(57)【要約】  内燃機関、特に重油で作動される船舶用ディーゼル機関のための排ガス後処理システムであって、前記排ガスを脱窒するために還元剤としてアンモニアを用いるＳＣＲ触媒コンバータ（１３）と、前記排ガスの流れ方向で見て前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の上流に配置された装置（１５，１５ａ，１５ｂ）とを具備し、当該装置を介してアンモニア又は前記排ガスにおいてアンモニアに変換されるアンモニア前駆物質を、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の上流において前記排ガスに導入可能である。前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）及び任意選択的にターボチャージャの下流に、排ガス洗浄装置（１６）が配置されており、当該排ガス洗浄装置を介して、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）から出る前記排ガスに含有されている余剰アンモニアは、同様に前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）から出る前記排ガスに含有されている硫黄酸化物と共に、アンモニウム塩を形成しながら前記排ガスから、ｐＨ値をおよそ６に維持しながら、洗い流し可能である。制御を行うために前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の周囲に、バイパス（２０）がウェイストゲートとして、又はさらなるＳＣＲ触媒コンバータ（２１）を具備して設けられ得る。
2017506716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関、特に重油で作動される船舶用ディーゼル機関のための排ガス後処理システムであって、排ガスを脱窒するために還元剤としてアンモニアを用いるＳＣＲ触媒コンバータ（１３）と、前記排ガスの流れ方向で見て前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の上流に配置された装置（１５，１５ａ，１５ｂ）とを具備し、前記装置を介してアンモニア及び／又は前記排ガスにおいてアンモニアに変換されるアンモニア前駆物質を、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の上流において前記排ガスに導入可能である、排ガス後処理システムにおいて、
前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の下流に排ガス洗浄装置（１６）が配置されており、前記排ガス洗浄装置を介して、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）から出る前記排ガスに含有されているアンモニアは、同様に前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）から出る前記排ガスに含有されている硫黄酸化物と共に、アンモニウム塩を形成しながら前記排ガスから洗い流し可能であることを特徴とする排ガス後処理システム。
【請求項２】
前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の上流に配置された前記装置（１５，１５ａ，１５ｂ）は、前記アンモニア及び／又は前記アンモニア前駆物質を、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）において変換可能なアンモニア量よりも多い量で前記排ガスに導入し、それにより前記ＳＣＲ触媒コンバータの下流においてアンモニアは、前記排ガス洗浄装置（１６）の排水のｐＨ値が４と８の間になる量で含有されていることを特徴とする、請求項１に記載の排ガス後処理システム。
【請求項３】
前記装置（１５，１５ａ，１５ｂ）は、前記アンモニア及び／又は前記アンモニア前駆物質を、前記排水の前記ｐＨ値が５と７の間、好ましくは５．５と６．５の間になる量で前記排ガスに導入することを特徴とする、請求項２に記載の排ガス後処理システム。
【請求項４】
