(57)【要約】  ディーゼルエンジン（４）で触媒を用いて窒素酸化物（ＮＯｘ）を二原子窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に変換するためにディーゼル油（４０、４０’）を還元剤として適用する選択触媒還元システム（２）。選択触媒還元システム（２）は、油注入システム（６）、反応器（１０）、及び第１のセクション（１４）に設けられた多数の選択触媒還元触媒（Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3）を備える。選択触媒還元システム（２）は、多数の選択触媒還元触媒（Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’）を備える少なくとも１つの追加のセクション（１６、１６’）を備える。少なくとも１つの追加のセクション（１６）が、第１のセクション（１４）からゼロでない距離（Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3）を置いて設けられている。【選択図】図３Ｂ
2021515872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン（４）で触媒を用いて、ディーゼルエンジン排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を二原子窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に変換するためにディーゼル油（４０、４０’）を還元剤として適用する選択触媒還元システム（２）であって、前記選択触媒還元システム（２）は
・油注入システム（６）；
・反応器（１０）；
・互いにゼロでない距離を置いて設けられた複数の層（Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4、Ｓ5、Ｅ1、Ｅ2、Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’、Ｓ4’、Ｓ5’、Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’、Ｓ4’’、Ｓ5’’）を備えるセクション（１４、１６、１６’、１６’’、１６’’’）に設けられた多数の選択触媒還元触媒（１０９、１０９’）を備え、
前記層（Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4、Ｓ5、Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’、Ｓ4’、Ｓ5’、Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’、Ｓ4’’、Ｓ5’’、Ｅ1、Ｅ2）間の距離（ｄ1、ｄ2、ｄ3、ｄ4）が、各層間で排気の最小平均滞留時間がもたらされるよう選択され、気体分子が１つの層（Ｓn）から次の層（Ｓn+1）まで移動する最小平均滞留時間が０．０２５秒以上、好ましくは０．０４秒以上、最も好ましくは０．１３５秒以上であることを特徴とする、選択触媒還元システム（２）。
【請求項２】
前記反応器（１０）に少なくとも３層が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の選択触媒還元システム（２）。
【請求項３】
隣接する前記セクション（１４、１６、１６’、１６’’、１６’’’）のうち少なくともいくつかの間に板状部材（８４、８４’）が設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の選択触媒還元システム（２）。
【請求項４】
前記選択触媒還元触媒（１０９、１０９’）が、それぞれ４０〜１２０ｍｍの範囲内、好ましくは５０〜１００ｍｍの範囲、例えば６０〜９０ｍｍの厚さを有する層（Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4、Ｓ5、Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’、Ｓ4’、Ｓ5’、Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’、Ｓ4’’、Ｓ5’’、Ｅ1、Ｅ2）に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の選択触媒還元システム（２）。
【請求項５】
前記選択触媒還元触媒（１０９、１０９’）が、Ｃｅ／Ｃｕ−ＺＳＭ−５、Ｃｅ−Ｚｒ／Ｃｕ−ＺＳＭ−５、Ｃｅ／Ｆｅ−ＺＳＭ−５又はＣｅ−Ｚｒ／Ｆｅ−ＺＳＭ−５、Ｃｅ／Ｍｇ−ＺＳＭ−５又はＣｅ−Ｚｒ／Ｍｇ−ＺＳＭ−５から選択されることを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の選択触媒還元システム（２）。
【請求項６】
前記選択触媒還元システム（２）が、前記反応器（１０）の長手方向軸に沿って中央に伸びている筒状構造物（８６）を備えることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の選択触媒還元システム（２）。
【請求項７】
前記選択触媒還元システム（２）が拡散器（８８）を備えることを特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の選択触媒還元システム（２）。
【請求項８】
前記選択触媒還元システム（２）が熱回収ユニットを備えることを特徴とする、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の選択触媒還元システム（２）。
【請求項９】
ディーゼルエンジン排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する方法であって、前記方法が、選択触媒還元システム（２）を使用するステップ、並びにディーゼルエンジン（４）で触媒を用いて窒素酸化物（ＮＯｘ）を二原子窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に変換するためにディーゼル油（４０、４０’）を還元剤として適用するステップを含み、このとき前記方法が、蒸発したディーゼル油（４０、４０’）を反応器（１０）に供給するステップを含み、ＮＯｘ変換が、複数の層（Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4、Ｓ5、Ｅ1、Ｅ2、Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’、Ｓ4’、Ｓ5’、Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’、Ｓ4’’、Ｓ5’’）を有するセクション（１４、１６、１６’、１６’’、１６’’’）に設けられた多数の選択触媒還元触媒（１０９、１０９’）を適用することによるＮＯ酸化、続いて不均一触媒化工程、続いて均一触媒化工程を含んで行われる方法において、前記層（Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4、Ｓ5、Ｅ1、Ｅ2、Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’、Ｓ4’、Ｓ5’、Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’、Ｓ4’’、Ｓ5’’）間の距離（ｄ1、ｄ2、ｄ3、ｄ4）が、各層間で排気の最小平均滞留時間がもたらされるよう選択され、気体分子が１つの層（Ｓn；Ｅ1）から次の層（Ｓn+1；Ｅ2）まで移動する最小平均滞留時間が０．０２５秒以上、好ましくは０．０４秒以上、最も好ましくは０．１３５秒以上であることを特徴とする、方法。
【請求項１０】
前記反応器に３層以上が存在することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
蒸発したディーゼル油の少なくとも一部を分解するステップ、ラジカルＮＨ4+を形成させる不均一ＮＯｘ変換を行うステップを含み、このとき前記ラジカルＮＨ4+が、均一ＮＯｘ変換を行うのに使用されることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のセクション（１４）からゼロでない距離（Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4）をおいて、少なくとも１つの追加の前記セクション（１６、１６’、１６’’、１６’’’）を設けるステップを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
４ストロークディーゼルエンジン（４）の後ろで、又は２ストロークディーゼルエンジン（４）では排気レシーバ（７８）と排気タービン（８２）の間で、排気流中のＮＯｘを選択触媒還元するために適用されることを特徴とする、請求項９〜１２のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
酸化触媒（１３６）が、前記排気ガス（１９０）中の１つ又は複数の成分を酸化するよう配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の選択触媒還元システム（２）。
【請求項１５】
前記選択触媒還元システム（２）が流通型ディーゼル酸化触媒及び煤粒子フィルタを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の選択触媒還元システム（２）。
【請求項１６】
前記酸化触媒（１３６）が、少なくともＣＯ又はＨＣを酸化するよう構成された触媒で被覆された壁を備えるウォールフロー型粒子フィルタであることを特徴とする、請求項１４に記載の選択触媒還元システム（２）。
【請求項１７】
前記酸化触媒（１３６）が、前記選択触媒還元触媒（１０９、１０９’）と微粒子フィルタ（１３８）の間に設けられていることを特徴とする、請求項１４に記載の選択触媒還元システム（２）。
【請求項１８】
前記選択触媒還元システム（２）が発電機（１４４）を含む、又は該発電機（１４４）に接続されていることを特徴とする、請求項１５〜１８のうちいずれか一項に記載の選択触媒還元システム（２）。
【請求項１９】
前記排気ガス（１９０）中の１つ又は複数の成分を酸化するよう配置された酸化触媒（１３６）を適用するステップを含むことを特徴とする、請求項９〜１３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
少なくともＣＯ又はＨＣを酸化するよう構成された触媒で被覆された壁を備えるウォールフロー型粒子フィルタを適用するステップを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
流通型ディーゼル酸化触媒及び粒子フィルタを適用するステップを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記選択触媒還元触媒（１０９、１０９’）と微粒子フィルタ（１３８）の間に設けられた酸化触媒（１３６）を適用するステップを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
タービン（２３０、２３２）に接続された発電機（１４４）を適用して電気エネルギーを生産するステップを含むことを特徴とする、請求項１９〜２２のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
蒸留装置（１５０）を適用して蒸留水を生成するステップを含む方法であって、前記蒸留装置（１５０）が前記選択触媒還元システム（２）に接続されていることを特徴とする、請求項１９〜２３のうちいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮＯｘ還元のための選択触媒還元システムに関する。本発明はＮＯｘ還元方法にも関する。該システム及び方法は、排気流中のＮＯｘを選択触媒還元するために、多機能触媒と還元剤としての油とを併用して、４ストロークディーゼルエンジンの後ろに、又は２ストロークディーゼルエンジンの排気レシーバと排気タービンの間に構成される。
【背景技術】
【０００２】
選択触媒還元システムは、通常はＮＯｘと称される窒素酸化物を、触媒を用いて二原子窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に変換するのに用いられる。先行技術では、気体還元剤を無水アンモニア、アンモニア水、又は尿素の中から選択し得、排煙流又は排気ガス流に添加して触媒に吸着させ得ることが教示されている。市販の選択触媒還元システムは、船舶、ディーゼル機関車、ガスタービン、大型事業用ボイラ、工業用ボイラ、自治体の固形廃棄物ボイラなどのディーゼルエンジンに適用されており、ＮＯｘを効果的に還元することが示されている。ＮＯｘ排出に対する環境意識の向上から、ＮＯｘ還元装置に対する要求がより高まっている。国際海事機関（ＩＭＯ）が、制約のより厳しいＮＯｘ排出基準を段階的に導入していることが知られている。同様にノルウェーやスウェーデンといった国々では、ＮＯｘ排出税があるためにＮＯｘ還元装置の需要が高まっている。通常、反応物質として尿素を用いた選択触媒還元システムの後に排ガス再循環が用いられている。自動車産業におけるＮＯｘ還元装置に対する要求は、７００℃超（ｕｐ  ７００℃）の温度でのＮＯｘ還元など、海洋産業よりもはるかに厳しく、この点でゼオライトは、一般的にＶ2Ｏ5／ＷＯ3−ＴｉＯ2のような触媒粉体用の従来の材料よりも安定していることから、ゼオライト系触媒の使用に関心が高まっている。
