(57)【要約】  【課題】ディ−ゼルエンジンから排出される、水分含有量が多い燃焼排ガスの中の窒素酸化物（ＮＯx）を低減し、クリーンな燃焼排ガスを大気中に放出する方法および装置の提供。  【解決手段】ディーゼルエンジンから排出される窒素酸化物を含有し、水分含有量が多い燃焼排ガスにプラズマ処理して、ＮＯをＮＯ2に酸化し、得られたＮＯ2および硝酸を消石灰と接触させ、燃焼排ガス中の窒素酸化物を低減する方法と、そのための装置。【選択図】【図２】
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素酸化物および多量の水分を含有する燃焼排ガスをコロナ放電によって生成したプラズマ雰囲気下で処理し、ついで、その処理ガスを消石灰と接触させることを特徴とする燃焼排ガス中の窒素酸化物の低減方法。
【請求項２】
前記ガスがディーゼルエンジンから排出される燃焼排ガスであることを特徴とする請求項１に記載の燃焼排ガス中の窒素酸化物の低減方法。
【請求項３】
コロナ放電によってプラズマ雰囲気を生成させ、窒素酸化物および多量の水分を含有する燃焼排ガスを処理する反応装置と、処理後の燃焼排ガスに接触させる消石灰を充填した中和装置とが接続されており、該反応装置の入口は該燃焼排ガスの供給口になっていることを特徴とする燃焼排ガス中の窒素酸化物の低減装置。
【請求項４】
前記反応装置は、入口側がディーゼルエンジンの排気管に連結可能としていることを特徴とする請求項３に記載の燃焼排ガス中の窒素酸化物の低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンから排出される燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物を低減し、燃焼排ガスをクリーンにする方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大気中に微量存在する窒素酸化物、すなわち、一酸化窒素（ＮＯ）および二酸化窒素（ＮＯ2 ）（以後、両者を合わせて単に、ＮＯxとも称す）は大気汚染の一要因と考えられているガス成分である。そのため、大気中の窒素酸化物を低減する方法が、各種提案されている。低濃度の窒素酸化物を中和により除去する方法に限っても、下記の方法などが提案されている。
【０００３】
例えば、排ガスにアンモニアを添加してＮＯxを中和し、除去するアンモニア還元法や、排ガスに尿素を添加してＮＯxを中和し、除去する尿素還元法などが提案されている。これらの方法は、アンモニアや尿素を貯蔵するための容器などの設備が必要となるため、火力発電所などの土地に固定され、かつ大規模な発生源からの排ガスの除去に適用されている。またこれらの除去方法は、コジェネレーション用の固定型ディーゼルエンジンの燃焼排ガスに適用することが考えられる。しかし、これらの除去方法は、大掛かりになるため、小型発生源、移動発生源、特にディーゼルエンジン車のような移動小型発生源に適用することが難しかった。
【０００４】
また、ＮＯと酸素を含有するガスをプラズマ放電処理すると、ＮＯがＮＯ2へと酸化することが知られている（非特許文献１）。このプラズマ処理を水分の存在下で行うと、さらに硝酸ＨＮＯ3に変わることも知られている。
【０００５】
【非特許文献１】山隈瑞樹、Choi Jaewook著、「オゾン分解活性炭を併用した放電プラズマによるＮＯx処理」、静電気学会講演論文集’９９、ｐｐ．３３３〜３３６（１９９９年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ディ−ゼルエンジンからの燃焼排ガスに含有される低濃度の窒素酸化物（ＮＯx）の中のＮＯをＮＯ2に酸化し、ＮＯ2と燃焼排ガス中の水と反応して生成した硝酸を中和して、ＮＯxの濃度を低減し、クリーンな燃焼排ガスとして大気中へ排出する方法および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】
【０００７】
本発明は、窒素酸化物および多量の水分を含有する燃焼排ガスを、コロナ放電によって生成したプラズマ雰囲気下で処理し、ついで、その処理ガスを消石灰と接触させることを特徴とする燃焼排ガス中の窒素酸化物の低減方法である。
【０００８】
本発明の燃焼排ガス中の窒素酸化物の低減方法において、該燃焼排ガスとしてはディーゼルエンジンから排出される燃焼排ガスが適している。
【０００９】
また、本発明は、コロナ放電によってプラズマ雰囲気を生成させ、窒素酸化物および多量の水分を含有する燃焼排ガスを処理する反応装置と、処理後の燃焼排ガスに接触させる消石灰を充填した中和装置とが接続されており、該反応装置の入口は該燃焼排ガスの供給口になっていることを特徴とする燃焼排ガス中の窒素酸化物の低減装置である。
【００１０】
