JPH0333418A - 排気ガス脱硝装置 - Google Patents

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Ｎ０８（窒素酸化物）を比較的多量に含むディ
ーゼルエンジンの排気ガスを、脱硝反応器内で高温触媒
の存在下でアンモニアガスとの接触により還元し脱硝す
る装置に装着され、アンモニア水を微粒化してアンモニ
ア霧滴とする装置を有する脱硝反応器に関する。

より具体的には、ディーゼル発電装置を有する施設に設
置される脱硝装置として、ディーゼルエンジンからの排
気ガス中に存在するＮＯＸと、アンモニア水を超音波に
より微粒化してガスに近い状態にしたアンモニア霧滴と
を脱硝反応器に送り、脱硝反応器内でチタン系などの高
温触媒の存在下で排気ガスと混合接触させてＮＯＸを還
元し、無害な窒素ガスと水とに変化させる脱硝装置に適
用されるアンモニア水微粒化装置を備えた排気ガス脱硝
装置の反応器に関する。

本装置では、アンモニア水タンクから供給されるアンモ
ニア水をアンモニア水収容タンク内に収容し、更に超音
波発生装置に導き超音波を放射することによりアンモニ
ア水に発生するキャビテーション効果によりアンモニア
水を微粒化する。

［従来の技術〕 ディーゼルエンジンの排気ガス中にはガソリンエンジン
に比較しＮｏ、（窒素酸化物）をかなり多量に含んでい
る。

ディーゼルエンジンの排気ガス中のＮＯ８は、燃料であ
る重油などが高温で燃焼する際に生成するものであるか
ら、燃焼温度を低くすればＮＯＸの発生量をある程度低
減できるが燃焼方式の変更には限度があり、発生したＮ
ＯＸを無害化する方法を併用せざるをえない。

現在トラック、バス、特殊車両、乗用車などの自動車に
搭載されているディーゼルエンジンからの排気ガス中の
ＮＯＸには、大気汚染防止法により許容最高限が規制さ
れている。

一方、定置式ディーゼル発電装置を有する施設は、目下
のところ法による規制の対象にはなっていないが、地方
自治体の中には地域住民の要望などを受けて条例または
指導などにより法規制よりも厳しい基準値を定める所が
見受けられるようになった。

定置式ディーゼル発電装置を有する施設に設置されてい
るＮＯＸガスの脱硝装置は、目下の所、第３図に工程図
として示されているものが代表的である。

この装置では、タンク５内の液化アンモニアをペーパー
ライザー６により気化して得られたアンモニアガスを混
合器７に導き、一方、ディーゼルエンジン２からの排気
ガスは、排気ガス加熱・希釈装置８を経由させて前記の
混合器７に導き、前記のアンモニアガスと混合させ、こ
の混合ガスを触媒反応器９に導きチタン系のハニカム触
媒９８などの存在下で前記のアンモニアガスと排気ガス
中のＮＯ８とを接触させ、下記の化学反応によってＮＯ
Ｘを還元するとともに、これらの反応ガスを無害な窒素
ガスと水とに変化させ消音器ｉｏを通過させ大気中に排
出する。

４　Ｎｏ　＋　４　ＮＨ，＋　０□→４　Ｎｚ　＋　６
　Ｈ２Ｏ、、、、（１１６ＮＯＸ＋　８　ＮＨ，→７　
Ｎ２＋　１２　Ｈ２Ｏ，、、、、、（２１しかしながら
、上記の装置で脱硝に使用する液化アンモニアは、アン
モニアガスを高圧で液化した状態で供給、貯蔵されるた
め高圧ガス取締法が適用されるのに加え、液化アンモニ
アを気化させるためのペーパーライザー６や、触媒に対
応するため排気ガスを加熱、希釈するなどの装置８を必
要とし、装置が大型化、複雑化し小規模の定置式ディー
ゼル発電装置には適用が困難であった。

本願発明の発明者らは、上記の液化アンモニアの代りに
常温、常圧で供給、貯蔵が可能なアンモニア水を噴霧ノ
ズルにより微粒化してアンモニアの霧滴とし、さらにこ
の霧滴をガス化しアンモニアガスとして排気ガスと接触
させることにより比較的小規模の５００ＫＷクラスの低
出力定置式ディーゼル発電装置にも適用可能なＮＯＸガ
スの脱硝装置を開発し、平成元年２月６日特許出願した
（特願平１−２５７６９）。

