JP2014043819A - Denitrification apparatus, and denitrification method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を、還元剤を用いて窒素に還元する脱硝装置、および、脱硝方法に関する。 The present invention relates to a denitration apparatus and a denitration method for reducing nitrogen oxides contained in engine exhaust gas to nitrogen using a reducing agent.
船舶や、車両等のエンジンにおいて、化石燃料を燃焼させると、燃焼排ガス(排気ガス)が生じるが、この排気ガスには、窒素酸化物(以下、単にNOxと称する)が含まれている。NOxは、大気汚染物質であるため、国や世界的な機関による濃度規制や、地方自治体による総量規制が行われている。したがって、エンジンから排出される排気ガスに含まれるNOx濃度が予め定められた規制値以上である場合には、NOxを除去するための脱硝装置に排気ガスを通過させる必要がある。 Combustion exhaust gas (exhaust gas) is generated when fossil fuel is burned in an engine such as a ship or a vehicle. This exhaust gas contains nitrogen oxides (hereinafter simply referred to as NOx). Since NOx is an air pollutant, concentration regulation by national and global organizations and total quantity regulation by local governments are performed. Therefore, when the concentration of NOx contained in the exhaust gas discharged from the engine is equal to or higher than a predetermined regulation value, it is necessary to pass the exhaust gas through a denitration device for removing NOx.
脱硝装置としては、NOxを還元するための還元剤と、NOxの還元を促進する脱硝触媒とを含んで構成される選択式触媒還元(Selective Catalytic Reduction)脱硝装置が普及している。選択式触媒還元脱硝装置を利用する場合、排気ガスと還元剤とを予め混合させておき、その混合気体を脱硝触媒に流通させることにより、還元剤が排気ガス中のNOxを還元(分解)する。また、脱硝触媒は、NOxの還元効率を維持するために、予め定められた活性温度の下限値(例えば、300℃程度)以上に保っておく必要がある。 As a denitration apparatus, a selective catalytic reduction denitration apparatus that includes a reducing agent for reducing NOx and a denitration catalyst that promotes the reduction of NOx is widely used. When a selective catalytic reduction denitration apparatus is used, exhaust gas and a reducing agent are mixed in advance, and the mixed gas is passed through the denitration catalyst so that the reducing agent reduces (decomposes) NOx in the exhaust gas. . Further, the denitration catalyst needs to be maintained at a predetermined lower limit (for example, about 300 ° C.) of the activation temperature in order to maintain the NOx reduction efficiency.
エンジンの排気路に脱硝触媒を配置する場合において、過給機のタービンの上流側に配置する構成と、下流側に配置する構成が考えられる。ここで、タービンの上流側に脱硝触媒を配置する構成を採る場合、エンジン負荷によっては、排気ガスの温度が高くなりすぎ、還元剤が酸化されてしまい、所望する脱硝効率が得られないおそれがある。一方、タービンの下流に脱硝触媒を配置する構成を採る場合、排気ガスの熱がタービンで消費されるため、タービンの下流の排気ガスの温度が、脱硝触媒の活性温度の下限値に到達しないことがある。 When the denitration catalyst is disposed in the exhaust path of the engine, a configuration in which the denitration catalyst is disposed on the upstream side of the turbocharger turbine and a configuration in which the denitration catalyst is disposed on the downstream side are conceivable. Here, when adopting a configuration in which a denitration catalyst is arranged upstream of the turbine, depending on the engine load, the temperature of the exhaust gas becomes too high, and the reducing agent may be oxidized, and the desired denitration efficiency may not be obtained. is there. On the other hand, when adopting a configuration in which the denitration catalyst is arranged downstream of the turbine, the exhaust gas heat is consumed by the turbine, so the temperature of the exhaust gas downstream of the turbine does not reach the lower limit of the activation temperature of the denitration catalyst. There is.
そこで、タービンの下流に脱硝触媒を設けておき、タービンの上流側の排気ガスを分岐し、分岐した上流側の排気ガスをタービンの下流側の排気ガスに合流させることで、タービンの下流側における排気ガスの温度低下を抑制する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。また、脱硝触媒を活性温度に加熱するための加熱装置を別途設ける技術も開示されている(例えば、特許文献2)。 Therefore, a NOx removal catalyst is provided downstream of the turbine, the exhaust gas upstream of the turbine is branched, and the branched upstream exhaust gas is merged with the exhaust gas downstream of the turbine. A technique for suppressing a temperature drop of exhaust gas is disclosed (for example, Patent Document 1). In addition, a technique of separately providing a heating device for heating the denitration catalyst to the activation temperature is disclosed (for example, Patent Document 2).
しかし、特許文献1の技術では、エンジンから排出された排気ガスの温度が低く、脱硝触媒を活性温度にするために分岐量を多くすると、タービン効率が低下してしまう。また、特許文献2の技術を利用すると、ヒータ等の別途の加熱装置が必要となり、必要以上に電力や燃料を消費することとなる。また、加熱装置を設置するための専用のスペースが必要となる。特に、スペースが限られた船舶等では、加熱装置のための専用のスペースを確保するのが困難である場合もある。 However, in the technique of Patent Document 1, if the temperature of the exhaust gas discharged from the engine is low and the branch amount is increased in order to bring the denitration catalyst to the activation temperature, the turbine efficiency is lowered. Moreover, if the technique of patent document 2 is utilized, a separate heating device such as a heater will be required, and electric power and fuel will be consumed more than necessary. In addition, a dedicated space for installing the heating device is required. In particular, in a ship where space is limited, it may be difficult to secure a dedicated space for the heating device.
