(57)【要約】【課題】  目詰まりや灰分の閉塞に強いＤＥ排ガス浄化装置およびその運転制御方法を提供する。【解決手段】多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の波板稜線が少なくとも１対ごとに交互に交差するように積層された成形体の稜線の方向からディーゼル排ガスが流入し、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成される排ガス浄化装置であって、該排ガスが流入する面Ａおよびその反対側の面Ｂ、および排ガスが流入する方向と交差する側面Ｃにそれぞれ連通する排ガス煙道およびその遮断弁と、前記排ガスの流入面Ａの煙道および前記交差する側面Ｃの煙道をバイパスする煙道およびその遮断弁と、前記交差する側面Ｃに連通する煙道および前記反対側の面Ｂに連通する煙道を各遮断弁の後流でバイパスする煙道とを備えたディーゼル排ガス浄化装置。【選択図】  図１２
2006329042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の波板稜線が少なくとも１対ごとに交互に交差するように積層された成形体の前記波板稜線と交差する側面がシールされ、前記波板の稜線の方向からディーゼル排ガスが流入し、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成される排ガス浄化装置であって、該排ガスが流入する面Ａおよびその反対側の面Ｂ、および排ガスが流入する方向と交差する側面Ｃにそれぞれ連通する排ガス煙道およびその遮断弁と、前記排ガスの流入面Ａの煙道および前記交差する側面Ｃの煙道をバイパスする煙道およびその遮断弁と、前記交差する側面Ｃに連通する煙道および前記反対側の面Ｂに連通する煙道を各遮断弁の後流でバイパスする煙道とを備えたことを特徴とするディーゼル排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記排ガスの流入面Ａの煙道に設けられる遮断弁を省略したことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記多孔質波板および平板に排ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する機能を有する触媒が担持されている請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記遮断弁の操作により、前記排ガスの流入面Ａと反対側の面Ｂへの排ガスの通過を遮り、前記交差する側面Ｃへ排ガスを通過させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の装置の運転制御方法。
【請求項５】
前記遮断弁の操作により、前記反対側の面Ｂへの排ガスの通過を遮り、前記交差する側面Ｃへ排ガスを通過させる操作(I)と、排ガスの流入面Ａおよびその交差する側面Ｂより排ガスを流入させ、前記反対側の面Ｂへ排ガスを通過させ、前記交差する側面Ｃへの排ガスの流通を遮る操作(II)を、一定期間ごとに交互に行なうことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の装置の運転制御方法。
【請求項６】
前記排ガスの流入面と反対側の面Ｂへの排ガスの通過を遮り、前記交差する側面Ｃへ排ガスを通過させる操作(I）と、排ガスの流入面Ａおよびその交差する側面Ｃより排ガスを流入させ、前記反対側の面Ｂへ排ガスを通過させ、かつ排ガス流入面Ａからその交差する側面Ｃへの排ガスの流通を遮る操作(II)と、排ガスの流入面Ａから排ガスを流入させ、反対側の面Ｂへ排ガスを通過させるか、または、および前記交差する側面Ｃへの排ガスの流通を遮る操作(III)を、一定期間ごとに交互に行なうことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の装置の運転制御方法。
【請求項７】
前記装置の差圧または排ガス入口圧力を検知し、該差圧または入口圧力が一定値を超えた場合、または該差圧もしくは入口圧力が上昇し始めた場合、少なくとも排ガスの流入面と反対側の面Ｂへ排ガスを通過させ、または／および前記交差する側面Ｃへの排ガスの流通を遮ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の装置の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル排ガス浄化装置および運転制御方法に係り、特にディーゼルエンジン（ＤＥ）等から排出される排ガス中のばいじん、粒子状物質(Particulate  Matter：PM）、窒素酸化物（NOx）、硫黄酸化物(SOx)を処理するディーゼル排ガス浄化装置および運転制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、ディーゼルエンジンの排気ガス中に存在する粒子を濾過し、そして該粒子をエレメントを通って流れるガスから多孔質壁表面上に捕集するに適する多孔性壁の表面上に白金族金属及びアルカリ土金属酸化物の混合物を含む触媒を担持させた多孔質セラミックスハニカムの他端を閉止物で塞ぎ、排ガスを多孔質壁面を通過させて処理することにより、追加熱源無しでばいじんを捕集・燃焼しながら連続再生運転を可能にする装置が記載されている。また特許文献２には、一酸化窒素（NO）含有ディーゼル排ガスを予め酸化触媒上に通し、NOを二酸化窒素（NO2）に転換させることにより、フィルター上に捕集された微粒子をNO2と反応させ、燃焼させるディーゼル排ガスの微粒子除去方法が記載されている。さらに特許文献３には、セラミックペーパーの平板及びそれを波板状に加工した波板を交互に積層させて、ハニカム状担体を製造する方法が記載されている。
