(57)【要約】【課題】新しい形の排気ガス後処理システムと、新しい形の排気ガス後処理のための方法とを提供すること。【解決手段】内燃機関（１）の下流に配置された、硫黄酸化物を化学吸着するためのカルシウム含有粒状体を含む分離器（３）と、内燃機関（１）を出て行く排気ガスの温度を上昇させるために、一方で分離器（３）を通って導かれた排気ガスが導かれ、他方で内燃機関（１）を出て行く排気ガスが導かれ得るように通るガス−ガス熱交換器（４）と、ガス−ガス熱交換器（４）を通って導かれた排気ガスのさらなる温度上昇のために、ガス−ガス熱交換器（４）の下流で分離器（３）の上流に配置された加熱装置（５）とを備える内燃機関（１）用の排気ガス後処理システム（２）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の排気ガス後処理システム（２）であって、
内燃機関（１）の下流に配置された、硫黄酸化物を化学吸着するためのカルシウム含有粒状体を含む分離器（３）と、
ガス−ガス熱交換器であって、前記内燃機関（１）を出て行く排気ガスの温度を上昇させるために、一方で前記分離器（３）を通って導かれた排気ガスが当該ガス−ガス熱交換器を通って導かれ、他方で前記内燃機関（１）を出て行く前記排気ガスが導かれ得るように通る、ガス−ガス熱交換器（４）と、
前記ガス−ガス熱交換器（４）を通って導かれた前記排気ガスの温度をさらに上昇させるために、前記ガス−ガス熱交換器（４）の下流で前記分離器（３）の上流に配置された加熱装置（５）と
を備える排気ガス後処理システム。
【請求項２】
前記加熱装置（５）が、前記排気ガスを、３７５℃と４５０℃との間の温度、好ましくは４００℃と４５０℃との間の温度まで加熱することを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項３】
前記ガス−ガス熱交換器（４）が、前記排気ガスを、３３０℃と３５０℃との間の温度、好ましくは３４０℃と３５０℃との間の温度まで加熱することを特徴とする、請求項１または２に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項４】
前記分離器（３）の下流に、ＳＣＲ触媒コンバータ（６）が位置付けられ、前記分離器（３）を出て行く排気ガスが、先ず前記ＳＣＲ触媒コンバータ（６）を介して案内され、次に前記ガス−ガス熱交換器（４）を介して案内され得ることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項５】
前記ガス−ガス熱交換器（４）の上流に、ＳＣＲ触媒コンバータ（６）が位置付けられ、前記分離器（３）を出て行く排気ガスが、先ず前記ガス−ガス熱交換器（４）を介して案内され、次に前記ＳＣＲ触媒コンバータ（６）を介して案内され得ることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項６】
前記ガス−ガス熱交換器（４）の下流に、排気ガス後処理装置（７）が位置付けられることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項７】
前記加熱装置（５）の下流で前記分離器（３）の上流に、ＳＯ２をＳＯ３へと酸化するための酸化触媒コンバータ（８）が位置付けられ、前記酸化触媒コンバータ（８）を通って、前記加熱装置（５）において加熱された前記排気ガスが、前記分離器（３）の上流に案内され得ることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項８】
前記加熱装置（５）の下流で前記分離器（３）の上流に装置（９）が位置付けられ、前記装置（９）を通って、カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末が、前記分離器（３）の上流の前記加熱装置（５）で加熱された前記排気ガスへと導入され得ることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項９】
カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末が前記排気ガスへと導入され得るように通る装置（９）は、ＳＯ２をＳＯ３へと酸化するための酸化触媒コンバータ（８）の下流で前記分離器（３）の上流に位置付けられることを特徴とする、請求項７または８に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項１０】