本発明は、このような課題に鑑み、脱硝触媒の配置および構成を工夫することで、排気ガスから効率よくNOxを除去することが可能な脱硝装置、および、脱硝方法を提供することを目的としている。 In view of such problems, the present invention aims to provide a denitration apparatus and a denitration method capable of efficiently removing NOx from exhaust gas by devising the arrangement and configuration of a denitration catalyst. Yes.
上記課題を解決するために、本発明の脱硝装置は、エンジンから送出された排気ガスによって回転するタービン、および、タービンの回転を利用して空気を圧縮しエンジンに圧縮した空気を導入する圧縮機を有する過給機と、タービンの上流側に設けられ、上流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する上流側脱硝触媒と、タービンの下流側に設けられ、下流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する、上流側脱硝触媒よりも活性温度が低い下流側脱硝触媒と、上流側脱硝触媒の上流側、および、下流側脱硝触媒の上流側に還元剤を導入する還元剤導入部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a denitration apparatus of the present invention includes a turbine that is rotated by exhaust gas sent from an engine, and a compressor that compresses air using the rotation of the turbine and introduces compressed air into the engine. A turbocharger provided on the upstream side of the turbine, and an upstream denitration catalyst that promotes reduction of nitrogen oxides contained in the upstream exhaust gas, and a downstream exhaust gas provided on the downstream side of the turbine Introducing a reducing agent on the upstream side of the downstream denitration catalyst, upstream of the downstream denitration catalyst, and upstream of the downstream denitration catalyst, which promotes reduction of nitrogen oxides contained in And a reducing agent introducing section.
上記還元剤導入部は、上流側脱硝触媒の上流側、および、下流側脱硝触媒の上流側のいずれにも独立して還元剤を導入可能であり、タービンと下流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である下流側温度を測定する温度測定部と、下流側温度が第1の閾値以上である場合、還元剤導入部を制御して、下流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入させる還元剤調整部と、を備えるとしてもよい。 The reducing agent introduction section can introduce the reducing agent independently to both the upstream side of the upstream denitration catalyst and the upstream side of the downstream side denitration catalyst, and circulates between the turbine and the downstream side denitration catalyst. If the downstream temperature is equal to or higher than the first threshold, the reducing agent introduction unit is controlled to reduce only the upstream side of the downstream denitration catalyst. And a reducing agent adjusting unit that introduces the agent.
上記温度測定部は、下流側温度とともに、エンジンと上流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である上流側温度を測定し、還元剤調整部は、下流側温度が第1の閾値未満であり、上流側温度が第1の閾値より高い第2の閾値未満である場合、還元剤導入部を制御して、上流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入させるとしてもよい。 The temperature measuring unit measures the upstream side temperature, which is the temperature of the exhaust gas flowing between the engine and the upstream side denitration catalyst, together with the downstream side temperature, and the reducing agent adjusting unit has the downstream side temperature as the first threshold value. When the upstream temperature is lower than the second threshold value higher than the first threshold value, the reducing agent introduction unit may be controlled to introduce the reducing agent only upstream of the upstream denitration catalyst.
上記還元剤調整部は、下流側温度が第1の閾値未満であり、上流側温度が第2の閾値以上である場合、還元剤導入部を制御して、上流側脱硝触媒の上流側および下流側脱硝触媒の上流側に還元剤を導入させるとしてもよい。 When the downstream temperature is lower than the first threshold value and the upstream temperature is equal to or higher than the second threshold value, the reducing agent adjusting unit controls the reducing agent introduction unit to control the upstream side and downstream side of the upstream denitration catalyst. A reducing agent may be introduced upstream of the side denitration catalyst.
上記上流側脱硝触媒は、モリブデン(Mo)およびタングステン(W)のいずれか一方または双方を含み、モリブデン(Mo)およびタングステン(W)のいずれか一方または双方の含有量が、上流側脱硝触媒の活性金属種を構成する他の元素よりも多く、下流側脱硝触媒は、周期表の第5属から第11属の元素の群から選択される1または複数の元素を含むとしてもよい。 The upstream denitration catalyst includes one or both of molybdenum (Mo) and tungsten (W), and the content of either one or both of molybdenum (Mo) and tungsten (W) is equal to that of the upstream denitration catalyst. More than the other elements constituting the active metal species, the downstream denitration catalyst may include one or more elements selected from the group of elements of Group 5 to Group 11 of the periodic table.