【０００３】
尿素の代わりにディーゼル油を還元剤として使用できる方法を見つけるべく研究が行われている。１９９０年にＤｒ．Ｍ．Ｉｗａｍｏｔｏは、Ｃｕ−ＺＳＭ−５（Ｃｕ交換ゼオライト触媒）を触媒として、かつディーゼル油を還元剤として使用するという情報を発表した。Ｄｒ．Ｍ．Ｉｗａｍｏｔｏ（Ｍ．Ｉｗａｍｏｔｏ，Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  ＮＯ  ｏｎ  ｃｏｐｐｅｒ  ｉｏｎ−ｅｘｃｈａｎｇｅｄ  ｚｅｏｌｉｔｅ  ｃａｔａｌｙｓｔｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｍｅｅｔｉｎｇ  ｏｎ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｏｆ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｍｏｎｏｘｉｄｅ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｎｕａｒｙ  １９９０，ｐ．１７）は、Ｏ2が存在する場合、ＮＯｘ還元においてＣｕ−ＺＳＭ−５（銅イオン交換ゼオライト）がかなり活性を有することを見いだしており、試験で用いた炭化水素はＣ2Ｈ4、Ｃ3Ｈ6、及びＣ3Ｈ8であった。１９９６年にはＳ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ（Ｓ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ｔｏｙｏｔａ，ＤｅＮＯｘ  ｃａｔａｌｙｓｔ  ｆｏｒ  ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  ｌｅａｎ  ｂｕｒｎ  ｅｎｇｉｎｅ；Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  Ｔｏｄａｙ  ２９（１９９６）４３−４５）が「Ｃｕ−ＺＳＭ−５の耐久性は実用化には不十分である」と結論付け、「貴金属、アルカリ土類金属、アルミナなどいくつかの金属酸化物」からなるＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）を紹介した。Ｔｏｙｏｔａは、現在ＤｉＡｉｒシステムと呼ばれる、脱硫酸化中にＨＣを脈動注入するＮＳＲシステム（Ｋ．Ｙｏｓｈｉｄａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｔｏｙｏｔａ，Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ＮＳＲ  ａｎｄ  ＤｉＡｉｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｔｏ  Ａｃｈｉｅｖｅ  Ｃｌｅａｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｕｎｄｅｒ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｃｙｃｌｅ；ＳＡＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ２０１４−０１−２８０９）の開発を続けている。しかしながら、他方ではＺＳＭ−５触媒の開発も続けられている。Ｃｕ−ＺＳＭ−５触媒には、高温で水分を含む気体中での活性喪失や、気体中の硫黄による活性の段階的喪失など、数々の欠点があることが開示されている（Ｓ．Ａ．Ｙａｓｈｎｉｋ  ｅｔ  ａｌ．，Ｔｈｅ  Ｃｕ−ＺＳＭ−５  Ｃａｔａｌｙｓｔｓ  Ｗａｓｈｃｏａｔｅｄ  ｏｎ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈ  ｆｏｒ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｆｏｒ  Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  １１（２００３）３０９−３１９）。更に、半酸化炭素結合部が触媒に吸着することも問題となりかねない。ＣｅをＣｕ−ＺＳＭ−５に添加することで湿性ガス活性が高まり、これによりＣｕＯの形成が妨げられ、これが活性を低下させることが研究からわかっている。
【０００４】
米国特許出願公開第２００７０１４９３８５号明細書は、触媒と還元剤としてのディーゼル油とを併用して、ディーゼルエンジンからのＮＯｘ排気を低減するシステムを開示している。システムは、ディーゼル油を分解する、ＮＯｘ還元のための多機能触媒を適用し、白金族金属などの触媒部分酸化材料は、コーク付着物を水素及び一酸化炭素に変換するロジウム、白金、イリジウム、パラジウム、オスミウム、及びルテニウムからなる群から選択される元素を含む。このシステムの不利益の１つは、高価な貴金属の使用が必要なことである。従って、貴金属が必須でない、還元剤としてディーゼル油を適用してＮＯｘを還元する改善された選択触媒還元システム及び選択触媒還元方法が必要とされている。欧州特許出願公開第１１１１２１２号明細書は、ディーゼル油を還元剤として適用するディーゼルエンジン排気のための選択触媒ＮＯｘ還元システムを記載している。該システムは、直列に配置されたディーゼル油インジェクタ、選択触媒還元反応器、及びいくつかの選択触媒還元セクションを備える。触媒セクションはそれぞれいくつかの触媒層を含む。しかしながら、隣接するセクション間の距離は非常に小さい。そのため、このシステムはＮＯｘ還元の最適な解決策を提供していない。欧州特許第１８９３３２１号明細書は、排気ガス流の中に互いに距離Ｌで設けられた第１及び第２の触媒反応器層を備えるＮＯｘ還元システムを開示している。触媒の第１及び第２の層は、互いからある程度の距離Ｌの離れた状態を維持し得る。本先行技術文献には、一般に滞留時間が減少するに従って性能が向上すると記されている。本発明の発明者の理解によれば、その逆である。つまり、層間の滞留時間が増えるに従って性能が向上する。しかしながら、一定の滞留時間後にわずかにすぎない。本発明の目的は、還元剤としてディーゼル油を適用してＮＯｘを還元する改善された選択触媒還元システム及び選択触媒還元方法であって、前述の先行技術の不利益を軽減又は排除するシステム及び方法を提供することである。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、請求項１に記載のシステム及び請求項９に記載の方法によって達成することができる。好ましい実施形態は、従属の下位請求項に定義し、以下の記述で説明し、添付の図面で例示する。
【０００６】
選択触媒還元システムは、ディーゼルエンジン排気中の窒素酸化物を、触媒を用いて二原子窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に変換するために、ディーゼル油を還元剤として適用する。この選択触媒還元システムは、
・油注入システム
・反応器
・互いにゼロでない距離を置いて設けられた複数の層を備えるセクションに設けられた多数の選択触媒還元触媒を備える。本発明に従って、層間の距離は、各層間で排気の最小平均滞留時間がもたらされるよう選択され、気体分子が１つの層から次の層まで移動する最小平均滞留時間は０．０２５秒以上、好ましくは０．０４秒以上、最も好ましくは０．１３５秒以上である。最小平均滞留時間は、一定温度で一様流であるという想定に基づいて計算するため、平均滞留時間は、層間の距離に断面積を乗じた値を、１つの層から次の層までの体積流量で割った値として計算し得る。平均滞留時間は、平均滞留時間のこの所定の最小時間よりも長くてもよいが、短くはならない。最初に、体積流量Ｑは断面積に気体の速度を乗じた値であると想定する。
【数１】
2021515872.tif 000003
平均速度ｖは、層間の距離ｄを、１つの層から次の層までの平均滞留時間Δｔで割った値として計算する。
【数２】
2021515872.tif 000004
上式で、ｄは１つの層から次の層までの距離であり、Δｔは１つの層から次の層までの気体粒子の平均滞留時間である。ここから以下のようになる。
【数３】
2021515872.tif 000005
所望の最小滞留時間が実験的に決定されたとき、最小距離は以下のように計算し得る。
【数４】
2021515872.tif 000006
層の後の空間で生じる反応の一部は発熱性であることから、温度が上昇していなければ、もはやさしたる工程が行われていないため、最小滞留時間は、触媒還元触媒の層を出る気体の温度プロファイルを調べることによって決定し得る。代替的に、層での触媒工程を経て消費される反応物質の一部が存在するか否かを検出し得るため、これらの物質の半減期の時間を決定し、それにより、これらの反応物質の事前に定めた割合、例えば８５％で所望の反応が起こった時間を推定することができる。また、層間の距離、すなわち平均滞留時間を変化させられる所定の反応器で最終生成物を調べることで、反応器を通過した気体中の汚染物質について事前に量を定義していれば、いつ滞留時間の最小値に達し得るかを決定することができる。
【０００７】
第１の層に入る排気の温度は、次の層に入る排気の温度と比べて高くなる。従って本発明は、反応器の下流で温度が増加する解決策を提供する。実験から、前述の時間で定義され、かつ前述の方法で定義されるゼロでない距離を選択することによって、非常に効率的な選択触媒還元システムが得られることが示されている。一実施形態では、気体分子が１つの層から次の層まで移動する平均滞留時間は少なくとも０．０２５秒である。一実施形態では、気体分子が１つの層から次の層まで移動する平均滞留時間は少なくとも０．０４秒である。一実施形態では、気体分子が１つの層から次の層まで移動する平均滞留時間は少なくとも０．１３５秒である。ある実施形態では、反応器に少なくとも３つの層が設けられている。この層の数によって、所望の累積分解率を容易に実現される。ある実施形態では、反応器に少なくとも４つの層が設けられている。ある実施形態では、反応器に少なくとも５つの層が設けられている。ある実施形態では、反応器に少なくとも６つの層が設けられている。以下に詳細に説明するように、層間で生じる反応は次のとおりである。
ＮＨ4+＋ＮＯ2→Ｎ2＋２Ｈ2Ｏ
このとき、反応物質ＮＨ4+及び／又はＮＯ2の存在の有無は、高温気体中で決定し得る可能性がある。
【０００８】
これにより、先行技術と比べて優れた性能を有する、還元剤としてディーゼル油を適用してＮＯｘを還元する改善された選択触媒還元システム及び選択触媒還元方法を提供することができる。ディーゼル油を反応物質とすることにより、船舶上に尿素を貯蔵するタンクの必要性や、尿素を供給する複雑になりがちな物流管理が排除される。油を注入する費用は、尿素を注入する費用とおおよそ同じである。４ストローク中速ディーゼルエンジンでは、注入した油のエネルギー含量の約７５％を、下流に設置された排気ガスボイラで回収し、水、電気、又は熱の生成に用いることができる。つまり、実際の運用費はディーゼルエンジンで使用する油の２％にまで低下する。ディーゼル油は、ディーゼルエンジンで使用するよう構成された液状流体（燃料油を含む）を意味する。従って、ディーゼル油という用語は、中間燃料油よりも軽油が少ない軽油と重油の混合物である「船舶用留出ディーゼル（ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ  ｍａｒｉｎｅ  ｄｉｅｓｅｌ）」とも呼ばれる船舶用ディーゼル油を含む。ディーゼル油という用語は、船舶用燃料を含むあらゆる燃料油を含む。更に、反応物質として油を使用すると、硫酸水素アンモニウム（ＮＨ4）ＨＳＯ4又は硫酸アンモニウム（ＮＨ4）2ＳＯ4の生成により、触媒がブロックされるリスクが排除される。
【０００９】
本発明による選択触媒還元システムの反応器は、触媒を用いた従来の尿素ＳＣＲ反応器よりも重量が約４０％軽い。従って、本発明は反応器の重量を低減できる。工程は約３２０〜約３６０℃、例えば約３５０℃の排気温度で開始するが、工程により温度が上昇するため、最低限３１０℃の排気温度で動作を継続させることができる。反応物質の注入及び蒸発のための管の長さは、尿素選択触媒還元システムの管の５分の１とし、かつ従来の鋼鉄製とすることができる。２ストロークディーゼルエンジンでは、本発明による反応器の温度上昇のために、ディーゼルエンジン特有の燃料消費がわずかに増加する。
【００１０】
本発明による選択触媒還元システムは、ディーゼルエンジンで触媒を用いて窒素酸化物（ＮＯｘ）を二原子窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に変換するよう構成される。化学的工程は、以下の統合された３つの触媒ステップを含む。
・注入油の分解
・不均一ＮＯｘ変換、及び次の反応で用いられるラジカルの形成