バイパス（２０，２０ａ）が設けられており、前記バイパスを介して、前記アンモニア及び／又は前記アンモニア前駆物質を前記排ガスに導入するのに役立つ前記装置（１５，１５ａ，１６）の下流であって、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の上流において、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）を介して案内可能である主排ガス流（１２ａ）を形成しながら、部分排ガス流（１２ｂ）が前記排ガスから分岐可能であり、最終的に前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の下流であって前記排ガス洗浄装置（１６）の上流において、前記ＳＣＲ触媒コンバータを介して案内された前記排ガス（１４）に供給可能であ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ガス後処理システム。
【請求項５】
バイパス（２２）が設けられており、前記バイパスを介して、前記アンモニア及び／又は前記アンモニア前駆物質を前記排ガスに導入するのに役立つ前記装置（１５）の上流であって、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の上流において、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）を介して案内可能である主排ガス流（１２ａ）を形成しながら、部分排ガス流（１２ｂ）が前記排ガスから分岐可能であり、前記アンモニア及び／又は前記アンモニア前駆物質を前記排ガスに導入するのに役立つ前記装置（１５，１５ａ，１５ｂ）は前記バイパス（２２）に配設されており、前記アンモニア及び／又は前記アンモニア前駆物質を前記部分排ガス流（１２ｂ）に導入し、前記部分排ガス流（１２ｂ）の第１の部分（１２ｂ２）は前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の上流において前記主排ガス流に供給可能であり、前記部分排ガス流（１２ｂ）の第２の部分（１２ｂ１）は前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の下流であって前記排ガス洗浄装置（１６）の上流において、前記ＳＣＲ触媒コンバータを介して案内された前記排ガス（１４）に供給可能であ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ガス後処理システム。
【請求項６】
前記バイパス（２０，２０ａ，２２）にＳＣＲ触媒コンバータ（２１）が設けられており、前記ＳＣＲ触媒コンバータを介して、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）の下流であって前記排ガス洗浄装置（１６）の上流において、前記排ガス（１４）に供給される前記部分排ガス流（１２ｂ）又は前記部分排ガス流の部分（１２ｂ１）が案内可能であることを特徴とする、請求項４又は５に記載の排ガス後処理システム。
【請求項７】
ターボチャージャのタービン（２５，２５ｂ）が設けられており、前記アンモニア及び／又は前記アンモニア前駆物質を前記排ガスに導入するための前記装置（１５，１５ａ，１５ｂ）と、好ましくは前記ＳＣＲ触媒コンバータ（１３）とは、前記ターボチャージャの前記タービン（２５，２５ｂ）の上流に配置されており、前記排ガス洗浄装置（１６）は前記ターボチャージャの前記タービン（２５，２５ｂ）の下流に配置されてい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ガス後処理システム。
【請求項８】
バイパス（２０ａ）は同時にターボチャージャのウェイストゲートとして用いられ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ガス後処理システム。
【請求項９】
内燃機関、特に重油で作動される船舶用ディーゼル機関から出る排ガスの排ガス後処理を行うための方法であって、前記排ガスは脱窒を行うために、還元剤としてアンモニアを用いるＳＣＲ触媒コンバータを介して案内され、前記排ガスの流れ方向で見て前記ＳＣＲ触媒コンバータの上流において、アンモニア及び／又は前記排ガスにおいてアンモニアに変換されるアンモニア前駆物質が、前記排ガスに導入される方法において、