上記課題を解決するために、本発明の脱硝方法は、エンジンから送出された排気ガスによって回転するタービン、および、タービンの回転を利用して空気を圧縮しエンジンに圧縮した空気を導入する圧縮機を有する過給機と、タービンの上流側に設けられ、上流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する上流側脱硝触媒と、タービンの下流側に設けられ、下流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する、上流側脱硝触媒よりも活性温度が低い下流側脱硝触媒とを用いた脱硝方法であって、タービンと下流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である下流側温度が第1の閾値以上である場合、下流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入し、下流側温度が第1の閾値未満であり、エンジンと上流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である上流側温度が第1の閾値より高い第2の閾値未満である場合、上流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入し、下流側温度が第1の閾値未満であり、上流側温度が第2の閾値以上である場合、上流側脱硝触媒の上流側および下流側脱硝触媒の上流側に還元剤を導入することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a denitration method of the present invention includes a turbine that is rotated by exhaust gas delivered from an engine, and a compressor that compresses air using the rotation of the turbine and introduces compressed air into the engine. A turbocharger provided on the upstream side of the turbine, and an upstream denitration catalyst that promotes reduction of nitrogen oxides contained in the upstream exhaust gas, and a downstream exhaust gas provided on the downstream side of the turbine Is a denitration method using a downstream denitration catalyst having an activation temperature lower than that of the upstream denitration catalyst, which promotes reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas flowing between the turbine and the downstream denitration catalyst When the downstream temperature, which is the temperature of the engine, is equal to or higher than the first threshold value, the reducing agent is introduced only to the upstream side of the downstream denitration catalyst, the downstream temperature is less than the first threshold value, and the engine and the upstream denitration catalyst Between When the upstream temperature, which is the temperature of the exhaust gas passing therethrough, is lower than the second threshold value higher than the first threshold value, the reducing agent is introduced only to the upstream side of the upstream denitration catalyst, and the downstream temperature is the first threshold value. When the upstream temperature is equal to or higher than the second threshold value, the reducing agent is introduced into the upstream side of the upstream denitration catalyst and the upstream side of the downstream denitration catalyst.
本発明によれば、脱硝触媒の配置および構成を工夫することで、排気ガスから効率よくNOxを除去することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to efficiently remove NOx from the exhaust gas by devising the arrangement and configuration of the denitration catalyst.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
コンテナ船やタンカー等の大型船舶では、熱効率がよく、低質燃料油(重油)が使用できるためコスト面で有利である、ユニフロー型の2サイクルエンジン(2ストロークエンジン)が広く使用されている。このようなエンジンにおいて、化石燃料、例えば、ガソリン、軽油、重油、液化天然ガス(LNG:Liquefied Natural Gas)、および液化石油ガス(LPG:Liquefied Petroleum Gas)等の燃料を燃焼させると、その結果生じる排気ガスには、NOxが含まれる。 In large ships such as container ships and tankers, a uniflow type two-cycle engine (two-stroke engine), which is advantageous in terms of cost because it has high thermal efficiency and low-quality fuel oil (heavy oil) can be used, is widely used. Combustion of fuels such as fossil fuels such as gasoline, light oil, heavy oil, liquefied natural gas (LNG), and liquefied petroleum gas (LPG) in such engines results. The exhaust gas contains NOx.
そこで、近年、国際海事機関(IMO:International Maritime Organization)が、船舶から排出される排気ガス中のNOx(窒素酸化物)を削減する規制を制定しており、一般海域においてNOxの排出量を所定値までに制限し(2次規制)、大気汚染物質放出規制海域(ECA:Emission Control Area)においては、NOxの排出量を、2次規制より低い値を上限として制限している(3次規制)。 Therefore, in recent years, the International Maritime Organization (IMO) has enacted regulations to reduce NOx (nitrogen oxides) in exhaust gas discharged from ships, and the amount of NOx emissions in the general sea area is predetermined. Limit to the value (secondary regulation), and limit the amount of NOx emission in the air pollution emission control sea area (ECA: Emission Control Area) up to a lower value than the secondary regulation (tertiary regulation) ).
このように国際海事機関が制定した規制を遵守すべく、船舶には、排気ガスに含まれるNOxを還元するための脱硝装置を備えておく必要がある。以下、エンジンと、脱硝装置とを備え、エンジンから排出される排気ガス中のNOxを還元する脱硝システムについて説明する。なお、以下の実施形態において、脱硝システムに用いるエンジンとしてユニフロー型の2ストロークエンジンを例に挙げて説明するが、他の形式の2ストロークエンジンや4ストロークエンジン等に脱硝システムを採用することもできる。 Thus, in order to comply with the regulations established by the International Maritime Organization, the ship needs to be equipped with a denitration device for reducing NOx contained in the exhaust gas. Hereinafter, a denitration system that includes an engine and a denitration device and that reduces NOx in exhaust gas discharged from the engine will be described. In the following embodiments, a uniflow type two-stroke engine will be described as an example of an engine used in the denitration system. However, the denitration system can be adopted in other types of two-stroke engines, four-stroke engines, and the like. .
