JPH01280617A - エンジン排気中の窒素酸化物処理システム - Google Patents
エンジン排気中の窒素酸化物処理システムInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、エンジン、好適にはディーゼルエンジンの排
気中の窒素酸化物(以下、N Oxという)を車両上で
処理するシステムに関する。
気中の窒素酸化物(以下、N Oxという)を車両上で
処理するシステムに関する。
一般に、ガソリンエンジン排気中のNOX処理は、その
排気を触媒床に導入することにより、通常行われている
が、車両用ディーゼルエンジンの場合には、排気中の酸
素量が多いために触媒が使用できず、専ら燃焼改善によ
り排気中のNoXを低減させているt 一方、定置用ボイラーおよびディーゼルエンジンの分野
においては、排気中のNOX処理にあたって、第8図に
示すように、アンモニアボンベを備え、NOX処理触媒
床にディーゼルエンジンの排気と共にアンモニアを導入
させ、下記反応によりNo、を還元処理する方式(SC
R法)が採用されている。
排気を触媒床に導入することにより、通常行われている
が、車両用ディーゼルエンジンの場合には、排気中の酸
素量が多いために触媒が使用できず、専ら燃焼改善によ
り排気中のNoXを低減させているt 一方、定置用ボイラーおよびディーゼルエンジンの分野
においては、排気中のNOX処理にあたって、第8図に
示すように、アンモニアボンベを備え、NOX処理触媒
床にディーゼルエンジンの排気と共にアンモニアを導入
させ、下記反応によりNo、を還元処理する方式(SC
R法)が採用されている。
2 NH’3 + 2 No + (1/2) ○z
= 2N z + 3H20〔発明が解決しようとす
る課題〕 しかしながら、上記従来の定置用ボイラおよびディーゼ
ルエンジン排気中のNOX処理方式では、アンモニアボ
ンへを定期的に充填、或いは交換をしなければならない
という問題を有しており、重量、メンテナンス等の点で
車両用としては不向きであり、実用化には到っていない
。
= 2N z + 3H20〔発明が解決しようとす
る課題〕 しかしながら、上記従来の定置用ボイラおよびディーゼ
ルエンジン排気中のNOX処理方式では、アンモニアボ
ンへを定期的に充填、或いは交換をしなければならない
という問題を有しており、重量、メンテナンス等の点で
車両用としては不向きであり、実用化には到っていない
。
一方、従来のアンモニア製造方法は、第9図に示すよう
に、大規模設備を用い高圧下で製造するものであり、し
かもガス精製に冷凍方法を使用するなど、車両に搭載す
ることが困難である。
に、大規模設備を用い高圧下で製造するものであり、し
かもガス精製に冷凍方法を使用するなど、車両に搭載す
ることが困難である。
本発明は上記問題を解決するものであって、軽油を燃料
とするディーゼルエンジンに着目し、車両に搭載可能な
エンジン排気中の窒素酸化物処理方法、および装置を提
供することを目的とする。
とするディーゼルエンジンに着目し、車両に搭載可能な
エンジン排気中の窒素酸化物処理方法、および装置を提
供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明は、車両上でアンモ
ニア合成を行い、該アンモニアによりエンジン排気中の
窒素酸化物を選択還元するにあたり、燃料を空気により
部分酸化した反応生成ガスから、水素、および窒素を分
離してアンモニア合成を行うことを特徴とするものであ
る。
ニア合成を行い、該アンモニアによりエンジン排気中の
窒素酸化物を選択還元するにあたり、燃料を空気により
部分酸化した反応生成ガスから、水素、および窒素を分
離してアンモニア合成を行うことを特徴とするものであ
る。
ところで、車両上でアンモニアを合成するためには、■
窒素があること、■水素があること、■cotM度が少
ないこと、■高圧で反応させることが必要である。この
うち、■窒素は空気中の窒素を利用し、■水素は軽油(
C,H,、)を空気により部分酸化して水素を発生させ
、■CO濃度を減少させるため、水素分離膜を利用して
COを除去り、■高圧で反応させるためbiは加圧ポン
プを使用することにより実現するものである。そのため
に本発明においては、下記の装置のいくつかを組み合わ
せてシステムを構成する。
窒素があること、■水素があること、■cotM度が少
ないこと、■高圧で反応させることが必要である。この
うち、■窒素は空気中の窒素を利用し、■水素は軽油(
C,H,、)を空気により部分酸化して水素を発生させ
、■CO濃度を減少させるため、水素分離膜を利用して
COを除去り、■高圧で反応させるためbiは加圧ポン
プを使用することにより実現するものである。そのため
に本発明においては、下記の装置のいくつかを組み合わ
せてシステムを構成する。
(接触分解反応器)
軽油C,H2゜を分解し水素を発生させる。
反応式は、Cn H2M = Cn Hn +(n /
