WO2002001050A1

WO2002001050A1 - Procede et dispositif de traitement des gaz d'echappement

Info

Publication number: WO2002001050A1
Application number: PCT/JP2001/005437
Authority: WO
Inventors: Tomoaki Takada; Kazuo Tsutsumi; Hiroshi Ito; Sosuke Kinouchi; Toru Minami
Original assignee: Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2002-01-03
Also published as: JP2002081308A; EP1296028A1; EP1296028A4; AU2001274620A1

Description

明細 ^: 排気ガス処理方法および装置〔技術分野〕

本発明は、ディ一ゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガス夕一ビン、ボイラ、または焼却炉などの燃焼装置から排出される排気ガスに多く含まれている固体炭素（すす）のような微粒子を効率的に処理できる処理方法と装置に関するものである。

〔背景技術〕

例えば、ディーゼルエンジンでは、負荷の変動時などに固体炭素からなる 1 x m以下の微粒子が多量に発生して、排気ガスとともに大気に排出される。そこで、従来では、フィルタを用いて微粒子を捕集し、これを燃焼させて処理している（実公平 5— 1 3 9 3 4号公報）。

しかし、フィル夕を用いる捕集手段では、次のような不都合があった。微粒子はフィル夕との衝突によって捕集されるため、微粒子はフィル夕の排気ガスの入口側のみで捕集される。このため、フィル夕として膜状の大きな面積のものが必要となり、しかもフィルタは目詰りを起し易い。また、捕集された微粒子は高温で燃焼されるが、このときフィルタは断熱層を形成しているので、フィルタは 1 0 0 0 °C程度の高温となる。したがって、フィル夕にはセラミック繊維などの温度に強い材料が使用されているが、この種のフィルタは耐久性が低く、しかも高価格のため、ランニングコストが高くなる。

さらに、フィルタで捕集した微粒子を燃焼させる場合、その燃焼方法は通常のバーナー燃焼の場合と同じく、高温状態で高速燃焼させる必要がある。したがって、フィルタには加熱した空気を供給しながら捕集微粒子の燃焼を行う必要があるので、この間は集塵操作を一旦停止させて、微粒子の集塵は別のフィルタで行う必要がある。このため、 2つ以上のフィルタを用意して、これらを切換えながら運転するバッチ式の操作が必要となる。

また、フィル夕に捕集した微粒子を高温で燃焼させる場合、微粒子は炭化して結晶化していく。このため、微粒子を完全に燃焼させようとして温度を上げると、 8 0 0 程度から S P 2結合（黒鉛化）が進行し、炭素同士が緻密に結合してグラフアイト化する。グラフアイト化すると、燃焼速度が遅くなり、完全燃焼に必要な時間が長くなつてしまう。そこで、本発明者等は、以上のような各種の不都合を解決できる遠心流動層方式による排気ガス処理装置を以前に提案した（W O 9 3 - 2 4 2 0 7号公報）。この処理装置は、排気ガスの導入管を有する外ケーシングと、これの内部に設けられた円筒形の流動触媒層反応器とからなり、この反応器は、その内部に排気ガスを導入するための多孔状円筒からなる分散板を有するとともに、この分散板の中心軸線回りで回転可能とされ、内部には粉粒状触媒が装填されており、前記反応器には、その中心軸線と同軸的に排気ガスの排気管が接続され、これが前記外ケーシングの外部に突出している。

上記処理装置は、流動触媒層反応器が回転され、反応器内の粉粒状触媒が遠心力によって分散板の内面に張り付くように流動する。一方、排気ガスは、導入管から外ケーシング内に導入され、ガス圧力によって分散板を通って反応器の内部に入り、流動状態の触媒と接触して燃焼処理される。処理により清浄化された排気ガスは、外ケーシングから排気管を介して外部に排出される。この処理装置によれば、燃焼時にグラファィト化が起りにくいので、燃焼速度が速くなつて燃焼時間が短くなり、しかもランニングコストも低くなり、またバッチ式とすることなく、連続した処理運転が可能となる。

しかし、以上の排気ガス処理装置は、流動触媒層反応器を回転駆動させる必要があるので、構造が複雑化して高価となる。また、高出力時だけではなく、低出力時にも常に反応器を回転させる必要があるため、ェネルギ一の無駄が多くなって効率が悪い。

〔発明の開示〕

そこで、本発明の目的は、従来より例えば燃焼器、集塵器、消音器、反応器などとして用いられている流動層に改良を加えて、簡単な構造で、排気ガスに含まれる炭素を含んだ固体の微粒子を効率的に処理できる排気ガスの処理方法と装置を安価に提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る排気ガス処理方法は、ェンジンの排気ガスに含まれる微粒子を捕捉する捕捉粒子が堆積した捕集体に、その下方から前記排気ガスを導入して上方から排出することにより排気ガスを処理する処理方法であって、前記排気ガスの圧力と捕集体にかかる重力とのパランスによって捕集体を流動化して、その流動層内で前記微粒子を燃焼させる。

上記処理方法においてエンジンからの排気ガスは、捕集体の下方から導入されて、排気ガスに含まれる微粒子が捕集体の捕捉粒子により捕捉される。この状態で、前記排気ガスの圧力と捕集体にかかる重力とのバランスによって捕捉粒子が流動化し、つまり前記圧力が前記重力よりも大きくなつたときに捕捉粒子が流動化して、その流動層の全域で、捕捉粒子に捕捉された微粒子が排気ガス中の残存酸素との接触により燃焼して効率的に処理される。すなわち、炭素を含む微粒子（固体炭素）が、燃焼により二酸化炭素および水となって無害化され、清浄化された排気ガスが大気に排出される。前記流動層での燃焼は、微粒子が燃え尽きるまで流動しながら継続されるので、微粒子の高い除去効率が得られる。さらに詳述すると、エンジンの起動時やアイドリング時などには、排気ガスの圧力が小さいため、捕捉粒子は流動化することなく固定層となつて微粒子を捕捉する。しかし、エンジンの回転数が上がって排気ガスの圧力が高くなると、捕捉粒子が流動化し、つまり、捕捉粒子が浮遊分散された流動層の状態となり、排気ガスに対し新たな捕捉粒子が循環しながら順次接触し、排気ガス中の微粒子を効率的に捕捉する。また、ェンジンの回転数が上がることにより排気ガスの温度も上昇するので、前記捕捉粒子に捕捉された微粒子が流動層の全域において速やかに燃焼される。

また、流動層は、熱容量が大きくて熱伝達速度も速いため、流動層が高温に発熱したり急激な温度上昇を伴うことはない。このため、温度が上がれば燃焼速度が速くなり、また燃焼速度が速くなれば温度が上昇するような暴走は発生しない。しかも、従来のフィル夕で微粒子を捕捉して燃焼させる場合のように、ホットスポットの発生は起らず、また微粒子が溶融して固まり流動化不良を起すということもない。また、以前に提案した回転流動層方式による排気ガス処理装置のように反応器を回転駆動させる必要がないので、構造が簡略化されて低価格となる。

本発明の好ましい実施形態における処理方法では、前記排気ガスの流動層内空塔速度（流動対象物（この場合は捕集体）が存在しない場合の速度で、以下、単に「排気ガスの速度」という。）が、排気ガスによる捕集体の流動化に必要な所定値よりも低い場合には前記微粒子を捕捉粒子に捕捉させ、前記所定値以上の場合は排気ガスにより捕集体を流動化して、その流動層内で微粒子を燃焼させる。前記所定値は、例えば 0 . l m / s 〜 0 . 5 m Z sの範囲に設定される。これによれば、前記排気ガスの速度が前記所定値よりも低い場合、捕捉粒子は流動化することなく、捕捉粒子が固定層となって排気ガス中の微粒子を捕捉する。排気ガスの速度が前記所定値よりも大きくなつたとき、捕捉粒子は流動化して、排気ガス中の微粒子を捕捉する。このように流動層や固定層の捕捉粒子で捕捉された微粒子は流動層において燃焼処理される。