・触媒の下流での均一ＮＯｘ変換
分解工程中、反応物質は、（第１のセクションの）第１の触媒層に到達する前に液滴の最低８０％が蒸発しているように、（セクションの）触媒層の上流で、液滴として排気ガスに注入される。選択触媒還元システムは、油を排気に均等に分散させるよう構成された構造を備える。蒸発した油は触媒層の表面で分解される。しかしながら、蒸発した油の一部は、次の触媒層に到達するまで未分解の蒸発した油として存在し続け得る。工程の進行中、反応器内の温度は上昇する。温度が上昇するため、最小限の注入油のみシステムを通過する。分解は主に触媒層の表面で行われる。第１の層上での分解は最低４０％と予想される。従って、いくつかの層が互いに距離を置いて設けられていることが好ましい。各層の分解率が４０％のとき、３層以上を備えていることが望ましい。
【００１１】
ディーゼル油は比較的長鎖の炭化水素結合を含む。これらの炭化水素結合は、触媒工程中に短鎖炭化水素結合に分解される。これらの炭化水素結合は、セクションの触媒層に入るのに十分なほど短い。従って、ＮＯがＮ2とＨ2Ｏに変換される一方で、ラジカル（ＮＨ4+）はＮＯ2と反応して、Ｎ2とＨ2Ｏに変換される。（ＮＯｘ変換の）起こり得る化学反応を以下に示す。行われるＮＯの酸化は以下のように表し得る。
（１）ＮＯ＋1／2Ｏ2→ＮＯ2
（２）ＮＯ＋ＮＯ2＋２Ｈ+→２ＮＯ+＋Ｈ2Ｏ
行われる不均一触媒化は以下のように表し得る。
（３）２Ｃ4Ｈ8＋１０Ｏ2＋２ＮＯ+→Ｎ2＋２ＣＯ＋６ＣＯ2＋８Ｈ2Ｏ
（４）Ｃ3Ｈ6＋ＮＯ+＋２，５Ｏ2→ＮＨ4+＋ＣＯ＋２ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ
層間で行われる均一な工程は以下のように表し得る。
（５）ＮＨ4+＋ＮＯ2→Ｎ2＋２Ｈ2Ｏ
【００１２】
本発明による好ましい実施形態では、選択触媒還元システムは、触媒粉体が被覆された、ハニカム又は波形材料の基板を備える。本発明による一実施形態では、基板はセラミック材料を含む。本発明による好ましい実施形態では、基板はゼオライトである。本発明による別の実施形態では、基板は金属を含む。本発明による更なる実施形態では、基板は金属である。本発明によるまた更なる実施形態では、基板はセラミック材料を含む。本発明による別の実施形態では、基板はセラミック材料である。触媒粉体は、通常、結合剤を用いて基板に添加する。触媒粉体は、ｎ＝５、１１などのＺＳＭ−ｎ系、及びこれらの修飾物を含み得る。例えばＺＳＭ−ｎ系触媒の銅（Ｃｕ）は鉄（Ｆｅ）又はマグネシウム（Ｍｇ）と交換し得る。本発明による好ましい実施形態では、触媒粉体は、少なくとも基板を覆う被覆として設けられる。一実施形態では、触媒粉体は１．５〜４質量％のＣｕを含む。一実施形態では、触媒粉体は２．０〜３．５質量％のＣｕを含む。試験から、触媒粉体は２．５〜３質量％のＣｕを含むと有利であり得ることが示されている。好ましい実施形態では、触媒粉体は２．７〜２．９質量％のＣｕ、例えば２．８質量％のＣｕを含む。
【００１３】
本発明による一実施形態では、選択触媒還元システムは触媒粉体を含み、このとき、１つ又は複数の遷移金属及び１つ又は複数の安定化金属はゼオライトで支持されている。ゼオライトがアルミナシリケートであると有益であり得る。ゼオライトはＺＳＭ−５、ＺＳＭ−１１、ＺＳＭ−１２、モルデン沸石、又はフェリエライト（Ｆｅｒｒｅｒｉｔｅ）を含み得る。遷移金属はＣｕ、Ｆｅ、及びＭｇのうち１つ又は複数を含み得る。遷移金属はＣｅ及びＺｒのうち１つ又は複数を安定化金属として更に含み得る。Ｃｕを最初に添加し、か焼後にＣｅ及び／又はＺｒを添加、又は同一作業でＣｅ及び／又はＺｒを添加し得る。Ｃｕ並びにＣｅ及び／又はＺｒは、同一作業で添加した後に５５０℃未満の温度でか焼し得る。触媒粉体は、結合剤を用いて、ハニカム形状又は波形状の基板上に被覆し得る。基板は金属系又はセラミック系であり得る。
【００１４】
本発明による好ましい実施形態では、セリウム（Ｃｅ）若しくはジルコニウム（Ｚｒ）、又はセリウム（Ｃｅ）及びジルコニウム（Ｚｒ）は、より安定した（時間の関数としてより効率的な）方法及びその方法を実行するのに用いる反応器を提供するために、任意選択で、添加の間にか焼を含む１つ又は２つの順序で使用される。結合剤は５０％以下のＴｉＯ2を含み得る。（触媒スラリ中の）Ｃｕ含有量は約１〜４質量％、好ましくは１．７〜３．５質量％の範囲が適切であり得る。本発明による好ましい実施形態では、（触媒スラリ中の）Ｃｕ含有量は２．８〜３．１質量％の範囲である。被覆の厚さは１０〜２００μｍの範囲、好ましくは２０〜１５０μｍ、例えば３０〜１００μｍ、例えば約５０μｍの範囲であり得る。Ｃｅは触媒粉体中に１〜５質量％の範囲、好ましくは２．２〜３．０質量％の範囲、例えば約２．３質量％で存在すると有利であり得る。Ｚｒは触媒粉体中に１〜３質量％の範囲、好ましくは約１．８質量％で存在すると有益であり得る。炭化した堆積物の量は、支持金属を添加する順序に依存し得る。最初にＣｕを添加し、か焼後にＣｅを添加し得る。別法としてＣｕ及びＣｅは、同じ順序で、途中でか焼させずに添加し、炭化した堆積物を大幅に低減させ得る。Ｃｕを使用する代わりに、鉄（Ｆｅ）又はマンガン（Ｍｇ）を使用することができる。
【００１５】
選択触媒還元システムはプログラマブルロジックコントローラを備えると有利であり得る。本発明による好ましい実施形態では、注入油の量は、空気・油混合注入又は「オンオフパルス」注入のいずれかを用いて制御する。空気・油混合注入の場合、空気圧を調節して、プログラマブルロジックコントローラによって制御されるエンジン負荷の関数として油量を変化させ得る。油をパルス（「オンオフ」）で注入する場合、注入油の量はパルスの周波数を変化させることによって制御し得る。周波数は、プログラマブルロジックコントローラによって制御されるエンジン負荷の関数として調節し得る。ディーゼル油は、排気を反応器に導入する管に注入し得る。上記管は、反応器の外部で注入が行えるように、反応器の前に配置し得る。しかしながら、注入されたディーゼル油が排気によって蒸発してから反応器内のセクションの層に入るのであれば、ディーゼル油を反応器内に注入してもよい。油は、空気・油混合注入、又はパルス注入、又はこれらの組み合わせを用いて液滴で注入すると有利であり得る。プログラマブルロジックコントローラは、ディーゼルエンジン負荷と回転速度に従って動作を制御するよう構成し得る。プログラマブルロジックコントローラは、好ましくは、１つ又は複数のパラメータ（例えば圧力又は温度）が所定の範囲から外れた場合に、プログラマブルロジックコントローラが警報を発せるようにする統合安全システムを備え得る。有線の安全システムをプログラマブルロジックコントローラと併用し、プログラマブルロジックコントローラに問題が起こった場合に安全性を確保すると有利であり得る。
【００１６】
選択触媒還元システムは油注入システムを備える。油注入システムは、油を反応器に注入し、これにより前述のＮＯ酸化工程が実行されるよう配置及び構成されている。油は第１の触媒層（セクション）の下に、又は第１の触媒層（セクション）の下及び２つの触媒層（セクション）の間の両方に注入し得る。油注入システムは、特定の大きさを有する好適な数のノズルを備え得る。選択触媒還元システムは、各セクションの第１の触媒層の下に空気を（例えば一定の時間間隔で）供給して触媒入口面を清潔に保つよう配置されたスートブロワを備えていると有利であり得る。選択触媒還元システムは、前述のＮＯ酸化工程が実行可能な反応器を備える。反応器は、ＮＯ酸化工程を促進するために、セクションを収容するよう構成されている。選択触媒還元システムは、第１のセクションの別々の層に設けられた多数の選択触媒還元触媒を備え、このとき選択触媒還元システムは、別々の層に多数の選択触媒還元触媒を備える少なくとも１つの追加のセクションを備え、このとき少なくとも１つの追加のセクションは、第１のセクションからゼロでない距離を置いて設けられている。選択触媒還元システムは、１つ、２つ、又はそれ以上のセクションを備え得る。少なくとも１つのセクションにおいて、触媒還元システムを備える層間の距離、すなわち特定の最小平均滞留時間は、体積流量、断面積、及び層間の距離を相応に定めることによって、所望の最小滞留時間に達するよう維持される。選択触媒還元システムは３つのセクションを備え得る。
【００１７】
選択触媒還元システムは、２ストロークディーゼルエンジン又は４ストロークディーゼルエンジンで使用し得る。選択触媒還元システムは、船舶用の２ストロークディーゼルエンジン又は４ストロークディーゼルエンジンに設置又はこれで使用するよう構成されていると有利であり得る。層間に設けられているゼロでない距離は、５〜５００ｍｍの範囲、好ましくは１０〜４００ｍｍ、例えば２０〜２５０ｍｍであると有利であり得る。これにより、体積流量及び断面図が好ましい限度内にあるとすれば、気体に必要な最小平均滞留時間はこれらの距離によってもたらされ得るため、必要な化学的工程が実行されるよう促進できる。更にゼロでない距離は、１つ又は複数の触媒層の厚さ、及び適用する１つ又は複数の触媒に依存し得る。選択触媒還元システムは、反応器に移動自在に取り付けられた多数の扉を備えると有利であり得る。これにより、扉を通じてセクションにアクセスすることで、セクションを交換又は上下を逆に転回させることができる。扉は反応器に回転自在に取り付け得る、又は反応器に、若しくは反応器に取り付けられた構造物に摺動自在に、若しくは着脱自在に取り付け得る。隣接するセクションのうち少なくともいくつかの間に板状部材が設けられていると有利であり得る。板状部材は油の散布を向上させることができ、これにより油の散布がより均一に、ＮＯｘ還元工程がより効果的になる。板状部材が第１のセクションと追加のセクションの間に設けられていると有利であり得る。板状部材がすべての隣接するセクション間に設けられていると有利であり得る。これにより、油を均一に散布することができる。板状部材は、反応器の内部に注入される油を分散させるよう構成されていると有益であり得る。板状部材は、好ましくは、蒸発した油を放射状に外向きに導いて、流路を最適化できるよう成形し得る。
【００１８】
選択触媒還元触媒は、それぞれ５〜２００ｍｍ、好ましくは１０〜１５０ｍｍの範囲内の厚さを有する層に配置されていると有益であり得る。一実施形態では、選択触媒還元触媒は、それぞれ４０〜１２０ｍｍの範囲内の厚さを有する層に配置されている。一実施形態では、選択触媒還元触媒は、それぞれ５０〜１００ｍｍの範囲内の厚さを有する層に配置されている。一実施形態では、選択触媒還元触媒は、それぞれ６０〜９０ｍｍの範囲内の厚さを有する層に配置されている。反応器が、それぞれいくつかの触媒層を備える１つ又は複数のセクションを備えると有利であり得る。選択触媒還元触媒が、Ｃｅ／Ｃｕ−ＺＳＭ−５又はＣｅ−Ｚｒ／Ｃｕ−ＺＳＭ−５から選択され、このとき選択触媒還元触媒を、それぞれＣｕの添加後、並びにＣｅ及びＺｒの添加後にか焼すると有利であり得る。一実施形態では、選択触媒還元触媒は乾燥させてからか焼する。選択触媒還元触媒が、Ｃｅ／Ｃｕ−ＺＳＭ−５又はＣｅ−Ｚｒ／Ｃｕ−ＺＳＭ−５から選択され、このときＣｕ及びＣｅ及びＺｒを同時に添加し、Ｃｕ及びＣｅ及びＺｒの添加後に粉体をか焼すると有利であり得る。一実施形態では、Ｃｕ、Ｆｅ、又はＭｇを添加し、乾燥させ、その後にＣｅ及びＺｒを添加し、粉体を乾燥させた後、か焼する。いずれの触媒も、触媒粉体を基板に結合させる結合剤にＴｉＯ2を添加してよい。基板は、８１〜２５６ｃｐｓｉ（１平方インチ当たりのセル数）の波形鋼板又は波形セラミック板からなる。
【００１９】
本発明による一実施形態では、選択触媒還元システムは酸化触媒を備える。酸化触媒は、好ましくは、ＣＯをＣＯ2に、並びに炭化水素要素（ＨＣ）をＣＯ2及びＨ2Ｏに酸化させるために、選択触媒還元システムの後ろに配置し得る。選択触媒還元システムが、反応器の長手方向軸に沿って中央に伸びる筒状構造物を備えると有利であり得る。これにより、油を最適に散布するために、反応器の中央部に油を注入できる。筒状構造物は、好ましくは、反応器の下方円錐部の長手方向軸に沿って中央に伸びている。筒状構造物が第１のセクションを通って伸び、そこから突き出ていると有益であり得る。筒状構造物は、管として形成され得、例えば金属製又はセラミック材料製であり得る。選択触媒還元システムが拡散器を備えると有利であり得る。これにより、拡散器を使用して、反応器に入る蒸発した油、又は反応器に注入される油（このとき、注入された油は反応器内で蒸発する）の散布を最適化できる。拡散器が筒状構造物の入口部に配置されていると有利であり得る。拡散器は、好ましくは、注入された油を第１のセクションに向けて、その上に拡散するよう適合及び構成され得る。選択触媒還元システムが熱回収ユニットを備えると有利であり得る。これにより、触媒で放出された熱を回収することができる。この熱を用いて蒸気を生成でき、この蒸気を用いて、船内で使用する飲料水又は電気が生成される可能性がある。工程中、反応器全体で温度が上昇する。反応器の後ろの排気温度が上昇するため、反応物質のエネルギー含量の最大７５％を回収できる。一例として、２５００ｋＷ、４ストロークディーゼルエンジン、７５％負荷で７２０ｒｐｍ、排気温度３４０℃であれば、蒸気生成用により質の高い（過熱度が高い）約２３０ｋＷの熱が余分に得られる。蒸気は飲料水又は電気の生成に使用される可能性がある。
【００２０】
