(57)【要約】【課題】シリンダを有する燃焼機関用の排気ガス後処理システム、内燃機関、及び内燃機関のＮＯｘ排出を削減する方法を提供すること。【解決手段】排気ガス後処理システム１０は、加水分解触媒１と、バナジウム及びタングステンをドープしたＴｉＯ２を含み、加水分解触媒１の下流に配置されるＳＣＲ触媒２とを備える。所与の量のＮＯｘを還元するための加水分解触媒１とＳＣＲ触媒２の合計体積Ｖｔは、同じ量のＮＯｘを還元するための単独のＳＣＲ触媒２の体積より小さく、加水分解触媒１とＳＣＲ触媒２の合計体積Ｖｔは、５００ｌ／ＭＷ未満である。ＳＣＲ触媒２のバナジウム含有率は、０．３％以上である。加水分解触媒１及びＳＣＲ触媒２は、少なくとも９０％のエンジン負荷では、ＳＣＲ触媒２での排気ガスの滞留時間が０．５秒未満になるように構成される。加水分解触媒１及びＳＣＲ触媒２は、同じ触媒担体３に配置される。【選択図】図３
2020101175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダ（２１）を有する燃焼機関（２０）用、好ましくは内径（２７）が少なくとも２００ｍｍである少なくとも１つのシリンダ（２１）をもつ大型船舶エンジン用の排気ガス後処理システム（１０）であって、
加水分解触媒（１）と、好ましくはバナジウム及びタングステンをドープしたＴｉＯ２を含み、前記加水分解触媒（１）の下流に配置されるＳＣＲ触媒（２）とを備え、
所与の量のＮＯｘを還元するための前記加水分解触媒（１）と前記ＳＣＲ触媒（２）との合計体積（Ｖｔ）が、同じ量のＮＯｘを還元するための単独のＳＣＲ触媒（２）の体積より小さく、好ましくは、前記加水分解触媒（１）と前記ＳＣＲ触媒（２）の合計体積（Ｖｔ）が、５００ｌ／ＭＷ未満、好ましくは４００ｌ／ＭＷ未満であり、且つ／或いは
前記ＳＣＲ触媒（２）のバナジウム含有率が、０．３％以上、好ましくは０．５％以上、より好ましくは０．７％以上であり、且つ／或いは
加水分解触媒（１）及びＳＣＲ触媒（２）は、好ましくは少なくとも９０％のエンジン負荷、及び／又は２〜２０ｋｇ／ｋＷｈ、好ましくは７〜１１ｋｇ／ｋＷｈの排気ガス流量では、前記ＳＣＲ触媒（２）での排気ガスの滞留時間が０．５秒未満、好ましくは０．３秒未満になるように構成され、且つ／或いは
前記加水分解触媒（１）及び前記ＳＣＲ触媒（２）が、同じ触媒担体（３）に配置される、
排気ガス後処理システム（１０）。
【請求項２】
前記前記排気ガス後処理システム（１０）が、ＮＯｘセンサ（４、５、８）、好ましくは２つのＮＯｘセンサ（４、５、８）を備える、請求項１に記載の排気ガス後処理システム（１０）。
【請求項３】
前記排気ガス後処理システム（１０）が、測定されたＮＯｘ値を基準値と比較するための制御ユニット（６）を備える、請求項２に記載の排気ガス後処理システム（１０）。
【請求項４】
前記排気ガス後処理システム（１０）が、前記加水分解触媒（１）の上流に少なくとも１つのバイパス分流装置（１７）を備え、
第１のバイパス排気ライン（１８）及び第２のバイパス排気ライン（１９）が、前記少なくとも１つのバイパス分流装置（１７）に連結され、
前記少なくとも１つのバイパス分流装置（１７）が、前記加水分解触媒（１）の上流の排気ガスを、前記第１のバイパス排気ライン（１８）向けの第１のガス流と前記第２のバイパス排気ライン（１９）向けの第２のガス流とに分流するように構成され、
前記加水分解触媒（１）及び前記ＳＣＲ触媒（２）が、前記分流バイパス装置（１７）の下流で、前記第１のバイパス排気ライン（１８）に配置される、
請求項１から３までのいずれか一項に記載の排気ガス後処理システム（１０）。
【請求項５】
前記排気ガス後処理システム（１０）が、前記第１のバイパス排気ライン（１８）及び前記第２のバイパス排気ライン（１９）の処理量を設定するためのバイパス調節装置（２２）、好ましくは前記第１のバイパス排気ライン（１８）及び／又は前記第２のバイパス排気ライン（１９）を開閉するための少なくとも１つのバイパス調節弁（２３、２４）を備える、請求項４に記載の排気ガス後処理システム（１０）。
【請求項６】
前記排気ガス後処理システム（１０）が、好ましくはＮＯｘ値、温度、及び／又はエンジン負荷に応じて前記第１のバイパス排気ライン（１７）及び前記第２のバイパス排気ライン（１８）の処理量を制御するための制御ユニット（６）を備える、請求項４又は５に記載の排気ガス後処理システム（１０）。
【請求項７】
前記排気ガス後処理システム（１０）が、前記加水分解触媒（１）の下流に少なくとも１つの案内分流装置（１１）を備え、
第１の案内排気ライン（１２）及び第２の案内排気ライン（１３）が、前記少なくとも１つの案内分流装置（１１）に連結され、
前記少なくとも１つの案内分流装置（１１）が、前記加水分解触媒（１）から出て行く排気ガスを、前記第１の案内排気ライン（１２）向けの第１のガス流と前記第２の案内排気ライン（１３）向けの第２のガス流とに分流するように構成され、
前記ＳＣＲ触媒（２）が、前記案内分流装置（１１）の下流で、前記第１の案内排気ライン（１２）に配置される、
請求項１から６までのいずれか一項に記載の排気ガス後処理システム（１０）。
【請求項８】
前記排気ガス後処理システム（１０）が、前記第１の案内排気ライン（１２）及び前記第２の案内排気ライン（１３）の処理量を設定するための案内調節装置（１４）を備え、前記案内調節装置（１４）は、好ましくは前記第１の案内排気ライン（１２）及び／又は前記第２の案内排気ライン（１３）を開閉するための少なくとも１つの案内調節弁（１５、１６）を備える、請求項７に記載の排気ガス後処理システム（１０）。
【請求項９】