前記装置（９）を通って前記排気ガスの流れへと導入された前記カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末が、ＣａＯおよび／またはＣａ（ＯＨ）２および／またはＣａＣＯ３および／またはＮａＨＣＯ３を含み、前記装置（９）を通って前記排気ガスの流れへと導入される前記カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末の粒径が、１ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満、最も好ましくは０．２５ｍｍ未満となることを特徴とする、請求項８または９に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項１１】
充填層反応器として、または、移動床反応器として優先的に設計された前記分離器（３）の粒状体が、ＣａＯおよび／またはＣａ（ＯＨ）２および／またはＣａＣＯ３を含み、前記分離器（３）の粒状体の粒径が、２ｍｍ超、好ましくは３ｍｍ超、最も好ましくは４ｍｍ超となることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項１２】
内燃機関を出て行く排気ガスの排気ガス後処理のための方法であって、
前記排気ガスが、硫黄酸化物を化学吸着するためのカルシウム含有粒状体を含む分離器を通って導かれ、
前記内燃機関を出て行く前記排気ガスの温度を上昇させるために、前記分離器を通って導かれた前記排気ガスと、他方で前記内燃機関を出て行く前記排気ガスとが、ガス−ガス熱交換器を通って導かれ、
前記ガス−ガス熱交換器で加熱された前記排気ガスが、温度をさらに上昇させるために、前記ガス−ガス熱交換器の下流で前記分離器の上流に配置された加熱装置を通るように導かれる方法。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の排気ガス後処理システムを用いて同様に実施されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気ガス後処理システムに関する。さらに、本発明は、排気ガス後処理のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば発電所で用いられる静置された内燃機関における燃焼過程、および、例えば船舶で用いられるに静置されていない内燃機関における燃焼過程の間、ＳＯ２およびＳＯ３などの硫黄酸化物が生成され、これらの硫黄酸化物は、典型的には、石炭、坑口炭、褐炭、油、または重油などの硫黄含有化石燃料の燃焼の間に形成される。そのため、このような内燃機関には、具体的には、内燃機関を出て行く排気ガスの脱硫に役立つ排気ガス後処理システムが設けられる。
【０００３】
排気ガスを脱硫するために、吸収剤として、生石灰（ＣａＯ）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）、または炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を主に使用する吸収による方法が、先行技術から主に知られている。過程では、粉末または粒状体が形成され、硫酸カルシウム粉末を排気ガスから除去するために、フィルタ装置が脱硫の下流に用いられる必要がある。
【０００４】
特許文献１から、二酸化窒素および粉末を含む排気ガスの処理のための方法および排気ガス後処理システムが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６０３３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このことから、本発明の目的は、新しい形の排気ガス後処理システムと、新しい形の排気ガス後処理のための方法とを作り出すことに基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１による排気ガス後処理システムによって解決される。本発明による内燃機関用の排気ガス後処理システムは、内燃機関の下流に配置された、硫黄酸化物を化学吸着するためのカルシウム含有粒状体を含む分離器を備える。さらに、本発明による排気ガス後処理システムは、内燃機関を出て行く排気ガスの温度を上昇させるために、一方で分離器を通って導かれた排気ガスが導かれ、他方で内燃機関を出て行く排気ガスが導かれ得るように通るガス−ガス熱交換器を備える。さらに、本発明による排気ガス後処理システムは、ガス−ガス熱交換器を通って導かれた排気ガスの温度をさらに上昇させるために、ガス−ガス熱交換器の下流で分離器の上流に配置された加熱装置を備える。