本発明による一実施形態では、システムは、システムの少なくとも一部を冷却するよう構成された冷却ユニットを備える。これにより、温度を所定の上限温度より低く維持することができる。注入する油の熱含量Ｑ油は、以下の構成要素の合計で表すことができる。
反応器から環境までの熱損失：Ｑ熱損失
反応器までの入口温度を上昇させる熱：Ｑ入口温度上昇
反応器全体の温度を上昇させる熱：Ｑ反応器全体の温度
酸化触媒による熱損失：Ｑ酸化
従って、これは以下のように表すことができる。
Ｑ油＝Ｑ熱損失＋Ｑ入口温度上昇＋Ｑ反応器全体の温度＋Ｑ酸化
環境Ｑ熱損失を低減するために、反応器の断面は、好ましくは円形であり得る。従って、本発明による好ましい実施形態では、反応器は円形断面を有する部分を備える。反応器が、円筒形で円形断面を有する部分を備えると有利であり得る。
【００２１】
本発明の方法は、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する方法であり、上記方法は、選択触媒還元システムを使用するステップ、並びにディーゼル油を還元剤として適用し、ディーゼルエンジンの排気中で触媒を用いて窒素酸化物（ＮＯｘ）を二原子窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に変換するステップを含み、このとき該方法は、反応器にディーゼル油を供給するステップを含み、このとき該方法は、複数の層を有するセクションに設けられた多数の選択触媒還元触媒を適用することによって、ＮＯ酸化、続いて不均一触媒化工程、続いて均一触媒化工程を含むＮＯｘ変換を行うステップを含む。本方法に従って、層間の距離は、各層間で排気の最小平均滞留時間がもたらされるよう選択され、気体分子が１つの層から次の層まで移動する最小平均滞留時間は０．０２５秒以上、好ましくは０．０４秒以上、最も好ましくは０．１３５秒以上である。これにより、還元剤としてディーゼル油を適用してＮＯｘを還元する改善された選択触媒還元工程を実行し、かつ反応器の最適な機能を常に確保することができる。排気流で使用するディーゼルで常に所望の分解率が得られるよう、排気及びディーゼル流に少なくとも３つの層を通過させると好ましい。該方法は、注入された油を分解し、ラジカルＮＨ4+を形成させる不均一ＮＯｘ変換を行うステップを含み、このときラジカルＮＨ4+が、均一ＮＯｘ変換を行うのに用いられると有益であり得る。該方法は、第１のセクションからゼロでない距離を置いて第２のセクションを設けるステップを含み、このとき、ラジカルＮＨ4+が前述の化学的工程：ＮＨ4+＋ＮＯ2→Ｎ2＋２Ｈ2Ｏで反応できるようにゼロでない距離が選択され、その結果、活性が上昇すると有利であり得る。該方法は、４ストロークディーゼルエンジンの後ろで、又は２ストロークディーゼルエンジンでは排気レシーバと排気タービンの間で、排気流中のＮＯｘを選択触媒還元するために適用されると有益であり得る。該方法は、船舶用ディーゼルエンジンにおいてＮＯｘを選択触媒還元するために適用し得る。
【００２２】
一実施形態では、選択触媒還元システムは、排気ガスを発生させるディーゼルエンジンにおいて、触媒を用いて窒素酸化物（ＮＯｘ）を二原子窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に変換するためにディーゼル油を還元剤として適用するよう構成されており、選択触媒還元システムが、
・油注入システム
・少なくとも第１のセクションに多数の選択触媒還元触媒が設けられた反応器であって、酸化触媒が、排気ガス中で１つ又は複数の成分を酸化させるよう配置されている反応器を備える。これにより、選択触媒還元システムのエネルギー効率を向上させることが可能となる。より高い熱産生が実現できる。余分な熱を用いて、（ガスタービン及び／又は蒸気タービンで駆動する発電機を用いて）発電する、又は海水を蒸発させて水を蒸留（飲料水を生成）することができる。更に選択触媒還元システムは、排気ガスに含まれる炭化水素及び粒子（煤）をすべてＣＯ2に変換できるようにするため、熱産生の増加が可能となる。船舶用ディーゼル油の直接酸化によって実現されるよりも最大８％高い熱産生を実現することができる。従って、注入された油の発熱量の約１００％の熱回収が実現可能である。ディーゼル油よりも高い発熱量を有する短鎖炭化水素では、注入油は８０〜９０％まで分解されるため、これが実現できる。１００％の熱回収という選択肢により、電力生産又は水の生成が可能となる。従って本発明は、活用されているものから反応物質のコストを完全に回収することを可能にし、また選択触媒還元工程によって余分なＣＯ2が放出されない。選択触媒還元システムは、反応器に設けられた流入口を通じて排気を受け入れるように適合されている。反応器は、長鎖炭化水素をより小さな分子、例えば軽炭化水素に分解するよう構成されている。酸化触媒は、以下の過程で、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）に酸化するよう構成されている：ＮＯ＋1／2Ｏ2→ＮＯ2。微粒子フィルタが、蓄積した煤微粒子をＮＯ2酸化によって継続的に酸化するよう構成されていると好ましい。反応器で行われる分解工程によって、温度がＮＯ2煤酸化温度よりも高くなる。従って粒子フィルタにおける燃焼により、更に熱が発生する。これにより、還元剤としてディーゼル油を適用してＮＯｘを還元する改善された選択触媒還元システム及び選択触媒還元方法を提供することができる。
【００２３】
ディーゼル油を反応物質とすることにより、船舶上に尿素を貯蔵するタンクの必要性や、尿素を供給する複雑になりがちな物流管理が排除される。油を注入する費用は、尿素を注入する費用とおおよそ同じである。ディーゼル油は、ディーゼルエンジンで使用するよう構成された液状流体（燃料油を含む）を意味する。従って、ディーゼル油という用語は、中間燃料油よりも軽油が少ない軽油と重油の混合物である「船舶用留出ディーゼル」とも呼ばれる船舶用ディーゼル油を含む。ディーゼル油という用語は、船舶用燃料を含むあらゆる燃料油を含む。更に、反応物質として油を使用すると、硫酸水素アンモニウム（ＮＨ4）ＨＳＯ4又は硫酸アンモニウム（ＮＨ4）2ＳＯ4の生成により、触媒がブロックされるリスクが排除される。本発明による選択触媒還元システムの反応器は、触媒を用いた従来の尿素ＳＣＲ反応器よりも重量が約４０％軽い。従って、本発明は反応器の重量を低減できる。工程は約３４０〜約３６０℃、例えば約３５０℃の排気温度で開始するが、工程により温度が上昇するため、最低限３２０℃の排気温度で動作を継続させることができる。反応物質の注入及び蒸発のための管の長さは、従来の尿素選択触媒還元システムの管の５分の１とし、かつ従来の鋼鉄製とすることができる。
【００２４】
本発明による選択触媒還元システムは、ディーゼルエンジンで触媒を用いて窒素酸化物（ＮＯｘ）を二原子窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に変換するよう構成されている。化学的工程は、以下の統合された３つの触媒ステップを含む。
・注入油の分解
・不均一ＮＯｘ変換、及び次の反応で用いられるラジカルの形成
・触媒の下流での均一ＮＯｘ変換
一実施形態では、酸化触媒及び粒子フィルタは選択触媒還元触媒の後ろに配置されている。選択触媒還元システムは流通型ディーゼル酸化触媒及び煤粒子フィルタ（煤微粒子フィルタともいう）を備えると有利であり得る。これにより、ＮＯ2によるいくつかの排気ガス成分の酸化を促進できる触媒を提供することができる。酸化触媒を通過させたディーゼル汚染物質は、無害な生成物（Ｈ2Ｏ及びＣＯ2）に酸化させることができるため、流通型ディーゼル酸化触媒を用いて制御できる。粒子酸化触媒は、煤粒子を保持する能力を有する特殊なディーゼル酸化触媒であり、液体煤微粒子状物質材料を捕捉して、それが触媒酸化するのに十分な時間にわたって貯蔵するよう構成された装置として造形されている。装置は、通常、物質材料の保持力が飽和しても排気ガスが流れる開放流通通路を有する。捕捉された煤粒子は、再生と呼ばれる工程で気体状生成物に酸化されることで、装置から除去されなければならない。通常、粒子酸化触媒再生は、上流の酸化触媒で生成される二酸化窒素と煤の反応によって達成される。粒子酸化触媒は、再生が行われずに最大容量まで煤が充満しても塞がることはない。むしろ、微粒子状物質の変換効率が徐々に低下し、微粒子状物質の排出物が構造を通り抜けられるようになる。粒子フィルタは、様々な種類の基板を使用し得、流通フィルタ、部分フローフィルタ、部分フィルタ技術、開放微粒子フィルタ、微粒子状物質フィルタ触媒、及び微粒子状物質酸化触媒と呼ばれる。酸化触媒は、ＣＯ、ＨＣ、及びＮＯのうち少なくとも１つを酸化するよう構成された触媒で被覆された壁を備えるウォールフロー型微粒子フィルタであると有利であり得る。
【００２５】
好ましい実施形態では、酸化触媒は、ＣＯ、ＨＣ、及びＮＯのいずれかを酸化するよう構成された触媒で被覆された壁を備えるウォールフロー型粒子フィルタである。ウォールフロー型粒子フィルタは、セラミック材料で、例えばコージェライト、チタン酸アルミニウム、ムライト、又は炭化ケイ素で作られている。ウォールフロー型粒子フィルタは、反対側端部が塞がれた代替チャネルを有するハニカム構造を備え得る。従って、気体がチャネルの開口端部に入ると、反対側端部の栓が、ハニカムチャネルの多孔質壁を通して気体を送り、隣接するチャネルを通して押し出す。チャネル壁の超微細多孔構造は、８５％超の回収効率を達成できるよう促す。ウォールフローフィルタは、多孔質壁を通り抜ける固体粒子を遮り、密着させることによって微粒子状物質を捕捉する。排気ガスは、低圧損を維持するために通過させてよい。ウォールフロー型粒子フィルタは、時間とともに、多孔質壁の内面に残った粒子の層が形成されることにより塞がる可能性があるため、蓄積した微粒子状物質を焼き払う、又は取り除くことでフィルタを再生させる手段を提供する必要がある。蓄積した微粒子状物質を処理する好適な方法の１つが、排気温度が適切なときにフィルタ上でＮＯ2を用いて継続的に酸化すること（「パッシブ酸化」）である。フィルタ温度が十分に高くない場合、ディーゼル油を多めに注入することによってフィルタ温度を上昇させる。捕捉された材料を焼き払うことによって、フィルタが清浄化、又は元の状態に「再生」される。再生の頻度は、背圧を上昇させる煤の蓄積量によって決定する。煤の分解を促すために、フィルタへの被覆という形で触媒を用いる。
【００２６】
酸化触媒は、選択触媒還元触媒と微粒子フィルタの間に設けられていると有利であり得る。酸化触媒は、選択触媒還元触媒及び微粒子フィルタの下流に設けられていると好ましい。これにより、蓄積した煤微粒子を焼き払うために、酸化触媒を用いて一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）に酸化し、微粒子フィルタで二酸化窒素を用いることが可能となる。選択触媒還元システムは発電機を備える、又は発電機に接続されていると有利であり得る。それにより電気が生産され得る。微粒子フィルタが出口を備え、かつ選択触媒還元システムが、タービンに接続された発電機を備える、又はタービンに接続されていると有益であり得、このとき該タービンは微粒子フィルタの出口と流体連通されている。一実施形態では、選択触媒還元システムはタービンに接続されている、又はタービンを備える。タービンが微粒子フィルタから放出された排気を受け入れるようにタービンを配置することによって、排気を用いてタービンを駆動することが可能となる。従って、微粒子フィルタから放出された排気に含まれる余分なエネルギーがタービンの回転を引き起こす。
【００２７】
好ましい実施形態では、タービンはタービンハウジングに回転自在に取り付けられたタービンホイールを備える。高温の排気ガスはタービンの前方にたまり、タービンで運動エネルギーに変換される。それにより、タービンを高速に加速することができる。一実施形態では、排気ガスはタービンホイールのブレードに半径方向に流れ込み、その後、タービンホイールから軸方向に流れ出る。微粒子フィルタは、蒸留装置を備える出口、又は蒸留装置に接続されている出口を備えると有利であり得る。これにより、選択触媒還元システムで発生した熱を飲料水の生成に適用することができる。本発明は以下に示す詳細な説明から、より完全に理解されるであろう。添付図面は例示のみを目的とし、従って本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による選択触媒還元システムの概略図を示す。
【図２Ａ】２ストロークディーゼルエンジンに統合された本発明による選択触媒還元システムの概略図を示す。
【図２Ｂ】４ストロークディーゼルエンジンに統合された本発明による選択触媒還元システムの概略図を示す。
【図３Ａ】本発明による選択触媒還元システムの反応器の概略図を示す。
【図３Ｂ】本発明による選択触媒還元システムの反応器の概略断面図を示し、反応器は、第１のセクション、及び第１のセクションからゼロでない距離を置いて設けられた追加のセクションを有する。
【図４Ａ】本発明による選択触媒還元システムの反応器の概略断面図を示し、該反応器は、第１のセクション、第１のセクションからゼロでない距離を置いて設けられた第２のセクション、及び第２のセクションからゼロでない距離を置いて設けられた第３のセクションを有する。
