(57)【要約】【課題】尿素水を還元剤としてＮＯxを還元浄化するにあたり、ＮＯx還元効率を従来より大幅に向上し得るようにする。【解決手段】排気管９の途中に選択還元型触媒１０を装備し且つ該選択還元型触媒１０の上流側に尿素水１７（還元剤）を添加してＮＯxを還元浄化する排気浄化方法に関し、尿素水１７から生じたＮＨ3をＮＨ2まで分解する第一の反応領域１９と、ＮＨ2によりＮＯを還元浄化する第二の反応領域２０とを分け、第一の反応領域１９でＮＨ2が生成されたところで排気温度を下降せしめ、第二の反応領域２０では第一の反応領域１９よりも低い温度条件下で反応を進める。【選択図】図１
2005351160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化する排気浄化方法であって、尿素水から生じたＮＨ3をＮＨ2まで分解する第一の反応領域と、ＮＨ2によりＮＯを還元浄化する第二の反応領域とを分け、第一の反応領域でＮＨ2が生成されたところで排気温度を下降せしめ、第二の反応領域では第一の反応領域よりも低い温度条件下で反応を進めることを特徴とする排気浄化方法。
【請求項２】
排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化する排気浄化装置であって、選択還元型触媒を排出ガスの流れ方向に向け流路断面積が急拡大するように形成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化する排気浄化装置であって、選択還元型触媒を前後二段に分割構成し且つ後段の選択還元型触媒を前段の選択還元型触媒よりも流路断面積が大きなものとなるように形成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項４】
排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化する排気浄化装置であって、選択還元型触媒を抱持するケーシングの後方部分に冷却手段を外装したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項５】
排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化する排気浄化装置であって、選択還元型触媒を前後二段に分割構成し且つ両選択還元型触媒の相互間に冷却手段を介装したことを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿素水を還元剤としてＮＯxを還元浄化する排気浄化方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排出ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００３】
他方、プラントなどにおける工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にＮＨ3（アンモニア）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、ＮＨ3そのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている（例えば、特許文献１や特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６１７３２号公報
【特許文献２】特開２００２−１６６１３０号公報
【０００４】
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、約１７０℃以上の温度条件下で前記尿素水がＮＨ3とＣＯに分解され、選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯxがＮＨ3により良好に還元浄化されることになる。
【０００５】
この種の尿素水を還元剤としたＮＯxの還元浄化反応においては、ＮＯxを直接還元浄化する反応の本体がＮＨ2であることが判っており、しかも、尿素水をＮＨ3を経てＮＨ2まで分解するのに約６００〜７００℃以上の高温条件が必要であることも判っているので、排気温度が低い軽負荷時などに選択還元型触媒に到る排出ガスの温度を積極的に高めてＮＯx低減効果の向上を図り得るようにすることが今までにも数多く提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＮＨ2によりＮＯを還元浄化する反応には、ＮＨ2を生成するのに必要なほどの高温条件は不要であり、寧ろ５００℃以下まで温度条件を下げた方がＮＯの還元浄化反応の活性が高いという知見が得られているという事実があるが、今までに提案されているものでは、ＮＨ2を多く生成することばかりが第一義として考えられてきており、ＮＨ2が生成された後の温度管理まで考慮に入れたものが全く考えられていなかった。
【０００７】
即ち、図５に示す如く、ＮＨ2とＮＯの反応速度定数の温度変化を、縦軸に反応速度定数を対数表示し且つ横軸に温度Ｔ分の１の形式で温度を表示したアレニウスプロットによりグラフ化すると、ここに曲線Ｘで示してある通り、ＮＨ2によるＮＯの還元反応は、グラフ中の左側の高温領域にて最も反応速度定数が低下し、グラフ中の右側の温度の低い領域へ移るに従い反応速度定数が徐々に高まる傾向となる。
【０００８】
然るに、このグラフに曲線Ｙで併記してある通り、尿素水から生じたＮＨ3がＮＨ2に分解される反応は、グラフ中の左側の温度の高い領域へ移るに従い反応速度定数が徐々に高まる傾向を示すので、このＮＨ2が生成される反応速度定数が高い左側の温度領域では、ＮＨ2によるＮＯの還元反応の反応速度定数が落ち込んでしまうことになる。