前記排ガスは前記ＳＣＲ触媒コンバータの下流において排ガス洗浄装置を介して案内され、前記排ガス洗浄装置を介して、前記ＳＣＲ触媒コンバータから出る前記排ガスに含有されているアンモニアは、同様に前記ＳＣＲ触媒コンバータから出る前記排ガスに含有されている硫黄酸化物と共に、アンモニウム塩を形成しながら前記排ガスから洗い流されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記方法は請求項１から７のいずれか一項に記載の装置を使用して実施されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記ＳＣＲ触媒コンバータの入口断面を介して、異なるアンモニア濃度が調整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ＳＣＲ触媒コンバータの下流における前記アンモニアの一様分布指数は０．８より小さいことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＳＣＲ触媒コンバータの下流における前記アンモニアの前記一様分布指数は０．７より小さく、好ましくは０．６より小さいことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１のおいて書き部に記載の内燃機関、特に重油で作動される船舶用ディーゼル機関のための排ガス後処理システムに関する。本発明はまた、請求項８のおいて書き部に記載の内燃機関、特に重油で作動される船舶用ディーゼル機関から出る排ガスの排ガス後処理を行うための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重油で作動される内燃機関には、使用される燃料、すなわち重油の硫黄含有量が大きいという特殊性がある。硫黄酸化物は排ガスの他の成分と反応して堆積し得、これは排ガス浄化の有効性を損なう。この点は不利である。重油で作動される内燃機関においても有効な排ガス浄化が可能である、内燃機関のための排ガス後処理システムが求められている。
【０００３】
特許文献１から、ターボ過給設備と排ガス浄化設備を具備する内燃機関が知られている。当該ターボ過給設備は、単独のターボチャージャを備えるか、又は２つのターボチャージャを備える、単段式又は二段式のターボ過給設備として実施されている。排ガス浄化設備はＳＣＲ触媒コンバータを含んでおり、当該ＳＣＲ触媒コンバータは、単段式ターボ過給設備の場合、排ガスの流れ方向で見てターボチャージャのタービンの下流、又はターボチャージャのタービンの上流に配置されている。高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャとを具備する二段式ターボ過給設備の場合、ＳＣＲ触媒コンバータは高圧段ターボチャージャの高圧タービンと、低圧段ターボチャージャの低圧タービンの間に配置されている。
【０００４】
排ガス後処理システムのＳＣＲ触媒コンバータは、排ガスを脱窒するために還元剤としてアンモニアを用いる。従来技術から知られている排ガス後処理システムでは、ＳＣＲ触媒コンバータの上流において排ガスに、直接的にアンモニアが導入されるか、又は尿素水溶液のようなアンモニア前駆物質が導入され、当該アンモニア前駆物質は排ガス流において水蒸気、二酸化炭素、及びアンモニアに分解されるか、又は気化される。実践によればこのとき、ＳＣＲ触媒コンバータの上流において排ガスに導入されるアンモニア又はアンモニア前駆物質の量は、当該量がＳＣＲ触媒コンバータにおいて変換可能なアンモニア量に相当するように調整され、それにより、ＳＣＲ触媒コンバータの下流において排ガス中にアンモニアは含有されておらず、これにより望まないアンモニアの排出を回避する。
【０００５】
ＳＣＲ触媒コンバータを用いて、排ガス中の窒素酸化物、特に一酸化窒素及び二酸化窒素を低減させることが可能であるが、特に重油で作動される内燃機関に対して、排ガス中の窒素酸化物のほかに硫黄酸化物も低減させ、それによりこのような内燃機関の硫黄酸化物の排出を減少させることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０２００４０２７５９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の点に鑑み、本発明は内燃機関のための新式の排ガス後処理システム及び排ガス後処理を行うための方法を創出することを課題とする。当該課題は請求項１に記載の内燃機関のための排ガス後処理システムによって解決される。本発明によれば、ＳＣＲ触媒コンバータの下流に排ガス洗浄装置が配置されており、当該排ガス洗浄装置を介してＳＣＲ触媒コンバータから出る排ガスに含有されているアンモニアは、同様にＳＣＲ触媒コンバータから出る排ガスに含有されている硫黄酸化物と共に、アンモニウム塩を形成しながら排ガスから洗い流し可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って本発明によれば、ＳＣＲ触媒コンバータの下流に排ガス洗浄装置が配置されている。