しかし、上記の従来方法では以下の問題点があった。
【０００３】
まず特許文献１の方法では、ディーゼルエンジンから出る排ガス中のばいじんはフィルタに捕集され、ここでフィルタの多孔質壁面に担持されている酸化触媒により、排ガス中のNOが酸化され、フィルタに捕集されたばいじん(主成分：炭素)を酸化燃焼させる。
ところが、通常のエンジンオイルには１〜２重量％程度の金属添加剤に起因する灰分が含まれており、燃料中の硫黄分と反応してCaSO4を主成分とした灰が形成される。この灰は、該酸化触媒面を被覆して触媒活性を低下させることが知られており、特許文献１に示す酸化触媒を担持したセラミックスフィルターは、一定期間以上となると触媒活性が低下し、ばいじんが燃焼されず閉塞してしまう問題があった。
【０００４】
特許文献２の方法においても、酸化触媒はばいじんの多い上流側に配置するため、経時的に酸化触媒の表面に灰が堆積して閉塞し、酸化性能が低下する問題が生じる。また、該フィルタにも灰が堆積し、結局はフィルタ圧損が上昇する。
特許文献３のペーパーハニカムは、ハニカム状に形成されているため、特にばいじんを捕集するフィルタとして使われることはなく、臭気を分解したり、ばいじんを通過させる途中で燃焼させるなどの効果を狙ったものであり、ばいじんを一旦トラップして燃焼させる特許文献１、２の方法に比べて、燃焼・除去効率は低く、10〜20％のばいじんが除去できるのみである。
【特許文献１】特公平7-106290号公報
【特許文献２】特許第3012249号公報
【特許文献３】特開2001−205720号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来技術は、ＰＭの捕集効率が高く、優れた性能を有するものであるが、軽油や重油を燃料とする場合や、ＤＥを用いた定置式発電設備などに使用する場合には、(i) 微細な細孔でＰＭを濾過することを基本原理とするフィルタ材であり、通風損失が大きく、効率の高いＤＥの特質を損なうことが多い、(ii)不適切な操作により多量な煤が発生した場合に閉塞を起こしやすく、逆洗や煤の加熱燃焼など閉塞対策が必要になるものが多い、 (iii)燃料中の灰分がフィルタ材の細孔に溜り、目詰まりを発生させるために寿命が短くなる、(iv)後流部に脱硝装置を持たない場合には、煤の燃焼に使われなかったＮＯ2が排出され、黄色煙の発生や二次公害を引き起こす等の問題点を有している。
【０００６】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、目詰まりや灰分の閉塞に強く、逆洗や煤の加熱燃焼などに特別の装置を必要とせず、しかも安価な材料で構成した粒状物質の除去フィルタを用いたＤＥ排ガス浄化装置およびその運転制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題について検討し、多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の波板稜線が少なくとも１対以上ごとに交互に交差するように積層された成形体（以下、ＤＰＦブロックまたは交差ハニカムと称することがある）をフィルタとして用い、ＤＥ排ガス中の煤塵を該フィルタで捕集するとともに、該フィルタに保持された触媒により排ガス中のＰＭを排ガス温度レベルで効果的に連続燃焼処理でき、かつＤＥの運転中にも燃焼灰を効果的に排出できる高寿命の排ガス浄化装置および方法を発明し、特願２０００−０９９１４９号、２００５−０５４４４９号等として出願した。本発明は上記発明をさらに発展させ、さらなる寿命向上を目指し鋭意検討を続けた結果、到達したものである。
【０００８】
本願で特許請求される発明は次の通りである。
（１）多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の波板稜線が少なくとも１対ごとに交互に交差するように積層された成形体の前記波板稜線と交差する側面がシールされ、前記波板の稜線の方向からディーゼル排ガスが流入し、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成される排ガス浄化装置であって、該排ガスが流入する面Ａおよびその反対側の面Ｂ、および排ガスが流入する方向と交差する側面Ｃにそれぞれ連通する排ガス煙道およびその遮断弁と、前記排ガスの流入面Ａの煙道および前記交差する側面Ｃの煙道をバイパスする煙道およびその遮断弁と、前記交差する側面Ｃに連通する煙道および前記反対側の面Ｂに連通する煙道を各遮断弁の後流でバイパスする煙道とを備えたことを特徴とするディーゼル排ガス浄化装置。
（２）前記排ガスの流入面Ａの煙道に設けられる遮断弁を省略したことを特徴とする（１）記載の装置。
【０００９】
（３）前記多孔質波板および平板に排ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する機能を有する触媒が担持されている（１）または（２）に記載の装置。
