JP6655241B2

JP6655241B2 - 脱硝脱硫装置及びそれを用いた陸舶産業用内燃機関

Info

Publication number: JP6655241B2
Application number: JP2015123720A
Authority: JP
Inventors: 武行岸; 澄人西尾
Original assignee: National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
Current assignee: National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2035-06-19
Also published as: JP2017008772A

Description

本発明は、脱硝脱硫装置及びそれを用いた陸舶産業用内燃機関に関する。

重油を燃焼させるディーゼル機関等の内燃機関では、そこから排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減と共に、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の低減も求められている。窒素酸化物（ＮＯｘ）と硫黄酸化物（ＳＯｘ）を同時に低減するには、選択触媒還元装置（ＳＣＲ）等の窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減装置とスクラバー等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）の低減装置をそれぞれ排気ガスの流路に設置する構成が採用されている。

また、ボイラの排気ガス処理システムにおいて、脱硝装置にて排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する処理を行った後、石灰石石膏法の脱硫装置にて硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸収除去する構成が開示されている（特許文献１）。また、脱硝反応装置にて排気ガスに含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する処理を行った後、脱硝反応装置にて窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する構成が開示されている（特許文献２）。

一方、内燃機関や石油精製プラントからの排気ガスの処理において、脱硝触媒を用いて３２０℃以下の温度域で還元剤を用いて脱硝処理を行う低温脱硝工程と、当該工程で脱硝触媒に蓄積した被毒物質である硫黄含有化合物を除去して再生する触媒再生工程と、を繰り返す方法が開示されている（特許文献３）。

特開２００２−１７９４１１号公報特開平１１−１６５０４３号公報特開２００５−８７８１５号公報

ところで、ＳＣＲ等の脱硝装置は構造が比較的簡単であり、メンテナンスも容易である。一方、スクラバー等の脱硫装置は構造が複雑であり、メンテナンスも煩雑となる。したがって、脱硝装置に加えて脱硫装置も設けた場合、排気ガス処理のシステム全体としてのメンテナンスも煩雑となり、その費用も高コスト化する。

本発明は、重油を燃焼させる内燃機関の排気ガスの脱硝処理と脱硫処理を１つの脱硝触媒によって同時に行うことを可能にする。

本発明の請求項１に係る脱硝脱硫装置は、重油を燃焼させる内燃機関の排気ガスの窒素酸化物と硫黄酸化物を同時に処理する脱硝脱硫装置であって、前記排気ガスのエネルギーを用いて前記内燃機関に空気を供給する過給機と、前記窒素酸化物を処理するための還元剤を注入する還元剤供給手段と、前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させ、かつ、前記排気ガス中の前記硫黄酸化物のうちＳＯ _２をＳＯ _３へ酸化すると共に、酸性硫安を吸着させることを兼ねた脱硝兼脱硫触媒と、前記脱硝兼脱硫触媒の再生手段を備え、前記脱硝兼脱硫触媒は、前記過給機より下流側の経路に配置され、前記脱硝兼脱硫触媒を通過する前記排気ガスの温度を１５０℃以上２８０℃以下の温度範囲とすると共に、前記脱硝兼脱硫触媒を通過する前記排気ガスの量を前記脱硝兼脱硫触媒の体積で除した空間速度を５００ｈ^−１以上２７００ｈ^−１以下の範囲とした条件下で、前記排気ガスを脱硝すると同時に前記ＳＯ _３と前記還元剤及び水の反応で生じる前記酸性硫安を前記脱硝兼脱硫触媒に吸着させ、脱硝処理と脱硫処理を１つの前記脱硝兼脱硫触媒によって同時に行い、前記脱硝兼脱硫触媒が劣化した場合に前記再生手段により前記脱硝兼脱硫触媒の再生を行う。当該脱硝脱硫装置は、陸舶産業用内燃機関に搭載して脱硝脱硫装置を用いた陸舶産業用内燃機関とすることができる。

ここで、前記脱硝兼脱硫触媒を通過する前記排気ガスの温度を変更する排気ガス温度変更手段を備え、前記脱硝兼脱硫触媒を通過する前記排気ガスの温度を１５０℃以上２８０℃以下の温度範囲に変更することが好適である。

