(57)【要約】【課題】付帯設備を用いなくても排ガス中のメタンを有効利用できる熱回収を伴う排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】熱回収を伴う排ガス浄化装置（排熱回収部１４）は、ガスエンジン２０から排出された排ガスが導入され、温度が３５０℃以上かつ５００℃未満の排ガスに含まれるメタンを酸化できる触媒が収納された酸化処理器３０と、酸化処理器３０から排出されたメタン酸化後排ガスと熱利用部１６から還流された流体とを熱交換させる熱交換器４０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス消費装置から排出された排ガスが導入され、温度が３５０℃以上かつ５００℃未満の前記排ガスに含まれるメタンを酸化できる触媒が収納された酸化処理器と、
前記酸化処理器から排出されたメタン酸化後排ガスと熱利用部から還流された流体とを熱交換させる熱交換器と、
を備えた熱回収を伴う排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記触媒は白金を含有する、請求項１に記載の熱回収を伴う排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱回収を伴う排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料成分としてメタンを含む燃料ガスを消費するガス消費装置の排ガス中には、未燃のメタンが含まれる場合がある。特許文献１には、この未燃のメタンを吸着剤に吸着した後脱着し、ガスエンジンへ再循環することにより熱効率を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８０７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、吸着剤に吸着されたメタンを脱着しガスエンジンへ再循環させる場合、メタンの触媒への吸着及び触媒からの脱着を切り換えるための制御装置、脱着されたメタンをガスエンジンの吸気通路に循環させるための循環通路や制御弁、メタン吸着に適する温度に冷却するための排ガス冷却手段、メタン脱離に適した温度に加熱するための放出ガス加熱手段等の付帯設備が必要になり、ガスエンジンの機構が複雑になる。また、温度の昇温降温に伴う熱ロスが生じる懸念もある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮して、付帯設備を用いなくても排ガス中のメタンを有効利用できる熱回収を伴う排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の熱回収を伴う排ガス浄化装置は、ガス消費装置から排出された排ガスが導入され、温度が３５０℃以上の前記排ガスに含まれる前記メタンを酸化できる触媒が収納された酸化処理器と、前記酸化処理器から排出されたメタン酸化後排ガスと熱利用部から還流された流体とを熱交換させる熱交換器と、を備えている。
【０００７】
請求項１の熱回収を伴う排ガス浄化装置では、ガス消費装置から排出された排ガスに含まれる未反応のメタンが、酸化処理器の触媒により酸化処理される。この触媒は、排ガスの温度が３５０℃以上かつ５００℃未満でメタンを酸化できる。
【０００８】
メタンの酸化反応は発熱反応であるため、低温の排ガスに含まれるメタンを酸化することによりメタン酸化後排ガスは昇温される。このため、熱交換器において熱利用部から還流された流体が熱交換される熱量が多くなる。これにより、吸着剤を用いなくても排ガス中のメタンを熱エネルギーとして回収し、有効利用することができる。
【０００９】
請求項２の熱回収を伴う排ガス浄化装置では、前記触媒は白金を含有している。
【００１０】
請求項２の熱回収を伴う排ガス浄化装置では、メタンを酸化処理する触媒が、白金を含有している。白金を含有する触媒は、排ガスの温度が３５０℃以上かつ５００℃未満でメタンを酸化できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る熱回収を伴う排ガス浄化装置によれば、付帯設備を用いなくても排ガス中のメタンを有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るガス利用装置を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（ガス利用装置）