前記排気ガス後処理システム（１０）が、好ましくはＮＯｘ値、温度、及び／又はエンジン負荷に応じて前記第１の案内排気ライン（１２）及び前記第２の案内排気ライン（１３）の処理量を制御するための制御ユニット（６）を備える、請求項７又は８に記載の排気ガス後処理システム（１０）。
【請求項１０】
好ましくは請求項１から９までのいずれか一項に記載の、少なくとも１つのシリンダ（２１）を有する燃焼機関（２０）用、好ましくは内径（２７）が少なくとも２００ｍｍである少なくとも１つのシリンダ（２１）をもつ大型船舶エンジン用の排気ガス後処理システム（１０）であって、
加水分解触媒（１）を備え、前記加水分解触媒（１）は、少なくとも４２０℃の温度、及び／又は少なくとも９０％のエンジン負荷、及び／又は２〜２０ｋｇ／ｋＷｈ、好ましくは７〜１１ｋｇ／ｋＷｈの排気ガス流量では、前記加水分解触媒（１）においてＮＯｘの濃度を少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％低減することができる、
排気ガス後処理システム（１０）。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか一項に記載の排気ガス後処理システム（１０）を備える、少なくとも１つのシリンダ（２１）を有する内燃機関（２０）、好ましくは内径（２７）が少なくとも２００ｍｍである少なくとも１つのシリンダ（２１）をもつ大型船舶エンジン。
【請求項１２】
内燃機関、好ましくは請求項１１に記載の燃焼機関のＮＯｘ排出を削減する方法であって、
シリンダ（２１）の出口（７）から排気ガスを放出するステップと、
排気ガスを加水分解触媒（１）へと案内し、少なくとも４２０℃の温度、及び／又は少なくとも９０％のエンジン負荷、及び／又は２〜２０ｋｇ／ｋＷｈ、好ましくは７〜１１ｋｇ／ｋＷｈの排気ガス流量では、前記加水分解触媒（１）においてＮＯｘの濃度を少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％低減させるステップと
を含む、方法。
【請求項１３】
内燃機関、好ましくは請求項１１に記載の燃焼機関のＮＯｘ排出を削減する、好ましくは請求項１２に記載の方法であって、排気ガスが、シリンダ（２１）の出口（７）から放出され、前記方法が、
好ましくは測定されたＮＯｘ値、温度、及び／又はエンジン負荷に応じて第１のバイパス排気ライン（１８）及び第２のバイパス排気ライン（１９）の処理量を制御するステップであって、前記第１のバイパス排気ライン（１８）及び前記第２のバイパス排気ライン（１９）が、加水分解触媒（１）の上流に配置された少なくとも１つの案内分流装置（１７）に連結され、前記加水分解触媒（１）が、前記第１のバイパス排気ライン（１８）に配置され、前記第２のバイパス排気ライン（１９）が、前記加水分解触媒（１）をバイパスし、特に、ＳＣＲ触媒（２）が前記加水分解触媒（１）の下流に配置され、前記ＳＣＲ触媒（２）が、前記第１のバイパス排気ライン（１８）に配置され、前記第２のバイパス排気ライン（１９）が、前記ＳＣＲ触媒（２）をバイパスする、ステップ、並びに／或いは
排気ガスの少なくとも一部を加水分解触媒（１）へと案内するステップ、
好ましくは測定されたＮＯｘ値、温度、及び／又はエンジン負荷に応じて第１の案内排気ライン（１２）及び第２の案内排気ライン（１２）の処理量を制御するステップであって、前記第１の案内排気ライン（１２）及び前記第２の案内排気ライン（１３）が、前記加水分解触媒（１１）の下流に配置された少なくとも１つの案内分流装置（１１）に連結され、ＳＣＲ触媒（２）が、前記第１の案内排気ライン（１２）に配置され、前記第２の案内排気ライン（１２）が、前記ＳＣＲ触媒（２）をバイパスする、ステップ
を含む、方法。
【請求項１４】
内燃機関、好ましくは請求項１１に記載の燃焼機関のＮＯｘ排出を削減する、好ましくは請求項１２から１５までのいずれか一項に記載の方法であって、
シリンダ（２１）の出口（７）から排気ガスを放出するステップと、
加水分解触媒（１）に排気ガスを案内するステップと、
前記加水分解触媒（１）の下流に配置されたＳＣＲ触媒（２）に排気ガスを案内するステップと
を含み、
所与の量のＮＯｘを還元するための前記加水分解触媒（１）と前記ＳＣＲ触媒（２）の合計体積（Ｖｔ）が、同じ量のＮＯｘを還元するための単独のＳＣＲ触媒（２）の体積より小さく、好ましくは前記加水分解触媒（１）と前記ＳＣＲ触媒（２）の合計体積が、５００ｌ／ＭＷ未満、好ましくは４００ｌ／ＭＷ未満であり、且つ／或いは
前記ＳＣＲ触媒（２）のバナジウム含有率が、０．３％以上、好ましくは０．５％以上、より好ましくは０．７％以上であり、且つ／或いは
前記加水分解触媒（１）及び前記ＳＣＲ触媒（２）は、好ましくは少なくとも９０％のエンジン負荷、及び／又は２〜２０ｋｇ／ｋＷｈ、好ましくは７〜１１ｋｇ／ｋＷｈの排気ガス流量では、前記ＳＣＲ触媒（２）での排気ガスの滞留時間が０．５秒未満、好ましくは０．３秒未満になるように構成され、且つ／或いは
前記加水分解触媒（１）及び前記ＳＣＲ触媒（２）が、同じ触媒担体（３）に配置される、方法。
【請求項１５】
前記排気ガス中のＮＯｘ含有率を測定するステップを含む、請求項１２から１４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記測定されたＮＯｘ含有率を基準値と比較するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのシリンダを有する燃焼機関用、好ましくは内径が少なくとも２００ｍｍである少なくとも１つのシリンダをもつ大型船舶エンジン用の排気ガス後処理システム、内燃機関、及び内燃機関のＮＯｘ排出を削減する方法を対象とする。
【０００２】