2 ) Hz接触分解反応は公知の反応であり、例え
ば白金シリカアルミナ系触媒を用い、温度500°C付
近で軽油を分解する。生成した不飽和炭化水素は再び軽
油タンクへ戻し燃料として使用する。この際、流動触媒
床式を採用し、エアータンクより高圧空気を導入し触媒
を巻き上げ、反応を活性化させる。
2 ) Hz接触分解反応は公知の反応であり、例え
ば白金シリカアルミナ系触媒を用い、温度500°C付
近で軽油を分解する。生成した不飽和炭化水素は再び軽
油タンクへ戻し燃料として使用する。この際、流動触媒
床式を採用し、エアータンクより高圧空気を導入し触媒
を巻き上げ、反応を活性化させる。
従って本触媒層からは水素の他に軽沸点不飽和炭化水素
分、窒素、酸素がガス状にて排出される。
分、窒素、酸素がガス状にて排出される。
(部分酸化反応器■)
軽油、水および空気から水素と一酸化炭素を発生させる
。反応式は Cn H211+XH2O+ yC)z −+zH2+
nCO部分酸化反応は公知の反応であり、例えばニソゲ
ル系触媒を用い、温度800°C以上で軽油を分解する
。
。反応式は Cn H211+XH2O+ yC)z −+zH2+
nCO部分酸化反応は公知の反応であり、例えばニソゲ
ル系触媒を用い、温度800°C以上で軽油を分解する
。
(部分酸化反応器■)
与熱によりガス化した軽油と空気を、一酸化炭素と水素
、および窒素の混合ガスに変換する。
、および窒素の混合ガスに変換する。
Cr+ Hzn+ (n/2)02 =nCO+nHz
この部分酸化反応は公知であり、その触媒としては、例
えば、N i −Kz O−A 1203触媒を使用し
、800℃以上、8気圧の加圧下で実施しうる。
この部分酸化反応は公知であり、その触媒としては、例
えば、N i −Kz O−A 1203触媒を使用し
、800℃以上、8気圧の加圧下で実施しうる。
上記N 1−Kz O−A L Os触媒について、従
来工業的に知られているものは、円柱状、球状のペレッ
ト触媒であるが、トラック等に搭載した場合には摩耗し
易いという欠点がある。そこで、本発明においては、1
平方インチ当たり300〜600個の還流ガス通路をも
つコージュライトハニカムにβ−アルミナを被覆して表
面積を増大させ、その上にN i −K触媒を含浸させ
る。従って、ハニカム構造のために振動に強く、またβ
−アルミナのために耐熱性が高く、1000’C程度の
高温下での使用に耐える。なお、β−アルミナの代わり
にγ−アルミナを使用してもよい。この場合には、表面
積は増大するが、耐熱性(800゜C程度)は低下する
。また、β−アルミナとy −アルミナを併用してもよ
い。
来工業的に知られているものは、円柱状、球状のペレッ
ト触媒であるが、トラック等に搭載した場合には摩耗し
易いという欠点がある。そこで、本発明においては、1
平方インチ当たり300〜600個の還流ガス通路をも
つコージュライトハニカムにβ−アルミナを被覆して表
面積を増大させ、その上にN i −K触媒を含浸させ
る。従って、ハニカム構造のために振動に強く、またβ
−アルミナのために耐熱性が高く、1000’C程度の
高温下での使用に耐える。なお、β−アルミナの代わり
にγ−アルミナを使用してもよい。この場合には、表面
積は増大するが、耐熱性(800゜C程度)は低下する
。また、β−アルミナとy −アルミナを併用してもよ
い。
(水素分離手段)
部分酸化反応により、発生した上記混合ガスより、例え
ば水素分離膜により、水素と窒素を通過させて分離する
と共に、一酸化炭素、窒素の大部分は通過させず、例え
ばエンジン内に導入し、燃焼させる。この種水素分離膜
は、例えば、多孔性ガラス膜、アルミナ膜等の無機多孔
性膜、ポリスルホン膜、テフロン膜、芳香族ポリイミド
膜、脂肪族ポリイミド膜等の高分子膜が適しており、そ
の他パラジウム等の金属薄膜、モレキュラーシーブ等で
もよい。
ば水素分離膜により、水素と窒素を通過させて分離する
と共に、一酸化炭素、窒素の大部分は通過させず、例え
ばエンジン内に導入し、燃焼させる。この種水素分離膜
は、例えば、多孔性ガラス膜、アルミナ膜等の無機多孔
性膜、ポリスルホン膜、テフロン膜、芳香族ポリイミド
膜、脂肪族ポリイミド膜等の高分子膜が適しており、そ
の他パラジウム等の金属薄膜、モレキュラーシーブ等で
もよい。
(酸化反応器)
水素分離膜により分離された水素の一部とエアタンクよ
り導入された空気が、本反応器内で燃焼する。これによ
り酸素を殆ど消費させる。従って本触媒層からは加熱、
昇温された水素、窒素、水が排出される。酸化反応は公
知の反応であり金の微粒子を酸化鉄に固定化した金微粒
子触媒等が用いられる。
り導入された空気が、本反応器内で燃焼する。これによ
り酸素を殆ど消費させる。従って本触媒層からは加熱、
昇温された水素、窒素、水が排出される。酸化反応は公
知の反応であり金の微粒子を酸化鉄に固定化した金微粒
子触媒等が用いられる。
(Co転化反応器)
一酸化炭素と水から水素を発生させる。反応式%式%
CO転化反応は公知の反応であり、例えば、鉄系触媒、
