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JP5581790B2 - Ｓｃｒ装置へのアンモニア供給システム - Google Patents

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Description

本発明は、ディーゼルエンジン排ガス中に含まれるＮＯｘをアンモニアで還元して脱硝するＳＣＲ装置へのアンモニア供給システムに関するものである。
従来の尿素選択式還元触媒（尿素ＳＣＲ）システムは、ＳＣＲ装置の入口で尿素水を噴射し、尿素の加水分解によって生じるアンモニアガスを還元剤としてＳＣＲ装置内でＮＯｘを還元する機構である。
この尿素ＳＣＲシステムを図２により説明する。
図２において、ディーゼルエンジン７の排気マニホールド８に接続された排気管１にはＳＣＲ装置２が接続され、そのＳＣＲ装置２の上流側に噴射ノズル６が設けられ、尿素タンク３からの尿素水４がポンプ５を介して噴射ノズル６より噴射するようにされ、尿素ＳＣＲシステムが構成される。
ディーゼルエンジン７からのＮＯｘを含んだ排ガスは、排気マニホールド８から排気管１を通り噴射ノズル６から噴射された尿素水を加水分解すると共にＳＣＲ装置２に流入し、そこで加水分解されたアンモニアガスによりＮＯｘが還元されて脱硝される。
特開２００８−２６７３２１号公報 特表２００１−５１８０４７号公報
しかしながら、上記した従来の尿素ＳＣＲシステムには下記のような問題が残されている。
ａ）ＳＣＲ装置の入口に尿素水として供給するため、排ガス温度が１６０℃より低温では尿素水が完全に加水分解されず、特に低温でのアンモニアの供給効率が悪い。
ｂ）尿素加水分解時にシアヌル酸などの白色結晶が生じてＳＣＲ装置内に堆積し、ＳＣＲ機能低下の原因となる。
ｃ）尿素水に大量に含まれる水が完全に蒸発せず直接ＳＣＲ装置に入るため、水熱耐久性に乏しいゼオライト系ＳＣＲの劣化が進行しやすい。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、従来の尿素ＳＣＲシステムに比べてアンモニアを効率的に供給できると共に、ＳＣＲの劣化を防止することができるＳＣＲ装置へのアンモニア供給システムを提供することにある。
上記目的を達成すべく請求項１の発明は、ディーゼルエンジンの排気管にＳＣＲ装置を接続し、そのＳＣＲ装置にアンモニアガスを供給するに際し、アンモニア源水溶液をヒーターで加熱してアンモニアガスを生成すると共に、常圧に保たれた冷却器に生成されたアンモニアガスを通して前記アンモニアガスから水蒸気を分離し、その水蒸気を分離したアンモニアガスをコンプレッサーで前記ＳＣＲ装置に供給するＳＣＲ装置へのアンモニア供給システムである。
請求項２の発明は、前記ヒーターは前記アンモニア源水溶液を１６０℃以上１８０℃以下に加熱する請求項１に記載のＳＣＲ装置へのアンモニア供給システムである。
請求項３の発明は、前記冷却器の温度が５０℃以上８０℃以下である請求項１又は２に記載のＳＣＲ装置へのアンモニア供給システムである。
本発明によれば、従来の尿素ＳＣＲシステムに比べてアンモニアを効率的に供給できると共に、ＳＣＲの劣化を防止することができる。
本発明のＳＣＲ装置へのアンモニア供給システムを説明する図である。 従来の尿素ＳＣＲシステムを説明する図である。
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１は、本実施の形態に係るＳＣＲ装置へのアンモニア供給システムを示したものである。図１において、ディーゼルエンジン７の排気マニホールド８に接続された排気管１にはＳＣＲ装置２が接続され、そのＳＣＲ装置２の上流側に噴射ノズル１５が設けられ、その噴射ノズル１５はアンモニア源供給タンク１６に配管１１を介して接続される。この配管１１には、アンモニア源供給タンク１６側からヒーター１２、冷却器１３、コンプレッサー１４が順次接続され、アンモニア源供給タンク１６からのアンモニア源水溶液が配管１１に接続されたヒーター１２で加熱されて生成したアンモニアガスが冷却器１３を通り、コンプレッサー１４を介して噴射ノズル１５より噴射するようにされ、ＳＣＲ装置へのアンモニア供給システムが構成される。
アンモニア源供給タンク１６は、加熱分解によってアンモニアを生じる物質の水溶液（アンモニア源水溶液）、例えば、尿素、重炭酸アンモニウムあるいは炭酸アンモニウムの水溶液を貯留している。