（４）前記遮断弁の操作により、前記排ガスの流入面Ａと反対側の面Ｂへの排ガスの通過を遮り、前記交差する側面Ｃへ排ガスを通過させることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の装置の運転制御方法。
（５）前記遮断弁の操作により、前記反対側の面Ｂへの排ガスの通過を遮り、前記交差する側面Ｃへ排ガスを通過させる操作(I)と、排ガスの流入面Ａおよびその交差する側面Ｂより排ガスを流入させ、前記反対側の面Ｂへ排ガスを通過させ、前記交差する側面Ｃへの排ガスの流通を遮る操作(II)を、一定期間ごとに交互に行なうことを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の装置の運転制御方法。
【００１０】
（６）前記排ガスの流入面と反対側の面Ｂへの排ガスの通過を遮り、前記交差する側面Ｃへ排ガスを通過させる操作(I）と、排ガスの流入面Ａおよびその交差する側面Ｃより排ガスを流入させ、前記反対側の面Ｂへ排ガスを通過させ、かつ排ガス流入面Ａからその交差する側面Ｃへの排ガスの流通を遮る操作(II)と、排ガスの流入面Ａから排ガスを流入させ、反対側の面Ｂへ排ガスを通過させるか、または、および前記交差する側面Ｃへの排ガスの流通を遮る操作(III)を、一定期間ごとに交互に行なうことを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の装置の運転制御方法。
（７）前記装置の差圧または排ガス入口圧力を検知し、該差圧または入口圧力が一定値を超えた場合、または該差圧もしくは入口圧力が上昇し始めた場合、少なくとも排ガスの流入面と反対側の面Ｂへ排ガスを通過させ、または／および前記交差する側面Ｃへの排ガスの流通を遮ることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の装置の運転制御方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来のような高価なセラミックス焼結フィルタを用いることなく、高性能で低圧損の触媒付ＤＰＦを実現することができる。また高価なＰｔなどの酸化触媒の担持量を飛躍的に少なくしてもＰＭを効率よく燃焼、除去できるため、大幅なコスト低下を図ることができる。また本発明の排ガス浄化用フィルタへの排ガスの流入方向と該フィルタのシール構造を工夫することにより、煤塵等によるフィルタの閉塞等を効果的に防止できる排ガス浄化装置を実現することができる。
【００１２】
まず、交差ハニカムに交互に形成される排ガス流路のうち排ガスの流入面に対応する波板稜線方向の対抗面を閉止することで、排ガスは波板および平板を通過して流入面と交差する側面に流れ、その際に波板、平板上にＰＭ、燃焼灰が捕集される（以下、ろ過モードと記す）。
【００１３】
この時、燃焼灰が捕捉され続けると、平板部のろ過抵抗が増大し、ＤＰＦ差圧が増加するため、一定差圧、または一定時間ごとに、閉止した波板稜線方向の対抗面を開放し、排ガスを波板稜線方向に通過させることにより、平板に付着した燃焼灰を除去することができる（以下、灰パージモードと記す）。
【００１４】
さらに、交差ハニカム成形体に交互に形成される排ガス流路のうち排ガスの流入方向を一時的に逆方向にすることにより、ろ過面を逆洗して付着した煤塵、ＰＭ等の燃焼灰(燃えかす)を除去した後、上記排ガス流路の内、排ガスの流入方向の排ガス流路を一時的に開放することにより、運転中でも、燃えかすを系外に押し出す方向へガス流れを変更することができる(以下、逆洗モードと記す)。この逆洗モード状態でも、捕集されたＰＭは触媒により生成されたＮＯ２により運転温度範囲で燃焼され、燃焼灰はパージガスに搬送されて除去されていくため、運転中もフィルタ差圧を回復、再生でき、担持された触媒の活性を維持することが可能となる。本発明は、このように逆洗モードを併用することにより、さらに飛躍的に触媒活性を長期間維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を図面により具体的に説明する。図１は、本発明の排ガス浄化装置における、煤塵捕集の原理（ろ過モードまたは操作（Ｉ））を示す説明図、図２は、本発明の排ガス浄化装置における、煤塵除去（灰パージモード）の原理を示す説明図、図３は、本発明の排ガス浄化装置に用いるフィルタ（交差ハニカム）の斜視図である。
【００１６】
本発明に用いる排ガス浄化用フィルタ（ＤＰＦ）は、図１に示すように多孔質波板１または２と多孔質平板３の対を基本単位とし、該多孔質波板の波板稜線が交互に交差するように積層された成形体を有し、該成形体の前記波板稜線と交差する側面の一つの面、または該交差する側面であって互いに隣接する二つの面がシールされている。図１では前記波板稜線と交差する側面の一つの面を閉止物４（または遮断弁）でシールした例を示す。すなわち、図１において、ＤＰＦは、前記波板１、２と平板３で構成されたブロック状の成形体（ＤＰＦブロック６と称することがある）と閉止物４を備える。該ＤＰＦブロック６は、多孔質波板１と多孔質平板２の対からなる基本単位が、図３に示すように多孔質波板１の波板稜線が交互に交差するように複数積層されたものから構成される。このようにして多孔質平板３を介して多孔質波板１との間にそれぞれ排ガス（被処理ガス）の流入経路ａと排ガス（浄化ガス）の流出経路ｂが形成される（図３）。
【００１７】
