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JP2012154241A - On-board ammonia production device and method for producing ammonia on-board - Google Patents

On-board ammonia production device and method for producing ammonia on-board Download PDF

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JP2012154241A
JP2012154241A JP2011013706A JP2011013706A JP2012154241A JP 2012154241 A JP2012154241 A JP 2012154241A JP 2011013706 A JP2011013706 A JP 2011013706A JP 2011013706 A JP2011013706 A JP 2011013706A JP 2012154241 A JP2012154241 A JP 2012154241A
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JP
Japan
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ammonia
nox
vehicle
catalyst
fuel
Prior art date
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Pending
Application number
JP2011013706A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Hosoya
満 細谷
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Hino Motors Ltd
Original Assignee
Hino Motors Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】選択還元型触媒にNOxの還元剤として供給されるアンモニアを連続的に生成し、これにより選択還元型触媒にアンモニアを連続的に供給する。
【解決手段】車両に搭載された車載アンモニア製造装置14を用いて、車両に搭載された選択還元型触媒13に供給するためのアンモニアを製造するように構成される。空気供給源17から供給された空気と燃料供給源18から供給された燃料15とを混合した混合ガスが加熱手段19により加熱され、この加熱手段19で加熱された混合ガスが改質触媒21で改質されて少なくとも水素が生成されるように構成される。NOx生成手段22が空気供給源17から供給された空気中の窒素からNOxを生成するか又は車両のエンジンでの燃料の燃焼により排ガス中にNOxを生成し、アンモニア生成触媒23が上記水素と上記NOxとの反応によりアンモニアを生成するように構成される。
【選択図】図1
Ammonia supplied as a NOx reducing agent to a selective catalytic reduction catalyst is continuously generated, whereby ammonia is continuously supplied to the selective catalytic reduction catalyst.
SOLUTION: Ammonia to be supplied to a selective catalytic reduction catalyst 13 mounted on a vehicle is manufactured using an in-vehicle ammonia manufacturing apparatus 14 mounted on the vehicle. A mixed gas obtained by mixing the air supplied from the air supply source 17 and the fuel 15 supplied from the fuel supply source 18 is heated by the heating means 19, and the mixed gas heated by the heating means 19 is converted into the reforming catalyst 21. It is configured to be reformed to generate at least hydrogen. The NOx generation means 22 generates NOx from nitrogen in the air supplied from the air supply source 17 or generates NOx in the exhaust gas by combustion of fuel in the vehicle engine, and the ammonia generation catalyst 23 is used for the hydrogen and the above. It is configured to generate ammonia by reaction with NOx.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、車両に搭載された選択還元型触媒に供給するアンモニアを製造するために、車両に搭載されたアンモニア製造装置と、上記選択還元型触媒に供給するために、車両上でアンモニアを製造する方法に関するものである。   The present invention relates to an ammonia production apparatus mounted on a vehicle for producing ammonia to be supplied to a selective reduction catalyst mounted on the vehicle, and to produce ammonia on the vehicle for supply to the selective reduction catalyst. It is about how to do.

従来、リーンNOxトラップが、リーンの排気状況下でディーゼルエンジンの排ガスからNOxを吸収して保持し、燃料(HC)リッチの排気状況下で上記保持したNOxを還元して放出し、リーンNOxトラップから放出されたガスを受け取ったアンモニア−SCR触媒がリーンの排気状況下でNOxを還元できるアンモニアと反応して触媒作用を及ぼし、更にリーンNOxトラップとアンモニア−SCR触媒の間に置かれた付加触媒が燃料(HC)リッチの排気状況下で排ガス中の炭化水素の濃度を減らすように構成されたディーゼルエンジン用の排気後処理システムが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この排気後処理システムでは、リーンNOxトラップがリーンの排気状況下でディーゼルエンジンの排ガスからNOxを吸収して保持し、リーンNOxトラップの再生(脱硝)のために排気内で形成された還元環境中で上記吸収したNOxが還元されて取り除かれるように構成される。またリーンNOxトラップは脱硝中(リーンNOxトラップの再生中)にアンモニアを生成可能に構成される。   Conventionally, a lean NOx trap absorbs and holds NOx from the exhaust gas of a diesel engine under a lean exhaust condition, and reduces and releases the retained NOx under a fuel (HC) rich exhaust condition. The ammonia-SCR catalyst receiving the gas released from the catalyst reacts with ammonia capable of reducing NOx under the condition of lean exhaust gas to act as a catalyst, and further, an additional catalyst placed between the lean NOx trap and the ammonia-SCR catalyst However, there is disclosed an exhaust aftertreatment system for a diesel engine configured to reduce the concentration of hydrocarbons in exhaust gas under fuel (HC) rich exhaust conditions (see, for example, Patent Document 1). In this exhaust aftertreatment system, the lean NOx trap absorbs and holds NOx from the exhaust gas of the diesel engine under lean exhaust conditions, and in the reducing environment formed in the exhaust for regeneration (denitration) of the lean NOx trap Thus, the absorbed NOx is reduced and removed. The lean NOx trap is configured to be able to generate ammonia during denitration (during regeneration of the lean NOx trap).

このように構成されたディーゼルエンジン用の排気後処理システムでは、リーンNOxトラップが、リーンの排気状況下でNOxを吸収して保持し、燃料(HC)リッチの排気状況下でNOxを還元して放出するとともにアンモニアを生成する。そしてアンモニア−SCR触媒が上記リーンNOxトラップの生成したアンモニアの殆ど全てを吸収した後、この吸収したアンモニアとNOxを反応させて触媒作用を及ぼすことにより、リーンNOxトラップを通過したNOxを還元するようになっている。   In the exhaust aftertreatment system for a diesel engine configured as described above, the lean NOx trap absorbs and holds NOx under a lean exhaust condition, and reduces NOx under a fuel (HC) rich exhaust condition. Releases and produces ammonia. After the ammonia-SCR catalyst absorbs almost all of the ammonia produced by the lean NOx trap, the absorbed ammonia reacts with NOx to act as a catalyst, thereby reducing NOx that has passed through the lean NOx trap. It has become.

特表2009−540189号公報(請求項1、段落[0008]、[0009]、[0024])JP-T 2009-540189 (Claim 1, paragraphs [0008], [0009], [0024])

しかし、上記従来の特許文献1に示されたディーゼルエンジン用の排気後処理システムでは、リーンNOxトラップが、リーンの排気状況下でNOxを吸収して貯めておき、燃料(HC)リッチの排気状況下でNOxを還元して放出するとともにアンモニアを生成するため、リーンの排気状況下でアンモニアを生成できない。このため上記従来の特許文献1に示された排気後処理システムでは、アンモニアを連続的に生成できず、アンモニアをアンモニア−SCR触媒に連続的に供給できない不具合があった。また、上記従来の特許文献1に示された排気後処理システムでは、ディーゼルエンジンの排ガスのNOxを原料としてアンモニアをリーンNOxトラップで生成しているため、アンモニア−SCR触媒でNOxを還元するのに必要な最適量のアンモニアを生成することができない問題点もあった。   However, in the exhaust aftertreatment system for a diesel engine shown in the above-mentioned conventional patent document 1, the lean NOx trap absorbs and stores NOx under the lean exhaust condition, and the exhaust condition of fuel (HC) rich NOx is reduced and released at the same time as ammonia is generated, so that ammonia cannot be generated under lean exhaust conditions. For this reason, the exhaust aftertreatment system disclosed in Patent Document 1 has a problem that ammonia cannot be continuously generated and ammonia cannot be continuously supplied to the ammonia-SCR catalyst. Further, in the exhaust aftertreatment system disclosed in the above-mentioned conventional patent document 1, ammonia is generated by a lean NOx trap using NOx of exhaust gas from a diesel engine as a raw material. Therefore, NOx is reduced by an ammonia-SCR catalyst. There was also a problem that the optimum amount of ammonia required could not be generated.