本発明の燃焼排ガス中の窒素酸化物の低減装置において、前記反応装置は、入口側がディーゼルエンジンの排気管に連結可能としていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃焼排ガス中の窒素酸化物の低減方法および装置によれば、簡単な構造のプラズマ発生装置を用いるだけで、ディーゼルエンジン燃焼排ガス中の窒素酸化物の濃度を、多量の水分を含んだままで、低減することができ、引き続き、該処理後の該燃焼排ガスを消石灰と接触させることにより、ＮＯ2と、ＮＯ2から生成した硝酸を容易に中和除去することができる。よって、従来法および従来装置に比べ、大掛かりな設備を必要とせず、また前処理および／または後処理を特に必要としない極めて実用的な燃焼排ガス中の窒素酸化物の低減方法および低減装置である。特にディーゼルエンジン車に搭載できる程度に小型化可能な装置で、極めて効率的に、窒素酸化物を低減できる方法および装置であり、ディーゼルエンジン車やディーゼルエンジン小型発電機の燃焼排ガス対策用として優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ディーゼルエンジンから排出される燃焼排ガスの組成は、燃焼温度によって、かなり大きく変化するが、通常は、窒素酸化物（ＮＯとＮＯ2）を極めて低濃度（例えば、アイドリング時の６０質量ppm程度〜高負荷時の１０００ppm程度）で含有し、その他に、窒素酸化物に対して大過剰の量の窒素、酸素、二酸化炭素と水分、微量の炭化水素、硫黄化合物などを含有している。本発明が適用可能な燃焼排ガス中の水分含有量は、１１質量％以下、好ましくは３〜１１質量％、より好ましくは５〜１0質量％である。この範囲であると窒素酸化物の低減効果が大きい。また、水分含有量がこの範囲内であると、コロナ放電を容易に行うことができる。なお、燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯとＮＯ2）および水分含有量は、大気のそれらに比べ、かなり多量である。該燃焼排ガスの温度は通常１０〜５００℃程度である。
本発明は、窒素酸化物を含有する一般的な燃焼排ガスに適用できるが、自動車・船舶用ディーゼルエンジンや発電機用ディーゼルエンジンなどのディーゼルエンジンから排出される、窒素酸化物および水分含有量が多い燃焼排ガスに好適に適用される。
【００１３】
本発明の窒素酸化物の低減方法は、図１に示す工程図のように、ディーゼルエンジンから排出される燃焼排ガスにコロナ放電して、該燃焼排ガスを電離しプラズマ化し、主としてＮＯをＮＯ2へと酸化する工程、ついで、生成したＮＯ2、さらにはＮＯ2が該燃焼排ガス中の水と反応して生成した硝酸を、消石灰で中和させる工程からなる、該燃焼排ガス中の窒素酸化物の濃度を低減する方法である。
【００１４】
本発明の窒素酸化物の低減装置の一例を説明すると、図２に示す反応装置、図３に示す中和装置、必要に応じて、それら両装置を連結する接続具・接続管などから構成される。
反応装置は、コロナ放電によってプラズマ雰囲気を生成させ、窒素酸化物および多量の水分を含有する燃焼排ガス中のＮＯのＮＯ2への酸化などの作用を有するものである。中和装置は、該処理後の燃焼排ガス中の窒素酸化物および硝酸を消石灰により中和する作用を有するものである。
【００１５】
本発明のディーゼルエンジンから排出される燃焼排ガスにコロナ放電して、該排ガスを電離し、非熱プラズマ（非平衡プラズマ）を生成し、主としてＮＯをＮＯ2へ酸化するために使用される反応装置は、例えば、図２に示す構造の円筒管１からなる。円筒管１の長さ、直径などの仕様は、燃焼排ガスの量などにより適宜決定される。円筒管１の上流側の一端は、ディーゼルエンジンからの排気管（図示せず）に連結するためのフランジ２を有し、下流側の一端は、例えば、接続具・接続管（図示せず）または消石灰を充填した中和装置（図示せず）に連結するためのフランジ３を有する。そして、反応装置としては、円筒管１の内壁に、直径１ｍｍ程度の細線４が螺旋状に配線され、放電電極４を形成している例や、円筒管１内に、直径１ｍｍ程度の細線４を直線状に挿通し、放電電極４を形成している例が挙げられる。放電電極４はフランジ２と３の間の適当な部分に配線され、管外の高電圧電源５に連結されている。コロナ放電のための高電圧電源の出力電圧は、例えば、９ｋV、周波数は、例えば、１０ｋHz、出力電流は、例えば、２０mAであるが、これに限定されないことは言うまでもない。そして、円筒管１の外壁には接地電極６が設けてある。なお、連結はフランジに限定されるものではない。
【００１６】
プラズマ処理は、プラズマに曝露される燃焼排ガスの滞留時間により左右されるが、燃焼排ガスの流量と燃焼排ガス流に沿った放電領域長を調整して条件が決定される。例えば、反応装置が、内径１５ｍｍ、外径１８ｍｍ、長さ３０ｃｍの円筒管の場合には、内壁に直径１ｍｍの銅線が螺旋状に８０巻されている。この円筒管の場合、例えば、燃焼排ガスの流量は１．４〜２．０L/min、燃焼排ガス流に沿った放電領域長は３０ｃｍ、燃焼排ガスの滞留時間は２．３secである。これに限定されないことは言うまでもない。なお、このとき高電圧電源への入力電力は２０W、反応管での放電電力は２Wである。
【００１７】