【図４Ｂ】本発明による選択触媒還元システムの反応器の第１のセクションの一部、及び第１のセクションからゼロでない距離を置いて設けられた第２のセクションの概略断面図を示す。
【図５Ａ】本発明による選択触媒還元システムのマニホールドの上面図を示す。
【図５Ｂ】図５Ａに示すマニホールドの側面断面図を示す。
【図５Ｃ】図５Ａに示すマニホールドの側面図を示す。
【図５Ｄ】図５Ａに示すマニホールドの斜視図を示す。
【図６Ａ】相対活性（１セクションに対する２セクション）をセクション間の滞留時間の関数として示すグラフ。
【図６Ｂ】本発明による選択触媒還元システムの反応器の概略断面図を示し、該反応器は、第１のセクション、及び第１のセクションからゼロでない距離を置いて設けられた追加のセクションを有する。
【図６Ｃ】本発明による反応器のセクションの層の斜視上面図を示す。
【図７】表１は、さまざまな層構成におけるスラリ中のＣｕ濃度（％）、及びｇ／Ｌで測定したスラリ量を示す。図７Ａは、表１に記載する層のＣｕ含有量の関数として触媒活性を示す。図７Ｂは、Ｃｕ含有量の関数としてＮＯｘ還元度を示すグラフである。
【図８】本発明による触媒還元システムの反応器について、３種類のいくらか異なる実施形態の概略断面図を示す。
【図９】図８に示す反応器の一部の拡大図である。
【図１０Ａ】反応器に挿入する触媒入りカセットの実施形態の３Ｄレンダリングを示す。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示すカセットの横断面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａの反応器の側面図である。
【図１１】３つの層を備える反応器の３Ｄ概略断面図を示す。
【図１２】反応器の分解工程を示す。
【図１３Ａ】本発明による選択触媒還元システムの概略側面図を示す。
【図１３Ｂ】反応器の構造を表した選択触媒還元システムを示す。
【図１４Ａ】ＮＯｘ還元を行い、かつ蒸気及び動力を生成するよう構成された、本発明による選択触媒還元システムの概略図を示す。
【図１４Ｂ】ＮＯｘ還元を行い、飲料水を生成するよう構成された、選択触媒還元システムの概略図を示す。
【図１５】ＮＯｘ還元を行い、蒸気及び動力を生成するよう構成された選択触媒還元システムの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の好ましい実施形態を例示する目的の図面を詳細に参照し、本発明の選択触媒還元システム２を図１に示す。
【００３０】
図１は本発明による選択触媒還元システム２の概略側面図である。選択触媒還元システム２は、それぞれ反応器１０の内装部品の一部にアクセスできるようにする扉１８、１８’、１８’’が設けられた反応器１０を備える。これにより、反応器１０内部のセクションを交換又は転回させることができる。反応器１０は下方円錐部２０と上方円錐部２０’に挟まれた円筒中央部を備える。遠位端にフランジ５８が設けられた端管２２は下方円錐部２０の遠位端に設けられている。同様に、遠位端にフランジ５８’が設けられた端管２２’は上方円錐部２０’の遠位端に設けられている。扉１８、１８’、１８’’は反応器１０の中央部に移動自在に（例えば回転自在又は着脱自在に）取り付けられている。反応器１０は水平方向にも垂直方向にも向けられることに注目することが重要である。反応器１０は傾けて配置することもできるため、反応器は水平にも垂直にも角度をつけられる。近位端にフランジ５８が設けられた管２６’は、フランジ５８、５８’を互いに固定することによって端管２２’に取り付けられている。同様に、近位端にフランジ５８が設けられた曲管２６は、フランジ５８、５８’を互いに固定することによって端管２２に取り付けられている。異なる管構成も可能であることに注目することが重要である。本発明による一実施形態では、管２６はまっすぐであってよい。注入ユニット２４は管２６の壁を貫いて伸び、油４０を管２６内に注入するよう構成されている。注入ユニット２４は反応器１０の端管２２に向けて油４０を注入するよう構成されている。従って、注入された油４０は反応器１０に入り、そこでディーゼル油は、選択触媒還元システム２における還元剤として適用される。油（液状）が管２６内の排気に注入されると、ディーゼル油の液滴は蒸発する。従って、本発明による好ましい実施形態では、システムは別途油の蒸発ユニットを必要としない。
【００３１】
選択触媒還元システム２は、第１の導管３４によって反応器１０の第１の部分に、及び第２の導管３４’によって反応器１０の第２の部分に接続された差圧センサ３２を備える。これにより差圧センサ３２は、反応器１０の第１の部分と第２の部分の間にわたる部分の差圧を測定することができる。実用的な理由から、差圧センサ３２は、第１の導管３４によって反応器１０の下部に、及び第２の導管３４’によって反応器１０の上部に接続されていると有利であり得る。従って差圧センサ３２は、触媒が配置されている反応器１０の中央部の差圧を測定することができる。故に差圧センサ３２は、差圧が所定の圧力レベル（例えば１〜１０００ｍｂａｒ、例えば４〜５００ｍｂａｒ、好ましくは８〜１００ｍｂａｒ、例えば１０〜２０ｍｂａｒ）を超えると検出するよう構成されている。選択触媒還元システム２は、好ましくは、差圧が所定の圧力レベルを超えると警報を発するよう構成された警報ユニットを備える。本発明による別の実施形態では、２つの別々の圧力センサが、反応器１０の異なる２箇所で圧力を測定するよう適用される。検出された２つの圧力を比較することによって、２測定点間の圧力差を計算することができる。従って、差圧センサ３２は２つの圧力センサに置き換えられ得る。
【００３２】
選択触媒還元システム２は、反応器１０の下方（入口）部で温度を検出するよう配置及び構成された第１の温度センサ２８を備える。選択触媒還元システム２は、反応器１０の上方（出口）部で温度を検出するよう配置及び構成された第２の温度センサ３０を備える。第１の温度センサ２８及び第２の温度センサ３０を用いて検出した温度を比較することによって、反応器１０の温度上昇を測定することができる。選択触媒還元システム２は、管５４’’を介してディーゼルタンク５０に接続されたポンプ４８を備える。ポンプ４８は、好ましくは、十分に高い圧力を発生させるよう構成されたポンプである。ポンプ４８は注入ユニット２４と流体連通している。ポンプ４８は、管５４’を通して流量センサ４６と接続している。コントロールバルブ４４は管５４を介して流量センサ４６に、また管３６を介して注入ユニット２４に接続されている。管５５は管５４’とディーゼルタンク５０の間に伸びている、従って、ディーゼル油を管５４’からディーゼルタンク５０に戻すことができる。本発明による一実施形態では、選択触媒還元システム２は、並列に接続された２つのポンプ４８（第１のポンプ及び第２のポンプ）を備える。これにより、第１のポンプが故障し、修理又は交換が必要な場合に第２のポンプを適用すること、又はその逆が可能となる。注入ユニット２４の下に（油を回収する）トレイを配置し得る。同様に、漏油を回収するためにポンプの下にトレイを配置し得る。システム２は、好ましくは、十分に大量の漏れが生じた場合に警報を発するよう配置及び構成されたセンサを備え得る。
【００３３】
選択触媒還元システム２はプログラマブルロジックコントローラ６０を備える。差圧センサ３２、温度センサ２８、３０、ポンプ４８、流量センサ４６、及びコントロールバルブ４４は、ケーブル５２、５２’、５２’’によってプログラマブルロジックコントローラ６０に接続されている。しかしながら、この有線接続は（対応する送信機と受信器を適用することによって）無線接続に置き換えることができる。プログラマブルロジックコントローラ６０は、差圧センサ３２、温度センサ２８、３０、ポンプ４８、流量センサ４６、及びコントロールバルブ４４で検出した測定値（センサ入力）を受信する。プログラマブルロジックコントローラ６０は、差圧センサ３２、温度センサ２８、３０、及び流量センサ４６のセンサ入力に基づいて、ポンプ４８及びコントロールバルブ４４を制御するよう構成されている。プログラマブルロジックコントローラ６０は、検出した温度間の差が所定の温度レベルを超えると、又は検出した温度間の差が所定の温度レベルを下回ると警報を発するよう構成し得る。
【００３４】
図２Ａは、２ストロークディーゼルエンジン４に統合された本発明による選択触媒還元システム２の概略図を示す。２ストロークディーゼルエンジン４はピストン７０を備えたシリンダ６６を備える。圧縮機８０は、シリンダ６６と流体連通している掃気レシーバ７６に圧縮空気を供給するよう配置されている。排気ガスは、排気ガスレシーバ７８に接続されている管を通ってシリンダ６６を出る。排気ガスレシーバ７８は排気タービン（エキスパンダ）８２に接続されている。排気ガスレシーバ７８は排気タービン８２の入口と出口の両方に接続されている。コントロールバルブ６８’’’は、ガスレシーバ７８を排気タービン８２の入口に接続する管を通じて流量を制御するよう配置されている。コントロールバルブ６８は、ガスレシーバ７８を出る管からの流量を調節するよう配置されている。選択触媒還元システム２は、油ポンプ４８、油注入器６、及び反応器１０を備える。ポンプ４８は圧油を油注入器６に供給するよう配置されている。油注入器６は圧油を反応器１０に注入するよう配置及び構成されている。ブロワ７２は（圧縮）空気を反応器１０に吹き込むよう配置されている。本発明による好ましい実施形態では、ブロワ７２は、所定の方法で、好ましくは一定の時間間隔で、触媒の各セクションの第１の触媒層の下に空気を吹き込んで、触媒入口面を清潔に保つよう構成されている。反応器１０は排気ガスレシーバ７８の出口と排気タービン８２の間に配置されている。油注入システム６は排気ガスレシーバ７８と反応器１０の間に配置されている。選択触媒還元システム２は、排気ガスレシーバ７８と油注入システム６の間に配置されたコントロールバルブ６８’を備える。
【００３５】
本発明による一実施形態では、ブロワ７２は選択触媒還元システム２の一体部品であり得る。本発明による別の実施形態では、ブロワ７２は選択触媒還元システム２の一体部品ではなく、別個のユニットであり得る。コントロールバルブ６８’’は反応器１０の出口の後ろに配置されている。コントロールバルブ６８’は反応器１０からの流量を調節するよう構成されている。掃気レシーバ７６は排気タービン８２に接続されている。コントロールバルブ７４は掃気レシーバ７６と排気タービン８２の間に設けられている。コントロールバルブ７４は任意の好適な種類及び大きさであり得る。選択触媒還元システム２は、選択触媒還元システム２の多数のユニットを制御するよう構成された制御装置６２を備える。本発明による一実施形態では、選択触媒還元システム２は、ポンプ４８、並びにコントロールバルブ６８、６８’、６８’’、６８’’’、及びブレーキ抵抗７４の少なくとも一部を制御するよう構成された制御装置６２を備える。本発明による好ましい実施形態では、選択触媒還元システム２は、ポンプ４８、コントロールバルブ６８、６８’、６８’’、６８’’’、及びブレーキ抵抗７４、及び油注入システム６を制御するよう構成された制御装置６２を備える。選択触媒還元システム２は（例えば図１に示す）多数のセンサ、及び１つ又は複数のセンサが検出した１つ又は複数のパラメータが所定のレベルを超えた場合、又は所定の温度レベルを下回った場合に警報を発するよう構成された警報ユニットを備え得る。図２Ａに示す選択触媒還元システム２は、（例えば船舶用の）２ストロークディーゼルエンジン２の排気レシーバ７８と排気タービン８２の間でＮＯｘを選択触媒還元するために構成されている。
【００３６】
図２Ｂは、４ストロークディーゼルエンジン４に統合された本発明による選択触媒還元システム２の概略図を示す。４ストロークディーゼルエンジン４はピストン７０を備えたシリンダ６６を特徴とする。圧縮機８０は、シリンダ６６と流体連通している空気冷却器６４に圧縮空気を供給するよう配置されている。排気ガスは、排気ガスレシーバ７８に接続されている管を通ってシリンダ６６を出る。排気ガスレシーバ７８は排気タービン８２に接続されている。反応器１０は排気タービン８２の後ろに配置されている。選択触媒還元システム２は油注入器６及び反応器１０を備える。ディーゼルタンク５０は油注入器６と流体連通している。従って、タンク５０は油を油注入器６に供給するよう構成されている。排気タービン８２は圧油を反応器１０に注入するよう配置及び構成されている油注入器６に接続されている。ブロワ７２は（圧縮）空気を反応器１０に吹き込むよう配置されている。本発明による好ましい実施形態では、ブロワ７２は、所定の方法で、好ましくは一定の時間間隔で、触媒の各セクションの第１の触媒層の下に空気を吹き込んで、触媒入口面を清潔に保つよう構成されている。本発明による一実施形態では、ブロワ７２は選択触媒還元システム２の一体部品であり得る。本発明による別の実施形態では、ブロワ７２は選択触媒還元システム２の一体部品ではなく、別個のユニットであり得る。選択触媒還元システム２は、選択触媒還元システム２の多数のユニットを制御するよう構成された制御装置６２を備える。本発明による一実施形態では、選択触媒還元システム２は、油注入システム６に加え、選択触媒還元システム２の１つ又は複数の構造を制御するよう構成された制御装置６２を備える。選択触媒還元システム２は１つ又は複数のコントロールバルブ（図示せず）を備え得、かつ制御装置６２はこれらのコントロールバルブの１つ又は複数を制御するよう構成され得る。本発明による一実施形態では、制御装置６２は、１つ又は複数のセンサからの１つ又は複数の信号を受信するよう、かつ受信した信号に基づいて１つ又は複数の装置を調節するよう構成されている。制御装置６２は、温度及び／又は差圧の検出に基づいて、１つ又は複数のバルブ及び／又は油注入システム６を制御するよう構成され得る。選択触媒還元システム２は、（例えば図１に示す）多数のセンサ、及び１つ又は複数のセンサが検出した１つ又は複数のパラメータが所定のレベルを超えた場合、又は所定のレベルを下回った場合に警報を発するよう構成された警報ユニットを備え得る。
