JPH02204614A

JPH02204614A - ディーゼルエンジン排ガス中の窒素酸化物除去方法

Info

Publication number: JPH02204614A
Application number: JP1025209A
Authority: JP
Inventors: Motonobu Kobayashi; 基伸小林; Akikore Uno; 宇野　昭維; Futoshi Kinoshita; 木下　太; Mitsuharu Hagi; 光晴萩; Akira Inoue; 明井上
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd; Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd; Yanmar Co Ltd
Priority date: 1989-02-02
Filing date: 1989-02-02
Publication date: 1990-08-14
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: JPH0635817B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はディーゼルエンジン排ガス中の窒素酸化物除去
方法に関するものである。詳しく述べると、ディーゼル
エンジンから排出される排ガスの性状の変動に対して、
窒素酸化物を除去できると同時に、窒素酸化物除去後の
排ガス中に含まれるアンモニアを極力制御することがで
きる窒素酸化物の除去方法に関するものである。

（従来の技術）従来、酸化雰囲気下における窒素酸化物除去方法として
はアンモニアを還元剤として用いる選択還元脱硝法が、
排ガス中の酸素１度の影響を受けずに窒素酸化物とアン
モニアが選択的に反応するために、酸化雰囲気下におい
ても効果的な方法とされ、火力発電プラントのボイラ及
び加熱炉等の固定発生源の排気ガス浄化に広く適用され
てきた。

一方、内燃機関からの排ガス中の窒素酸化物の低減につ
いても、アンモニア選択還元法が適用された例が種々開
示されている。例えば、エンジンの燃料調節ガバナ、給
気８１２度及び給気ｍに基づいて、排ガス中に供給され
るアンモニア流量を制御する方法（特開昭５２−４８７
２２号公報参照）等が開示されている。

しかし、ディーゼルエンジンの場合、ボイラーに比べて
エンジン負荷の変動が著しく、それに伴って排ガス伍お
よび窒素酸化物濃度が急激に変化するために、この変化
に連動さ住て、過不足なくアンモニアを厳密に制御する
ことは、前記の従来の技術では十分といえず、それ故排
ガス中の窒素酸化物を高い効率で除去すると同時に、排
出アンモニアを極力制御するという点において問題が残
されているといえる。

（発明が解決しようとする問題点）本発明の目的はディーゼルエンジン排ガス中の窒素酸化
物をアンモニアの存在下で触媒と接触させて、排ガス性
状の急激な変動に対しても窒素酸化物を効率良く除去で
き且つエンジン燃焼性能の変化による窒素酸化物量の変
化にも対応できると同時に窒素酸化物除去後に含まれる
アンモニアを極力制御する窒素酸化物除去方法を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記目的の達成のため、第一発明では、ディー
ゼルエンジン排ガス中の窒素酸化物をアンモニアの存在
下に触媒を用いて還元除去するにあたり、エンジン出力
、排気ガス湿度そして吸入空気の湿度をそれぞれ測定し
、これらの測定値に基づいてアンモニアを流量制御し、
該排ガス中に供給することを特徴とする。

そして第二発明では、ディーゼルエンジン排ガス中の窒
素酸化物をアンモニアの存在下に触媒を用いて還元除去
するにあたり、エンジン出力、排気ガス温度、エンジン
給気温度そして吸入空気の湿度をそれぞれ測定し、これ
らの測定値に基づいてアンモニアを流は制御し、該排ガ
ス中に供給することを特徴とする。

本発明者等が検討したところによると、ディーゼルエン
ジンから排出される窒素酸化物の総量は第１乃至３図に
示す如く、エンジンの出力、エンジンの排気ガス温度お
よび給気温度にほぼ比例して増減するが、更に、第４図
に示す如く吸入空気の湿度にも比例してそれぞれ減少及
び増加することが知見された。

すなわち、第１図及び第２図に示す如く窒素酸化物の排
出跡はエンジンの出力や排気ガス温度に比例するために
、エンジン出力や排気ガス温度に対応してアンモニアを
供給することによりアンモニア供給間を制ｔｉａするこ
とが可能であるが、窒素酸化物濃度は大気条件すなわら
エンジンの給気温度のみならず吸入空気の湿度等によっ
ても大きく影響を受けるために、これ等の給気温度及び
吸入空気の湿度を測定して、その測定値により、窒素酸
化物排出量をざらに補正することが重要である。

