JPH08296433A - ガスエンジンの排出ガス浄化装置 - Google Patents
ガスエンジンの排出ガス浄化装置Info
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- JPH08296433A JPH08296433A JP7106050A JP10605095A JPH08296433A JP H08296433 A JPH08296433 A JP H08296433A JP 7106050 A JP7106050 A JP 7106050A JP 10605095 A JP10605095 A JP 10605095A JP H08296433 A JPH08296433 A JP H08296433A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction chamber
- exhaust gas
- methane
- reaction
- catalyst
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低い排ガス温度でもメタンを高い浄化率で浄
化するガスエンジンの排出ガス浄化装置を提供する。 【構成】 排ガス中のメタンの部分酸化を促進する部分
酸化触媒を有した第一反応室１と、この下流側に設けら
れ上記第一反応室１で生成した中間反応物の酸化を促進
する主酸化触媒を有した第二反応室２とを備えたことを
特徴としている。
化するガスエンジンの排出ガス浄化装置を提供する。 【構成】 排ガス中のメタンの部分酸化を促進する部分
酸化触媒を有した第一反応室１と、この下流側に設けら
れ上記第一反応室１で生成した中間反応物の酸化を促進
する主酸化触媒を有した第二反応室２とを備えたことを
特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、天然ガス等のＣＮＧ
（高圧ガス）を燃料とするリーンバーンＣＮＧエンジン
の排気浄化装置に関する。
（高圧ガス）を燃料とするリーンバーンＣＮＧエンジン
の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、ディーゼルエンジンは大型トラッ
ク及びバス等のエンジンの主流であるが、排気規制強化
に対する対応が当面の課題となっている。そこで、燃料
を天然ガス等に代替し、ディーゼルエンジンをベースと
した火花点火式オットーサイクルガスエンジンが開発さ
れてきた。更に、これに伴い、ガスエンジンの排ガス浄
化方法として三元触媒を用いる方法が提案されている
（特開平５−３８４２１号）。この浄化方法は高い浄化
率で公害物質を除去するものであるが、排ガス温度がデ
ィーゼルエンジンと比較すると１００〜２００℃高いた
め、エンジン本体が熱に耐えられず、エンジンの耐熱久
性に問題があった。
ク及びバス等のエンジンの主流であるが、排気規制強化
に対する対応が当面の課題となっている。そこで、燃料
を天然ガス等に代替し、ディーゼルエンジンをベースと
した火花点火式オットーサイクルガスエンジンが開発さ
れてきた。更に、これに伴い、ガスエンジンの排ガス浄
化方法として三元触媒を用いる方法が提案されている
（特開平５−３８４２１号）。この浄化方法は高い浄化
率で公害物質を除去するものであるが、排ガス温度がデ
ィーゼルエンジンと比較すると１００〜２００℃高いた
め、エンジン本体が熱に耐えられず、エンジンの耐熱久
性に問題があった。
【０００３】そこで、稀薄な状態（リーンバーン）での
可燃限界が、ガソリンと比べて高いというＣＮＧの性質
を利用した、低い排ガス温度、低いＮＯX 濃度及び低燃
費を目的としたリーンバーンＣＮＧエンジンが開発され
ている。
可燃限界が、ガソリンと比べて高いというＣＮＧの性質
を利用した、低い排ガス温度、低いＮＯX 濃度及び低燃
費を目的としたリーンバーンＣＮＧエンジンが開発され
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、排出ガ
ス成分（ＮＯX ，ＨＣ）と空気過剰率（λ）の関係は図