図１に示すように、本実施形態に係るガス利用装置１０は、発電部１２と、排熱回収部１４と、排熱利用部１６とを備えて構成された電気と熱のコジェネレーションシステムである。
【００１４】
発電部１２は、メタン（ＣＨ４）を主成分とする都市ガスを燃焼して動力に変換するガスエンジン２０と、ガスエンジン２０によって駆動される発電機２２とを備えている。なお、ガスエンジン２０は本発明におけるガス消費装置の一例である。このガス消費装置は、ガスエンジン２０の他、例えばガスタービン等の内燃機関や、ＧＨＰ（ガスヒートポンプエアコン）、燃料電池、ボイラ、工業炉、バーナーなどとすることができる。
【００１５】
本発明における熱回収を伴う排ガス浄化装置の一例としての排熱回収部１４は、ガスエンジン２０から排出された排ガスが導入される酸化処理器３０と、酸化処理器３０から排出された排ガス（メタン酸化後排ガス）と流通経路１６Ａを流れる流体とを熱交換させる熱交換器４０と、を備えている。
【００１６】
排熱利用部１６は、空調機や給湯器等の熱利用機器であり、流通経路１６Ａを流れる流体から温熱を取り出して利用する。流通経路１６Ａに流す流体は、水、油、水蒸気、又は水と水蒸気の混合体など熱を伝える熱媒を適宜選択することができる。
【００１７】
（酸化処理器）
酸化処理器３０は、ガスエンジン２０から排出された排ガスに含まれるメタンを酸化して処理する装置であり、内部に触媒３２が収納されている。触媒３２は、白金（Ｐｔ）を、多孔質のジルコニア（ＺｒＯ２）に担持させて構成されており、ハニカム形状の基材に塗布して形成されている。この基材にはステンレスやコージェライトが使用される。
【００１８】
（作用及び効果）
本実施形態に係るガス利用装置１０では、ガスエンジン２０でメタン（ＣＨ４）を主成分とする都市ガスを燃焼している。燃焼後の排ガスには未燃のメタンが含まれるが、メタンは安定な化合物であるため、排ガスの温度が５００℃以下（例えば４００℃）の場合、排熱回収部１４において酸化することが難しい。
【００１９】
従来の排熱回収部に搭載されている触媒を用いる場合、排ガスをメタン酸化に適した温度に加熱するための排ガス加熱手段が必要となり、加熱のための設備やエネルギーが必要である。なお、「従来の排熱回収部に搭載されている触媒」とは、メタンを除く炭化水素（ＮＭＨＣ）、一酸化炭素の除去を目的とした酸化触媒であり、かつ５００℃以下（例えば４００℃）の排ガス温度ではメタンを酸化できないものを指す。
【００２０】
あるいは、未燃のメタンを再利用するために、メタンを吸着剤に吸着させてガスエンジンへ再循環する場合、吸着剤などが必要である。さらに、メタンの触媒への吸着及び触媒からの脱着を切り換えるための制御装置、脱着されたメタンをガスエンジンの吸気通路に循環させるための循環通路や制御弁、メタン吸着に適する温度に冷却するための排ガス冷却手段、メタン脱離に適した温度に加熱するための放出ガス加熱手段等などの付帯設備が必要である。
【００２１】
これに対して、本実施形態に係るガス利用装置１０に用いている白金をジルコニアに担持させて構成された触媒３２は、３５０℃以上５００℃未満という温度域においてメタンを酸化することができる。これにより、従来の排熱回収部に搭載されている触媒を用いる場合と比較して低温で排ガスに含まれるメタンを酸化処理することができる。
【００２２】
メタンの酸化反応は発熱反応であるため、低温の排ガスに含まれるメタンを酸化することによりメタン酸化後排ガスは昇温される。このため、熱交換器４０において、排熱利用部１６から還流された流体が熱交換できる熱量が多くなる。これにより、排ガス中のメタンを熱エネルギーとして有効利用することができる。
【００２３】
例えばガス利用装置１０によれば、ガスエンジン２０から排出された排ガスに含まれる未燃メタンの濃度が０．２％多くなると、メタンの酸化反応により、排ガス温度は５０℃程度増加する。この反応熱を熱交換器４０で回収することにより、排熱の回収熱量は２０％程度増加する。
【００２４】
