(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄分を含む燃料油を使用する舶用ディーゼルエンジンの燃焼室に、アンモニア専用の噴射ノズルを設け、燃焼室内の燃焼ガスの温度を算出するに必要なデータとして、クランクアングル、ロードインジケータ、排気ガス温度の主機運転状況のデータによりアンモニアの最適な噴射時期である燃焼室内の燃焼ガス温度が約９００℃〜１０００℃となる時期と噴射量を求め、この時期に、燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物を還元するのに必要な量のアンモニアを上記噴射ノズルより燃焼室内での高温、高圧の燃焼ガスに直接噴射し、高温、高圧の燃焼ガス中の窒素酸化物とアンモニアとの化学反応を生じさせて窒素酸化物を還元し除去することを特徴とするアンモニア添加による脱硝方法。
【請求項２】
硫黄分を含む燃料油を使用する舶用ディーゼルエンジンの燃焼室に、燃料供給管のほかにアンモニア専用の噴射ノズルを接続し、該噴射ノズルとアンモニア供給源とを結ぶアンモニア供給管の途中に、燃焼室内の燃焼ガスの温度を算出するに必要なデータとして、クランクアングル、ロードインジケータ、排気ガス温度の主機運転状況のデータを入力して、燃焼室内の燃焼ガス温度が約９００℃〜１０００℃となる最適なアンモニア噴射時期を求め且つ燃焼ガス中の窒素酸化物を還元するのに必要なアンモニアの噴射量を求めるようにしてアンモニアを噴射させるようにするアンモニア噴射制御装置を設置したことを特徴とするアンモニア添加による脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は舶用ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘを低減させる脱硝方法に関するもので、特に、触媒を用いずに還元剤としてアンモニアを用いて行う脱硝方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にディーゼルエンジンは熱効率が大きく、大馬力が得られることから、例えば、船舶や自動車、発電などの用途で広く利用されている。しかし、排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘは大気汚染・地球温暖化等の元凶とされており、窒素酸化物の低減が呼ばれている現在、ディーゼルエンジンにおける排気ガスから窒素酸化物を除去する脱硝技術の確立は、必須項目である。舶用ディーゼルエンジンの場合は、特に、高出力であり、排気ガス量、窒素酸化物ＮＯｘレベル（濃度）も高く、処理対象となる窒素酸化物の量は、陸上のディーゼルエンジン、特に、自動車用のディーゼルエンジンに比べてはるかに大きくなり、更に、舶用ディーゼルエンジンで使用する燃料は粗悪油であり、燃料油中に多くの硫黄Ｓ分を含み、この硫黄分が化合して硫黄酸化物ＳＯｘを生成している。
【０００３】
現在までに提案されている舶用ディーゼルエンジンにおける排気ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝方法の一例を示すと、図３に選択式非接触触媒脱硝法に用いられる脱硝装置の主要部分の構造を示すように、舶用ディーゼルエンジンにおいて、排気系を構成する排気管ａの所定位置に、触媒ｄを充填してなる触媒充填部ｃを設け、その上流位置に、排気管ａ中の排気ガスＥＧに、還元剤としてアンモニアＲＡを噴霧するための噴霧ノズルｂを取り付けた構成のものがある。
【０００４】
上記従来の脱硝装置によると、上記触媒充填部ｃ中の触媒ｄの手前にて排気管ａ中の排気ガスＥＧに噴霧ノズルｂからアンモニアＲＡが噴霧されて、排気ガスＥＧとアンモニアＲＡとの混合物が、触媒充填部ｃへ送られ、該触媒充填部ｃにて触媒ｄの存在下で反応が行われ、上記排気ガスＥＧ中に含まれていた窒素酸化物ＮＯｘは窒素Ｎ２と水Ｈ２Ｏとに還元されて、排気ガスＥＧの脱硝が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の脱硝方法の場合、アンモニアと窒素酸化物ＮＯｘとの化学反応を促進する上で触媒が不可欠であり、それに伴い次の如き問題がある。
(1)触媒充填部ｃとして大きなスペースをとることに伴い、すなわち、舶用ディーゼルエンジンは高出力で、排気ガス量が多いことから、圧力損失を大きく取れないため、触媒ｄはかなり大型のものとなって、触媒充填部ｃも大きなものとなることに伴い、載貨重量、載貨容量の減少は避けられず、又、機関室内のスペース内に収めるのが難しくて既存船への適用は困難である。
(2)触媒ｄのメンテナンスが必要であると共に、触媒ｄの設置費用、交換費用が多額である。
(3)触媒ｄの排気系の圧力損失を増大させる。
(4)舶用の２サイクルディーゼルエンジンにおいては、ターボチャージャーがエンジンから別置きとなり、艤装が著しく困難となる。
(5)更にアンモニアを排気系にて噴霧するため、アンモニアの一部が未反応のまま大気中へ放出される。