４に示すように、ＮＯX とＨＣがトレードオフ的な関係
であるため、ＮＯX 濃度、燃費及び運転性で満足のいく
空気過剰率λ＝１．５〜１．７（リーンバーン）の領域
では、相当量のＨＣが排出されてしまう。排出されるＨ
Ｃは９０％以上がメタン（ＣＨ4 ）であるが、メタンは
化学的に非常に安定な分子であるため、ＨＣの浄化方法
として一般的な酸化触媒を用いたＨ2 ＯとＣＯ2 に転化
する方法ではほとんど浄化されない。更に、排ガス温度
の低減によりメタンの浄化率は更に低減してしまうとい
う問題があった。
ス成分（ＮＯX ，ＨＣ）と空気過剰率（λ）の関係は図
４に示すように、ＮＯX とＨＣがトレードオフ的な関係
であるため、ＮＯX 濃度、燃費及び運転性で満足のいく
空気過剰率λ＝１．５〜１．７（リーンバーン）の領域
では、相当量のＨＣが排出されてしまう。排出されるＨ
Ｃは９０％以上がメタン（ＣＨ4 ）であるが、メタンは
化学的に非常に安定な分子であるため、ＨＣの浄化方法
として一般的な酸化触媒を用いたＨ2 ＯとＣＯ2 に転化
する方法ではほとんど浄化されない。更に、排ガス温度
の低減によりメタンの浄化率は更に低減してしまうとい
う問題があった。
【０００５】ここで、上記エンジンからの排ガスをパラ
ジウムを触媒とした排出ガス浄化装置（コンバータ）を
用いて浄化した場合の排ガス温度とメタンの浄化率の関
係を図３の線Ａに示した。上記エンジンでのアイドリン
グから全負荷までのコンバータ入口における排ガス温度
は２００℃〜６００℃であるが、この使用温度領域（図
３点線より左側）ではメタンはほとんど浄化されていな
い。
ジウムを触媒とした排出ガス浄化装置（コンバータ）を
用いて浄化した場合の排ガス温度とメタンの浄化率の関
係を図３の線Ａに示した。上記エンジンでのアイドリン
グから全負荷までのコンバータ入口における排ガス温度
は２００℃〜６００℃であるが、この使用温度領域（図
３点線より左側）ではメタンはほとんど浄化されていな
い。
【０００６】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、低い排ガス温度でもメタンを高い浄化率で浄化する
ガスエンジンの排出ガス浄化装置を提供することにあ
る。
し、低い排ガス温度でもメタンを高い浄化率で浄化する
ガスエンジンの排出ガス浄化装置を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、排ガス中のメタンの部分酸化を促進する部
分酸化触媒を有した第一反応室と、この下流側に設けら
れ上記第一反応室で生成した中間反応物の酸化を促進す
る主酸化触媒を有した第二反応室とを備えたものであ
る。上記第二反応室は上記第一反応室の外周に設けるこ
とが好ましい。上記部分酸化触媒はＮｉ，Ｂａ，Ｃｏ，
Ｒｈ，Ｒｈ／ＳｉＯ2 ，Ｒｕ，Ｒｕ／ＳｉＯ2 ，Ｎｉ／
ＳｉＯ2 ，ＢａＣＯ3 ，Ｃｏ／ＳｉＯ2 のうち少なくと
もいずれか一つであってよく、上記主酸化触媒は、Ｐ
ｔ，Ｐｄのいずれかであってよい。
に本発明は、排ガス中のメタンの部分酸化を促進する部
分酸化触媒を有した第一反応室と、この下流側に設けら
れ上記第一反応室で生成した中間反応物の酸化を促進す
る主酸化触媒を有した第二反応室とを備えたものであ
る。上記第二反応室は上記第一反応室の外周に設けるこ
とが好ましい。上記部分酸化触媒はＮｉ，Ｂａ，Ｃｏ，
Ｒｈ，Ｒｈ／ＳｉＯ2 ，Ｒｕ，Ｒｕ／ＳｉＯ2 ，Ｎｉ／
ＳｉＯ2 ，ＢａＣＯ3 ，Ｃｏ／ＳｉＯ2 のうち少なくと
もいずれか一つであってよく、上記主酸化触媒は、Ｐ
ｔ，Ｐｄのいずれかであってよい。
【０００８】
【作用】上記手段により、本発明はメタンの酸化反応を
数段階の反応経路にすることにより、つまり、第一反応
室でメタンの部分酸化を行い中間反応物を生成し、第二
反応室でこの中間反応物を酸化する２段階の酸化反応を
行うことにより、低い温度でメタンの完全酸化を可能と
するものである。
数段階の反応経路にすることにより、つまり、第一反応
室でメタンの部分酸化を行い中間反応物を生成し、第二
反応室でこの中間反応物を酸化する２段階の酸化反応を