【０００８】
分離器を使用することで、硫酸カルシウムの粉末または粒状体を排気ガスから除去するためのフィルタ装置を省略することが可能である。硫黄酸化物は、分離器のカルシウム含有粒状体と反応し、粒状体として排出できる。ガス−ガス熱交換器と、ガス−ガス熱交換器の下流に配置された加熱装置とが、分離器を通って導かれる排気ガスを、分離器における排気ガスの脱硫に最適な温度へと温度制御することができ、ガス−ガス熱交換器における排気ガスの温度制御に続くため、加熱装置の回路が縮小できる。分離器を通って導かれる排気ガスを、分離器における排気ガスの脱硫に最適な温度へと温度制御することによって、分離器において排気ガスを脱硫することは短い反応時間で確保される。これによってさらに、分離器で排気ガスを脱硫することに関しては、必要とされるカルシウム含有粒状体が比較的少なくて済むことが保証される。
【０００９】
優先的には、ガス−ガス熱交換器は、内燃機関を出て行く排気ガスを、３３０℃と３５０℃との間の温度、好ましくは３４０℃と３５０℃との間の温度まで加熱する。加熱装置は、排気ガスを、３７５℃と４５０℃との間の温度、好ましくは４００℃と４５０℃との間の温度、最も好ましくは３６０℃と４２０℃との間の温度まで加熱する。排気ガスのこの温度制御は、効果的であり、特に、分離器における排気ガスの脱硫に関して有利である。
【００１０】
有利なさらなる発展形態によれば、ＳＯ２をＳＯ３へと酸化するための酸化触媒コンバータが、加熱装置の下流で分離器の上流に位置付けられ、その酸化触媒コンバータを通って、加熱装置において加熱された排気ガスが、分離器の上流に導かれ得る。ＳＯ２をＳＯ３へと酸化するための酸化触媒コンバータを使用することで、ＳＯ３がＳＯ２よりも分離器のカルシウム含有粒状体とより素早く反応するため、分離器における排気ガスの滞留時間をずっと短くすることができる。これにより、排気ガスの特に効果的な脱硫を可能にする。
【００１１】
さらに有利なさらなる発展形態によれば、加熱装置の下流で分離器の上流に装置が位置付けられ、その装置を通って、カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末が、分離器の上流の加熱装置で加熱された排気ガスへと導入され得る。これにより、排気ガスの特に効果的な脱硫を可能にする。硫酸カルシウム粉末および／または硫酸ナトリウム粉末、あるいは、脱硫の間に形成される硫酸塩含有粒状体は、分離器を用いることで排気ガスから効果的に分離され得る。具体的には、カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末または粒状体が、分離器の上流の加熱装置で加熱される排気ガスへと導入され得るように通る装置に加えて、酸化触媒コンバータも加熱装置の下流で分離器の上流に位置付けられる場合、カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末または粒状体が排気ガスへと導入され得るように通る装置は、ＳＯ２をＳＯ３へと酸化するための酸化触媒コンバータの下流で分離器の上流に位置付けられる。
【００１２】
有利なさらなる発展形態によれば、排気ガス後処理システムはＳＣＲ触媒コンバータを備え、そのＳＣＲ触媒コンバータは、分離器の下流でガス−ガス熱交換器の上流に位置付けられるか、または、代替でガス−ガス熱交換器の下流に位置付けられるかのいずれかである。ＳＣＲ触媒コンバータでは、排気ガスの脱窒と、それによる排気ガス排出物のさらなる低減とが行われる。
【００１３】
本発明による排気ガス後処理のための方法が、請求項１２で定められている。
【００１４】