本発明において、多孔質波板１、２および多孔質平板３には、シリカアルミナ系セラミックス繊維を用いた不織布や織布、金属繊維織布、コージエライトなどのセラミックスの多孔質焼結体などが用いられる。これらのうち、多孔性に優れた軽量なＤＰＦを得る点からは０．５〜０．１ｍｍ厚のセラミックス不織布（シート）の使用が特に好ましい。多孔質波板１、２の波板の形状には特に制限はないが、上記した板厚の場合には、波のピッチを２〜１０ｍｍ、高さを１〜５ｍｍの範囲とするのが好ましい。
【００１８】
例えば、図１-ａ、１-ｂに示すように、波板１、２には、a1＝a2＝3.3mm、b1＝b2＝1.9mmとなる高さ、幅のセラミックス製ペーパーを用い、１枚ごとにその向きが交差するように積層することにより、ＤＰＦを構成することができる。ただし、この波板１、２は常に１枚ごと向きを交差させる必要はなく、例えば排ガス中のばいじん濃度が非常に高いと予想されるプラントに適用する場合には、入口面Ａに当たる波板２の方向に、より多く積層させるなど自由に調整が可能である。また山の高さ、幅もa1、a2＝6.3mm、b1＝b2＝2.5mmなど様々なものが用いることができ、波板１、２のサイズは必ずしも等しくしなくてもよい。さらに交差方向は直交である必要もないが、製造コスト、製造の簡便性等から直交にする方が望ましい。多孔質波板１と多孔質平板２からなる基本形状は、単に積層されているだけでもよいが、無機結合剤等により互いに接着することが好ましい。
【００１９】
閉止物４は、多孔質波板１の波板稜線方向から流入する排ガスをその流入する面と反対側の面においてその排ガスの通過を阻止することができる機能を有するものであり、その素材やシール構造に特に制限はなく、例えば、シールする面の流路内に緻密な無機固化物を用いて栓をする方法、無機繊維マット状シール材を圧着する方法、金属板で蓋をする方法などの手段を採用することができる。
【００２０】
本発明に用いられる多孔質波板１、２および多孔質平板３には、少なくとも前述の排ガス流入側の排ガス流路において、排ガス浄化触媒、特に排ガス中のＮＯをＮＯ2 に酸化する酸化触媒成分が担持されていることが望ましい。該触媒成分には、例えば、白金（Ｐｔ）などの通常の貴金属をチタニア、アルミナ、ジルコニア、シリカなどの高表面積担体に担持させた公知の触媒が用いられるが、イオウ分の多い重油を燃料とした排ガスの処理には、耐酸性に優れたチタニアの使用が特に好ましい。
【００２１】
本発明のＤＰＦを用いて排ガスを浄化するには、まず被処理ガスは、ＤＰＦブロック６の多孔質波板２と多孔質平板３により形成される一波板稜線方向から供給される。すなわち、図３に示すように、ＤＰＦには、多孔質波板２と多孔質平板３により形成されるＡ方向の流路ａと、これに直交するＢ方向の流路ｂが形成されるが、Ａ方向から流入する被処理ガスは、流路ａ（排ガス流入経路）にのみ流入することができる。ろ過モードでは、流路ａに流入したガスは、該流路ａの出口部が図４のバイパス弁４でシールされているため、図１、図４−ａに示すように、多孔質平板３内の気孔を通過し、該多孔質平板３とこれに隣接する他の多孔質波板１および多孔質平板３により形成されるＢ方向の流路ｂ（排ガス排出経路）に移動する。排ガスが多孔質平板３内を通過する際にはガス中に含まれるＰＭが、濾過・除去され、該多孔質平板３の表面に堆積する。なお、図中の５は堆積したＰＭである。
【００２２】
被処理ガスが、流路ａおよび流路ｂ内において、多孔質波板１、２および多孔質平板３に接触すると、該被処理ガス中のＮＯが、これらに担持されている酸化活性を有する触媒で酸化されてＮＯ2 となり、このＮＯ2 により堆積したＰＭ（煤）がＣＯ2に酸化されて除去される。従って、堆積するＰＭにより多孔質波板１および多孔質平板３の圧力損失が経時的に上昇し、閉塞するという弊害を防止することができる。
【００２３】
本発明のＤＰＦでは、図１に示すように、流路ａ内を通過するガス中のＮＯは、ＰＭが堆積する多孔質平板３の前流に位置する多孔質波板２と効率よく接触することができ、ＮＯ2 を効率よく発生させる。従って、多孔質平板３の表面に堆積したＰＭを効率よく酸化除去することができる。このため、多孔質波板２および多孔質平板３に担持させる触媒の量および高価な貴金属の使用量を大幅に削減しても、ＰＭの酸化を十分に進行させ、堆積物の量を常に少なくすることができ、低圧損での運転が可能となる。なお、従来のハニカム状成形体の流路を交互に埋めて形成したＤＰＦでは、堆積した煤の下層部でＮＯ2が生成するため、効率よく煤を燃焼させることができない。
【００２４】
また、煤を濾過されたガスは流路ｂに移動して排出されるが、流路ｂ内にも、ＮＯの酸化触媒が担持された多孔質波板１と多孔質平板３が存在するため、ガス中のＮＯがＮＯ2 に酸化される。従って、流路ｂの後流部に尿素やＮＨ3還元用の脱硝触媒が存在する場合には、下記式 により、極めて速度の早い脱硝反応が優先的に進み、低温時から高効率で排ガス中のＮＯｘが除去されるため、脱硝性能の向上が可能となる。
【００２５】
ＮＯ＋ＮＯ2 ＋２ＮＨ3 →  ２Ｎ2 ＋３Ｈ2 Ｏ
本発明において、排ガス中のＮＯをＮＯ2 に酸化する酸化触媒は、成形体を構成する多孔質波板１、２および多孔質平板３の全てに担持されていてもよいが、排ガス流入経路を構成する流路ａ、具体的には排ガスの流入経路を構成する多孔質波板２の両面と該多孔質波板２と接する多孔質平板３の片面にのみ担持されていてもよい。
【００２６】
運転操作ミスやエンジントラブル、さらには低負荷運転を継続することによりＤＰＦの煤酸化能を超えた煤（ＰＭ）で流路が閉塞した場合にも、弁４を開放してガスを流出させて堆積した煤を容易に抜き出したり、弁１０、１１を開放して緊急的に排ガスを逃がすことができ、運転を迅速に復帰させることが可能となる。
