(57)【要約】【課題】脱硝触媒の配置および構成を工夫することで、排気ガスから効率よくＮＯｘを除去する。【解決手段】脱硝装置２００は、エンジン１１０から送出された排気ガスによって回転するタービン２１２、および、タービンの回転を利用して空気を圧縮しエンジンに圧縮した空気を導入する圧縮機２１４を有する過給機２１０と、タービンの上流側に設けられ、上流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する高温脱硝触媒２２０（上流側脱硝触媒）と、タービンの下流側に設けられ、下流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する、高温脱硝触媒２２０よりも活性温度が低い低温脱硝触媒２２２（下流側脱硝触媒）と、高温脱硝触媒２２０の上流側、および、低温脱硝触媒２２２の上流側に還元剤を導入する還元剤導入部２３４とを備える。【選択図】図１
2014043819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから送出された排気ガスによって回転するタービン、および、該タービンの回転を利用して空気を圧縮し該エンジンに圧縮した空気を導入する圧縮機を有する過給機と、
前記タービンの上流側に設けられ、該上流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する上流側脱硝触媒と、
前記タービンの下流側に設けられ、該下流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する、前記上流側脱硝触媒よりも活性温度が低い下流側脱硝触媒と、
前記上流側脱硝触媒の上流側、および、前記下流側脱硝触媒の上流側に還元剤を導入する還元剤導入部と、
を備えたことを特徴とする脱硝装置。
【請求項２】
前記還元剤導入部は、前記上流側脱硝触媒の上流側、および、前記下流側脱硝触媒の上流側のいずれにも独立して還元剤を導入可能であり、
前記タービンと前記下流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である下流側温度を測定する温度測定部と、
前記下流側温度が第１の閾値以上である場合、前記還元剤導入部を制御して、前記下流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入させる還元剤調整部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の脱硝装置。
【請求項３】
前記温度測定部は、前記下流側温度とともに、前記エンジンと前記上流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である上流側温度を測定し、
前記還元剤調整部は、前記下流側温度が第１の閾値未満であり、前記上流側温度が第１の閾値より高い第２の閾値未満である場合、前記還元剤導入部を制御して、前記上流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入させることを特徴とする請求項２に記載の脱硝装置。
【請求項４】
前記還元剤調整部は、前記下流側温度が第１の閾値未満であり、前記上流側温度が前記第２の閾値以上である場合、前記還元剤導入部を制御して、前記上流側脱硝触媒の上流側および前記下流側脱硝触媒の上流側に還元剤を導入させることを特徴とする請求項２または３に記載の脱硝装置。
【請求項５】
前記上流側脱硝触媒は、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）のいずれか一方または双方を含み、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）のいずれか一方または双方の含有量が、該上流側脱硝触媒の活性金属種を構成する他の元素よりも多く、
前記下流側脱硝触媒は、周期表の第５属から第１１属の元素の群から選択される１または複数の元素を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の脱硝装置。
【請求項６】
エンジンから送出された排気ガスによって回転するタービン、および、該タービンの回転を利用して空気を圧縮し該エンジンに圧縮した空気を導入する圧縮機を有する過給機と、該タービンの上流側に設けられ、該上流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する上流側脱硝触媒と、該タービンの下流側に設けられ、該下流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する、該上流側脱硝触媒よりも活性温度が低い下流側脱硝触媒とを用いた脱硝方法であって、