第２図を参照し前記の低出力発電装置用のＮＯ。

ガスの脱硝装置の概要を述べる。

例えば、２５％濃度のアンモニア水がタンク　１２から
サービスタンク１３．バルブ１８を経て噴霧ノズル１９
に送られる。

噴霧ノズル１９にはコンプレッサー１５からの加圧空気
が減圧弁１６を介して送られ、アンモニア水が霧化され
て混合器７に送られ、ここでディーゼルエンジン２から
の排気ガスと混合され触媒反応器２３に送られてハニカ
ム触媒９ａなどの存在下でアンモニアガスと排気ガス中
のＮＯＸとを接触させ、Ｎ０８の還元による脱硝が行な
われる。

触媒反応器２３内での脱硝反応自体は、第３図に示した
反応器９の場合と同一である。

第２図に工程図として示した機器の配置により脱硝装置
全体としての問題点は解決されるが、装置の各部分を占
める個々の機器などの構造自体に解決すべき課題や改良
点が存在していた。

後述するように、本発明はアンモニア水を霧化する場合
の微粒化の程度を制御する場合に遭遇する課題を、圧電
セラミック振動子などの圧電素子により超音波を発生さ
せてアンモニア水に放射して、アンモニア水に発生する
キャビテーション効果によりアンモニア水を霧滴化して
解決したものである。

超音波によるキャビテーション効果を応用した技術とし
ては、超音波洗浄、超音波霧化、超音波加湿などが挙げ
られるが、本発明に関連性の深いものとして超音波霧化
器、超音波加湿器について概要を述べる。

第４図は超音波霧化器の構造を示す側断面図である、符
合４０は霧化器本体を示し、内壁部４１は段付きにされ
、軸方向の一端４２が開放されて広く、他方端４３が狭
く底付きにされ円筒状にされ、多数の小孔４７を有する
金属製の振動板４４が開放端から内部に挿入され段部４
５に着坐して段部から開放端までの空間を、段部から底
４８までの液体を収容する空間から区分する。

４６は液体を補給する容器で霧化器本体４０より下に置
かれ、霧化器本体４０との間は霧化器本体の側壁に開け
た孔４２°と容器４５内の液体の液面より下に達するパ
イプ４３°により連絡され、本体４０内の液体が霧化に
より消費されると容器４６内の液体が自動的に補給され
る。

４９は圧電セラミックスなどの中空リングで前記の金属
製振動板４４に接着され圧電振動子を構成する。

圧電振動子４９が発振回路により駆動され超音波を発生
すると、まずキャビティ（小空洞）が発生しその後は振
動板がキャビティの方向に変位するときはキャビティは
潰されるようになり強い内圧が発生して液体を振動板４
４の小孔４７から押し出すように作用し、更に液体を小
孔の外方に突出させ、内圧が液体の表面張力よりも大に
なれば液体は分離し微粒化して霧滴りとなると説明され
ている。

このような超音波霧化器によれば、個々の小孔から１粒
ずつの霧滴が超音波振動の１周期ごとに形成されるので
、小孔を均一なサイズに加工すれば均一な粒径の霧滴が
得られ１発振回路により電気的に制御できるので微粒化
の程度と霧滴の濃度などをも正確に制御できることにな
る。

第５図は、市販されて居る超音波加湿器の概略構造図で
あり、霧化室５０の内部下方には水が収容され、霧化室
５０の底の下側には励振回路５１に接続されたた振動子
５２が配置されている。

霧化室５０内での振動子５２の位置に相当する部分には
、内部の水の液面よりわずか上の位置から霧化室５０の
上壁５４を貫通して霧化室５０の外部に連通す吐出し管
５５が配置されている。

霧化室５０の上部には送風ダクト５６が接続されファン
５７からの空気が霧化室５０内に送られるので振動子５
２により発生した超音波により発生した霧は水面から蒸
発し、ファン５７からの空気の流れとともに吐出し管５
５内を上昇して霧化室５０の外部に排出され乾燥してい
る室内などに加湿する。

発生する霧の粒子のサイズは超音波の周波数が高いほど
微粒になり、霧化蒸気量は振動子５２の表面と水面との
距離により変動する。

［発明が解決しようとする課題］ 第２図に示した脱硝装置ではアンモニア水を霧化するた
めの噴霧ノズル１９には、加圧空気が減圧弁１６を介し
て送られ、減圧弁１６で圧力が制御されるが、アンモニ
ア水の霧化すなわち微粒化の程度は、加圧空気の圧力、
アンモニア水の温度と濃度に依存する粘度の変化、腐食
や摩耗などによる噴霧ノズルの形状や寸法の変化などに
より複雑に影響される。

アンモニア水の温度と濃度を制御することはプロセス自
動制御などにより比較的正確に行ない得るとしても、ア
ンモニア水の微粒化の程度を噴霧ノズルによって制御す
るには、噴霧ノズルに設けた絞りにより吹き出し口の口
径を調節したり、噴霧ノズルに加えられる加圧空気の圧
力を減圧弁により調整する手段を単独または併用する手
段によらざるをえない。