【００２７】
また、弁４のみを開放した状態、すなわち流路ａを貫通させた流れにした場合(灰パージモード)も、排ガスは酸化触媒が担持された該多孔質波板２、多孔質平板３からなる流路ａ内を通り、燃焼反応が進行する。また、一部の排ガスは多孔質平板３を通過するため、ろ過モードよりも効率は下がるが、ＰＭを一部捕集しながら燃焼除去するため、排ガス中のＰＭは５０％近く除去することができる。なお、従来のハニカム状成形体の流路を交互に埋めて形成したＤＰＦでは、煤を燃焼させてもその燃焼灰を抜き出す手段がなく、最終的にはその燃焼灰により触媒細孔が閉塞し、活性が低下する。
【００２８】
本発明のＤＰＦでは、上記ろ過モードの他に定期または不定期に灰パージモードを用いることにより、燃焼灰を運転中でも抜き出すことができ、触媒活性を持続しながら、長期間、安定した運転を行なうことができる。
【００２９】
次に図４および５は、本発明の排ガス浄化装置の一実施例を示す説明図である。この装置は、前述のＤＰＦブロック６と、該ＤＰＦブロック６に排ガスが流入する面Ａおよびその反対側の面Ｂ、および排ガスが流入する方向と交差するＤＰＦブロック６の側面Ｃにそれぞれ連通する排ガス煙道７、９、８および遮断弁４、１０と、前記排ガスの流入面Ａの煙道７および前記交差する側面Ｃの煙道８をバイパスする煙道１２およびその遮断弁１１と、前記交差する側面Ｃに連通する煙道８および前記反対側の面Ｂに連通する煙道９を各遮断弁４、１０の後流で連結する煙道９Ａとを備えている。上記構成の装置において、ろ過モードにおいては、図４のように弁４および弁１１を閉、弁８を開とし、灰パージモードにおいては、弁８、１１を閉、弁４を開とする。
【００３０】
本発明の排ガス浄化装置において、長期間に渡って堆積した灰を抜き出さずにいたり、灰が堆積した状態でエンジンを長期停止したりして、灰の潮解温度以下となると、触媒面に灰が固着し、灰の除去が非常に困難となり触媒性能の低下の原因となる。本発明ではさらに長期安定運転のため、平板３に付着した燃焼灰を効率的に除去する運転方法を提供する。この方法は、図５において、弁４、１１を開、弁１０を閉にする方法であり、前記の灰パージモードに加え、運転中にろ過面となる平板３の逆側から定期的に燃焼灰を逆洗する方法を併用する方法である。
【００３１】
詳細に述べると、図23の最上図に示すように、ディーゼルエンジンは起動時に特にＰＭ発生量が高いことが知られている。発生時間は瞬時であるがその濃度は定常運転時の10倍以上の数100mg/m3N程度となり、黒煙が観察できる。この濃度領域は明らかに大気汚染防止法で定められた規制値を超える値である。したがって、エンジンの起動時においては、図４などに示す弁４を閉止して排ガスを流路ａから流路ｂへ流通させ、該多孔質平板３でのろ過操作を行い、黒煙を除去するのが望ましい。当然この段階では、ＤＰＦブロック６の温度は低い状態であるため、酸化触媒の効果は低く、捕集したＰＭを完全に燃焼させることは困難であり、ＰＭの一部は該多孔質平板３上に未燃のまま捕集された状態となる。エンジンの起動を検知する手段は様々あるが、エンジン回転数により検知する方法が最も簡便である。もちろん他の手段を用いてもかまわない。
【００３２】
エンジン起動後、それから余裕を見て発電機による発電が開始され始めるまでの段階においては、ＰＭの発生量が高いので、図８に示す制御装置18にエンジンの起動信号を送り、排ガスの流入面と反対側の面への排ガスの通過を遮り、排ガスが流入する方向と直交する側面へ排ガスを通過させ、前記多孔質平板３でのろ過操作を行う。もちろん、起動前、あるいは停止時にろ過操作状態にしておく方法で対応してもよい。
【００３３】
発電を開始し、高温ガスがＤＰＦを通過してＤＰＦブロック６温度がＰＭ燃焼温度以上に上昇すると、多孔質平板３に保持された未燃ＰＭが燃焼する。ＰＭ表面の有機物(炭素、炭化水素など)が燃焼するので、燃焼灰は粒径が非常に小さく、かつ表面の粘着性が減っており、平板３への付着性が落ちるため波板稜線方向に流れるガスに乗って、系外に吐き出される。それでも平板３面に対して平行なガス流では、極少量の燃焼灰５ａが平板３表面に付着したままとなる可能性がある。
【００３４】
そこで本発明ではさらに、排ガスの流入面への流通を遮り、その交差する側面より排ガスを流入させ、元の流入面の反対側の面へ排ガスを通過させ(波板稜線方向)、かつ交差する側面への排ガスの流通を遮る操作(II)を行なう。この操作により、平板３に付着する微量の燃焼灰をもその裏側から排ガスで逆洗することにより除去し、経時的劣化を極限まで抑えることができる。
【００３５】
次に図１２および１３は、本発明の排ガス浄化装置の他の実施例を示す説明図である。図４および５と異なる点は、ＤＰＦブロック６の排ガス流入面Ａに連通する煙道７に遮断弁１５を設けたことである。このような構成とすることにより、図１２に示すように、弁１０、１５を開、弁４、１１を閉とするろ過モード、図１３、１４に示すように、弁４、１１を開、弁１０、１５を閉とする逆洗モード、図１５に示すように、弁４、１５を開、弁１０、１１を閉とする灰パージモード、さらには図１６に示すように、弁８、１５を開、弁４、１１を閉とするろ過モードを繰り返し、燃焼灰を完全に除去することが可能になる。
【００３６】