(脱硝システム100)
図1は、本実施形態にかかる脱硝システム100を説明するための図である。図1中、物質(排気ガス、還元剤)の流れを実線で示し、信号の流れを破線で示す。図1に示すように、脱硝システム100において、エンジン110から排出された排気ガスX1は、脱硝装置200を通過することで、NOx(窒素酸化物)が除去されて排気ガスYとなり、外部へ放出される。
(Denitration system 100)
FIG. 1 is a view for explaining a
(脱硝装置200)
本実施形態にかかる脱硝装置200では、排気ガスX1に還元剤を導入し、還元剤の導入位置の下流に配した脱硝触媒で、排気ガスX1中のNOxの還元を促進して窒素を生成する選択式触媒還元方式を採用している。
(Denitration device 200)
In the
図1に示すように、脱硝装置200は、排気ライン202と、過給機210と、高温脱硝触媒(上流側脱硝触媒)220と、低温脱硝触媒(下流側脱硝触媒)222と、温度測定部232と、還元剤導入部234と、還元剤調整部236とを含んで構成される。
As shown in FIG. 1, the
排気ライン202は、エンジン110から排出された排気ガスX1が流通する排気路であって、後述する高温脱硝触媒220および低温脱硝触媒222が内設されている。
The
過給機210は、タービン212と、タービン212と同軸の圧縮機214とを含んで構成される。タービン212は、エンジン110から排出された排気ガスX1によって回転し、圧縮機214は、タービン212の回転を利用し、外部から導入される空気を圧縮してエンジン110への掃気圧を高める。こうすることで、エンジン110の出力を向上させることができる。
The
高温脱硝触媒220は、担体と、担体に担持された活性金属種とを含んで構成され、後述する低温脱硝触媒222よりも活性温度が高い。高温脱硝触媒220の活性金属種は、少なくともモリブデン(Mo)およびタングステン(W)のいずれか一方または双方を含んで構成される。本実施形態において、高温脱硝触媒220は、酸化チタンを担体とし、酸化タングステンを活性金属種として構成される。なお、高温脱硝触媒220の活性金属種は、モリブデンおよびタングステン以外の他の元素を含んでもよいが、モリブデンおよびタングステンのいずれか一方または双方の含有量が、当該高温脱硝触媒220の活性金属種を構成する他の元素よりも多い必要がある。高温脱硝触媒220の活性金属種を構成する他の元素は、例えば、周期表の第5属から第11属の元素の群(例えば、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu))から選択される1または複数の元素である。
The high
低温脱硝触媒222は、担体と、担体に担持された活性金属種とを含んで構成され、高温脱硝触媒220よりも活性温度が低い。低温脱硝触媒222の活性金属種は、周期表の第5属から第11属の元素の群(例えば、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu))から選択される1または複数の元素を含んで構成される。本実施形態において、低温脱硝触媒222は、酸化チタンを担体とし、酸化バナジウムを主成分とし酸化タングステンを副成分とした活性金属種で構成される。なお、低温脱硝触媒222の活性金属種は、上記複数の元素以外の他の元素を含んでもよいが、複数の元素の含有量が、当該低温脱硝触媒222の活性金属種を構成する他の元素よりも多い必要がある。低温脱硝触媒222の活性金属種を構成する他の元素は、例えば、モリブデンやタングステンである。
The low-
つまり、高温脱硝触媒220および低温脱硝触媒222において、活性金属種を構成する元素は、周期表の第5属から第11属の元素の群(例えば、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)およびタングステン(W))から選択される1または複数の元素で構成されるが、その組成比が高温脱硝触媒220と、低温脱硝触媒222とで異なる。上述したように、高温脱硝触媒220は、活性金属種のうち、モリブデンやタングステンの含有量が他の元素よりも多く、低温脱硝触媒222は、活性金属種のうち、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、銅の含有量が、モリブデンやタングステンよりも多い。
That is, in the high-
図2は、高温脱硝触媒220と、低温脱硝触媒222の温度による脱硝率変化を説明するための図である。図2に示すように、低温脱硝触媒222(図2中、実線で示す)は、200℃において、脱硝率(還元率)が25%であり、200℃から300℃まで温度が上昇するにしたがって、脱硝率が向上し、300℃では脱硝率が90%以上となる。そして、低温脱硝触媒222は、300℃から380℃程度の温度範囲であると、脱硝率を90%から99%に維持することができる。しかし、低温脱硝触媒222は、380℃以上となると、脱硝の反応速度が、アンモニア(還元剤)の酸化の反応速度を下回るため、脱硝率が急激に低下してしまう。
FIG. 2 is a diagram for explaining a change in the denitration rate depending on the temperatures of the high-
一方、高温脱硝触媒220は、(図2中、破線で示す)は、260℃程度において、脱硝率(還元率)が25%であり、260℃から310℃まで温度が上昇するにしたがって、脱硝率が向上し、310℃では脱硝率が70%以上となる。そして、高温脱硝触媒220は、310℃から430℃程度の温度範囲であると、脱硝率を70%から78%に維持することができる。
On the other hand, the high-temperature denitration catalyst 220 (shown by a broken line in FIG. 2) has a denitration rate (reduction rate) of about 25% at about 260 ° C. As the temperature rises from 260 ° C. to 310 ° C., denitration is performed. The rate is improved, and the denitration rate becomes 70% or more at 310 ° C. The high-
高温脱硝触媒220は、400℃未満では、低温脱硝触媒222と比較して脱硝率は低い。しかし、高温脱硝触媒220は、400℃以上であっても、アンモニア(還元剤)の酸化の反応速度が、脱硝の反応速度を急激に上回ることがなく、脱硝率が急激に低下することはない。したがって、高温脱硝触媒220は、400℃以上であっても、低温脱硝触媒222と比較して、高い脱硝率を維持することが可能となる。
The high-
そこで、本実施形態では、脱硝装置200が、温度によって脱硝特性が異なる高温脱硝触媒220および低温脱硝触媒222の双方を設置することで、排気ガスX1から効率よくNOxを除去することを可能としている。