このときＳＣＲ触媒コンバータの下流において排ガス中に確定された量のアンモニアが含有されており、当該確定された量のアンモニアは硫黄酸化物と共に、排ガス洗浄装置の領域内で排ガスから、すなわちアンモニウム塩を形成しながら洗い流され得る。従って本発明によれば、ＳＣＲ触媒コンバータの上流において増大された量のアンモニア、又は増大された量のアンモニア前駆物質が排ガスに導入され、それによりＳＣＲ触媒コンバータの下流において、確定されたアンモニア量が排ガス中に含有されており、当該確定されたアンモニア量は排ガス洗浄装置において使用され得、それによりアンモニウム塩を形成しながら硫黄酸化物を排ガスから洗い流す。これにより簡単な手段を用いて、脱窒のほかに排ガスの脱硫が行われ得、脱硫を行うために、脱窒を行うのと同様にアンモニアが用いられる。これは排ガスの特に有効な脱窒及び脱硫を可能にし、特にＳＣＲ触媒コンバータにおけるアンモニア量が増やされることにより、脱窒の際に比較的大きな変換が実現され得る。
【０００９】
ＳＣＲ触媒コンバータの上流に配置された装置は好適に、アンモニア及び／又はアンモニア前駆物質を、ＳＣＲ触媒コンバータにおいて変換可能なアンモニア量よりも大きい量で排ガスに導入し、それによりＳＣＲ触媒コンバータの下流においてアンモニアは、アンモニウム塩を含む排ガス洗浄装置の排水のｐＨ値が４と８の間になる量で含有されている。これにより、特に有利な排ガスの脱窒及び脱硫が可能となる。
【００１０】
第１の有利な発展的構成によれば、バイパスが設けられており、当該バイパスを介して、アンモニア及び／又はアンモニア前駆物質を排ガスに導入するのに役立つ装置の下流であって、ＳＣＲ触媒コンバータの上流において、ＳＣＲ触媒コンバータを介して案内可能である主排ガス流を形成しながら、部分排ガス流が排ガスから分岐可能であり、最終的にＳＣＲ触媒コンバータの下流であって排ガス洗浄装置の上流において、ＳＣＲ触媒コンバータを介して案内された排ガスに供給可能である。
【００１１】
本発明の第２の代替的な有利な発展的構成によれば、バイパスが設けられており、当該バイパスを介して、アンモニア及び／又はアンモニア前駆物質を排ガスに導入するのに役立つ装置の上流であって、ＳＣＲ触媒コンバータの上流において、ＳＣＲ触媒コンバータを介して案内可能である主排ガス流を形成しながら、部分排ガス流が排ガスから分岐可能であり、アンモニア及び／又はアンモニア前駆物質を排ガスに導入するのに役立つ装置は前記バイパスに配設されており、アンモニア及び／又はアンモニア前駆物質を部分排ガス流に導入し、当該部分排ガス流の第１の部分はＳＣＲ触媒コンバータの上流において主排ガス流に供給可能であり、部分排ガス流の第２の部分はＳＣＲ触媒コンバータの下流であって排ガス洗浄装置の上流において、ＳＣＲ触媒コンバータを介して案内された排ガスに供給可能である。
【００１２】
２つの有利な発展的構成によって、脱窒と脱硫をある程度、互いに独立して調整又は制御することが可能である。これにより最終的に、排ガスの脱窒と脱硫はさらに改善され得る。
【００１３】
好適に本発明の上記の第１の有利な発展的構成においても、本発明の上記の第２の有利な発展的構成においても、バイパスにＳＣＲ触媒コンバータが設けられており、当該ＳＣＲ触媒コンバータを介して、前記ＳＣＲ触媒コンバータの下流であって排ガス洗浄装置の上流において排ガスに供給される部分排ガス流又は当該部分排ガス流の部分が、案内可能である。これにより、脱窒がさらに改善され得るか、又はＳＣＲ触媒コンバータにおけるＮＯｘ変換が、洗浄装置のｐＨ値に関わりなく調整され得る。
【００１４】
本発明に係る排ガス後処理を行うための方法は、請求項８に規定されている。
【００１５】
排ガスは、ＳＣＲ触媒コンバータの下流において排ガス洗浄装置を介して案内され、当該排ガス洗浄装置を介して、ＳＣＲ触媒コンバータから出る排ガスに含有されているアンモニアは、同様にＳＣＲ触媒コンバータから出る排ガスに含有されている硫黄酸化物と共に、アンモニウム塩を形成しながら排ガスから洗い流される。本発明に係る方法は、特に有利な排ガスの脱窒と脱硫を、それぞれアンモニアを用いて可能にする。
【００１６】
有利な発展的構成によれば、ＳＣＲ触媒コンバータの入口断面を介して異なるアンモニア濃度が調整され、それにより好適にＳＣＲ触媒コンバータの下流において、アンモニアの一様分布指数は０．８より小さい。これにより排ガス洗浄装置における脱硫は、ＳＣＲ触媒コンバータにおける脱窒と同様にさらに改善され得る。
【００１７】