ここで、捕捉粒子を流動化させると、これを収納するケ一シングが摩耗し、また捕捉粒子自身も摩耗してしまう。しかし、以上のように、前記所定値に基づき捕捉粒子を固定層としたり流動層とすることにより、例えばエンジンの起動時やアイドリング時など排気ガス中の微粒子の発生量が比較的少ないときには固定層とし、エンジンの高出力運転時など微粒子の発生量が多いときのみ流動層として、捕捉粒子が流動化している時間をできるだけ少なくすることにより、ケーシングおよび捕捉粒子の早期摩耗が防止される。なお、前記所定値は、上記した範囲を越えると流動層による燃焼の利点が少なくなり、上記した範囲未満であると固定層による磨耗抑制効果が少なくなる。

また、本発明の好ましい実施形態における処理方法は、前記捕捉粒子に脱硝触媒と脱硫触媒の少なくとも一方を担持させて、排気ガス中の窒素酸化物と硫黄酸化物の少なくとも一方を除去する。脱硝触媒としては、例えば銅ゼオライトを使用でき、脱硫触媒としては、例えば硫化鉄、生石灰などを使用できる。これによれば、前記捕捉粒子によりエンジンからの排気ガスに含まれる窒素酸化物や硫黄酸化物が吸着され、これらが固定炭素とともに燃焼して処理される。例えば、窒素酸化物は燃焼により窒素と二酸化炭素となって無害化され、また硫黄酸化物も固定化されて無害化される。

本発明に係る排気ガス処理装置は、エンジンの排気ガスに含まれる微粒子を捕捉する捕捉粒子が堆積した捕集体と、前記捕集体の下方に前記排気ガスを導入する排気導入路と、この導入された排気ガスを多数の貫通したノズル孔から捕集体内に噴射する分散導入体と、前記捕集体を通過した排気ガスを捕集体の上方から排出する排気導出路とを備え、前記排気ガスの速度と捕集体にかかる重力とのパランスによって捕集体を流動化して、その流動層内で微粒子を燃焼させる。

上記構成によれば、上記した本発明の処理方法を実行する簡略な処理装置が容易に得られる。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記排気ガスの速度が、排気ガスによる捕集体の流動化に必要な所定値よりも低い場合には前記微粒子を捕捉粒子に捕捉させ、前記所定値以上の場合は排気ガスにより捕集体を流動化して、その流動層内で微粒子を燃焼させるまた、本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記捕捉粒子をアルミナ、シリカ、ゼォライト、ジルコニァまたは焼結金属を主成分とする粒子で形成する。この粒子により、微粒子の確実な捕捉効果が得られ、脱硝蝕媒や脱硫剤の担持も確実に行える。

さらに、本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記捕捉粒子の径を 2 0 0 m〜 1 m mとする。この粒径範囲では、捕捉粒子が流動化し易くなって、流動層から捕捉粒子が飛び出したりすることなく、流動層内において捕捉粒子で捕捉された微粒子が確実に燃焼される。つまり、微粒子を捕捉した捕捉粒子が流動化された場合、排気ガスが捕捉粒子から微粒子を剥奪しょうとするが、一般的に粉粒体に付与される気体の抗カは、粒子径が小さくなるほど小さくなるのに対し、粒子径が小さくなっても捕捉粒子と微粒子の付着力は、ファンデルワールスカによりそれほど小さくはならない。したがって、以上のように、前記捕捉粒子の平均径を 2 0 0 m〜 1 m mとすれば、この捕捉粒子は流動層から飛び出すことなく滞留して、流動層内で捕捉粒子で捕捉された微粒子が確実に燃焼される。