Therefore, in the present embodiment, the
なお、ここで、高温脱硝触媒220、および、低温脱硝触媒222は、ハニカム形状に形成されているため、高温脱硝触媒220、低温脱硝触媒222の温度は、高温脱硝触媒220、低温脱硝触媒222を流通する排気ガスの温度と実質的に同一とみなすことができる。
Here, since the high
図1に戻って説明すると、温度測定部232は、上流側温度センサ232aと、下流側温度センサ232bとを含んで構成される。上流側温度センサ232aは、排気ライン202におけるエンジン110と高温脱硝触媒220の間を流通する排気ガスX1の温度(上流側温度Tu)を測定する。下流側温度センサ232bは、排気ライン202におけるタービン212と低温脱硝触媒222との間を流通する排気ガスX2の温度(下流側温度Td)を測定する。なお、排気ガスX2は、タービン212の下流側の排気ガスであるため、すなわち、タービン212が仕事をすることによって熱を消費するため、排気ガスX1よりも低温となっている。
Returning to FIG. 1, the
還元剤導入部234は、後述する還元剤調整部236によって制御され、排気ライン202における、高温脱硝触媒220の上流側(排気ライン202におけるエンジン110と高温脱硝触媒220の間)、および、低温脱硝触媒222の上流側(排気ライン202におけるタービン212と低温脱硝触媒222との間)のいずれにも独立して還元剤(ここでは、還元剤の前駆体として尿素水)を導入(噴霧)可能である。
The reducing
還元剤調整部236は、温度測定部232が測定した排気ガスX1、X2の温度に基づき、還元剤導入部234を制御して、高温脱硝触媒220の上流側、および、低温脱硝触媒222の上流側のいずれか一方または双方に還元剤を導入させる。以下に、還元剤調整部236による還元剤導入部234の制御(脱硝方法)について詳述する。
The reducing
(脱硝方法)
本実施形態にかかる脱硝方法では、高温脱硝触媒220とタービン212との間を流通する排気ガスX1の温度(上流側温度Tu)と、タービン212と低温脱硝触媒222との間を流通する排気ガスX2の温度(下流側温度Td)とに基づいて、高温脱硝触媒220の上流側や低温脱硝触媒222の上流側への還元剤の導入を制御する。
(Denitration method)
In the denitration method according to the present embodiment, the temperature of the exhaust gas X1 (upstream temperature Tu) flowing between the high
下記表1および図3を参照して具体的に説明する。図3は、脱硝装置200を用いた脱硝方法の処理の流れを説明するための図である。なお、表1中において、還元剤導入部234が還元剤を導入している状態を○印で示し、還元剤を導入しない状態を×印で示す。
上記図2に示したように、脱硝率の最大値は、低温脱硝触媒222の方が高温脱硝触媒220よりも高いため、低温脱硝触媒222を優先的に利用する。具体的に説明すると、下流側温度Tdが、低温脱硝触媒222において、温度上昇に伴い脱硝率が90%以上となる温度T1(例えば、300℃。以下、温度上昇に伴い脱硝率が90%以上となる温度T1を、単に、低温脱硝触媒222の上昇開始温度T1と称する)以上であれば、低温脱硝触媒222を優先的に利用する、すなわち、低温脱硝触媒222の上流側に還元剤を導入する。つまり、図3(a)に示すように、上流側温度Tu(排気ガスX1の温度)にかかわらず、すなわち、排気ガスX1の温度が、上昇開始温度T1未満であっても、上昇開始温度T1以上低下開始温度T2未満であっても、低下開始温度T2以上であっても、下流側温度Td(排気ガスX2の温度)が上昇開始温度T1以上であれば、低温脱硝触媒222を優先的に利用する。
As shown in FIG. 2, the maximum value of the denitration rate is higher for the low-
下流側温度Tdが、低温脱硝触媒222の上昇開始温度(第1の閾値)T1以上であれば、脱硝率が90%以上に維持される低温脱硝触媒222のみを利用してNOxを還元することで、排気ガスから効率よくNOxを除去することが可能となる。
If the downstream temperature Td is equal to or higher than the rising start temperature (first threshold value) T1 of the low-
一方、下流側温度Tdが上昇開始温度T1未満である場合、図2に示すように、低温脱硝触媒222の脱硝率が急激に低下するため、低温脱硝触媒222を利用したとしても所望する脱硝率を得ることが難しい。そこで、下流側温度Tdが上昇開始温度T1未満である場合、脱硝率の最大値は低温脱硝触媒222と比較して低いものの、70%程度の脱硝率を有する高温脱硝触媒220を利用する。
On the other hand, when the downstream temperature Td is lower than the rising start temperature T1, as shown in FIG. 2, the denitration rate of the low-
具体的に説明すると、下流側温度Tdが上昇開始温度T1未満である場合、上流側温度Tuが、高温脱硝触媒220において、温度上昇に伴い脱硝率が70%未満となる温度T2(例えば、400℃。以下、温度上昇に伴い脱硝率が70%未満となる温度T2を、単に、高温脱硝触媒220の低下開始温度T2と称する)未満であれば、高温脱硝触媒220のみを利用する、すなわち、高温脱硝触媒220の上流側に還元剤を導入する。つまり、図3(b)に示すように、下流側温度Td(排気ガスX2の温度)が上昇開始温度T1未満の場合、上流側温度Tu(排気ガスX1の温度)が低下開始温度T2未満であれば、高温脱硝触媒220を利用する。
More specifically, when the downstream temperature Td is lower than the start temperature T1, the upstream temperature Tu is a temperature T2 at which the denitration rate becomes less than 70% as the temperature rises in the high temperature denitration catalyst 220 (for example, 400 Hereinafter, if the temperature T2 at which the denitration rate becomes less than 70% with temperature rise is simply referred to as the decrease start temperature T2 of the high temperature denitration catalyst 220), only the high