本発明の好適な発展的構成は、従属請求項と以下の詳細な説明に記載されている。本発明の実施形態を図面に基づいてより詳しく説明するが、本発明は当該実施形態に限定されない。図に示すのは以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】内燃機関のための本発明に係る第１の排ガス後処理システムの概略図である。
【図２】内燃機関のための本発明に係る第２の排ガス後処理システムの概略図である。
【図３】内燃機関のための本発明に係る第３の排ガス後処理システムの概略図である。
【図４】内燃機関のための本発明に係る第４の排ガス後処理システムの概略図である。
【図５】内燃機関のための本発明に係る第５の排ガス後処理システムの概略図である。
【図６】内燃機関のための本発明に係る第６の排ガス後処理システムの概略図である。
【図７】内燃機関のための本発明に係る第７の排ガス後処理システムの概略図である。
【図８】内燃機関のための本発明に係る第８の排ガス後処理システムの概略図である。
【図９】内燃機関のための本発明に係るさらなる排ガス後処理システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は内燃機関、特に重油で作動される船舶用ディーゼル機関のための排ガス後処理システムに関する。また、本発明は、このような内燃機関において排ガス後処理を行うための方法に関する。
【００２０】
図１は、複数のシリンダ１１を有する内燃機関１０を極めて概略的に示しており、内燃機関１０から出る排ガス１２は、当該内燃機関１０に後置された排ガス後処理システムを介して案内され、当該排ガス後処理システムは、ＳＣＲ触媒コンバータ１３を含んでいる。従って、内燃機関１０から出る排ガス１２は、浄化されていない排ガス１２としてＳＣＲ触媒コンバータ１３に供給され、少なくとも部分的に浄化された排ガス１４として当該ＳＣＲ触媒コンバータ１３から出る。ＳＣＲ触媒コンバータ１３において、排ガス洗浄を行うための、すなわち排ガス１２の脱窒を行うための還元剤が必要とされ、還元剤としてアンモニアが用いられる。同様に用いられ得るのは、ＮＨ３前駆物質である尿素、カルバミド、ギ酸グアニジウムである。
【００２１】
ＳＣＲ触媒コンバータ１３において排ガス浄化を行うために必要とされるアンモニアは、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流において、装置１５を用いて、浄化されていない排ガス１２に添加可能であり、すなわち直接的にアンモニアとして、又はアンモニア前駆物質として添加可能であり、その後に、当該アンモニア前駆物質は、排ガス中でアンモニアに変換される。
【００２２】
内燃機関１０から出る排ガス１２にアンモニアが添加される場合には、装置１５は、アンモニア発生装置である。
【００２３】
排ガス１２にアンモニア前駆物質が添加される場合には、装置１５は、好ましくはノズルであり、アンモニア前駆物質として特に尿素が、当該ノズルを用いて、排ガス１２内に噴射される。その後に、尿素は、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流の排ガス１２中で気化し、水蒸気、二酸化炭素、及びアンモニアになる。
【００２４】
ＳＣＲ触媒コンバータ１３において、アンモニアを用いて、内燃機関１０から出る排ガス１２の脱窒が行われ、それによりその後に、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流の排ガス１４において、当該排ガスから窒素酸化物は除去されている。
【００２５】
本発明によれば、排ガス洗浄装置１６が、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流に配置されている。排ガス洗浄装置１６を介してＳＣＲ触媒コンバータ１３から出る排ガス１４に含有されているアンモニアは、同様にＳＣＲ触媒コンバータ１３から出る排ガス１４に含有されている硫黄酸化物と共に、アンモニウム塩を形成しながら排ガスから洗い流し可能である。従って、排ガス洗浄装置１６の下流には、脱窒も脱硫もなされた排ガス１７が存在し、すなわち当該排ガスから硫黄酸化物と窒素酸化物は除去されている。
【００２６】
従って排ガス洗浄装置１６には、ＳＣＲ触媒コンバータ１３から出る排ガス１４が供給されるとともに、いわゆる洗浄剤１８として好適に水が供給され、脱硫された排ガス１７とともに、アンモニウム塩で強化された排水１９が排ガス洗浄装置から出る。
【００２７】
