(57)【要約】【課題】  高度のＮＯｘ除去特性をもつ有益で有用な燃料を低コストで提供する。燃料燃焼時の反応で生成されるＮＯｘを簡易かつ高効率で除去することのできる方法を提供する。【解決手段】  本発明燃料において、燃料要素は燃焼反応にともなってＮＯｘを生成する可燃物からなり、還元剤はＮＯｘと選択的に還元反応するアミン系化合物からなる。  本発明方法は、ＮＯｘと選択的に還元反応させるための還元剤としてアミン系化合物を用い、燃料の燃焼前・燃焼中・燃焼後の任意時点で還元剤たるアミン系化合物を燃料供給系・燃焼室・排気系のうちのいずれか一つ以上に供給し、燃料燃焼で発生した排ガス中のＮＯｘとアミン系化合物とを還元反応させて排ガス中からＮＯｘを除去する。【選択図】図１
2006028235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料要素とこれに添加された還元剤とを構成要素として含むものであること、および、燃料要素が燃焼反応にともなってＮＯｘを生成する可燃物からなること、および、還元剤がＮＯｘと選択的に還元反応するアミン系化合物からなることを特徴とする燃料。
【請求項２】
燃焼時の反応でＮＯｘを生成する燃料を燃料供給系より燃焼室内に供給してこれを燃焼室内で燃焼させ、当該燃料燃焼で発生したＮＯｘ含有排ガスを排気系から燃焼室外に排出することを前提とした燃焼方式において、ＮＯｘと選択的に還元反応させるための還元剤としてアミン系化合物を用いること、および、燃料の燃焼前・燃焼中・燃焼後の任意時点で還元剤たるアミン系化合物を燃料供給系・燃焼室・排気系のうちのいずれか一つ以上に供給すること、および、燃料燃焼で発生した排ガス中のＮＯｘとアミン系化合物とを還元反応させて排ガス中からＮＯｘを除去することを特徴とするＮＯｘ除去方法。
【請求項３】
燃焼時の反応でＮＯｘを生成する燃料を燃料供給系より燃焼室内に供給してこれを燃焼室内で燃焼させ、当該燃料燃焼で発生したＮＯｘ含有排ガスを排気系から燃焼室外に排出することを前提とした燃焼方式において、排気系を介して燃焼室と排ガス処理室とを連絡しておくこと、および、燃料燃焼で発生したＮＯｘ含有排ガスを排気系から排ガス処理室に導入するとともに、ＮＯｘと選択的に還元反応させるための還元剤としてアミン系化合物を排ガス処理室に導入すること、および、排ガス処理室内で排ガス中のＮＯｘとアミン系化合物とを還元反応させて排ガス中からＮＯｘを除去することを特徴とするＮＯｘ除去方法。
【請求項４】
触媒を介在させてアミン系化合物とＮＯｘとの還元反応を制御する請求項２または３記載のＮＯｘ除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一つはＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制するために改良された燃料に関し、本発明の他の一つは燃焼排ガス中からＮＯｘを除去するときのＮＯｘ除去効率（ＮＯｘの転化率）を向上させるために開発されたＮＯｘ除去方法に関する。したがって本発明は、燃焼排ガスの浄化に貢献することのできる技術に属すものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、ＮＯｘは酸性雨や光化学スモッグなど公害原因物質の一つに上げられている。大気中に存在するＮＯｘなどは、ほとんどが人為的なものに由来し、現在も少しずつ増えている。燃料については、化石燃料をはじめとする多くのものがＮＯｘを発生させる。自動車用内燃機関でＮＯｘの発生量が多いのは、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。ガソリンエンジンもＮＯｘを発生させる。このほか火力発電所・高炉・コジェネレーションなどの固定設備も、内燃機関と同様、高濃度のＮＯｘを発生させる。
【０００３】
ＮＯの排出量を抑制するための手段として、ガソリンエンジンでは空燃費制御に三元触媒法を組み合わせた方法が実用化されており、ディーゼルエンジンやボイラ（固定設備）ではアンモニア選択還元法が実用化されている。これらはそれぞれ、一酸化炭素や炭化水素またはアンモニアとかでＮＯを還元しＮ２に戻している。その際に貴金属系触媒・金属酸化物系触媒が用いられたりしている。いずれの手段も活性や耐久性では優れる。
【特許文献１】特開２００４−０２４９７１号公報