下流側温度Tdの温度が低温脱硝触媒222の上昇開始温度T1未満である場合、上流側温度Tuが高温脱硝触媒220の低下開始温度T2未満であれば、脱硝率が低い低温脱硝触媒222を利用せず、脱硝率が70%以上に維持される高温脱硝触媒220のみを利用してNOxを還元することで、排気ガスから効率よくNOxを除去することが可能となる。
When the temperature of the downstream temperature Td is lower than the rise start temperature T1 of the low
一方、下流側温度Tdが上昇開始温度T1未満であって、上流側温度Tuが低下開始温度T2以上である場合、図2に示すように、高温脱硝触媒220の脱硝率が低下するため、高温脱硝触媒220のみを利用したとしても所望する脱硝率を得ることができない。そこで、下流側温度Tdが上昇開始温度T1未満であり、上流側温度Tuが低下開始温度T2以上である場合、高温脱硝触媒220および低温脱硝触媒222を利用する、すなわち、高温脱硝触媒220の上流側および低温脱硝触媒222の上流側に還元剤を導入する。つまり、図3(c)に示すように、下流側温度Td(排気ガスX2の温度)が上昇開始温度T1未満の場合、上流側温度Tu(排気ガスX1の温度)が低下開始温度T2以上であれば、高温脱硝触媒220および低温脱硝触媒222を利用する。
On the other hand, when the downstream temperature Td is lower than the increase start temperature T1 and the upstream temperature Tu is equal to or higher than the decrease start temperature T2, the denitration rate of the high
下流側温度Tdが低温脱硝触媒222の上昇開始温度T1未満であり、かつ、上流側温度Tuが高温脱硝触媒220の低下開始温度T2以上である場合、高温脱硝触媒220の脱硝率の低下がみられるため、高温脱硝触媒220に加えて、低温脱硝触媒222を利用する。こうすることで、高温脱硝触媒220、低温脱硝触媒222のトータルの脱硝率で、所望する脱硝率を達成することができる。
When the downstream temperature Td is lower than the rise start temperature T1 of the low
このような高温脱硝触媒220および低温脱硝触媒222の制御を、表1を参照して各触媒個々にみると、低温脱硝触媒222に関しては、下流側温度Td≧上昇開始温度T1である場合、または、上流側温度Tu≧低下開始温度T2の場合に還元剤が導入され、高温脱硝触媒220は、上流側温度Tuに拘わらず、下流側温度Td<上昇開始温度T1の場合に還元剤が導入されていることが理解できる。したがって、低温脱硝触媒222と高温脱硝触媒220とを下流側温度Tdおよび上流側温度Tuによってそれぞれ独立して個々に制御でき、下流側温度Td≧上昇開始温度T1である場合、または、上流側温度Tu≧低下開始温度T2の場合に低温脱硝触媒222に還元剤を導入し、下流側温度Td<上昇開始温度T1の場合に高温脱硝触媒220に還元剤を導入すればよいことが分かる。以下、このような制御手順による脱硝方法の処理の流れを説明する。
When the control of the high-
図4は、脱硝装置200を用いた脱硝方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart for explaining the flow of processing of the denitration method using the
図4に示すように、まず、還元剤調整部236は、下流側温度Tdが上昇開始温度T1以上であるか否か、または、上流側温度Tuが低下開始温度T2以上であるか否かを判定する(S300)。
As shown in FIG. 4, first, the reducing
下流側温度Tdが上昇開始温度T1以上である場合、または、上流側温度Tuが低下開始温度T2以上である場合(S300におけるYES)、還元剤導入部234が低温脱硝触媒222の上流側に還元剤を導入しているか否か、すなわち、低温脱硝触媒222がNOxを還元しているか否かを判定する(S302)。
When the downstream temperature Td is equal to or higher than the rising start temperature T1 or when the upstream temperature Tu is equal to or higher than the lowering start temperature T2 (YES in S300), the reducing
還元剤導入部234が低温脱硝触媒222の上流側に還元剤を導入していないと判定すると(S302におけるNO)、還元剤調整部236は、還元剤導入部234を制御して、低温脱硝触媒222の上流側への還元剤の導入を開始させる(S304)。つまり、下流側温度Tdの温度が低温脱硝触媒222の上昇開始温度T1以上であるか、上流側温度Tuの温度が高温脱硝触媒220の低下開始温度T2以上である場合、還元剤調整部236は、還元剤導入部234を制御して、低温脱硝触媒222の上流側に還元剤を導入させる。
If it is determined that the reducing
なお、還元剤導入部234が低温脱硝触媒222の上流側に還元剤を導入していると判定すると(S302におけるYES)、還元剤調整部236は、低温脱硝触媒222の上流側への還元剤の導入を維持させ、後述するステップS310へ処理を移す。
If it is determined that the reducing
一方、下流側温度Tdが上昇開始温度T1以上ではなく、かつ、上流側温度Tuが低下開始温度T2以上ではない場合(S300におけるNO)、還元剤導入部234が低温脱硝触媒222の上流側に還元剤を導入しているか否か、すなわち、低温脱硝触媒222がNOxを還元しているか否かを判定する(S306)。
On the other hand, when the downstream temperature Td is not equal to or higher than the increase start temperature T1 and the upstream temperature Tu is not equal to or greater than the decrease start temperature T2 (NO in S300), the reducing