本発明の目的は、選択還元型触媒にNOxの還元剤として供給されるアンモニアを連続的に生成でき、これにより選択還元型触媒にアンモニアを連続的に供給できる、車載アンモニア製造装置及び車両上でアンモニアを製造する方法を提供することにある。本発明の別の目的は、選択還元型触媒にNOxの還元剤として供給されるアンモニアの生成量を調整でき、これにより選択還元型触媒におけるNOxの還元に必要な最適量のアンモニアを選択還元型触媒に供給できる、車載アンモニア製造装置及び車両上でアンモニアを製造する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an on-vehicle ammonia production apparatus and a vehicle that can continuously generate ammonia supplied as a reducing agent for NOx to a selective catalytic reduction catalyst, thereby continuously supplying ammonia to the selective catalytic reduction catalyst. The object is to provide a method for producing ammonia. Another object of the present invention is to adjust the generation amount of ammonia supplied to the selective reduction catalyst as a NOx reducing agent, thereby selectively reducing the optimum amount of ammonia required for NOx reduction in the selective reduction catalyst. An object is to provide an in-vehicle ammonia production apparatus and a method for producing ammonia on a vehicle, which can be supplied to a catalyst.

本発明の第1の観点は、図1に示すように、車両に搭載された選択還元型触媒13に供給するためのアンモニアを製造する車両に搭載された車載アンモニア製造装置であって、空気供給源17から供給された空気と燃料供給源18から供給された燃料15とを混合した混合ガスを加熱する加熱手段19と、加熱手段19で加熱された混合ガスを改質して少なくとも水素を生成する改質触媒21と、空気供給源17から供給された空気中の窒素からNOxを生成するか又は車両のエンジンでの燃料の燃焼により排ガス中にNOxを生成するNOx生成手段22と、上記水素と上記NOxとの反応によりアンモニアを生成するアンモニア生成触媒23とを備えたことを特徴とする。   As shown in FIG. 1, a first aspect of the present invention is an in-vehicle ammonia production apparatus mounted on a vehicle for producing ammonia to be supplied to a selective catalytic reduction catalyst 13 mounted on the vehicle. Heating means 19 for heating a mixed gas obtained by mixing the air supplied from the source 17 and the fuel 15 supplied from the fuel supply source 18, and reforming the mixed gas heated by the heating means 19 to generate at least hydrogen A reforming catalyst 21 for generating NOx from nitrogen in the air supplied from the air supply source 17 or NOx generating means 22 for generating NOx in exhaust gas by combustion of fuel in a vehicle engine, and the hydrogen And an ammonia generation catalyst 23 that generates ammonia by the reaction of NOx with the NOx.

本発明の第2の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に改質触媒が水素と一酸化炭素を生成し、アンモニア生成触媒が水素とNOxとの反応によりアンモニアを生成するともに、一酸化炭素から生成された水素とNOxとの反応によりアンモニアを生成するように構成されたことを特徴とする。   The second aspect of the present invention is an invention based on the first aspect, wherein the reforming catalyst generates hydrogen and carbon monoxide, and the ammonia generating catalyst generates ammonia by the reaction of hydrogen and NOx. The ammonia is produced by the reaction between hydrogen produced from carbon monoxide and NOx.

本発明の第3の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に図1に示すように、加熱手段19がヒータ又はバーナであることを特徴とする。   A third aspect of the present invention is an invention based on the first aspect, and is characterized in that the heating means 19 is a heater or a burner as shown in FIG.

本発明の第4の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に図1に示すように、NOx生成手段22が、プラズマ発生装置28で発生したプラズマを用いて、空気供給源17から供給された空気中の窒素からNOxを生成するように構成されたことを特徴とする。   The fourth aspect of the present invention is an invention based on the first aspect, and further, as shown in FIG. 1, the NOx generating means 22 uses the plasma generated by the plasma generator 28 to use the air supply source 17. It is characterized by generating NOx from nitrogen in the air supplied from the factory.

本発明の第5の観点は、第1又は第2の観点に基づく発明であって、更に図1に示すように、改質触媒21が、白金及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒、或いはパラジウム及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒であることを特徴とする。   A fifth aspect of the present invention is an invention based on the first or second aspect, and as shown in FIG. 1, the reforming catalyst 21 is an alumina catalyst in which platinum and rhodium are supported on alumina, or palladium. And an alumina catalyst in which rhodium is supported on alumina.

本発明の第6の観点は、第1又は第2の観点に基づく発明であって、更に図1に示すように、アンモニア生成触媒23が白金をアルミナに担持した酸化触媒であることを特徴とする。   A sixth aspect of the present invention is an invention based on the first or second aspect, and further, as shown in FIG. 1, the ammonia generating catalyst 23 is an oxidation catalyst having platinum supported on alumina. To do.

本発明の第7の観点は、図1に示すように、車両に搭載された選択還元型触媒13に供給するためのアンモニアを車両上で製造する方法であって、空気供給源17から供給された空気と燃料供給源18から供給された燃料15とを混合した混合ガスを加熱する加熱工程と、この加熱された混合ガスを改質して少なくとも水素を生成する改質工程と、空気供給源17から供給された空気中の窒素からNOxを生成するか又は車両のエンジンでの燃料の燃焼により排ガス中にNOxを生成するNOx生成工程と、上記水素と上記NOxとの反応によりアンモニアを生成するアンモニア生成工程とを含むことを特徴とする。   As shown in FIG. 1, the seventh aspect of the present invention is a method for producing ammonia on a vehicle to be supplied to a selective catalytic reduction catalyst 13 mounted on the vehicle, which is supplied from an air supply source 17. A heating step of heating the mixed gas obtained by mixing the heated air and the fuel 15 supplied from the fuel supply source 18, a reforming step of reforming the heated mixed gas to generate at least hydrogen, and an air supply source NOx is generated from nitrogen in the air supplied from 17, or NOx is generated in exhaust gas by combustion of fuel in a vehicle engine, and ammonia is generated by reaction of the hydrogen and NOx. And an ammonia production step.

本発明の第8の観点は、第7の観点に基づく発明であって、更に改質工程で水素と一酸化炭素を生成し、アンモニア生成工程で水素とNOxとの反応によりアンモニアを生成するとともに、一酸化炭素を燃料15の燃焼にて生成された水と反応させて生成された水素とNOxとの反応によりアンモニアを生成することを特徴とする。   The eighth aspect of the present invention is an invention based on the seventh aspect, further generating hydrogen and carbon monoxide in the reforming step, and generating ammonia by reaction of hydrogen and NOx in the ammonia generating step. In addition, it is characterized in that ammonia is generated by a reaction between hydrogen generated by reacting carbon monoxide with water generated by combustion of the fuel 15 and NOx.

本発明の第9の観点は、第7の観点に基づく発明であって、更に図1に示すように、加熱工程で混合ガスを加熱するのに、ヒータ29又はバーナを用いたことを特徴とする。   The ninth aspect of the present invention is an invention based on the seventh aspect, and is characterized in that a heater 29 or a burner is used to heat the mixed gas in the heating step as shown in FIG. To do.

本発明の第10の観点は、第7の観点に基づく発明であって、更に図1に示すように、NOx生成工程で空気供給源17から供給された空気中の窒素からNOxを生成するのに、プラズマ発生装置28の発生したプラズマを用いたことを特徴とする。   A tenth aspect of the present invention is an invention based on the seventh aspect, and further generates NOx from nitrogen in the air supplied from the air supply source 17 in the NOx generation step as shown in FIG. Furthermore, the plasma generated by the plasma generator 28 is used.

本発明の第11の観点は、第7又は第8の観点に基づく発明であって、更に図1に示すように、改質工程で加熱された混合ガスを改質するのに、白金及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒21、或いはパラジウム及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒を用いたことを特徴とする。   An eleventh aspect of the present invention is an invention based on the seventh or eighth aspect, and further, as shown in FIG. 1, platinum and rhodium are used to reform the mixed gas heated in the reforming step. An alumina catalyst 21 in which is supported on alumina or an alumina catalyst in which palladium and rhodium are supported on alumina is used.