特に、エンジンの出力によりアンモニア供給量を制御す
る場合、エンジンや過給機の汚れで窒素酸化物排出量と
出力の相関関係が経時的に変化するために、第２図に示
す如くエンジン排気ガス温度を測定し、その測定値によ
り窒素酸化物排出量を補正することが必要である。

したがって、エンジンから排出される窒素酸化物の総量
はエンジンの出力、排気ガス温度、給気温度そして吸入
空気の湿度を測定して直接に求め得た窒素酸化物除去後
ｍに比例してアンモニア供給ｎ１を決定する。

それにより、窒素酸化物の排出ｍおよび濃度が急激に変
化しても、その排出量および濃度に比例して、時間的な
遅れがなく最適量のアンモニアを正確に供給し、排ガス
中の窒素酸化物を効果的に除去できること、および窒素
酸化物除去後の排ガス中における残留アンモニアを極力
抑止できることを確認したものである。

（作用）アンモニアの供給間が、エンジンの出力と排気ガス温度
と吸入空気の湿度とさらには給気温度の測定値に基づい
て求めた排ガス中の窒素酸化物の聞およびｔＡ度に比例
して決定されて、排ガス中における窒素酸化物の総量に
対してより正確な最適量のアンモニアが応答性良く供給
され、エンジン負荷に対応して常時効率的に窒素酸化物
の除去が行なわれ且つ同除去俊におけるアンモニアの残
留が極力抑止されていることになる。

（実施例）以下、本発明の詳細な説明する。

第５図に示しているエンジン本体（１）に備えた排ガス
浄化袋＠（Ａ）は本発明の第１発明を実Ｍｌるのに開発
したものを例示しており、エンジン本体（１）には出力
計（２）又は被駆動機（１ａ）の出力比例信号器（２ａ
）が設けられ、またエンジン本体（１）のマニホールド
（３）と連通状の排気管（４）には排ガス温度検出器（
５）と排気管ガスタービン（６）と反応器（７）とが設
けられている。又、刊気管（４）における反応器（７）
の上流側に設置されたアンモニア注入ノズル（８）には
アンモニア輸送管（９）が接続され、このアンモニア輸
送管（９）にはアンモニア調整弁（１０）およびアンモ
ニア流ω計（１１）が設けられていると共にアンモニア
容器（１２）が接続されている。

そして、出力計（２）又は出力比例信号器（２ａ）と排
ガス温度検出器（５）とエンジン本体（１）の吸入空気
の湿度を測定する湿度検出器（１３）は演算器（１４）
に連絡され、この演算器（１４）は比率設定器（１５）
およびアンモニア流量制御器（１６）を通じてアンモニ
ア調整弁（１０）と連絡している。

すなわち、エンジン本体（１）の負荷量に応答して、エ
ンジン出力計（２）又は出力比例信号器（２ａ）と排ガ
ス温度検出器（５）と吸入空気の湿度検出器（１３）か
らの各信号を演算器（１４）に入力する。演算器（１４
）において、窒素酸化物の総排出量を算出し、この信号
を比率設定器（１５）に人出し、比率設定器（１５）で
予め設定されたアンモニア／窒素酸化物比により供給づ
るアンモニアｍを決定する。

そして、該比率設定ｆｉ　（１５）の出力はアンモニア
流量信号として、アンモニア流ｆｆ１１．１１１１］器
（１６）に入力され、アンモニア調整弁（１０）の開閉
を制御し、反応器（７）に流れ込む排ガスに混入される
アンモニア量を制御する。

排ガスはマニホールドく３）から排気管（４）を経て、
触媒（１７）を充填した反応器（７）に流れる。

アンモニアはアンモニア容器（１２）よりアンモニア輸
送管（９）を経て、アンモニア調整弁（１０）で最適な
流量に制御されて、排気管（４）において、アンモニア
注入ノズル（８）により排ガス中に混入され、必要によ
りガス分散板（１８）により、混合分散された後、触媒
（１７）を通過して、排ガス中の窒素酸化物を還元除去
する。