行うことにより、低い温度でメタンの完全酸化を可能と
するものである。
【０００９】本発明において、第一反応室及び第二反応
室で、メタンの酸化反応を段階的に行った理由は、メタ
ンは化学的に非常に安定な分子であるため、低い排ガス
温度では一段階の酸化反応でＨ2 ＯとＣＯ2 に転化する
ことができないからである。
室で、メタンの酸化反応を段階的に行った理由は、メタ
ンは化学的に非常に安定な分子であるため、低い排ガス
温度では一段階の酸化反応でＨ2 ＯとＣＯ2 に転化する
ことができないからである。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
て詳述する。
【００１１】図１に示すように排出ガス浄化装置１０
は、円筒状の導入管３と、導入管３と同軸に設けられた
円筒状の第一反応室１と、更にその外周に同軸に設けら
れた円筒状の第二反応室２と、仕切板４，５と、テーパ
形状を有する排出管６から構成されている。
は、円筒状の導入管３と、導入管３と同軸に設けられた
円筒状の第一反応室１と、更にその外周に同軸に設けら
れた円筒状の第二反応室２と、仕切板４，５と、テーパ
形状を有する排出管６から構成されている。
【００１２】ここで、上記第一反応室１及び第二反応室
２はハニカム（蜂の巣）構造体から形成され、第一反応
室１にメタンを部分酸化する触媒が配置され、第二反応
室２に第一反応室１で生成された中間反応物を酸化する
触媒が配置されている。導入菅３のガス流下流端である
第一反応室１の入口側には、同径の凹面状の上記仕切板
５が連設され、出口側には、凹曲面を有し第二反応室２
と同径の環状の上記仕切板４が連結されている。そして
第二反応室２の出口側にテーパ形状を有する排出管６が
連設されている。従って、導入管３から流入した排ガス
は、仕切板４によって１８０度方向転換して第一反応室
１に入り、第一反応室１を通過後、仕切板５によって１
８０度方向転換して第二反応室２に入り、排出管６へ流
出される。
２はハニカム（蜂の巣）構造体から形成され、第一反応
室１にメタンを部分酸化する触媒が配置され、第二反応
室２に第一反応室１で生成された中間反応物を酸化する
触媒が配置されている。導入菅３のガス流下流端である
第一反応室１の入口側には、同径の凹面状の上記仕切板
５が連設され、出口側には、凹曲面を有し第二反応室２
と同径の環状の上記仕切板４が連結されている。そして
第二反応室２の出口側にテーパ形状を有する排出管６が
連設されている。従って、導入管３から流入した排ガス
は、仕切板４によって１８０度方向転換して第一反応室
１に入り、第一反応室１を通過後、仕切板５によって１
８０度方向転換して第二反応室２に入り、排出管６へ流
出される。
【００１３】次に排ガスを上記構成の排ガス浄化装置に
流入させて、メタンを浄化する方法を詳述する。
流入させて、メタンを浄化する方法を詳述する。
【００１４】導入管３から図１に示す矢印の方向に排ガ
スを流入させると、第一反応室１に配置された部分酸化
触媒により化１に示すようなメタンの部分酸化反応が行
われる。
スを流入させると、第一反応室１に配置された部分酸化
触媒により化１に示すようなメタンの部分酸化反応が行
われる。
【００１５】
【化１】 ＣＨ4 ＋１／２Ｏ2 → ＣＯ＋２Ｈ2 ・・・ ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ → ３Ｈ2 ＋ＣＯ ・・・ ＣＨ4 ＋ＣＯ2 → ２Ｈ2 ＋２ＣＯ ・・・ ２ＣＨ4 → Ｃ2 Ｈ2 ＋３Ｈ2 ・・・ ２ＣＨ4 → Ｃ2 Ｈ4 ＋２Ｈ2 ・・・ ２ＣＨ4 → Ｃ2 Ｈ6 ＋Ｈ2 ・・・ いずれの反応もＨ2 ，ＣＯを増加させるものであり、メ
タンが部分酸化されて中間反応物が生成されている。こ
こで、反応式はこれらメタン部分酸化反応の主反応で
あり発熱反応である。また、反応式〜が全体から占
める割合は小さく、反応式及びはメタンが排ガス中
のＨ2 Ｏ及びＣＯ2 と反応して部分酸化が行われている
ことを示すものであり、反応式〜ではメタンがＨ2