【０００９】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、尿素水を還元剤としてＮＯxを還元浄化するにあたり、ＮＯx還元効率を従来より大幅に向上し得る排気浄化方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化する排気浄化方法であって、尿素水から生じたＮＨ3をＮＨ2まで分解する第一の反応領域と、ＮＨ2によりＮＯを還元浄化する第二の反応領域とを分け、第一の反応領域でＮＨ2が生成されたところで排気温度を下降せしめ、第二の反応領域では第一の反応領域よりも低い温度条件下で反応を進めることを特徴とするものである。
【００１１】
而して、このようにすれば、尿素水から生じたＮＨ3をＮＨ2まで分解するのに適した高温条件を第一の反応領域に与える一方、この第一の反応領域よりも低い温度条件を第二の反応領域に与えてＮＨ2によるＮＯの還元浄化反応を効率良く進めることが可能となる。
【００１２】
本発明の排気浄化方法を実施するにあたっては、例えば、排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加してＮＯxを還元浄化する排気浄化装置であって、選択還元型触媒を排出ガスの流れ方向に向け流路断面積が急拡大するように形成したものを使用すると良い。
【００１３】
このような排気浄化装置を使用すれば、選択還元型触媒内を流れる排出ガスが下流側に向かうにつれ断熱膨張して温度低下するので、この温度低下により選択還元型触媒の後方部分の温度条件が前方部分より低くなり、該選択還元型触媒の前方部分が第一の反応領域として機能する一方、選択還元型触媒の後方部分が第二の反応領域として機能することになる。
【００１４】
また、この排気浄化装置に替えて、選択還元型触媒を前後二段に分割構成し且つ後段の選択還元型触媒を前段の選択還元型触媒よりも流路断面積が大きなものとなるように形成した排気浄化装置を使用しても良い。
【００１５】
このような排気浄化装置を使用すれば、前段の選択還元型触媒内を流れ出た排出ガスが後段の選択還元型触媒に拡散して流れ込むことで断熱膨張して温度低下するので、この温度低下により後段の選択還元型触媒の温度条件が前段の選択還元型触媒より低くなり、該前段の選択還元型触媒が第一の反応領域として機能する一方、後段の選択還元型触媒が第二の反応領域として機能することになる。
【００１６】
更には、選択還元型触媒を抱持するケーシングの後方部分に冷却手段を外装した排気浄化装置を使用することも可能であり、このようにすれば、選択還元型触媒の後方部分が冷却手段による冷却作用を受けて温度低下するので、この選択還元型触媒の後方部分の温度条件が前方部分より低くなり、該選択還元型触媒の前方部分が第一の反応領域として機能する一方、選択還元型触媒の後方部分が第二の反応領域として機能することになる。
【００１７】
また、選択還元型触媒を前後二段に分割構成し且つ両選択還元型触媒の相互間に冷却手段を介装した排気浄化装置を使用することも可能であり、このようにすれば、前段の選択還元型触媒内を流れ出た排出ガスが冷却手段による冷却作用を受けて温度低下するので、この温度低下により後段の選択還元型触媒の温度条件が前段の選択還元型触媒より低くなり、該前段の選択還元型触媒が第一の反応領域として機能する一方、後段の選択還元型触媒が第二の反応領域として機能することになる。
【発明の効果】
【００１８】
上記した本発明の排気浄化方法及び装置によれば、尿素水から生じたＮＨ3をＮＨ2まで分解するのに適した高温条件を第一の反応領域に与える一方、この第一の反応領域よりも低い温度条件を第二の反応領域に与えてＮＨ2によるＮＯの還元浄化反応を効率良く進めることができるので、ＮＯx還元効率を従来より大幅に向上することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１は本発明の第一形態例を示すもので、図１中における符号１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
【００２１】
また、このエンジン１の各シリンダから排出された排出ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排出ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００２２】
そして、排出ガス７が流通する排気管９の途中には、排出ガス７の流れ方向に向け流路断面積が急拡大するように形成された選択還元型触媒１０がケーシング１１に抱持されて装備されており、この選択還元型触媒１０は、フロースルー形式のハニカム構造物となっていて、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。
【００２３】
更に、ケーシング１１の上流側に電磁式の添加弁１３が配置されていると共に、該添加弁１３と所要場所に設けた尿素水タンク１４との間が供給ポンプ１６を有する尿素水供給ライン１５により接続されていて、該尿素水供給ライン１５の途中に装備した供給ポンプ１６の駆動により尿素水タンク１４内の尿素水１７（還元剤）を添加弁１３を介し選択還元型触媒１０の上流側に添加し得るようになっており、これら添加弁１３と尿素水タンク１４と尿素水供給ライン１５と供給ポンプ１６とにより尿素水添加手段１８が構成されている。
【００２４】
而して、このような排気浄化装置を使用すれば、選択還元型触媒１０内を流れる排出ガス７が下流側に向かうにつれ断熱膨張して温度低下するので、この温度低下により選択還元型触媒１０の後方部分の温度条件が前方部分より低くなり、該選択還元型触媒１０の前方部分が、尿素水１７から生じたＮＨ3をＮＨ2まで分解する第一の反応領域１９として機能する一方、選択還元型触媒１０の後方部分が、ＮＨ2によりＮＯを還元浄化する第二の反応領域２０として機能することになる。