また、前記排気ガス温度変更手段は、運転初期に前記排気ガスの温度を１５０℃以上２２５℃未満の温度範囲に変更し、その後、前記排気ガスの温度を２２５℃以上２８０℃以下に変更することが好適である。

また、前記内燃機関は、４ストロークディーゼル機関であることが好適である。また、前記内燃機関は、２ストロークディーゼル機関であることが好適である。

また、前記脱硝兼脱硫触媒は、複数段に分割されて設けられ、少なくとも１つの段の前記脱硝兼脱硫触媒の単位断面積あたりのセルの数が他の段の前記脱硝兼脱硫触媒の単位断面積あたりのセルの数と異なっていることが好適である。

また、並列に配置された複数の前記脱硝兼脱硫触媒と、それぞれの前記脱硝兼脱硫触媒を通る前記経路に前記脱硝兼脱硫触媒に流す気体を切り替える切替弁を備え、前記切替弁を切り替えることにより、前記脱硝兼脱硫触媒の運転時は前記脱硝兼脱硫触媒に前記排気ガスを流し、前記脱硝兼脱硫触媒の再生時は前記脱硝兼脱硫触媒に前記再生手段から再生温度以上の温度の高温気体を流し、前記内燃機関の運転中に複数の前記脱硝兼脱硫触媒の運転と再生を切り替えることが好適である。

また、前記経路の前記脱硝兼脱硫触媒の下流側に、前記再生時に前記脱硝兼脱硫触媒から脱離した前記酸性硫安を再吸着させて回収する被毒物質除去装置を備えることが好適である。

また、前記脱硝兼脱硫触媒の下流の前記窒素酸化物の濃度を計測する窒素酸化物濃度計測手段、前記脱硝兼脱硫触媒の下流の前記硫黄酸化物の濃度を計測する硫黄酸化物濃度計測手段、及び前記脱硝兼脱硫触媒の前後の前記排気ガスの差圧を計測する差圧計測手段の少なくとも１つを備え、備えられた計測手段による計測結果の少なくとも１つに基づいて前記脱硝兼脱硫触媒の運転と再生を切り替えることが好適である。

本発明の請求項１に係る脱硝脱硫装置によれば、重油を燃焼させる内燃機関の排気ガスの窒素酸化物と硫黄酸化物を同時に処理する脱硝脱硫装置であって、前記排気ガスのエネルギーを用いて前記内燃機関に空気を供給する過給機と、前記窒素酸化物を処理するための還元剤を注入する還元剤供給手段と、前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させ、かつ、前記排気ガス中の前記硫黄酸化物のうちＳＯ _２をＳＯ _３へ酸化すると共に、酸性硫安を吸着させることを兼ねた脱硝兼脱硫触媒と、前記脱硝兼脱硫触媒の再生手段を備え、前記脱硝兼脱硫触媒は、前記過給機より下流側の経路に配置され、前記脱硝兼脱硫触媒を通過する前記排気ガスの温度を１５０℃以上２８０℃以下の温度範囲とすると共に、前記脱硝兼脱硫触媒を通過する前記排気ガスの量を前記脱硝兼脱硫触媒の体積で除した空間速度を５００ｈ^−１以上２７００ｈ^−１以下の範囲とした条件下で、前記排気ガスを脱硝すると同時に前記ＳＯ _３と前記還元剤及び水の反応で生じる前記酸性硫安を前記脱硝兼脱硫触媒に吸着させ、脱硝処理と脱硫処理を１つの前記脱硝兼脱硫触媒によって同時に行い、前記脱硝兼脱硫触媒が劣化した場合に前記再生手段により前記脱硝兼脱硫触媒の再生を行うことによって、重油を燃焼させることにより必要となる脱硝処理と脱硫処理を１つの脱硝兼脱硫触媒によって同時に行うことができる。これによって、構造が簡易であり、メンテナンスのコストを抑制した脱硝脱硫装置を提供することができる。

脱硝脱硫装置を陸舶産業用内燃機関に用いた場合は、自動車用等とは異なり周囲スペースが大きくとれるため、脱硝触媒の体積を大きくして空間速度を５００ｈ^−１以上２７００ｈ^−１以下の範囲とすることが容易にできる。