本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の例示の実施形態が、図面を用いるが、これに限定されることなく、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による第１の排気ガス後処理システムのブロック図である。
【図２】本発明による第２の排気ガス後処理システムのブロック図である。
【図３】本発明による第３の排気ガス後処理システムのブロック図である。
【図４】本発明による第４の排気ガス後処理システムのブロック図である。
【図５】本発明によるさらなる排気ガス後処理システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、例えば、発電所に静置された内燃機関用、または、船舶の静置されていない内燃機関用といった、内燃機関用の排気ガス後処理システムに関する。
【００１７】
具体的には、排気ガス後処理システムは、重油で運転される船舶用ディーゼル機関で用いられる。
【００１８】
図１は、内燃機関１の下流に配置された排気ガス後処理システム２の第１の例示の実施形態を示しており、本発明による排気ガス後処理システム２は、カルシウム含有粒状体または石灰に基づいた粒状体を含む分離器３を備えており、カルシウム含有粒状体または石灰に基づいた粒状体は、分離器３において硫黄酸化物を化学吸着するように作用する。分離器３は、いわゆる充填層反応器、または、いわゆる移動床反応器もしくは流動層反応器であってもよい。
【００１９】
硫黄酸化物を化学吸着するための分離器３で用いられる粒状体は、優先的には、ＣａＯおよび／またはＣａ（ＯＨ）２および／またはＣａＣＯ３を含む。過程では、排気ガスの硫黄酸化物が、以下の反応式に従ってカルシウム含有粒状体と反応する。すなわち、Ｃａ（ＯＨ）２については、以下の反応式に従う。
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＳＯ２⇔ＣａＳＯ３＋Ｈ２Ｏ
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＳＯ２＋１／２Ｏ２⇔ＣａＳＯ４＋Ｈ２Ｏ
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２⇔ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＳＯ３⇔ＣａＳＯ４＋Ｈ２Ｏ
ＣａＣＯ３については、以下の反応式に従う。
ＣａＣＯ３＋ＳＯ２⇔ＣａＳＯ３＋ＣＯ２
ＣａＣＯ３＋ＳＯ２＋１／２Ｏ２⇔ＣａＳＯ４＋ＣＯ２
ＣａＣＯ３＋ＳＯ３⇔ＣａＳＯ４＋ＣＯ２
【００２０】
分離器３を通って導かれた排気ガスは、後で分離器３を通って導かれる必要がある内燃機関１を出て行く排気ガスと同時に、排気ガス後処理システム２のガス−ガス熱交換器４を通って導かれ得る。分離器３において硫黄酸化物を化学吸着する間、熱が発熱反応の結果として発生し、その結果、分離器３を通ってすでに導かれた排気ガスは、内燃機関１を出て行く排気ガスより高い温度を有しており、その結果、ガス−ガス熱交換器４では、後で分離器３を通って導かれる必要がある内燃機関１を出て行く排気ガスは、分離器３を通ってすでに導かれた排気ガスによって加熱できる。ガス−ガス熱交換器４の下流で分離器３の上流に、本発明による排気ガス後処理システム２の加熱装置５が位置付けられ、加熱装置５は、ガス−ガス熱交換器４を通って導かれ、ガス−ガス熱交換器４ですでに加熱された排気ガスの温度をさらに上昇させるように機能する。
【００２１】
したがって、分離器３の上流で内燃機関１を出て行く排気ガスの加熱が、一方でガス−ガス熱交換器４において、そして、ガス−ガス熱交換器４の下流で加熱装置５においての２段階で起こる。ガス−ガス熱交換器４では、分離器３を通ってすでに導かれた排気ガスの上昇した温度が、内燃機関１を出て行く排気ガスを加熱するために利用される。内燃機関１を出て行く排気ガスは、典型的には、３２０℃未満の温度を有している。ガス−ガス熱交換器４によって、内燃機関１を出て行く排気ガスは、３３０℃と３５０℃との間の温度、好ましくは３４０℃と３５０℃との間の温度まで加熱され得る。分離器３の上流での排気ガスのさらなる加熱およびそれに伴う温度の上昇は、前記の温度の高さから開始して、ガス−ガス熱交換器４の下流に位置付けられた加熱装置５を介して起こり、加熱装置５は、排気ガスを、３７５℃と４５０℃との間の温度、好ましくは４００℃と４５０℃との間の温度まで加熱する。
