JPH05285343A - 脱硝装置 - Google Patents

脱硝装置

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JPH05285343A
JPH05285343A JP4091063A JP9106392A JPH05285343A JP H05285343 A JPH05285343 A JP H05285343A JP 4091063 A JP4091063 A JP 4091063A JP 9106392 A JP9106392 A JP 9106392A JP H05285343 A JPH05285343 A JP H05285343A
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JP
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gas
temperature
catalyst
damper
exhaust gas
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JP4091063A
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Hirotoshi Kitagawa
博敏 北川
Kenichi Yasukochi
健一 安河内
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、舶用2サイクルディーゼル機関を
始め、排気ガス温度の低いディーゼル機関にも使用可能
なSCR式脱硝装置を提供することを目的とする。 【構成】 アンモニア含有ガスが流入する本体ケーシン
グ内部を断熱隔壁により複数のガス流路に分割し、各ガ
ス流路に入口ダンパーと出口ダンパーとを設け、各ガス
流路の内部に触媒ユニットを収納し、前記入口ダンパー
と触媒ユニットの間に開閉弁付き高温ガスノズルを設
け、前記入口ダンパー及び出口ダンパーを開放すること
によりアンモニア含有ガスが触媒ユニットを通過し、前
記入口ダンパー及び出口ダンパーを閉鎖し高温ガスノズ
ルの開閉弁を開放することにより触媒ユニットが加熱さ
れ再生するように構成した脱硝装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジン特
に舶用2サイクルディーゼル機関において、排気ガス中
のNOxを除去する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、2サイクルディーゼル機関の場
合、その排気ガス温度が低いとの理由により、SCR方
式(アンモニアを用いる選択的接触還元法)の脱硝装置
(De−NOx)を適用することができなかった。この
ことは4サイクルにおいても、その排気ガス温度が低い
場合には、同様の理由によりDe−NOxを適用できな
いこともあり得る。この理由とは、排気ガス温度が低く
なると、SCR方式の脱硝装置内に酸性硫安〔重硫酸ア
ンモニウム〕が生成しはじめ、触媒活性面にたい積し、
触媒の活性を低下させてしまうからである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】排煙脱硝装置のうち、
アンモニアを還元剤として用いる脱硝法のひとつとし
て、選択的接触還元法(SCR)があるが、この脱硝法
においては、SOxの存在下、ガス温度が低下してくる
と、下記の反応式に示すように
【0004】
【化1】
【0005】NH3 とSO3 とが触媒表面で反応し、酸
性硫安を生成して触媒の性能を低下させる。この理由に
より、SOx存在がさけられない場合、許容運用最低ガ
ス温度は、SOx濃度に応じて、図3に示すように決定
されている。一般的中速4サイクル機関の排気ガス温度
は、常用負荷域で350°〜400℃であり、低負荷域
(起動時)のみにアンモニア投入禁止の制限はあるもの
の、常用域ではなんら問題なくSCRを適用することが
できる。
【0006】しかしその舶用低速2サイクルディーゼル
機関の場合、その常用負荷域においても、その排気ガス
温度が230°〜280℃と低く、また使用燃料のイオ
ウ分が2%〜5%と多く、一般的に事前にSOxを除去
できない条件にあるため、SCRが適用されないでい
る。また、中速4サイクルディーゼル機関においても、
その排気ガスが低い場合には、同様の理由によりDe−
NOx(SCR)が適用できないことがある。
【0007】最近、舶用ディーゼル推進プラントにおい
ても、脱硝・脱硫の要望が強くなってきており、陸用
〔定置用ディーゼル発電プラント〕にて確率された技術
の舶用への適用まで検討されている。舶用においても低
SOx化の一方法として、使用燃料油の低硫黄化(脱
硫)が考えられているが、一般的でない。例えば、0.