さらに、逆洗モードでの灰除去効果を高める方法として、図１８、１９に示すように閉止板１６、１７を図１７、１７−ａのようにＤＰＦブロック６の直前直後に設置し、逆洗方向および波板稜線方向のガス量比を変えながら、逆洗部位を一部に集中させることで、逆洗効果を高めることが可能となる。
より簡易的には、図４、５のように排ガス流入面方向のガス流れは閉止せず、弁１１を開放してこの交差する側面にもガスを供給することでもほぼ同等の逆洗効果を得ることが可能となるが、もちろん図１２〜１６の方法の方が確実であり、より望ましい。なお、図１１に示すように、上記排ガス流入面の交差する側面よりコンプレッサ１４を用いて圧縮空気１３を吹き込み、逆洗する方法も考えられる。
【００３７】
定格発電量、及びその近傍で発電量が制御され、高温運転が維持される設備においても、定期的な灰パージ‐ろ過の繰り返しを行うことにより、大部分のＰＭを除去させつつも、ＰＭの燃焼灰(燃えかす)が堆積し、触媒面をマスキングし、少なくとも多孔質平板３に担持した触媒性能が低下するという問題を回避することが可能である。これらの灰は運転中は該多孔質平板３の表面に軽く堆積しているのみなので、運転中にバイパス弁４を開放してガスを流出させて、堆積した灰を容易に抜き出すことができる。
【００３８】
特に、長期間に渡って堆積した灰を抜き出さずにいたり、灰が堆積した状態でエンジンを長期停止したりして、灰の潮解温度以下となると、触媒面に灰が固着し、灰の除去が非常に困難となり触媒性能の低下の原因となる。停止直前まで灰パージ操作を行えば、上記性能低下は回避できる。もちろん、この定期的な逆洗モード、灰パージモードを、前述した２つの方法と併用すれば、運転中に効果的に燃焼灰の堆積を抑制することが可能となり、本ＤＰＦの寿命は飛躍的に向上する。
【００３９】
この灰パージの操作時間及び周期は、処理対象ガス中のＰＭ濃度、排ガス組成(特に硫黄酸化物濃度)、燃料・オイルの組成・使用量、排ガス温度、処理ガス量、日々の運転状態等に応じて、ＰＭ処理負荷を考慮しながら自由な値を取ることができる。
【００４０】
ろ過モードで燃焼灰が溜まっていくスピードと、灰パージモードで燃焼灰が排除されるスピードを比較すると、灰パージの方が少なくとも２〜100倍以上大きいため、一般的なエンジン・燃料を使用する場合で、ろ過／灰パージ時間比が１以下になることは少ない。ほとんどのエンジンでろ過／灰パージ時間比を２〜300とすることができると考えられるが、設備によりPM発生量が非常に少ない場合等では異なるので、例えば、0.5〜1000など自由に設定してもよい。なお、灰パージ時間は、１秒未満の短期間ではさすがにその効果が低下するため、１秒以上、望ましくは１分以上とする必要がある。
【００４１】
従来のコージエライト製あるいはＳｉＣ製等のセラミック製市販ＤＰＦでは寿命は一般的に500〜2000ｈであったが、上記運転制御を用いた本ＤＰＦを用いることで、その5〜10倍の10000〜20000ｈ程度の耐久性を持たせることが可能である。
以下、実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００４２】
シリカアルミナ繊維の不織布からなる板厚０．２ｍｍの多孔質波板と板厚０．２ｍｍの多孔性平板との積層体（交差コルゲートハニカム、波板ピッチ３．３ｍｍ、平板平板間隔１．９ｍｍ、ニチアス社製、外寸３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）に、１５％のＴｉＯ2 ゾル（石原産業社製）を含浸させ、エアーブローにより液切りし、１５０℃で乾燥し、その後、ジニトロジアンミン白金溶液（Ｐｔ濃度：１．３３ｇ／Ｌ）を含浸させ、再度乾燥後、６００℃で焼成してＰｔ担持量０．２ｇ／Ｌの酸化触媒付ＤＰＦ用基材を作製した。
【００４３】
TiO2スラリは、その濃度を適切に変えることで、壁面の細孔分布を対象ばいじんの粒径にあったサイズに変えることが可能であり、その濃度はその条件によって変化させることが可能であるが、例えば５〜20％の間がより望ましい。触媒成分は、排ガス中の一酸化窒素を、ディーゼルエンジン排ガス中のPMを低温燃焼させる効果の高い二酸化窒素に酸化させる効果のあるいわゆる酸化触媒全般を用いることができる。もちろん一酸化窒素の酸化活性がある触媒であれば、市販のどの触媒を用いてもかまわない。
【００４４】
こうして調製したＤＰＦを用い、図４に示すように、起動時から３０秒のみろ過モードとし、それ以後は図４に示すろ過モードと図５に示す逆洗モードを繰り返して運転し、エンジン停止後にろ過モードに戻すプログラムを設定して実ガスを処理し、差圧、及びＮＯ２濃度の経時変化を観察した。
【実施例２】
【００４５】
ジニトロジアンミン白金の溶液（Ｐｔ含有量１．７ｇ／Ｌ）にＴｉＯ2 粉末( ミレニアム社製Ｇ５、表面積３２０ｍ2 ／ｇ）３００ｇを懸濁させたスラリを８０℃で２時間保持し、ＴｉＯ2表面にＰｔ成分を吸着させた。本溶液１ｋｇにコロイダルシリカ（日産化学社製シリカゾル−ＯＳ）１ｋｇを加え、硝酸でｐＨを調整して流路ａに担持する触媒スラリを得た。
【００４６】
これとは別に、水７００ｇにＴｉＯ2 粉末（石原産業社製ＣＲ５０、、表面積３ｍ2 ／ｇ）３００ｇを懸濁させたスラリ１ｋｇにコロイダルシリカ（日産化学社製シリカゾル−ＯＳ、ＳｉＯ2濃度２０％）１ｋｇを加え、硝酸でｐＨを調整して流路ｂに担持する不活性酸化物スラリを得た。
【００４７】
