(57)【要約】【課題】排ガス中の微粒子の除去と同時に脱硝も行うことができるガス浄化装置及び方法、ガス浄化システムを提供する。【解決手段】ガス浄化装置１０は、例えば内燃機関であるディーゼルエンジン１１等からの排ガス１２中の微粒子１３を捕集する捕集部１４を配した捕集室１５と、前記捕集部１４に触媒水１６を供給し、微粒子の表面に触媒水を付着させる触媒水供給装置１７と、前記捕集部１４に還元剤１８を供給する還元剤供給装置１９とを具備するものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中の微粒子を捕集する捕集部を配した捕集室と、
前記捕集部に触媒水を供給し、微粒子の表面に触媒水を付着させる触媒水供給装置と、
前記捕集部に還元剤を供給する還元剤供給装置とを具備することを特徴とするガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記捕集室の前流側に酸化装置を介装してなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記捕集室の前流側に還元剤捕集部を介装してなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記還元剤供給装置が、内燃機関を駆動する燃料を改質する改質器であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記捕集室の後流側にＮＯｘセンサを設けてなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記触媒水がアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒水溶液、海水、又は上記アルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む海水であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項７】
請求項１のガス浄化装置を用いて排ガス中の微粒子を除去する排ガス中の微粒子除去方法であって、
前記微粒子を捕集し、該捕集した微粒子表面に触媒溶液を付着させ、微粒子を燃焼処理すると共に、
排ガス中のＮＯｘと触媒水とが反応してなる硝酸塩に還元剤を供給し、該硝酸塩から窒素を脱離させることを特徴とするガス浄化方法。
【請求項８】
排ガスを浄化する排ガス処理システムであって、
排ガスの煙道に介装され、排ガス中の微粒子を燃焼処理する請求項１乃至６のいずれか一つのガス浄化装置を有することを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか一つのガス浄化装置を複数設け、交互に排ガスの浄化を行うことを特徴とするガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば船舶用、陸上走行用、陸上定置用の例えばディーゼルエンジン等の内燃機関、からの排ガス中に含まれる微粒子（粒子状物質（ＰＭ）とも呼ばれる。）を燃焼除去すると共に脱硝を行うガス浄化装置及び方法、ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶用、陸上走行用、陸上定置用ディーゼルからの排ガス中に含まれる微粒子（以下「微粒子」という。）を捕集するには、セラミックス製のハニカムフィルタ等によるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）が提案されており、該ＤＰＦに微粒子を捕集し、堆積量が増えると排気抵抗が増大するので、これを燃焼除去し再生している。
【０００３】
この再生方法としては、スロットリングにより排気温度を向上させる方法やヒータ加熱方法、或いは追い焚き方法等によって排気ガス温度を上昇させて、捕集微粒子中の未燃焼分を燃焼させていた。
【０００４】
しかしながら、従来の微粒子燃焼処理方法では、（１）再生時における熱衝撃の繰返によりハニカム状のセラミックスフィルタの破損が生じるという問題、（２）異常燃焼の発生により、フィルタ材の耐熱性、耐熱衝撃性が不足し、損傷が生じるという問題等があるので、本出願人は先に、従来のようなヒータ等の加熱手段を用いることなくしかも低温で排ガス中の微粒子を分解することのできる排ガス中の微粒子除去装置を提案した（特許文献１）。
【０００５】
この提案では、図８に示すように、先ずフィルタ１の表面に排ガス中の微粒子２を付着させ、次いで、触媒水３を散布すると、触媒水３が微粒子の表面を覆うことになる。この微粒子２に触媒水３が覆いはじめると微粒子２の細孔中にも触媒水３が浸透しはじめる。その後、排ガスを供給して乾燥させると、微粒子２の表面を覆った触媒水が乾燥すると共に、触媒活性を示す成分が微粒子表面に均一に分散した状態で残留する。また、微粒子２内部に侵入した触媒水も乾燥し、触媒活性を示す成分が微粒子内部に均一に残留する。その後、燃焼により微粒子の表面のみならず内部においても触媒作用が働き、完全燃焼が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１７３４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、排ガス中には微粒子以外に窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれているので、従来では、図９に示すように、ディーゼルエンジン５からの排ガス中の微粒子を除去する微粒子除去装置６の後流側に脱硝装置７を設けてその浄化を図っていたので、別途脱硝装置を設置する必要がある。