ルテニウム系触媒、ニッケル系触媒等が用いられる。
ルテニウム系触媒、ニッケル系触媒等が用いられる。
(アンモニア合成反応器)
触媒としては、一酸化炭素による被毒作用が少なく、活
性の高いルテニウム系触媒、例えばRu−CS OH/
A’ I z O3触媒を使用する。このRu −C
s OH/ A l 203触媒は公知触媒であり、例
えば、Chemistry Letters。
性の高いルテニウム系触媒、例えばRu−CS OH/
A’ I z O3触媒を使用する。このRu −C
s OH/ A l 203触媒は公知触媒であり、例
えば、Chemistry Letters。
14.63〜1464、’l”’116 Chemi
calSociety of Japan、198
1に記載された方法で製造しうる。
calSociety of Japan、198
1に記載された方法で製造しうる。
(アンモニア吸着脱離用固体酸層)
固体酸としては、酸処理されたシリカ、アルミナ或いは
ゼオライトが適している。固体酸は100℃程度の比較
的低温でアンモニアを吸着し、400℃程度の高温でア
ンモニアを脱離する性質を有している。この固体酸を2
層設け、交互に加熱、冷却を繰り返すことによりアンモ
ニアを吸着、または分離し、分離したアンモニアはアン
モニアタンクに貯蔵する。未反応の窒素、水素は再度ア
ンモニア合成器に送られる。
ゼオライトが適している。固体酸は100℃程度の比較
的低温でアンモニアを吸着し、400℃程度の高温でア
ンモニアを脱離する性質を有している。この固体酸を2
層設け、交互に加熱、冷却を繰り返すことによりアンモ
ニアを吸着、または分離し、分離したアンモニアはアン
モニアタンクに貯蔵する。未反応の窒素、水素は再度ア
ンモニア合成器に送られる。
燃料を空気により部分酸化した反応生成ガスは、一酸化
炭素、水素、窒素等からなるが、アンモニア合成原料で
ある水素、および窒素を反応生成ガスから分離する手段
として、例えば芳香族ポリイミド製水素分離膜を使用す
ることにより、好適に部分酸化反応ガスから分離するこ
とができるので、車両上においてもアンモニア合成を行
うことを可能とするものである。
炭素、水素、窒素等からなるが、アンモニア合成原料で
ある水素、および窒素を反応生成ガスから分離する手段
として、例えば芳香族ポリイミド製水素分離膜を使用す
ることにより、好適に部分酸化反応ガスから分離するこ
とができるので、車両上においてもアンモニア合成を行
うことを可能とするものである。
以下、図面を参照しつつ実施1例を説明する。
第1図は本発明のエンジン排気中の窒素酸化物処理シス
テムの1実施例を示す構成図である。
テムの1実施例を示す構成図である。
図中、10はディーゼルエンジン、11は軽油タンク、
12ばバルブ、13ば接触分解反応器、21は水素分離
膜、14はコンプレッサーエアタンク、15は酸化反応
器、16はアンモニア合成反応器、22は生成したアン
モニアを吸着脱離するための固体酸槽、17ばアンモニ
アボンベ、18は濃度センサ、19はバルブ、20はN
OX処理用触媒床を示す。
12ばバルブ、13ば接触分解反応器、21は水素分離
膜、14はコンプレッサーエアタンク、15は酸化反応
器、16はアンモニア合成反応器、22は生成したアン
モニアを吸着脱離するための固体酸槽、17ばアンモニ
アボンベ、18は濃度センサ、19はバルブ、20はN
OX処理用触媒床を示す。
ディーゼルエンジン10の燃料である軽油タンク11か
ら軽油をバルブ12を経て、適宜の加熱手段を設けた接
触分解反応器13へ導入すると共に、8気圧程度に保た
れたブレーキ用コンプレッサーエアタンク14から高圧
空気を導入して軽油を接触分解反応を行わせ、水素、軽
沸点炭化水素、窒素、酸素を排出する。
ら軽油をバルブ12を経て、適宜の加熱手段を設けた接
触分解反応器13へ導入すると共に、8気圧程度に保た
れたブレーキ用コンプレッサーエアタンク14から高圧
空気を導入して軽油を接触分解反応を行わせ、水素、軽
沸点炭化水素、窒素、酸素を排出する。
次に水素分離膜21で分離した水素とエアタンク14か
らの窒素、酸素を酸化反応器15に導入して分解ガス中
の酸素を除去させ、次いで窒素、水素を含有するガスを
アンモニア合成反応器16に導入してアンモニアとし、
生成したアンモニアを固体酸槽22で分離してアンモニ
アホンへ17に貯蔵する。アンモニア合成反応器16に
おいて、未反応の窒素、水素は再びアンモニア合成反応
器16に循環させる。
らの窒素、酸素を酸化反応器15に導入して分解ガス中
の酸素を除去させ、次いで窒素、水素を含有するガスを
アンモニア合成反応器16に導入してアンモニアとし、
生成したアンモニアを固体酸槽22で分離してアンモニ
アホンへ17に貯蔵する。アンモニア合成反応器16に
おいて、未反応の窒素、水素は再びアンモニア合成反応
器16に循環させる。
そして、センサ18によりデイ−セルエンジン排気中の
NoX濃度を検出し、電子制御装置28の制御に基づい