また、本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記捕捉粒子に、排気ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝触媒と、排気ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫剤の少なくとも一方を担持させている。本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記捕集体に排気ガスを導く上流側排気通路に酸化触媒（脱硝触媒）を充填した箱を設けるか、または前記分散導入体の下面及び排気導入路の内面に酸化触媒（脱硝触媒）を塗布して、排気ガス中の N Oを N 0 ₂ に変えて、前記流動層内で燃焼促進剤として活用する。これによれば、流動層内で N 〇₂ による微粒子の燃焼が支配的となって、排気ガス中の 0 ₂ の支配下で燃焼させる場合よりも前記流動層の燃焼温度が下がるので、低温での燃焼処理が容易となる。また、酸化触媒を流動層の入口に設けた箱に充填させると、流動層内の捕捉粒子に酸化触媒を担持させる場合と異なり、酸化触媒の機械的摩耗を防げる。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記流動層を複数の区画に分割する金属板または金網からなる仕切りを設ける。特に、好ましくは前記流動層を前記仕切りにより 2または 3の区画層に区画する。そして、排気ガス処理装置が傾斜したとき、流動層の高さが片側端部で低くなり過ぎてガスの吹き抜けが起こるのを抑制する。これによれば、排気ガス処理装置を搭載した移動車両が傾斜地を走行するような場合で前記処理装置が傾いたとき、その一方側に捕捉粒子が偏ってしまうのが前記仕切りにより抑制されて、この仕切り板の間に捕捉粒子が常に滞留するので、流動層の高さが片側端部で低くなり過ぎることによるガスの吹き抜けが起こらない。このため、前記排気ガス中の微粒子が捕捉粒子と接触することなく流動層を吹き抜けるのが阻止され、微粒子は捕捉粒子に確実に捕捉されて、この微粒子が効果的に燃焼する。また、仕切りに酸化触媒機能を付与すると、流動層内での微粒子の酸化反応が促進される。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記捕捉粒子の粒子径 2 0 0 β π！〜 1 m mよりも目の細かい例えば 4 0〜 1 5 0メッシュ程度の金網をフィル夕とし、これを前記流動層の上方に設置して、流動層での気泡の破裂や排気ガス処理装置の揺れの影響では捕捉粒子の通過を阻止する。これによれば、前記流動層で気泡（バブル）が破裂したり移動車両が揺れることが原因でフィル夕に向かって強く飛び出す捕捉粒子は、フィルタの金網と衝突して、フィル夕を通過することなく、流動層へと戻されるので、捕捉粒子の量が減少せず、流動層内で捕捉粒子に捕捉された微粒子の確実な燃焼処理が行える。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、移動車両に搭載するとき、排気ガス処理装置の長手方向を傾斜角度の小さな、進行方向と直角方向に設定する。これによれば、移動車両が一般道路を走行する場合、傾斜地で走行する場合のように、進行方向（前後方向）に傾斜して連続的に長時間走行する場合が多いのに対し、これと直角方向（左右方向）に傾斜して連続的に走行する時間は短いので、排気ガス処理装置の長手方向を車両の進行方向と直角方向に設定することにより、この処理装置の長手方向に配設される分散導入体の傾き、すなわち分散導入体の一方側への捕捉粒子の偏りを少なくして、前記微粒子を効果的に燃焼させることができる。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、エンジンの負荷が低く排気ガス温度が低くて、前記捕捉粒子に捕捉された微粒子が前記流動層で燃えにくい場合、エンジンの燃焼膨張過程での燃料 2次噴射を促進し、後燃え現象により排気ガスの温度を上げるか、またはェンジン出口と排気ガス処理装置の入口との間に燃焼器を設けて、間歇的に短時間排気ガスを再燃焼させることにより、排気ガスの温度を上げて前記捕捉粒子に付着した微粒子の燃焼を促進させる。つまり、排気ガス温度が低いときには、前記捕捉粒子に捕捉された微粒子が前記流動層で燃焼されにくいのに対し、燃料供給のタイミングをずらすことによって排気ガスの温度を上げてやるか、前記燃焼器で燃焼させて排気ガスの温度を上げることにより、前記微粒子を確実に燃焼させることができる。本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記分散導入体が孔径 0 . 3〜 1 . 0 m mの孔を複数個有し、この分散導入体に 4 0 ~ 1 5 0メッシュの隙間の金網を付設するか、または前記捕捉粒子の径を前記分散導入体の孔径ょりも大きくするか、または分散導入体の板厚を孔径の 3倍以上とし、ブリッジ効果を利用することにより、前記捕捉粒子が分散導入体の孔から落下するのを防止する。これによれば、前記捕捉粒子が分散導入体から落下することなく、流動層内に保持されるので、微粒子を前記流動層において確実に燃焼させることができる。本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記分散導入体の下部に設ける排気導入路の内部に火花を飛ばす装置を設け、この排気導入路内に溜つた微粒子を火移りにより燃焼させる。これによれば、前記排気導入路内に溜った微粒子の量が減り、排気ガスの処理が容易に行える。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記分散導入体の上流側に片側 1 5 ° 両側 3 0 ° 以内の拡大角のディフューザを設置するか、孔径 5〜 1 5 m mの孔を複数個設けた多孔板を配置するか、または前記分散導入体の下部に設ける排気導入路の内部に多孔板で構成される円筒または楕円状の管を挿入し、前記流動層内における排気ガスの偏流を抑制する。これによれば、前記多孔板により、その下流側の流動層において排気ガスの偏流が阻止されて、流動層内に排気ガスが均一に拡散されるので、この排気ガスに含まれる微粒子が前記捕捉粒子によつて効果的に捕捉される。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記分散導入体として平板ではなく円筒形の散気管を用いる。この散気管を用いれば、前記排気ガス処理装置のケーシングに対する散気管の溶接部長さが短くてすみ、または溶接部が不要となり、製作コストが安くなる。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記分散導入体の下部に設ける排気導入路の内部を複数の区画に分割し、分割された各区画の入口に切換弁を設置して、エンジンの排気流量の変動に伴い分割された各区画の使用区画数を変え、排気ガスが流入する区画における排気ガスの最大流量と最小流量の比率を小さくする。または排気ガスを流動層に導入する散気管複数個を流動層内に設置し、この各散気管の入口に切換弁を設置して、エンジンの排気流量の変動に伴い使用散気管数を変え、排気ガスが流入する散気管における排気ガスの最大流量と最小流量の比率を小さくする。一般に流動層においては、前記分散導入体の圧力損失を十分にとることにより、前記捕捉粒子である流動媒体の流動層での挙動が不安定になっても、前記分散導入体における各ノズル孔から流動層内に噴出される排気ガス流量の巾が小さくなるようにするが、流動層ボイラ、流動層ごみ焼却炉など流動層装置の負荷変動幅は通常最小負荷で最大負荷の 5 0〜 6 0 %程度であり、最小負荷時の前記分散導入体の圧力損失を適正に維持することは難しくはない。しかし、移動用車両に用いるディ一ゼルエンジンの最大負荷と最小負荷における排気ガス量の比率は、 6〜 1 0 ： 1程度と非常に大きくなる。そこで、前記分散導入体の下部に設ける排気導入路の内部を複数の区画に分割するか、または排気ガスを流動層に導入する散気管複数個を流動層内に設置して、排気ガスが流入する区画または散気管において常に排気ガスの流入量が最大負荷時に対し一定割合以上となるようにすることにより、排気ガスが流入する区画または散気管における排気ガスの流量変化範囲を適正化することができて、前記分散導入体または散気管の適正な圧力損失を維持して、良好な流動化状態を保持することができる。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記分散導入体の下部に設ける排気導入路の内部を 2分割し、分割された 1区画の入口に切換弁を設置して、エンジンの排気量の変動が 1対 4以内の比率では、分割された各区画を通過するガス量が常に設計値の 1 / 2以上となるように設定する。または、排気ガスを流動層に導入する散気管の 2 本を流動層内に設置し、このうち 1本の散気管の入口に切換弁を設置して、エンジンの排気量の変動が 1対 4以内の比率では、散気管におけるガス量が常に設計値の 1 2以上となるように設定する。 2つの区画または散気管のうち 1つのみに排気ガスを流入させる場合、ガスが流入されない他方の区画または散気管では流動化が起こらず固定層となるが、運用上問題はない。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記分散導入体の圧力損失を最大負荷において流動層における圧力損失の 1 0 0〜 2 0 0 0 %になるように設定する。このようにすれば、大きな負荷変動や移動車両の動揺があっても、排気ガスを流動層内に均一に供給できる本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記流動層の上方に直径数 m mから数十 m mの孔をあけた管を 4 0〜 1 5 0メッシュの金網で覆ったフィルタを設置する。これによれば、排気ガス処理装置のケ一シングに対するフィルタの溶接部長さが短くてすみ、製作コストが安くなる。本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、同一垂直面内に直列に流動層を 2段または 3段にわたって設ける。流動層の集塵においては、分散導入体のノズル孔から噴出する高速の排気ガスが捕捉粒子に衝突したときに、排気ガス中の微粒子が慣性集塵により前記捕捉粒子に捕捉され易いので、以上のように流動層を 2段または 3段にわたつて設けると、慣性集塵が 2度または 3度繰り返して行われることとなつて、集塵効率が高くなる。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、流動層の界面近傍に 1枚または 2枚の多孔板または積層した金網を設ける。このようにすれば、前記捕捉粒子である流動媒体が流動化したとき、この流動媒体が前記多孔板または金網に衝突し、または各者を通過するときに互いに衝突して、流動化状態が緩慢となり、分散導入体のノズル孔出口には常に流動媒体が充満して微粒子の捕捉効率が高められる。また、一旦流動媒体の表面に捕捉された微粒子は、流動媒体の流動化状態が緩慢なため、再飛散しにくく再飛散する前に燃焼される。しかも、流動媒体は、流動層の界面からの飛び出しが少なくなり、流動層の上方に設けたフィルタでの詰りが少なくなる。つまり、アルミナなどの微粒子の捕捉粒子として使用される流動媒体の場合、最も流動化状態が良好で、微粒子の捕捉性能の高い領域は 0 . 1〜 0 . 2 m mの粒径であるが、流動媒体の粒径が小さいほど流動層からの粒子の飛び出しを防止するため、流動層の空塔速度を小さく、すなわち装置を大きくする必要がある。しかし、以上のように、流動層の界面近傍に多孔板または金網を設けて、流動媒体の流動化状態を緩慢とする場合、装置を小さくし、また流動媒体の粒径を例えば 0 . 2〜 l m m程度としても、微粒子の捕捉性能を高くできる。なお、多孔板を用いる場合は、これの圧力損失をできるだけ小さくするため、開口率の大きいものを使用する。本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、排気ガス処理装置の出口側に排気ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝触媒を組み込んだ反応器を設ける。このようにすれば、装置と運転費用を共に低コストとしながら、脱塵効果と脱硝効果が得られる。つまり、ディーゼルェンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去する脱硝触媒は、通常触媒としての活性が得られる温度が 2 0 0 °C以上であり、それ以下の温度域で使用すると、排気ガス中の煤塵が触媒表面に付着して触媒活性を失レ、燃焼しなくなって閉塞する。従って、排気ガス温度はエンジンを調整して常に 2 0 0 °C以上に保持する必要があるので、燃料消費量が増大する。しかし、以上のように、排気ガス処理装置の出口側に脱硝触媒を組み込んだ反応器を設けると、前記排気ガス処理装置は低負荷時に特に煤塵除去率が高いので、排気ガス温度を 2 0 0 以上に上げなくても、つまり余分な燃料をエンジンに供給しなくても触媒の閉塞は起こらない。また、前記脱硝触媒としては白金などの高価なものが使用されるので、この脱硝触媒だけで脱塵と脱硝を同時に高効率で行おうとする場合、必要な触媒量が多くなつて高価となる。これに対し、以上のように排気ガス処理装置を通過させた後に脱硝触媒で排気ガス中の窒素酸化物を除去する場合は、脱塵及び脱硝能が共に 8 0 %以上の処理装置が小型としながら低価格で得られ、また運転コストも低廉となる。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、排気ガス処理装置の出口側の連続運転中に排気ガス温度が 6 0 〜 2 0 0 ° Cとなる排気ガス中に窒素酸化物、硫黄酸化物を除去する還元作用を持つ粒子を充填した粒子層を内蔵した反応器を設ける。粒子としては、たとえばァイアンカーバイド（F e ₃ C ) を用いる。アイアン力一バイドは 6 0 〜 2 0 0 ° Cの範囲では窒素酸化物や硫黄酸化物と主として反応し、空気中の酸素との反応はあまり起こらないので窒素酸化物や硫黄酸化物の還元剤として利用することができる。

アイアン力一バイド中の鉄分は使用後に鉄の材料として利用される。反応器の粒子は固定層状態であっても流動層状態であってもかまわない本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、流動層の上方に前記捕捉粒子を捕獲するフィルタを設置し、流動層の静止層高さを前記分散導入体から前記フィル夕までの 5 0 %程度とし、流動媒体によつてフィルタを叩かせるようにしているこのようにすれば、エンジン負荷が低く、付着性の強い煤塵が例えフィル夕部に付着しても、流動媒体により叩き落されて、フィル夕が閉塞するのが防止される。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、流動層内、特に流動層上部に長さ、直径が数 m mから数十 m mの円筒状で両端が開いた金網を多数、固定しない状態で混入させる。このようにすれば、金網の中に入り込んだ粒子群が一時的に大粒径の挙動をし、流動層界面での流動層の動きが制限されて、飛散の少ないおだやかな流動層となり、除塵効率が向上する。