本発明は、燃焼機関、及びその排出削減の技術分野に関する。
【０００３】
本発明は、好ましくは、大型の船舶用エンジン若しくは船用エンジン、又は定置エンジンのような、そのシリンダの内径が少なくとも２００ｍｍである内燃機関に関する。エンジンは、２ストローク・エンジン、又は２ストローク・クロス・ヘッド・エンジンであることが好ましい。エンジンは、ディーゼル・エンジンでもガス・エンジンでもよく、デュアル・フューエル・エンジンでもマルチ・フューエル・エンジンでもよい。こうしたエンジンでの液体燃料及び／又はガス燃料の燃焼は、自己着火でも強制点火でも可能である。
【背景技術】
【０００４】
内燃機関は、長手方向掃気式（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｙ  ｆｌｕｓｈｅｄ）の２ストローク・エンジンでもよい。
【０００５】
内燃機関という用語は、燃料の自己着火によって特徴付けられるディーゼル・モードだけでなく、燃料のポジティブ点火によって特徴付けられるオットー・モードでも運転でき、又はこれら２つの組合せで運転できる、大型エンジンも指す。さらに、内燃機関という用語は、具体的には、燃料の自己着火を使用して別の燃料をポジティブ点火する、デュアル・フューエル・エンジン及び大型エンジンを含む。
【０００６】
エンジン速度は、好ましくは８００ＲＰＭ未満（４ストローク）であり、より好ましくは２００ＲＰＭ未満（２ストローク）であり、これは低速エンジンに指定されることを示す。
【０００７】
燃料は、液化天然ガス（ＬＮＧ：ｌｉｑｕｉｄ  ｎａｔｕｒａｌ  ｇａｓ）、液化石油ガス（ＬＰＧ：ｌｉｑｕｉｄ  ｐｅｔｒｏｌ  ｇａｓ）などのようなガスだけではなく、ディーゼル油でも船舶用ディーゼル油でもよく、重質燃料油でもよく、エマルジョンでもスラリーでもよく、メタノールでもエタノールでもよい。
【０００８】
要求に応じて追加され得る、考えられる別の燃料は、ＬＢＧ（液化バイオガス：ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  ｂｉｏｇａｓ）、バイオ燃料（たとえば藻類から作られた油）、水素、（たとえばパワー・ツー・ガス又はパワー・ツー・リキッドから作られた）ＣＯ２による合成燃料である。
【０００９】
大型船、具体的には貨物輸送用の船舶は、一般に、内燃機関、具体的にはディーゼル・エンジン及び／又はガス・エンジン、主に２ストローク・クロス・ヘッド・エンジンによって動力を供給される。重質燃料油、船舶用ディーゼル油、ディーゼル又は他の液体のような液体燃料がエンジンによって燃焼される場合、及びＬＮＧ、ＬＰＧなどのようなガス燃料がエンジンによって燃焼される場合、ＩＭＯの３次規制などの既存の規則に対応するために、この燃焼プロセスからの排気ガスを浄化する必要がある。
【００１０】
一般に１次規制基準〜３次規制基準と呼ばれているＩＭＯの排出基準は、とりわけ、既存の船舶エンジン及び新しい船舶エンジンに関するＮＯｘ排出基準を定めている。
【００１１】
大型船では、特に窒素酸化物の排出に関して排出要件が増えてきている。したがって、これらの船の内燃機関によって排出される排気ガス中の窒素酸化物の量を削減する必要性がある。
【００１２】
燃焼機関の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）レベルを下げるために、ＳＣＲ（選択触媒還元：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）技術が使用される。ＳＣＲは、普通は地上ベースのエンジン、たとえば重量車（ｈｅａｖｙ  ｄｕｔｙ  ｖｅｈｉｃｌｅ）、産業プラント及び他の用途において使用される。ＳＣＲ技術は、２ストローク・ディーゼル・エンジンと組み合わせて、海上の環境でも使用されてきた。前記船舶用ディーゼル・エンジン及び前記地上ベースのエンジンに対する規制上の要件により、効率的なＳＣＲシステムの必要性が高まっている。
【００１３】
ＳＣＲは、アンモニア（ＮＨ３）を用いて排気ガス中の窒素酸化物を還元することに基づくことができる。通常、アンモニアは、尿素水などのアンモニア前駆物質を燃焼機関の排気ガスに注入することによって生成される。たとえば、尿素水をノズルによって高温の排気ガスへと噴霧し、そこで液体尿素水が反応して、アンモニア、二酸化炭素、及び水蒸気になる。次いで、アンモニアは、ＳＣＲ反応器において、触媒の影響下で窒素酸化物を窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）へと還元する。液体尿素からのアンモニアの発生は吸熱性である。したがって、排気ガスが十分に高温である場合にのみ、尿素水の分解が完了し、窒素酸化物（ＮＯｘ）が窒素（Ｎ２）に還元される。
【００１４】
ＥＰ３１４９２９８Ｂ１には、アンモニア前駆物質を加えるための供給装置に加水分解触媒コンバータが付与された後処理システムが開示されている。加水分解触媒コンバータにより、ＳＣＲ触媒の上流でアンモニア前駆物質をアンモニアに変換するのを改善し、又は促進することができる。
【００１５】
燃焼機関における知られているＳＣＲ反応器の課題の１つは、ＮＯｘ含有率を十分に減らすことである。したがって、排気ガスの滞留時間が十分なものになる、容積の大きいＳＣＲ反応器が必要とされる。容量の大きいＳＣＲ反応器は多くの空間を必要とし、コストがかかる。
【００１６】