5wt%の低イオウ燃料油が使用されるとしても、その
場合のSO3 は4ppm前後と考えられ、その時の許容
最低ガス温度は、約300℃となる。一般的にイオウ分
が3wt%の場合、許容最低ガス温度は約320℃とな
る。これに対して、舶用2サイクルディーゼル機関の排
気ガス温度は高目でも、280℃である。また一部中速
4サイクルディーゼル機関の排気ガス温度が315℃と
低いケースがあり、イオウ分によっては非常に不安定な
(性能的に)運転状況となる。
【0008】本発明は、舶用2サイクルディーゼル機関
を始め、排気ガス温度の低いディーゼル機関にも使用可
能なSCR式De−NOxを行う脱硝装置を提供するこ
とを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】SOxの存在下、低排気
温度の条件では酸性硫安が触媒表面で生成され、その活
性を低下させる。これが長期におよべば、この酸性硫安
が液状であることにより、他の排ガス中物質を吸着しや
すく、アルカリ金属による活性点へのアタックや硫酸カ
ルシウムによる閉塞が発生し、触媒劣化を進行させるこ
とになる。ところで酸性硫安自身は、下記の反応式に示
すように、温度が上がれば、アンモニアと亜硫酸ガスと
に可逆的に分解することができる。
【0010】
【化2】
【0011】よって低温度で短期間使用された触媒であ
れば、再度昇温すれば、酸性硫安により触媒の活性が低
下した状態から元の活性状態に再生することができる。
この特性を脱硫装置として実用化するために、触媒を納
める脱硝装置本体を複数の流路に分割し、各流路出入口
部にダンパーを設け、また各流路入口ダンパーの内側で
触媒上流側に昇温・再生用の高温ガス注入ノズルを設け
る。この高温ガスは、ディーゼル機関のターボーチャー
ジャーの上流側の排気ガス管により抽気して用いる。
【0012】現在のターボーチャージャーは、性能向上
(熱効率上)により、シリンダ内で充分に仕事を終えた
排気ガスによっても、つぎの燃焼に必要な空気量を過給
することが可能であり、余剰の排ガスにより排気タービ
ンを回転させ、動力を回収することも可能であり、実用
化もされている。よって、この余剰排気ガスで触媒を加
熱・再生する場合にも十分なガス量がある。また、ター
ボーチャージャーに入る前の排気ガス温度は、低速2サ
イクルにおいても400℃以上有り、触媒を加熱・再生
するに十分な温度を得ることができる。従って、流路を
複数個に分割することにより、De−NOx(脱硝装
置)の連続運転が可能になる。
【0013】
【作用】各流路の出入口ダンパーを閉じ、各流路の入口
ダンパー内側でSCR触媒の上流側に設けたノズルから
の高温ガスにより、SCR触媒を加熱するので、必要最
小限の抽気ガス量で所定の温度(酸性硫安分割温度以
上)に容易に昇温することができる。これにより、酸性
硫安生成域の低い排気ガス温度にて運転していた触媒を
昇温・再生することができる。
【0014】このようにして、順次各流路出口ダンパー
の開閉を操作し、また該当流路の高温ガスノズルを開く
ことにより、全体的には連続的に脱硝を行いながら、各
流路の触媒を再生することができる。触媒の昇温・再生
サイクルは、出入口ダンパーおよび高温ガスノズルの作
動間隔を可変にすることにより、各々の使用条件(SO
x濃度と温度)に対応して最適サイクルにすることが可
能である。
【0015】
【実施例】本発明の実施例を図1,図2について説明す
る。1は、入口ダンパー、2は本体ケーシング、3は触
媒ユニット、4は出口ダンパー、5は断熱隔壁、6は高
温ガスノズル、7はノズル開閉弁、a〜eはガス流路で
ある。本体ケーシング2は、入口ダクトに比して拡大し
た内部形状を有し、ケーシング2内部をガス流れと平行
な断熱隔壁5により分割して複数のガス流路a〜eを形
成する。各流路毎に、入口ダンパー1、出口ダンパー
4、高温ガスノズル6、ノズル開閉弁7を設け、各流路
a〜e内に触媒ユニット3を収容する。触媒ユニット3
は、触媒をユニット状にまとめて、断熱を施したもので
ある。
【0016】前述の如く、SOxの存在下、低排気温度
の条件では酸性硫安が触媒表面で生成され、その活性を
低下させる。これが長期におよべば、この酸性硫安が液
状であることにより、他の排ガス中物質を吸着しやす
く、アルカリ金属により活性点へのアタックや硫酸カル
シウムによる閉塞が発生し、触媒劣化を進行させること
になる。酸性硫安自身は、下記の反応式に示すように、
温度が上がれば、アンモニアと亜硫酸ガスとに可逆的に
分解することができる。
【0017】
【化3】