【００２２】
硫黄酸化物を化学吸着するために、排気ガスの硫黄酸化物が分離器３のカルシウム含有粒状体と反応する分離器３の上流での排気ガスの温度制御によって、排気ガスの硫黄酸化物は、分離器３における排気ガスの滞留時間が可能とされ得るように、最適な過程温度で分離器３のカルシウム含有粒状体と反応できる。さらに、具体的には、分離器３で処理される排気ガスが上記の排気ガス温度において分離器３を通って導かれるとき、比較的少ない還元剤、したがって、比較的少ないカルシウム含有粒状体が、硫黄酸化物を化学吸着するために、分離器３で必要とされる。したがって、全体として、分離器３において、非常に効果的な排気ガス後処理または排気ガスの脱硫が確保できる。
【００２３】
すでに先に説明したように、分離器３における硫黄酸化物の化学吸着、つまり、分離器３におけるカルシウム含有粒状体との排気ガスの硫黄酸化物の反応は、分離器３を通って導かれる排気ガスに留意した発熱反応である。分離器３での発熱反応の間に放出されるこの熱エネルギーは、内燃機関１を出て行く排気ガスを中間温度へとすでに上昇させたものとするために、ガス−ガス熱交換器４で利用される。このため、優先的には、燃料運転される燃焼器、または、電気加熱装置であり得る加熱装置５が、小形化され得る。このため、本発明による排気ガス後処理システム２の効率が高められ得る。
【００２４】
図１に示す例示の実施形態では、ＳＣＲ触媒コンバータ６が、排気ガスを脱硫するように機能する分離器３の下流に位置付けられており、ＳＣＲ触媒コンバータ６は、排気ガスを脱窒するように機能する。したがって、ＳＣＲ触媒コンバータ６は、図１において、分離器３の下流でガス−ガス熱交換器４の上流に位置付けられている。
【００２５】
ＳＣＲ触媒コンバータ６では、アンモニアが還元剤として利用されている。ＳＣＲ触媒コンバータ６で利用されるアンモニアは、分離器３とＳＣＲ触媒コンバータ６との間のノズルによって、ＳＣＲ触媒コンバータ６の上流で排気ガスへと直接噴射されてもよいし、代わりに、排気ガスにおいてアンモニアへと変換されるアンモニアの前駆物質が、分離器３の下流でＳＣＲ触媒コンバータ６の上流に導入されてもよい。このような前駆物質は、具体的には尿素である。
【００２６】
図１の例示の実施形態では、排熱回収装置７がガス−ガス熱交換器４の下流に位置付けられており、排気ガスの残留熱が、排気ガス後処理システム２の効率をさらに高めるために、および、おおよそ１００℃の温度を有する排気ガスを排気ガス後処理システム２の下流の環境へと案内するために、ガス−ガス熱交換器４の下流で利用される。
【００２７】
本明細書では、ＳＣＲ触媒コンバータ６が、ガス−ガス熱交換器４の下流で排気ガス後処理装置７の上流に位置付けられてもよいことが注目される。この場合、分離器３を出て行く排気ガスは、最初にガス−ガス熱交換器４を通って、次にＳＣＲ触媒コンバータ６を通って導かれる。
【００２８】
図２は、内燃機関１の下流に配置された排気ガス後処理システム２の第２の例示の実施形態であり、図２の排気ガス後処理システム２は、図２の例示の実施形態では、酸化触媒コンバータ８が分離器３の上流で加熱装置５の下流に位置付けられている点において、図１の排気ガス後処理システム２と異なっている。
【００２９】
酸化触媒コンバータ８では、以下の反応式に従って、ＳＯ２がＳＯ３へと反応する。
２ＳＯ３＋Ｏ２→２ＳＯ２
【００３０】
以下の化学元素が、ＳＯ２をＳＯ３へと酸化するために、酸化触媒コンバータ８における活性成分として用いられている。すなわち、Ｖ（バナジウム）、および／または、白金／パラジウム、および／または、Ｆｅ（鉄）、および／または、Ｃｅ（セリウム）、および／または、Ｃｓ（セシウム）、および／または、これらの元素の酸化物である。バナジウム（Ｖ）の成分は、優先的には、５％超、好ましくは７％超、最も好ましくは９％超までとなる。
【００３１】
基材として、酸化触媒コンバータ８は、ＷＯ３（酸化タングステン）によって優先的に安定化されたＴｉＯ２（酸化チタン）および／またはＳｉＯ２（酸化ケイ素）を用いる。
【００３２】