を解離してＣ2 Ｈ2 （アセチレン），Ｃ2 Ｈ4 （エチレ
ン），Ｃ2 Ｈ6 （エタン）に変成されていることを示し
ている。
タンが部分酸化されて中間反応物が生成されている。こ
こで、反応式はこれらメタン部分酸化反応の主反応で
あり発熱反応である。また、反応式〜が全体から占
める割合は小さく、反応式及びはメタンが排ガス中
のＨ2 Ｏ及びＣＯ2 と反応して部分酸化が行われている
ことを示すものであり、反応式〜ではメタンがＨ2
を解離してＣ2 Ｈ2 （アセチレン），Ｃ2 Ｈ4 （エチレ
ン），Ｃ2 Ｈ6 （エタン）に変成されていることを示し
ている。
【００１６】メタン分子の内には上述したように、Ｈ2
ＯとＣＯ2 に完全燃焼するものもある。完全酸化の反応
式を以下に示す。
ＯとＣＯ2 に完全燃焼するものもある。完全酸化の反応
式を以下に示す。
【００１７】
【化２】 ＣＨ4 ＋Ｏ2 → ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ ・・・ 但し、完全酸化するメタン分子は非常に少ない。
【００１８】つまり、メタンは第一反応室１を通過して
いる間に、上記反応式〜に示す様々な反応経路を通
じて部分酸化されて、種々の中間反応物を生成してい
る。
いる間に、上記反応式〜に示す様々な反応経路を通
じて部分酸化されて、種々の中間反応物を生成してい
る。
【００１９】これらメタンの中間反応物であるＣＯ，ア
セチレン、エチレン、エタンは続く第二反応室２へ流入
され、第二反応室２を通過している間に主酸化触媒によ
り酸化されてＣＯ2 及びＨ2 Ｏに転化される。尚、アセ
チレン、エチレン、エタンはメタンより酸化されやすい
ため低い温度でも酸化反応がおきるものである。
セチレン、エチレン、エタンは続く第二反応室２へ流入
され、第二反応室２を通過している間に主酸化触媒によ
り酸化されてＣＯ2 及びＨ2 Ｏに転化される。尚、アセ
チレン、エチレン、エタンはメタンより酸化されやすい
ため低い温度でも酸化反応がおきるものである。
【００２０】従って、本発明の排ガス浄化装置は、排ガ
ス中のメタンを第一反応室１で部分酸化し、生成された
中間反応物（ＣＯ，Ｃ2 Ｈ2 ，Ｃ2 Ｈ4 ，Ｃ2 Ｈ6 ，・
・）を続く第二反応室２で酸化させて、メタンを完全酸
化及び他の物質に転化することにより、排ガス中のメタ
ンを浄化するものである。
ス中のメタンを第一反応室１で部分酸化し、生成された
中間反応物（ＣＯ，Ｃ2 Ｈ2 ，Ｃ2 Ｈ4 ，Ｃ2 Ｈ6 ，・
・）を続く第二反応室２で酸化させて、メタンを完全酸
化及び他の物質に転化することにより、排ガス中のメタ
ンを浄化するものである。
【００２１】次に、上記構成の排ガス浄化装置のメタン
浄化率を測定し、メタン浄化率と排ガス温度の関係を図
３の線Ｂに示した。図示するように本発明の排ガス浄化
装置は、低温度においてもメタン浄化率は高く、６００
℃では約７割のメタンを浄化することができる。
浄化率を測定し、メタン浄化率と排ガス温度の関係を図
３の線Ｂに示した。図示するように本発明の排ガス浄化
装置は、低温度においてもメタン浄化率は高く、６００
℃では約７割のメタンを浄化することができる。
【００２２】また、第一反応室１の外周に第二反応室２
を設けて仕切板４，５で排ガス流を折り返す構造にした
ことにより、従来用いてきた装置の大きさと変わらず直
ちにに実用化が可能であり、反応室が細長いため触媒接
触時間を長くすることができる。更に、第一反応室１の
外周に第二反応室２を設けたことにより、図２に示すよ
うに第一反応室１からの熱が放射して第二反応室２へ伝
導し熱の有効利用が行われ、第二反応室２での触媒の活
性を高め反応を促進することができる。
を設けて仕切板４，５で排ガス流を折り返す構造にした
ことにより、従来用いてきた装置の大きさと変わらず直
ちにに実用化が可能であり、反応室が細長いため触媒接
触時間を長くすることができる。更に、第一反応室１の
外周に第二反応室２を設けたことにより、図２に示すよ
うに第一反応室１からの熱が放射して第二反応室２へ伝
導し熱の有効利用が行われ、第二反応室２での触媒の活
性を高め反応を促進することができる。