通常、ＳＣＲ技術に使用されている触媒は、ＴｉＯ２によって担持されるバナジウム、タングステンを含むか、又はたとえば銅／ゼオライト若しくは鉄／ゼオライトのような金属置換（ｍｅｔａｌ  ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ）ゼオライトである。バナジウムは、ＮＯｘの酸化を促進する。しかし、バナジウムの含有率は低く保たれなければならない。そうしないと、エンジン負荷が高くそれぞれの温度が高い状態ではＳＯ２が酸化してＳＯ３になり、一定の濃度を上回ると、ＳＯ３が煙道及びその下流に硫酸の青いプルームを生じさせるからであり、これは何としても防止されなければならない。バナジウム含有率が多くなると、３５０℃を上回る温度では、ＮＨ３がＮＯｘへと酸化することもある。したがって、より多くの還元剤が注入されなければならない。さらに、バナジウム含有率が多くなり、特にバナジウムとタングステンが組み合わさると、３５０℃を上回る温度では、Ｎ２Ｏの生成増加が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】ＥＰ３１４９２９８Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、本発明の一目的は、従来技術の欠点を防止すること、並びに運転コストを削減し、後処理システムのサイズを小さくし、Ｎ２ＯやＳＯ３などの副反応生成物の排出を最小限に抑え、且つ／又はアンモニア若しくはアンモニア前駆物質などの還元剤の供給を少なくすることを確実とする、排気ガス後処理システム、内燃機関、及び内燃機関のＮＯｘ排出を削減する方法を生み出すことである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の態様によれば、少なくとも１つのシリンダを有する燃焼機関用、好ましくは内径が少なくとも２００ｍｍである少なくとも１つのシリンダをもつ大型船舶エンジン用の排気ガス後処理システムが提供される。排気ガス後処理システムは、加水分解触媒と、加水分解触媒の下流に配置されるＳＣＲ触媒とを備える。
【００２０】
所与の量のＮＯｘを還元するための加水分解触媒及びＳＣＲ触媒の合計体積は、同じ量のＮＯｘを還元するための単独のＳＣＲ触媒の体積以下である。好ましくは加水分解触媒及びＳＣＲ触媒の合計体積は、４００ｌ／ＭＷ未満である。
【００２１】
ＳＣＲ触媒は、ＳＣＲ反応器に配置されてもよい。加水分解触媒は、加水分解触媒反応器に配置されてもよい。
【００２２】
ＳＣＲ触媒及び加水分解触媒は、共通の反応器に配置されてもよい。
【００２３】
追加的に、又は別法として、ＳＣＲ触媒のバナジウム含有率は、０．３％以上、好ましくは０．５％以上、より好ましくは０．７％以上である。
【００２４】
パーセンテージは、触媒被覆の総重量を指す。
【００２５】
追加的に、又は別法として、加水分解触媒及びＳＣＲ触媒は、好ましくは少なくとも９０％のエンジン負荷、及び／又は２〜２０ｋｇ／ｋＷｈ、好ましくは７〜１１ｋｇ／ｋＷｈの排気ガス流量では、ＳＣＲ触媒での排気ガスの滞留時間が０．５秒未満、より好ましくは０．３秒未満になるように構成される。
【００２６】
特に、加水分解触媒及びＳＣＲ触媒の体積は、全負荷において短い滞留時間が実現されるように構成される。
【００２７】
追加的に、又は別法として、加水分解触媒及びＳＣＲ触媒は同じ触媒担体に配置される。
【００２８】
ＳＣＲ触媒は、好ましくはバナジウム、タングステン及び／又はＴｉＯ２を含み、好ましくはバナジウム及びタングステンをドープしたＴｉＯ２を含む。
【００２９】
加水分解触媒は、ＨＮＣＯをＮＨ３に加水分解する助けになるだけではなく、尿素分子をＨＮＣＯ及びＮＨ３に分解する助けにもなる。さらに、高負荷時に存在する排気ガス温度では、加水分解触媒において、加水分解だけではなく、ＳＣＲ反応に類似した副反応も生じ、ＮＯｘがかなり還元される。
【００３０】
したがって、加水分解触媒において既に還元されたすべてのＮＯｘは、加水分解触媒の下流に配置されるＳＣＲ触媒では存在しないことになる。そのために、ＳＣＲ触媒は、より少ない量のＮＯｘを還元するだけでよい。
【００３１】
したがって、同じＮＯｘを還元するために必要とされる、加水分解触媒及びＳＣＲ触媒を備えた触媒作用システム全体の体積は、単独のＳＣＲ触媒よりも小さくなる。単独のＳＣＲ触媒と比較して、触媒の合計体積を少なくとも８〜１０％少なくすることができる。
【００３２】
本発明では、触媒の体積は、触媒の包絡体積（ｅｎｖｅｌｏｐｅ  ｖｏｌｕｍｅ）と理解される。
【００３３】
ＳＣＲ触媒が加水分解触媒と組み合わされたとき、ＳＣＲ触媒はより少ない量のＮＯｘを還元するだけでよいので、ＳＣＲ触媒の体積を小さくすることができ、且つ／又はＳＣＲ触媒での反応時間を短くすることができ、したがってＳＣＲ触媒での滞留時間を短くすることができる。
【００３４】
排気ガスは短い時間しかＳＣＲ触媒に滞留し得ず、ＳＯ２を酸化させる反応時間、及びＮ２Ｏを発生させる時間もより短くなるので、より大きい単独のＳＣＲ触媒の場合のように、ＳＣＲ触媒のバナジウム含有率をより多くすることができる。さらに、バナジウム含有率が多い小さなＳＣＲ触媒を用いると、バナジウム含有率が少ない大きなＳＣＲ触媒と同じＮＯｘ酸化速度を実現することができる。
【００３５】
ＳＣＲ触媒では、ＮＨ３のごく一部のみが酸化し、ＮＨ３の大部分は効率的に使用される。したがって、提供されるＮＨ３の量はより少なくされなければならない。ＳＣＲ触媒においてＮＯｘへと酸化する恐れがあり、又はアンモニア・スリップとして残る、超過量のＮＨ３を提供するリスクを低減することができる。尿素の過剰供給を防止することができる。
【００３６】