第６図に示しているエンジン本体（１）に備えた排ガス
浄化装置（Ａ１）は本発明の第２発明を実ｍｌるのに開
発したしのを例示しており、その構成は第５図に例示し
た排ガス浄化装置（Ａ）と基本的に同構成のものである
ため、共通する構成については説明を省略し、相違する
構成について以下に説明づる。

排気管ガスタービン（６）をエンジン本体（１）と連絡
する給気管（１９）には給気温度検出器（２０）が設け
られ、この給気温度検出器（２０）は出力計（２）又は
出力比例信号！（２ａ）と排ガス温度検出器（５）と湿
度検出器（１３）と同様に演算器（１４）に連絡されて
いる。

この排ガス浄化装置（Ａ１）はエンジン本体（１）の負
荷量に応答して、エンジン出カニｔ　（２）又は出力比
例信号２Ｓ（２ａ）と排ガス温度検出器（５）と湿度検
出器（１３）と給気温度検出器（２０）からの各信号を
演算器（１４）に入力する。演算器（１４）は窒素酸化
物の総排出量を演算しこの信号を比率設定器（１５）に
入力し、比率設定器（１５）で予め設定されたアンモニ
ア／窒素酸化物比により供給するアンモニアＭを決定す
る。この比率設定器（１５）の出力はアンモニア流量信
号としてアンモニア流岳制神器（１６）に入力され、ア
ンモニア調整弁（１０）の開閉を制御し、反応器（７）
に流れ込む排ガスにａ人されるアンモニア宿を制御する
。それにより、アンモニアはアンモニア調整弁（１０）
で最適な流量に制御されて、排気管（４）において、ア
ンモニア注入ノズル（８）により排ガス中に混入され、
必要によりガス分散板（１８）により、混合分散された
後、触媒（１１）を通過して、排ガス中の窒素酸化物を
還元除去する。

又、本発明において、用いられる触媒の形状としては、
ペレット状１球状１粒状、板状、バイブ状及びハニカム
状等が挙げられる。

特に、幾何学的表面積が大きいため必要触媒間が少なく
て済み、又触媒層の圧力損失が小さいという理由でハニ
カム状が好ましい。

本発明の対象となる触媒組成については、特に限定すべ
き理由はないが、チタンを主成分とする触媒やゼオライ
ト系触媒が好ましい。

特に、チタンを含む酸化物をＡ成分とし、これが６０〜
９９．５重噂％合まれ、バナジウム、タングステン、モ
リブデン、マンガン、銅、鉄、コバルト。

セリウム、及びスズよりなる群から選ばれた少なくとも
一種の元素の酸化物を８成分とし、これが０．５〜４０
重１％の範囲に含まれてなる触媒が好ましい結果を与え
る。

触媒Ａ成分はチタンを含む酸化物であれば好ましい結果
を与え、例えば酸化チタン、チタンとケイ素の二元系複
合酸化物（以下、ＴｔＯｚ　−３ＬＯｚとする）。チタ
ンとジルコニウムの二元系複合酸化物、チタン、ケイ素
及びジルコニウムからなる三元系複合酸化物等が挙げら
れる。Ａ成分の比表面積は１０麓／ｇ以上、特に２０ｆ
ｆｌ／ｇ以上が好ましい結果を与える。

本発明に使用される還元剤としては、アンモニアガス、
アンモニア水、その他の原木やショウ酸アンモニウムの
ように熱分解してアンモニアになるアンモニウム塩等が
用いられる。

本発明の対象となるディーゼルエンジンから排出される
排ガスの組成どしては、通常、アンモニア１０〜１　、
　ＯＯＯｐｐｍ、酸素２〜２１容聞％、炭酸ガス５〜１
５容量　％、水分５〜１５容吊％、煤ｔＦｉ０．０２〜
１　ｇ／Ｎゴ、及び窒素酸化物２００〜３．０００ｐｐ
ｎＮ度に含有するｂのであるが、ディーゼルエンジンや
ガスエンジン等の内燃機関から排出される排ガスであれ
ば良く、特に組成範囲を限定するものではない。