【０００８】
本発明は、前記問題に鑑み、脱硝装置を別途設けることなく、排ガス中の微粒子の除去と同時に脱硝も行うことができるガス浄化装置及び方法、ガス浄化システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、排ガス中の微粒子を捕集する捕集部を配した捕集室と、前記捕集部に触媒水を供給し、微粒子の表面に触媒水を付着させる触媒水供給装置と、前記捕集部に還元剤を供給する還元剤供給装置とを具備することを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記捕集室の前流側に酸化装置を介装してなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１１】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記捕集室の前流側に還元剤捕集部を介装してなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１２】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記還元剤供給装置が、内燃機関を駆動する燃料を改質する改質器であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１３】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記捕集室の後流側にＮＯｘセンサを設けてなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１４】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記触媒水がアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒水溶液、海水、又は上記アルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む海水であることを特徴とするス浄化装置にある。
【００１５】
第７の発明は、第１のガス浄化装置を用いて排ガス中の微粒子を除去する排ガス中の微粒子除去方法であって、前記微粒子を捕集し、該捕集した微粒子表面に触媒溶液を付着させ、微粒子を燃焼処理すると共に、排ガス中のＮＯｘと触媒水とが反応してなる硝酸塩に還元剤を供給し、該硝酸塩から窒素を脱離させることを特徴とするガス浄化方法にある。
【００１６】
第８の発明は、排ガスを浄化する排ガス処理システムであって、排ガスの煙道に介装され、排ガス中の微粒子を燃焼処理する第１乃至６のいずれか一つの発明のガス浄化装置を有することを特徴とする排ガス処理システムにある。
【００１７】
第９の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明のガス浄化装置を複数設け、交互に排ガスの浄化を行うことを特徴とするガス浄化方法にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、排ガス中の微粒子の除去と同時に脱硝も行うことができるので、ガス浄化システムのコンパクト化を図ることができる。
酸化装置を設けることで、ＮＯをＮＯ2とし、触媒との反応を向上させ吸蔵効率を向上させるようにしてもよい。
また、燃料の改質により還元剤とし、この改質された還元剤を供給するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２０】
本発明による実施例１に係るガス浄化装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係るガス浄化装置を示す概念図である。
図１に示すように、本実施例に係るガス浄化装置１０は、例えば内燃機関であるディーゼルエンジン１１等からの排ガス１２中の微粒子１３を捕集する捕集部１４を配した捕集室１５と、前記捕集部１４に触媒水１６を供給し、微粒子の表面に触媒水を付着させる触媒水供給装置１７と、前記捕集部１４に還元剤１８を供給する還元剤供給装置１９とを具備するものである。
【００２１】
前記捕集部１４には微粒子１３が捕集され、触媒水１６により燃焼処理がなされるが、例えば触媒水がＫ2ＣＯ3の場合には、排ガス中のＮＯｘとの反応により、ＫＮＯ3またはＫＮＯ2となり、窒素が蓄積されることとなる。そこで、還元剤１８を別途供給することにより、下記（１）式の反応を進行させて、窒素（Ｎ2）を脱離することとしている。この結果、ＫＮＯ3またはＫＮＯ2がＫ2ＣＯ3に再生されることとなる。（以下「再生」という。）この再生されたＫ2ＣＯ3は再溶解されて触媒水に再利用されることとなる。