還元剤導入部234が低温脱硝触媒222の上流側に還元剤を導入していると判定すると(S306におけるYES)、還元剤調整部236は、還元剤導入部234を制御して、低温脱硝触媒222の上流側への還元剤の導入を停止させる(S308)。
If it is determined that the reducing
なお、還元剤導入部234が低温脱硝触媒222の上流側に還元剤を導入していないと判定すると(S306におけるNO)、還元剤調整部236は、還元剤導入部234による低温脱硝触媒222の上流側への還元剤の導入の停止状態を維持させ、後述するステップS310へ処理を移す。
If it is determined that the reducing
そして、還元剤調整部236は、下流側温度Tdが上昇開始温度T1未満であるか否かを判定する(S310)。
Then, the reducing
下流側温度Tdが上昇開始温度T1未満である場合(S310におけるYES)、還元剤調整部236は、還元剤導入部234が高温脱硝触媒220の上流側に還元剤を導入しているか否か、すなわち、高温脱硝触媒220がNOxを還元しているか否かを判定する(S312)。
When the downstream temperature Td is lower than the rising start temperature T1 (YES in S310), the reducing
還元剤導入部234が高温脱硝触媒220の上流側に還元剤を導入していないと判定すると(S312におけるNO)、還元剤調整部236は、還元剤導入部234を制御して、高温脱硝触媒220の上流側への還元剤の導入を開始させる(S314)。つまり、下流側温度Tdの温度が、低温脱硝触媒222の上昇開始温度T1未満であれば、還元剤調整部236は、還元剤導入部234を制御して、高温脱硝触媒220の上流側に還元剤を導入させる。
If it is determined that the reducing
なお、還元剤導入部234が高温脱硝触媒220の上流側に還元剤を導入していると判定すると(S312におけるYES)、還元剤調整部236は、高温脱硝触媒220の上流側への還元剤の導入を維持させ、ステップS300へ処理を戻す。
If it is determined that the reducing
一方、下流側温度Tdが上昇開始温度T1未満でない場合(S310におけるNO)、還元剤調整部236は、還元剤導入部234が高温脱硝触媒220の上流側に還元剤を導入しているか否か、すなわち、高温脱硝触媒220がNOxを還元しているか否かを判定する(S316)。
On the other hand, when the downstream temperature Td is not lower than the rise start temperature T1 (NO in S310), the reducing
還元剤導入部234が高温脱硝触媒220の上流側に還元剤を導入していると判定すると(S316におけるYES)、還元剤調整部236は、還元剤導入部234を制御して、高温脱硝触媒220の上流側への還元剤の導入を停止させる(S318)。つまり、下流側温度Tdの温度が、低温脱硝触媒222の上昇開始温度T1以上であれば、還元剤調整部236は、還元剤導入部234を制御して、高温脱硝触媒220の上流側への還元剤の導入を停止させる。
If it is determined that the reducing
なお、還元剤導入部234が高温脱硝触媒220の上流側に還元剤を導入していないと判定すると(S316におけるNO)、還元剤調整部236は、還元剤導入部234による高温脱硝触媒220の上流側への還元剤の導入の停止状態を維持させ、ステップS300へ処理を戻す。
When it is determined that the reducing
以上説明したように、本実施形態にかかる脱硝装置200およびこれを用いた脱硝方法によれば、活性温度が異なる2種類の脱硝触媒(高温脱硝触媒220、低温脱硝触媒222)を適切な位置(高温脱硝触媒220はタービン212の上流側、低温脱硝触媒222はタービン212の下流側)に設置し、それぞれの温度に基づいて適切に還元剤を導入することで、排気ガスから効率よくNOxを除去することが可能となる。
As described above, according to the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
例えば、上述した実施形態において、高温脱硝触媒220および低温脱硝触媒222は、担体として酸化チタンを利用する構成を例に挙げて説明したが、担体は酸化チタンに限定されず、酸化チタン、酸化アルミニウム(アルミナ)、二酸化ケイ素(シリカ)、二酸化ジルコニウム(ジルコニア)、酸化セリウム(セリア)の群から選択される1または複数で構成されてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the high-
また、上述した実施形態において、高温脱硝触媒220として、酸化チタンを担体とし、酸化タングステンを活性金属種として構成される触媒を例に挙げ、低温脱硝触媒222として酸化チタンを担体とし、酸化バナジウムを主成分とし酸化タングステンを副成分とした活性金属種で構成される触媒を例に挙げて説明した。したがって、高温脱硝触媒220、低温脱硝触媒222の温度による脱硝率変化は、図2に示すようになる。しかし、高温脱硝触媒220、低温脱硝触媒222の活性温度(温度による脱硝率変化)はこれに限定されない。つまり、低温脱硝触媒222の活性温度が高温脱硝触媒220の活性温度よりも低ければよく、すなわち、高温脱硝触媒220と低温脱硝触媒222との活性温度範囲が異なればよく、エンジン110の構成(排気ガスの温度)に応じて、高温脱硝触媒220、低温脱硝触媒222の活性金属種や活性金属種における元素の組成比を適宜変更することができる。
In the above-described embodiment, the high
また、還元剤調整部236は、排気ガスX1、X2のNOx濃度を測定し、NOx濃度に応じて、還元剤導入部234に還元剤を導入させてもよい。かかる構成により、排気ガス中のNOxが多いときにそのNOxを還元するために必要な量の尿素水を導入することが可能となる。また、排気ガス中のNOxが少ないときに必要以上に尿素水を導入してしまい、高温脱硝触媒220、低温脱硝触媒222においてNH3(アンモニア)が酸化されずに、外部に排出されてしまう事態を回避することができる。
Further, the reducing
なお、本明細書の脱硝方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。 Note that each step of the denitration method of the present specification does not necessarily have to be processed in time series in the order described in the flowchart, and may include processing in parallel or by a subroutine.