【００３７】
図３Ａは、本発明による選択触媒還元システムの反応器１０の概略図を示す。反応器１０は、中央部の（矢印で示した流れ方向に対して）下端に配置された第１の扉１８、及び中央部の（矢印で示した流れ方向に対して）上端に配置された第２の扉１８’が設けられた円筒中央部を備える。扉１８、１８’は、反応器１０の内部にアクセスするために開放できるよう、又は取り外せるよう構成されている。これにより、反応器１０の内部に配置された層（図３Ｂ参照）の交換が容易になる。中央部は下方円錐部２０と上方円錐部２０’に挟まれている。その遠位端にフランジ５８’が設けられた端管２２は、下方円錐部２０の遠位端に設けられている。同様に、その遠位端にフランジ５８’が設けられた端管２２’は、上方円錐部２０’の遠位端に設けられている。その近位端にフランジ５８が設けられた曲管２６は、互いに隣接するフランジ５８、５８’の留め具によって端管２２に取り付けられている。管２６は別の構成を備え得る。管２６は、一例として、まっすぐであり得る。圧縮空気を供給するよう構成された圧力タンク３１は、第１の導管及び第２の導管によって反応器１０に接続されている。バルブ３３は圧力タンク３１と反応器１０の間で第１の導管に配置されており、一方、別のバルブ３３’は圧力タンク３１と反応器１０の間で第２の導管に配置されている。反応器１０には、第１の支持脚９０、第２の支持脚９０’、及び第３の支持脚（図示せず）が設けられている。反応器１０は、１つ又は複数の油注入器及び／又は１つ又は複数のコントロールバルブ（図示せず）を制御するよう構成された制御装置を備える選択触媒還元システムに適用され得る。制御装置は、差圧センサ３２を含む１つ又は複数のセンサからの情報を受け取るよう構成され得る。
【００３８】
図３Ｂは、本発明による選択触媒還元システムの反応器１０の概略断面図を示す。反応器１０は基本的に図３Ａに示す反応器と一致する。反応器１０は、下方円錐部２０と上方円錐部２０’に挟まれている円筒中央部を備える。その遠位端にフランジ５８’が設けられた端管２２は、下方円錐部２０の遠位端に設けられている。同様に、その遠位端にフランジ５８’が設けられた端管２２’は、上方円錐部２０’の遠位端に設けられている。円筒中央部の内部には、第１のセクション１４、及び第１のセクション１４からゼロでない距離Ｄ3をおいて追加のセクション１６が設けられている。第１のセクション１４と追加のセクション１６の間に板状部材が設けられている。板状部材８４は、反応器１０の内部に注入された油を分散させるよう構成されている。各セクション１４、１６は、それぞれいくつかの層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、及びＳ1’、Ｓ2’、Ｓ3’を備える。隣接する層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’間の距離、及び第１のセクション１４と追加のセクション１６の間の距離Ｄ3によって、前述した以下の均一触媒化ステップにおける反応を通じて影響を及ぼすフリーラジカルＮＨ4+を発生させる時間がもたらされる。
（５）ＮＨ4+＋ＮＯ2→Ｎ2＋２Ｈ2Ｏ
従って、隣接する層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’の間、及び第１のセクション１４と追加のセクション１６の間にゼロでない距離を設けることによって、反応器１０の効果と効率を向上させることができる。隣接する層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’間の距離、及び第１のセクション１４と追加のセクション１６の間の距離Ｄ3は、フリーラジカルＮＨ4+の最大効果が得られるように選択され得る。距離Ｄ3は５〜１０００ｍｍ、好ましくは５０〜５００ｍｍの範囲、例えば１００〜４００ｍｍである。
【００３９】
拡散器８８は下方円錐部２０に設けられている。拡散器は、注入油４０を混合し、第１のセクション１４の第１の層Ｓ1に向けて、その上に拡散するよう構成されている。処理される排気は、第１の末端９２に設けられた入口を通って反応器１０に入り、第１のセクション１４及び第２のセクション１６を通過し、第２の末端９４に設けられた出口を通って反応器１０から出る。排気はガス状の注入油４０を運ぶ。ガス状の油４０は、最初に拡散器８８によって外側へ導かれる。閉鎖構造１３４、１３４’、１３４’’は各層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3の延長線上に放射状に伸びている。従って、閉鎖構造１３４、１３４’、１３４’’は蒸発したディーゼル油４０を、層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3に設けた通路を（軸方向に）通過させる。第１のセクション１４は、互いの上に隙間を空けて配置された３つの層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3を備える。同様に、第２のセクション１６は互いの上に配置された３つの層Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’を備え、隣接する層Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’の間に距離が設けられている。第１のセクション１４の層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、及び第２のセクション１６の層Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’は、Ｃｅ／Ｃｕ−ＺＳＭ−５系触媒又はＣｅ−Ｚｒ／Ｃｕ−ＺＳＭ−５系触媒を形成し得る。Ｃｅ／Ｃｕ−ＺＳＭ−５系触媒を用いる場合、触媒は、好ましくは、それぞれＣｕの添加後、並びにＣｅ及びＺｒの添加後にか焼し得る。Ｃｅ−Ｚｒ／Ｃｕ−ＺＳＭ−５系触媒を用いる場合、Ｃｕ及びＣｅ及びＺｒは、好ましくは同時に添加し得、粉末は、好ましくはＣｕ及びＣｅ及びＺｒの添加後にか焼し得る。いずれの触媒も、触媒粉体を基板に結合させる結合剤にＴｉＯ2を添加し得る。基板は、８１〜２５６ｃｐｓｉ（１平方インチ当たりのセル数）の波形鋼板又は波形セラミック板からなり得る。
【００４０】
第１のセクション１４の層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、及び第２のセクション１６の層Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’は、基本的に同じ厚さであり得る。各層の厚さは５〜５００ｍｍ、好ましくは１０〜２５０ｍ、例えば４０〜１５０ｍｍ、例えば７５ｍｍであり得る。本発明による好ましい実施形態では、層Ｓ1の厚さは５〜５００ｍｍ、好ましくは１０〜２５０ｍ、例えば４０〜１５０ｍｍ、例えば７５ｍｍである。本発明による好ましい実施形態では、層Ｓ2の厚さは５〜５００ｍｍ、好ましくは１０〜２５０ｍ、例えば４０〜１５０ｍｍ、例えば７５ｍｍである。本発明による好ましい実施形態では、層Ｓ3の厚さは５〜５００ｍｍ、好ましくは１０〜２５０ｍ、例えば４０〜１５０ｍｍ、例えば７５ｍｍである。本発明による好ましい実施形態では、層Ｓ1’、Ｓ2’、及びＳ3’の厚さは５〜５００ｍｍ、好ましくは１０〜２５０ｍ、例えば４０〜１５０ｍｍ、例えば７５ｍｍである。本発明による好ましい実施形態では、層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3は種類及び直径が同一である。本発明による別の実施形態では、層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3は種類及び／又は厚さが異なる。板状部材８４は第１のセクション１４と第２のセクション１６の間に配置されている。中央に配置された管として形成された筒状構造物８６は、反応器１０の下方円錐部２０の長手方向軸に沿って伸びている。蒸発した油４０’は、２つのセクション１４と１６の間の空間に投入される。筒状構造物８６の遠位端は、板状部材８４まで距離ｈをおいて設けられている。板状部材８４は、蒸発したディーゼル油４０’を反応器１０の周縁に向けて放射状に導くよう構成及び配置されており、そこから、蒸発したディーゼル油４０’は第２のセクション１６の第１の層Ｓ1’に向けて導かれる。
【００４１】
本発明による選択触媒還元システムは、ＣＯをＣＯ2に、並びにＨＣをＣＯ2及びＨ2Ｏに酸化させるよう構成された追加の酸化触媒反応器（図示せず）を備え得る。追加の酸化触媒反応器は、好ましくは、反応器１０の後ろに配置し得る。第１のセクション１４の（反応器１０の入口９２の最も近くに配置された）第１の触媒層Ｓ1及び第２のセクション１６の第１の触媒層Ｓ1’の下に、一定の時間間隔で空気を吹き込んで、触媒入口面を清潔に保ち得る。これは（図２Ａ及び図２Ｂに示す）ブロワによって行い得る。セクション１４、１６の触媒により、３つの統合された触媒工程が確実に以下を含む。
・油の分解
・不均一ＮＯｘ変換、及び次の反応で使用されるラジカルの形成
・触媒の下流での均一ＮＯｘ変換
温度は第１のセクション１４全体で上昇する。この温度上昇ΔＴ1を図３Ｂに示す。同様に、第２のセクション１６全体で温度が上昇する。この温度上昇ΔＴ2も図３Ｂに示す。本発明による好ましい一実施形態では、選択触媒還元システムは、反応器１０の後ろに配置された廃熱回収システムを備える。これにより、廃熱回収システムは反応器１０の触媒で放出された熱を回収できる。回収した熱を用いて、（船舶用ディーゼルエンジンで選択触媒還元システムを用いて排気流中のＮＯｘの選択触媒還元を行う場合、船内で使用し得る）飲料水又は電気を生成するための蒸気を生成し得る。
【００４２】
図４Ａは、本発明による選択触媒還元システムの反応器１０の概略断面図を示す。選択触媒還元システムは、第１のセクション１４、第１のセクション１４からゼロでない距離Ｄ1をおいて設けられた第２のセクション１６、及び第２のセクション１６からゼロでない距離Ｄ2をおいて設けられた第３のセクション１６’が設けられた反応器１０を備える。反応器１０は基本的に図３Ａ及び図３Ｂに示す反応器と一致する。反応器１０は、下方円錐部２０と上方円錐部２０’に挟まれている円筒中央部を備える。その遠位端にフランジ５８’が設けられた端管２２は、下方円錐部２０の遠位端に設けられている。同様に、その遠位端にフランジ５８’が設けられた端管２２’は、上方円錐部２０’の遠位端に設けられている。ただし、円筒中央部の内部には、第１のセクション１４、及び第１のセクション１４からゼロでない距離Ｄ1をおいて追加のセクション１６が設けられている。第２の板状部材８４’は、追加の（第２の）セクション１６と第３のセクション１６’の間にゼロでない距離Ｄ2をおいて設けられている。板状部材８４、８４’は、反応器１０の内部に注入された油４０’を分散させるよう構成されている。第１のセクション１４と追加のセクション１６の間の距離Ｄ1、並びに隣接する層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’の間の距離により、二酸化窒素（ＮＯ2）を用いて二原子窒素ガス（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）を形成する反応を通じて影響を及ぼすフリーラジカルＮＨ4+を発生させる時間がもたらされる。同様に、追加のセクション１６と第３のセクション１６’の間の距離Ｄ2、並びに隣接する層Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’の間の距離により、二酸化窒素（ＮＯ2）を用いた前述の反応を通じて影響を及ぼすフリーラジカルＮＨ4+を発生させる時間がもたらされる。隣接するセクション１４、１６、１６’の間、及び隣接する層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’、Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’の間にゼロでない距離Ｄ1、Ｄ2を設けることによって、反応器１０の効果と効率を向上させることができる。上記距離は、好ましくは、フリーラジカルＮＨ4+の最大効果が得られるように選択し得る。距離Ｄ1、Ｄ2は５〜１０００ｍｍ、好ましくは５０〜５００ｍｍの範囲、例えば１００〜４００ｍｍであり得る。本発明による好ましい一実施形態では、距離Ｄ1、Ｄ2は同一である。隣接する層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’、Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’間の距離は５〜１０００ｍｍ、好ましくは２５〜５００ｍｍの範囲、例えば５０〜４００ｍｍであり得る。