(6)排気ガス中の硫黄分とアンモニアが反応して硫酸アンモニウム（硫安）を生じ、排気系に悪影響を及ぼす。
【０００６】
そこで、本発明は、従来必要としていた触媒を用いずに、燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘとアンモニアとの化学反応を生じさせることにより、燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘの除去を行うようにしようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、硫黄分を含む燃料油を使用する舶用ディーゼルエンジンの燃焼室に、アンモニア専用の噴射ノズルを設け、燃焼室内の燃焼ガスの温度を算出するに必要なデータとして、クランクアングル、ロードインジケータ、排気ガス温度の主機運転状況のデータによりアンモニアの最適な噴射時期である燃焼室内の燃焼ガス温度が約９００℃〜１０００℃となる時期と噴射量を求め、この時期に、燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物を還元するのに必要な量のアンモニアを上記噴射ノズルより燃焼室内での高温、高圧の燃焼ガスに直接噴射し、高温、高圧の燃焼ガス中の窒素酸化物とアンモニアとの化学反応を生じさせて窒素酸化物を還元し除去することを特徴とするアンモニア添加による脱硝方法、及び、硫黄分を含む燃料油を使用する舶用ディーゼルエンジンの燃焼室に、燃料供給管のほかにアンモニア専用の噴射ノズルを接続し、該噴射ノズルとアンモニア供給源とを結ぶアンモニア供給管の途中に、燃焼室内の燃焼ガスの温度を算出するに必要なデータとして、クランクアングル、ロードインジケータ、排気ガス温度の主機運転状況のデータを入力して、燃焼室内の燃焼ガス温度が約９００℃〜１０００℃となる最適なアンモニア噴射時期を求め且つ燃焼ガス中の窒素酸化物を還元するのに必要なアンモニアの噴射量を求めるようにしてアンモニアを噴射させるようにするアンモニア噴射制御装置を設置した構成を有するアンモニア添加による脱硝装置とする。
【０００８】
【作用】
舶用ディーゼルエンジンの燃焼室内は、ディーゼル燃料油の燃焼に伴い高温・高圧状態の燃焼ガスが生じている。上記燃焼室内の燃焼ガス温度が９００℃〜１０００℃になる時期と燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物を還元するのに必要なアンモニアの噴射量を求めて、該時期に燃焼ガス中に直接アンモニアを噴射させると、高温・高圧の下で燃焼ガス中の窒素酸化物ＮＯｘとアンモニアとの化学反応が活発に行われ、これにより、窒素酸化物はＮ２とＨ２Ｏに還元される。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施例を示すもので、ディーゼル燃料油Ｆを供給するための燃料供給管２と排気系を構成する排気管３が接続してある舶用ディーゼルエンジン１の燃焼室１ａに、燃焼室１ａ内へ還元剤としてアンモニアＲＡを直接噴射するための専用の噴射ノズル４を接続する。燃焼室１ａへのアンモニア噴射ノズル４の接続位置は、上記ディーゼル燃料油Ｆの燃焼により発生する燃焼ガスの温度が均一となる部分にアンモニアＲＡを噴射することが出来る位置とする。
【００１１】
上記噴射ノズル４と、アンモニアタンク６とをアンモニア供給管７にて連結し、該アンモニア供給管７の途中に、アンモニアＲＡの噴射時期、噴射量を制御するアンモニア噴射制御装置５と、ポンプＰを設ける。
【００１２】
上記アンモニア噴射制御装置５は、燃焼室１ａ内の燃焼ガス温度を算出するのに必要なデータとして、クランクアングル８、ロードインジケータ９、排気ガス温度１０の主機運転状況をデータとして入力して、燃焼室１ａ内の燃焼ガス温度が、アンモニアと反応させるのに最適な温度（９００℃〜１０００℃）となる噴射時期に、燃焼室１ａ内にアンモニアを適量噴射するようにアンモニアの噴射量、噴射タイミングを制御するようにしてある。
【００１３】
今、舶用ディーゼルエンジン１からの排気ガスＥＧ中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘの脱硝を行う場合は、まず、クランクアングル８、ロードインジケータ９、排気ガス温度１０の主機運転状況のデータを入力して、燃焼室１ａ内の燃焼ガス温度が９００℃〜１０００℃となる理想の時期を選んでこの時期にアンモニアを噴射するようにアンモニアの噴射量、噴射タイミングを制御するようにしてあるアンモニア噴射制御装置５にてアンモニアと反応するのに最適な燃焼ガス温度（９００℃〜１０００℃）を判断し、この燃焼ガス温度となったときに、燃焼ガス中の窒素酸化物を還元するのに必要な量のアンモニアＲＡをタイミングをみて燃焼室１ａ内に噴射ノズル４より直接噴射させるようにする。ここで、アンモニアを燃焼ガス温度が約９００℃〜１０００℃となる時期に噴射するのは、アンモニアＲＡと燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯｘとの化学反応が最も活発に行われるからである。