ＳＯ３がＳＯ２よりも素早く分離器３のカルシウム含有粒状体と反応するため、分離器３の上流に、ＳＯ２をＳＯ３へと酸化するための酸化触媒コンバータ８が配置されることは有利である。このため、脱硫の効果が高められ得る。優先的には、酸化触媒コンバータ８においてＳＯ２をＳＯ３へと酸化することは、酸化触媒コンバータ８の下流で、排気ガスのすべての硫黄酸化物（ＳＯＸ）中のＳＯ３の成分が、少なくとも２０％、好ましくは４０％超、最も好ましくは６０％超となるようなやり方で達成される。
【００３３】
図３は、図１の例示の実施形態の代替の有利なさらなる発展形態を示しており、図３の排気ガス後処理システム２は、加熱装置５の下流で分離器３の上流に、装置９が位置付けられている点において、図１の排気ガス後処理システム２と異なっている。装置９を通って、カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末が、カルシウム含有粒状体を含む分離器３の上流の加熱装置５で加熱された排気ガスへと導入され得る。
【００３４】
図３の排気ガス後処理システム２の装置９は、カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末を内燃機関１の排気ガスへと導入するように機能し、１ｍｍ未満の粒径、優先的には０．５ｍｍ未満の粒径、最も好ましくは０．２５ｍｍ未満の粒径のカルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末を排気ガスへと導入し、カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末のカルシウムおよび／またはナトリウムは、少なくとも酸化段階＋１を有する。
【００３５】
優先的には、カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末は、ＣａＯおよび／またはＣａ（ＯＨ）２および／またはＣａＣＯ３および／またはＮａＨＣＯ３を含んでいる。
【００３６】
装置９は、カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末を、搬送ガスとして空気を用いるエアロゾルとして乾燥して、または、溶剤として水を用いるエマルションとして湿らせてかのいずれかで、排気ガスへと導入できる。
【００３７】
このようなカルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末を吸着剤として使用すること、および、装置９を通じて排気ガスへとカルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末を上記のように導入することは、カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末が、内燃機関１の排気ガスに含まれる硫黄酸化物と、つまり、ＳＯ２およびＳＯ３と反応するための大きな表面積を確保し、その結果、硫黄酸化物は、硫酸カルシウムＣａＳＯ４および／または硫酸ナトリウムＮａ２ＳＯ４へと効果的に変換され得る。カルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末のＳＯ２およびＳＯ３との反応は、典型的には、以下の反応式に従ってもたらされる。すなわち、Ｃａ（ＯＨ）２については、以下の反応式に従う。
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＳＯ２⇔ＣａＳＯ３＋Ｈ２Ｏ
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＳＯ２＋１／２Ｏ２⇔ＣａＳＯ４＋Ｈ２Ｏ
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２⇔ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＳＯ３⇔ＣａＣＯ４＋Ｈ２Ｏ
ＣａＣＯ３については、以下の反応式に従う。
ＣａＣＯ３＋ＳＯ２⇔ＣａＳＯ３＋ＣＯ２
ＣａＣＯ３＋ＳＯ２＋１／２Ｏ２⇔ＣａＳＯ４＋ＣＯ２
ＣａＣＯ３＋ＳＯ３⇔ＣａＳＯ４＋ＣＯ２
ＮａＨＣＯ３については、以下の反応式に従う。
２ＮａＨＣＯ３→Ｎａ２ＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
Ｎａ２ＣＯ３＋ＳＯ２＋１／２Ｏ２→Ｎａ２ＳＯ４＋ＣＯ２