本発明の第12の観点は、第7又は第8の観点に基づく発明であって、更に図1に示すように、アンモニア生成工程でアンモニアを生成するのに、白金をアルミナに担持した酸化触媒23を用いたことを特徴とする。   A twelfth aspect of the present invention is an invention based on the seventh or eighth aspect, and as shown in FIG. 1, an oxidation catalyst in which platinum is supported on alumina to produce ammonia in the ammonia production step. 23 is used.

本発明の第1の観点の装置では、空気供給源から供給された空気と燃料供給源から供給された燃料とを混合した混合ガスを加熱手段が加熱し、この加熱手段で加熱された混合ガスを改質触媒が改質して少なくとも水素を生成し、NOx生成手段が空気供給源から供給された空気中の窒素からNOxを生成するか又は車両のエンジンでの燃料の燃焼により排ガス中にNOxを生成し、更にアンモニア生成触媒が上記水素と上記NOxとの反応によりアンモニアを生成するので、選択還元型触媒にNOxの還元剤として供給されるアンモニアを連続的に生成できるとともに、そのアンモニアの生成量を調整できる。この結果、選択還元型触媒にアンモニアを連続的に供給できるとともに、選択還元型触媒におけるNOxの還元に必要な最適量のアンモニアを選択還元型触媒に供給できる。   In the apparatus according to the first aspect of the present invention, the heating unit heats the mixed gas obtained by mixing the air supplied from the air supply source and the fuel supplied from the fuel supply source, and the mixed gas heated by the heating unit. The reforming catalyst reforms to generate at least hydrogen, and the NOx generating means generates NOx from nitrogen in the air supplied from the air supply source, or NOx in the exhaust gas by combustion of fuel in the vehicle engine Furthermore, the ammonia generation catalyst generates ammonia by the reaction of the hydrogen with the NOx, so that the ammonia supplied as the NOx reducing agent to the selective reduction catalyst can be continuously generated and the generation of the ammonia. The amount can be adjusted. As a result, ammonia can be continuously supplied to the selective catalytic reduction catalyst, and an optimum amount of ammonia necessary for NOx reduction in the selective catalytic reduction catalyst can be supplied to the selective catalytic reduction catalyst.

本発明の第2の観点の装置では、改質触媒が水素と一酸化炭素を生成し、アンモニア生成触媒が水素とNOxとの反応によりアンモニアを生成するともに、一酸化炭素から生成された水素とNOxとの反応によりアンモニアを生成するので、本発明の第1の観点の装置と同様に、選択還元型触媒にNOxの還元剤として供給されるアンモニアを連続的に生成できるとともに、そのアンモニアの生成量を調整できる。この結果、選択還元型触媒にアンモニアを連続的に供給できるとともに、選択還元型触媒におけるNOxの還元に必要な最適量のアンモニアを選択還元型触媒に供給できる。また本発明の第2の観点の装置では、本発明の第1の観点の装置より多くのアンモニアを生成できる。   In the apparatus according to the second aspect of the present invention, the reforming catalyst generates hydrogen and carbon monoxide, the ammonia generating catalyst generates ammonia by the reaction of hydrogen and NOx, and the hydrogen generated from carbon monoxide and Since ammonia is generated by the reaction with NOx, similarly to the apparatus of the first aspect of the present invention, ammonia supplied as a reducing agent for NOx to the selective reduction catalyst can be continuously generated, and the generation of the ammonia The amount can be adjusted. As a result, ammonia can be continuously supplied to the selective catalytic reduction catalyst, and an optimum amount of ammonia necessary for NOx reduction in the selective catalytic reduction catalyst can be supplied to the selective catalytic reduction catalyst. The apparatus according to the second aspect of the present invention can generate more ammonia than the apparatus according to the first aspect of the present invention.

本発明の第7の観点の方法では、空気供給源から供給された空気と燃料供給源から供給された燃料とを混合した混合ガスを加熱し、この加熱された混合ガスを改質して少なくとも水素を生成し、空気供給源から供給された空気中の窒素からNOxを生成するか又は車両のエンジンでの燃料の燃焼により排ガス中にNOxを生成し、更に上記水素と上記NOxとの反応に加えて上記一酸化炭素を上記燃料の燃焼にて生成された水と反応させて生成された水素と上記NOxとの反応によりアンモニアを生成するので、上記と同様に、選択還元型触媒にNOxの還元剤として供給されるアンモニアを連続的に生成できるとともに、そのアンモニアの生成量を調整できる。この結果、選択還元型触媒にアンモニアを連続的に供給できるとともに、選択還元型触媒におけるNOxの還元に必要な最適量のアンモニアを選択還元型触媒に供給できる。   In the method according to the seventh aspect of the present invention, a mixed gas obtained by mixing air supplied from an air supply source and fuel supplied from a fuel supply source is heated, and the heated mixed gas is reformed to at least Hydrogen is generated, NOx is generated from nitrogen in the air supplied from an air supply source, or NOx is generated in exhaust gas by combustion of fuel in a vehicle engine, and further, the reaction between the hydrogen and the NOx is performed. In addition, ammonia is produced by the reaction of the hydrogen produced by reacting the carbon monoxide with the water produced by the combustion of the fuel and the NOx, so that, similarly to the above, NOx is added to the selective catalytic reduction catalyst. Ammonia supplied as a reducing agent can be continuously produced, and the amount of ammonia produced can be adjusted. As a result, ammonia can be continuously supplied to the selective catalytic reduction catalyst, and an optimum amount of ammonia necessary for NOx reduction in the selective catalytic reduction catalyst can be supplied to the selective catalytic reduction catalyst.

本発明の第8の観点の方法では、改質工程で水素と一酸化炭素を生成し、アンモニア生成工程で水素とNOxとの反応によりアンモニアを生成するとともに、一酸化炭素を燃料15の燃焼にて生成された水と反応させて生成された水素とNOxとの反応によりアンモニアを生成するので、第7の観点の方法と同様に、選択還元型触媒にNOxの還元剤として供給されるアンモニアを連続的に生成できるとともに、そのアンモニアの生成量を調整できる。この結果、選択還元型触媒にアンモニアを連続的に供給できるとともに、選択還元型触媒におけるNOxの還元に必要な最適量のアンモニアを選択還元型触媒に供給できる。また本発明の第8の観点に方法では、本発明の第7の観点の方法より多くのアンモニアを生成できる。   In the method according to the eighth aspect of the present invention, hydrogen and carbon monoxide are generated in the reforming step, ammonia is generated by the reaction of hydrogen and NOx in the ammonia generating step, and carbon monoxide is used for combustion of the fuel 15. Since ammonia is produced by the reaction of hydrogen produced by reacting with the produced water and NOx, the ammonia supplied as the NOx reducing agent to the selective catalytic reduction catalyst is reduced as in the method of the seventh aspect. It can be produced continuously and the amount of ammonia produced can be adjusted. As a result, ammonia can be continuously supplied to the selective catalytic reduction catalyst, and an optimum amount of ammonia necessary for NOx reduction in the selective catalytic reduction catalyst can be supplied to the selective catalytic reduction catalyst. The method according to the eighth aspect of the present invention can generate more ammonia than the method according to the seventh aspect of the present invention.

本発明実施形態の車載アンモニア製造装置を含むディーゼルエンジンの吸気系及び排気系を示す構成図である。It is a block diagram which shows the intake system and exhaust system of a diesel engine containing the vehicle-mounted ammonia manufacturing apparatus of this invention embodiment. プラズマ発生装置の高周波電源をオンしたときのアンモニア濃度(実施例1)とプラズマ発生装置の高周波電源をオフしたときのアンモニア濃度(比較例1)とをそれぞれ示す図である。It is a figure which respectively shows ammonia concentration (Example 1) when the high frequency power supply of a plasma generator is turned on, and ammonia concentration (Comparative example 1) when a high frequency power supply of a plasma generator is turned off.