てその濃度に応じてバルブ19をフィードバック制御し
、アンモニアボンへ17から所定量のアンモニアを廃ガ
ス中に混合し、N。
NoX濃度を検出し、電子制御装置28の制御に基づい
てその濃度に応じてバルブ19をフィードバック制御し
、アンモニアボンへ17から所定量のアンモニアを廃ガ
ス中に混合し、N。
つ処理触媒床20によりN Oxを分解して排気する。
なお、エンジン回転数および負荷を検出してバルブ19
を制御するようにしてもよい。
を制御するようにしてもよい。
一方、水素分離膜21で分離された軽沸点炭化水素は、
エンジン吸気管内に4人され、シリンダ内にて先立ち燃
焼を行う。これにより排気黒煙の低減も図られる。
エンジン吸気管内に4人され、シリンダ内にて先立ち燃
焼を行う。これにより排気黒煙の低減も図られる。
次に第2図により本発明の他の実施例について説明する
。なお、第1Hの実施例と同一箇所には同一番号を付し
て説明を省略する。
。なお、第1Hの実施例と同一箇所には同一番号を付し
て説明を省略する。
本実施例は、第1図における接触分解反応器13、水素
分離膜21、酸化反応器15の代わりに、水タンク23
、部分酸化反応器24、CO添加反応器25を組み合わ
せている。部分酸化反応器24において、軽油、水およ
び空気から水素と一酸化炭素を発生させる。C○添加反
応器25においては、部分酸化反応器24において発生
ずる一酸化炭素を水タンク23の水と反応させて二酸化
炭素とし、アンモニア合成反応器16に窒素、水素、二
酸化炭素を送るものである。
分離膜21、酸化反応器15の代わりに、水タンク23
、部分酸化反応器24、CO添加反応器25を組み合わ
せている。部分酸化反応器24において、軽油、水およ
び空気から水素と一酸化炭素を発生させる。C○添加反
応器25においては、部分酸化反応器24において発生
ずる一酸化炭素を水タンク23の水と反応させて二酸化
炭素とし、アンモニア合成反応器16に窒素、水素、二
酸化炭素を送るものである。
次に第3図により本発明の他の実施例について説明する
。
。
ディーゼルエンジン10の燃料である軽油クンク11か
ら軽油を電磁弁12を経て、適宜の与熱手段を設けた部
分酸化反応器26に導入すると共に、8気圧程度に保た
れているブレーキ用コンプレッサーエアタンク14から
高圧空気を、重量比で軽油1に対して5の割合で導入し
、800℃、8気圧の条件下、部分酸化反応を行わせた
。反応生成ガスは、一酸化炭素14、水素1、窒素36
(重量比)からなっていた。
ら軽油を電磁弁12を経て、適宜の与熱手段を設けた部
分酸化反応器26に導入すると共に、8気圧程度に保た
れているブレーキ用コンプレッサーエアタンク14から
高圧空気を、重量比で軽油1に対して5の割合で導入し
、800℃、8気圧の条件下、部分酸化反応を行わせた
。反応生成ガスは、一酸化炭素14、水素1、窒素36
(重量比)からなっていた。
この反応生成ガスを、後述するアンモニア吸着分離ヘッ
ドである固体酸層22の加熱手段に利用(図示せず)す
ることにより150°Cにまで冷却し、芳香族ポリイミ
ドからなる水素分離膜21からなる分離装置に加圧状態
のまま導入する。芳香族ポリイミドからなる水素分離膜
21は、水素と、窒素の一部を通過させるが、一酸化炭
素は通過させないような仕様のものを使用する。この水
素分離膜を通過したガスは、水素1、窒素5の重量比の
組成を有しており、アンモニア分離ヘッドである固体酸
層22の冷却手段に利用(図示せず)することにより4
00℃にまで加熱すると共に、加圧ポンプ27により8
気圧にまで加圧して、アンモニア合成反応器16に導入
される。
ドである固体酸層22の加熱手段に利用(図示せず)す
ることにより150°Cにまで冷却し、芳香族ポリイミ
ドからなる水素分離膜21からなる分離装置に加圧状態
のまま導入する。芳香族ポリイミドからなる水素分離膜
21は、水素と、窒素の一部を通過させるが、一酸化炭
素は通過させないような仕様のものを使用する。この水
素分離膜を通過したガスは、水素1、窒素5の重量比の
組成を有しており、アンモニア分離ヘッドである固体酸
層22の冷却手段に利用(図示せず)することにより4
00℃にまで加熱すると共に、加圧ポンプ27により8
気圧にまで加圧して、アンモニア合成反応器16に導入
される。
アンモニア合成反応器16により、合成されたアンモニ
アは、アンモニア吸着分離ヘッドである固体酸層22に
導入され、100°Cに保たれた固体酸層において吸着
され、次いで400℃に加熱されることにより脱離され
、脱離したアンモニアはアンモニアタンク17に貯蔵さ
れる。このアンモニア分離、脱離操作は、一定時間毎に
切り替わる制御手段(図示せず)で、2層を交互に加熱
、冷却させることにより、連続的にアンモニアの吸着、
脱離を行うように操作する。また未反応の窒素、水素ガ
スはポンプ29により、アンモニア合成反応器16に還
流させる。
アは、アンモニア吸着分離ヘッドである固体酸層22に
導入され、100°Cに保たれた固体酸層において吸着