【0018】よって低温度域で短期間使用された触媒で
あれば、再度昇温すれば、酸性硫安により触媒の活性が
低下した状態から元の活性状態に再生することができ
る。本体ケーシング2のダンパー1,4が開いている流
路では本体ケーシング2の上流側で噴入されたアンモニ
アを含んだ排気ガスが触媒ユニット3を通過中に、通常
のSCRと同様、NOxは還元されN2 とH2 Oとして
排出される。触媒の昇温・再生を行う流路は、まず出入
口のダンパー1,4を閉じ、次いでノズル開閉弁7を開
き、触媒ユニット3の上流側で高温ガスノズル6より高
温ガスを注入する。開閉弁7の開状態は所定時間維持さ
れる。
【0019】この際、出入口のダンパー1,4は完全密
閉型でなく、数%のリーク特性をもち、昇温によりNH
4 HSO4 より分解発生するNH3 ,SO3 およびH2
Oガスを排出する。SOx濃度および基準排気ガス温度
により、昇温量が設定される。なお、断熱隔壁(5)お
よび触媒ユニットケーシング(3)等の断熱化の強化に
より、再生温度までの昇温度までの昇温時間を短縮し、
また再生温度保持期間中のエネルギー損失を低減できる
ことは言うまでもない。
【0020】次に本装置の運転方法の1例を図2に示
す。図2の流路番号a,b,c,d,eは、図1のガス
流路a,b,c,d,eに対応するもので、図2のダン
パーは入口ダンパー1及び出口ダンパー4を意味し、ノ
ズルは高圧ガスノズル6を意味する。触媒の昇温・再生
サイクルは、SOx濃度,排気ガス温度等によってその
インターバルを調節する必要があるが、これはタイマー
によって任意に設定可能である。またDe−NOx出口
のNOx濃度を計測しながら再生インターバルを自動的
に調整することも可能である。
【0021】
【発明の効果】本発明による脱硝装置は、アンモニア含
有ガスが流入する本体ケーシング内部を断熱隔壁により
複数のガス流路に分割し、各ガス流路に入口ダンパーと
出口ダンパーとを設け、各ガス流路の内部に触媒ユニッ
トを収納し、前記入口ダンパーと触媒ユニットの間に開
閉弁付き高温ガスノズルを設け、前記入口ダンパー及び
出口ダンパーを開放することによりアンモニア含有ガス
が触媒ユニットを通過し、前記入口ダンパー及び出口ダ
ンパーを閉鎖し高温ガスノズルの開閉弁を開放すること
により触媒ユニットが加熱され再生するように構成した
ので、次のような効果が得られる。
【0022】従来は、実用化されなかったSO3 の存在
下における低排気温度域でのSCR選択的接触還元方式
の採用が可能となる。つまり、舶用2サイクルディーゼ
ル機関のように、使用燃料中のイオウ分の完全脱硫化が
できず、また前処理等ができにくくて、その排気ガス温
度が酸性硫安生成温度より低い場合でも、脱硝装置とし
て実用化される。また陸用では多用されているSCR方
式脱硝装置の適用温度範囲を拡大することができる。こ
れにより、舶用2サイクルディーゼル機関をはじめ、同
様の理由で今まで脱硝装置を使用できなかった排気ガス
に対してもSCR方式脱硝装置の適用が可能となり、大
気汚染の防止に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の斜視図である。
【図2】図1に示した脱硝装置の運転方法の1例を示す
線図である。
【図3】SCR方式脱硝装置におけるSO3 濃度、温度
と酸性硫安生成特性図である。
【符号の説明】
1 入口ダンパー 2 本体ケーシング 3 触媒ユニット 4 出口ダンパー 5 断熱隔壁 6 高温ガスノズル 7 ノズル開閉弁

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンモニア含有ガスが流入する本体ケー
    シング内部を断熱隔壁により複数のガス流路に分割し、
    各ガス流路に入口ダンパーと出口ダンパーとを設け、各
    ガス流路の内部に触媒ユニットを収納し、前記入口ダン
    パーと触媒ユニットの間に開閉弁付き高温ガスノズルを
    設け、前記入口ダンパー及び出口ダンパーを開放するこ
    とによりアンモニア含有ガスが触媒ユニットを通過し、
    前記入口ダンパー及び出口ダンパーを閉鎖し高温ガスノ
    ズルの開閉弁を開放することにより触媒ユニットが加熱
    され再生するように構成したことを特徴とする脱硝装
    置。
JP4091063A 1992-04-10 1992-04-10 脱硝装置 Withdrawn JPH05285343A (ja)

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