また、３５０℃以上５００℃未満という温度域においてメタンが酸化されることにより、酸化処理器３０から排出されるメタン酸化後排ガスにおけるメタン濃度は、従来の排熱回収部に搭載されている触媒を用いる場合と比較して低減される。これにより、外部へ放出されるメタンの量を削減できる。このため、吸着剤や付帯設備を必要としない。
【００２５】
なお、本実施形態において触媒３２はジルコニアに白金を担持させて構成したが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば、ジルコニアに白金、イリジウムおよびレニウム（Ｒｅ）を担持させた構成（一例として、特開２０１２−９６２２１、段落［００２１］等に記載されている。以下に示す例についても同様である。）、ジルコニアに白金及びルテニウム（Ｒｕ）を担持させた構成（特開２００７−９０３３１、段落［００２０］）、ジルコニアに白金、ルテニウム及び塩素（Ｃｌ）を担持させた構成（特開２０１３−１６９４８０、段落［００１２］）、ジルコニアにタングステン（Ｗ）、白金、イリジウム及びルテニウムの少なくとも一種を担持させた構成（特開２０１４−１５５９１９、段落［００２４］）等とすることができる。
【００２６】
また、担体とする物質はジルコニアに限定されるものではなく、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、シリコアルミノホスフェート（（ＳｉｘＡｌｙＰｚ）Ｏ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等を用いることができる。
【００２７】
酸化チタンを担体とした場合は、例えば白金、イリジウム、レニウム及びジルコニウムを担持させた構成（特開２０１４−１４０８０７、段落［００２１］）、白金、イリジウム及びタンタル（Ｔa）を担持させた構成（特開２０１３−２１５７１８、段落［００２０］）、白金、イリジウム及びレニウムを担持させた構成（特開２０１２−１９６６６４、段落［００２１］）等とすることができる。
【００２８】
酸化スズを担体とした場合は、例えば白金を担持させた構成（特開２００４−３５１２３６、段落［００１０］）、白金を担持させ、さらに助触媒としてイリジウムを担持させた構成（特開２００６−２７２０７９、段落［００１１］）、イリジウム及びタンタルを担持させた構成（特開２０１３−２１５７１８、段落［００２０］）、白金、イリジウム及びレニウムを担持させた構成（特開２０１２−１９６６６４、段落［００２１］）等とすることができる。
【００２９】
シリコアルミノホスフェートを担体とした場合は、パラジウム及び白金を担持させた構成、パラジウム及び白金を担持させ、さらにランタン（Ｌａ）又はセリウム（Ｃｅ）を担持させた構成（特開平１１−７６８２９、段落［００２５］）、(特開平１０−３３７４７６、段落［００１３］、［００１４］)等とすることができる。
【００３０】
アルミナを担体とした場合は、白金及びパラジウムを担持させた構成（特開２００１−１２９４００、段落［００１６］）等とすることができる。
【００３１】
これらのような触媒を用いても、３５０℃〜５００℃という温度域においてメタンを酸化することができる。なお、これらの物質を用いて触媒を形成するにあたり、担体に対して各物質を担持させる順序（同時担持又は逐次担持）、担持させる物質量又は質量の割合、焼成温度等は、求められるメタン酸化温度、触媒の耐久性などに応じて適宜選択される。
【００３２】
また、本実施形態においては、ガスエンジン２０から排出された排ガスが酸化処理器３０に直接流入するものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えばガスエンジン２０と酸化処理器３０との間に、脱硫器を配置してもよい。脱硫器は、ガスエンジン２０から排出された排ガス中に含まれる硫黄化合物を水素化脱硫又は吸着脱硫する装置である。この脱硫器を設けることで触媒３２の硫化が抑制され、メタンの酸化作用が低下することが抑制される。
【符号の説明】
【００３３】
１４  排熱回収部（熱回収を伴う排ガス浄化装置）
２０  ガスエンジン（ガス消費装置）
３０  酸化処理器
３２  触媒
４０  熱交換器
【図１】
2018135809.tif 000003