Ｎａ２ＣＯ３＋ＳＯ３→Ｎａ２ＳＯ４＋ＣＯ２
【００３８】
分離器３の上流の装置９を介してカルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末を排気ガスへと導入することで、粉末の硫酸カルシウムＣａＳＯ４および／または硫酸ナトリウムＮａ２ＳＯ４が形成され、移動床反応器または流動層反応器として形成された分離器３の粒状体と共に排出され得る。
【００３９】
分離器３では、装置９を通って排気ガスへと導入されるカルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末と比較して、比較的大きな粒径、すなわち、２ｍｍ超の粒径、好ましくは３ｍｍ超の粒径、最も好ましくは４ｍｍ超の粒径を有する粒状体が用いられる。
【００４０】
分離器３の粒状体は、カルシウムを含むがナトリウムを含んではいない。したがって、分離器３の粒状体はＮａＨＣＯ３をまったく含んでいない。ＮａＨＣＯ３は、せいぜい、分離器３の上流の装置９を通って、比較的細かい粒の粉末として排気ガスへと導入され得る。
【００４１】
分離器３には、優先的には、粒状体を介して捕捉され、移動床反応器または流動床反応器として設計された分離器３から粒状体と共に排出される硫酸カルシウムを、移動床または流動床において粒状体から分離するために、図示されていない装置が設けられる。この装置は、例えば、ドラム剥離器、ドラムスクリーン、または粉砕器であり得る。これに続いて、硫酸カルシウムのなくなった粒状体が、粒状体回路を形成するために、および、粒状体を効果的に利用するために、移動床反応器または流動床反応器へと再び供給され得る。
【００４２】
内燃機関１の下流に配置された排気ガス後処理システム２のさらなる例示の実施形態が図４に示されており、図４の例示の実施形態は、図２および図３の例示の実施形態の組立体を組み合わせている。したがって、図４の排気ガス後処理システム２は、一方でＳＯ２をＳＯ３へと酸化するための酸化触媒コンバータ８と、他方でカルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末を排気ガスへと導入するための装置９とを備えている。図４によれば、装置９は、それを通ってカルシウム含有および／またはナトリウム含有の粉末が排気ガスへと導入でき、酸化触媒コンバータ８の下流に位置付けられている。したがって、酸化触媒コンバータ８は加熱装置５の下流に位置付けられており、装置９は、酸化触媒コンバータ８の下流で分離器３の上流に位置付けられている。
【００４３】
内燃機関用の排気ガス後処理システム２のさらなる例示の実施形態が図５によって示されており、図５の排気ガス後処理システム２は、図２の排気ガス後処理システム２と同様に、酸化触媒コンバータ８を備え、さらにはガス状のアンモニア（ＮＨ３）を排気ガスへと導入するための装置１０も備えており、ガス状のＮＨ３を排気ガスへと導入するためのこの装置１０は、酸化触媒コンバータ８の下流に配置されており、その結果、ＮＨ３は、酸化触媒コンバータ８の上流で内燃機関１の排気ガスへと導入される。
【００４４】
ここで、ＮＨ３そのものをガス状の形態で排気ガス流へと直接的に導入すること、または、例えば尿素などのＮＨ３前駆物質を排気ガス流へと噴射し、排気ガス流でＮＨ３前駆物質をＮＨ３へと蒸発させることが、提供され得る。ガス状のＮＨ３を酸化触媒コンバータ８の上流への排気ガス流へと導入することは、これによって行われる排気ガスの脱窒によって、続く脱硫が改善され得るという利点を有している。
【００４５】
図１から図５に示す排気ガス後処理システム２では、移動床反応器または流動床反応器として設計された多段分離器３が、硫酸カルシウムと、適切な場合には硫酸ナトリウムとの分離を改善するために用いられてもよく、具体的には、多段分離器３が使用される場合、異なる粒径の粒状体が、分離器３の個々の段で使用される。したがって、分離器３の個々の段では、粒状体の粒径が互いと異なっている。優先的には、直交流分離器として設計された分離器３が利用される。
【００４６】
本発明は、排気ガスターボ過給機を備える排気ガス過給内燃機関で用いられてもよい。したがって、このような場合、少なくとも粒子分離器３は、図示されていない排気ガスターボ過給機のタービンの下流に位置付けられることが、優先的に提供される。適切な場合には、酸化触媒コンバータ８は、タービンの上流にある高圧と排気流の高温とが酸化触媒コンバータ８におけるＳＯ２のＳＯ３への酸化に好ましいため、優先的には、このようなタービンの上流に位置付けられる。