【００４３】
筒状構造物８６は、反応器１０の下方円錐部２０の長手方向軸に沿って中央に伸びている。筒状構造物８６は第１のセクション１４を通って伸び、そこから突き出ている。拡散器８８は筒状構造物８６の入口部に配置されている。拡散器８８は、注入油を混合し、第１のセクション１４の第１の層Ｃ1に向けて、その上に拡散するよう適合及び構成されている。選択触媒還元システムが設置されたエンジンからの排気は、第１の末端９２に設けられた入口を通って反応器１０に入り、第１のセクション１４、第２のセクション１６、及び第３のセクション１６’を通過し、第２の末端９４に設けられた出口を通って反応器１０から出る。第１のセクション１４は、互いの上に配置された３つの層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3を備え、隣接する層は互いから軸方向に間隔を空けている。第２のセクション１６は互いの上に配置されたいくつかの層Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’を備え、互いに間隔を空けている。第３のセクション１６’は、互いに間隔を空けたいくつかの層Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’を備える。セクション１４、１６、１６’は図３Ｂに関して説明したセクションと同じ種類であり得る。セクション１４、１６、１６’は図３Ｂに関して説明したセクションと同じ形状（厚さを含む）であり得る。温度は全セクション１４、１６、１６’全体で上昇する。各セクション１４、１６、１６’全体の温度上昇ΔＴ3、ΔＴ4、ΔＴ5を図４Ａに示す。本発明による好ましい一実施形態では、選択触媒還元システムは、反応器１０の後ろに配置された廃熱回収システム（図示せず）を備える。これにより、廃熱回収システムは反応器１０の触媒で放出された熱を回収できる。従って、回収した熱を用いて、（船舶用ディーゼルエンジンで選択触媒還元システムを用いて排気流中のＮＯｘの選択触媒還元を行う場合、船内で使用し得る）飲料水又は電気を生成するための蒸気を生成し得る。
【００４４】
図４Ｂは、第１の層Ｓ1の一部、及び第１の層Ｓ1からゼロでない距離を置いて設けられた第２の層Ｓ2の近接概略図を示す。隣接する層Ｓ1、Ｓ2は、本発明による選択触媒還元システムの反応器において隣接する複数のセクションのうちの同じセクションの層であり得る。各層Ｓ1、Ｓ2は、層Ｓ1、Ｓ2を通って伸びる複数の通路１１２、１１２’が設けられた構造を備える。各層Ｓ1、Ｓ2は、被覆として基板に付着させた触媒粉体１０９、１０９’に、少なくとも部分的に、好ましくは完全に覆われた基板１０８、１０８’を備える。分解工程は反応器内での第１の工程ステップである。反応物質として用いられるディーゼル油は、第１の層Ｓ1の触媒層の上流へ（矢印で示した方向に）小液滴として排気に注入される。油の注入は、好ましくは、第１の触媒層Ｓ1に到達する前に油液滴の最低８０％が蒸発するように行われる。選択触媒還元システムは、排気に油を均等に分散させるよう構成されている。蒸発した油は触媒層Ｓ1の表面で分解される。従って、分解された油１１０は、基板１０８、１０８’の遠位部に存在することになる。油の一部は、未分解で第１の触媒層Ｓ1及び第２の触媒層Ｓ2の通路１１２、１１２’に向かって流れ得る。（図４Ａに関して説明したように）温度上昇のために、最小限の注入油のみがシステムを通過している。選択触媒還元システムを船舶エンジンで使用する場合、ディーゼル油は比較的長鎖の炭化水素（ＨＣ）結合を含む。これらの結合は、触媒工程中に短鎖ＨＣ結合に分解される。従って短鎖ＨＣ結合は、触媒層に入り、ＮＯをＮ2とＨ2Ｏに変換し、更にラジカル（ＮＨ4+）を生成するのに十分なほど短くなる。（ＮＯｘ変換の）化学反応を以下に示す。
行われるＮＯの酸化は以下のように表し得る。
（１）ＮＯ＋1／2Ｏ2→ＮＯ2
（２）ＮＯ＋ＮＯ2＋２Ｈ+→２ＮＯ+＋Ｈ2Ｏ
行われる不均一触媒化は以下のように表し得る。
（３）２Ｃ4Ｈ8＋１０Ｏ2＋２ＮＯ+→Ｎ2＋２ＣＯ＋６ＣＯ2＋８Ｈ2Ｏ
（４）Ｃ3Ｈ6＋ＮＯ+＋２，５Ｏ2→ＮＨ4+＋ＣＯ＋２ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ
行われる均一触媒化は以下のように表し得る。
（５）ＮＨ4+＋ＮＯ2→Ｎ2＋２Ｈ2Ｏ
【００４５】
図５Ａは本発明による選択触媒還元システムのマニホールド１００の上面図を示す。図５Ｂは図５Ａに示すマニホールド１００の側面断面図を示す。図５Ｃは図５Ａに示すマニホールド１００の側面図を、図５Ｄは図５Ａに示すマニホールド１００の斜視図を示す。マニホールド１００は、マニホールド１００の入口端に第１のフランジ１０２が、マニホールド１００の反対側の出口端に第２のフランジ１０４が設けられている円筒管状本体部を備える。フランジ１０２、１０４は、一致するフランジが設けられた隣接する管（図示せず）に取り付けられるよう構成されている。マニホールド１００は、マニホールド１００の円周に沿って均等に配置された４本の接続管９６、９６’、９６’’、９６’’’を備える。接続管９６、９６’、９６’’、９６’’’は円筒管状本体部の長手方向軸に対して角度がつけられている。各接続管９６、９６’、９６’’、９６’’’の遠位端にはフランジ９８が設けられている。ノズル１０６は各接続管９６、９６’、９６’’、９６’’’の内部を通って伸びている。ノズル１０６は、マニホールド１００の上方中央部に油を注入するよう配置及び構成されている。
【００４６】
図６Ａは、前述の式（５）に示した均一ＮＯｘ還元工程について、相対活性１１８（１セクションに対する２セクション）をセクション間の滞留時間１１６の関数としてそれぞれ示す２つのグラフである。図６Ａは、２層間の距離の関数としてＮＯｘ還元活性１１８が変化する様子の２例を示す（気体粒子が１つのセクションからもう１つのセクションに移動する時間１１６として示される）。１つの層が、隣接する層と非常に近い距離に配置されている場合、活性１１８の上昇がごくわずかであるのに対し、距離が大きくなると活性が上昇する。しかしながら、活性１１８は触媒仕様（セクションを構成している層）に依存する。上のグラフは、異なる種類の２層を適用したときの活性を示す点１２２を含む。活性は、単一層のみを備える反応器における参照活性に対して相対的に測定される。下のグラフは、触媒層が薄いときの活性を示す点１２０を含む。活性は、単一セクションのみを備える反応器における活性に対して相対的に測定される。触媒層が厚い場合と比べて、相対活性１１８が非常に低いことがわかり得る。いずれのグラフも、滞留時間１１６の関数として増加している。従って、互いにゼロでない距離を置いて設けられている２つのセクションを採用することによって、本発明による選択触媒還元システムの効率を向上させることができる。しかしながら、下のグラフは、触媒層が薄いと複数層の効果が最小限であることを示している。従って、触媒層は所定の最小限の層厚を超えていることが好ましい。所定の最小限の触媒層厚は、Ｃｕ、Ｆｅ、又はＭｇの相対含有量に依存し得る。図６Ｂは、本発明による選択触媒還元システムの反応器１０の概略断面図を示し、反応器１０は、第１のセクション１４、及び第１のセクション１４からゼロでない距離Ｄ3をおいて設けられた追加のセクション１６を備える。反応器１０は基本的に図３Ｂに示す反応器と一致する。しかしながら、反応器１０は筒状構造物を備えていない。図６Ｃは、本発明による反応器のセクションの層Ｓ1の斜視上面図を示す。層Ｓ1には、長手方向に伸びる複数の通路１１２が設けられている。通路１１２は、長方形、好ましくは正方形の、好ましくは同じ大きさの断面を有する。各通路１１２は、少なくとも部分的に触媒被覆で覆われている。好ましい実施形態（図示しない）では、波形板が適用される。この実施形態では、通路は長方形ではない。層Ｓ1の高さＨは２０〜３００ｍｍの範囲、例えば４０〜１５０ｍｍ、例えば６０〜１２０ｍｍであり得る。
【００４７】
表１は、１Ａ−１Ｂと呼ばれる第１の層構成、１Ｂｂと呼ばれる第２の層構成、及び１Ｂ−１Ｃと呼ばれる第３の層構成におけるスラリ中のＣｕ濃度（％）、及びｇ／Ｌで測定したスラリ量を示す。第１の層構成（１Ａ−１Ｂ）では、層は２つのセクションにおいて重ねて配置されている。第２の層構成（１Ｂｂ）では、２つのセクションにおいて層間に隙間がなく、第３の層構成（１Ｂ−１Ｃ）では隣接する層間に隙間がある。
【００４８】
図７Ａは、表１に記載する層のＣｕ含有量の関数として触媒活性１２６（ｐｐｍで測定したＮＯｘ還元）を示す。図７Ａは、層１２４の数の関数としてＮＯｘ還元を描写している。所定の参照条件下で配置された層１Ｂは白抜きの四角形で表される。第１の層構成１Ａ−１Ｂは黒丸、第２の層構成１Ｂｂは白抜きの丸、第３の層構成１Ｂ−１Ｃは白抜きの三角形で表される。図７Ａは、１、つまりＣｕ含有量が１．７％である第１の層構成１Ａ−２Ｂの層が重ねて配置できることを示している。しかしながら、これにより活性１２６が比較的低くなる。Ｃｕ量が増えると活性１２６が高まるが、前述の式（４）、及び触媒中ではなく触媒後の均一還元工程に入るべき（５）で説明されるラジカルの生成も増加する。図７Ａでは、第２の層構成１Ｂｂの層は、２つの隣接するセクションにおいて重ねて配置さ得る。図７Ａは、Ｃｕ含有量が比較的高いと（２．９％）、各セクションで第１の層の上に更に層を追加しても結果に影響しないことを示している。種類１Ｂ及び１Ｃは１つのセクションに隙間を空けて配置されている。触媒後の均一触媒工程による活性の上昇が認められ得る。図７Ｂは、Ｃｕ含有量の関数としてＮＯｘ還元度を示すグラフである。Ｃｕ含有量が約２．８％のとき最大のＮＯｘ還元度が見られることがわかり得る。従って好ましい実施形態では、触媒粉体は２．７〜２．９質量％のＣｕ、例えば２．８質量％のＣｕを含む。
【００４９】
図８は３種類の反応器１０を開示しており、左側の反応器は、距離Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3、及びＤ4で隔てられた５つのセクション１４、１６、１６’、１６’’、及び１６’’’を備える。図８の中央に描写した反応器は４つのセクションを、右側の反応器は３つのセクションを有する。図８に示す反応器の各セクションには、隙間を空けた５つの層Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4、Ｓ5がある（図９参照）。他の点では、図８に示す反応器は、図３Ｂ及び図４Ａに描写した反応器に類似している。
【００５０】
図９は、距離Ｄ1を伴うセクション１６の拡大図を示す。層Ｓ1〜Ｓ5を開示し、層間の距離ｄ1〜ｄ4も示す。距離Ｄ1が、層Ｓ1〜Ｓ5のそれぞれの厚さＬ1〜Ｌ5よりも大幅に大きいことがわかる。これは前述の距離関係と一致する。層間に示される距離ｄ1〜ｄ4は、個々の層の厚さＬ1〜Ｌ5の順であり得る。図９に示す実施形態では、矢印ｗは、反応器１０の第１のセクション１４に近づく、又は第１のセクション１４から遠ざかるために拡散器８８が実行し得る動きを示す。この距離を正しく調節することにより、油４０の注入から、油が第１のセクションの第１の層に接触するまでに見込まれる時間を短縮又は減少させ得る。
【００５１】
図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃは一実施形態を示し、層Ｅ1及びＥ2は、前述の実施形態とは形が異なる。層Ｅ1及びＥ2はいずれも、基本的に前述の層Ｓ1〜Ｓ5；Ｓ1’〜Ｓ5’；Ｓ1’’〜Ｓ5’’と同じ材料で作られており、また、厚みの一方の側から反対側にまっすぐに導管が貫通した構造になっている。しかしながら、図１０Ａからわかるように、層Ｅ1及びＥ2はいずれも正方形のブロックからなり、これが組み立てられて、２×２の平らな上方層Ｅ1、及び２×２の下方層Ｅ2となっている。上方層Ｅ1及び下方層Ｅ2は、ほぼ立方体形状のカセット１４０に組み立てられている。図１０Ｂは、図１０Ｃの線Ａ−Ａに沿った立方体形状カセットの断面図を示す。特定の触媒還元システムに適したカセットの寸法の一例を図１０Ｂ及び図１０Ｃに示す。図１０Ｂからわかり得るように、層Ｅ1とＥ2の間に１５０の距離が設けられているのに対し、それぞれの層の厚さは７５である。ほぼ立方体のカセットは高さが３０２、両側面に沿った寸法が３０７である。測定値はｍｍで表されるが、立方体カセットの用途に応じて、インチ、又は別の長さの単位でも十分に表すことができる。カセット１４０は、カセットの定期的な交換が予想されるシステムや、カセットが在庫から使用場所に頻繁に発送されることになるシステムに特によく適している。
【００５２】
図１１の３Ｄ図で開示した反応器のセクションの一部を示す断面図において、流れＱは矢印Ｗｑで示される。まず、体積流量Ｑは断面積に気体の速度を乗じた値であると想定する。これは層間で妥当な想定である。個々の層の厚みをＤで表す。層間の距離はｄで表す。気体が通過する際、層間の間隔ｄを通る体積流量に以下の関係がある。
【数５】
2021515872.tif 000007
このときＡは、気体が流れ抜け、かつ気体流方向に対して垂直である断面積である。平均速度ｖは、層間の距離ｄを、１つの層から次の層までの平均滞留時間Δｔで割った値として計算する。