【００２２】
ＫＮＯ3＋ＫＮＯ2＋Ｈ2(還元剤例)+ＣＯ2→Ｋ2ＣＯ3＋４Ｈ2Ｏ＋Ｎ2↑・・・（１）
【００２３】
前記還元剤としては、炭化水素（ＨＣ）、水素（Ｈ2）、一酸化炭素（ＣＯ）等を例示することができる。供給装置としては、炭化水素（ＨＣ）、水素（Ｈ2）、一酸化炭素（ＣＯ）等を封入したガスボンベを用い、該ガスボンベから各々のガスを供給するようにしてもよい。
【００２４】
この結果、従来では排ガス１２中のする微粒子１３しか除去できなかったものが、排ガス中のＮＯｘの除去もでき、クリーンな清浄化ガス２１を得ることができる。
【００２５】
ここで、図２を参照して、微粒子の除去と脱硝作用の機構の概略を説明する。
図２に示すように、排ガス１２中微粒子（図中白丸印で示す。）１３が捕集部１４である例えばフェルトの表面に捕集される。次いで、触媒水（図中、白四角印で示す。）１６を噴霧すると微粒子１３の表面に触媒水１６が付着する（図中黒丸印で示す。）。その後、排ガス１２が供給されると排ガス１２中に含まれるＮＯｘが触媒水の成分（Ｋ2ＣＯ3）と反応してＫＮＯ3となる（図中、まるばつ印で示す。）。その後、還元剤１８を噴霧することで、ＫＮＯ3がＫ2ＣＯ3に再生される（白四角印）。
また、排ガス中のＳＯｘも同時に吸着できるので、ＳＯｘの除去も可能となる。
【００２６】
このように、本発明では、排ガス中の微粒子の燃焼処理と脱硝とを同時に行うことができ、内燃機関の種類を何ら特定するものではない。例えば船舶用、陸上走行用、陸上定置用ディーゼルや発電機等の内燃機関からの排ガス中に含まれる微粒子の未燃焼分を低温で燃焼処理することができる。
【００２７】
なお、還元剤１８を供給するので、余剰の還元剤を除去するために、捕集室１５の後流側の煙道には酸化触媒２２を介装し、リーク還元剤の発生を防止している。
【００２８】
前記酸化触媒としては、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ等の遷移金属触媒等を例示することができる。
【実施例２】
【００２９】
図３に本実施例の概略を示す。なお、実施例１の装置と同一の構成については、同一の符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例のガス浄化装置１０は、実施例１の装置において、捕集室１５の前流側の煙道に酸化装置３１を設けたものである。
【００３０】
排ガス中のＮＯｘのうち、下記式（２）に示すように、先ず酸化装置３１を用いて、ＮＯｘ中のＮＯをＮＯ2とし、式（３）によりこのＮＯ2とＫ2ＣＯ3Ｋとの反応によりＫＮＯ2とＫＮＯ3を生じさせ、ＮＯｘを吸蔵するようにしている。よって、酸化装置３１を用いて排ガス中のＮＯを積極的にＮＯ2とすることで、排ガス中の全体としてのＮＯｘの除去効率の向上を図ることができる。
【００３１】
２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2  ・・・（２）
２ＮＯ2＋Ｋ2ＣＯ3→ＫＮＯ3＋ＫＮＯ2＋ＣＯ2  ・・・（３）
【実施例３】
【００３２】
図４に本実施例の概略を示す。なお、実施例１の装置と同一の構成については、同一の符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例のガス浄化装置１０は、実施例１の装置において、捕集室１５の前流側の煙道に還元剤捕集部３２を設けたものである。
【００３３】
内燃機関の始動時においては、未燃焼分のＨＣが多量に発生する。このＨＣを還元剤捕集部３２で捕集するようにしている。そして、内燃機関の定常運転時において、排ガス温度が高くなった際、ＨＣを放出して捕集部１４へ還元剤１８の供給を行うようにしている。なお、始動時にＨＣを捕集することで、脱臭効果も発揮することとなる。
【００３４】
この還元剤捕集部３２は例えばゼオライトを挙げることができる。なお、ゼオライト以外には、例えば酸化チタン、酸化アルミニウム、コージュライト、アルミナ・シリカ複合酸化物、メソポーラスシリケート、ポーラスアルミネート、アパタイト等や、ペロブスカイト型構造、スピネル型構造を有する複合酸化物を例示することができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例４】
【００３５】
図５に本実施例の概略を示す。なお、実施例１の装置と同一の構成については、同一の符号を付してその説明は省略する。
図５に示すように、本実施例のガス浄化装置１０は、実施例１の装置において、還元剤供給装置１９の代わりに、燃料供給装置３３からの燃料（ＣｎＨｍ）３４を例えば水素（Ｈ2）の還元剤に改質する改質器３５を設けたものである。
この改質器３５により、下記反応式（４）により燃料３４から水素を得るようにしている。
【００３６】
ＣｎＨｍ＋ｎ／２Ｏ2→ｎＣＯ＋ｍ／２Ｈ2・・・（４）
【００３７】
また、排ガス中のＣＯをシフト反応させる改質器を設け、下記式（５）のように水素を得るようにしてもよい。
【００３８】