され、次いで400℃に加熱されることにより脱離され
、脱離したアンモニアはアンモニアタンク17に貯蔵さ
れる。このアンモニア分離、脱離操作は、一定時間毎に
切り替わる制御手段(図示せず)で、2層を交互に加熱
、冷却させることにより、連続的にアンモニアの吸着、
脱離を行うように操作する。また未反応の窒素、水素ガ
スはポンプ29により、アンモニア合成反応器16に還
流させる。
上記水素分離膜21を通過しなかった一酸化炭素、窒素
等のガスは、エンジンに導入する等して燃焼させる。ま
た、このアンモニア合成プロセスは、エンジン作動中、
例えば一定時間毎に電磁弁12を開閉させて、作動する
ように、手動、または一定時間ごとに切り替える適宜の
制御手段で制御させて行われる。このようにして貯蔵さ
れたアンモニアは、エンジン1の回転、負荷に応じて生
成するN08量、またはNO濃度センサ18からの信号
に応じて、電子制御装置28により適宜量排気ガス中に
供給される。アンモニアを混合した排気ガスは、NoX
処理用触媒層に導入され、NOXは還元処理される。尚
、過剰量のアンモニアが供給された場合は、アンモニア
濃度センザ30により、検知してアンモニア供給量を少
なくするように電子制御装置28により制御する。
等のガスは、エンジンに導入する等して燃焼させる。ま
た、このアンモニア合成プロセスは、エンジン作動中、
例えば一定時間毎に電磁弁12を開閉させて、作動する
ように、手動、または一定時間ごとに切り替える適宜の
制御手段で制御させて行われる。このようにして貯蔵さ
れたアンモニアは、エンジン1の回転、負荷に応じて生
成するN08量、またはNO濃度センサ18からの信号
に応じて、電子制御装置28により適宜量排気ガス中に
供給される。アンモニアを混合した排気ガスは、NoX
処理用触媒層に導入され、NOXは還元処理される。尚
、過剰量のアンモニアが供給された場合は、アンモニア
濃度センザ30により、検知してアンモニア供給量を少
なくするように電子制御装置28により制御する。
第4図は第3図の実施例をさらに改良した実施例を示し
ている。第3図において、水素分離膜21を透過したガ
ス組成(モル%)は、N2:68%、CO:11%、N
2:15%、Hzo:4%、CO□ :2%であり、こ
のガスからNH3を合成する場合に次の問題点を有して
いる。
ている。第3図において、水素分離膜21を透過したガ
ス組成(モル%)は、N2:68%、CO:11%、N
2:15%、Hzo:4%、CO□ :2%であり、こ
のガスからNH3を合成する場合に次の問題点を有して
いる。
■ N2澹度が低い。
■ CO濃度が高くアンモニア合成触媒を被毒する。
そこで、水素分離膜21の後段に酸化反応器15、CO
転化反応器25を設け、N2濃度を増加させるために、
酸化反応器15にエアタンク14から必要量の空気を供
給するようにしている。酸化反応器15において、低温
でも活性が高く且つCO+ (1/2)O□−CO2の
反応を選択的に促進させる金微粒子触媒により、COを
無害なCo2に変化ざ廿ると共に、ガス温度を80°C
程度からNH3合成に適した400°C程度に昇温させ
る。水素分離膜21を透過するガスが毎分0゜74量M
とし、これに毎分0.1層mの空気を混入したとすると
、酸化反応器15人口のガス組成(モル%)が、N2:
60%、CO:10%、N2 :23%、CO□ :2
%、N20:3%、02:2%であったものが、酸化反
応器15出1コからのガス組成(モル%)が、N2:5
9%、CO:8%、N2:23%、CO□ :4%、■
1□0:6%となる。
転化反応器25を設け、N2濃度を増加させるために、
酸化反応器15にエアタンク14から必要量の空気を供
給するようにしている。酸化反応器15において、低温
でも活性が高く且つCO+ (1/2)O□−CO2の
反応を選択的に促進させる金微粒子触媒により、COを
無害なCo2に変化ざ廿ると共に、ガス温度を80°C
程度からNH3合成に適した400°C程度に昇温させ
る。水素分離膜21を透過するガスが毎分0゜74量M
とし、これに毎分0.1層mの空気を混入したとすると
、酸化反応器15人口のガス組成(モル%)が、N2:
60%、CO:10%、N2 :23%、CO□ :2
%、N20:3%、02:2%であったものが、酸化反
応器15出1コからのガス組成(モル%)が、N2:5
9%、CO:8%、N2:23%、CO□ :4%、■
1□0:6%となる。
この酸化反応器15出口からのガスは、かなりの量のC
01I(20が残留しアンモニア合成触媒を被毒するた
め、CO転化反応器25により下記の反応を起こさせ無
害なCO2とN2に変化させる。
01I(20が残留しアンモニア合成触媒を被毒するた
め、CO転化反応器25により下記の反応を起こさせ無
害なCO2とN2に変化させる。
CO+H20→H2+co2
これにより、CO転化反応器25を通過したガス組成(
モル%)は、I(z:65%、NZ =23%、Co
z:10%、CO:2%となり、N2とH。