前記タービンと前記下流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である下流側温度が第１の閾値以上である場合、前記下流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入し、
前記下流側温度が第１の閾値未満であり、前記エンジンと前記上流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である上流側温度が該第１の閾値より高い第２の閾値未満である場合、前記上流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入し、
前記下流側温度が第１の閾値未満であり、前記上流側温度が前記第２の閾値以上である場合、前記上流側脱硝触媒の上流側および前記下流側脱硝触媒の上流側に還元剤を導入することを特徴とする脱硝方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を、還元剤を用いて窒素に還元する脱硝装置、および、脱硝方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶や、車両等のエンジンにおいて、化石燃料を燃焼させると、燃焼排ガス（排気ガス）が生じるが、この排気ガスには、窒素酸化物（以下、単にＮＯｘと称する）が含まれている。ＮＯｘは、大気汚染物質であるため、国や世界的な機関による濃度規制や、地方自治体による総量規制が行われている。したがって、エンジンから排出される排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度が予め定められた規制値以上である場合には、ＮＯｘを除去するための脱硝装置に排気ガスを通過させる必要がある。
【０００３】
脱硝装置としては、ＮＯｘを還元するための還元剤と、ＮＯｘの還元を促進する脱硝触媒とを含んで構成される選択式触媒還元（Selective Catalytic Reduction）脱硝装置が普及している。選択式触媒還元脱硝装置を利用する場合、排気ガスと還元剤とを予め混合させておき、その混合気体を脱硝触媒に流通させることにより、還元剤が排気ガス中のＮＯｘを還元（分解）する。また、脱硝触媒は、ＮＯｘの還元効率を維持するために、予め定められた活性温度の下限値（例えば、３００℃程度）以上に保っておく必要がある。
【０００４】
エンジンの排気路に脱硝触媒を配置する場合において、過給機のタービンの上流側に配置する構成と、下流側に配置する構成が考えられる。ここで、タービンの上流側に脱硝触媒を配置する構成を採る場合、エンジン負荷によっては、排気ガスの温度が高くなりすぎ、還元剤が酸化されてしまい、所望する脱硝効率が得られないおそれがある。一方、タービンの下流に脱硝触媒を配置する構成を採る場合、排気ガスの熱がタービンで消費されるため、タービンの下流の排気ガスの温度が、脱硝触媒の活性温度の下限値に到達しないことがある。
【０００５】
そこで、タービンの下流に脱硝触媒を設けておき、タービンの上流側の排気ガスを分岐し、分岐した上流側の排気ガスをタービンの下流側の排気ガスに合流させることで、タービンの下流側における排気ガスの温度低下を抑制する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。また、脱硝触媒を活性温度に加熱するための加熱装置を別途設ける技術も開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１４４７６５号公報
【特許文献２】特許第３９２４０４６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の技術では、エンジンから排出された排気ガスの温度が低く、脱硝触媒を活性温度にするために分岐量を多くすると、タービン効率が低下してしまう。また、特許文献２の技術を利用すると、ヒータ等の別途の加熱装置が必要となり、必要以上に電力や燃料を消費することとなる。また、加熱装置を設置するための専用のスペースが必要となる。特に、スペースが限られた船舶等では、加熱装置のための専用のスペースを確保するのが困難である場合もある。