また、前記脱硝兼脱硫触媒を通過する前記排気ガスの温度を変更する排気ガス温度変更手段を備え、前記脱硝兼脱硫触媒を通過する前記排気ガスの温度を１５０℃以上２８０℃以下の温度範囲に変更することによって、前記排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を酸性硫安として前記脱硝兼脱硫触媒に効果的に吸着させて除去することができる。

また、前記排気ガス温度変更手段は、運転初期に前記排気ガスの温度を１５０℃以上２２５℃未満の温度範囲に変更し、その後、前記排気ガスの温度を２２５℃以上２８０℃以下に変更することによって、前記脱硝触媒における前記排気ガスの処理の運転初期に酸性硫安をより効果的に吸着させ、その酸性硫安をバインダとしてスート（煤）をより効果的に除去する状態とすることができる。その後、通常の排気ガスの処理温度範囲に戻すことにより、前記排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）とスート（煤）を安定的に除去することができる。

また、前記内燃機関は、４ストロークディーゼル機関であることによって、前記排気ガス温度変更手段によって前記脱硝触媒を通過する前記排気ガスの温度を１５０℃以上２８０℃以下の温度範囲に変更して効果的に前記排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去することができる。また、前記内燃機関は、２ストロークディーゼル機関であることによって、前記排気ガス温度変更手段によって又はそれによらず前記脱硝触媒を通過する前記排気ガスの温度を１５０℃以上２８０℃以下の温度範囲として効果的に前記排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去することができる。

また、前記脱硝兼脱硫触媒は、複数段に分割されて設けられ、少なくとも１つの段の前記脱硝兼脱硫触媒の単位断面積あたりのセルの数が他の段の前記脱硝兼脱硫触媒の単位断面積あたりのセルの数と異なっていることによって、前記排気ガスに含まれるスート（煤）を効果的に除去することができる。

また、並列に配置された複数の前記脱硝兼脱硫触媒と、それぞれの前記脱硝兼脱硫触媒を通る前記経路に前記脱硝兼脱硫触媒に流す気体を切り替える切替弁を備え、前記切替弁を切り替えることにより、前記脱硝兼脱硫触媒の運転時は前記脱硝兼脱硫触媒に前記排気ガスを流し、前記脱硝兼脱硫触媒の再生時は前記脱硝兼脱硫触媒に前記再生手段から再生温度以上の温度の高温気体を流し、前記内燃機関の運転中に複数の前記脱硝兼脱硫触媒の運転と再生を切り替えることによって、複数の前記脱硝兼脱硫触媒を切り替えながら連続的に前記排気ガスの脱硝及び脱硫処理を行うことができる。

また、前記経路の前記脱硝兼脱硫触媒の下流側に、前記再生時に前記脱硝兼脱硫触媒から脱離した前記酸性硫安を再吸着させて回収する被毒物質除去装置を備えることによって、前記脱硝兼脱硫触媒を再生した際に離脱した被毒物質を前記被毒物質除去装置により回収及び除去することができる。

また、前記脱硝兼脱硫触媒の下流の前記窒素酸化物の濃度を計測する窒素酸化物濃度計測手段、前記脱硝兼脱硫触媒の下流の前記硫黄酸化物の濃度を計測する硫黄酸化物濃度計測手段、及び前記脱硝兼脱硫触媒の前後の前記排気ガスの差圧を計測する差圧計測手段の少なくとも１つを備え、備えられた計測手段による計測結果の少なくとも１つに基づいて前記脱硝兼脱硫触媒の運転と再生を切り替えることによって、前記計測結果に基づいて前記脱硝兼脱硫触媒の劣化状況に応じて運転と再生を切り替えることができる。

本発明の実施の形態における脱硝脱硫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被毒物質除去手段を示す図である。本発明の実施の形態における脱硝脱硫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脱硝触媒の構成を示す図である。本発明の実施の形態における脱硝脱硫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脱硝脱硫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脱硝触媒の経時的な性能劣化を示す図である。

本発明の実施の形態における脱硝脱硫装置１００は、図１に示すように、脱硝触媒１０（１０ａ，１０ｂ）、還元剤供給手段１２、空気供給手段１４、ヒータ１６及び被毒物質除去手段１８を含んで構成される。