本発明の好ましい実施形態における排気ガス処理装置は、前記流動層の上方に 4 0〜 1 5 0メッシュの金網製の一次フィルタと酸化触媒の機能を持った 4 0〜 1 5 0メッシュよりも目の粗い金網を積層させた二次フィルタを設置する。このようにすれば流動層を飛び出した小粒径の煤塵が金網製の一次フィル夕を通りぬけたあと、酸化触媒の機能を持った二次フィル夕で捕捉され、酸化されることにより除塵効率が向上する。酸化触媒としては、例えばニッケルが使用される。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。〔図面の簡単な説明〕

図 1は、本発明に係る排気ガス処理装置をディーゼルエンジンに取り付けた第 1実施形態例を示す側面図である。

図 2は、排気ガス処理装置の全体構造を示す縦断面図である。

図 3は、排気ガス処理装置の正面図である。

図 4は、捕捉粒子が流動層となったときの状態を示す処理装置一部の縦断面図である。

図 5は、排気ガス中の微粒子が捕捉される状態を示す模式図である。図 6は、第 2実施形態に係る排気ガス処理装置を示す側面図である。図 7は、第 3実施形態を示す排気ガス処理装置の一部切欠いた側面図である。

図 8は、第 3実施形態の別の例を示す排気ガス処理装置の一部切欠いた側面図である。

図 9は、第 4実施形態を示すエンジンの部分のブロック図である。図 1 0は、第 5実施形態を示す排気ガス処理装置の部分のブロック図である。

図 1 1は、第 6実施形態を示す排気ガス処理装置の一部切欠いた側面図である。

図 1 2は、第 7実施形態を示す排気ガス処理装置の一部切欠いた側面図である。

図 1 3は、第 8実施形態を示す排気ガス処理装置の一部分の水平断面図である。

図 1 4は、第 9実施形態を示す排気ガス処理装置の一部分の縦断面図である。

図 1 5は、第 1 0実施形態を示す排気ガス処理装置の一部切欠いた側面図である。図 1 6は、第 1 1実施形態を示す排気ガス処理装置の一部分の縦断面図である。

図 1 7は、第 1 2実施形態を示す排気ガス処理装置の部分のブロック図である。

図 1 8は、第 1 3実施形態を示す排気ガス処理装置の一部分の縦断面図である。

図 1 9は、第 1 4実施形態を示す排気ガス処理装置の一部分の縦断面図である。〔発明を実施するための最良の形態〕

図 1は、本発明の排気ガス処理装置 1をディーゼルエンジン Eに取り付けた例を示す第 1実施形態の側面図である。排気ガス処理装置 1はディーゼルエンジン Eに排気管 1 0を介して接続されている。この排気ガス処理装置 1の長手方向は、ディ一ゼルエンジン Eが搭載された車両の進行方向 Xに対し直交する方向 Yに設定されている。

図 2は、排気ガス処理装置 1の全体構造を示す縦断面図である。この処理装置 1は、円筒形の本体 2 1 と、これの長さ方向両端に設けられた端板 2 2からなるケーシング 2を備え、これの内部の下部側には、本体 2 1の内面 2 1 aとの間に、分散導入体として、所定間隔をおいて多数の貫通したノズル孔 3 1を有する平坦な分散板 3が、上部側には前記内面 2 1 aとの間に所定間隔をおいて平坦なフィル夕 4が、分散板 3 と平行に配置されている。前記ケ一シング 2の内部で分散板 3とフィル夕 4 で囲まれる空間には、前記エンジン Eからの排気ガス Gに含まれる炭素を含んだ微粒子（固体炭素）を捕捉する多数の捕捉粒子 5からなる捕集体 6が収納されている。

前記分散板 3のノズル孔 3 1の孔径は、捕捉粒子 5よりも小さくても大きくてもよいが、ここでは、 0 . 3〜 1 m m程度に設定されており、これらノズル孔 3 1が 2〜 1 0 m m程度のピッチ間隔で形成されている。ノズル孔径が捕捉粒子 5の外径より大きいときは、捕捉粒子 5がノズル孔 3 1から落下しないように、図 2の仮想線で示すように、前記分散板 3の下面に沿って、または上面に沿って、 4 0〜 1 5 0メッシュ（孔径 1 0 0〜 4 0 0 m程度）の隙間を有する金網 3 2を設ける。これにより、前記捕捉粒子 5を分散板 3の上方に常に滞留させる。前記分散板 3は、平坦な板のほか、横断面円弧形や三角形など種々の公知の形状とすることができる。また、分散導入体として、分散板 3に代えて、後述する円筒形の散気管を用いてもよい（図 1 4参照）。この散気管を用いる場合は、分散板 3の前記ケ一シング 2に対する溶接部長さが短くてすみ、または溶接部が不要となり、熱応力の問題がなくなり、製作コストも安くなる。

前記捕捉粒子 5は、好ましくはアルミナ、シリカ、ゼォライト、ジルコニァ、またはステンレスなどの金属粉を焼結した粒子で形成し、その粒径は 2 0 0 m〜 l m mとする。この捕捉粒子 5は多孔質粒子や表面粗度の粗い粒子とすれば、排気ガス G中の窒素酸化物を除去する銅ゼォライトなどの脱硝触媒や、排気ガス G中の硫黄酸化物を除去する硫化鉄または生石灰などの脱硫触媒を担持させ易い。これらの触媒を前記捕捉粒子 5に担持させることにより、排気ガス Gの脱硝能ゃ脱硫能が得られる。また、以上の粒径範囲とすれば、捕捉粒子 5が流動化し易くなつて、流動層 F (図 4 ) から捕捉粒子 5が飛び出すのが抑制され、流動層 F 内において捕捉粒子 5で捕捉された微粒子が確実に燃焼される。一般に、大きな粒子に微粒子が付着して流動化している流動層 Fは粉粒流動層と呼ばれ、特性が報告されており、 1 m以下の微粒子は殆ど飛び出さずに流動層 F内に滞留することが知られている。また、前記フィルタ 4としては、前記捕捉粒子 5の粒子径 2 0 0 〜 l m mよりも目の細かい 4 0〜 1 5 0メッシュ（ 1 0 0〜 4 0 0 β m 程度の目開きに相当）を有する金網を用いて、前記流動層 Fの上方、つまり捕捉体 6の下流側（ガス出口側）に設置する。そして、前記流動層 Fを経た気体は通過させ、流動層 F内で気泡が破裂したり移動車両が揺れることが原因で前記フィル夕 4に向かって直線的な軌道で高速で飛び出す捕捉粒子 5は、前記金網の網目に当てることにより、フィルタ 4を通過させることなく、前記流動層 Fへ戻して、捕捉粒子 5に捕捉された微粒子を効果的に燃焼させる。前記フィルタ 4としては、捕捉粒子 5の平均粒径よりも小さな貫通孔を多数有する多孔板を用いてもよい。また、前記フィル夕 4としては、直径数 m mから数十 m mの孔をあけた管を 4 0〜 1 5 0メッシュの金網で覆ったものを用いてもよい（図 1 5参照 ) 。これによれば、前記フィルタ 4のケーシング 2に対する溶接部長さが短くてすみ、または溶接部が不要となり、熱応力の問題がなくなり、製作コストも安くなる。

また、前記ケ一シング 2の内方下部側で本体 2 1の内面 2 1 aと分散板 3の間には、ケ一シング 2の前方（図 2の左側）から前記捕集体 6の下方に排気ガス Gを導入する排気導入路 7が形成され、ケーシング 2の内方上部側でケ一シング内面 2 1 aとフィルタ 4の間には、前記捕集体 6を通過した排気ガス Gを上方から後方（図 2の右側）へ排出する排気導出路 8が形成されている。このとき、前記ケ一シング 2の分散板 3の下部側に箱を設けて、これの内部を前記排気導入路 7とすることもできる。

また、前記排気導入路 7には、図 2に示すように、この排気導入路 7 に溜った微粒子に火花を飛ばす装置として点火プラグ 4 1を設けている。この点火プラグ 4 1を設ければ、排気ガス Gに含まれる微粒子をより完全に燃焼させることができる。