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、脱硝触媒の配置および構成を工夫することで、排気ガスから効率よくＮＯｘを除去することが可能な脱硝装置、および、脱硝方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の脱硝装置は、エンジンから送出された排気ガスによって回転するタービン、および、タービンの回転を利用して空気を圧縮しエンジンに圧縮した空気を導入する圧縮機を有する過給機と、タービンの上流側に設けられ、上流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する上流側脱硝触媒と、タービンの下流側に設けられ、下流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する、上流側脱硝触媒よりも活性温度が低い下流側脱硝触媒と、上流側脱硝触媒の上流側、および、下流側脱硝触媒の上流側に還元剤を導入する還元剤導入部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記還元剤導入部は、上流側脱硝触媒の上流側、および、下流側脱硝触媒の上流側のいずれにも独立して還元剤を導入可能であり、タービンと下流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である下流側温度を測定する温度測定部と、下流側温度が第１の閾値以上である場合、還元剤導入部を制御して、下流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入させる還元剤調整部と、を備えるとしてもよい。
【００１１】
上記温度測定部は、下流側温度とともに、エンジンと上流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である上流側温度を測定し、還元剤調整部は、下流側温度が第１の閾値未満であり、上流側温度が第１の閾値より高い第２の閾値未満である場合、還元剤導入部を制御して、上流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入させるとしてもよい。
【００１２】
上記還元剤調整部は、下流側温度が第１の閾値未満であり、上流側温度が第２の閾値以上である場合、還元剤導入部を制御して、上流側脱硝触媒の上流側および下流側脱硝触媒の上流側に還元剤を導入させるとしてもよい。
【００１３】
上記上流側脱硝触媒は、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）のいずれか一方または双方を含み、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）のいずれか一方または双方の含有量が、上流側脱硝触媒の活性金属種を構成する他の元素よりも多く、下流側脱硝触媒は、周期表の第５属から第１１属の元素の群から選択される１または複数の元素を含むとしてもよい。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の脱硝方法は、エンジンから送出された排気ガスによって回転するタービン、および、タービンの回転を利用して空気を圧縮しエンジンに圧縮した空気を導入する圧縮機を有する過給機と、タービンの上流側に設けられ、上流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する上流側脱硝触媒と、タービンの下流側に設けられ、下流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する、上流側脱硝触媒よりも活性温度が低い下流側脱硝触媒とを用いた脱硝方法であって、タービンと下流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である下流側温度が第１の閾値以上である場合、下流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入し、下流側温度が第１の閾値未満であり、エンジンと上流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である上流側温度が第１の閾値より高い第２の閾値未満である場合、上流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入し、下流側温度が第１の閾値未満であり、上流側温度が第２の閾値以上である場合、上流側脱硝触媒の上流側および下流側脱硝触媒の上流側に還元剤を導入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、脱硝触媒の配置および構成を工夫することで、排気ガスから効率よくＮＯｘを除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】脱硝システムを説明するための図である。
【図２】高温脱硝触媒と、低温脱硝触媒の温度による脱硝率変化を説明するための図である。
【図３】脱硝装置を用いた脱硝方法の処理の流れを説明するための図である。