脱硝脱硫装置１００は、重油を燃焼させる内燃機関１０２から排出される排気ガスの流路に配置され、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する。内燃機関１０２には、排気ガスのエネルギーを用いて内燃機関１０２に空気を供給するための過給機１０４が設けられ、過給機１０４の下流側の経路に脱硝脱硫装置１００が設けられる。

脱硝触媒１０は、選択触媒還元装置（ＳＣＲ）における触媒である。脱硝触媒１０は、内燃機関１０２から排出された排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。脱硝触媒１０は、チタン・バナジウム系の触媒とすることが好適である。例えば、脱硝触媒１０は、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ＴｉＯ_２系触媒が使用される。脱硝触媒１０に還元剤となるアンモニアを供給することによって窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応させ、化学式（１）のように、水と窒素に分解する。また、排気ガスの流路に尿素を噴射し、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が採られている。

＜化学式（１）＞
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ

＜化学式（２）＞
（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→２ＮＨ_３＋ＣＯ_２

脱硝触媒１０は、排気ガスの経路に接続された筐体内に充填される。脱硝触媒１０をチタン・バナジウム系の触媒とした場合、その反応面積を広くするために平板や触媒の細管であるセルを複数束ねた構造とすることが好ましい。脱硝触媒１０は、例えば、ハニカム構造とすることが好適である。

還元剤供給手段１２は、尿素タンク、ポンプ、尿素バルブ、コンプレッサ及び空気バルブを含んで構成することができる。還元剤供給手段１２は、噴射ノズルを介して尿素（尿素水）と空気とを脱硝触媒１０より上流の経路へ供給するために設けられる。例えば、尿素（尿素水（（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ））を還元剤として排気経路内へ噴射し、化学式（２）で表される分解反応により生ずるアンモニアを脱硝触媒１０の表面に供給する構成とすることが好適である。ただし、還元剤は尿素（尿素水）に限定されるものではなく、例えば、アンモニアを直接用いてもよい。

ところで、内燃機関１０２から排出される排気ガス中に二酸化硫黄（ＳＯ_２）等の硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれている重油の場合、化学式（３），（４）に示すように、還元剤供給手段１２から供給される還元剤との反応により酸性硫安（硫酸水素アンモニウム）等の被毒物質が生成される。

＜化学式（３）＞
ＳＯ_２＋（１／２）Ｏ_２→ＳＯ_３

＜化学式（４）＞
ＮＨ_３＋ＳＯ_３＋Ｈ_２Ｏ←→ＮＨ_４ＨＳＯ_４

脱硝脱硫装置１００では、生成された酸性硫安等の被毒物質を脱硝触媒１０に吸着させて回収し、内燃機関１０２から排出される排気ガスから硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する。すなわち、被毒物質の吸着（一次被毒）を積極的に硫黄酸化物（ＳＯｘ）の除去に利用し、脱硝触媒１０において窒素酸化物（ＮＯｘ）の除去と同時に硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する。

ここで、排気ガスから硫黄酸化物（ＳＯｘ）を十分に除去するためには、脱硝触媒１０を通過する排気ガス量に対して十分な体積の脱硝触媒１０を設けることが必要である。そこで、脱硝触媒１０を通過する排気ガス量を脱硝触媒１０の体積で除した空間速度を２７００ｈ^−１以下、より好ましくは１３５０ｈ^−１以下とすることが好適である。このような条件を満たす脱硝触媒１０を適用することによって、排気ガスに含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）を十分に除去することができる。特に、硫黄成分が０．１％以上、さらに０．５％以上の重油を燃焼させたときの排気ガスから硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去することができる。一方、現実的に実装できる体積を考慮すると、脱硝触媒１０を通過する排気ガス量を脱硝触媒１０の体積で除した空間速度を５００ｈ^−１以上、より好ましくは１０００ｈ^−１以上とすることが好適である。

なお、脱硝脱硫装置１００を陸舶産業用内燃機関に用いた場合は、自動車用等とは異なり周囲スペースが大きくとれるため、脱硝触媒１０の体積を大きくして空間速度を５００ｈ^−１以上２７００ｈ^−１以下の範囲とすることが容易にできる。また、後述する第１の状態と第２の状態の切り替えの頻度を減らすために空間速度を１３５０ｈ^−１以下とすることが好適であり、例えば舶用にあっては船体や甲板に支障なく収納する上で５００ｈ^−１以上、より好ましくは１０００ｈ^−１以上とすることが好適である。