【特許文献２】特開２００４−０６８７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記の各手段には課題も残されている。たとえば三元触媒法の場合、三元触媒によってＮＯｘ・一酸化炭素・炭化水素を同時除去できるものの、酸素共存下で機能しないという欠点がある。そのため、ＥＧＲや電子制御燃料噴射手段を用いるなど、残存酸素濃度を精密に制御することが必要になる。三元触媒法はこのほか、希薄燃焼式エンジンには対応できない。一方でアンモニア選択還元法は、酸素共存下において使用できる。とはいえアンモニア選択還元法は、アンモニアの危険性を考慮した場合に車載や屋内設置などが制約されたりする。
【０００５】
アンモニア選択還元法は、また、危険性以外にも課題が残されている。これについては、排ガス中に噴射された尿素がアンモニアまで熱分解されてＮＯｘと優先的に反応し、それによってＮＯｘが選択的に除去されるのであるが、その一方において、尿素を噴射する尿素ＳＣＲシステムの反応温度が高すぎたり、アンモニアが触媒を通過するというアンモニアスリップが起きたりする。もちろん、ＮＯｘとの反応性が尿素の場合よりも高い還元剤であれば、より低温で反応させたり、未反応での触媒通過を防いだりすることができなくはない。けれども、尿素またはアンモニアに代わる還元剤として、そのように有意な特性をもつものは現時点で開発されていない。
【０００６】
これまでのＮＯｘ対策は、すべてといってよいほど排ガスを直接処理することに終始している。換言すると、燃料そのものにＮＯｘ除去特性をもたせるという観点からの技術開発がほとんどない。ちなみにＮＯｘ除去特性をもつ燃料は、ＮＯｘ除去のための技術難度や設備コストを低減し、ＮＯｘ処理も簡便する可能性がある。このようなＮＯｘ除去特性をもつ燃料が廉価に提供できるならば、熱エネルギや利用する各種の分野で貢献するところも大きい。
【０００７】
本発明はこのような技術課題に鑑み、高度のＮＯｘ除去特性をもつ有益で有用な燃料を低コストで提供し、さらに、燃料燃焼時の反応で生成されるＮＯｘについてこれを簡易かつ高効率で除去することのできる方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る燃料は、所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち請求項１記載の燃料は、燃料要素とこれに添加された還元剤とを構成要素として含むものであること、および、燃料要素が燃焼反応にともなってＮＯｘを生成する可燃物からなること、および、還元剤がＮＯｘと選択的に還元反応するアミン系化合物からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項１に係る燃料において、燃料要素（可燃物）は常温で液体・気体・固体のいずれかであり、そのうちの単体または二つ以上の混合物からなる。この燃料に添加されている還元剤も、常温で液体・気体・固体のいずれかであり、そのうちの単体または二つ以上の混合物からなる。燃料要素と還元剤との関係でいうと、燃料要素が液体であれば還元剤も液体、燃料要素が気体であれば還元剤も気体、燃料要素が固体であれば還元剤も固体というのが望ましい。燃料要素と還元剤とがそれぞれ混合物の場合も、共通した相を有するものの組み合わせが望ましい。さらに燃料要素と還元剤は均質に混合されているのが望ましい。本発明の請求項１に係る燃料は、一例として、燃料供給系より燃焼室内に供給されてここで燃焼し、その際に発生した排ガスが排気系より燃焼室外に排出される。こうしたときの排ガス中に含まれるＮＯｘは、燃料に添加されていた還元剤（アミン系化合物）と選択的に還元反応するため当該排ガス中から除去される。
【００１０】
本発明の請求項２に係るＮＯｘ除去方法は、所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち請求項２記載のＮＯｘ除去方法は、燃焼時の反応でＮＯｘを生成する燃料を燃料供給系より燃焼室内に供給してこれを燃焼室内で燃焼させ、当該燃料燃焼で発生したＮＯｘ含有排ガスを排気系から燃焼室外に排出することを前提とした燃焼方式において、ＮＯｘと選択的に還元反応させるための還元剤としてアミン系化合物を用いること、および、燃料の燃焼前・燃焼中・燃焼後の任意時点で還元剤たるアミン系化合物を燃料供給系・燃焼室・排気系のうちのいずれか一つ以上に供給すること、および、燃料燃焼で発生した排ガス中のＮＯｘとアミン系化合物とを還元反応させて排ガス中からＮＯｘを除去することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項２における燃料も、燃料要素や還元剤については請求項１で述べたものと同じである。請求項２のＮＯｘ除去方法で燃料供給系や排気系を有する燃焼室は、内燃機関のそれであったり外燃機関のそれであったりする。