【００２５】
即ち、尿素水１７から生じたＮＨ3をＮＨ2まで分解するのに適した約６００〜７００℃以上の高温条件を第一の反応領域１９に与える一方、この第一の反応領域１９よりも低い５００℃以下の温度条件を第二の反応領域２０に与えてＮＨ2によるＮＯの還元浄化反応を効率良く進めることができるので、ＮＯx還元効率を従来より大幅に向上することができる。
【００２６】
また、図２は本発明の第二形態例を示すもので、本形態例においては、選択還元型触媒１０を前後二段に分割構成し且つ後段の選択還元型触媒１０Ｂを前段の選択還元型触媒１０Ａよりも流路断面積が大きなものとなるように形成し、両選択還元型触媒１０Ａ，１０Ｂの相互間を排出ガス７の流れ方向に流路断面積が急拡大するようにした連絡管２１を介して接続したものとなっている。
【００２７】
尚、この連絡管２１内には、前段の選択還元型触媒１０Ａから流れ出た排出ガス７が良好に拡散するように邪魔板やガイド部材（特に図示せず）を適宜に装備させても良い。
【００２８】
而して、このような排気浄化装置を使用すれば、前段の選択還元型触媒１０Ａ内を流れ出た排出ガス７が後段の選択還元型触媒１０Ｂに拡散して流れ込むことで断熱膨張して温度低下するので、この温度低下により後段の選択還元型触媒１０Ｂの温度条件が前段の選択還元型触媒１０Ａより低くなり、前段の選択還元型触媒１０Ａが第一の反応領域１９として機能する一方、後段の選択還元型触媒１０Ｂが第二の反応領域２０として機能することになる。
【００２９】
従って、斯かる第二形態例においても、尿素水１７から生じたＮＨ3をＮＨ2まで分解するのに適した約６００〜７００℃以上の高温条件を第一の反応領域１９に与える一方、この第一の反応領域１９よりも低い５００℃以下の温度条件を第二の反応領域２０に与えてＮＨ2によるＮＯの還元浄化反応を効率良く進めることができるので、前述した図１の第一形態例の場合と同様にＮＯx還元効率を従来より大幅に向上することができる。
【００３０】
更に、図３は本発明の第三形態例を示すもので、本形態例においては、選択還元型触媒１０を抱持するケーシング１１の後方部分に冷却手段として放熱を促進するためのフィン２２を外装したものとなっている。
【００３１】
このようにすれば、選択還元型触媒１０の後方部分がフィン２２による放熱促進作用により冷却されて温度低下するので、この選択還元型触媒１０の後方部分の温度条件が前方部分より低くなり、該選択還元型触媒１０の前方部分が第一の反応領域１９として機能する一方、選択還元型触媒１０の後方部分が第二の反応領域２０として機能することになる。
【００３２】
従って、斯かる第三形態例においても、尿素水１７から生じたＮＨ3をＮＨ2まで分解するのに適した約６００〜７００℃以上の高温条件を第一の反応領域１９に与える一方、この第一の反応領域１９よりも低い５００℃以下の温度条件を第二の反応領域２０に与えてＮＨ2によるＮＯの還元浄化反応を効率良く進めることができるので、前述した図１の第一形態例や図２の第二形態例の場合と同様にＮＯx還元効率を従来より大幅に向上することができる。
【００３３】
また、図４は本発明の第四形態例を示すもので、本形態例においては、選択還元型触媒１０を前後二段に分割構成し且つ両選択還元型触媒１０Ａ，１０Ｂの相互間に、水冷ジャケット２３により被包された連絡管２４を冷却手段として介装したものとなっており、前記水冷ジャケット２３には冷却水１２が給排されるようにしてある。
【００３４】
このようにすれば、前段の選択還元型触媒１０Ａ内を流れ出た排出ガス７が連絡管２４を通過する間に水冷ジャケット２３による冷却作用を受けて温度低下するので、この温度低下により後段の選択還元型触媒１０Ｂの温度条件が前段の選択還元型触媒１０Ａより低くなり、該前段の選択還元型触媒１０Ａが第一の反応領域１９として機能する一方、後段の選択還元型触媒１０Ｂが第二の反応領域２０として機能することになる。
【００３５】
従って、斯かる第四形態例においても、尿素水１７から生じたＮＨ3をＮＨ2まで分解するのに適した約６００〜７００℃以上の高温条件を第一の反応領域１９に与える一方、この第一の反応領域１９よりも低い５００℃以下の温度条件を第二の反応領域２０に与えてＮＨ2によるＮＯの還元浄化反応を効率良く進めることができるので、前述した図１の第一形態例や図２の第二形態例、図３の第三形態例の場合と同様にＮＯx還元効率を従来より大幅に向上することができる。
【００３６】
尚、本発明の排気浄化方法及び装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、冷却手段には図示以外の様々な冷却方式を適宜に採用し得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第一形態例を示す概略図である。
【図２】本発明の第二形態例を示す概略図である。
【図３】本発明の第三形態例を示す概略図である。
【図４】本発明の第四形態例を示す概略図である。
【図５】ＮＨ2とＮＯの反応速度定数の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
７  排出ガス
９  排気管
１０  選択還元型触媒
１０Ａ  選択還元型触媒
１０Ｂ  選択還元型触媒
１１  ケーシング
１２  冷却水
１７  尿素水
１８  尿素水添加手段
１９  第一の反応領域
２０  第二の反応領域
２２  フィン（冷却手段）
２３  水冷ジャケット（冷却手段）
２４  連絡管（冷却手段）
【図１】
2005351160.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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