噴霧ノズルから液体が吹き出し微粒化する現象と減圧弁
による圧力調整とは、共に流体動力学の法則が適用され
る現象であり、また、両者とも機械的エネルギーの変換
を利用した制御手段であるため、最適制御条件を選定す
るには詳細な解析と確認テストを行なうか、または、試
行錯誤を経て経験的に設定するなどの必要があり、より
容易かつ正確にアンモニア水の微粒化を制御する手段の
開発が要望されていた。

［課題を解決するための手段］ 本願発明の発明者らは、アンモニア水の微粒化自体は物
理的または機械的エネルギーによるとしても、この微粒
化の程度を制御するには、電気的エネルギーと機械的エ
ネルギーを可逆的に変換可能な方法による方が正確であ
り制御が容易な点に着目して検討した結果、液体中に強
い超音波を放射すると液体中にキャビテーション（空洞
現象）が発生して、液体粒子の破壊、撹拌、発熱、酸化
などが起こり液体の分散、乳化などのほか霧化すなわち
微粒化も実現される現象を利用することにした。

超音波により液体中に空洞が発生したり消滅する現象が
反復される結果、超音波による音圧が高くなり空洞が消
滅するときに高圧力が発生し、その逆に音圧が低くなり
空洞が発生するときに真空が発生し、溶媒自体や溶媒中
に溶は込んだ溶質が気化したりして気泡が発生し更に空
洞の発生が促進されると考えられている。

アンモニアガスと排気ガス中のＮＯｘとを接触させ、触
媒の存在下でＮＯＸの還元により脱硝を行なうという化
学反応に関与するアンモニア霧滴としては、その微粒子
としての粒径と霧化蒸気量を正確に制御可能なことが要
求される。

このような見地から、本発明のアンモニア霧滴発生装置
としては、基本的には第４図に示した超音波霧化器に近
い構造を採用することとした。

つまり、脱硝反応剤としてのアンモニア水を密閉容器内
に収容し、内部のアンモニア水は、超音波のキャビテー
ション効果により、容器の側壁に配置された小孔を強制
的に通過させられる際に小孔から突出し、次に容器内の
残部のアンモニアから分離して霧滴化されるようにした
。

［作用］ アンモニア水に加えられる超音波の一周期ごとに、アン
モニア水が多数の小孔から霧滴化して同時に発生する。

したがって、小孔の内径、形状、内面の粗さなどを均一
に加工すれば、−周期ごとに均一な粒径の霧滴を小孔の
数に応じ同数だけ発生させることができ、霧滴化により
得られたアンモニアガスを所定の濃度にすることができ
る。

［実施例Ｊ 第１図（Ａ）と（Ｂ）は、それぞれ５本発明のの実施例
のアンモニア水超音波霧化器の平面図と断面図で、第１
図（Ｃ）は脱硝装置内での配置を示す工程図である。超
音波霧化器２９°は下から順に重ねられたアンモニア水
の収容室６１、振動本体７２、カバー８５から構成され
ている。収容室６１は隅部に張出し部６２がある箱状の
ケース６３を有し、ケース６３の上端縁４に沿って、四
角形の開口６５がある板状の縁板６６が点溶接されてい
る。張出し部６２にある縁板６６にはナツト６７が溶接
され、ナツト６７に調整バイブロ８のねじ６８゛が垂直
方向に係合して、ロックナツト６９により、バイブロ８
の位置を固定する。

バイブロ８の液面と反対端部にはサービスタンク１２゛
からバルブ２８を経て導入されるアンモニア水（第１図
Ｃ参照）を導くホース７０を接続する。張出し部６２と
反対側の縁板６６には、吸上げパイプ７１が溶接で垂直
に固定されている。

収容室の張出し部６２を除く上面に、はぼ同じ大きさの
四角形の振動本体７２があり、本体７２は、従来の技術
に関して記載された第４図に示す霧化器本体４０の集合
体と解釈すればよい、即ち本体７２は下プレート７３、
中間プレート７５、上プレート７８の三層から形成され
ている。下プレート７３には吸上げバイブ７１に対応す
る位置に貫通孔７４が設けられている。中間プレート７
５には複数個の貫通孔状の小室７６がその中心を基盤の
目の交点に相当する位置に設けられ、又キャビティプレ
ート７５の小室７６に対応する位置に、小室７６の直径
より大きい直径を有する貫通孔７９が設けられ、各孔７
９の直径方向位置に埋め込まれた配線の端子８０が各−
本宛突き出ており、プレート７８の一方の側面には超音
波電源へ接続される端子８１が備えられている。