前記反応装置の下流側に位置し、ＮＯの酸化で生成したＮＯ2およびＮＯ2が水と反応して生成した硝酸を中和するための消石灰を充填する中和装置は、例えば、図３に示す構造の円筒管１１である。円筒管１１の長さ、直径などの仕様は、燃焼排ガスの流量、滞留時間などにより適宜決定される。上流側の一端は、前記反応装置またはそこから伸びた排気管（図示せず）に連結するためのフランジ１２を有する。上下流側には、充填された消石灰１３の流出防止のための膜や仕切り（図示せず）を設けてある。円筒管１１の下端は延長されてそのまま排気管として使用してもよいし、フランジ（図示せず）により排気管（図示せず）に連結してもよいし、あるいは他の処理装置に連結してもよい。
【００１８】
中和装置には、消石灰が中和装置のほぼ全容積を占めるように充填されるが、燃焼排ガスの流量や圧損などを考慮して充填量を適宜調整する。消石灰の充填量は、例えば、中和装置が、外径３０ｍｍ、肉厚１．８ｍｍ、長さ３０ｃｍの円筒管の場合で、２００g、充填嵩密度は１．８ｇ／ｃｍ3である。もちろん、これに限定されるものではない。
消石灰は水酸化カルシウムおよびそれを主成分とするものであって、例えば、園芸、農業などに用いられる一般的なものが使用可能であり、園芸・農耕用消石灰が好ましい。また、消石灰は粒状であることが好ましく、平均粒径は４／８メッシュ程度であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００１９】
本発明のプラズマ処理により、燃焼排ガス中のＮＯがＮＯ2へと酸化され、さらにＮＯ2が燃焼排ガス中の水と反応して硝酸を生成する。そして、ＮＯ2および硝酸が、消石灰により効率よく中和される。したがって、本発明の方法および装置により、燃焼排ガス中の窒素酸化物の濃度を顕著に低減することができるので、ディーゼルエンジン車などからの燃焼排ガスのクリーン化対策として有望である。
【実施例】
【００２０】
図２に示す構造の反応管（内径１５ｍｍ、外径１８ｍｍ、長さ３０ｃｍ）に、排気量２００ｃｃの小型発電用ディーゼルエンジンから排出される燃焼排ガス［ＮＯx：６０〜８０質量ppm（ＮＯ：３５〜５０質量ppm、ＮＯ2：１５〜３５質量ppm）、硝酸０質量ppm、含水量１０質量％、温度６０℃］を分流して放電プラズマ処理を行った。燃焼排ガスの流量は１．７L/min、放電領域長は３０ｃｍ、滞留時間は２．３secであった。大気圧下でのコロナ放電の高電圧電源の入力電力は２０W、出力電圧は９ｋV、出力電流は２０mA、周波数は１０ｋHzであり、反応管での放電電力は２Wであった。
該放電プラズマ処理後の燃焼排ガスのＮＯxおよび硝酸の含有量を複数回測定した。測定結果を表１に示した。
引続き、消石灰（平均粒径４／８メッシュ）２００ｇを充填嵩密度１．８g/cm3で充填した図３に示す構造の中和管（外径３０ｍｍ、肉厚１．８ｍｍ、長さ３０ｃｍ）に、前記プラズマ放電処理した該燃焼排ガスを流入させた。中和管から排出する燃焼排ガスのＮＯxおよび硝酸の含有量を複数回測定した。測定結果を表１に示した。
なお、燃焼排ガス中のＮＯx、ＮＯおよびＮＯ2はＮＯｘ計（「Testo 350XL」）を用いて測定し、硝酸はガス検知管［（株）ガステック、No.15L］を用いて測定した。
【００２１】
表１から、プラズマ処理により、燃焼排ガス中のＮＯxの濃度が低下し、ＨＮＯ3の濃度が増大していることが分かる。すなわち、元の窒素酸化物が酸化されて減少したことが明らかである。そして、消石灰による中和でＮＯxとＨＮＯ3の濃度が低下していることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の窒素酸化物の低減方法および低減装置は、大掛かりな設備を必要とせず、また前処理および／または後処理を特に必要としないので、ディーゼルエンジン車に小型のプラズマ処理装置と消石灰を充填した中和装置を搭載して、発生源毎の窒素酸化物の除去に有効に活用できる。また、同様に、小型発電用ディーゼルエンジンにも有効に活用できる。
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】プラズマ処理による本発明方法の工程図である。
【図２】本発明の実施例に使用したプラズマ処理装置の見取り図である。
【図３】本発明の実施例に使用した吸着装置の見取り図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  反応装置（プラズマ処理装置）
２  上流端フランジ
３  下流端フランジ
４  放電電極
５  高電圧電源
６  接地電極
１１  中和装置
１２  上流端フランジ
１３  消石灰
【図１】
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【図２】
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【図３】
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