図 3に示すように、この処理装置 1は、ディーゼルエンジンの一般的な消音器と同様に、そのケ一シング 2の全体が円筒形状に形成されていて、消音器と取り替えて装着できるようになつている。前記ケーシング 2は、円筒形以外にも偏平な楕円形または角形とするごともできる。図 2に示すケ一シング 1の一方の端板 2 2には、その下部側に前記排気導入路 7に連通する排気ガス Gの導入口 2 3が形成され、この導入口 2 3の外部側には前記排気管 1 0を連結するための連結フランジ 2 4が取り付けられ、図 3に示す端板 2 2の中央部には前記捕捉粒子 5の充填および保守 · 点検を行うための充填孔 2 5が形成されて、この充填孔 2 5には、これを閉鎖する蓋体 2 6を装着するためのフランジ 2 7が取り付けられている。また、図 2に示す他方側の端板 2 2には、その上部に前記排気導出路 8に連通する排気ガス Gの導出口 2 8が形成され、この導出口 2 8の外部側には排出パイプ 2 9 (図 1 ) を連結する連結具 3 0 が取り付けられている。

前記捕集体 6は、その重力と排気ガス Gの圧力とのバランスによって流動化させる。つまり排気ガス Gの速度が、排気ガス Gによる捕集体 6 の流動化に必要な所定値よりも低い場合、図 2のように捕集体 6は、前記分散板 3上に捕捉粒子 5が堆積した状態の固定層 Sとなる。また、排気ガス Gの速度が前記所定値以上になった場合には、排気ガス Gの速度により捕集体 6を流動化させて、図 4のように捕捉粒子 5がケ一シング 2の内部に浮遊分散された状態の流動層 Fとする。このとき前記所定値は、 0 . ；!〜 0 . 5 m Z s の範囲に設定される。また、図 2に示す分散板 3からフィルタ 4までの高さ、詳しくは分散板 3のノズル出口（分散板上面）からフィル夕 4までの高さを Hとした場合、前記固定層 Sの高さ，つまり流動層 Fの静止高さは 1 Z 2 H程度とし、前記流動層 Fは、図 4に示すように 3 Z 4 H程度に設定される。

次に、以上の処理装置 1 を用いた排気ガスの処理方法について説明する。

図 5は、排気ガス Gに含まれる固体炭素の微粒子 gを除去処理する場合の模式図を示している。この微粒子 gは、 l ^ m以下の粒径のものが多い。図 1 のディーゼルエンジン Eから排出された排気ガス Gは、排気管 1 0から、図 2の先ずケ一シング 2の排気導入路 7に送られ、これより分散板 3のノズル孔 3 1から内部の捕捉粒子 5に向かって噴射される。このとき、排気ガス Gが保有している速度エネルギーの一部がノズル孔 3 1によって運動エネルギーに変換され、ノズル孔 3 1から排気ガス Gは捕捉粒子 5に向かって 2 0〜 2 5 0 m ' s -1程度の速度で噴射される。また分散板 3は、排気ガス Gを内部に均一に供給するために、通常流動層部での圧力損失に対して分散板 3で約 1 0〜 2 0 %の圧力損失を取るようにしているが、本発明の装置では、流動層 Fの高さが数十 m m 程度と低く、負荷変動が激しくて流動層 Fが安定しにくいので、前記分散板 3で約 1 0 0〜 2 0 0 0 %の圧力損失を取るようにしている。このようにすれば、圧力損失により排気ガス Gが加速されて、捕捉粒子 5に向かって均一な速度で噴射される。よって、大きな負荷変動や移動車両の動揺があっても、排気ガスを流動層 F内に均一に供給できる。

エンジン Eの起動時やアイドリング時など排気ガス Gの発生量が少なく、排気ガス Gの微粒子 gの発生量も少ないとき、前記捕捉粒子 5は、その重力の方が排気ガス Gの圧力に基づく捕捉粒子 5の押上げ力よりも大きくなつて、図 2のように分散板 3上に堆積した固定層 Sとなり、図 5のノズル孔 3 1から噴射された排気ガス G中の微粒子 gは、分散板 3 上の各捕捉粒子 5に衝突して捕捉される。このとき、捕捉粒子 5が多孔質なものや表面粗度の粗いもの、たとえば繊維状のものであれば、微粒子 gをより確実に捕捉できる。

エンジン Eの回転数が上がって排気ガス Gの圧力が高くなると、この圧力により捕集体 6の捕捉粒子 5は図 4のように流動化し、つまり捕捉粒子 5が浮遊分散された状態となって、ノズル孔 3 1の近くに新たな捕捉粒子 5が循環されながら順次供給され、排気ガス G中の微粒子 gが効率的に捕捉される。また、エンジン Eの回転数が上がり、かつ高負荷になると、排気ガス Gの温度も上昇するので、前記固定層 Sや流動層 Fの状態で捕捉粒子 5に捕捉された微粒子 gが、流動層 Fの全域において排気ガス G中の残存酸素により速やかに燃焼される。この燃焼により微粒子 gが除去された捕捉粒子 5は、流動化により再びノズル孔 3 1に至つて新たな微粒子 gの捕捉に寄与する。このとき、流動層 Fの温度が 2 4 0 ° (：〜 4 5 0 °C付近の範囲では、排気ガス Gに含まれた N 0 ₂ による微粒子 gの燃焼が支配的であり、 4 5 0 °C付近以上では、排気ガス Gに含まれた酸素 0 ₂ による微粒子 gの燃焼が支配的となる。

以上のように、捕捉粒子 5を固定層 Sとしたり流動層 Fとして、捕捉粒子 5が流動化している時間をできるだけ少なくすることにより、捕捉粒子 5とケ一シング 2との接触によるケ一シング 2の磨耗、および捕捉粒子 5同士の接触による捕捉粒子 5の摩耗が抑制される。

また、排気ガス Gは振動音を有しているが、この振動音は排気ガス G の圧力振動により流動層 F内の捕捉粒子 5に運動量を与えることで消音される。つまり、運動エネルギーを受け取った捕捉粒子 5は、流動層 F 内を移動するとき振動が減衰されて熱に変換される。これにより排気ガス Gの騒音は、流動層 F内で熱となって消音される。

こうして微粒子 gが除去された洗浄な排気ガス Gは、捕集体 6の流動層 Fから離れて、フィルタ 4と排気導出路 8を通って排出パイプ 2 9から外部に排出される。また、前記排気ガス処理装置 1の長手方向が車両の進行方向 Xに対し直角方向 Yに設定されており、移動車両が一般道路を走行する場合、この直角方向 Y (左右方向）に傾斜して連続的に走行する場合は少ないので、処理装置 1の長手方向に沿った前記分散板 3の傾き、すなわち分散板 3の一方側への捕捉粒芋 5の偏りが防止される。その結果、捕捉粒子 5に前記微粒子 gが確実に捕捉されて、この微粒子 gをより効果的に燃焼させることができる。

図 6の第 2実施形態では、捕捉体 6に排気ガス Gを導く上流側排気通路、この例では前記エンジン Eの排気管 1 0 (流動層 Fの入口）に、酸化触媒（脱硝触媒）が充填された箱 9を取り付けて、その酸化触媒で排気ガス中の N Oを N 0 ₂ に変えて燃焼促進剤として活用し、この N〇₂ の存在下で微粒子 gの燃焼を行うようにしている。このように N 0 ₂ の存在下で燃焼を行えば、前述のとおり、排気ガス G中の酸素〇₂ の支配下で燃焼する場合より.も前記流動層 Fの燃焼が促進されるので、前記微粒子 gの低温による燃焼処理が可能となる。また、以上のように前記流動層 Fの入口に設けた箱 9に酸化触媒を充填させれば、流動する捕捉粒子に酸化触媒を担持させる場合と異なり、酸化触媒の機械的摩耗を防ぐことができる。以上の低温による燃焼処理を行うためには、前記分散板 3の下面の風箱内に前記酸化触媒を塗布してもよい。