【図４】脱硝装置を用いた脱硝方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
コンテナ船やタンカー等の大型船舶では、熱効率がよく、低質燃料油（重油）が使用できるためコスト面で有利である、ユニフロー型の２サイクルエンジン（２ストロークエンジン）が広く使用されている。このようなエンジンにおいて、化石燃料、例えば、ガソリン、軽油、重油、液化天然ガス（ＬＮＧ：Liquefied Natural Gas）、および液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquefied Petroleum Gas）等の燃料を燃焼させると、その結果生じる排気ガスには、ＮＯｘが含まれる。
【００１９】
そこで、近年、国際海事機関（ＩＭＯ：International Maritime Organization）が、船舶から排出される排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を削減する規制を制定しており、一般海域においてＮＯｘの排出量を所定値までに制限し（２次規制）、大気汚染物質放出規制海域（ＥＣＡ：Emission Control Area）においては、ＮＯｘの排出量を、２次規制より低い値を上限として制限している（３次規制）。
【００２０】
このように国際海事機関が制定した規制を遵守すべく、船舶には、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元するための脱硝装置を備えておく必要がある。以下、エンジンと、脱硝装置とを備え、エンジンから排出される排気ガス中のＮＯｘを還元する脱硝システムについて説明する。なお、以下の実施形態において、脱硝システムに用いるエンジンとしてユニフロー型の２ストロークエンジンを例に挙げて説明するが、他の形式の２ストロークエンジンや４ストロークエンジン等に脱硝システムを採用することもできる。
【００２１】
（脱硝システム１００）
図１は、本実施形態にかかる脱硝システム１００を説明するための図である。図１中、物質（排気ガス、還元剤）の流れを実線で示し、信号の流れを破線で示す。図１に示すように、脱硝システム１００において、エンジン１１０から排出された排気ガスＸ１は、脱硝装置２００を通過することで、ＮＯｘ（窒素酸化物）が除去されて排気ガスＹとなり、外部へ放出される。
【００２２】
（脱硝装置２００）
本実施形態にかかる脱硝装置２００では、排気ガスＸ１に還元剤を導入し、還元剤の導入位置の下流に配した脱硝触媒で、排気ガスＸ１中のＮＯｘの還元を促進して窒素を生成する選択式触媒還元方式を採用している。
【００２３】
図１に示すように、脱硝装置２００は、排気ライン２０２と、過給機２１０と、高温脱硝触媒（上流側脱硝触媒）２２０と、低温脱硝触媒（下流側脱硝触媒）２２２と、温度測定部２３２と、還元剤導入部２３４と、還元剤調整部２３６とを含んで構成される。
【００２４】
排気ライン２０２は、エンジン１１０から排出された排気ガスＸ１が流通する排気路であって、後述する高温脱硝触媒２２０および低温脱硝触媒２２２が内設されている。
【００２５】
過給機２１０は、タービン２１２と、タービン２１２と同軸の圧縮機２１４とを含んで構成される。タービン２１２は、エンジン１１０から排出された排気ガスＸ１によって回転し、圧縮機２１４は、タービン２１２の回転を利用し、外部から導入される空気を圧縮してエンジン１１０への掃気圧を高める。こうすることで、エンジン１１０の出力を向上させることができる。
【００２６】
高温脱硝触媒２２０は、担体と、担体に担持された活性金属種とを含んで構成され、後述する低温脱硝触媒２２２よりも活性温度が高い。高温脱硝触媒２２０の活性金属種は、少なくともモリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）のいずれか一方または双方を含んで構成される。本実施形態において、高温脱硝触媒２２０は、酸化チタンを担体とし、酸化タングステンを活性金属種として構成される。なお、高温脱硝触媒２２０の活性金属種は、モリブデンおよびタングステン以外の他の元素を含んでもよいが、モリブデンおよびタングステンのいずれか一方または双方の含有量が、当該高温脱硝触媒２２０の活性金属種を構成する他の元素よりも多い必要がある。高温脱硝触媒２２０の活性金属種を構成する他の元素は、例えば、周期表の第５属から第１１属の元素の群（例えば、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ））から選択される１または複数の元素である。
【００２７】