従って本発明によれば、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流に配置された装置１５を、当該装置を介してアンモニア及び／又はアンモニア前駆物質が、ＳＣＲ触媒コンバータ１３において変換可能なアンモニア量よりも大きい量で排ガスに導入されるように用いる。従ってＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流の排ガス１４においてアンモニアは、排ガス洗浄装置１６において用いられ得る量になっており、それにより排ガス１４の脱硫を行うために、アンモニウム塩を形成しながら当該排ガスから硫黄酸化物を洗い流す。
【００２８】
このときＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流に配置された装置１５は、アンモニア及び／又はアンモニア前駆物質を、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流の排ガス１４中にアンモニアが、排ガス洗浄装置１６の排水１９のｐＨ値が４と８の間、好ましくは５と７の間、特に好ましくは５．５と６．５の間になる量で含有されている量で、排ガス１２に導入する。これは制御回路を介して確保され、当該制御回路において、排水１９のｐＨ値が測定され、目標値と比較され、当該比較に応じて装置１５は、当該装置によって排ガスに導入されるアンモニア及び／又はアンモニア前駆物質の量を適合させながら制御され、それにより測定されたｐＨ値は当該ｐＨ値の目標値に近づく。
【００２９】
本発明により、特に重油で作動される船舶用ディーゼル機関のために、排ガスの脱硫及び脱窒を有効に行うことが可能となり、脱窒を行うためにも脱硫を行うためにも作用物質としてそれぞれアンモニアが用いられる。ＳＣＲ触媒コンバータ１３の領域内で脱窒を行うために使用されるアンモニアの量を増大させることにより、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の領域内で特に有効な排ガスの脱窒を行うことが可能である。ＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流で排ガス１４に含有されているアンモニアは、排ガス洗浄装置１６の領域内で排ガスの脱硫を行うために用いられる。
【００３０】
図２は、図１に表わす実施形態の発展的構成を示しており、図２に表わす実施形態は、図２の排ガス後処理システムがバイパス２０を有しているという点においてのみ、図１の実施形態と相違する。ＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流、且つ、アンモニア及び／又はアンモニア前駆物質を排ガス１２に導入するのに役立つ装置１５の下流では、主排ガス流１２ａと部分排ガス流１２ｂとを形成した状態において、排ガスが、バイパス２０を介して排ガス１２から分岐可能であり、主排ガス流１２ａは、ＳＣＲ触媒コンバータ１４を介して案内され、部分排ガス流１２ｂは、バイパス２０を介してＳＣＲ触媒コンバータ１３を迂回される。
【００３１】
ＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流において、当該ＳＣＲ触媒コンバータを迂回させられた部分排ガス流１２ｂは、ＳＣＲ触媒コンバータ１３から出る排ガス流１４と統合されるので、その後に、共に排ガス洗浄装置１６を介して案内される。これにより、ＳＣＲ触媒コンバータ１３における脱窒と、排ガス洗浄装置１４における脱硫とは、ある程度互いに独立して調整又は制御され得る。
【００３２】
図３は、図２に表わす実施形態の発展的構成を示しており、当該構成では、バイパス２０内にさらなるＳＣＲ触媒コンバータ２１が配置されており、それにより部分排ガス流１２ｂも排ガス洗浄装置１６の上流において脱窒を行うために、独自のＳＣＲ触媒コンバータ２１を介して案内する。これにより排ガスの脱窒は改善され得る。
【００３３】
図４は、本発明のさらなる変化形態を示しており、図４の実施形態においても排ガス後処理システムはバイパス２２を含んでいる。図４の実施形態ではバイパス２２を介して、排ガス１２はここでも主排ガス流１２ａと部分排ガス流１２ｂとに分割可能であり、主排ガス流１２ａは強制的にＳＣＲ触媒コンバータ１３を介して案内される。
【００３４】
しかしながら、図２及び図３の実施形態と異なり、図４の実施形態では、アンモニア及び／又はアンモニア前駆物質を排ガスに導入するのに役立つ装置１５はバイパス２２に配設されており、従ってそれによりバイパス２２は排ガスを、装置１５の上流において主排ガス流１２ａと部分排ガス流１２ｂとに分割する。装置１５はアンモニア及び／又はアンモニア前駆物質を、部分排ガス流１２ｂに導入し、当該部分排ガス流１２ｂは装置１５の下流において２つの部分１２ｂ１と１２ｂ２とに分割される。