【数６】
2021515872.tif 000008
上式で、ｄは１つの層から次の層までの距離であり、Δｔは１つの層から次の層までの気体粒子の平均滞留時間である。ここでは、気体流は反応器の断面積にわたって均等であり、気体が距離ｄを通過する間に大幅な温度変化がないと想定する。これは実際には必ずしも当てはまらないこともあり、温度上昇とそれによる気体の体積流量増加を補正する必要があり得る。上記から、以下のようになる。
【数７】
2021515872.tif 000009
実験的に所望の最小滞留時間が決定されたとき、最小距離は以下のように計算され得る。
【数８】
2021515872.tif 000010
実験から、前述の時間で定義され、かつ前述の方法で定義されるゼロでない距離を選択することによって、非常に効率的な選択触媒還元システムが得られることが示されている。実施例１では、ｄは４０ｍｍを選択し、面積Ａが０．７８ｍ2、Ｑが９２１Ｎｍ3／ｈのとき、滞留時間は０．０４秒に達する。実施例２では、距離ｄを１１０ｍｍとし、面積Ａ及び流れＱが実施例１と同じとすると、滞留時間は０．１３５秒となる。
【００５３】
図１２には、反応器内の連続する層を示す。各層の上には、各層で分解されていく添加したディーゼルの割合が示されている。各層が気体中に残っている未分解の油分Ｇを分解する場合、以下の式で総分解量が算出される。
（５）Ｇ総量＝Ｇ＋Ｇ（１−Ｇ）＋Ｇ（１−（Ｇ（１−Ｇ）））＋・・・
最小規模の分解度が望ましく、かつ各層の分解率が既知の場合、層の所定の数Ｎが必要となる。各層の特性がわかれば、Ｎは容易に決定され得る。先に示した層では、最小層数３のとき所望の分解がもたらされる。一実施形態では、反応器は４層以上を備える。好ましい実施形態では、反応器は５層以上を備える。好ましい実施形態では、反応器は６層以上を備える。
【００５４】
図１３Ａは、本発明による選択触媒還元システム２の反応器１０の概略側面図を示す。図１３Ｂは、反応器１０の構造を表した選択触媒還元システム２の反応器１０を示す。選択触媒還元システム２は、反応器１０、酸化触媒１３６、及び微粒子フィルタ１３８を備える。反応器１０はその遠位端に開口部が設けられており、酸化触媒１３６が反応器１０の近位端に配置されている。微粒子フィルタ１３８は、酸化触媒１３６の上方、酸化触媒１３６の遠位端に配置されている。選択触媒還元システム２は、反応器１０の開口部を通して排気を受け入れるよう構成されている。反応器１０は、長鎖炭化水素を、軽炭化水素などのより単純な分子に分解するよう構成されている。反応器１０で行われる反応について、以下に詳細に説明する。酸化触媒１３６は、以下に表す過程で、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）に酸化するよう構成されている：ＮＯ＋1／2Ｏ2→ＮＯ2。ウォールフロー型微粒子フィルタは、通常、煤の８５〜１００％を除去する。好ましい実施形態では、微粒子フィルタ１３８は蓄積した微粒子を焼き払うようにも設計されている。これは微粒子フィルタ１３８を煤燃焼温度まで加熱することによって実現できる。反応器１０で行われるＮＯｘ還元工程によって、必要なレベルまで温度が上昇する。従って、微粒子フィルタ１３８の燃焼工程でさらに発熱することになる。その結果、選択触媒還元システム２は、先行技術の選択触媒還元システムと比べて、大きな熱量を生み出すことができる。熱はタービンを用いて電力を生産すること（図１４Ａ参照）及び／又は蒸留装置を用いて飲料水を生成すること（図１４Ｂ参照）に適用し得る。反応器１０は、長鎖炭化水素を、軽炭化水素などのより単純な分子に分解することを可能にする。これにより、熱産生が増加し得る。排気は反応器１０の底部から入る。ディーゼル油は反応器１０に注入される。油は反応器１０内が高温であるため蒸発する。蒸発した油は主に長鎖炭化水素からなる。これらの長鎖炭化水素は短鎖炭化水素に分解される。未分解の油気は反応器１０の上方に進む。短鎖炭化水素はＮＯｘ変換に用いられる。分解は触媒の外側で起こり、短鎖炭化水素が触媒に浸透してＮＯｘ変換が可能となる。試験により、酸化触媒及び微粒子フィルタを導入すると、注入したディーゼル油の低位発熱量の１００％までの範囲で熱回収を実現することができることが示されている。選択触媒還元システム２が船舶に設置されている場合、熱を回収し、船舶上で使用することができる。従って反応物質のために余分な費用がかからず、ＣＯ2が余分に発生しない。
【００５５】
選択触媒還元システム２で行われるＮＯｘ変換工程は、以下を含むいくつかのステップを含む。
分解
（１）Ｃ12Ｈ23→Ｃ3Ｈ6＋４Ｃ2Ｈ4＋Ｈ+＋Ｃ
ＮＯ酸化
（２）ＮＯ＋1／2Ｏ2→ＮＯ2
（３）ＮＯ＋ＮＯ2＋２Ｈ+→２ＮＯ+＋Ｈ2Ｏ
不均一触媒化
（４）４Ｃ2Ｈ4＋１０Ｏ2＋２ＮＯ+→Ｎ2＋２ＣＯ＋６ＣＯ2＋８Ｈ2Ｏ
（５）Ｃ3Ｈ6＋ＮＯ+＋２．５Ｏ2→ＮＨ4+＋ＣＯ＋２ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ
均一触媒化
（６）ＮＨ4+＋ＮＯ2→Ｎ2＋２Ｈ2Ｏ
温度が少なくとも３５０℃のディーゼル油を排気に注入すると、ディーゼル油の少なくとも一部が蒸発する。第１のステップは、ディーゼル油がエチレン及びプロピレン及び式（１）で定義される他の結合に分解するステップである。式（４）および（５）は、エチレン及びプロピレンが酸化され、Ｎ2、ＣＯ、及びＣＯ2が形成されるのを表している。これは熱が発生することを示唆している。短鎖ＨＣ結合の発熱量が、長鎖ＨＣ結合の発熱量よりも大きいからである（以下の表２参照）。分解された結合の発熱量は、式（１）を用いて計算できる。
（７）４２．８ＭＪ／ｋｇ→［（４２／１６７）・４５．６６＋（１１２／１６７）・４７．７４＋（１／１６７）・１２０．１＋１２／１６７・２９．５］ＭＪ／ｋｇ
（８）４２．８ＭＪ／ｋｇ→４６．３ＭＪ／ｋｇ（酸化触媒１３６及び微粒子フィルタ１３８を使用）
（９）４２．８ＭＪ／ｋｇ→４４．２ＭＪ／ｋｇ（酸化触媒１３６を使用）
【表１】
2021515872.tif 000011
式（８）から、発熱量（酸化触媒１３６及び微粒子フィルタ１３８を適用した場合）が、ディーゼル油の発熱量（４２．８ＭＪ／ｋｇ）より大きい４６．３ＭＪ／ｋｇまで上昇することがわかる。式（９）から、発熱量（酸化触媒１３６を適用した場合）が、ディーゼル油の発熱量（４２．８ＭＪ／ｋｇ）より大きい４４．２ＭＪ／ｋｇまで上昇することがわかり得る。従って、酸化触媒１３６及び微粒子フィルタ１３８を導入することによって、熱産生を増大させることができる。分解工程はこの熱産生増大を実現するために不可欠かつ必要である。
【００５６】
図１４Ａは、ＮＯｘ還元を行い、蒸気及び動力を生成するよう構成された、本発明による選択触媒還元システム２の概略図を示す。選択触媒還元システム２は図５Ｂに示すシステムの特徴を備える（点線の枠内に示したもの）。ボイラ１８８は反応器１０に接続され、そこから排気１９０を受け入れる。ボイラ１８８は排気出口を通じて排気１９０を放出し、かつ動力（電気）を生成するよう配置及び構成された発電機１４４を駆動する蒸気タービン２３０に接続されている蒸気出口を通じて蒸気２１０を放出する。図１４Ｂは、ＮＯｘ還元を行い、飲料水を生成するよう構成された選択触媒還元システム２の概略図を示す。選択触媒還元システム２は図２Ｂに示すシステムの特徴を備える（点線の枠内に示したもの）。ボイラ１８８は反応器１０に接続され、そこから排気１９０を受け入れる。ボイラ１８８は排気出口を通じて排気１９０を放出し、かつ蒸気出口を通じて蒸気２１０を放出する。この蒸気出口は、給水入口１７４を通じて給水（例えば海水）を蒸留し、かつ飲料水出口１７２を通じて飲料水を供給するよう配置及び構成された蒸留装置１５０に接続されている。
【００５７】
図１５は、ＮＯｘ還元を行い、蒸気及び動力を生成するよう構成された選択触媒還元システム２の概略図を示す。選択触媒還元システム２は図２Ａに示すシステムの特徴を備える（点線の枠内に示したもの）。ボイラ１８８は排気タービン（エキスパンダ）８２に接続されている。ボイラ１８８は排気出口を通じて排気１９０を放出し、かつ動力（電気）を生産するよう構成された発電機１４４を駆動するよう配置及び構成された蒸気タービンに蒸気２１０を供給する。また発電機１４４は、排気ガスレシーバ７８及び反応器１０と流体連通しているガスタービンにも接続されている。
【符号の説明】
【００５８】
２  選択触媒還元システム
４  ディーゼルエンジン
６  油注入システム
１０  反応器
１１、１１’、１１’’  選択触媒還元触媒
１２、１２’、１２’’  選択触媒還元触媒
１４  第１のセクション
１６、１６’  追加のセクション
１８、１８’、１８’’  扉
２０、２０’  円錐部
２２、２２’  末端管
２４  注入ユニット
２６、２６’  管
２８  温度センサ
３０  温度センサ
３１  圧力タンク
３２  差圧センサ
３３、３３’  バルブ
３４、３４’  導管
３６  管
３８  ケーブル
４０  油
４２  ケーブル
４４  コントロールバルブ
４６  流量センサ
４８  ポンプ
５０  ディーゼルタンク
５２、５２’、５２’’  ケーブル
５４、５４’、５４’’  管
５５  管
５６  ケーブル
５８、５８’  フランジ
６０  プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）
６２  制御装置
６４  空気冷却器
６６  シリンダ
６８、６８’、６８’’、６８’’’  バルブ
７０  ピストン
７２  ブロワ
７４  コントロールバルブ
７６  掃気レシーバ
７８  排気ガスレシーバ
８０  コンプレッサ
８２  排気タービン（エキスパンダ）
８４、８４’  板状部材
８６  筒状構造物
８８  拡散器
９０、９０’  支持脚
９２  第１の末端
９４  第２の末端
９６、９６’、９６’’、９６’’’  接続管
９８  フランジ
１００  マニホールド
１０２  フランジ
１０４  フランジ
１０６  ノズル
１０８、１０８’  基体
１０９、１０９’  触媒
１１０  分解したディーゼル油
１１２、１１２’  通路
１１４  グラフ
１１６  触媒層間の滞留時間
１１８  相対活性（１つの層に対する２つの層）
１２０  点
１２２  点
１２４  層の数
１２６  活性（ＮＯｘ還元［ｐｐｍ］）
１３４、１３４’、１３４’’  閉鎖構造
１３６  酸化触媒
１３８  微粒子フィルタ
１４０  立方体カセット
１４４  発電機
１５０  蒸留装置
１７２  飲料水出口
１７４  給水（海水）入口
１８８  ボイラ
１９０  排気ガス
２１０  蒸気  
２３０  蒸気タービン
２３２  ガスタービン
Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3  距離
ｄ1、ｄ2、ｄ3、ｄ4  距離
ΔＴ1、ΔＴ2、ΔＴ3  温度上昇
ΔＴ4、ΔＴ5  温度上昇
Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4、Ｓ5  選択触媒還元触媒の層
Ｓ1’、Ｓ2’、Ｓ3’、Ｓ4’、Ｓ5’  選択触媒還元触媒の層
Ｓ1’’、Ｓ2’’、Ｓ3’’  選択触媒還元触媒の層
Ｓ4’’、Ｓ5’’、Ｅ1、Ｅ2  選択触媒還元触媒の層
Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4、Ｌ5  厚さ
ｈ  距離
Ｈ  高さ
Ｗ  矢印
ＷQ  矢印
Ｎ  層数
【図１】
2021515872.tif 000012
【図２Ａ】
2021515872.tif 000013
【図２Ｂ】
2021515872.tif 000014
【図３Ａ】
2021515872.tif 000015
【図３Ｂ】
2021515872.tif 000016
【図４Ａ】
2021515872.tif 000017
【図４Ｂ】
2021515872.tif 000018
【図５Ａ】
2021515872.tif 000019
【図５Ｂ】
2021515872.tif 000020
【図５Ｃ】
2021515872.tif 000021
【図５Ｄ】
2021515872.tif 000022
【図６Ａ】
2021515872.tif 000023
【図６Ｂ】
2021515872.tif 000024
【図６Ｃ】
2021515872.tif 000025
【図７】
2021515872.tif 000026
【図８】
2021515872.tif 000027
【図９】
2021515872.tif 000028
【図１０Ａ】
2021515872.tif 000029
【図１０Ｂ】
2021515872.tif 000030
【図１０Ｃ】
2021515872.tif 000031
【図１１】
2021515872.tif 000032
【図１２】
2021515872.tif 000033
【図１３Ａ】
2021515872.tif 000034
【図１３Ｂ】
2021515872.tif 000035
【図１４Ａ】
2021515872.tif 000036
【図１４Ｂ】
2021515872.tif 000037
【図１５】
2021515872.tif 000038
【国際調査報告】
2021515872.tif 000039
2021515872.tif 000040