低温脱硝触媒２２２は、担体と、担体に担持された活性金属種とを含んで構成され、高温脱硝触媒２２０よりも活性温度が低い。低温脱硝触媒２２２の活性金属種は、周期表の第５属から第１１属の元素の群（例えば、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ））から選択される１または複数の元素を含んで構成される。本実施形態において、低温脱硝触媒２２２は、酸化チタンを担体とし、酸化バナジウムを主成分とし酸化タングステンを副成分とした活性金属種で構成される。なお、低温脱硝触媒２２２の活性金属種は、上記複数の元素以外の他の元素を含んでもよいが、複数の元素の含有量が、当該低温脱硝触媒２２２の活性金属種を構成する他の元素よりも多い必要がある。低温脱硝触媒２２２の活性金属種を構成する他の元素は、例えば、モリブデンやタングステンである。
【００２８】
つまり、高温脱硝触媒２２０および低温脱硝触媒２２２において、活性金属種を構成する元素は、周期表の第５属から第１１属の元素の群（例えば、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ））から選択される１または複数の元素で構成されるが、その組成比が高温脱硝触媒２２０と、低温脱硝触媒２２２とで異なる。上述したように、高温脱硝触媒２２０は、活性金属種のうち、モリブデンやタングステンの含有量が他の元素よりも多く、低温脱硝触媒２２２は、活性金属種のうち、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、銅の含有量が、モリブデンやタングステンよりも多い。
【００２９】
図２は、高温脱硝触媒２２０と、低温脱硝触媒２２２の温度による脱硝率変化を説明するための図である。図２に示すように、低温脱硝触媒２２２（図２中、実線で示す）は、２００℃において、脱硝率（還元率）が２５％であり、２００℃から３００℃まで温度が上昇するにしたがって、脱硝率が向上し、３００℃では脱硝率が９０％以上となる。そして、低温脱硝触媒２２２は、３００℃から３８０℃程度の温度範囲であると、脱硝率を９０％から９９％に維持することができる。しかし、低温脱硝触媒２２２は、３８０℃以上となると、脱硝の反応速度が、アンモニア（還元剤）の酸化の反応速度を下回るため、脱硝率が急激に低下してしまう。
【００３０】
一方、高温脱硝触媒２２０は、（図２中、破線で示す）は、２６０℃程度において、脱硝率（還元率）が２５％であり、２６０℃から３１０℃まで温度が上昇するにしたがって、脱硝率が向上し、３１０℃では脱硝率が７０％以上となる。そして、高温脱硝触媒２２０は、３１０℃から４３０℃程度の温度範囲であると、脱硝率を７０％から７８％に維持することができる。
【００３１】
高温脱硝触媒２２０は、４００℃未満では、低温脱硝触媒２２２と比較して脱硝率は低い。しかし、高温脱硝触媒２２０は、４００℃以上であっても、アンモニア（還元剤）の酸化の反応速度が、脱硝の反応速度を急激に上回ることがなく、脱硝率が急激に低下することはない。したがって、高温脱硝触媒２２０は、４００℃以上であっても、低温脱硝触媒２２２と比較して、高い脱硝率を維持することが可能となる。
【００３２】
そこで、本実施形態では、脱硝装置２００が、温度によって脱硝特性が異なる高温脱硝触媒２２０および低温脱硝触媒２２２の双方を設置することで、排気ガスＸ１から効率よくＮＯｘを除去することを可能としている。
【００３３】
なお、ここで、高温脱硝触媒２２０、および、低温脱硝触媒２２２は、ハニカム形状に形成されているため、高温脱硝触媒２２０、低温脱硝触媒２２２の温度は、高温脱硝触媒２２０、低温脱硝触媒２２２を流通する排気ガスの温度と実質的に同一とみなすことができる。
【００３４】
図１に戻って説明すると、温度測定部２３２は、上流側温度センサ２３２ａと、下流側温度センサ２３２ｂとを含んで構成される。上流側温度センサ２３２ａは、排気ライン２０２におけるエンジン１１０と高温脱硝触媒２２０の間を流通する排気ガスＸ１の温度（上流側温度Ｔｕ）を測定する。下流側温度センサ２３２ｂは、排気ライン２０２におけるタービン２１２と低温脱硝触媒２２２との間を流通する排気ガスＸ２の温度（下流側温度Ｔｄ）を測定する。なお、排気ガスＸ２は、タービン２１２の下流側の排気ガスであるため、すなわち、タービン２１２が仕事をすることによって熱を消費するため、排気ガスＸ１よりも低温となっている。
【００３５】
還元剤導入部２３４は、後述する還元剤調整部２３６によって制御され、排気ライン２０２における、高温脱硝触媒２２０の上流側（排気ライン２０２におけるエンジン１１０と高温脱硝触媒２２０の間）、および、低温脱硝触媒２２２の上流側（排気ライン２０２におけるタービン２１２と低温脱硝触媒２２２との間）のいずれにも独立して還元剤（ここでは、還元剤の前駆体として尿素水）を導入（噴霧）可能である。
【００３６】