請求項２のＮＯｘ除去方法において燃料供給系・燃焼室・排気系のうちのいずれか一つ以上に還元剤（アミン系化合物）を供給するとき、それは燃料の燃焼前・燃焼中・燃焼後のうちのいずれか、または、燃焼前と燃焼中、または、燃焼前と燃焼後、または、燃焼中と燃焼後、または、燃焼前と燃焼中と燃焼後である。この燃焼前・燃焼中・燃焼後について「燃焼中」を基準にした場合、燃焼前は燃焼に先行して上記所定部の一つ以上に還元剤が供給されることを意味し、燃焼後は燃焼に後行して上記所定部の一つ以上に還元剤が供給されることを意味する。燃焼中については、燃焼しているときがこれに該当する。このほか還元剤が上記所定部の一つ以上に連続的（定常的）に供給されることもある。請求項２のＮＯｘ除去方法において燃料の燃焼で発生した排ガス中のＮＯｘは、燃料供給系・燃焼室・排気系などに供給された還元剤（アミン系化合物）と選択的に還元反応するため当該排ガス中から除去される。
【００１２】
本発明の請求項３に係るＮＯｘ除去方法は、所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち請求項３記載のＮＯｘ除去方法は、燃焼時の反応でＮＯｘを生成する燃料を燃料供給系より燃焼室内に供給してこれを燃焼室内で燃焼させ、当該燃料燃焼で発生したＮＯｘ含有排ガスを排気系から燃焼室外に排出することを前提とした燃焼方式において、排気系を介して燃焼室と排ガス処理室とを連絡しておくこと、および、燃料燃焼で発生したＮＯｘ含有排ガスを排気系から排ガス処理室に導入するとともに、ＮＯｘと選択的に還元反応させるための還元剤としてアミン系化合物を排ガス処理室に導入すること、および、排ガス処理室内で排ガス中のＮＯｘとアミン系化合物とを還元反応させて排ガス中からＮＯｘを除去することを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項３における燃料も、燃料要素や還元剤については請求項１で述べたものと同じである。請求項３のＮＯｘ除去方法で燃料供給系や排気系を有する燃焼室も、請求項２の場合と同様、内燃機関のそれであったり外燃機関のそれであったりする。請求項３のＮＯｘ除去方法では排ガス処理室内に排ガスと還元剤とを導入したとき、既述の還元反応によって排ガス中からＮＯｘが除去される。
【００１４】
本発明の請求項４に係るＮＯｘ除去方法は、請求項２または３記載の方法において、触媒を介在させてアミン系化合物とＮＯｘとの還元反応を制御することを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項４に係るＮＯｘ除去方法で用いる触媒としては、金属・金属イオン・金属酸化物・二元系以上の金属・二元系以上の金属酸化物などを任意に採用することができる。とくに望ましいのは貴金属系触媒である。それら触媒のうちの一部は下記のようなものである。下記の触媒を適宜選択して用いるときは、ＮＯｘと反応する前の還元剤の熱分解防止（ＮＯｘ有効使用量の確保）、目的外の反応の防止、反応開始物質の混合性の向上（ＮＯｘとＮＯｘとの反応性の向上）、アンモニアなど有害成分の生成阻止などをはかることができる。
ナトリウムイオン
カリウムイオン
銅イオン
パラジウムとパラジウム系金属（合金や金属酸化物を含む）
プラチナとプラチナ系金属（合金や金属酸化物を含む）
アルミニウムとアルミニウム（合金や金属酸化物を含む）
コバルトとコバルト系金属（合金や金属酸化物を含む）
ペロブスカイト系金属＝灰チタン石
イリジウムとイリジウム系金属（合金や金属酸化物を含む）
クロムとクロム系金属（合金や金属酸化物を含む）
ランタンとランタン系金属（合金や金属酸化物を含む）
銀と銀系金属（合金や金属酸化物を含む）
スズとスズ系金属（合金や金属酸化物を含む）
チタンとチタン系金属（合金や金属酸化物を含む）
タングステンとタングステン系金属（合金や金属酸化物を含む）
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る燃料はつぎのような効果を有する。
(1) 燃料要素に添加された還元剤はフェニル基を含んだアミン系化合物からなる。フェニル基は共役電子により電子付与しやすい特性をもつから、アミノ基とフェニル基との結合を開裂しやすくする。このような還元剤入りの燃料を燃焼状態にしたとき、アミノ基を放出しやすいアミン系化合物は、高温域だけでなく低温域でもＮＯｘと優先的に還元反応する。これは低温から高温までの温度域においてアミン系化合物がＮＯｘと反応するのであるから、「アミン系化合物：ＮＯｘ」の反応温度からして、ＮＯｘ除去のための有効使用範囲が広いことになる。したがって当該燃料であれば、アミン系化合物をもたない既成の燃料と比べ、燃焼にともなうＮＯｘ排出量を大幅に抑制できる。