このように窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）が除去されるが、脱硝触媒１０に吸着した被毒物質を除去して脱硝触媒１０を再生するために空気供給手段１４、ヒータ１６及び被毒物質除去手段１８が設けられる。

空気供給手段１４は、コンプレッサ等の空気供給装置を備え、脱硝触媒１０に対して空気を供給する。ヒータ１６は、空気供給手段１４により供給される空気を脱硝触媒１０の再生温度以上に加熱して脱硝触媒１０に供給する。具体的には、ヒータ１６は、空気を３５０℃以上に加熱できることが好適である。なお、本実施の形態では、脱硝触媒１０の再生のために空気を供給するものとしたが、他の気体を供給する構成としてもよい。このように再生温度以上に加熱された空気を脱硝触媒１０に供給することによって、脱硝触媒１０に吸着している被毒物質を気化させて脱硝触媒１０から脱離させることができる。

被毒物質除去手段１８は、脱硝触媒１０から脱離した被毒物質を再吸着させて回収する手段である。被毒物質除去手段１８は、例えば、図２に示すように、中空の楔状部材１８ａ、楔状部材１８ａが差し込まれる切り欠きが設けられた掻き落とし板１８ｂ及び楔状部材１８ａが差し込まれた壁面１８ｃを組み合わせて構成することができる。楔状部材１８ａには、海水等の冷却液を循環させ、楔状部材１８ａの表面に脱硝触媒１０から気化して脱離した被毒物質ガスが触れることにより凝固して吸着する。その後、楔状部材１８ａの表面に押し付けられる方向（図２（ｂ）の正面図下向き）に掻き落とし板１８ｂを付勢し、掻き落とし板１８ｂに対して楔状部材１８ａを引き抜くことによって、楔状部材１８ａの表面に付着した被毒物質を掻き落とし板１８ｂによって掻き落として被毒物質保管タンク等に回収する。

なお、脱硝脱硫装置１００では、２つの脱硝触媒１０ａ，１０ｂを並列に設けることによって、一方において脱硝処理及び脱硫処理の運転を行っている間に他方を再生できる構成とすることが好適である。

本実施の形態では、切替弁２０ａ〜２０ｅを設け、脱硝触媒１０ａにおいて内燃機関１０２からの排気ガスの脱硝及び脱硫の処理が行われ、脱硝触媒１０ｂにおいて再生処理が行われる第１の状態と、脱硝触媒１０ｂにおいて内燃機関１０２からの排気ガスの脱硝及び脱硫の処理が行われ、脱硝触媒１０ａにおいて再生処理が行われる第２の状態と、を切り替える構成としている。

第１の状態では、内燃機関１０２からの排気ガスが脱硝触媒１０ａに流入し、脱硝触媒１０ｂには流入しないように切替弁２０ａを切り替える。また、空気供給手段１４から供給される気体が脱硝触媒１０ｂに流入し、脱硝触媒１０ａには流入しないように切替弁２０ｂを切り替える。また、脱硝触媒１０ａに流入する排気ガスに還元剤が噴射され、脱硝触媒１０ｂに流入する気体には還元剤が噴射されないように切替弁２０ｃを切り替える。また、脱硝触媒１０ｂから排出される気体が被毒物質除去手段１８に流入し、脱硝触媒１０ａから排出される排気ガスが被毒物質除去手段１８に流入しないように切替弁２０ｄを切り替える。また、脱硝触媒１０ａから排出される排気ガスが煙突に流入し、脱硝触媒１０ｂから排出される気体が煙突に流入しないように切替弁２０ｅを切り替える。

第２の状態では、切替弁２０ａ〜２０ｅを逆の状態となるように切り替える。また、第１の状態と第２の状態の切り替えに当っては、内燃機関１０２からの排気ガスが滞らないように、運転に支障がないように切替弁２０ａ〜２０ｅを連携して切り替える。

このような構成を採用することによって、一方の脱硝触媒を再生しつつ、他方の脱硝触媒により排気ガスの処理を行うことができる。したがって、排気ガスからの窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）の除去を中断することなく、連続的に行うことが可能となる。