エンジン負荷が低く、それぞれの温度がより低い場合、「ＳＣＲ反応」の大部分、したがってＮＯｘ還元の大部分はＳＣＲ触媒で行われる。しかし、より低負荷の間、加水分解触媒は、少なくともＨＮＣＯからＮＨ３への加水分解を可能にし、したがって、この反応がＳＣＲ触媒において行われる必要はなく、ＳＣＲ触媒には加水分解用の空間が提供されなくてもよい。加水分解触媒は尿素を分解する助けにもなるので、したがって、ＳＣＲ触媒の入口では、注入された尿素のほぼすべてがＮＨ３の形をとり、ＳＣＲ触媒に追加の体積が提供されなくてもよい。
【００３７】
特に、負荷がより低い場合、高いバナジウム含有率を含む、すなわち０．３％超、好ましくは０．５％以上、より好ましくは０．７％以上のバナジウム含有率を含むＳＣＲ触媒は非常に活性が高く、したがって、小さいＳＣＲ触媒も、バナジウム含有率がより少ないより大きなＳＣＲ触媒と同じ性能に達することができる。
【００３８】
より高負荷でのエンジン動作時には、加水分解触媒により、依然としてＨＮＣＯのＮＨ３への加水分解が可能であるが、ＮＯｘ還元のうちの大半も実現される。加水分解触媒の内部で還元されなかった少量のＮＯｘのみが、ＳＣＲ触媒で還元されることになる。
【００３９】
加水分解触媒とＳＣＲ触媒が、たとえば同じ触媒担体に配置されることによって１つの装置として構成されるとき、より一層小型の機構を実現することができる。排気ガスは、加水分解触媒からＳＣＲ触媒へと直接流れることができる。
【００４０】
触媒担体は、金属でもよく、セラミックでもよい。担体は、被覆されてもよい。たとえば触媒作用装置の入口はＴｉＯ２のみで被覆されてもよく、一方、担体の下流部分はバナジウム、タングステン、及びＴｉＯ２で被覆される。
【００４１】
有利な一実施例では、排気ガス後処理システムは、ＮＯｘセンサ、好ましくは２つのＮＯｘセンサを備える。
【００４２】
具体的には、排気ガス後処理システムは３つのＮＯｘセンサを備え、第１のＮＯｘセンサは加水分解触媒の上流に配置され、第２のＮＯｘセンサは加水分解触媒の下流且つＳＣＲ触媒の上流に配置され、第３のＮＯｘセンサはＳＣＲ触媒の下流に配置されてもよい。
【００４３】
ＮＯｘセンサは、加水分解触媒の下流、及び／又はＳＣＲ触媒の下流に配置されることが好ましい。ＮＯｘセンサは、加水分解触媒の上流にも配置されてもよい。
【００４４】
排気ガス後処理システムの様々な段階でＮＯｘ含有率を測定することにより、各セクションの効果を監視することができる。
【００４５】
ＮＯｘセンサの代わりに、ＮＯｘ含有率についての結果の導出を可能にするデータを収集するセンサが使用されてもよい。
【００４６】
排気ガス後処理システムは、測定されたＮＯｘ値、又は様々な段階で測定されたＮＯｘ値の差を基準値と比較するための制御ユニットを備えることが好ましい。比較結果に応じて対策を講じることができる。たとえば、アンモニア又はアンモニア前駆物質、たとえば尿素などの、注入される還元剤の量が変更されてもよく、又は排気ガス後処理システムの少なくとも一部の温度が変更されてもよく、又は幾らかの燃料ペナルティ（ｆｕｅｌ  ｐｅｎａｌｔｙ）が与えられなければならない。
【００４７】
別法として、加水分解触媒で十分な量のＮＯｘが還元されたことを制御ユニットが信号伝達するとき、ＳＣＲ触媒はバイパスされてもよく、排気ガスの一部のみがＳＣＲ触媒に案内されてもよい。
【００４８】
該当する規則、燃料のタイプ、エンジンの出力レベル及び別の要因に応じて、排気ガスを異なるシステムで処理する必要がある。したがって、排気ガスは、船舶エンジンの排気システム内で、異なる方向に分流可能でもよい。
【００４９】
本発明の好ましい一実施例では、排気ガス後処理システムは、加水分解触媒の上流に、少なくとも１つのバイパス分流装置を備える。少なくとも１つの第１のバイパス排気ライン及び少なくとも１つの第２のバイパス排気ラインが、少なくとも１つのバイパス分流装置に連結される。少なくとも１つのバイパス分流装置は、加水分解触媒の上流の排気ガスを、第１のバイパス排気ライン向けの第１のガス流と第２のバイパス排気ライン向けの第２のガス流とに分流するように構成される。加水分解触媒及びＳＣＲ触媒は、分流バイパス装置の下流で、第１のバイパス排気ラインに配置される。
【００５０】
このようにバイパスが提供され、これにより、排気ガスの少なくとも一部を分岐させることが可能になり、したがって、この一部は、加水分解触媒及びＳＣＲ触媒に入らない。
【００５１】
第１のバイパス排気ラインと第２のバイパス排気ラインは、ＳＣＲ触媒の下流で一緒になることができ、それにより、第１のガス流と第２のガス流が１つのラインに合流する。
【００５２】
排気ガス後処理システムは、第１のバイパス排気ライン及び第２のバイパス排気ラインの処理量を設定するためのバイパス調節装置を備えることが好ましい。
【００５３】
バイパス調節装置は、第１のバイパス排気ライン及び／又は第２のバイパス排気ラインを開閉するための少なくとも１つのバイパス調節弁によって実施されてもよい。第１のバイパス排気ライン及び第２のバイパス排気ラインには、それぞれ１つの弁が存在し得る。したがって、シリンダから出て行く全排気ガスのうちの所望の割合を、第１のバイパス排気ラインに、したがって加水分解触媒及びＳＣＲ触媒に案内することができる。
【００５４】
たとえば、より高いＮＯｘレベルが許容可能であると考えられ得る状況を定める２次規制モードでは、加水分解触媒及びＳＣＲ触媒を備えた触媒作用システム全体が分離されてもよく、したがって、全排気ガスは、加水分解触媒及びＳＣＲ触媒を通過しない。
【００５５】
排気ガス後処理システムは、好ましくはＮＯｘ値、温度、及び／又はエンジン負荷に応じて、第１のバイパス排気ライン及び第２のバイパス排気ラインの処理量を制御するための制御ユニットを備えることが有利である。
【００５６】