【００２３】尚、第一反応室１における反応式〜の
吸熱反応は触媒の温度が高い程促進されるので、本実施
例のように第二反応室２を密着させた構造にしたことに
より、第二反応室２における発熱が第一反応室における
Ｈ2 ，ＣＯ，Ｃ2 Ｈ2 ，Ｃ2Ｈ4 ，Ｃ2 Ｈ6 の生成を促
進させるという相乗効果も期待できる。また、本実施例
にあっては、導入管３の外周に第一反応室１及び第二反
応室２を設けるものとしたが、導入管３の末端部分に第
一反応室１のものと同様の、或いは異なる部分酸化触媒
を配置してもよい。そしてその外周には、完全酸化触媒
のみを設けて、第二反応室２を構成するようにしてもよ
い。
吸熱反応は触媒の温度が高い程促進されるので、本実施
例のように第二反応室２を密着させた構造にしたことに
より、第二反応室２における発熱が第一反応室における
Ｈ2 ，ＣＯ，Ｃ2 Ｈ2 ，Ｃ2Ｈ4 ，Ｃ2 Ｈ6 の生成を促
進させるという相乗効果も期待できる。また、本実施例
にあっては、導入管３の外周に第一反応室１及び第二反
応室２を設けるものとしたが、導入管３の末端部分に第
一反応室１のものと同様の、或いは異なる部分酸化触媒
を配置してもよい。そしてその外周には、完全酸化触媒
のみを設けて、第二反応室２を構成するようにしてもよ
い。
【００２４】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、メタンの
酸化反応を段階的に行うことができるため、低温度でも
高いメタン浄化率を発揮し、耐久性の高い、公害物質の
少ない、低燃費のガスエンジンの排出ガス浄化装置を提
供することができる。また、第一反応室の外周に第二反
応室を設けることにより、第一反応室の発熱反応による
熱を第二反応室へ伝導して第二反応室での触媒の活性を
高め反応を促進できるため、効率のよい排出ガス浄化装
置を提供することができる。
酸化反応を段階的に行うことができるため、低温度でも
高いメタン浄化率を発揮し、耐久性の高い、公害物質の
少ない、低燃費のガスエンジンの排出ガス浄化装置を提
供することができる。また、第一反応室の外周に第二反
応室を設けることにより、第一反応室の発熱反応による
熱を第二反応室へ伝導して第二反応室での触媒の活性を
高め反応を促進できるため、効率のよい排出ガス浄化装
置を提供することができる。
【図１】本発明に係るガスエンジンの排出ガス浄化装置
の一実施例を示す断面図である。
の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の第一反応室を示す斜視図である。
【図３】メタンの浄化率と排ガス温度の関係を示す図で
ある。
ある。
【図４】空気過剰率とＮＯX 及びＨＣの排出量の関係を
示す図である。
示す図である。
１ 第一反応室 ２ 第二反応室 ３ 導入管 ４、５ 仕切板 ６ 排出管 １０ 排出ガス浄化装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/10 ＺＡＢ Ｂ０１Ｄ 53/36 １０２Ｈ 3/24 ＺＡＢ Ｂ０１Ｊ 23/56 Ａ
Claims (3)
- 【請求項１】 排ガス中のメタンの部分酸化を促進する
部分酸化触媒を有した第一反応室と、この下流側に設け
られ上記第一反応室で生成した中間反応物の完全酸化を
促進する主酸化触媒を有した第二反応室とを備えたこと
を特徴とするガスエンジンの排出ガス浄化装置。 - 【請求項２】 上記第二反応室が上記第一反応室の外周
に設けられたことを特徴とする請求項１記載のガスエン
ジンの排出ガス浄化装置。 - 【請求項３】 上記部分酸化触媒がＮｉ，Ｂａ、Ｃｏ，
Ｒｈ，Ｒｈ／ＳｉＯ2 ，Ｒｕ，Ｒｕ／ＳｉＯ2 ，Ｎｉ／
ＳｉＯ2 ，ＢａＣＯ3 ，Ｃｏ／ＳｉＯ2 のうち少なくと
もいずれか一つであり、上記主酸化触媒が、Ｐｔ，Ｐｄ
のうち少なくともいずれかであることを特徴とする請求