ヒーター１２は、アンモニア源供給タンク１６から供給されたアンモニア源水溶液からアンモニアガスを生成するのに適切な温度で加熱する。アンモニア源水溶液が濃度３２．５％の尿素水溶液の場合、ヒーター１２はこの尿素水溶液を１６０℃以上１８０℃以下に加熱するように設定される。設定温度が１６０℃より低いと尿素水が完全に加水分解されず、アンモニアの供給効率が悪くなる。
冷却器１３は、アンモニアから水蒸気を凝縮するための冷却管１３ａと、凝縮した水を分離して回収するための回収タンク１３ｂとからなる。冷却管１３ａとしては、例えばジムロート冷却器に用いられる螺旋形状の管などで構成される。冷却管１３ａで凝縮された水は自重で滴下して回収タンク１３ｂに回収される。また、冷却器１３は水冷式でも空冷式でもよい。
また、冷却器１３は排気管１あるいはＳＣＲ装置２に近い位置に設けられ、比較的高い温度（５０〜８０℃）で保持される。冷却器１３（冷却管１３ａ）の温度が５０℃未満では凝縮された水に溶け込むアンモニアの量が増加し、一方、８０℃を超えると冷却管１３ａで凝縮できる水蒸気の量が減少するので、冷却器１３（冷却管１３ａ）の温度は５０℃以上８０℃以下に保持するのが好ましい。
アンモニアガスを昇圧するコンプレッサー１４は、排気管１中の排ガス圧よりも高圧でアンモニアガスを送り出すように設定される。
次に、本実施の形態の作用を説明する。
本発明に係るアンモニア供給システムでは、アンモニア源供給タンク１６から供給されたアンモニア源水溶液を、ヒーター１２を用いて加熱分解させアンモニアガスを生成したのち、冷却器１３を通して水蒸気を分離したアンモニアガスをＳＣＲ装置２にコンプレッサー１４で昇圧して供給する。このように、予めアンモニアガスを生成しこれをＳＣＲ装置２に供給するので、従来の尿素ＳＣＲシステムのように、ＳＣＲ装置２入口で尿素水を噴射しアンモニアガスを生成するのと比べて排気管１の排ガス温度が低温であってもアンモニアガスを効率的に供給できる。また、アンモニアをガスの状態で直接ＳＣＲ装置２に供給するので、ＳＣＲ装置２において、シアヌル酸などの結晶残留物の堆積を防ぐことができる。
さらに、ＳＣＲ装置２に供給するアンモニアガスから水分を除去しているので、特に水熱耐性に乏しいゼオライト系ＳＣＲの劣化を防止することができる。
また、エンジン停止後は配管１１中の残留アンモニアを、トラップした（回収タンク１３ｂの）水に溶解させることで大気へのアンモニア放出を防ぐことができる。
このように本発明は、加熱分解によってアンモニアを生じる物質の水溶液、例えば、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、あるいは尿素の水溶液をヒータを用いて適温で分解させ、アンモニアを生成させるものである。
上記化合物を固体還元剤として直接熱分解してアンモニアを発生させる方法（特許文献１）もあるが、この場合、炎天下など高温にさらされる場合、アンモニアガスの大気への漏洩や爆発などの危険性が溶液の場合より高く、また、補給時などの扱い易さの面においても溶液状態の方が有利である。
上記水溶液の熱分解によって発生するガスは多量の水蒸気を含有するため、本発明は冷却器を用いて発生ガス中の水を凝縮させてトラップする。冷却器は排気管あるいはＳＣＲ装置に近い位置に取付け、比較的高い温度（５０〜８０℃）で保持する。本発明における水の除去は、特許文献２のような加圧下ではなく、常圧かつ比較的高温に保たれた冷却器を用いるため、アンモニアガスの凝縮した水への溶解を抑制することができる。
以上の要領で本発明は、水を除去したアンモニアガスをＳＣＲ装置に供給する。アンモニアガス供給の際はコンプレッサーを用いて昇圧し、排ガス圧よりも高圧でアンモニアガスを送り出すことで効率よくアンモニアガスを供給することが可能となる。
１ 排気管
２ ＳＣＲ装置
１２ ヒーター
１３ 冷却器
１４ コンプレッサー

Claims (3)

  1. ディーゼルエンジンの排気管にＳＣＲ装置を接続し、そのＳＣＲ装置にアンモニアガスを供給するに際し、
    アンモニア源水溶液をヒーターで加熱してアンモニアガスを生成すると共に、常圧に保たれた冷却器に生成されたアンモニアガスを通して前記アンモニアガスから水蒸気を分離し、その水蒸気を分離したアンモニアガスをコンプレッサーで前記ＳＣＲ装置に供給することを特徴とするＳＣＲ装置へのアンモニア供給システム。
  2. 前記ヒーターは前記アンモニア源水溶液を１６０℃以上１８０℃以下に加熱する請求項１に記載のＳＣＲ装置へのアンモニア供給システム。
  3. 前記冷却器の温度が５０℃以上８０℃以下である請求項１又は２に記載のＳＣＲ装置へのアンモニア供給システム。
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