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図1に示すように、車両には、この車両の駆動源であるディーゼルエンジン11と、このエンジン11から排出される排ガスを大気に導く排気管12に設けられた選択還元型触媒13と、この選択還元型触媒13にNOxの還元剤として供給されるアンモニアを製造するアンモニア製造装置14とが搭載される。選択還元型触媒13は、排気管12に設けられ排気管12より大径のケース16に収容される。また選択還元型触媒13は、アンモニアと排ガス中のNO及びNO2とが反応し、NO及びNO2をN2に還元する機能を有する。更に選択還元型触媒13は、形態的にはモノリス触媒であり、図示しないが両端が開放されかつ排ガスの流通方向に延びる複数のセル(貫通孔)が形成されたコージェライト製の円筒状のハニカム担体に、銅イオン交換ゼオライト(Cu−ZSM−5)等をコーティングしたり、或いは両端が開放されかつ排ガスの流通方向に延びる複数のセル(貫通孔)が形成されたステンレス鋼製の円筒状のメタル担体に、銅イオン交換ゼオライト(Cu−ZSM−5)等をコーティングすることにより形成される。上記銅イオン交換ゼオライト触媒はNa型のZSM−5ゼオライトのNaイオンをCuイオンとイオン交換した物質である。なお、銅イオン交換ゼオライトではなく、鉄イオン交換ゼオライト、ゼオライト、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム又は酸化タングステン等をコーティングしてもよい。 Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the vehicle includes a diesel engine 11 that is a drive source of the vehicle, a selective reduction catalyst 13 provided in an exhaust pipe 12 that guides exhaust gas discharged from the engine 11 to the atmosphere, An ammonia production device 14 for producing ammonia supplied as a NOx reducing agent to the selective catalytic reduction catalyst 13 is mounted. The selective catalytic reduction catalyst 13 is provided in the exhaust pipe 12 and is accommodated in a case 16 having a larger diameter than the exhaust pipe 12. The selective catalytic reduction catalyst 13 has a function of reacting ammonia with NO and NO 2 in the exhaust gas and reducing NO and NO 2 to N 2 . Further, the selective catalytic reduction catalyst 13 is a monolithic catalyst in form, and although not shown, a cordierite cylindrical honeycomb having both ends opened and formed with a plurality of cells (through holes) extending in the exhaust gas flow direction. The support is coated with copper ion exchanged zeolite (Cu-ZSM-5) or the like, or is formed of a stainless steel cylindrical shape in which a plurality of cells (through holes) that are open at both ends and extend in the flow direction of exhaust gas are formed. It is formed by coating a metal carrier with copper ion exchanged zeolite (Cu-ZSM-5) or the like. The copper ion exchange zeolite catalyst is a substance obtained by ion exchange of Na ions of Na type ZSM-5 zeolite with Cu ions. Instead of copper ion exchanged zeolite, iron ion exchanged zeolite, zeolite, titanium oxide, vanadium oxide, cerium oxide, zirconium oxide, or tungsten oxide may be coated.

一方、アンモニア製造装置14は、空気供給源17から供給された空気と燃料供給源18から供給された燃料15とを混合した混合ガスを加熱する加熱手段19と、この加熱手段19で加熱された混合ガスを改質して水素を生成する改質触媒21と、空気供給源17から供給された空気中の窒素からNOxを生成するNOx生成手段22と、上記水素と上記NOxとの反応によりアンモニアを生成するアンモニア生成触媒23とを備える。この実施の形態では、空気供給源17は、車両に搭載され圧縮空気を貯留するエアタンクであり、燃料供給源18は、車両に搭載されディーゼルエンジン11に供給する燃料(軽油)15を貯留する燃料タンクであり、加熱手段19は電気式のヒータである。ヒータ19は、円筒状の第1ハウジング41に収容されたヒータ本体19aと、このヒータ本体19aに電力を供給するヒータ電源19bとを有する。エアタンク17と第1ハウジング41の一端面とは空気供給管24及び第1空気分岐供給管31とにより接続され、燃料タンク18と第1ハウジング41の一端面とは燃料供給管26により接続される。また第1ハウジング41にはこのハウジング41の一端面から他端面に向って順にヒータ本体19a及び改質触媒21が収容される。このヒータ本体19aは、第1ハウジング41の一端から他端に向って直径が次第に小さくなる螺旋状に形成されたヒータパイプ19cと、このヒータパイプ19cにMgO等の絶縁粉末で絶縁されて収容されたニクロム線(図示せず)とからなる。ヒータ電源19bをオンすると、ニクロム線が加熱され、この熱が絶縁粉末を介してヒータパイプ19cに伝わり、第1ハウジング41に流入した空気及び燃料15の混合ガス(燃料15の微粒子を含む。)の大部分がヒータパイプ19cの外周面に接触して所定温度まで加熱されるように構成される。また第1ハウジング41内のヒータ本体19aより一端面側には、燃料15と空気とを混合するミキサ(図示せず)が設けられる。更に図1中の符号27は後述する燃料ポンプ34により供給される燃料15のうち余分の燃料15を燃料タンク18に戻す燃料戻し管である。   On the other hand, the ammonia production apparatus 14 is heated by the heating means 19 for heating the mixed gas obtained by mixing the air supplied from the air supply source 17 and the fuel 15 supplied from the fuel supply source 18, and the heating means 19. A reforming catalyst 21 that reforms the mixed gas to generate hydrogen, NOx generating means 22 that generates NOx from nitrogen in the air supplied from the air supply source 17, and ammonia by a reaction between the hydrogen and the NOx. And an ammonia generation catalyst 23 for generating. In this embodiment, the air supply source 17 is an air tank that is mounted on a vehicle and stores compressed air, and the fuel supply source 18 is a fuel that is mounted on the vehicle and stores fuel (light oil) 15 supplied to the diesel engine 11. It is a tank and the heating means 19 is an electric heater. The heater 19 includes a heater body 19a housed in a cylindrical first housing 41, and a heater power source 19b that supplies electric power to the heater body 19a. The air tank 17 and one end surface of the first housing 41 are connected by an air supply pipe 24 and a first air branch supply pipe 31, and the fuel tank 18 and one end face of the first housing 41 are connected by a fuel supply pipe 26. . The first housing 41 accommodates the heater body 19a and the reforming catalyst 21 in order from one end surface to the other end surface of the housing 41. The heater body 19a is accommodated in a heater pipe 19c formed in a spiral shape with a diameter gradually decreasing from one end to the other end of the first housing 41, and insulated by an insulating powder such as MgO in the heater pipe 19c. Nichrome wire (not shown). When the heater power supply 19b is turned on, the nichrome wire is heated, and this heat is transferred to the heater pipe 19c via the insulating powder, and the mixed gas of air and fuel 15 (including fine particles of the fuel 15) flowing into the first housing 41. Is configured to be in contact with the outer peripheral surface of the heater pipe 19c and heated to a predetermined temperature. A mixer (not shown) that mixes the fuel 15 and air is provided on one end face side of the heater body 19a in the first housing 41. Further, reference numeral 27 in FIG. 1 denotes a fuel return pipe that returns excess fuel 15 out of the fuel 15 supplied by a fuel pump 34 described later to the fuel tank 18.

なお、この実施の形態では、加熱手段として、第1ハウジングに収容され直径が次第に小さくなる螺旋状のヒータ本体と、このヒータ本体に電力を供給するヒータ電源とを有するヒータを挙げたが、第1ハウジングの一部の直径を細く形成しその外周面に巻回した螺旋状のヒータ本体と、このヒータ本体に電力を供給するヒータ電源とを有するヒータであってもよく、或いは空気と燃料との混合ガスの一部を燃焼させて加熱するバーナであってもよい。   In this embodiment, a heater having a spiral heater body housed in the first housing and gradually decreasing in diameter and a heater power source for supplying electric power to the heater body is described as the heating means. One heater may be a heater having a spiral heater main body formed with a small diameter and wound on the outer peripheral surface thereof, and a heater power supply for supplying electric power to the heater main body, or air and fuel A burner that burns and heats a part of the mixed gas may be used.