図 7の第 3実施形態では、前記流動層 Fの内部で分散板 3とフィルタ 4の間に、流動層 Fを円筒形のケ一シング 2の長手方向 Aのような一定方向に沿って複数の区画層 F 1〜F 4に区画するために、上下方向に延びる複数の仕切り 1 1を、長手方向 Aに沿って等間隔に取り付けている。この仕切り 1 1 としては、金属板または金網が好適に用いられる。このようにすれば、前記長手方向 Aを車両の前後方向に合致させることで、移動車両が傾斜地を走行するような場合に、二点鎖線で示すように排気ガス処理装置 1が長手方向 Aに傾いたとき、その長手方向一方側に捕捉粒子 5が偏在して、流動層 Fの高さが他方側で低くなり過ぎるのが、前記仕切り 1 1 によって阻止され、この仕切り板 1 1の間に捕捉粒子 5 が常に滞留する。このため、排気ガス G中の微粒子 gが捕捉粒子 5 と局部的に接触することなく流動層 Fを吹き抜けるのが阻止され、微粒子 g は捕捉粒子 5に確実に捕捉されて、この微粒子 gが効果的に燃焼する。なお、仕切り 1 1の長さを短くし、仕切り 1 1 を分散板 3に取り付け、仕切り 1 1の上端とフィルタ 4との間に隙間を設けてもよい。

このとき、特に好適には、図 8の実施形態で示すように、前記流動層 Fの内部を前記仕切り 1 1により 2つの区画層 F l， F 2に区画する。また、前記流動層 Fは、図示しないが、仕切り 1 1により 3つの区画層に区画してもよい。

図 9の第 4実施形態では、前記エンジン Eの負荷が所定時間にわたつて低く、排気ガス Gの温度が低いとき、これを検出して、エンジン Eの燃焼膨張過程での燃料 2次噴射を促進し、後燃え現象により、排気ガス Gの温度を上げて捕捉粒子 5に付着した微粒子 gを燃やすようにしている。具体的には、前記エンジン Eを制御するコントローラ 1 2にェンジン Eの回転数を入力し、この回転数が一定値以下の状態を継続した時間をコントローラ 1 2内の夕イマにより検出し、この継続時間が所定時間に達したとき、前記コントローラ 1 2からの出力で燃料弁 1 3を制御してエンジン Eの燃焼膨張過程での燃料 2次噴射を一定時間促進させる。ここで、前記エンジン Eの負荷は、急激な加減速時や坂道での走行時を除いて、通常の定速走行時には、言いかえれば長い時間スパンで見たときには、エンジン Eの回転数と比例するので、この回転数を検出することによってエンジン Eの負荷を容易に検出できる。エンジン Eの回転数は、車両に通常備わっているエンジン回転計から変換器を介して検出する。

以上のようにすれば、排気ガス Gの温度が低いときは、捕捉粒子に捕捉された微粒子が流動層 Fで燃焼されにくいのに対し、エンジン Eの燃焼膨張過程での燃料 2次噴射を促進させて排気ガス Gの温度を上げることにより、前記微粒子の燃焼を促進させることができる。また、このように燃焼供給量を増大させるのに代えて、図 9に二点鎖線で示すように、前記エンジン Eと排気ガス処理装置 1 との間に別の燃焼器 1 4を設けて、前記エンジン Eの排気ガス Gを燃焼させて排気ガス Gの温度を上げるようにしてもよい。つまり、前記流動層 F内では前記微粒子が捕捉粒子 5の表面に薄く分散して付着し、粒子間の衝突により境膜が形成されることなく、低温下での燃焼が起こる。例えば 5 0 0 °Cに 5分間維持すれば、捕捉粒子 5の表面に付着した厚み 1 の微粒子は燃焼してしまう図 1 0の第 5実施形態では、前記排気ガス処理装置 1 を分散板 3の断面積が異なる 1 A， 2 Aの 2つに分割し、各処理装置 1 A， 2 Aの入口側に三方切換弁 1 5を取り付けて、前記エンジン Eの排気流量の変動に伴い使用する処理装置を変え、処理装置 1 A , 2 Aに流入する最大流量と最小流量の比率を小さくするようにしている。具体的には、排気流量に比例するエンジン回転数を検出し、エンジン回転数が一定値未満のとき一方の排気ガス処理装置 1 Aのみに排気ガス Gを供給し、一定値以上のときには、分散板 3の断面積が 1 Aよりも広い処理装置 2 Aに切換えて使用し、さらに排気ガス量が増大したときには、両方の排気ガス処理装置 1 A , 2 Aに排気ガス Gを供給する。つまり、排気流量の増大に応じて処理装置 1 A , 2 Aの使用個数を増やす。これにより、各排気ガス処理装置 1 A , 2 Aに流入する排気ガス Gの分散板 3の断面積当りの流量変化範囲が小さくなって適正化されるので、微粒子の燃焼を効果的に行うことができる。排気ガス処理装置 1 A , 2 Aは 3つ以上設けてもよい。

図 1 1の第 6実施形態では、排気ガス処理装置 1の流動層 F内における排気ガス Gの偏流を阻止するために、分散板 3の上流側の排気導入路 7内に孔径 5〜 1 5 m mの孔を多数設けた円筒または楕円状の管 1 6を挿入している。すなわち、前記処理装置 1のケーシング 2の下部中央に排気ガス Gの排気管 1 0が接続される導入口 2 3を設けて、この導入口 2 3から排気導入路 7内に前記管 1 6を挿入させている。このようにすれば、前記管 1 6により排気ガス Gの偏流が阻止されて、前記流動層 F には排気ガス Gが均一に拡散されるので、この排気ガス Gに含まれる微粒子が前記捕捉粒子 5に確実に捕捉される。このとき、前記管 1 6に変えて、孔径 5〜 1 5 m mの孔を多数設けた多孔板を前記排気導入路 7に配置してもよい。または、排気導入路に片側 1 5 ° 両側 3 0 ° 以内の拡大角のディフユ一ザを設置してもよい。

図 1 2の第 7実施形態では、前記分散板 3の下部に設ける排気導入路 7の内部を仕切り板 5 1により 1対 1の比率で 2つの区画 7 A , 7 Bに分割し、この分割された区画 7 A , 7 Bの入口側に切換弁 7 1を設けて、エンジンの排気量の変動が 1対 4以内の比率では、分割された各区画 7 A , 7 Bを通過するガス量が常に設計値の 1 / 2以上となるように設定している。前記区画 7 A， 7 Bは、 1対 2の比率で分割し、エンジンの排気量の変動が 1対 6の範囲では、前記区画 7 A , 7 Bを通過するガス量が常に設計値の 1 Z 2以上となるように設定してもよい。

そして、以上のように前記分散板 3の下部に設ける排気導入路 7の内部を 2つの区画 7 A , 7 Bに分割し、エンジンの排気流量の変動に伴い分割された各区画 7 A , 7 Bの使用域を前記切換弁 7 1で変えることにより、排気ガスが流入する区画 7 A , 7 Bにおける排気ガスの最大流量と最小流量の比率を小さくする。つまり、一般に前記流動層 Fにおいては、前記分散板 3の圧力損失を十分にとることにより、前記捕捉粒子 5 である流動媒体の流動層 Fでの挙動が不安定になっても、前記分散板 3 における各ノズル孔 3 1からの排気ガス流量の変動量が小さくなるようにするが、通常の流動層装置の負荷変動幅は通常最小負荷で最大負荷の 5 0〜 6 0 %程度であり、最小負荷時の前記分散板 3の圧力損失を適正に維持することは難しくはない。しかしながら、移動用車両に用いるデイーゼルエンジンの最大負荷と最小負荷における排気ガス量の比率は、 6〜 1 0 ： 1程度と非常に大きくなる。そこで、前記分散板 3の下部に設ける排気導入路 7の内部を 2つの区画 7 A， 7 Bに分割して、排気ガスが流入する区画 7 A , 7 Bにおいて常に排気ガスの流入量が最大負荷時に対し一定割合以上となるようにすることにより、排気ガスが流入する区画 7 A， 7 Bにおける排気ガスの流量変化範囲を適正化することができて、前記分散板 3の適正な圧力損失を維持して、良好な流動化状態を保持することができる。

また、図示しないが、前記排気導入路 7の内部は、 1対 2対 6から 1 対 1対 1の間の比率で 3分割し、分割された各区画の入口に切換弁を設置して、エンジンの排気量の変動が 1対 1 8から 1対 6の間の比率の範囲では、分割された各区画において通過するガス量が常に設計値の 1 / 2〜 3 Z 5以上となるように設定してもよい。