シリカアルミナ繊維の不織布からなる板厚０．２ｍｍの交差コルゲートハニカム（波板ピッチ３．３ｍｍ、平板間隔１．９ｍｍ、ニチアス社製、外寸３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）を用意し、図３のＡ方向から前記流路ａ用スラリを流し込み反対面から排出する方法で流路ａ内面にのみ触媒成分を担持、エアーブローによる液切り後、１５０℃乾燥した。その後、図３のＢ方向から前記流路ｂ用スラリを流し込み反対面から排出する方法で流路ｂ内面に不活性酸化物を担持、エアーブローによる液切り後、１５０℃乾燥、６００℃で焼成して酸化触媒付ＤＰＦ用基材を作製した。
【００４８】
調製したＤＰＦを用い、図４に示すように、起動時から３０秒のみろ過モードとし、それ以後は、図４に示すろ過モードと図５に示す逆洗モードを繰り返して運転し、エンジン停止後にろ過モードに戻すプログラムを設定して実ガスを処理し、差圧、及びＮＯ２濃度の経時変化を観察した。
【実施例３】
【００４９】
実施例１において調製したＤＰＦを用い、図４に示すように起動時から３０秒間ろ過モード、それ以後、図４のろ過モードと、図５に示すような逆洗モード、さらに図10に示す灰パージモードで運転し、差圧、及びＮＯ２濃度の経時変化を観察した。
【実施例４】
【００５０】
実施例１において調製したＤＰＦを用い、図４に示すように起動時から３０秒間ろ過モード、それ以後、ろ過モードと、図11に示すように、圧縮空気１３を用いて逆洗し、差圧、及びＮＯ２濃度の経時変化を観察した。
【実施例５】
【００５１】
実施例１において調製したＤＰＦを用い、図12に示すように起動時から３０秒間ろ過モード、それ以後、図13に示す逆洗モードと図12に示すろ過モードを繰り返す方法で運転する様プログラムを設定して実ガスを処理し、差圧、及びＮＯ２濃度の経時変化を観察した。
【実施例６】
【００５２】
実施例１において調製したＤＰＦを用い、図12に示すように起動時から３０秒間ろ過モード、それ以後、図13に示す逆洗モードと図12に示すろ過モード、さらには図15に示す灰パージモードを繰り返す方法で運転する様プログラムを設定して実ガスを処理し、差圧、及びＮＯ２濃度の経時変化を観察した。
【実施例７】
【００５３】
実施例６と同じ運転制御とするが、図13に示す逆洗モードの代わりに、図17、18に示すような閉止板１６または、図19に示すような閉止板１７を用い、入口面の開口面積を狭め、弁１１を通して入口面と交差する面から流入する逆洗ガスの流量を調整する。
かつ、閉止板１６、１７を移動していくことで、逆洗ガスの到達範囲を調整し、効果的な逆洗を行うよう運転するようにプログラムを設定した。この逆洗モードとろ過モード、灰パージモードを繰り返して実ガスを処理し、差圧、及びＮＯ２濃度の経時変化を観察した。
【実施例８】
【００５４】
実施例６と同じ運転制御とするが、図13に示す逆洗モードの代わりに、図20、21に示すような閉止板１６または、図22に示すような閉止板１７を用い、入口面と交差する面の開口面積を狭め、弁１１を通して入口面と交差する面から流入する逆洗ガスの流量を調整する。
かつ、閉止板１６、１７を移動していくことで、逆洗ガスの到達範囲を調整し、効果的な逆洗を行うよう運転する様プログラムを設定した。この逆洗モードとろ過モード、灰パージモードを繰り返して実ガスを処理し、差圧、及びＮＯ２濃度の経時変化を観察した。
【００５５】
〔比較例１〕
ハニカム成形体の流路の開口部に交互に栓をして作製されたコージエライトセラミック製市販ＤＰＦ（日立金属社製、セル数１００ｃｐｓｉ、５．６６インチφ×６インチ長）に、チタニアゾル（石原産業社製、ＴｉＯ2 含有量３０％）を含浸後、遠心分離機で液切りしてＴｉＯ2 を６０ｇ／Ｌ担持させ、１５０℃で乾燥後、さらにジニトロジアンミン白金酸溶液をＤＰＦに対するＰｔ担持量として１．６ｇ／Ｌになるように含浸させ、乾燥後、６００℃で２時間焼成して触媒付ＤＰＦを作製した。
【００５６】
このＤＰＦを用い、実ガスを処理し、差圧、及びＮＯ２濃度の経時変化を観察した。
このＤＰＦでは灰パージができないため、新たにバイパスラインを設置し、起動時から２０秒間はＤＰＦに通ガスし、それ以後、定格発電量以上では通ガス、定格発電量未満ではバイパスして運転する制御を行った。
【００５７】
〔比較例２〕
実施例１において調製したＤＰＦを用い、起動時を含め、全てろ過モードで運転する様プログラムを設定して実ガスを処理し、差圧、及びＮＯ酸化率の経時変化を観察した。
〔比較例３〕
実施例１において調製したＤＰＦを用い、起動時にろ過モード、後はろ過モードと灰パージモードを交互に運転する様プログラムを設定して実ガスを処理し、差圧、及びＮＯ酸化率の経時変化を観察した。
これらの実施例、比較例について、以下の項目を調べ、結果を表１に示した。
(１)エンジン起動時の黒煙の有無
(２)低負荷運転時の黒煙の有無
(３)１００％定格発電時の差圧と上昇の有無
(４)１００％定格発電時のＤＰＦ出入口におけるＰＭ濃度
(５)１００％定格発電時のＤＰＦ出口におけるＮＯ２濃度（ＮＯ酸化率）
【００５８】
【表１】
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【００５９】
得られた結果を表１に示したが、本発明の酸化触媒付ＤＰＦは、比較例１と比べて極めて少ないＰｔ担持量で効率よく煤を燃焼することが可能であり、差圧を低く抑えることができる。
【００６０】