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ2  ・・・（５）
【実施例５】
【００３９】
図６に本実施例の概略を示す。なお、実施例１の装置と同一の構成については、同一の符号を付してその説明は省略する。
図６に示すように、本実施例のガス浄化装置１０は、実施例１の装置において、捕集室１５の後流側にＮＯｘセンサ４１を設け、内燃機関の燃焼モードに応じたガス中のＮＯｘの量に応じて、捕集室１５のＮＯｘの吸蔵及び触媒再生（Ｎ2の脱離）をするようにしている。
【００４０】
内燃機関の燃焼モードが例えばリーン燃焼の場合、排ガス中のＯ2濃度が高く（低いＨＣ濃度）、酸化雰囲気となる。この場合に、ＮＯｘを捕集部で吸蔵する。
【００４１】
内燃機関の燃焼モードが例えばリッチ燃焼の場合、排ガス中のＯ2濃度が低く（高いＨＣ濃度）、還元雰囲気となる。この場合に、ＨＣを用いて、触媒再生させるようにしている。
この制御は捕集室の後流側に設けたＮＯｘセンサ４１により制御している。
【００４２】
この場合には、還元剤１８を別途供給する還元剤供給装置１９は無くともよいが、併用するようにしてもよい。また、通常は排ガス中のＨＣのみで再生しておき、ＮＯｘセンタ４１により所定濃度以上となった場合には、還元剤供給装置１９から別途還元剤１８を供給することにより、高効率の脱硝を行うようにしている。
なお、ＮＯｘセンサ情報は燃料供給の制御を行うようにしている。
【実施例６】
【００４３】
図７に本実施例の概略を示す。なお、実施例１の装置と同一の構成については、同一の符号を付してその説明は省略する。
図７に示すように、本実施例のガス浄化装置１０は、実施例１の装置を２台並列して設けたものであり、一方の装置において、排ガスを浄化しているラインと、ＮＯXを吸蔵した触媒を再生するラインとを切り替えて行うようにしている。
【００４４】
本実施例のガス浄化装置１０は、上記排気ガス１２を排出するディーゼルエンジン１１からの排気管１７が第１の排気管５１Ａと第２の排気管５１Ｂとに分枝されてなり、上記第１の排気管５１Ａに介装され、上記微粒子１３を内部に設けた捕集部１４で捕集する第１の捕集室１５Ａと、上記排気管５１Ｂに介装され、上記微粒子１３を捕集する第２の捕集室１５Ｂと、上記捕集室１５Ａ、１５Ｂへ触媒水１６を供給する触媒水供給装置１７と、上記捕集室１５Ａ、１５Ｂへ還元剤１８を供給する還元剤供給装置１９と、上記第１の捕集室１５Ａと第２の捕集室１５Ｂとに排ガス１２の流路を交互に切替える複数の切替弁Ｖ1〜Ｖ10と制御装置（図示せず）とを備えてなるものである。
【００４５】
本実施例では、第１の捕集室１５Ａ、１５Ｂとで排ガス１２中の微粒子１３を交互に捕集し、一方の捕集室１５Ａの捕集部１４Ａで微粒子を捕集している間に、他方の捕集室１５Ｂ内に還元剤供給装置１９から還元剤１８を供給して触媒再生を行うようにしている。また、捕集室１５Ｂ内を閉鎖空間とすることで、還元剤雰囲気とすることができ、効率的な触媒再生が可能となる。また、脱窒された窒素は還流流路５２により、排ガス中に戻すようにしている。
これにより、連続して効率的な微粒子の捕集と脱硝とが可能となり、効率的な触媒再生も可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明にかかるガス浄化装置は、排ガス中の微粒子の除去と同時に脱硝も行うことができるので、ガス浄化システムのコンパクト化を図ることができ、例えばディーゼルエンジン排ガス中の浄化に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例１にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図２】実施例１にかかる脱硝の作用機構の概略図である。
【図３】実施例２にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図４】実施例３にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図５】実施例４にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図６】実施例５にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図７】実施例６にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図８】微粒子燃焼の作用機構図である。
【図９】従来技術にかかるガス浄化システムの概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  ガス浄化装置
１１  ディーゼルエンジン
１２  排ガス
１３  微粒子
１４  捕集部
１５  捕集室
１６  触媒水
１７  触媒水供給装置
１８  還元剤
１９  還元剤供給装置
２１  清浄化ガス
２２  酸化触媒
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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