図 1 3の第 8実施形態では、分散導入体として、前記分散板 3に代えて、排気ガス Gを流動層 Fに導入する周面に多数の開口孔（ノズル孔） 3 5 aが形成された散気管 3 5を用いている。この散気管 3 5の複数、例えば 2本をケーシング 2の側壁から対面まで水平方向に流動層 F内の下部を貫通するように取り付け、この散気管 3 5の 2本の内の一本の入口側に弁 3 6を設けて、エンジンの排気流量の変動に伴い開閉させてやることにより、排気ガスが流入する散気管 3 5における排気ガスの最大流量と最小流量の比率を小さくしている。この場合も、排気ガスが流入する各散気管 3 5における排気ガスの流量変化範囲を適正化することができ、各散気管 3 5の適正な圧力損失を維持して良好な流動化状態を保持することができる。このとき、図 1 2に示した排気導入路 7の内部を仕切り板 5 1で 3または 4つに区画する場合のように、前記散気管 3 5 の 3または 4本をケーシング 2の側壁から対面まで水平方向に流動層 F 内を貫通するように取り付けてもよい。また、前記散気管の各入口または管群毎に入口弁を設けてもよい。さらに、入口弁 3 6を割愛してもよいし、散気管 3 5は 1本でもよい。

図 1 4の第 9実施形態では、前記フィルタ 4として、直径数 m mから数十 m mの孔 4 0が開設された管 4 1 と、これの周囲を覆う 4 0〜 1 5 0メッシュの金網 4 2 とからなるフィルタ 4を用い、このフィルタ 4を前記流動層 Fの上方に排気導出路 8としてケ一シング 2の側壁から対面まで水平方向に流動層の上方空間を貫通するように取り付けている。このようにすれば、排気ガス処理装置 1のケ一シング 2に対する前記フィル夕 4の溶接部長さが短くてすみ、または溶接部が無くてすみ、熱応力の問題が無くなり、製作コストが安くなる。

図 1 5の第 1 0実施形態では、前記分散板 3 (または散気管）の上方の同一垂直面内（つまり真上）に別の分散板 3 (または散気管）を配置し、分散板 3上（または散気管の周り）に流動層 F 5を設け，この上方の同一垂直面内に設けられた別の分散板 3により流動層 F 6を設けている。また、同一垂直面内の更に上方に分散板 3をもう一枚配置し、同一垂直面内に 3つの流動層を設けてもよい。このようにすれば、分散板 3 のノズル孔 3 1から噴出する高速の排気ガス Gが捕捉粒子 5に衝突したときに、排気ガス G中の微粒子 gが慣性集塵により前記捕捉粒子 5に捕捉され易いので、流動層を 2段または 3段設けると、慣性集塵が 2度または 3度繰り返して行われることとなって、集塵効率が高くなる。

図 1 6の第 1 1実施形態では、前記流動層 Fの界面近傍に 1枚または 2枚の多孔板 1 7を配置している。この多孔板 1 7 としては、複数枚積層された金網を配置してもよい。このようにすれば、前記捕捉粒子 5である流動媒体が流動化したとき、この流動媒体が前記金網または多孔板 1 7に衝突し、または各者を通過するときに互いに衝突して流動化状態が緩慢となり、分散板 3のノズル孔 3 1の出口には常に流動媒体が充満して微粒子の捕捉効率が高められる。また、一旦流動媒体の表面に捕捉された微粒子は、流動媒体の流動化状態が緩慢なため、再飛散しにくくて再飛散する前に燃焼される。しかも、流動媒体は、流動層 Fの界面からの飛び出しが少なくなり、流動層 Fの上方に設けたフィル夕 4での口りが少なくなる。つまり、アルミナなどの微粒子の捕捉粒子として使用される流動媒体の場合、最も流動化状態が良好で、微粒子の捕捉性能の高い領域は 0 . 1〜 0 . 2 m mの粒径であるが、流動媒体の粒径が小さいほど流動層 Fからの粒子の飛び出しを防止するため、流動層の空塔速度を小さく、すなわち装置を大きくする必要がある。しかし、以上のように流動層 Fの界面近傍に金網または多孔板 1 7を配置して、流動媒体の流動化状態を緩慢とする場合、装置を小さくし、また流動媒体の粒径を例えば 0 . 2〜 l m m程度としても、微粒子の捕捉性能を高くすることができる。なお、多孔板 1 7を用いる場合は、これの圧力損失をできるだけ小さくするため、開口率の大きいものを使用する。

図 1 7の第 1 2実施形態では、前記排気ガス処理装置 1の出口側に排気ガス G中の窒素酸化物を除去する脱硝触媒を組み込んだ反応器 1 8 を設けている。このようにすれば、装置と運転費用を共に低コストとしながら、脱塵効果と脱硝効果が得られる。すなわち、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去する脱硝触媒は、通常触媒としての活性が得られる温度が 2 0 0 °C以上であり、それ以下の温度域で使用すると、排気ガス中の煤塵が触媒表面に付着して触媒活性を失い、燃焼しなくなって閉塞する。従って、排気ガス温度はエンジンを調整して常に 2 0 0 °C以上に保持する必要があるので、燃料消費量が増大する。しかし、以上のように排気ガス処理装置 1の出口側に脱硝触媒を組み込んだ反応器 1 8を設けると、前記排気ガス処理装置 1は低負荷時に特に煤塵除去率が高いので、排気ガス温度を 2 0 0 °C以上に上げなくても、つまり余分な燃料をエンジンに供給しなくても触媒の閉塞は起こらない。また、前記脱硝触媒としては白金などの高価なものが使用されるので、この脱硝触媒だけで脱塵と脱硝を同時に高効率で行おうとする場合、必要な触媒量が多くなつて高価となる。これに対し、以上のように排気ガス処理装置 1 を通過させた後に反応器 1 8内の脱硝触媒で排気ガス中の窒素酸化物を除去する場合は、脱塵及び脱硝能が共に 8 0 %以上の処理装置が小型としながら低価格で得られ、また運転コストも低廉となる反応器 1 8は脱硝触媒を組み込む代わりに還元効果を持つ粒子、たとえばアイアン力一バイドを充填した固定層または流動層としてもよい。アイアンカーバイドは本来鉄の原料として使用されるものであり、量産すればトン当たり 1 0 0 ドル程度の低コストで生産できるうえに、使用したあと鉄の材料として使用できるので経済的である。

図 1 8に示す第 1 3実施形態では、流動層内、特に流動層上方に長さ、直径が数 m mから数十 m mの円筒状で両端が開いた金網 5 2を多数、固定しない状態で混入させる。このようにすれば、金網 5 2の中に入り込んだ粒子群が一時的に大粒径の挙動をし、流動層 F界面での流動層の動きが制限されて、飛散の少ないおだやかな'流動層となり、除塵効率が向上する。

図 1 9に示す第 1 4実施形態における排気ガス処理装置は、前記流動層の上方に 4 0〜 1 5 0メッシュの金網製の一次フィル夕 4 Aを設置し、その上に、酸化触媒の機能を持った 4 0〜 1 5 0メッシュよりも目の粗い金網を積層させた二次フィルタ 4 Bを設置する。このようにすれば流動層を飛び出した小粒径の煤塵が 4 0〜 1 5 0メッシュの金網製の一次フィル夕を通りぬけたあと、酸化触媒の機能を持った二次フィルタ 4 Bで捕捉され、酸化されることにより除塵効率が向上する。酸化触媒としては、例えばニッケルが使用され、これが金網にコーティングされる。

また、さらに別の実施形態では、図 2に示した分散板 3の上面からフィルタ 4までの高さ H、または図 1 3に示した散気管 3 5の上面（頂部 ) からフィル夕 4までの高さ Hに対し、流動層 Fの静止高さ（固定層の高さ）を 5 0 %程度とし、流動層 Fとなったとき、流動媒体によってフィル夕 4を叩いてフィルタ 4の煤塵による目詰まりを抑制する。

以上のように、本発明によれば、排気ガスに含まれる固形炭素のような微粒子を効率的かつ容易で安価に処理できる。

Claims

請求の範囲

1 . 排気ガスに含まれる微粒子を捕捉する捕捉粒子が堆積した捕集体に、その下方から前記排気ガスを導入して上方から排出することにより排気ガスを処理する処理方法であって、