なお、脱硝触媒１０において化学式（４）において酸性硫安が析出するためには、脱硝触媒１０を通過する際の排気ガスの温度を１５０℃以上２８０℃以下、より好ましくは２００℃以上２５０℃以下とすることが好適である。すなわち、酸露点の観点から排気ガスの温度範囲の下限は１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上とすることが好適である。また、脱硝触媒１０に酸性硫安を効率的に吸着させるという観点から排気ガスの温度範囲の上限は２８０℃以下、より好ましくは２５０℃以下とすることが好適である。

ここで、内燃機関１０２が２ストロークディーゼルエンジンである場合、過給機１０４を通過した後の排気ガスの温度は一般的に２００℃以上２８０℃以下となる。したがって、この場合には、過給機１０４を介して内燃機関１０２から排出された排気ガスを脱硝脱硫装置１００へ直接導入すればよい。

一方、内燃機関１０２が４ストロークディーゼルエンジンである場合、過給機１０４を通過した後の排気ガスの温度は一般的に３００℃以上４５０℃以下となる。この場合、図３に示すように、過給機１０４から脱硝触媒１０との間の経路に排気ガス温度変更手段１０６を設けることが好適である。排気ガス温度変更手段１０６は、例えば、排気ガスから熱を回収する熱交換器（排熱回収装置）等とすることが好適である。排気ガス温度変更手段１０６を介して排気ガスの熱を回収することにより排気ガスの温度を１５０℃以上２８０℃以下に低下させ、その後、脱硝触媒１０に導入するようにすればよい。

また、脱硝触媒１０においてさらにスート（煤）を除去するように構成してもよい。図４の模式図に示すように、脱硝触媒１０は、複数の筒状のセル２２を縦・横に並べて組み合わせて構成される。そこで、筒状のセル２２をフィルタとして利用することにより排気ガスからスート（煤）を除去する。

このとき、図４に示すように、脱硝触媒１０の各々を複数段に分割し、少なくとも１つの段の単位断面積あたりのセルの数が他の段の単位断面積あたりのセルの数を異ならせることが好適である。例えば、脱硝触媒１０を２段に分割し、前段の単位断面積あたりのセル２２ａの数を後段の単位断面積あたりのセル２２ｂの数より多くする。このような構成では、前段においてスート（煤）を積極的に除去し、後段がスート（煤）によって詰まり難くなる。このため後段で脱硝や脱硫を効率的に行うことが可能となる。また、逆に、前段の単位断面積あたりのセルの数を後段の単位断面積あたりのセルの数より少なくしてもよい。このような構成では、前段において大きなスート（煤）を除去し、後段においてはより小さなスート（煤）を除去し、各段において均等にスート（煤）を除去することができる。このため前段でのスート（煤）の付着による詰まりが減少され、脱硝触媒１０による排気ガスの圧力損失が減少される。

また、排気ガス温度変更手段１０６を設けている場合、脱硝触媒１０によって排気ガスを処理する際に、運転初期には排気ガスの温度を１５０℃以上２２５℃未満に変更し、その後、排気ガスの温度を２２５℃以上２８０℃以下に変更することが好適である。これによって、運転初期に脱硝触媒１０に酸性硫安が吸着し易くなり、この吸着した酸性硫安がバインダの役割を果たしてスート（煤）を捕捉し易くなる。スート（煤）を捕捉し易くなった後、通常の温度範囲にすることによって酸性硫安とスートの両方を安定して捕捉することができる。

脱硝触媒１０によりスート（煤）を除去する場合、図５に示すように、スートブローのための空気供給手段３０及びスート保管タンク３２を設けることが好適である。空気供給手段３０は、脱硝触媒１０（１０ａ，１０ｂ）にスート（煤）をブローするための空気を供給する。空気供給手段３０は、脱硝触媒１０の下流側から上流側に向けて空気を吹き付ける構成とすることが好適である。スート保管タンク３２は、空気供給手段３０によって脱硝触媒１０から取り除かれたスート（煤）を回収して保管する。

図５の構成では、脱硝触媒１０ａ，１０ｂのうち再生の対象となる触媒に対してスートブローを施すために切替弁２０ｆを設けている。スートブローは、脱硝触媒１０ａ又は脱硝触媒１０ｂの再生処理前に行うことが好適である。