項１又は２に記載のガスエンジンの排出ガス浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7106050A JPH08296433A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | ガスエンジンの排出ガス浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7106050A JPH08296433A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | ガスエンジンの排出ガス浄化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08296433A true JPH08296433A (ja) | 1996-11-12 |
Family
ID=14423808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7106050A Pending JPH08296433A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | ガスエンジンの排出ガス浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08296433A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1158144A2 (en) * | 2000-05-24 | 2001-11-28 | Fleetguard, Inc. | Space efficient exhaust aftertreatment filter |
| JP2006125269A (ja) * | 2004-10-28 | 2006-05-18 | Hino Motors Ltd | 排気浄化装置 |
| EP1327062B1 (en) * | 2000-10-04 | 2006-09-13 | Volvo Lastvagnar Ab | A device for catalytic treatment of a gas flow |
| JP2007229628A (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 排ガス処理システム |
| JP2011514950A (ja) * | 2008-02-28 | 2011-05-12 | ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー | 排出物制御における改善 |
| KR20150112264A (ko) * | 2014-03-27 | 2015-10-07 | 삼성중공업 주식회사 | 메탄 저감 장치 |
-
1995
- 1995-04-28 JP JP7106050A patent/JPH08296433A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1158144A2 (en) * | 2000-05-24 | 2001-11-28 | Fleetguard, Inc. | Space efficient exhaust aftertreatment filter |
| EP1158144A3 (en) * | 2000-05-24 | 2003-10-08 | Fleetguard, Inc. | Space efficient exhaust aftertreatment filter |
| US6824743B1 (en) | 2000-05-24 | 2004-11-30 | Fleet Guard, Inc. | Space efficient exhaust aftertreatment filter |
| EP1327062B1 (en) * | 2000-10-04 | 2006-09-13 | Volvo Lastvagnar Ab | A device for catalytic treatment of a gas flow |
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