前記排気ガスの圧力と捕集体にかかる重力とのバランスによって捕集体を流動化し、その流動層内で前記微粒子を燃焼させる排気ガス処理方法。

2 . 請求の範囲第 1項において、前記排気ガスの速度が、排気ガスによる捕集体の流動化に必要な所定値よりも低い場合には前記微粒子を捕捉粒子に捕捉させ、前記所定値以上の場合は排気ガスにより捕集体を流動化して、その流動層内で微粒子を燃焼させる排気ガス処理方法。

3 . 請求の範囲第 1項において、前記捕捉粒子に脱硝触媒と脱硫触媒の少なくとも一方を担持させて、排気ガス中の窒素酸化物と硫黄酸化物の少なくとも一方を除去する排気ガス処理方法。

4 . 排気ガスに含まれる微粒子を捕捉するための捕捉粒子が堆積した捕集体と、

前記捕集体の下方に前記排気ガスを導入する排気導入路と、

この導入された排気ガスを多数の貫通したノズル孔から捕集体内に噴射する分散導入体と、

前記捕集体を通過した排気ガスを捕集体の上方から排出する排気導出路とを備え、

前記排気ガスの圧力と捕集体にかかる重力とのパランスによって捕集体が流動化し、その流動層内で微粒子が燃焼するように構成されてなる排気ガス処理装置。

5 . 請求の範囲第 4項において、前記排気ガスの速度が、排気ガスによる捕集体の流動化に必要な所定値よりも低い場合には前記微粒子を捕捉粒子に捕捉させ、前記所定値以上の場合は排気ガスにより捕集体を流動化して、その流動層内で微粒子を燃焼させる排気ガス処理装置。

6 . 請求の範囲第 4項において、前記捕捉粒子が、アルミナ、シリ力、ゼォライト、ジルコニァまたは焼結金属を主成分とする粒子である排気ガス処理装置。

7 . 請求の範囲第 4項において、前記捕捉粒子の径が 2 0 0 m〜 1 m mの範囲である排気ガス処理装置。

8 . 請求の範囲第 4項において、前記捕捉粒子に、排気ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝触媒と、排気ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫触媒の少なくとも一方を担持させた排気ガス処理装置。

9 . 請求の範囲第 4項において、前記捕集体に排気ガスを導く上流側排気通路に酸化触媒を充填した箱を設け、排気ガス中の N Oを N O ₂ に変えて、前記流動層内で燃焼促進剤として活用する排気ガス処理装置。

1 0 . 請求の範囲第 4項において、前記分散導入体の下面及び排気導入路の内面に酸化触媒を塗布し、排気ガス中の N Oを N〇₂ に変えて、前記流動層内で燃焼促進剤として活用する排気ガス処理装置。

1 1 . 請求の範囲第 4項において、前記流動層を複数の区画層に区画する金属板または金網からなる仕切りを設けた排気ガス処理装置。

1 2 . 請求の範囲第 4項において、前記捕捉粒子の粒子径よりも目の細かい金網をフィル夕とし、これを前記流動層の上方に設置して、流動層での気泡の破裂や排気ガス処理装置の揺れの影響では捕捉粒子の通過を阻止するようにした排気ガス処理装置。

1 3 . 請求の範囲第 1 2項において、前記捕捉粒子の粒子径が 2 0 0 m〜 1 m mの範囲であり、前記フィルタを形成する金網が 4 0〜 1 5 0メッシュである排気ガス処理装置。

1 4 . 請求の範囲第 4項において、エンジン、ガスタービン等のェンジンを移動車両に搭載するとき、排気ガス処理装置の長手方向を傾斜角度の小さな、進行方向と直角方向に設定した排気ガス処理装置。

1 5 . 請求の範囲第 4項において、エンジン、ガス夕一ビン等のェンジンの燃焼膨張過程での燃料 2次噴射を促進し、後燃え現象により排気ガスの温度を上げるか、またはエンジン出口と排気ガス処理装置の入口との間に燃焼器を設けて、間歇的に短時間排気ガスを再燃焼させることにより、排気ガスの温度を上げて前記捕捉粒子に付着した微粒子の燃焼を促進させる排気ガス処理装置。

1 6 . 請求の範囲第 4項において、前記分散導入体は孔径 0 . 3〜 1 . 0 m mの範囲の孔を複数個有し、この分散導入体に 4 0〜 1 5 0メッシュの金網を付設するか、または前記捕捉粒子の径を前記分散導入体の孔径よりも大きくするか、または分散導入体の板厚を孔径の 3倍以上としてブリッジ効果を利用することにより、前記捕捉粒子が分散導入体の孔から落下するのを防止する排気ガス処理装置。

1 7 . 請求の範囲第 4項において、前記排気導入路に火花を飛ばす装置を設け、この排気導入路に溜った微粒子を燃焼させるようにした排気ガス処理装置。

1 8 . 請求の範囲第 4項において、前記排気導入路に片側 1 5 ° 両側 3 0 ° 以内の拡大角のディフユ一ザを設置するか、分散導入体の上流側に孔径 5〜 1 5 m mの範囲の孔を複数個設けた多孔板を配置するか、または前記排気導入路の内部に多孔板で構成される円筒または楕円状の管を挿入し、前記流動層内における排気ガスの偏流を抑制する排気ガス処理装置。

1 9 . 請求の範囲第 4項において、前記分散導入体として円筒形の散気管を用いた排気ガス処理装置。

2 0 . 請求の範囲第 4項において、前記分散導入体の下部に設ける排気導入路の内部を複数の区画に分割するか、または排気ガスを流動層に導入する散気管の複数個を流動層内に設置し、分割された各区画または各散気管の入口に切換弁を設置して、排気流量の変動に伴い分割された各区画の使用区画または使用散気管を変え、排気ガスが流入する区画または散気管における排気ガスの最大流量と最小流量の比率を小さくした排気ガス処理装置。

2 1 . 請求の範囲第 4項において、前記分散導入体の下部に設ける排気導入路の内部を 2分割するか、または排気ガスを流動層に導入する散気管 2本を流動層内に設置し、分割された各区画または各散気管の入口に切換弁を設置して、排気量の変動が 1対 4以内の比率では、分割された区画または散気管におけるガス量が常に設計値の 1 / 2以上となるように設定した排気ガス処理装置。

2 2 . 請求の範囲第 4項において、前記分散導入体の圧力損失を最大負荷において流動層における圧力損失の 1 0 0〜 2 0 0 0 %の範囲になるように設定した排気ガス処理装置。

2 3 . 請求の範囲第 4項において、前記流動層の上方に直径数 m m から数十 m mの孔をぁけた管を 4 0〜 1 5 0メッシュの範囲の金網で覆つたフィルタを設置した排気ガス処理装置。

2 '4 . 請求の範囲第 4項において、同一垂直面内に直列に流動層を 2段または 3段にわたって設けた排気ガス処理装置。

2 5 . 請求の範囲第 4項において、流動層の界面近傍に 1枚または 2枚の多孔板または積層した金網を設けた排気ガス処理装置。

2 6 . 請求の範囲第 4項において、排気ガス処理装置の出口側に排気ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝触媒を組み込んだ反応器を設けた排気ガス処理装置。

2 7 . 請求の範囲第 4項において、排気ガス処理装置の出口側の 6 0〜 2 0 0 ° Cの温度領域に排気ガス中の窒素酸化物、硫黄酸化物を除去する還元剤の粒子層を内蔵した反応器を設けた排気ガス処理装置。

2 8 . 請求の範囲第 4項において、前記流動層の上部に、前記捕捉粒子を捕獲するフィルタが設置され、流動層の静止層高さを前記分散導入体から前記フィル夕までの寸法の 5 0 %程度とし、流動媒体によつてフィルタを叩かせるようにした排気ガス処理装置

2 9 . 請求の範囲第 4項において、流動層内、特に流動層上部に長さ、直径が数 m mから数十 m mの範囲の円筒状で両端が開いた金網を多数、固定しない状態で混入させた排気ガス処理装置

3 0 . 請求の範囲第 4項において、前記流動層の上部に 4 0〜 1 5 0メッシュの範囲の金網製の一次フィル夕と、酸化触媒の機能を持った、一次フィル夕の目よりも粗い目の金網とを積層させた二次フィル夕とを設置した排気ガス処理装置。