表１から、本発明の実施例１、２の逆洗とろ過を繰り返す方法では、ＮＯ酸化率(ＮＯ2濃度と相関)の経時低下を少なくすることができ、酸化触媒付ＤＰＦの寿命を向上できることが分かった。また実施例２のＤＰＦでは、酸化触媒が流路ｂ（排ガスの排出経路）に担持されていないため、ＮＯ酸化率が低く抑えられており、環境面でも優れていることがわかる。一方、実施例１、３、４、５、６、７、８の酸化触媒付ＤＰＦでは、酸化触媒が排ガス流路全体に担持されているため、ＮＯ2 濃度が増大したが、この場合には、ＤＰＦの後流に脱硝触媒を設置することによりＮＯ2の系外への排出を防止することができる。
【００６１】
実施例３の、ろ過モード、逆洗モードに加え、灰パージモードを併用する方法では、ＰＭの効率燃焼と、灰のパージが確実に行われ、ＤＰＦの寿命をさらに向上させていることが分かる。
実施例４では、逆洗に圧縮空気を用いる場合であるが、若干ＮＯ酸化率の低下が見られるが、差圧の上昇は見られず、十分な長寿命が得られている。
実施例５では、実施例１と比べ、逆洗モードでのガス量が高く、逆洗効果が高まっており、ＮＯ酸化率、差圧とも安定していた。実施例６のように、さらに灰パージモードを加えることで、効果が増えると期待される。
【００６２】
これに対し、比較例１で得られた従来のセラミックス製ＤＰＦでは、差圧が高くなり、ＤＰＦ出口のＮＯ2 濃度も増大した。その上、経時的に差圧が上昇、ＮＯ2濃度が低下する傾向が見られ、燃焼灰、未燃ＰＭの除去が行えないことが影響していると考えられる。
比較例２では、本発明のＤＰＦを使用しているが、灰のパージを行わなかったため、触媒機能が徐々に低下し、起動時、低負荷時のＰＭが経時的に堆積し、ＮＯ酸化率の低下が起こっている。
比較例３では、ろ過モードと灰パージモードの併用例であるが、8000ｈまで運転すると、灰パージモードで取れ切れない灰が徐々に堆積していき、差圧は増加、ＮＯ酸化率は低下する傾向にあった。しかし比較例２と比べればその寿命は優に２倍以上と推定された。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明によれば、特にディーゼルエンジンから排出されるガス中に含まれる粒状物質（ＰＭ）を低通風損失かつ高効率で除去でき、かつ灰や煤を大掛かりな装置を用いることなく除去できるため、灰や煤が堆積しにくい運転制御を行い易く、さらに長寿命で、環境汚染防止に有用な安価なＤＰＦを提供でき、社会的、経済的効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例１の浄化装置本体でのろ過モードでのばいじん捕集原理を示した図。
【図２】実施例１の浄化装置の灰パージモードでのばいじんの除去原理を示した図。
【図３】本発明の浄化装置に用いるフィルタ（交差ハニカム成形体）の流路構成を示す斜視図。
【図４】本発明の実施例３の浄化装置（ろ過モード）の説明図。
【図４−ａ】本発明のろ過モードでのばいじん捕集原理を示した図。
【図５】本発明の実施例３の浄化装置（逆洗モード）の説明図。
【図５−ａ】図５の逆洗モードでのばいじんの除去原理を示した図。
【図６】本発明の実施例３の浄化装置（逆洗モードでのガス流れ及びばいじんの堆積状況）の説明図。
【図７】本発明の実施例３の浄化装置（ろ過モードでのガス流れ及びばいじんの除去原理）の説明図。
【図８】本発明の浄化装置を用いたディーゼルエンジン排ガス処理系統を示す説明図。
【図９】運転負荷とＰＭ濃度の関係を示す図。
【図１０】本発明の実施例３の浄化装置の灰パージモードでのガス流れ及びばいじんの除去原理を示す説明図。
【図１１】本発明の実施例４の浄化装置のエアパージを用いる場合の構成、及びばいじんの除去原理を示す説明図。
【図１２】本発明の実施例５の浄化装置のろ過モードについて説明した図。
【図１３】本発明の実施例５の浄化装置の逆洗モードについて説明した図。
【図１４】本発明の実施例５の浄化装置の逆洗モードにおけるばいじんの堆積状況について説明した図。
【図１５】本発明の実施例５の浄化装置の灰パージモードについて説明した図。
【図１６】本発明の実施例５の浄化装置の図14で堆積したばいじんをろ過モードで除去する原理について説明した図。
【図１７】実施例７の浄化装置の構成について説明した図。
【図１８】実施例７の浄化装置のＤＰＦブロックの詳細側面図。
【図１９】実施例７の浄化装置のＤＰＦブロックの詳細側面図。
【図２０】実施例８の浄化装置構成について説明した図。
【図２１】実施例８の浄化装置のＤＰＦブロックの詳細側面図。
【図２２】実施例８の浄化装置のＤＰＦブロックの詳細側面図。
【図２３】運転時の排ガスの各成分及び温度の運転負荷の一例を示す図。
【符号の説明】
【００６５】
１：波板、２：波板、３：平板、 ４：バイパス弁、５：ばいじん、６：ＤＰＦブロック、５ａ：燃焼灰、７：煙道、８：排ガス出口煙道、９：灰パージ煙道、１０：弁、１１：パージガス弁、１２：灰パージ煙道、１３：圧縮空気、１４：コンプレッサ、１５：弁、１６：閉止板、１７：閉止板、１８：制御装置、１９：ディーゼルエンジン、２６：発電機、２７：差圧計。
【図１】
2006329042.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４−ａ】
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【図５】
2006329042.tif 000009
【図５−ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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