モル%)は、I(z:65%、NZ =23%、Co
z:10%、CO:2%となり、N2とH。
との比はほばl:3となってアンモニア合成に適すると
共に、COは殆ど無害なCo2に変化させることができ
る。
共に、COは殆ど無害なCo2に変化させることができ
る。
第5図の実施例も第3図の実施例を改良したものである
。
。
第3図の実施例においては、前記した問題点の他に下記
のような問題点を有している。
のような問題点を有している。
■ 部分酸化反応器26の温度が目標の100゜度Kに
昇温しないため、燃料の一部が炭化し煤になる。
昇温しないため、燃料の一部が炭化し煤になる。
■ 水素分離膜21として高分子膜を用いた場合には、
C,Oが一部透過しアンモニア合成触媒を被毒し、パラ
ジウム薄膜を用いた場合には、N2が透過せず透過ガス
にN2を添加する必要がある。
C,Oが一部透過しアンモニア合成触媒を被毒し、パラ
ジウム薄膜を用いた場合には、N2が透過せず透過ガス
にN2を添加する必要がある。
■ COとN2の混合ガスをエンジンに噴射するが、液
体と異なりガス量が多くガス噴射ノズルが大型化すると
共に、加圧ポンプか必要となる。
体と異なりガス量が多くガス噴射ノズルが大型化すると
共に、加圧ポンプか必要となる。
そのために、エアタンク14からの空気を酸素富化膜ま
たはモレキュラシーブ31により、酸素と窒素に分離し
、酸素は部分酸化反応器26の反応に用い、窒素は水素
分離膜21で分離された水素に混合させる。部分酸化反
応器26においては窒素がないためガス全体の熱容量が
小さくなり、昇温し易くなる。また、coガスのみをエ
ンジンに噴射すればよくなり、ガス噴射ノズル及び加圧
ポンプが小型化できる。
たはモレキュラシーブ31により、酸素と窒素に分離し
、酸素は部分酸化反応器26の反応に用い、窒素は水素
分離膜21で分離された水素に混合させる。部分酸化反
応器26においては窒素がないためガス全体の熱容量が
小さくなり、昇温し易くなる。また、coガスのみをエ
ンジンに噴射すればよくなり、ガス噴射ノズル及び加圧
ポンプが小型化できる。
なお、本実施例においては、水素分離膜21はパラジウ
ム薄膜等の水素透過率が高いものが好ましいが、高分子
膜を採用してもよい。この場合には、COが一部透過し
アンモニア合成触媒を被毒するため、第4図に示した水
素分離膜21の後段に酸化反応器15、CO転化反応器
25を設け、酸化反応器15にエアタンク14がら必要
量の空気を供給するようする。
ム薄膜等の水素透過率が高いものが好ましいが、高分子
膜を採用してもよい。この場合には、COが一部透過し
アンモニア合成触媒を被毒するため、第4図に示した水
素分離膜21の後段に酸化反応器15、CO転化反応器
25を設け、酸化反応器15にエアタンク14がら必要
量の空気を供給するようする。
上記各実施例にて生成したアンモニアをNOX処理用触
媒床20に導入させる。この場合、排気ガス温度が50
0°C程度であれば問題にならないが、高速、高負荷運
転時に排気ガス温度が6゜OoCを越える場合があり、
その場合には触媒機能の劣化をきたすことになる。第6
図および第7図は排気ガスの温度上昇を防止する実施例
を示している。
媒床20に導入させる。この場合、排気ガス温度が50
0°C程度であれば問題にならないが、高速、高負荷運
転時に排気ガス温度が6゜OoCを越える場合があり、
その場合には触媒機能の劣化をきたすことになる。第6
図および第7図は排気ガスの温度上昇を防止する実施例
を示している。
すなわち、第6図において、排気ガス通路に電磁弁33
を介してブロワ−32を接続するとともに、排気ガス通
路に温度センサ35を設けている。
を介してブロワ−32を接続するとともに、排気ガス通
路に温度センサ35を設けている。
そして、排気ガス温度が所定値を越えると、電子制御装
置28の指令により電磁弁33を開くと共に、ブロワ−
32を駆動し゛ζ外気を排気ガスに導入してその温度を
低下させるものである。
置28の指令により電磁弁33を開くと共に、ブロワ−
32を駆動し゛ζ外気を排気ガスに導入してその温度を
低下させるものである。
また、第7図の実施例は、排気ガス温度が所定値を越え
ると、電子制御装置28の指令により電磁弁33を開き
、エアタンク14からの高圧空気を排気ガスに導入して
その温度を低下させるものである。
ると、電子制御装置28の指令により電磁弁33を開き
、エアタンク14からの高圧空気を排気ガスに導入して
その温度を低下させるものである。
なお、第6図および第7図においては第3図の実施例に
適用させているが、他の実施例に適用してもよいことは
勿論である。
適用させているが、他の実施例に適用してもよいことは
勿論である。
以上、本発明を車両用ディーゼルエンジンの排気の場合
について説明したが、ガソリンエンジン、メタノールエ
ンジンおよび水素エンジンの排気にも適用しうる。この
場合には、軽油の代わりにガソリン、メタノール、水素
を原料としてアンモニアを合成する。
について説明したが、ガソリンエンジン、メタノールエ