改質触媒21は、形態的にはモノリス触媒であり、白金及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒、或いはパラジウム及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒である。具体的には、白金及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒は、白金及びロジウムを担持させたアルミナ粉末を含むスラリーをコージェライト製のハニカム担体にコーティングして構成される。またパラジウム及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒は、パラジウム及びロジウムを担持させたアルミナ粉末を含むスラリーをコージェライト製のハニカム担体にコーティングして構成される。   The reforming catalyst 21 is a monolith catalyst in form, and is an alumina catalyst in which platinum and rhodium are supported on alumina, or an alumina catalyst in which palladium and rhodium are supported on alumina. Specifically, an alumina catalyst in which platinum and rhodium are supported on alumina is formed by coating a honeycomb carrier made of cordierite with a slurry containing alumina powder in which platinum and rhodium are supported. An alumina catalyst in which palladium and rhodium are supported on alumina is formed by coating a honeycomb carrier made of cordierite with a slurry containing alumina powder in which palladium and rhodium are supported.

一方、NOx生成手段22は、プラズマ発生装置28で発生したプラズマを用いて、空気供給源17から供給された空気中の窒素からNOxを生成するように構成される。具体的には、NOx生成手段22は、圧縮空気が貯留された上記エアタンク17と、一端面がエアタンク17に空気供給管24及び第2空気分岐供給管32により接続された円筒状の第2ハウジング42と、第2ハウジング42に供給された空気中の窒素からNOxを生成するためのプラズマを発生する上記プラズマ発生装置28とを有する。プラズマ発生装置28は、第2ハウジング42に収容されステンレス鋼により形成され更に両面が誘電体でコーティングされた2枚の円板状の第1及び第2パンチングメタル板28a,28bと、これらのパンチングメタル板28a,28bの間に約25kHzの高周波交流電圧を印加する高周波電源28cとからなる。また第1及び第2パンチングメタル板28a,28bは円筒状の第2ハウジング42にこの第2ハウジング42の内部を左右2つの室に仕切るように重ねて収容される。高周波電源28cをオンすると、第1及び第2パンチングメタル板28a,28b間の放電ギャップに約25kHzの高周波交流電圧が印加され、第1及び第2パンチングメタル板28a,28bの孔周縁間にプラズマが発生するようになっている。   On the other hand, the NOx generating means 22 is configured to generate NOx from nitrogen in the air supplied from the air supply source 17 using the plasma generated by the plasma generator 28. Specifically, the NOx generating means 22 includes the air tank 17 in which compressed air is stored, and a cylindrical second housing having one end surface connected to the air tank 17 by an air supply pipe 24 and a second air branch supply pipe 32. 42 and the plasma generator 28 for generating plasma for generating NOx from nitrogen in the air supplied to the second housing 42. The plasma generator 28 includes two disk-shaped first and second punching metal plates 28a and 28b, which are housed in a second housing 42 and formed of stainless steel and coated on both sides with a dielectric, and punching thereof. A high-frequency power source 28c that applies a high-frequency AC voltage of about 25 kHz between the metal plates 28a and 28b. The first and second punching metal plates 28a and 28b are accommodated in a cylindrical second housing 42 so as to partition the inside of the second housing 42 into two left and right chambers. When the high-frequency power supply 28c is turned on, a high-frequency AC voltage of about 25 kHz is applied to the discharge gap between the first and second punching metal plates 28a and 28b, and plasma is generated between the peripheral edges of the first and second punching metal plates 28a and 28b. Is supposed to occur.

アンモニア生成触媒23は第3ハウジング43に収容される。このアンモニア生成触媒23は、形態的にはモノリス触媒であり、白金をアルミナに担持した酸化触媒である。具体的には、アンモニア生成触媒23は、白金を担持させたアルミナ粉末を含むスラリーをコージェライト製のハニカム担体にコーティングして構成される。第3ハウジング43の一端面は、第1ハウジング41の他端面に第1連通管51及び合流連通管29により接続されるとともに、第2ハウジング42の他端面に第2連通管52及び合流連通管29により接続される。また第3ハウジング43の他端面には、アンモニア供給管30の一端が接続され、アンモニア供給管30の他端はアンモニア噴射ノズル33に接続される。アンモニア噴射ノズル33は選択還元型触媒13の排ガス上流側の排気管12に設けられ、選択還元型触媒13に向けてガス状のアンモニアを噴射するように構成される。   The ammonia generation catalyst 23 is accommodated in the third housing 43. The ammonia generation catalyst 23 is a monolith catalyst in form, and is an oxidation catalyst in which platinum is supported on alumina. Specifically, the ammonia generation catalyst 23 is configured by coating a honeycomb carrier made of cordierite with a slurry containing alumina powder supporting platinum. One end face of the third housing 43 is connected to the other end face of the first housing 41 by the first communication pipe 51 and the joining communication pipe 29, and the second communication pipe 52 and the joining communication pipe are connected to the other end face of the second housing 42. 29 is connected. One end of the ammonia supply pipe 30 is connected to the other end surface of the third housing 43, and the other end of the ammonia supply pipe 30 is connected to the ammonia injection nozzle 33. The ammonia injection nozzle 33 is provided in the exhaust pipe 12 on the exhaust gas upstream side of the selective catalytic reduction catalyst 13 and is configured to inject gaseous ammonia toward the selective catalytic reduction catalyst 13.

一方、燃料供給管26には燃料タンク18内の燃料15を第1ハウジング41に供給するための燃料ポンプ34が設けられ、この燃料ポンプ34と第1ハウジング41との間の燃料供給管26には第1ハウジング41に供給される燃料15の流量を調整する燃料流量調整弁36が設けられる。第1空気分岐供給管31にはエアタンク17内の圧縮空気を第1ハウジング41に供給する空気の流量を調整する第1空気流量調整弁61が設けられ、第2空気分岐供給管31にはエアタンク17内の圧縮空気を第2ハウジング42に供給する空気の流量を調整する第2空気流量調整弁62が設けられる。アンモニア供給管30には、アンモニア噴射ノズル33から噴射されるアンモニアの噴射量を調整するために、アンモニア供給管30を流れるアンモニアの流量を調整するアンモニア流量調整弁37が設けられる。また第1ハウジング41内の改質触媒21より他端面側には改質触媒21により生成された水素及び一酸化炭素の温度を検出する第1温度センサ71が設けられ、第2ハウジング42内の第2パンチングメタル板28bより他端面側にはプラズマ発生装置28により発生したNOxの温度を検出する第2温度センサ72が設けられる。   On the other hand, the fuel supply pipe 26 is provided with a fuel pump 34 for supplying the fuel 15 in the fuel tank 18 to the first housing 41, and the fuel supply pipe 26 between the fuel pump 34 and the first housing 41 is provided in the fuel supply pipe 26. Is provided with a fuel flow rate adjusting valve 36 for adjusting the flow rate of the fuel 15 supplied to the first housing 41. The first air branch supply pipe 31 is provided with a first air flow rate adjustment valve 61 that adjusts the flow rate of the air that supplies compressed air in the air tank 17 to the first housing 41, and the second air branch supply pipe 31 has an air tank. A second air flow rate adjustment valve 62 that adjusts the flow rate of the air that supplies the compressed air in 17 to the second housing 42 is provided. The ammonia supply pipe 30 is provided with an ammonia flow rate adjustment valve 37 for adjusting the flow rate of ammonia flowing through the ammonia supply pipe 30 in order to adjust the injection amount of ammonia injected from the ammonia injection nozzle 33. A first temperature sensor 71 for detecting the temperature of hydrogen and carbon monoxide generated by the reforming catalyst 21 is provided on the other end side of the reforming catalyst 21 in the first housing 41. A second temperature sensor 72 for detecting the temperature of NOx generated by the plasma generator 28 is provided on the other end surface side of the second punching metal plate 28b.

