいずれか一方のラインに切り換えた場合であっても、他方のラインに圧縮空気を導入するといった簡易な構成で、他方のラインへ排気ガスＸ１が流出してしまうのを防止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。

例えば、上述した実施形態において、ライン切換部２７２は、船員等による操作入力に応じて、排出ラインを、脱硝ライン２２０と非脱硝ライン２３０とで切り換えるが、ＮＯｘ検出部２２４による検出結果に応じて切り換えてもよい。例えば、ＮＯｘ検出部２２４によって検出されたＮＯｘの濃度が予め定められた閾値以上になると、ライン切換部２７２は、非脱硝ライン２３０から脱硝ライン２２０へ切り換えたり、閾値未満になると、脱硝ライン２２０から非脱硝ライン２３０へ切り換えたりしてもよい。

また、上述した実施形態において、圧力制御部２７４は、圧縮機１２４が圧縮した圧縮空気をラインに導入する構成について説明したが、他方のラインの圧力を一方のラインの圧力よりも高くできればどのような構成でもよい。例えば、エンジン１１２の起動用の圧縮機が圧縮した圧縮空気を導入してもよいし、当該脱硝システム１００を搭載した船舶に積載されたボンベから窒素ガスやアルゴンガス等を導入してもよい。

また、上述した実施形態において、エンジン１１２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したが、他の形式の２ストロークエンジンでもよい。

また、上述した実施形態において、脱硝装置２００は、タービン１２２の下流側に設けられる構成について説明したが、タービン１２２の上流側に脱硝装置を設けることもできる。

図４は、変形例の脱硝装置５００を説明するための図である。図４に示すように、脱硝装置５００は、排気集合管１１４とタービン１２２との間に配され、脱硝ライン２２０と、ＮＯｘ検出部２２４と、還元剤調整部２２６と、還元剤導入部２２８と、非脱硝ライン２３０と、第１導入ライン２３２と、第２導入ライン２３４と、第１バルブ２４０と、第２バルブ２４２と、第１切換弁２５０と、第２切換弁２５２と、圧力測定部２６０と、中央制御部２７０とを含んで構成される。また、中央制御部２７０は、ライン切換部２７２、圧力制御部２７４として機能する。

変形例の脱硝装置５００において、ＮＯｘ検出部２２４は、排気集合管１１４と第１切換弁２５０との間のラインである上流側ライン５０２ａの排気ガスＸ１のＮＯｘの濃度を検出する。また、第１切換弁２５０は、上流側ライン５０２ａ、脱硝ライン２２０、非脱硝ライン２３０の連接部２３０ａに設けられ、第２切換弁２５２は、非脱硝ライン２３０、脱硝ライン２２０、下流側ライン５０２ｂの連接部２３０ｂに設けられる。

このような変形例の脱硝装置５００において、排出ラインを、脱硝ライン２２０および非脱硝ライン２３０のいずれか一方のラインに切り換えた場合であっても、他方のラインに圧縮空気を導入するといった簡易な構成で、他方のラインへ排気ガスＸ１が流出してしまうのを防止することが可能となる。

なお、本明細書の脱硝方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、エンジンの排気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および脱硝方法に利用することができる。

１００ …脱硝システム
１１２ …エンジン
１２０ …過給機
１２２ …タービン
１２４ …圧縮機
２００、５００ …脱硝装置
２２０ …脱硝ライン
２２２ …脱硝触媒
２３０ …非脱硝ライン
２７２ …ライン切換部
２７４ …圧力制御部

Claims

エンジンから送出された排気ガスを外部に排出するラインであって、該排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する脱硝触媒が内設された脱硝ラインと、
前記エンジンから送出された排気ガスを、脱硝触媒を介さずに外部に排出する非脱硝ラインと、
前記エンジンから送出された排気ガスを通過させる排出ラインを、前記脱硝ラインと前記非脱硝ラインとで切り換えるライン切換部と、
前記エンジンから送出された排気ガスを通過させる排出ラインが前記脱硝ラインである場合には、前記非脱硝ラインの圧力を該脱硝ラインの圧力よりも高くし、該排出ラインが該非脱硝ラインである場合には、該脱硝ラインの圧力を該非脱硝ラインの圧力よりも高くする圧力制御部と、
を備えたことを特徴とする脱硝装置。
前記圧力制御部は、前記エンジンから送出された排気ガスによって回転するタービン、および、該タービンの回転を利用して空気を圧縮し該エンジンに圧縮した空気を導入する圧縮機を有する過給機における、該圧縮機が圧縮した空気を前記脱硝ラインまたは前記非脱硝ラインに導入することを特徴とする請求項１に記載の脱硝装置。
エンジンから送出された排気ガスを外部に排出するラインであって、該排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する脱硝触媒が内設された脱硝ラインと、該エンジンから送出された排気ガスを、脱硝触媒を介さずに外部に排出する非脱硝ラインと、を用いた脱硝方法であって、
前記エンジンから送出された排気ガスを通過させる排出ラインを、前記脱硝ラインと前記非脱硝ラインとで切り換える工程と、
前記エンジンから送出された排気ガスを通過させる排出ラインが前記脱硝ラインである場合には、前記非脱硝ラインの圧力を該脱硝ラインの圧力よりも高くし、該排出ラインが該非脱硝ラインである場合には、該脱硝ラインの圧力を該非脱硝ラインの圧力よりも高くする工程と、
を有することを特徴とする脱硝方法。
前記切り換える工程において、前記脱硝ラインに前記排気ガス以外の気体を導入して、該脱硝ラインの排気ガスを該気体に置換した後、前記脱硝ラインから前記非脱硝ラインへの切り換えを行うことを特徴とする請求項３に記載の脱硝方法。