還元剤調整部２３６は、温度測定部２３２が測定した排気ガスＸ１、Ｘ２の温度に基づき、還元剤導入部２３４を制御して、高温脱硝触媒２２０の上流側、および、低温脱硝触媒２２２の上流側のいずれか一方または双方に還元剤を導入させる。以下に、還元剤調整部２３６による還元剤導入部２３４の制御（脱硝方法）について詳述する。
【００３７】
（脱硝方法）
本実施形態にかかる脱硝方法では、高温脱硝触媒２２０とタービン２１２との間を流通する排気ガスＸ１の温度（上流側温度Ｔｕ）と、タービン２１２と低温脱硝触媒２２２との間を流通する排気ガスＸ２の温度（下流側温度Ｔｄ）とに基づいて、高温脱硝触媒２２０の上流側や低温脱硝触媒２２２の上流側への還元剤の導入を制御する。
【００３８】
下記表１および図３を参照して具体的に説明する。図３は、脱硝装置２００を用いた脱硝方法の処理の流れを説明するための図である。なお、表１中において、還元剤導入部２３４が還元剤を導入している状態を○印で示し、還元剤を導入しない状態を×印で示す。
【表１】
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【００３９】
上記図２に示したように、脱硝率の最大値は、低温脱硝触媒２２２の方が高温脱硝触媒２２０よりも高いため、低温脱硝触媒２２２を優先的に利用する。具体的に説明すると、下流側温度Ｔｄが、低温脱硝触媒２２２において、温度上昇に伴い脱硝率が９０％以上となる温度Ｔ１（例えば、３００℃。以下、温度上昇に伴い脱硝率が９０％以上となる温度Ｔ１を、単に、低温脱硝触媒２２２の上昇開始温度Ｔ１と称する）以上であれば、低温脱硝触媒２２２を優先的に利用する、すなわち、低温脱硝触媒２２２の上流側に還元剤を導入する。つまり、図３（ａ）に示すように、上流側温度Ｔｕ（排気ガスＸ１の温度）にかかわらず、すなわち、排気ガスＸ１の温度が、上昇開始温度Ｔ１未満であっても、上昇開始温度Ｔ１以上低下開始温度Ｔ２未満であっても、低下開始温度Ｔ２以上であっても、下流側温度Ｔｄ（排気ガスＸ２の温度）が上昇開始温度Ｔ１以上であれば、低温脱硝触媒２２２を優先的に利用する。
【００４０】
下流側温度Ｔｄが、低温脱硝触媒２２２の上昇開始温度（第１の閾値）Ｔ１以上であれば、脱硝率が９０％以上に維持される低温脱硝触媒２２２のみを利用してＮＯｘを還元することで、排気ガスから効率よくＮＯｘを除去することが可能となる。
【００４１】
一方、下流側温度Ｔｄが上昇開始温度Ｔ１未満である場合、図２に示すように、低温脱硝触媒２２２の脱硝率が急激に低下するため、低温脱硝触媒２２２を利用したとしても所望する脱硝率を得ることが難しい。そこで、下流側温度Ｔｄが上昇開始温度Ｔ１未満である場合、脱硝率の最大値は低温脱硝触媒２２２と比較して低いものの、７０％程度の脱硝率を有する高温脱硝触媒２２０を利用する。
【００４２】
具体的に説明すると、下流側温度Ｔｄが上昇開始温度Ｔ１未満である場合、上流側温度Ｔｕが、高温脱硝触媒２２０において、温度上昇に伴い脱硝率が７０％未満となる温度Ｔ２（例えば、４００℃。以下、温度上昇に伴い脱硝率が７０％未満となる温度Ｔ２を、単に、高温脱硝触媒２２０の低下開始温度Ｔ２と称する）未満であれば、高温脱硝触媒２２０のみを利用する、すなわち、高温脱硝触媒２２０の上流側に還元剤を導入する。つまり、図３（ｂ）に示すように、下流側温度Ｔｄ（排気ガスＸ２の温度）が上昇開始温度Ｔ１未満の場合、上流側温度Ｔｕ（排気ガスＸ１の温度）が低下開始温度Ｔ２未満であれば、高温脱硝触媒２２０を利用する。
【００４３】
下流側温度Ｔｄの温度が低温脱硝触媒２２２の上昇開始温度Ｔ１未満である場合、上流側温度Ｔｕが高温脱硝触媒２２０の低下開始温度Ｔ２未満であれば、脱硝率が低い低温脱硝触媒２２２を利用せず、脱硝率が７０％以上に維持される高温脱硝触媒２２０のみを利用してＮＯｘを還元することで、排気ガスから効率よくＮＯｘを除去することが可能となる。
【００４４】
一方、下流側温度Ｔｄが上昇開始温度Ｔ１未満であって、上流側温度Ｔｕが低下開始温度Ｔ２以上である場合、図２に示すように、高温脱硝触媒２２０の脱硝率が低下するため、高温脱硝触媒２２０のみを利用したとしても所望する脱硝率を得ることができない。そこで、下流側温度Ｔｄが上昇開始温度Ｔ１未満であり、上流側温度Ｔｕが低下開始温度Ｔ２以上である場合、高温脱硝触媒２２０および低温脱硝触媒２２２を利用する、すなわち、高温脱硝触媒２２０の上流側および低温脱硝触媒２２２の上流側に還元剤を導入する。つまり、図３（ｃ）に示すように、下流側温度Ｔｄ（排気ガスＸ２の温度）が上昇開始温度Ｔ１未満の場合、上流側温度Ｔｕ（排気ガスＸ１の温度）が低下開始温度Ｔ２以上であれば、高温脱硝触媒２２０および低温脱硝触媒２２２を利用する。
【００４５】