端子８１の−・方は各孔７９の端子８０の一方へまた、
端子８１の他方は端子８０の他方へ埋設配線で連続され
ている。各孔７９には中心付近に小孔８２を有する振動
板８３によりリング状の圧電素子８４が同心に電導性の
接着剤で接着されてはめ込まれ、圧電素子８４の上表面
に前記配線の端子８０の一本が、又金属振動板８３に他
方の端子８０がハンダ付けで接続される。

上記のように組み立てられている振動本体７２の上に四
角形箱形のカバー８５が四隅のフランジ部８６をボルト
で振動本体７４と共に、貯槽６１の縁板６６に取り付け
られ、カバー８５の上部中央には配管用ねじ接手８７が
溶接されていて混合器７への配管が接続される。

上記のような構造の超音波霧化器２９°により発生した
アンモニア水の微粒子は、第１図（Ｃ）の工程図に示す
ようにディーゼル発電装置４のディーゼルエンジンから
の排気と共に吸い込まれて混合器７で混合され触媒反応
器２３へ流れて、そこで触媒の存在下で脱硝され、必要
に応じ消音器２０、給湯装置２４などを経て処理済排気
ガスとして排出される。

［発明の効果］ 本願発明の超音波霧化器によるアンモニア水の微粒化の
程度は振動板８３に設ける小孔８２の大きさ、数、及び
これに対応する超音波発生器の発振回路により決定され
るので、希望する振動板を選定すれば、これに応する超
音波は電気的に制御される。また振動板に対応して所望
の微粒子が発生し易いように液面の調整も機械的に容易
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）と（Ｂ）は、それぞれ、本発明のの実施例
のアンモニア水超音波霧化器の平面図と側断面図で、第
１図（Ｃ）は脱硝装置内での配置を示す工程図、第２図
は本発明の先願発明として開発されアンモニア水を使用
可能にした排気ガス脱硝装置の工程図、第３図は液化ア
ンモニアを使用する従来の排気ガス脱硝装置の工程図、
第４図は現在実用化されている超音波霧化器の概略側面
図で、第５図は超音波加湿器の概略図である。 図面中の符号 ４・・・ディーゼル発電装置、７・・・混合器、１２・
・・タンク、１２°・・・サービスタンク、２０°・・
・主回路管、２３・・・触媒反応器、２３°・・・ハニ
カム触媒、２９°・・・超音波霧化器、６１・・・アン
モニア水の収容室、６３・・・ケース、６５・・・開口
、６８・・・調整バイブ、７１・・・吸上げパイプ、７
２・・・振動本体、７３・・・下プレート、７４・・・
貫通孔、７５・・・中間プレート、７６・・・小室、８
２・・・小孔、８３・・・振動板、８４・−・圧電素子
、８５・・・カバー８７・・・ねじ接手。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、定置式ディーゼル発電装置のディーゼルエンジンの
   排気ガス中のＮＯ＿Ｘの脱硝装置として排気ガスとアン
   モニアガスとの混合ガスを、チタン系などの触媒の存在
   下で反応させＮＯ＿Ｘを還元し、前記の混合ガスとアン
   モニアガスを無害な窒素ガスと水とに変化させるための
   少なくとも１個の触媒室を有する脱硝装置の反応器にお
   いて、 前記のアンモニアガスがアンモニア水を超音波振動によ
   り霧化する装置によって得られることを特徴とする排気
   ガス脱硝装置の反応器。 ２、請求項１に記載の排気ガス脱硝装置の反応器におい
   て、前記のアンモニア水を超音波振動により霧化する装
   置は、アンモニア水を導入して収容するアンモニア水収
   容室と、このアンモニア水収容室内からアンモニア水を
   供給されて超音波振動を発生しアンモニア水を霧化する
   超音波振動発生装置とから成っていることを特徴とする
   排気ガス脱硝装置の反応器。 ３、請求項１または２に記載の排気ガス脱硝装置の反応
   器において、 前記の超音波振動発生装置は、 前記アンモニア水収容室に連絡通路を介して設けられ内
   部にアンモニア水を貯留する小室であって、その一方端
   と前記連絡通路を除いた他の部分は液密に包囲されてい
   る小室と、 前記小室の前記の一方端に嵌込まれ複数の小孔を明けら
   れた振動板と、 前記振動板を所定の超音波振動数で振動させる発信装置
   とを有し、 前記振動板の超音波振動によるキャビテーション効果に
   より前記小室内のアンモニア水を前記小孔を強制的に通
   過させて外方に噴出させ霧滴化することを特徴とする排
   気ガス脱硝装置の反応器。