一方、ディーゼルエンジン11の吸気ポートには吸気マニホルド38を介して吸気管39が接続され、排気ポートには排気マニホルド44を介して上記排気管12が接続される。吸気管39には、ターボ過給機46のコンプレッサハウジング46aと、ターボ過給機46により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ47とがそれぞれ設けられ、排気管12にはターボ過給機46のタービンハウジング46bが設けられる。コンプレッサハウジング46aにはコンプレッサ回転翼(図示せず)が回転可能に収容され、タービンハウジング46bにはタービン回転翼(図示せず)が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト(図示せず)により連結され、エンジン11から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管内の吸入空気が圧縮されるように構成される。また排気マニホルド44と吸気管39とはEGRパイプ48によりエンジン11をバイパスして連通接続される。即ち、このEGRパイプ48は排気マニホルド44から分岐し、インタクーラ47より吸気下流側の吸気管39に合流する。上記EGRパイプ48にはこのEGRパイプ48から吸気管39に還流される排ガス(EGRガス)の流量を調整するEGR弁49が設けられる。更にエンジン11の回転速度は回転センサ53により検出され、エンジン11の負荷は負荷センサ54により検出される。なお、図1の符号56はEGRパイプ48を通る排ガス(EGRガス)を冷却するEGRクーラであり、符号57は選択還元型触媒13に流入する直前の排ガス温度を検出する排ガス温度センサである。   On the other hand, an intake pipe 39 is connected to an intake port of the diesel engine 11 via an intake manifold 38, and the exhaust pipe 12 is connected to an exhaust port via an exhaust manifold 44. The intake pipe 39 is provided with a compressor housing 46 a of the turbocharger 46 and an intercooler 47 that cools the intake air compressed by the turbocharger 46, and the exhaust pipe 12 is provided with a turbine of the turbocharger 46. A housing 46b is provided. Compressor rotor blades (not shown) are rotatably accommodated in the compressor housing 46a, and turbine rotor blades (not shown) are rotatably accommodated in the turbine housing 46b. The compressor rotor blades and the turbine rotor blades are connected by a shaft (not shown), and the compressor rotor blades are rotated via the turbine rotor blades and the shaft by the energy of the exhaust gas discharged from the engine 11, and the compressor rotor blades are rotated. Thus, the intake air in the intake pipe is compressed. Further, the exhaust manifold 44 and the intake pipe 39 are connected to each other by bypassing the engine 11 by an EGR pipe 48. That is, the EGR pipe 48 branches from the exhaust manifold 44 and joins the intake pipe 39 on the downstream side of the intake air from the intercooler 47. The EGR pipe 48 is provided with an EGR valve 49 for adjusting the flow rate of exhaust gas (EGR gas) recirculated from the EGR pipe 48 to the intake pipe 39. Further, the rotation speed of the engine 11 is detected by the rotation sensor 53, and the load of the engine 11 is detected by the load sensor 54. 1 is an EGR cooler that cools the exhaust gas (EGR gas) that passes through the EGR pipe 48, and reference numeral 57 is an exhaust gas temperature sensor that detects the exhaust gas temperature immediately before flowing into the selective catalytic reduction catalyst 13.

第1温度センサ71、第2温度センサ72、回転センサ53、負荷センサ54及び排ガス温度センサ57の各検出出力はコントローラ58に制御入力に接続され、コントローラ58の制御出力はヒータ電源19b、高周波電源28c、燃料ポンプ34、燃料流量調整弁36、第1空気流量調整弁31、第2空気流量調整弁32、アンモニア流量調整弁37及びEGR弁49にそれぞれ接続される。またコントローラ58にはメモリ59が接続される。このメモリ59には、第1ハウジング41内の改質触媒21により生成された水素及び一酸化炭素の温度、第2ハウジング42内のNOx生成手段22により生成されたNOxの温度、エンジン回転速度、エンジン負荷、選択還元型触媒13に流入する直前の排ガス温度等に応じた、ヒータ電源19b、高周波電源28c及び燃料ポンプ34のオンオフや、燃料流量調整弁36、第1空気流量調整弁31、第2空気流量調整弁32、アンモニア流量調整弁37及びEGR弁49の開度が予め記憶される。   The detection outputs of the first temperature sensor 71, the second temperature sensor 72, the rotation sensor 53, the load sensor 54, and the exhaust gas temperature sensor 57 are connected to the control input to the controller 58. The control output of the controller 58 is the heater power supply 19b, the high frequency power supply. 28c, a fuel pump 34, a fuel flow rate adjustment valve 36, a first air flow rate adjustment valve 31, a second air flow rate adjustment valve 32, an ammonia flow rate adjustment valve 37, and an EGR valve 49, respectively. A memory 59 is connected to the controller 58. In this memory 59, the temperature of hydrogen and carbon monoxide generated by the reforming catalyst 21 in the first housing 41, the temperature of NOx generated by the NOx generating means 22 in the second housing 42, the engine speed, The heater power source 19b, the high frequency power source 28c, and the fuel pump 34 are turned on / off according to the engine load, the exhaust gas temperature just before flowing into the selective reduction catalyst 13, and the like, the fuel flow rate adjusting valve 36, the first air flow rate adjusting valve 31, 2 Openings of the air flow rate adjustment valve 32, the ammonia flow rate adjustment valve 37, and the EGR valve 49 are stored in advance.

このように構成された車載アンモニア製造装置14を用いて車両上でアンモニアを製造する方法を説明する。エンジン11の始動直後のように、エンジン11の低負荷運転時(排ガス温度が150℃未満と極めて低い場合)や、エンジン11が低負荷運転から中負荷運転に移行したとき(排ガス温度が150〜200℃と比較的低い場合)には、選択還元型触媒13の入口側の排ガス温度が低過ぎて選択還元型触媒13によりNOxを殆ど還元できないので、コントローラ58は、排ガス温度センサ57、回転センサ53及び負荷センサ54の各検出出力に基づいて、EGR弁49を制御しEGRパイプ48を所定の開度で開き、排ガスを吸気に所定流量で還流する。これによりエンジン11の排ガスの一部であるEGRガスがEGRパイプ48、EGRクーラ56、吸気管39及び吸気マニホルド38を通ってエンジン11に還流されるので、エンジン11における燃料15の燃焼温度が低下し、NOxの発生を抑制できる。なお、このとき選択還元型触媒13でのNOxの還元活性が低いので、ヒータ電源19b、高周波電源28c及び燃料ポンプ34をオフのままにし、かつ燃料流量調整弁36、第1空気流量調整弁31、第2空気流量調整弁32及びアンモニア流量調整弁37を閉じて、アンモニア噴射ノズル33からアンモニア(ガス)を噴射しない状態に保つ。   A method for producing ammonia on a vehicle using the on-vehicle ammonia production apparatus 14 configured as described above will be described. Immediately after the engine 11 is started, when the engine 11 is in a low load operation (when the exhaust gas temperature is extremely low as less than 150 ° C.) or when the engine 11 shifts from a low load operation to a medium load operation (exhaust gas temperature is 150˜ Since the exhaust gas temperature on the inlet side of the selective catalytic reduction catalyst 13 is too low and almost no NOx can be reduced by the selective catalytic reduction catalyst 13, the controller 58 includes an exhaust gas temperature sensor 57, a rotation sensor. Based on the respective detection outputs of 53 and load sensor 54, EGR valve 49 is controlled to open EGR pipe 48 at a predetermined opening, and exhaust gas is recirculated to intake air at a predetermined flow rate. As a result, EGR gas that is a part of the exhaust gas of the engine 11 is recirculated to the engine 11 through the EGR pipe 48, the EGR cooler 56, the intake pipe 39, and the intake manifold 38, so that the combustion temperature of the fuel 15 in the engine 11 decreases. And generation | occurrence | production of NOx can be suppressed. At this time, since the reduction activity of NOx in the selective catalytic reduction catalyst 13 is low, the heater power source 19b, the high frequency power source 28c and the fuel pump 34 are kept off, and the fuel flow rate adjustment valve 36 and the first air flow rate adjustment valve 31 are left. The second air flow rate adjustment valve 32 and the ammonia flow rate adjustment valve 37 are closed to keep ammonia (gas) from being injected from the ammonia injection nozzle 33.