(2) アミン系化合物は工業的に廉価に製造されており、燃料としても使用できるものである。アミン系化合物を燃料に添加しても燃料コストはそれほどアップしない。それでいてＮＯｘ対策がまかなえるのであるから費用対効果がきわめて大きい。したがって、トータル的にみて低コストの燃料といえる。
(3) アミン系化合物はベンゼン環をもつものである。このようなアミン系化合物は、たとえば化石燃料（石油系燃料）からなる燃料要素との混合性がよいから、これを還元剤として石油系の燃料要素に難なく添加混合することができる。
(4) アミン系化合物が還元剤として燃料要素に添加された燃料の場合は、燃焼のたびごとに還元剤に用意する煩わしさがなく、還元剤の貯蔵場所や保管場所を確保するなどという負担もない。とくに石油系燃料からなる燃料要素の場合は、これの精製時に還元剤たるアミン系化合物を添加することで、流通コストを抑えることができる。
(5) 燃料要素とその添加物（アミン系化合物＝還元剤）には沸点差がある。このようなアミン系化合物は、燃焼時の排熱を利用した沸点加熱で簡単に取り出すことができ、それをＮＯｘ低減用の還元剤に活用できるので有用性が高い。
【００１７】
本発明に係るＮＯｘ除去方法はつぎのような効果を有する。
(1) ＮＯｘと選択的に還元反応させるための還元剤としてアミン系化合物を用い、燃料燃焼で発生した排ガス中のＮＯｘとアミン系化合物とを還元反応させて排ガス中からＮＯｘを除去する。これは上記のとおり、アミノ基を放出しやすいアミン系化合物がより低温においてＮＯｘと優先的に還元反応するのであるから、低温下における高いＮＯｘ除去効率を期すことができる。
(2) アミン系化合物（還元剤）が低コストであるからＮＯｘ処理上のランニングコストが嵩まない。
(3) アミン系化合物（還元剤）を排ガスに混ぜるだけでよいので設備上のイニシャルコストを低く抑えることができる。
(4) 燃焼時の排熱利用で所定の還元反応を維持することができるから、格別の手段を用いて高い反応温度を維持せずとも、簡易にＮＯｘを除去することができる。
(5) 触媒を併用することで、ＮＯｘ除去時の安定性や除去効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る燃料とＮＯｘ除去方法について、はじめに本発明の燃料を説明し、それから本発明のＮＯｘ除去方法を説明する。
【００１９】
本発明の燃料において不可欠の構成要素は燃料要素と還元剤である。したがって当該燃料はこれらの混合物からなる。その場合の各構成要素は均質に混合されていることが望ましい。
【００２０】
本発明燃料での上記燃料要素（可燃物）は、たとえば常温で液体・気体・固体のいずれかである。その場合に燃料要素は、これらのうちから選択された任意の単体または二つ以上の混合物からなる。液体のときの燃料要素が二種以上の液体の混合物からなることもある。気体や固体のときの燃料要素もこれと同様である。具体的な燃料要素として、液体のものには原油・ガソリン・灯油・軽油・重油・人造石油・燃料用変性アルコール・ベンジンなどがあり、気体のものには液化石油ガス・石炭ガス・天然ガスなどがあり、固体のものには石炭・亜炭・コークス・練炭・木炭・薪・炭団などがある。この固体のものは粉状化されていたり粒状化されていたりすることがある。燃料要素については、また、それが可燃物である場合に上記以外のものが採用されることもある。
【００２１】
還元剤はアミン系化合物からなる。これも常温で液体・気体・固体のいずれかである。還元剤の一例はこれらのうちから選択された任意の単体からなり、還元剤の他の一例はこれらのうちから選択された二つ以上の混合物からなる。液体のときの還元剤が二種以上の液体の混合物からなることもある。気体や固体のときの還元剤もこれと同様である。アミン系化合物で液体のものはプロピルアミン・ブチルアミン・ペンチルアミン（ｎ−アミルアミン）・ヘキシルアミン・アニリンなどである。アミン系化合物で気体のものはメチルアミン・エチルアミンなどである。アミン系化合物で固体のものは、上記の液体や気体のものを適当に処理して固化または結晶化したものである。この固体のものは粉状や粒状に加工されていることが多い。
【００２２】
本発明燃料において、燃料要素に対する還元剤の割合は、燃料要素を単独で燃焼させたときに発生するＮＯｘ量で決まる。たとえば単位あたりの燃料要素を燃焼させたときの排ガス中にＺ量（モル％）のＮＯｘが排ガス中に発生するのであれば、その排ガス中の還元剤濃度がＺ量（モル％）となるように還元剤が燃料要素に添加される。すなわち排ガス中におけるＮＯｘ濃度と還元剤濃度とがほぼ等量となるように、燃焼前の燃料要素に還元剤が添加されてそれらが均質に混合される。これに関しては上記のような等量でなくても、排ガス中における還元剤の割合が［０．８×Ｚモル％］〜［１．２×Ｚモル％］の範囲内にあればよい。さらに、燃料要素が液体であれば還元剤も液体、燃料要素が気体であれば還元剤も気体、燃料要素が固体であれば還元剤も固体というのが望ましい。燃料要素と還元剤とがそれぞれ混合物の場合も共通した混合相の混合物の組み合わせが望ましい。