【００１４】
上記噴射ノズル４からアンモニアＲＡを直接噴射する際、上記燃焼室１ａ内の燃焼ガスは温度が９００℃〜１０００℃になっていると同時に、高圧状態に保たれているため、噴射されたアンモニアＲＡと、燃焼ガス中に含まれている窒素酸化物ＮＯｘとの化学反応を活発に行わせることができて、触媒が存在していなくとも窒素酸化物ＮＯｘを窒素Ｎ２と水Ｈ２Ｏとに還元させることができる。
【００１５】
図２は上記した舶用ディーゼルエンジン１の燃焼室での燃焼を、パターンシミュレータによる計算値と、実際の計測値により指標した、コンピュータディスプレイ出力結果であり、アンモニアＲＡを噴射するタイミングを示したものである。図２において、イは燃焼室内圧、ロは燃焼ガス温度、ハは熱発生率のそれぞれの計算値を示し、ニは燃焼室内圧の実測値を示している。又、Ａはアンモニア噴射のタイミング、Ｔはアンモニアと窒素酸化物ＮＯｘとの化学反応の反応期間をそれぞれ示している。
【００１６】
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、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。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、硫黄分を含む燃料油を使用する舶用ディーゼルエンジンの燃焼室に、アンモニア専用の噴射ノズルを設け、燃焼室内の燃焼ガスの温度を算出するに必要なデータとして、クランクアングル、ロードインジケータ、排気ガス温度の主機運転状況のデータによりアンモニアの最適な噴射時期である燃焼室内の燃焼ガス温度が約９００℃〜１０００℃となる時期と噴射量を求め、この時期に、燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物を還元するのに必要な量のアンモニアを上記噴射ノズルより燃焼室内での高温、高圧の燃焼ガスに直接噴射し、高温、高圧の燃焼ガス中の窒素酸化物とアンモニアとの化学反応を生じさせて窒素酸化物を還元し除去することを特徴とするアンモニア添加による脱硝方法、及び、硫黄分を含む燃料油を使用する舶用ディーゼルエンジンの燃焼室に、燃料供給管のほかにアンモニア専用の噴射ノズルを接続し、該噴射ノズルとアンモニア供給源とを結ぶアンモニア供給管の途中に、燃焼室内の燃焼ガスの温度を算出するに必要なデータとして、クランクアングル、ロードインジケータ及び排気ガス温度のディーゼルエンジンの運転状況のデータを入力して、燃焼室内の燃焼ガス温度が約９００℃〜１０００℃となる最適なアンモニア噴射時期を求め且つ燃焼ガス中の窒素酸化物を還元するのに必要なアンモニアの噴射量を求めるようにしてアンモニアを噴射させるようにするアンモニア噴射制御装置を設置した構成を有するアンモニア添加による脱硝装置としてあるので、以下の如き優れた効果を発揮する。
(1)噴射ノズルからアンモニアを直接噴射する際、燃焼室内では、燃焼ガスが９００℃〜１０００℃になっていると同時に高圧状態に保たれているため、この時期に予め求めた量のアンモニアを噴射することにより、噴射されるアンモニアと、燃焼ガス中に含まれている窒素酸化物との化学反応を活発に行わせることができて、余剰のアンモニアがなく、したがって、残ったアンモニアが硫酸化合物と化合して生成された硫酸アンモニウム（硫安）が排気管内部に付着して排気圧損を増加させたり、硫酸アンモニウムによる腐食と云うような、硫酸アンモニウムが排気系に及ぼす影響をなくすことができて、触媒を必要とすることなく窒素酸化物を窒素と水とに還元させて除去することができる。
(2)燃焼ガスに含まれる窒素酸化物の脱硝に触媒を必要としないので、触媒使用時に比べ、脱硝システムがシンプルとなって、脱硝関連の設備が大幅に減少され、機関室内配置が容易となって機関室を小さくすることが可能となり、それに伴い載貨重量、載貨容積への影響が少なくなり、しかも触媒に関する保守点検のための費用や時間が低減出来ると共に既存船への適用も容易となり、加えて脱硝を行う上で使用される運転状態をモニターするセンサー等の機器は従来あるものを兼用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を示す概要図である。
【図２】  図１におけるアンモニアの噴射時期を示すシミュレーション出力図である。
【図３】  従来の選択式非接触触媒脱硝法に用いられる脱硝装置の主要部分の構造を示す概要図である。
【符号の説明】
１  舶用ディーゼルエンジン
１ａ  燃焼室
４  噴射ノズル
５  アンモニア噴射制御装置
６  アンモニアタンク（アンモニア供給源）
７  アンモニア供給管
８  クランクアングル
９  ロードインジケータ
１０  排気ガス温度
Ｆ  ディーゼル燃料油
ＲＡ  アンモニア
【図１】
0003742981.tif 000002
【図２】
0003742981.tif 000003
【図３】
0003742981.tif 000004