エンジン11が中負荷運転から高負荷運転に移行すると、即ち排ガス温度が200〜400℃と中低温領域から中高温領域になると、選択還元型触媒13の入口側の排ガス温度が高くなって選択還元型触媒13によるNOxの還元活性が高くなる。このときコントローラ58は、排ガス温度センサ57、回転センサ53及び負荷センサ54の各検出出力に基づいて、EGRパイプ48を所定の開度で開いた状態に保つとともに、ヒータ電源19b、高周波電源28c及び燃料ポンプ34をそれぞれオンし、かつ燃料流量調整弁36、第1空気流量調整弁31、第2空気流量調整弁32及びアンモニア流量調整弁37をそれぞれ所定の開度で開く。これにより燃料タンク18内の燃料15が第1ハウジング41に流入し、エアタンク17内の圧縮空気が第1ハウジング41に流入する。第1ハウジング41に流入した燃料15及び空気はミキサにより混合された後に、ヒータ19により所定の温度(例えば600℃)に加熱される。この加熱された混合ガスは改質触媒21に流入し、この改質触媒21により混合ガス(炭化水素を含む。)が改質されて、水素が生成される。一方、エアタンク17内の圧縮空気が第2ハウジング42に流入し、第1及び第2パンチングメタル板28a,28b間の放電ギャップに約25kHzの高周波交流電圧が印加され、第1及び第2パンチングメタル板28a,28bの孔周縁間にプラズマが発生する。このプラズマにより上記第2ハウジング42に流入した空気中の窒素(N2)及び酸素(O2)からNOx(NO及びNO2)が生成される。その反応式を次の式(1)〜式(5)に示す。 When the engine 11 shifts from the medium load operation to the high load operation, that is, when the exhaust gas temperature changes from 200 to 400 ° C. and from the medium low temperature region to the medium high temperature region, the exhaust gas temperature on the inlet side of the selective catalytic reduction catalyst 13 increases. The NOx reduction activity by the type catalyst 13 is increased. At this time, the controller 58 keeps the EGR pipe 48 open at a predetermined opening based on the detection outputs of the exhaust gas temperature sensor 57, the rotation sensor 53, and the load sensor 54, as well as the heater power source 19b, the high frequency power source 28c, Each of the fuel pumps 34 is turned on, and the fuel flow rate adjustment valve 36, the first air flow rate adjustment valve 31, the second air flow rate adjustment valve 32, and the ammonia flow rate adjustment valve 37 are each opened at a predetermined opening degree. As a result, the fuel 15 in the fuel tank 18 flows into the first housing 41, and the compressed air in the air tank 17 flows into the first housing 41. The fuel 15 and air flowing into the first housing 41 are mixed by the mixer, and then heated to a predetermined temperature (for example, 600 ° C.) by the heater 19. The heated mixed gas flows into the reforming catalyst 21, and the reformed catalyst 21 reforms the mixed gas (including hydrocarbons) to generate hydrogen. On the other hand, the compressed air in the air tank 17 flows into the second housing 42, a high frequency AC voltage of about 25 kHz is applied to the discharge gap between the first and second punching metal plates 28a, 28b, and the first and second punching metals. Plasma is generated between the peripheries of the plates 28a and 28b. This plasma generates NOx (NO and NO 2 ) from nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) in the air flowing into the second housing 42. The reaction formulas are shown in the following formulas (1) to (5).

2 → 2N* ……(1)
2 → 2O* ……(2)
*+O* → NO ……(3)
NO+O* → NO2 ……(4)
nNO+mO3 → NO2 ……(5)
なお、上記式(1)〜式(4)において、N*は活性化している窒素を表し、O*は活性化している酸素を表す。上記改質触媒21で生成された水素は第1連通管51を通って合流連通管29に流入し、上記NOx生成手段22で生成されたNOxは第2連通管52を通って合流連通管29に流入する。そして水素とNOxとは合流連通管29内で混合されて第2ハウジング42に流入する。この第2ハウジング42に流入した水素とNOxとはアンモニア生成触媒23で反応してアンモニアが生成される。その反応式を次の式(6)に示す。
N 2 → 2N * (1)
O 2 → 2O * (2)
N * + O * → NO ...... (3)
NO + O * → NO 2 …… (4)
nNO + mO 3 → NO 2 (5)
In the above formulas (1) to (4), N * represents activated nitrogen, and O * represents activated oxygen. The hydrogen generated by the reforming catalyst 21 flows into the merging communication pipe 29 through the first communication pipe 51, and the NOx generated by the NOx generating means 22 passes through the second communication pipe 52 and joins the communication pipe 29. Flow into. Then, hydrogen and NOx are mixed in the joining communication pipe 29 and flow into the second housing 42. The hydrogen and NOx flowing into the second housing 42 react with the ammonia generation catalyst 23 to generate ammonia. The reaction formula is shown in the following formula (6).

2NO2+7H2 → 2NH3+4H2O ……(6)
上記アンモニア生成触媒23で生成されたアンモニアはアンモニア供給管30を通ってアンモニア噴射ノズル33から噴射される。この噴射ノズル33から噴射されたアンモニアは排ガスともに選択還元型触媒13に導入され、この触媒13にて上記アンモニアと上記排ガス中のNOx(NOやNO2等)とが反応し、NOx(NOやNO2等)がN2に還元される。その反応式を次の式(7)〜式(9)に示す。
2NO 2 + 7H 2 → 2NH 3 + 4H 2 O (6)
Ammonia produced by the ammonia production catalyst 23 is injected from an ammonia injection nozzle 33 through an ammonia supply pipe 30. Ammonia injected from the injection nozzle 33 is introduced into the selective catalytic reduction catalyst 13 together with the exhaust gas. The catalyst 13 reacts with the ammonia and NOx (NO, NO 2, etc.) in the exhaust gas, and NOx (NO or NO). NO 2 etc.) is reduced to N 2 . The reaction formulas are shown in the following formulas (7) to (9).

NO+NO2+2NH3 → 2N2+ 3H2O …(7)
4NO+ O2+4NH3 → 4N2+ 6H2O …(8)
6NO2+8NH3 → 7N2+12H2O …(9)
この結果、エンジン11の中負荷運転域から高負荷運転域にかけて、即ち排ガスの低中温領域から中高温領域にかけて広い温度領域で排ガス中のNOxを効率良く低減できる。また選択還元型触媒13にNOxの還元剤として供給されるアンモニアを連続的に生成できるとともに、そのアンモニアの生成量を調整できるので、選択還元型触媒13にアンモニアを連続的に供給できるとともに、選択還元型触媒13におけるNOxの還元に必要な最適量のアンモニアを選択還元型触媒13に供給できる。
NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O (7)
4NO + O 2 + 4NH 3 → 4N 2 + 6H 2 O (8)
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O (9)
As a result, NOx in the exhaust gas can be efficiently reduced in a wide temperature range from the middle load operation region to the high load operation region of the engine 11, that is, from the low intermediate temperature region to the intermediate high temperature region of the exhaust gas. In addition, ammonia supplied as a reducing agent for NOx to the selective reduction catalyst 13 can be continuously generated, and the amount of ammonia produced can be adjusted, so that ammonia can be continuously supplied to the selective reduction catalyst 13 and selected. The optimum amount of ammonia necessary for the reduction of NOx in the reduction catalyst 13 can be supplied to the selective reduction catalyst 13.