下流側温度Ｔｄが低温脱硝触媒２２２の上昇開始温度Ｔ１未満であり、かつ、上流側温度Ｔｕが高温脱硝触媒２２０の低下開始温度Ｔ２以上である場合、高温脱硝触媒２２０の脱硝率の低下がみられるため、高温脱硝触媒２２０に加えて、低温脱硝触媒２２２を利用する。こうすることで、高温脱硝触媒２２０、低温脱硝触媒２２２のトータルの脱硝率で、所望する脱硝率を達成することができる。
【００４６】
このような高温脱硝触媒２２０および低温脱硝触媒２２２の制御を、表１を参照して各触媒個々にみると、低温脱硝触媒２２２に関しては、下流側温度Ｔｄ≧上昇開始温度Ｔ１である場合、または、上流側温度Ｔｕ≧低下開始温度Ｔ２の場合に還元剤が導入され、高温脱硝触媒２２０は、上流側温度Ｔｕに拘わらず、下流側温度Ｔｄ<上昇開始温度Ｔ１の場合に還元剤が導入されていることが理解できる。したがって、低温脱硝触媒２２２と高温脱硝触媒２２０とを下流側温度Ｔｄおよび上流側温度Ｔｕによってそれぞれ独立して個々に制御でき、下流側温度Ｔｄ≧上昇開始温度Ｔ１である場合、または、上流側温度Ｔｕ≧低下開始温度Ｔ２の場合に低温脱硝触媒２２２に還元剤を導入し、下流側温度Ｔｄ<上昇開始温度Ｔ１の場合に高温脱硝触媒２２０に還元剤を導入すればよいことが分かる。以下、このような制御手順による脱硝方法の処理の流れを説明する。
【００４７】
図４は、脱硝装置２００を用いた脱硝方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【００４８】
図４に示すように、まず、還元剤調整部２３６は、下流側温度Ｔｄが上昇開始温度Ｔ１以上であるか否か、または、上流側温度Ｔｕが低下開始温度Ｔ２以上であるか否かを判定する（Ｓ３００）。
【００４９】
下流側温度Ｔｄが上昇開始温度Ｔ１以上である場合、または、上流側温度Ｔｕが低下開始温度Ｔ２以上である場合（Ｓ３００におけるＹＥＳ）、還元剤導入部２３４が低温脱硝触媒２２２の上流側に還元剤を導入しているか否か、すなわち、低温脱硝触媒２２２がＮＯｘを還元しているか否かを判定する（Ｓ３０２）。
【００５０】
還元剤導入部２３４が低温脱硝触媒２２２の上流側に還元剤を導入していないと判定すると（Ｓ３０２におけるＮＯ）、還元剤調整部２３６は、還元剤導入部２３４を制御して、低温脱硝触媒２２２の上流側への還元剤の導入を開始させる（Ｓ３０４）。つまり、下流側温度Ｔｄの温度が低温脱硝触媒２２２の上昇開始温度Ｔ１以上であるか、上流側温度Ｔｕの温度が高温脱硝触媒２２０の低下開始温度Ｔ２以上である場合、還元剤調整部２３６は、還元剤導入部２３４を制御して、低温脱硝触媒２２２の上流側に還元剤を導入させる。
【００５１】
なお、還元剤導入部２３４が低温脱硝触媒２２２の上流側に還元剤を導入していると判定すると（Ｓ３０２におけるＹＥＳ）、還元剤調整部２３６は、低温脱硝触媒２２２の上流側への還元剤の導入を維持させ、後述するステップＳ３１０へ処理を移す。
【００５２】
一方、下流側温度Ｔｄが上昇開始温度Ｔ１以上ではなく、かつ、上流側温度Ｔｕが低下開始温度Ｔ２以上ではない場合（Ｓ３００におけるＮＯ）、還元剤導入部２３４が低温脱硝触媒２２２の上流側に還元剤を導入しているか否か、すなわち、低温脱硝触媒２２２がＮＯｘを還元しているか否かを判定する（Ｓ３０６）。
【００５３】
還元剤導入部２３４が低温脱硝触媒２２２の上流側に還元剤を導入していると判定すると（Ｓ３０６におけるＹＥＳ）、還元剤調整部２３６は、還元剤導入部２３４を制御して、低温脱硝触媒２２２の上流側への還元剤の導入を停止させる（Ｓ３０８）。
【００５４】
なお、還元剤導入部２３４が低温脱硝触媒２２２の上流側に還元剤を導入していないと判定すると（Ｓ３０６におけるＮＯ）、還元剤調整部２３６は、還元剤導入部２３４による低温脱硝触媒２２２の上流側への還元剤の導入の停止状態を維持させ、後述するステップＳ３１０へ処理を移す。
【００５５】
そして、還元剤調整部２３６は、下流側温度Ｔｄが上昇開始温度Ｔ１未満であるか否かを判定する（Ｓ３１０）。
【００５６】
下流側温度Ｔｄが上昇開始温度Ｔ１未満である場合（Ｓ３１０におけるＹＥＳ）、還元剤調整部２３６は、還元剤導入部２３４が高温脱硝触媒２２０の上流側に還元剤を導入しているか否か、すなわち、高温脱硝触媒２２０がＮＯｘを還元しているか否かを判定する（Ｓ３１２）。
【００５７】
還元剤導入部２３４が高温脱硝触媒２２０の上流側に還元剤を導入していないと判定すると（Ｓ３１２におけるＮＯ）、還元剤調整部２３６は、還元剤導入部２３４を制御して、高温脱硝触媒２２０の上流側への還元剤の導入を開始させる（Ｓ３１４）。つまり、下流側温度Ｔｄの温度が、低温脱硝触媒２２２の上昇開始温度Ｔ１未満であれば、還元剤調整部２３６は、還元剤導入部２３４を制御して、高温脱硝触媒２２０の上流側に還元剤を導入させる。
【００５８】
なお、還元剤導入部２３４が高温脱硝触媒２２０の上流側に還元剤を導入していると判定すると（Ｓ３１２におけるＹＥＳ）、還元剤調整部２３６は、高温脱硝触媒２２０の上流側への還元剤の導入を維持させ、ステップＳ３００へ処理を戻す。