たとえばＳＣＲ触媒の下流、又は第１のガス流と第２のガス流の合流点の下流のＮＯｘ値を測定することによって決定され得る、システム全体の性能に応じて、且つ／又は必要とされる性能に応じて、第１のバイパス排気ライン及び／又は第２のバイパス排気ラインに幾らかの排気ガスを案内することができる。
【００５７】
本発明の好ましい一実施例では、排気ガス後処理システムは、加水分解触媒の下流に、少なくとも１つの案内分流装置を備える。第１の案内排気ライン及び第２の案内排気ラインが、少なくとも１つの案内分流装置に連結される。少なくとも１つの案内分流装置は、加水分解触媒から出て行く排気ガスを、第１の案内排気ライン向けの第１のガス流と第２の排気ライン向けの第２のガス流とに分流するように構成される。ＳＣＲ触媒は、案内分流装置の下流で、第１の案内排気ラインに配置される。
【００５８】
このようにバイパスが提供され、これにより、加水分解触媒から出て行く排気ガスの少なくとも一部分を分岐させることが可能になり、したがって、この一部はＳＣＲ触媒に入らない。
【００５９】
第１の案内排気ラインと第２の案内排気ラインは、ＳＣＲ触媒の下流で一緒になることができ、それにより、第１のガス流と第２のガス流が１つのラインに合流する。
【００６０】
加水分解触媒が、エンジンの高負荷時に３次規制レベルまで完全にＮＯｘを還元するのに十分な大きさに寸法設定された場合、ＳＣＲ触媒は必要とされない。加水分解触媒の下流の案内分流装置により、ＳＣＲ触媒をバイパスすることが可能になる。
【００６１】
排気ガス後処理システムは、第１の案内排気ライン及び第２の排気ラインの処理量を設定するための案内調節装置を備えることが好ましい。具体的には、案内調節装置は、第１の案内排気ライン及び／又は第２の排気ラインを開閉するための少なくとも１つの案内調節弁を備える。第１の案内排気ライン及び第２の排気ラインには、それぞれ１つの弁が存在し得る。
【００６２】
したがって、加水分解触媒から出て行く排気ガスのうちの所望の割合を、第１の案内排気ラインに、したがってＳＣＲ触媒に案内することができる。
【００６３】
加水分解触媒の下流の案内分流装置により、たとえばエンジンの低負荷時にのみ、ＳＣＲ触媒を使用することが可能になる。
【００６４】
排気ガス後処理システムは、好ましくはＮＯｘ値、温度、及び／又はエンジン負荷に応じて第１の案内排気ライン及び第２の排気ラインの処理量を制御するための制御ユニットを備えることが有利である。
【００６５】
ＳＣＲ触媒の下流、若しくは第１のガス流と第２のガス流の合流点の下流で測定されたＮＯｘ値が所与の値を超える場合、又は加水分解触媒の上流で測定されたＮＯｘ値と、ＳＣＲ触媒の下流、若しくは第１のガス流と第２のガス流の合流点の下流で測定されたＮＯｘ値との差が、所定の値を下回る場合、性能が低すぎると考えることができる。この場合、制御ユニットは、第１の案内排気ラインを開くこと、及び／又は第１のガス流を増やすことをトリガできる。
【００６６】
排気ガス後処理システムは、バイパス分流装置及び案内分流装置を備えてもよい。第２のバイパス排気ラインは第２の案内排気ラインに合流することができ、第１の案内排気ラインと第２のバイパス排気ラインはＳＣＲ触媒の下流で一緒になることができ、それにより、ガス流が合流する。
【００６７】
制御ユニットは、第１のバイパス排気ライン、第２のバイパス排気ライン、第１の案内排気ライン、及び第２の排気ラインを通る処理量を制御することができる。
【００６８】
本発明の第２の態様によれば、好ましくは先に述べたような、少なくとも１つのシリンダを有する燃焼機関用、好ましくは内径が少なくとも２００ｍｍである少なくとも１つのシリンダをもつ大型船舶エンジン用の排気ガス後処理システムが提供される。排気ガス後処理システムは加水分解触媒を備え、この加水分解触媒は、少なくとも４２０℃の温度、及び／又は少なくとも９０％のエンジン負荷、及び／又は２〜２０ｋｇ／ｋＷｈ、好ましくは７〜１１ｋｇ／ｋＷｈの排気ガス流量では、加水分解触媒においてＮＯｘの濃度を少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％低減することができる。加水分解触媒は、所望のＮＯｘ還元性能を実現するように寸法設定されることが好ましい。
【００６９】
加水分解触媒は、ＴｉＯ２、及び／又はＺｒＯ２、及び／又はＡｌ２Ｏ３、及び／又はＳｉＯ２、及び／又はＨ−ＺＳＭ−５を含んでもよい。
【００７０】
排気ガス後処理システムは、アンモニア、又はアンモニア前駆物質、たとえば尿素などの還元剤のための供給ユニットを備えてもよい。また、供給ユニットは、排気ガス後処理システムの上流に配置されてもよい。
【００７１】
本発明の目標は、先に述べたような排気ガス後処理システムを備える、少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関、好ましくは内径が少なくとも２００ｍｍである少なくとも１つのシリンダをもつ大型船舶エンジンによっても達成される。
【００７２】
本発明の目標は、内燃機関、好ましくは先に述べたような燃焼機関のＮＯｘ排出を削減する方法によっても達成される。方法は、以下のステップを含む。排気ガスが、シリンダの出口から放出される。好ましくは、アンモニア、又はアンモニア前駆物質、たとえば尿素などの還元剤が、排気ガスへと供給される。別法として、アンモニア水溶液、尿素水、炭酸アンモニウム溶液、カルバミン酸アンモニウム、又は尿素粉末も供給されてもよい。
【００７３】
排気ガスは加水分解触媒へと案内され、少なくとも４２０℃の温度、及び／又は少なくとも９０％のエンジン負荷、及び／又は２〜２０ｋｇ／ｋＷｈ、好ましくは７〜１１ｋｇ／ｋＷｈの排気ガス流量では、加水分解触媒において、ＮＯｘの濃度は、少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％低減される。