処理降件としては、反応温度が１５０℃〜６５０℃、特
に２００℃〜６００℃が好ましい。

空間速度は２，０００〜１００，０００ｈｒ−１　、特
に５，０００〜５０．０００ｈｒ−１の範囲が好ましい
。

アンモニアの添加量は窒素酸化物１容最部に対して０．
３〜１．２容最部が好ましいが、通常、未反応アンモニ
アを極力抑制する必要があるためにアンモニア／窒素酸
化物のモル比を１以下として使用されることが特に好ま
しい。

以下に具体例を挙げて本発明をさらに詳細に説明覆るが
、本発明はこれら具体例のみに限定されるものではない
。

具体例■ 第５図に例示した排ガス浄化装置（Ａ）を用い、発電用
のディーゼルエンジンの排気管（４）と連通状の反応器
（７）にはＶ２Ｏ５２重量％、ＷＯ２７型組％を含有す
るＴ　ｉ　Ｏ２系ハニカム触媒（１５０ｓ＋角相当直径
３．２曙、セル肉＊　０．５．、長さ４５０ｍ）を６×
６本２層に充填した。

間装ｆｉ（Ａ）により、アンモニア／窒素酸化物モル比
が０．８５になるように演算器（１４）　、及び比率設
定器（１５）を作動させてアンモニアを排気管内の排ガ
ス中に注入し、排ガス処理量３５００〜５５０ＯＮ　ｍ
’　／　ｈｒ、排ガス温度３８０〜４３０℃入ロ窒素酸
化物濃度７００〜９５０ｐ（１１１１，の範囲に変動さ
せてエンジンを運転した。

その時の脱硝率は８３〜８６％、反応器出口における排
ガス中のアンモニア濃度は０．５〜１．０　ｐｐｍであ
った。

具体例■ 第６図に例示した排ガス浄化装置（Ａ１）を用い、具体
例Ｔと同様の方法で脱硝反応を行なった。

この時の脱硝率は８４〜８６％、反応器出口における排
ガス中のアンモニア濃度は０．５〜０．１１　ｐｐｍで
あった。

具体例■及び■記載の脱硝方法は脱硝率の変動幅が少な
（窒素酸化物を高効率で除去できると同時に、二次公害
となり得るアンモニアの放出も極めて少なく優れた方法
である。

（発明の効果）したがって、本発明によれば次の利点がある。

排ガス性状の急激な変化およびエンジンの負荷の変動に
ともなう窒素酸化物量の急激な変化に迅速に応答して、
窒素酸化物を高いレベルで効率よく除去することができ
、しかも窒素酸化物除去後の排ガスとともに放出される
同ガス中のアンモニアωを最小限に抑止できて二次公害
の心配もなく実用上の利益大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はディーゼルエンジンの出力と窒素酸化物排出間
の関係を示すグラフ。第２図は排気ガス温度と窒素酸化
物排出量の関係を示すグラフ。第３図はディーゼルエン
ジンの吸入空気の温度と窒素酸化物濃度の関係を示すグ
ラフ。第４図はディーゼルエンジンの吸入空気の絶対湿
度と窒素酸化物濃度の関係を示すグラフ。第５図および
第６図は本発明方法を行うための排ガス浄化装置を備え
たディーゼルエンジンの概略図である。図中（１）はエンジン本体（２）は出力計（２ａ）は出力比例信号器〈１９は排気管は排ガス温度検出器は反応器はアンモニア注入ノズルはアンモニア輸送管はアンモニア調整弁はアンモニア流６１計はアンモニア容器は湿度検出器は演算器は比率設定器はアンモニア流量制御器は触媒は給気管は給気湯度検出器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ディーゼルエンジン排ガス中の窒素酸化物をアン
モニアの存在下に触媒を用いて還元除去するにあたり、
エンジン出力，排気ガス温度そして吸入空気の湿度をそ
れぞれ測定し、これらの測定値に基づいてアンモニアを
流量制御し、該排ガス中に供給することを特徴とするデ
ィーゼルエンジン排ガス中の窒素酸化物除去方法。
（２）ディーゼルエンジン排ガス中の窒素酸化物をアン
モニアの存在下に触媒を用いて還元除去するにあたり、
エンジン出力，排気ガス温度，エンジン給気温度そして
吸入空気の湿度をそれぞれ測定し、これらの測定値に基
づいてアンモニアを流量制御し、該排ガス中に供給する
ことを特徴とするディーゼルエンジン排ガス中の窒素酸
化物除去方法。