ンジンおよび水素エンジンの排気にも適用しうる。この
場合には、軽油の代わりにガソリン、メタノール、水素
を原料としてアンモニアを合成する。
このように本発明は、活性の高いルテニウム系触媒を用
いることにより低圧、小型の装置でアンモニアを連続的
に合成するので、従来は定置用ボイラおよびディーゼル
エンジンでしか使用されていなかったSCR法によるN
OX処理システムが、車両エンジンの排気処理にも適用
可能となり、NOX公害防止に寄与しうる。また、僻地
にお番ノる定置用ボイラの排気処理および肥料用アンモ
ニアの製造にも適用可能である。
いることにより低圧、小型の装置でアンモニアを連続的
に合成するので、従来は定置用ボイラおよびディーゼル
エンジンでしか使用されていなかったSCR法によるN
OX処理システムが、車両エンジンの排気処理にも適用
可能となり、NOX公害防止に寄与しうる。また、僻地
にお番ノる定置用ボイラの排気処理および肥料用アンモ
ニアの製造にも適用可能である。
また、水素分離膜を使用するごとにより、軽油の部分酸
化反応生成物から、水素、窒素を効率よく分離でき、し
かも一酸化炭素被毒作用の少なく、活性の高いアンモニ
ア合成触媒を用いることにより、低圧、小型の装置でア
ンモニアを連続的に合成しうる。
化反応生成物から、水素、窒素を効率よく分離でき、し
かも一酸化炭素被毒作用の少なく、活性の高いアンモニ
ア合成触媒を用いることにより、低圧、小型の装置でア
ンモニアを連続的に合成しうる。
また、水素分離膜を透過したガスに必要量の空気を供給
し、酸化反応器においてCOを無害なC0□に変化させ
ると共に、ガス温度を昇温させ、さらに、CO転化反応
器により無害なC02とN2に変化させることにより、
N2の量を増加させてアンモニア合成を行うことができ
、また、COは殆ど無害なCO□に変化させることがで
きるため、アンモニア合成触媒の被毒を防止できる。
し、酸化反応器においてCOを無害なC0□に変化させ
ると共に、ガス温度を昇温させ、さらに、CO転化反応
器により無害なC02とN2に変化させることにより、
N2の量を増加させてアンモニア合成を行うことができ
、また、COは殆ど無害なCO□に変化させることがで
きるため、アンモニア合成触媒の被毒を防止できる。
また、空気を酸素と窒素に分離し、酸素は部分酸化反応
器の反応に用い、窒素は水素分離膜で分離された水素に
混合させるようにすることにより、部分酸化反応器にお
いては昇温し易くなり、また、COガスのめをエンジン
に噴射すればよくなって、ガス噴射ノズル及び加圧ポン
プが小型化できる。
器の反応に用い、窒素は水素分離膜で分離された水素に
混合させるようにすることにより、部分酸化反応器にお
いては昇温し易くなり、また、COガスのめをエンジン
に噴射すればよくなって、ガス噴射ノズル及び加圧ポン
プが小型化できる。
さらに、排気ガスの温度上昇を防止することができ、N
Ox処理用触媒床の耐久性を増大させることができる
。
Ox処理用触媒床の耐久性を増大させることができる
。
第1図は本発明のエンジン排気中の窒素酸化物処理シス
テムの1実施例を示す構成図、第2図、第3図、第4図
および第5図は本発明の他の実施例を示す構成図、第6
図および第7図は排気ガスの温度上昇を防止するための
構成図、第8図は従来の定置用ディーゼルエンジン排気
ガス中のN08処理システム図、第9図は工業的に実施
されてい、るアンモニア合成方法のシステム図である。 10・・・エンジン、11・・・燃料タンク、13・・
・接触分解反応器、14・・・コンプレッサーエアタン
ク、15・・・酸化反応器、16・・・アンモニア合成
反応器、17・・・アンモニアボンベ、20・・・N
OX 処理用St媒床、21・・・水素分離膜、22・
・・固体酸槽、23・・・水タンク、25・・・CO転
化反応器、26・・・部分酸化反応器、31・・・酸素
富化膜またばモレキュラシーブ、32・・・ブロワ−1
33・・・電磁弁。
テムの1実施例を示す構成図、第2図、第3図、第4図
および第5図は本発明の他の実施例を示す構成図、第6
図および第7図は排気ガスの温度上昇を防止するための
構成図、第8図は従来の定置用ディーゼルエンジン排気
ガス中のN08処理システム図、第9図は工業的に実施
されてい、るアンモニア合成方法のシステム図である。 10・・・エンジン、11・・・燃料タンク、13・・
・接触分解反応器、14・・・コンプレッサーエアタン
ク、15・・・酸化反応器、16・・・アンモニア合成
反応器、17・・・アンモニアボンベ、20・・・N
OX 処理用St媒床、21・・・水素分離膜、22・
・・固体酸槽、23・・・水タンク、25・・・CO転
化反応器、26・・・部分酸化反応器、31・・・酸素
富化膜またばモレキュラシーブ、32・・・ブロワ−1
33・・・電磁弁。
Claims (9)
- (1)燃料と空気から水素と窒素を生成しこれを原料と
して車両上でアンモニア合成を行い、排気ガス中の窒素
酸化物を選択還元する触媒床に前記アンモニアを導入す