【００２３】
本発明の燃料は各種の用途に用いることができるが、それは液体・気体・固体・混合物など、その燃料の態様に応じて使い分けられる。本発明燃料の典型的な使用例は内燃機関の燃料である。本発明燃料が外燃機関やその他の燃焼装置で用いられることもある。より具体的な一例として本発明燃料が軽油（燃料要素）と還元剤（アミン系化合物）とからなるとき、これはディーゼル機関の燃料として使用される。
【００２４】
本発明に係る燃料が液体からなり、それをディーゼルエンジンのような内燃機関で使用するときは、図１を参照して以下のようになる。
【００２５】
図１に略示された本発明の燃料１は、軽油からなる燃料要素２とアミン系化合物からなる還元剤３とが混合されたものである。図１の燃料供給系は、この図示の順序で接続された燃料タンク１１・供給配管１２・蒸留タンク１４・噴射ノズル１５付き燃料配管１６などを備えて構成されており、図１の添加剤供給系も、燃料タンク１１・供給配管１２・蒸留タンク１４・分岐配管１７・中継タンク１８・噴射ノズル１９付き添加剤配管２０などを備えて構成されている。したがって図１の燃料供給系と添加剤供給系は構成の一部を共有している。図１において燃料タンク１１と蒸留タンク１４との間に設けられた帰還配管１３はこれら両タンク１１・１４を互いに連通している。図１で燃焼装置の一例として略示されたディーゼルエンジンは、吸気弁２１と排気弁２２とがヘッドに設けられたシリンダ（燃焼室）２３と、シリンダ２２内に内蔵されたピストン２４と、吸気弁２１の弁座に対応してシリンダ２３の上部に接続された吸気管２５と、排気弁２２の弁座に対応してシリンダ２３の上部に接続された排気管２６とを備え、上記両噴射ノズル１５・１８の先端部がシリンダ２２の上部内に装着されている。周知の事項であるので図１には図示されていないが、燃料１・燃料要素２・還元剤３などの配管系は、それぞれの流体を所定の方向へ流動させたり噴射したりするためのポンプを備えている。
【００２６】
本発明燃料の使用方法は図１を参照して以下のとおりである。図１において、燃料タンク１１内の燃料１は供給配管１２を通じて蒸留タンク１４内に送り込まれる。蒸留タンク１４内で燃料１はこのタンクに装備された電気ヒータ（図示せず）を介して予熱されたり初期加熱されたりするが、エンジンの始動後、蒸留タンク１４内の燃料１はエンジン排熱を利用して加熱される。蒸留タンク１４内で高温に加熱された燃料１は、相対的に高沸点の燃料要素（軽油）２と相対的に低沸点の還元剤（アミン系化合物）３とに約２５℃程度の沸点差があるため、所定温度域（燃料要素２の沸点未満かつ還元剤３の沸点以上）の蒸留加熱において還元剤３のみが蒸発する。その結果、蒸留タンク１４内では燃料要素２が下位で還元剤３が上位という層状分離が生じる。この分離状態にあるとき、燃料要素２は蒸留タンク１４→燃料配管１６のように流れて噴射ノズル１５に至り、還元剤３は分岐配管１７→中継タンク１８→添加剤配管２０のように流れて噴射ノズル１９に至る。一方で燃焼装置（ディーゼルエンジン）は周知の４サイクル行程（吸気行程→圧縮行程→爆発行程→排気行程）を行う。この４サイクル行程について、はじめの吸気行程（吸気弁２１＝開、排気弁２２＝閉）ではピストン２４が下降するとともに空気が吸気管２５からシリンダ（燃焼室）２２内に吸引される。つぎの圧縮行程（吸気弁２１＝閉、排気弁２２＝閉）ではピストン２４が上昇するとともにシリンダ２２内の空気が圧縮加熱される。さらに爆発行程（吸気弁２１＝閉、排気弁２２＝閉）では、燃料要素２を噴射ノズル１５でシリンダ２２内に噴射してここで爆発を起こさせる。この爆発行程の際、ピストン２４が押し下げられるので所定のエンジン出力が得られる。その後の排気行程（吸気弁２１＝閉、排気弁２２＝開）ではピストン２４が上昇するとともにシリンダ２２内の燃焼ガス（排ガス）が排気管２６より排気される。
【００２７】
上記で明らかなように、燃料要素（軽油）２はシリンダ（燃焼室）２２内に噴射されて燃焼する。これに対して還元剤（アミン系化合物）３は、爆発行程の開始後から排気行程が終わるまでの任意時点、望ましくはシリンダ２２内でのＮＯｘ増大時（燃焼後期）において、前記噴射ノズル１９を介してシリンダ２２内に適量噴射される。すなわちこれは、ＮＯｘと選択的に還元反応する還元剤３が燃焼排ガスに添加されるということである。したがって燃料要素２の燃焼後、シリンダ２２内から排気管２６へと流れる排ガスは、これに含まれるＮＯｘを還元剤３で除去されてから外部に放出される。