なお、脱硝触媒１０の運転と再生の切り替えは、処理後の排気ガスの特性や脱硝脱硫装置１００の状態に応じて行うことが好適である。具体的には、図６に示すように、脱硝触媒１０の下流の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を計測する窒素酸化物濃度計測センサ４０、脱硝触媒１０の下流の排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）の濃度を計測する硫黄酸化物濃度計測センサ４２、及び脱硝触媒１０の前後の排気ガスの差圧を計測する差圧計測センサ４４の少なくとも１つを設け、これらの計測手段によって計測された結果の少なくとも１つに基づいて脱硝触媒１０の運転と再生を切り替えることが好適である。

例えば、窒素酸化物濃度計測センサ４０によって計測される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度が所定の基準値を超えた場合には、現在処理に使用している脱硝触媒１０が劣化しているものとして再生処理を施す。図６のように脱硝触媒１０を複数備えている場合には、排気ガスの処理に使用している脱硝触媒１０を再生に切り替え、再生している脱硝触媒１０を排気ガスの処理に切り替える。

また、例えば、硫黄酸化物濃度計測センサ４２によって計測される排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）の濃度が所定の基準値を超えた場合には、現在処理に使用している脱硝触媒１０が劣化しているものとして再生処理を施す。図６のように脱硝触媒１０を複数備えている場合には、排気ガスの処理に使用している脱硝触媒１０を再生に切り替え、再生している脱硝触媒１０を排気ガスの処理に切り替える。

また、例えば、差圧計測センサ４４によって計測される現在排気ガスの処理に使用されている脱硝触媒１０の差圧が所定の基準値を超えた場合には、現在処理に使用している脱硝触媒１０が劣化しているものとして再生処理を施す。図６のように脱硝触媒１０を複数備えている場合には、排気ガスの処理に使用している脱硝触媒１０を再生に切り替え、再生している脱硝触媒１０を排気ガスの処理に切り替える。

このとき、図７に示すように、一般的な脱硝触媒１０では排気ガスの処理に使用する時間に対して脱硝性能、脱硫性能及び差圧維持性能の順に劣化が進行するので、窒素酸化物濃度計測センサ４０、硫黄酸化物濃度計測センサ４２及び差圧計測センサ４４の計測結果の優先順位で脱硝触媒１０の劣化を検出するようにすればよい。また、窒素酸化物濃度計測センサ４０、硫黄酸化物濃度計測センサ４２及び差圧計測センサ４４は、そのうち少なくとも１つを設けて、設けられたセンサの計測結果に基づいて脱硝触媒１０の劣化を検出できればよい。また、窒素酸化物濃度計測センサ４０、硫黄酸化物濃度計測センサ４２及び差圧計測センサ４４によって計測される計測結果を適宜組み合わせて脱硝触媒１０の劣化を検出してもよい。

本発明は、ディーゼルエンジンを含む様々な重油を燃焼させる内燃機関の脱硝及び脱硫の処理に適用することができる。すなわち、本発明の脱硝脱硫装置を搭載した陸舶産業用内燃機関とすることができる。

１０（１０ａ，１０ｂ）脱硝触媒、１２還元剤供給手段、１４空気供給手段、１６ヒータ、１８被毒物質除去手段、１８ａ楔状部材、１８ｂ掻き落とし板、２０ａ〜２０ｆ切替弁、２２（２２ａ，２２ｂ）セル、３０空気供給手段、３２スート保管タンク、４０窒素酸化物濃度計測センサ、４２硫黄酸化物濃度計測センサ、４４差圧計測センサ、１００脱硝脱硫装置、１０２内燃機関、１０４過給機、１０６排気ガス温度変更手段。