【００５９】
一方、下流側温度Ｔｄが上昇開始温度Ｔ１未満でない場合（Ｓ３１０におけるＮＯ）、還元剤調整部２３６は、還元剤導入部２３４が高温脱硝触媒２２０の上流側に還元剤を導入しているか否か、すなわち、高温脱硝触媒２２０がＮＯｘを還元しているか否かを判定する（Ｓ３１６）。
【００６０】
還元剤導入部２３４が高温脱硝触媒２２０の上流側に還元剤を導入していると判定すると（Ｓ３１６におけるＹＥＳ）、還元剤調整部２３６は、還元剤導入部２３４を制御して、高温脱硝触媒２２０の上流側への還元剤の導入を停止させる（Ｓ３１８）。つまり、下流側温度Ｔｄの温度が、低温脱硝触媒２２２の上昇開始温度Ｔ１以上であれば、還元剤調整部２３６は、還元剤導入部２３４を制御して、高温脱硝触媒２２０の上流側への還元剤の導入を停止させる。
【００６１】
なお、還元剤導入部２３４が高温脱硝触媒２２０の上流側に還元剤を導入していないと判定すると（Ｓ３１６におけるＮＯ）、還元剤調整部２３６は、還元剤導入部２３４による高温脱硝触媒２２０の上流側への還元剤の導入の停止状態を維持させ、ステップＳ３００へ処理を戻す。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態にかかる脱硝装置２００およびこれを用いた脱硝方法によれば、活性温度が異なる２種類の脱硝触媒（高温脱硝触媒２２０、低温脱硝触媒２２２）を適切な位置（高温脱硝触媒２２０はタービン２１２の上流側、低温脱硝触媒２２２はタービン２１２の下流側）に設置し、それぞれの温度に基づいて適切に還元剤を導入することで、排気ガスから効率よくＮＯｘを除去することが可能となる。
【００６３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６４】
例えば、上述した実施形態において、高温脱硝触媒２２０および低温脱硝触媒２２２は、担体として酸化チタンを利用する構成を例に挙げて説明したが、担体は酸化チタンに限定されず、酸化チタン、酸化アルミニウム（アルミナ）、二酸化ケイ素（シリカ）、二酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化セリウム（セリア）の群から選択される１または複数で構成されてもよい。
【００６５】
また、上述した実施形態において、高温脱硝触媒２２０として、酸化チタンを担体とし、酸化タングステンを活性金属種として構成される触媒を例に挙げ、低温脱硝触媒２２２として酸化チタンを担体とし、酸化バナジウムを主成分とし酸化タングステンを副成分とした活性金属種で構成される触媒を例に挙げて説明した。したがって、高温脱硝触媒２２０、低温脱硝触媒２２２の温度による脱硝率変化は、図２に示すようになる。しかし、高温脱硝触媒２２０、低温脱硝触媒２２２の活性温度（温度による脱硝率変化）はこれに限定されない。つまり、低温脱硝触媒２２２の活性温度が高温脱硝触媒２２０の活性温度よりも低ければよく、すなわち、高温脱硝触媒２２０と低温脱硝触媒２２２との活性温度範囲が異なればよく、エンジン１１０の構成（排気ガスの温度）に応じて、高温脱硝触媒２２０、低温脱硝触媒２２２の活性金属種や活性金属種における元素の組成比を適宜変更することができる。
【００６６】
また、還元剤調整部２３６は、排気ガスＸ１、Ｘ２のＮＯｘ濃度を測定し、ＮＯｘ濃度に応じて、還元剤導入部２３４に還元剤を導入させてもよい。かかる構成により、排気ガス中のＮＯｘが多いときにそのＮＯｘを還元するために必要な量の尿素水を導入することが可能となる。また、排気ガス中のＮＯｘが少ないときに必要以上に尿素水を導入してしまい、高温脱硝触媒２２０、低温脱硝触媒２２２においてＮＨ３（アンモニア）が酸化されずに、外部に排出されてしまう事態を回避することができる。
【００６７】
なお、本明細書の脱硝方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を、還元剤を用いて窒素に還元する脱硝装置、および、脱硝方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１００  …脱硝システム
１１０  …エンジン
２００  …脱硝装置
２０２  …排気ライン
２１０  …過給機
２１２  …タービン
２１４  …圧縮機
２２０  …高温脱硝触媒（上流側脱硝触媒）
２２２  …低温脱硝触媒（下流側脱硝触媒）
２３２  …温度測定部
２３４  …還元剤導入部
２３６  …還元剤調整部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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