【００２８】
図１のケースで燃料１から分離された還元剤３については、つぎの例のように取り扱われてもよい。一例目は中継タンク１８に添加剤配管２０ａを増設するとか、または、添加剤配管２０に分岐型の添加剤配管２０ｂを設けるとかし、この添加剤配管２０ａ・２０ｂのいずれかを排気管２６に接続するというものである。一例目の場合は、添加剤配管２０を介してシリンダ２３内に還元剤３を送り込むだけでなく、シリンダ２３内からの排気に応じて中継タンク１８側の還元剤３を添加剤配管２０ａまたは２０ｂから排気管２６に送り込む。二例目は中継タンク１８を省略し、添加剤配管２０の延長部２０ｃを介して当該添加剤配管２０と分岐配管１７とを接続するというものである。これについては延長にした分岐配管１７の先端部に噴射ノズル１９が付設されているとみなしてよい。二例目の場合は、蒸留タンク１４内で分離された還元剤３が分岐配管１７→延長部２０ｃ→添加剤配管２０→噴射ノズル１９という経路でシリンダ２３内に送り込まれる。この二例目のときも添加剤配管２０に分岐型の添加剤配管２０ｂを設け、当該添加剤配管２０ｂを介して還元剤３の一部を排気管２６に送り込んでよい。三例目は還元剤３をシリンダ３内に入れずに排気管２６側へのみ送り込むというものである。そのため、分岐配管１７→中継タンク１８→添加剤配管２０ａ→排気管２６という還元剤３の流通経路を残し、噴射ノズル１９を有する添加剤配管２０や他の添加剤配管２０ｂ・２０ｃなどを省略する。
【００２９】
図１の例において燃料１を燃焼するための装置はディーゼルエンジンからなる。その際の燃料要素２は軽油である。ちなみに軽油が拡散燃焼するときの燃焼温度は１４００℃前後である。一方、燃料要素２と混合された還元剤（アミン系化合物）３たとえばアニリンなどは、約７００℃までの反応温度であればＮＯｘを生成しないものである。したがって図１の例で燃料１の燃焼後に発生する排ガス中からＮＯｘを除去するとき、しかもそのためにアミン系化合物からなる還元剤３をシリンダ３内に噴射するときは、爆発行程前や爆発行程開始時よりも爆発行程の開始後に当該噴射を行うのが望ましい。さらに望ましいのは、シリンダ２３内でなく、エンジン直後にある排気管２６内への還元剤噴射である。その理由は、ディーゼルエンジンの直後にある排気管２６が４００〜７００℃を保持しており、この温度域の排気管２６内においてアミン系化合物が安定した選択性をもってＮＯｘと還元反応するからである。もちろんアミン系化合物は、４００℃未満においてもＮＯｘと還元反応するから、たとえば排気管２６以降の下流域で１１０℃以上の部分（具体的には１７０℃以上４００℃未満の部分）を排ガスと還元剤３との混合部として選定したり、その部分にＮＯｘ処理用のチャンバを設けたりして、そこへアミン系化合物を供給してもよい。還元剤３とＮＯｘは、さらに、これらを均質かつ十分に混合するほどＮＯｘの転化率が高まるから、還元剤３を排ガス中に送り込むときには、霧化・気化・撹拌などの手段を講じてそのような配慮するのが望ましい。
【００３０】
内燃機関や外燃機関を含む燃焼装置全般についていえば、燃料を燃焼室で燃焼させ、そこから利用形態に応じたエネルギを取り出し、それを仕事に活用するという点で共通性がみられる。この際の燃料はほとんどといってよいほど燃焼時の反応でＮＯｘを生成し、それが排ガス中に含まれる。したがってＮＯｘを含んだ排ガスを燃焼室から排気するときなどは、可能なかぎりＮＯｘを除去しなければならない。
【００３１】
本発明に係るＮＯｘ除去方法は、上記の燃料燃焼で発生したＮＯｘ含有排ガスを排気系から燃焼室外に排出するとき、ＮＯｘを還元剤と反応させてこれを除去するものである。以下この方法の具体例を説明する。
【００３２】
本発明方法で用いる還元剤３は既述のとおりアミン系化合物からなる。この還元剤３を排ガス中のＮＯｘと反応させるときの一例として、当該還元剤３を燃焼装置の燃料供給系に送り込む。ちなみに燃焼装置が図１に例示されたものであってその場合の燃料１が燃料要素２のみからなるときは、燃料用の供給配管１２に還元剤用の供給配管１２ａを接続してここから燃料１（燃料要素２）に還元剤３を添加する。これで燃料要素２と還元剤３とが互いに混じり合いながら図１の蒸留タンク１４内に流入する。蒸留タンク１４以降は図１を参照して説明した事項と同じであり、シリンダ２３内で発生したＮＯｘがこれ以降の箇所で還元剤３と反応して除去される。還元剤３を燃料供給系から供給するこの例では、燃料１と合流させた還元剤３を、その後、燃料１から分離しなければならない。したがって安全面や設計仕様上の制約など特別の事情があるときに燃料供給系を還元剤３の供給箇所として選定すればよい。
【００３３】