【００７４】
本発明の目的は、内燃機関、好ましくは先に述べたような燃焼機関のＮＯｘ排出を削減する方法、好ましくは先に述べたような方法によっても達成される。方法は、以下のステップを含む。
【００７５】
排気ガスは、シリンダの出口から放出される。好ましくは、物質還元剤が、排気ガスへと供給される。
【００７６】
第１のバイパス排気ライン及び第２のバイパス排気ラインの処理量が、好ましくは測定されたＮＯｘ値、温度、及び／又はエンジン負荷に応じて制御される。第１のバイパス排気ライン及び第２のバイパス排気ラインは、加水分解触媒の上流に配置された少なくとも１つの案内分流装置に連結される。加水分解触媒は第１のバイパス排気ラインに配置され、第２のバイパス排気ラインは、加水分解触媒をバイパスする。
【００７７】
具体的には、ＳＣＲ触媒は加水分解触媒の下流に配置され、ＳＣＲ触媒は、第１のバイパス排気ラインに配置され、したがって、第２のバイパス排気ラインは、ＳＣＲ触媒もバイパスする。
【００７８】
本発明の目標は、内燃機関、好ましくは先に述べたような燃焼機関のＮＯｘ排出を削減する方法、好ましくは先に述べたような方法によっても達成される。方法は、以下のステップを含む。
【００７９】
排気ガスは、シリンダの出口から放出される。好ましくは、物質還元剤が、排気ガスへと供給される。
【００８０】
排気ガスの少なくとも一部は、加水分解触媒へと導かれる。
【００８１】
第１の案内排気ライン及び第２の案内排気ラインの処理量が、好ましくは測定されたＮＯｘ値、温度、及び／又はエンジン負荷に応じて制御される。
【００８２】
第１の案内排気ライン及び第２の案内排気ラインは、加水分解触媒の下流に配置された少なくとも１つの案内分流装置に連結される。ＳＣＲ触媒が第１の案内排気ラインに配置され、第２の案内排気ラインはＳＣＲ触媒をバイパスする。
【００８３】
本発明の目標は、内燃機関、好ましくは先に述べたような燃焼機関のＮＯｘ排出を削減する方法、好ましくは先に述べたような方法によっても達成される。方法は、以下のステップを含む。
【００８４】
排気ガスは、シリンダの出口から放出される。好ましくは、物質還元剤が排気ガスへと供給される。排気ガスは、加水分解触媒へと導かれる。排気ガスは、加水分解触媒の下流に配置されたＳＣＲ触媒へと導かれる。
【００８５】
排気ガス後処理システムが使用され、所与の量のＮＯｘを還元するための加水分解触媒とＳＣＲ触媒の合計体積は、同じ量のＮＯｘを還元するための単独のＳＣＲ触媒の体積より小さく、好ましくは、加水分解触媒とＳＣＲ触媒の合計体積は、５００ｌ／ＭＷ未満、好ましくは４００ｌ／ＭＷ未満である。
【００８６】
追加的に、又は別法として、ＳＣＲ触媒のバナジウム含有率は、０．３％以上、好ましくは０．５％以上、より好ましくは０．７％以上である。
【００８７】
追加的に、又は別法として、加水分解触媒及びＳＣＲ触媒は、好ましくは少なくとも９０％のエンジン負荷、及び／又は２〜２０ｋｇ／ｋＷｈ、好ましくは７〜１１ｋｇ／ｋＷｈの排気ガス流量では、ＳＣＲ触媒での排気ガスの滞留時間が０．５秒未満、好ましくは０．３秒未満になるように構成される。
【００８８】
追加的に、又は別法として、加水分解触媒及びＳＣＲ触媒は、同じ触媒担体に配置される。
【００８９】
方法の好ましい一実施例では、排気ガス中のＮＯｘ含有率が測定される。
【００９０】
ＮＯｘ含有率は、加水分解触媒の上流、及び／又は加水分解触媒の下流、及び／又はＳＣＲ触媒の下流で測定され得る。
【００９１】
測定されたＮＯｘ含有率は、基準値と比較されることが有利である。基準値は、所与の値、たとえば該当する規則によるＮＯｘ排出値でもよい。
【００９２】
また、基準値は、測定された値でもよい。たとえば、加水分解触媒の下流で測定されたＮＯｘ値が、加水分解触媒の上流で測定されたＮＯｘ値と比較されてもよい。
【００９３】
比較に応じて、幾らかのガスを加水分解触媒及び／又はＳＣＲ触媒に案内することができる。
【００９４】
以下では、図を用いて、実施例において本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】燃焼機関の第１の実例の概略図である。
【図２】燃焼機関の第２の実例の概略図である。
【図３】燃焼機関の第３の実例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００９６】
図１には、燃焼機関１０の第１の実例の概略図が示してある。
【００９７】
燃焼機関２０は４つのシリンダ２１を有することができ、各シリンダ２１の内径２７は、少なくとも２００ｍｍである。
【００９８】
排気ガスは、出口７から放出される。
【００９９】
燃焼機関２０は、加水分解触媒１と、加水分解触媒１の下流に配置されたＳＣＲ触媒２とを有する、排気ガス後処理システム１０を備える。
【０１００】
ＳＣＲ触媒２のバナジウム含有率は、０．３％以上でもよい。
【０１０１】
排気ガス後処理システム１０は、２つのＮＯｘセンサ４、５を備える。第１のＮＯｘセンサ４は、ＳＣＲ触媒２の下流に配置される。第２のＮＯｘセンサ５は、加水分解触媒１の上流に配置される。加水分解触媒１とＳＣＲ触媒２の間に、図には明確に示していない別のＮＯｘセンサが配置されてもよい。
【０１０２】
排気ガス後処理システム１０は、第１のＮＯｘセンサ４で測定されたＮＯｘ値を第２のＮＯｘセンサ５で測定されたＮＯｘ値、又は別のＮＯｘセンサで測定されたＮＯｘ値と比較して加水分解触媒１及びＳＣＲ触媒２の性能を検査する、制御ユニット６を備える。
【０１０３】
また、制御ユニット６は、速度及び燃料コマンド（ｆｕｅｌ  ｃｏｍｍａｎｄ）に基づいて、エンジンの負荷を決定するように構成されてもよい。