Claims

重油を燃焼させる内燃機関の排気ガスの窒素酸化物と硫黄酸化物を同時に処理する脱硝脱硫装置であって、
前記排気ガスのエネルギーを用いて前記内燃機関に空気を供給する過給機と、
前記窒素酸化物を処理するための還元剤を注入する還元剤供給手段と、
前記窒素酸化物と前記還元剤とを反応させ、かつ、前記排気ガス中の前記硫黄酸化物のうちＳＯ _２をＳＯ _３へ酸化すると共に、酸性硫安を吸着させることを兼ねた脱硝兼脱硫触媒と、
前記脱硝兼脱硫触媒の再生手段を備え、
前記脱硝兼脱硫触媒は、前記過給機より下流側の経路に配置され、
前記脱硝兼脱硫触媒を通過する前記排気ガスの温度を１５０℃以上２８０℃以下の温度範囲とすると共に、前記脱硝兼脱硫触媒を通過する前記排気ガスの量を前記脱硝兼脱硫触媒の体積で除した空間速度を５００ｈ^−１以上２７００ｈ^−１以下の範囲とした条件下で、前記排気ガスを脱硝すると同時に前記ＳＯ _３と前記還元剤及び水の反応で生じる前記酸性硫安を前記脱硝兼脱硫触媒に吸着させ、脱硝処理と脱硫処理を１つの前記脱硝兼脱硫触媒によって同時に行い、前記脱硝兼脱硫触媒が劣化した場合に前記再生手段により前記脱硝兼脱硫触媒の再生を行うことを特徴とする脱硝脱硫装置。
請求項１に記載の脱硝脱硫装置であって、
前記脱硝兼脱硫触媒を通過する前記排気ガスの温度を変更する排気ガス温度変更手段を備え、
前記脱硝兼脱硫触媒を通過する前記排気ガスの温度を１５０℃以上２８０℃以下の温度範囲に変更することを特徴とする脱硝脱硫装置。
請求項２に記載の脱硝脱硫装置であって、
前記排気ガス温度変更手段は、運転初期に前記排気ガスの温度を１５０℃以上２２５℃未満の温度範囲に変更し、その後、前記排気ガスの温度を２２５℃以上２８０℃以下に変更することを特徴とする脱硝脱硫装置。
請求項２又は３に記載の脱硝脱硫装置であって、
前記内燃機関は、４ストロークディーゼル機関であることを特徴とする脱硝脱硫装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の脱硝脱硫装置であって、
前記内燃機関は、２ストロークディーゼル機関であることを特徴とする脱硝脱硫装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の脱硝脱硫装置であって、
前記脱硝兼脱硫触媒は、複数段に分割されて設けられ、
少なくとも１つの段の前記脱硝兼脱硫触媒の単位断面積あたりのセルの数が他の段の前記脱硝兼脱硫触媒の単位断面積あたりのセルの数と異なっていることを特徴とする脱硝脱硫装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の脱硝脱硫装置であって、
並列に配置された複数の前記脱硝兼脱硫触媒と、
それぞれの前記脱硝兼脱硫触媒を通る前記経路に前記脱硝兼脱硫触媒に流す気体を切り替える切替弁を備え、
前記切替弁を切り替えることにより、前記脱硝兼脱硫触媒の運転時は前記脱硝兼脱硫触媒に前記排気ガスを流し、前記脱硝兼脱硫触媒の再生時は前記脱硝兼脱硫触媒に前記再生手段から再生温度以上の温度の高温気体を流し、前記内燃機関の運転中に複数の前記脱硝兼脱硫触媒の運転と再生を切り替えることを特徴とする脱硝脱硫装置。
請求項７に記載の脱硝脱硫装置であって、
前記経路の前記脱硝兼脱硫触媒の下流側に、前記再生時に前記脱硝兼脱硫触媒から脱離した前記酸性硫安を再吸着させて回収する被毒物質除去装置を備えることを特徴とする脱硝脱硫装置。
請求項７又は８に記載の脱硝脱硫装置であって、
前記脱硝兼脱硫触媒の下流の前記窒素酸化物の濃度を計測する窒素酸化物濃度計測手段、前記脱硝兼脱硫触媒の下流の前記硫黄酸化物の濃度を計測する硫黄酸化物濃度計測手段、及び前記脱硝兼脱硫触媒の前後の前記排気ガスの差圧を計測する差圧計測手段の少なくとも１つを備え、備えられた計測手段による計測結果の少なくとも１つに基づいて前記脱硝兼脱硫触媒の運転と再生を切り替えることを特徴とする脱硝脱硫装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の脱硝脱硫装置を陸舶産業用内燃機関に搭載したことを特徴とする脱硝脱硫装置を用いた陸舶産業用内燃機関。