【００３５】
部分排ガス流１２ｂの部分１２ｂ１は、ＳＣＲ触媒コンバータ１３を迂回され、当該ＳＣＲ触媒コンバータの下流であって、排ガス洗浄装置１６の上流において、ＳＣＲ触媒コンバータ１３から出る排ガス１４と混合される。
【００３６】
部分排ガス流１２ｂの部分１２ｂ２は、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流で主排ガス流１２ａと混合され、当該主排ガス流と共にＳＣＲ触媒コンバータ１３を介して案内される。
【００３７】
図５は図４の実施形態の発展的構成を示しており、当該実施形態では図３の実施形態と同じく、バイパス２２にさらなるＳＣＲ触媒コンバータ２１が供給されており、当該さらなるＳＣＲ触媒コンバータを介して、図５の実施形態では部分排ガス流１２ｂの部分１２ｂ１が案内される。
【００３８】
図６は図５の実施形態の発展的構成を示しており、当該実施形態ではバイパス２２に、図６の実施形態においてアンモニア前駆物質を部分排ガス流１２ｂに添加するのに役立つ装置１５の下流において、加水分解触媒コンバータ２３が配設されている。加水分解触媒コンバータ２３を介して、部分排ガス流１２ｂにおけるアンモニア前駆物質のアンモニアへの変換は改善又は支援され得る。部分排ガス流１２ｂを２つの部分１２ｂ１と１２ｂ２とに分割することは、加水分解触媒コンバータ２３の下流で行われる。
【００３９】
図７及び図８は、本発明の２つの実施形態を示しており、当該２つの実施形態では、ターボ過給式内燃機関において図１の変化形態が用いられている。すなわち、図７は、単独のターボチャージャ２４を介する単段式のターボ過給設備を具備する内燃機関１０を示しており、ターボチャージャ２４に関しては、タービン２５とコンプレッサ２６が示されている。図７では、ＳＣＲ触媒コンバータ１３は、アンモニア及び／又はアンモニア前駆物質を排ガス１２に添加するのに役立つ装置１５と共に、ターボチャージャ２４のタービン２５の上流に設けられているが、排ガス洗浄装置１６は、ターボチャージャ２４のタービン２５の下流に配置されている。タービン２５の上流における高い圧力と温度によって、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の領域内で排ガスを脱窒することが支援される。タービン２５内で脱窒された排ガス１４が膨張する際に得られるエネルギーは、ターボチャージャ２４のコンプレッサ２６の領域内で内燃機関１０に供給すべき過給気２７を圧縮するために用いられる。
【００４０】
図８は、二段式のターボ過給設備を具備する内燃機関１０の変化形態を示しており、従って、当該ターボ過給設備は、２つのターボチャージャ２４ａ，２４ｂを含んでいる。ターボチャージャ２４ａは高圧段ターボチャージャであり、ターボチャージャ２４ｂは低圧段ターボチャージャである。図８では、ＳＣＲ触媒コンバータ１３と、アンモニア又はアンモニア前駆物質を排ガス１２に導入するための装置１５とは、高圧段ターボチャージャ２４ａの高圧タービン２５ａの下流であって、低圧段ターボチャージャ２４ｂの低圧タービン２５ｂの上流に設けられているが、排ガス洗浄装置１６は、低圧段ターボチャージャ２４ｂの低圧タービン２５ｂの下流に設けられている。ターボチャージャ２４ａ，２４ｂにおいて、タービン２５ａ，２５ｂの領域内で排ガス１４が膨張する際に得られるエネルギーは、内燃機関１０に供給すべき過給気２７を二段式に、すなわち低圧段ターボチャージャ２４ｂと高圧段ターボチャージャ２４ａの低圧コンプレッサ２６ｂの領域内及び高圧コンプレッサ２６ａの領域内で圧縮するために用いられる。
【００４１】
ここで指摘すべき点は、図２から図６の変化形態もそれぞれ、単段式又は二段式に過給される内燃機関１０と組み合わせて用いられ得るということである。その場合、図７及び図８の実施形態と同様に、ＳＣＲ触媒コンバータ１３及び場合により２１は、バイパス２０，２２を含めてターボチャージャ２４又は２４ｂのタービン２５又は２５ｂの上流に配置されており、これに対して、排ガス洗浄装置１６は、個々のターボチャージャ２４，２４ｂの個々のタービン２５，２５ｂの下流に配置されている。
【００４２】
図１から図８の実施形態において、アンモニア又はアンモニア前駆物質は、装置１５を介して、単独又は個々のＳＣＲ触媒コンバータ１３又は２１の入口断面を介して、均一なアンモニア濃度が調整されるように、排ガスに導入される。
【００４３】