ることを特徴とするエンジン排気中の窒素酸化物処理シ
ステム。 - (2)車両上でアンモニア合成を行い、該アンモニアに
よりエンジン排気中の窒素酸化物を選択還元するにあた
り、燃料を空気により部分酸化した反応生成ガスから、
水素および窒素を分離してアンモニア合成を行うと共に
、分離された一酸化炭素をエンジンに噴射することを特
徴とするエンジン排気中の窒素酸化物処理システム。 - (3)部分酸化触媒は、コージュライトハニカム担体に
β−アルミナおよび/またはγアルミナを被覆してその
上にNi−Kを含浸させることを特徴とする請求項2記
載のエンジン排気中の窒素酸化物処理システム。 - (4)水素、窒素を分離する分離手段として、ポリイミ
ド膜を使用することを特徴とする請求項2記載のエンジ
ン排気中の窒素酸化物処理システム。 - (5)分離された水素、窒素に空気を混入して酸化反応
を行わせ、さらに一酸化炭素を転化させる反応を行わせ
ることにより、窒素濃度を増加させるとともに一酸化炭
素濃度を減少させることを特徴とする請求項2記載のエ
ンジン排気中の窒素酸化物処理システム。 - (6)車両上でアンモニア合成を行い、該アンモニアに
よりエンジン排気中の窒素酸化物を選択還元するにあた
り、空気を酸素と窒素に分離し、燃料を前記酸素により
部分酸化した反応生成ガスから、水素を分離した後、こ
れに前記分離した窒素を混入し、アンモニア合成を行う
と共に、分離された一酸化炭素をエンジンに噴射するこ
とを特徴とするエンジン排気中の窒素酸化物処理システ
ム。 - (7)水素を分離する分離手段として、パラジウム薄膜
を使用することを特徴とする請求項6記載のエンジン排
気中の窒素酸化物処理システム。 - (8)排気ガス温度が所定値を越えた場合に、排気ガス
に外気を導入することを特徴とする請求項1ないし請求
項7にいずれか記載のエンジン排気中の窒素酸化物処理
システム。 - (9)排気ガス温度が所定値を越えた場合に、排気ガス
に高圧空気を導入することを特徴とする請求項1ないし
請求項7にいずれか記載のエンジン排気中の窒素酸化物
処理システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63142401A JPH0635816B2 (ja) | 1987-07-15 | 1988-06-09 | エンジン排気中の窒素酸化物処理システム |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62-176773 | 1987-07-15 | ||
JP17677387 | 1987-07-15 | ||
JP63-1684 | 1988-01-07 | ||
JP168488 | 1988-01-07 | ||
JP63142401A JPH0635816B2 (ja) | 1987-07-15 | 1988-06-09 | エンジン排気中の窒素酸化物処理システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01280617A true JPH01280617A (ja) | 1989-11-10 |
JPH0635816B2 JPH0635816B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=27275024
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63142401A Expired - Lifetime JPH0635816B2 (ja) | 1987-07-15 | 1988-06-09 | エンジン排気中の窒素酸化物処理システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0635816B2 (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2011063470A (ja) * | 2009-09-16 | 2011-03-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | アンモニア製造方法及び装置 |
JP2012154241A (ja) * | 2011-01-26 | 2012-08-16 | Hino Motors Ltd | 車載アンモニア製造装置及び車両上でアンモニアを製造する方法 |
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-
1988
- 1988-06-09 JP JP63142401A patent/JPH0635816B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0635816B2 (ja) | 1994-05-11 |
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