【０１０４】
排気ガス後処理システム１０は、加水分解触媒１の上流にバイパス分流装置１７を備える。第１のバイパス排気ライン１８及び第２のバイパス排気ライン１９は、バイパス分流装置１７に連結される。
【０１０５】
バイパス分流装置１７は、加水分解触媒１の上流の排気ガスを、第１のバイパス排気ライン１８向けの第１のガス流と第２のバイパス排気ライン１９向けの第２のガス流とに分流するように構成される。
【０１０６】
第１のバイパス排気ライン１８と第２のバイパス排気ライン１９は合流することができ、排気ガスは、ターボ過給機２６へと案内され得る。ＳＣＲ触媒の下流に配置された追加の弁２５が第１のバイパス排気ライン１８を閉じて、第２のバイパス排気ライン１９からＳＣＲ触媒へと排気ガスが流れるのを防止することができる。
【０１０７】
加水分解触媒１及びＳＣＲ触媒２は、分流バイパス装置１７の下流で、第１のバイパス排気ライン１８に配置される。
【０１０８】
排気ガス後処理システム１０は、第１のバイパス排気ライン１８及び第２のバイパス排気ライン１９の処理量を設定するための、バイパス調節装置２２を備える。
【０１０９】
バイパス調節装置２２は、第１のバイパス排気ライン１８を開閉するための第１のバイパス調節弁２３と、第２のバイパス排気ライン１９を開閉するための第２のバイパス調節弁２４とを備える。
【０１１０】
燃焼機関２０は、図には明確に示していない温度センサを備えてもよい。
【０１１１】
制御ユニット６は、ＮＯｘ還元性能、測定されたＮＯｘ値、温度、及び／又はエンジン負荷に応じて、第１のバイパス調節弁２３及び第２のバイパス調節弁２４を開き且つ／又は閉じるための信号を送ることにより、第１のバイパス排気ライン１８及び第２のバイパス排気ライン１９の処理量を制御することができる。
【０１１２】
図２には、燃焼機関１０の第２の実例の概略図が示してある。燃焼機関２０は、４つのシリンダ２１を有することができる。
【０１１３】
燃焼機関２０は、加水分解触媒１と、加水分解触媒１の下流に配置されたＳＣＲ触媒２とを有する、排気ガス後処理システム１０を備える。
【０１１４】
排気ガス後処理システム１０は、加水分解触媒１の下流に案内分流装置１１を備え、第１の案内排気ライン１２及び第２の案内排気ライン１３が、少なくとも１つの案内分流装置１１に連結される。
【０１１５】
案内分流装置１１は、加水分解触媒１から出て行く排気ガスを、第１の案内排気ライン１２向けの第１のガス流と第２の案内排気ライン１３向けの第２のガス流とに分流するように構成される。ＳＣＲ触媒２は、案内分流装置１１の下流で、第１の案内排気ライン１２に配置される。
【０１１６】
排気ガス後処理システム１０は、第１の案内排気ライン１２及び第２の案内排気ライン１３の処理量を設定するための調節装置１４を備える。調節装置１４は、第１の案内排気ライン１２を開閉するための第１の案内調節弁１５と、第２の案内排気ライン１３を開閉するための第２の案内調節弁１６とを備える。
【０１１７】
排気ガス後処理システム１０は、２つのＮＯｘセンサ４、８を備えることができる。第１のＮＯｘセンサ４は、ＳＣＲ触媒２の下流に配置される。第２のＮＯｘセンサ８は、加水分解触媒１の下流に配置される。
【０１１８】
加水分解触媒１の上流に、図には明確に示していない別のセンサが配置されてもよい。
【０１１９】
排気ガス後処理システム１０は、第１の案内排気ライン１２及び第２の案内排気ライン１３の処理量を制御するための制御ユニット６を備える。制御ユニットは、たとえば、加水分解触媒１のＮＯｘ還元性能の判断基準である、第２のＮＯｘセンサ８において測定されたＮＯｘ値に応じて、第１の案内調節弁１５及び第２の案内調節弁１６を開閉するための信号を送ることができる。
【０１２０】
制御ユニットは、排気ガスの少なくとも一部が加水分解触媒１及びＳＣＲ触媒２をバイパスすることができるように、第１のバイパス調節弁２３及び第２のバイパス調節弁２４を開き且つ／又は閉じるための信号を送ることもできる。
【０１２１】
図３には、燃焼機関２０の第３の実例の概略図が示してある。燃焼機関２０は、４つのシリンダ２１を有することができる。
【０１２２】
燃焼機関２０は、加水分解触媒１と、加水分解触媒１の下流に配置されたＳＣＲ触媒２とを有する、排気ガス後処理システム１０を備える。
【０１２３】
加水分解触媒１及びＳＣＲ触媒２は、同じ触媒担体３に配置される。
【０１２４】
所与の量のＮＯｘを還元するための加水分解触媒１とＳＣＲ触媒２の合計体積Ｖｔは、同じ量のＮＯｘを還元するための単独のＳＣＲ触媒の体積以下になる。加水分解触媒１とＳＣＲ触媒２の合計体積Ｖｔは、５００ｌ／ＭＷ以下、好ましくは４００ｌ／ＭＷ以下である。
【符号の説明】
【０１２５】
１  加水分解触媒
２  ＳＣＲ触媒
３  触媒担体
４  第１のＮＯｘセンサ
５  第２のＮＯｘセンサ
６  制御ユニット
７  出口
８  第２のＮＯｘセンサ
１０  排気ガス後処理システム
１１  案内分流装置
１２  第１の案内排気ライン
１３  第２の案内排気ライン
１４  調節装置
１５  第１の案内調節弁
１６  第２の案内調節弁
１７  バイパス分流装置
１８  第１のバイパス排気ライン
１９  第２のバイパス排気ライン
２０  燃焼機関
２１  シリンダ
２２  バイパス調節装置
２３  第１のバイパス調節弁
２４  第２のバイパス調節弁
２５  追加の弁
２６  ターボ過給機
２７  内径
【図１】
2020101175.tif 000003
【図２】
2020101175.tif 000004
【図３】
2020101175.tif 000005
【外国語明細書】
2020101175000001.pdf