本発明は、エンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物を、還元剤を用いて窒素に還元する脱硝装置、および、脱硝方法に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a denitration apparatus and a denitration method that reduce nitrogen oxides contained in engine exhaust gas to nitrogen using a reducing agent.
100 …脱硝システム
110 …エンジン
200 …脱硝装置
202 …排気ライン
210 …過給機
212 …タービン
214 …圧縮機
220 …高温脱硝触媒(上流側脱硝触媒)
222 …低温脱硝触媒(下流側脱硝触媒)
232 …温度測定部
234 …還元剤導入部
236 …還元剤調整部
DESCRIPTION OF
222 ... Low temperature denitration catalyst (downstream denitration catalyst)
232 ...
Claims (6)
前記タービンの上流側に設けられ、該上流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する上流側脱硝触媒と、
前記タービンの下流側に設けられ、該下流側の排気ガスに含まれる窒素酸化物の還元を促進する、前記上流側脱硝触媒よりも活性温度が低い下流側脱硝触媒と、
前記上流側脱硝触媒の上流側、および、前記下流側脱硝触媒の上流側に還元剤を導入する還元剤導入部と、
を備えたことを特徴とする脱硝装置。 A turbine that is rotated by exhaust gas delivered from an engine, and a supercharger that includes a compressor that compresses air by using the rotation of the turbine and introduces compressed air to the engine;
An upstream denitration catalyst that is provided upstream of the turbine and promotes reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas on the upstream side;
A downstream denitration catalyst that is provided on the downstream side of the turbine and promotes reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas on the downstream side and has an activation temperature lower than that of the upstream denitration catalyst;
A reducing agent introduction section for introducing a reducing agent to the upstream side of the upstream denitration catalyst and the upstream side of the downstream denitration catalyst;
A denitration apparatus comprising:
前記タービンと前記下流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である下流側温度を測定する温度測定部と、
前記下流側温度が第1の閾値以上である場合、前記還元剤導入部を制御して、前記下流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入させる還元剤調整部と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の脱硝装置。 The reducing agent introduction unit can introduce the reducing agent independently to both the upstream side of the upstream denitration catalyst and the upstream side of the downstream denitration catalyst,
A temperature measuring unit that measures a downstream temperature that is a temperature of exhaust gas flowing between the turbine and the downstream denitration catalyst;
When the downstream temperature is equal to or higher than a first threshold, the reducing agent introduction unit is controlled to introduce the reducing agent only upstream of the downstream denitration catalyst; and
The denitration apparatus according to claim 1, further comprising:
前記還元剤調整部は、前記下流側温度が第1の閾値未満であり、前記上流側温度が第1の閾値より高い第2の閾値未満である場合、前記還元剤導入部を制御して、前記上流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入させることを特徴とする請求項2に記載の脱硝装置。 The temperature measuring unit measures an upstream temperature that is a temperature of exhaust gas flowing between the engine and the upstream denitration catalyst together with the downstream temperature,
The reducing agent adjusting unit controls the reducing agent introducing unit when the downstream temperature is lower than a first threshold and the upstream temperature is lower than a second threshold higher than the first threshold, The denitration apparatus according to claim 2, wherein the reducing agent is introduced only to the upstream side of the upstream denitration catalyst.
前記下流側脱硝触媒は、周期表の第5属から第11属の元素の群から選択される1または複数の元素を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の脱硝装置。 The upstream denitration catalyst includes one or both of molybdenum (Mo) and tungsten (W), and the content of either or both of molybdenum (Mo) and tungsten (W) is the upstream denitration catalyst. More than the other elements that make up the active metal species,
5. The downstream denitration catalyst includes one or a plurality of elements selected from the group of elements of Group 5 to Group 11 of the periodic table. 5. Denitration equipment.
前記タービンと前記下流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である下流側温度が第1の閾値以上である場合、前記下流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入し、
前記下流側温度が第1の閾値未満であり、前記エンジンと前記上流側脱硝触媒との間を流通する排気ガスの温度である上流側温度が該第1の閾値より高い第2の閾値未満である場合、前記上流側脱硝触媒の上流側のみに還元剤を導入し、
前記下流側温度が第1の閾値未満であり、前記上流側温度が前記第2の閾値以上である場合、前記上流側脱硝触媒の上流側および前記下流側脱硝触媒の上流側に還元剤を導入することを特徴とする脱硝方法。 A turbine that is rotated by exhaust gas delivered from an engine, a turbocharger having a compressor that compresses air by using the rotation of the turbine and introduces compressed air to the engine, and an upstream side of the turbine An upstream denitration catalyst that promotes reduction of nitrogen oxides contained in the upstream exhaust gas, and a nitrogen oxide contained in the downstream exhaust gas provided downstream of the turbine. A denitration method using a downstream denitration catalyst having a lower activation temperature than the upstream denitration catalyst,
When the downstream temperature that is the temperature of the exhaust gas flowing between the turbine and the downstream denitration catalyst is equal to or higher than the first threshold, a reducing agent is introduced only on the upstream side of the downstream denitration catalyst,
The downstream temperature is less than a first threshold, and the upstream temperature, which is the temperature of exhaust gas flowing between the engine and the upstream denitration catalyst, is less than a second threshold that is higher than the first threshold. In some cases, a reducing agent is introduced only upstream of the upstream denitration catalyst,
When the downstream temperature is lower than the first threshold and the upstream temperature is equal to or higher than the second threshold, a reducing agent is introduced to the upstream side of the upstream denitration catalyst and the upstream side of the downstream denitration catalyst. And a denitration method.
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