上記とは異なり、図９は、図１の実施形態の発展的構成を示しており、当該構成では、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の入口断面を介して、異なるアンモニア濃度の調整が行われる。すなわち、図９において２つの装置１５ａ，１５ｂが示されており、当該装置はそれぞれ、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流において、アンモニア又はアンモニア前駆物質を内燃機関１０から出る排ガス１２に導入するのに役立ち、しかもそれにより、ＳＣＲ触媒コンバータの入口断面を介して、異なるアンモニア濃度が調整される。これは、例えば以下のようにして実現される。すなわち、２つの装置１５ａ，１５ｂは、図９に示されるようにＳＣＲ触媒コンバータ１３の入口領域において、異なる質量流量を有するアンモニア又はアンモニア前駆物質を排ガス１２に直接導入する。このとき、好適には、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の入口断面を介した異なるアンモニア濃度の調整は、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流の当該ＳＣＲ触媒コンバータから出る排ガス１４において、及び従って排ガス洗浄装置１６の上流において、アンモニアの一様分布指数が０．８より小さく、好ましくは０．７より小さく、特に好ましくは０．６より小さくなるように実施される。
【００４４】
このとき、ＳＣＲ触媒コンバータの上流におけるアンモニアの一様分布指数は、以下の数式によって決定することができる。
【００４５】
【数１】
2017506716.tif 000003
【００４６】
上記の数式において、アンモニアの一様分布指数はＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流のものであり、ｃｉはＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流のｉ番目の測定点におけるアンモニア濃度であり、ｎはＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流の測定点の総数である。
【００４７】
従って、本発明では、内燃機関１０、特に重油で作動される内燃機関の排ガスの排ガス浄化を行うにあたり、脱窒及び脱硫を行うためにそれぞれアンモニアを用いて、脱窒はＳＣＲ触媒コンバータ１３において行われ、脱硫は当該ＳＣＲ触媒コンバータの下流において排ガス洗浄装置１６内で行われる。このとき、ＳＣＲ触媒コンバータ１３は、アンモニア過剰で作動され、それによりＳＣＲ触媒コンバータ１３の下流であって、排ガス洗浄装置１６の上流において確定されたアンモニア量があり、当該確定されたアンモニア量は排ガス洗浄装置１６において脱硫を行うために用いられる。
【符号の説明】
【００４８】
１０  内燃機関
１１  シリンダ
１２  排ガス
１２ａ  主排ガス流
１２ｂ  部分排ガス流
１２ｂ１  部分排ガス流の第１の部分
１２ｂ２  部分排ガス流の第２の部分
１３  ＳＣＲ触媒コンバータ
１４  排ガス
１５  装置
１５ａ  装置
１５ｂ  装置
１６  排ガス洗浄装置
１７  排ガス
１８  水
１９  排水
２０，２０ａ  バイパス
２１  ＳＣＲ触媒コンバータ
２２  バイパス
２３  加水分解触媒コンバータ
２４  ターボチャージャ
２４ａ  高圧段ターボチャージャ
２４ｂ  低圧段ターボチャージャ
２５  タービン
２５ａ  高圧タービン
２５ｂ  低圧タービン
２６  コンプレッサ
２６ａ  高圧コンプレッサ
２６ｂ  低圧コンプレッサ
２７  過給気
【図１】
2017506716.tif 000004
【図２】
2017506716.tif 000005
【図３】
2017506716.tif 000006
【図４】
2017506716.tif 000007
【図５】
2017506716.tif 000008
【図６】
2017506716.tif 000009
【図７】
2017506716.tif 000010
【図８】
2017506716.tif 000011
【図９】
2017506716.tif 000012
【国際調査報告】
2017506716.tif 000013
2017506716.tif 000014
2017506716.tif 000015
2017506716.tif 000016
2017506716.tif 000017
2017506716.tif 000018