本発明方法の他の一例が図２の実線で略示されている。はじめに図２の燃焼装置についていうと、これはシリンダ２２とピストン２４とが協働して既述の吸入行程・圧縮行程・爆発行程・排気行程を行い、噴射ノズル１５を有する燃料配管１６が圧縮行程とのタイミングをとりながら燃料タンク１１内の燃料１をシリンダ２２内へ噴射し、かつ、排気行程でシリンダ２２内から排気される排ガスが排気管２６内に流れこむものである。一方で還元剤タンク３１内の還元剤３は、該還元剤タンク３１から排気管２６にまでわたる添加剤配管３２を介して排気管２６内に供給される。このときの還元剤３に対しても霧化手段・気化手段・撹拌手段などが講じられる。排気管２６内では排ガス中のＮＯｘと還元剤（アミン系化合物）３とが還元反応を起こすためＮＯｘが転化する。したがってシリンダ２２内から排気管２６内へと流れ込んだ排ガスは、これに含まれたＮＯｘを還元剤３で除去されてから外部に放出される。
【００３４】
本発明方法の別の一例は、還元剤３の添加手段が図２の点線に変更されているものである。すなわち図２において、噴射ノズル１９付き添加剤配管２０が還元剤タンク３１に接続され、噴射ノズル１９が図１と同じくシリンダ２２の上部内に装着されている。この例のときは上記４サイクル行程中の爆発行程開始後から排気行程終了までの任意時点で、還元剤タンク３２内の還元剤３を噴射ノズル１９でシリンダ２２内に噴射する。したがって燃料１（＝燃料要素２）の燃焼後、シリンダ２２内から排気管２６へと流れる排ガスは、これに含まれるＮＯｘを還元剤３で除去されてから外部に放出される。
【００３５】
図２の例において、噴射ノズル１９付きの添加剤配管２０を介してシリンダ２２内に還元剤３を供給することや添加剤配管３２を介して排気管２６内に還元剤３を供給することは、これらを併用してもよい。
【００３６】
図２で説明した本発明方法において、各具体例のようにして排ガス中のＮＯｘを還元剤３で除去するとき、必要に応じて触媒を用いることがある。触媒の種類や使用量にもよるが、触媒使用は還元剤３とＮＯｘとの反応温度が１３０〜５００℃の範囲内にあるときに有効な結果を示すことが多い。本発明方法で使用する具体的な触媒の種類は既述のとおりであるが、なかんずく貴金属系の触媒は、還元剤３とＮＯｘとの反応温度が低いときでもＮＯｘの転化率を高めるので望ましい。触媒を用いるときの具体的一例としては、排気管２２の一部に触媒層（触媒層によるフィルタ）を設けておけばよく、そこをＮＯｘ含有排ガスと還元剤３との混合ガスが通過するようになる。
【００３７】
本発明方法で上記以外の一例が図３に略示されている。この図示例の燃焼装置における燃焼室２３ａは、蒸気機関や蒸気タービンのような外燃機関の燃焼室であったり、他の燃焼装置たとえば焼却炉の燃焼室であったりする。図３の燃焼室２３ａには、燃料１に応じたバーナたとえばガスバーナ・オイルバーナ・石油バーナ・微粉炭バーナのいずれかが付帯している。したがって燃料タンク１１と燃焼室２３ａとにわたる燃料配管１６は、その先端が燃焼室２３ａ側のバーナに接続されている。燃焼室２３ａは、燃焼空気を外部から導入するための吸気管（または空気導入口）２５と排ガスを燃焼室外へ排出するための排気管（煙突）２６とを備えている。図３における還元剤タンク３１と排気管２６は、これらにわたる添加剤配管３２を介して相互に接続されている。すなわち還元剤タンク３１内の還元剤（アミン系化合物）３が添加剤配管３２を通じて排気管２６内に供給されるようになっている。
【００３８】
図３において、燃料配管１６を通じて燃料タンク１１内から燃焼装置の燃焼室２３ａ内に供給した燃料１を燃焼させると、それにともなって発生した排ガス（ＮＯｘ含有）が排気管２６を流れる。図３の本発明方法は、かかる燃焼時、還元剤タンク３１内の還元剤３を添加剤配管３２で排気管２６内に供給する。したがって燃焼室２３ａ内から排気管２６へと流れる排ガスは、これに含まれるＮＯｘを還元剤３で除去されてから外部に放出される。
【００３９】
図３のケースでのＮＯｘ除去例において、還元剤３の供給先は排気管２６のみに限定されるものでないから、燃料配管１６・燃焼室２３ａ・排気管２６のうちからいずれか一つ以上を選択してそれらに供給してもよい。これを実施するため、燃料配管１６と還元剤タンク３１とが添加剤配管３２ａで接続されたり、燃焼室２３ａと還元剤タンク３１とが添加剤配管３２ｂで接続されたりする。
【００４０】