【００４７】
本発明は、内燃機関用の排気ガス後処理システムと、内燃機関を出て行く排気ガスの排気ガス後処理のための方法とを提案し、排気ガスの脱硫が、カルシウム含有粒状体を備える分離器３で実施される。
【００４８】
分離器３において最適な運転条件でこの脱硫を実施するために、内燃機関１を出て行く排気ガスが、分離器３の上流で、優先的には４００℃と４５０℃との間のプロセス温度へと、つまり、多段において、最初にガス−ガス熱交換器４で次に加熱装置５において、加熱される。ガス−ガス熱交換器４は、内燃機関１を出て行く排気ガスを中間温度へと加熱するために、脱硫の間に分離器３で受け取った熱エネルギーを利用し、その結果として、加熱装置５の熱出力が低減できる。加熱装置５は、電気的に運転される加熱装置、または、具体的に重油といった、ガス状もしくは液状の燃料で運転される燃焼器であり得る。
【００４９】
すでに上記で説明したように、分離器３のカルシウム含有粒状体または石灰に基づいた粒状体での硫黄酸化物の化学吸着は、充填層反応器として、または、移動床反応器として具体化された、カルシウム含有粒状体を含む分離器３で起こり、この反応は発熱し、したがって熱エネルギーを放出する。分離器３は、分離器３での熱損失を低減するために二重壁で具体化され得る。したがって、分離器３は、内燃機関を出て行く排気ガスをガス−ガス熱交換器で加熱するための、発熱反応によって解放された熱エネルギーを、よりよく利用できる。
【００５０】
分離器３の下流のＳＣＲ触媒コンバータ６の任意の利用は、排気ガスの脱窒を可能にし、具体的には、アンモニア前駆物質としての尿素は、分離器３の下流かつＳＣＲ触媒コンバータ６の上流で排気ガスへと導入されるとき、粒子分離器３の下流にある高い温度のため、尿素にとっての短い蒸発距離は適切である。すでに脱窒された排気ガスがＳＣＲ触媒コンバータ６を通って導かれるという事実のため、ＳＣＲ触媒コンバータ６の目詰まりの危険性はない。
【００５１】
すべての示した実施形態では、任意の排熱回収装置７が、ガス−ガス熱交換器４の下流に位置付けられている。これは、例えば、排気ガスの残留熱が電力を発生させるために利用される蒸気タービンであり得る。先に実施された排気ガスの脱硫のため、落下するＨ２ＳＯ４による腐食が排熱回収装置７の領域で成長する危険性はない。
【００５２】
前述のように、本発明による排気ガス後処理システム２は、最適に適合された温度管理によって特徴付けられる。内燃機関１を出て行く排気ガスは、典型的には、３２０℃未満の温度を有している。内燃機関１を出て行く排気ガスの温度は、例えば、影響する排気ガスの絞り、または、ウェイストゲートによるといった、エンジン側での内燃機関１における干渉によって、ある程度まで上昇され得る。内燃機関１を出て行く排気ガスは、ガス−ガス熱交換器４を通って、おおよそ３５０℃の温度まで加熱され得る。加熱装置５の領域では、排気ガスは、分離器３で硫黄酸化物を化学吸着するための最適なプロセス温度を提供するために、優先的には、３６０℃と４５０℃との間の温度まで続いて加熱される。分離器３でのこの化学吸着は、発熱反応であり、分離器３を出て行く排気ガスはより高い温度を有する。すでに分離器３を通って導かれた排気ガスのこの上昇した温度は、ガス−ガス熱交換器４で利用される。任意で存在し、示した例示の実施形態では分離器３とガス−ガス熱交換器４との間に位置付けられたＳＣＲ触媒コンバータ６では、排気ガスの温度の小さな低下しか起こらない。ガス−ガス熱交換器４の下流では、排気ガスの残留熱が、電気エネルギーを発生するための排気ガス後処理装置７で有利に利用されている。排熱回収装置７の下流の温度は、最大でおおよそ１２０℃である。
【符号の説明】
【００５３】
１  内燃機関
２  排気ガス後処理システム
３  分離器
４  ガス−ガス熱交換器
５  加熱装置
６  ＳＣＲ触媒コンバータ
７  排熱回収装置、排気ガス後処理装置
８  酸化触媒コンバータ
９  装置
１０  装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2015203416000001.pdf