本発明方法のうちで上記以外の他の一例は図３を参照してつぎのようなものである。それは排気管２６の一部に排ガス処理室４１が設けられ、この排ガス処理室４１と還元剤タンク３１とが添加剤配管４２で接続されるという構成において実施されるものである。すなわちこの例では、既述の燃焼後に燃焼室２３ａから排気管２６を流れる排ガス（ＮＯｘ含有）が排ガス処理室４１内に導入され、かつ、還元剤タンク３１内の還元剤３が添加剤配管４２を通じて排ガス処理室４１に送り込まれるから、排ガス処理室４１内で排ガス中のＮＯｘと還元剤との反応が生じてＮＯｘが除去される。したがって排ガスは、この例においてもＮＯｘを除去されてから外部に放出される。
【００４１】
図３の例で排ガス処理室４１を利用するケースのとき、排ガス処理室４１のほか、燃料配管１６・燃焼室２３ａ・排気管２６のうちのいずれか一つ以上に還元剤３を供給してもよい。図３の各例でも、排気管２６や排ガス処理室４１には既述の内容に準じて触媒層を設けることがある。その際に使用する触媒の種類も既述のとおりである。
【００４２】
本発明方法のより具体的な一例を下記(1)〜(4)の条件で実施した。
(1) 排ガスについてはＮＯｘ濃度９００ｐｐｍのものが排気管２６内を流れる。
(2) 還元剤３としてアニリンを使用し、排気管２６内でアニリンが濃度９００ｐｐｍとなるようにこれを排気管２６内に噴射した。
(3) 排気管２６内を流れる排ガス流量を１０Ｌ／ｍｉｎに保持した。これはＧＨＳＶ（排ガス空間速度＝Gas Hourly Space Velocity）で６００００に相当する。
(4) 排気管２６内の温度（＝管内ガス温度）は８００℃までとした。
なお、本発明におけるＮＯｘ転化率は、未反応ＮＯｘ濃度を導入ＮＯｘ濃度で除した値を百分率であらわしたものである。したがってこの具体例でのＮＯｘ転化率（Ｒ）を求めるときの演算式は、排気管２６内における未反応ＮＯｘ濃度を（Ｄ１）、排気管２６内に導入したＮＯｘ濃度を（Ｄ２）とした場合、Ｒ（％）＝Ｄ１÷Ｄ２×１００となる。
【００４３】
上記具体例の結果は図４に示すとおりである。図４を参照して、還元剤３たるアニリンは、排気管２６内においてＮＯｘと低温で還元反応することがわかる。ちなみに１７０〜１８０℃でのＮＯｘ転化率は３０％程度である。このＮＯｘ除去レベルでも既成技術に比べて遜色がない。低温域でのこの還元反応で触媒を使用するときは、ＮＯｘ転化率５０％程度（ＮＯｘ浄化４００ｐｐｍ）も簡単に実現する。さらに２９０℃付近からは当該還元反応によるＮＯｘ転化率が１００％に達し、そのＮＯｘ転化率１００％が７００℃付近まで維持される。したがってアニリンを代表とするアミン系化合物の場合は、かなりの高温域までＮＯｘと選択的に還元反応する。
【００４４】
本発明方法については上記具体例からも明らかなように、排ガス流量・還元反応温度・ＮＯｘ転化率（ＮＯｘ除去効果）など、いずれの点でも従来技術を凌駕するといえる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
ＮＨ２基（アミノ基）を有する化合物すなわちアミン系化合物はＮＯｘとの反応性が高いものである。本発明燃料にはアミン系化合物が還元剤として含まれているから、これを燃焼させたときの燃焼排ガス中のＮＯｘを除去することができる。したがって本発明のものは、ＮＯｘ抑制型の燃料として産業上利用することができる。
【００４６】
既成の燃焼手段は、燃料燃焼によって必要エネルギを取り出すときにＮＯｘの発生をともなうものである。本発明方法は、ＮＯｘと選択的に反応するアミン系化合物（還元剤）を燃焼排ガスに混合し、その際の還元反応で排ガス中のＮＯｘを効率よく除去するものである。したがって本発明方法は、燃料の燃焼時に発生するＮＯｘ除去手段として産業上利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る燃料をこれの使用方法とともに略示した断面図
【図２】本発明に係るＮＯｘ除去方法の一実施形態を略示した断面図
【図３】本発明に係るＮＯｘ除去方法の他の一実施形態を略示した断面図
【図４】本発明に係るＮＯｘ除去方法の具体的一例の結果を示したグラフ図
【符号の説明】
【００４８】
１    燃料
２    燃料要素
３    還元剤
１１    燃料タンク
１２    供給配管供給配管１２ａ
１２ａ  供給配管
１４    蒸留タンク
１５    噴射ノズル
１６    燃料配管
１７    分岐配管
１８    中継タンク
１９    噴射ノズル
２０    添加剤配管
２３    シリンダ（燃焼室）
２３ａ  燃焼室
２６    排気管
３１    還元剤タンク
３２    添加剤配管
３２ａ  添加剤配管
３２ｂ  添加剤配管
４１    排ガス処理室
４２    添加剤配管
【図１】
2006028235.tif 000003
【図２】
2006028235.tif 000004
【図３】
2006028235.tif 000005
【図４】
2006028235.tif 000006