なお、上記実施の形態では、改質触媒で水素を生成し、NOx生成手段でNOxを生成し、アンモニア生成触媒で上記水素とNOxとを反応させてアンモニアを生成したが、改質触媒で水素及び一酸化炭素を生成し、NOx生成手段でNOxを生成し、アンモニア生成触媒で上記水素とNOxとの反応によりアンモニアを生成するとともに、上記一酸化炭素を燃料の燃焼にて生成された水と反応させて生成された水素と上記NOxとの反応によりアンモニアを生成してもよい。これにより、上記実施の形態より多くのアンモニアを生成できる。また、上記実施の形態では、NOx生成装置は空気供給源から供給された空気中の窒素からNOxを生成するように構成したが、NOx生成装置は車両のエンジンでの燃料の燃焼により排ガス中にNOxを生成するように構成してもよい。   In the above embodiment, hydrogen is generated by the reforming catalyst, NOx is generated by the NOx generating means, and ammonia is generated by reacting the hydrogen and NOx with the ammonia generating catalyst. And carbon monoxide, NOx is produced by the NOx production means, ammonia is produced by the reaction of the hydrogen and NOx with an ammonia production catalyst, and the carbon monoxide is produced with water produced by the combustion of fuel. Ammonia may be generated by a reaction between hydrogen generated by the reaction and the NOx. Thereby, more ammonia can be produced than in the above embodiment. In the above embodiment, the NOx generator is configured to generate NOx from nitrogen in the air supplied from the air supply source. However, the NOx generator is generated in the exhaust gas by the combustion of fuel in the vehicle engine. You may comprise so that NOx may be produced | generated.

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
<実施例1>
図1に示すように、アンモニア製造装置14を用いてアンモニアを製造した。このアンモニア製造装置14は、エアタンク17から供給された空気と燃料タンク18から供給された燃料15とを混合した混合ガスを第1ハウジング41内で加熱するヒータ19と、このヒータ19で加熱された混合ガスを第1ハウジング41内で改質して水素を生成する改質触媒21と、エアタンク17から第2ハウジング42に供給された空気中の窒素からNOxを生成するNOx生成手段22と、水素とNOxとを第3ハウジング43内で反応させてアンモニアを生成するアンモニア生成触媒23とを備えた。
Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
<Example 1>
As shown in FIG. 1, ammonia was produced using an ammonia production apparatus 14. The ammonia production apparatus 14 includes a heater 19 that heats a mixed gas obtained by mixing the air supplied from the air tank 17 and the fuel 15 supplied from the fuel tank 18 in the first housing 41, and is heated by the heater 19. A reforming catalyst 21 that reforms the mixed gas in the first housing 41 to generate hydrogen, a NOx generating means 22 that generates NOx from nitrogen in the air supplied from the air tank 17 to the second housing 42, hydrogen And an ammonia generating catalyst 23 for generating ammonia by reacting NOx with the NOx in the third housing 43.

改質触媒21としては、白金及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒を用いた。またNOx生成手段22は、プラズマ発生装置28で発生したプラズマを用いて、エアタンク17より供給された空気中の窒素からNOxを生成するように構成した。そしてプラズマ発生装置28として、第2ハウジング42に収容されステンレス鋼により形成され更に両面が誘電体でコーティングされた2枚の円板状の第1及び第2パンチングメタル板28a,28bと、これらのパンチングメタル板28a,28bの間に約25kHzの高周波交流電圧を印加する高周波電源28cとからなる装置を用いた。第1及び第2パンチングメタル板28a,28bの厚さ、孔径及び開孔率を、0.5mm、1mm及び30%にそれぞれ形成した。また第1及び第2パンチングメタル板28a,28b間の放電ギャップ長をコーティングされた誘電体膜の厚さ及び凹凸により10〜30μmに設定した。高周波電源28cとしては、インバータ式ネオントランスを用いた。更にアンモニア生成触媒23としては、白金をアルミナに担持した酸化触媒を用いた。第1ハウジング41内に燃料15及び空気をそれぞれ2.5g/分及び10リットル/分の流量で供給し、第2ハウジング42内に空気を10リットル/分の流量で供給するとともに、ヒータ電源19bをオンしかつプラズマ発生装置28の高周波電源28cをオンした。   As the reforming catalyst 21, an alumina catalyst having platinum and rhodium supported on alumina was used. Further, the NOx generating means 22 is configured to generate NOx from nitrogen in the air supplied from the air tank 17 using the plasma generated by the plasma generator 28. As the plasma generator 28, two disc-shaped first and second punching metal plates 28a, 28b, which are housed in a second housing 42 and formed of stainless steel and further coated on both sides with a dielectric, and these A device comprising a high frequency power source 28c for applying a high frequency AC voltage of about 25 kHz between the punching metal plates 28a and 28b was used. The thickness, the hole diameter, and the hole area ratio of the first and second punching metal plates 28a and 28b were respectively set to 0.5 mm, 1 mm, and 30%. The discharge gap length between the first and second punching metal plates 28a and 28b was set to 10 to 30 μm depending on the thickness and unevenness of the coated dielectric film. An inverter type neon transformer was used as the high frequency power supply 28c. Further, as the ammonia generation catalyst 23, an oxidation catalyst having platinum supported on alumina was used. Fuel 15 and air are supplied into the first housing 41 at a flow rate of 2.5 g / min and 10 liter / min, respectively, air is supplied into the second housing 42 at a flow rate of 10 liter / min, and a heater power supply 19b. And the high frequency power supply 28c of the plasma generator 28 was turned on.

<比較例1>
上記実施例1のアンモニア製造装置を用いて、第1ハウジング内に燃料及び空気をそれぞれ2.5g/分及び10リットル/分の流量で供給し、第2ハウジング内に空気を10リットル/分の流量で供給するとともに、ヒータ電源をオンしたけれども、プラズマ発生装置の高周波電源をオンしなかった。
<Comparative Example 1>
Using the ammonia production apparatus of Example 1, fuel and air are supplied into the first housing at a flow rate of 2.5 g / min and 10 liter / min, respectively, and air is supplied into the second housing at 10 liter / min. Although the heater power supply was turned on while supplying at a flow rate, the high frequency power supply of the plasma generator was not turned on.

<比較試験1及び評価>
実施例1及び比較例1において、第3ハウジングから排出されたアンモニアガスの濃度を測定した。その結果を図2に示す。図2から明らかなように、比較例1ではアンモニアガスが全く生成されなかったのに対し、実施例1では約900ppmのアンモニアガスが生成された。
<Comparative test 1 and evaluation>
In Example 1 and Comparative Example 1, the concentration of ammonia gas discharged from the third housing was measured. The result is shown in FIG. As apparent from FIG. 2, no ammonia gas was generated in Comparative Example 1, whereas about 900 ppm of ammonia gas was generated in Example 1.

13 選択還元型触媒
14 アンモニア製造装置
15 燃料
17 エアタンク(空気供給源)
18 燃料タンク(燃料供給源)
19 ヒータ(加熱手段)
21 改質触媒
22 NOx生成手段
23 アンモニア生成触媒
28 プラズマ発生装置
13 Selective Reduction Catalyst 14 Ammonia Production Equipment 15 Fuel 17 Air Tank (Air Supply Source)
18 Fuel tank (fuel supply source)
19 Heater (heating means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Reforming catalyst 22 NOx production | generation means 23 Ammonia production | generation catalyst 28 Plasma generator

Claims (12)

車両に搭載された選択還元型触媒(13)に供給するためのアンモニアを製造する前記車両に搭載された車載アンモニア製造装置であって、
空気供給源(17)から供給された空気と燃料供給源(18)から供給された燃料(15)とを混合した混合ガスを加熱する加熱手段(19)と、
前記加熱手段(19)で加熱された混合ガスを改質して少なくとも水素を生成する改質触媒(21)と、
前記空気供給源(17)から供給された空気中の窒素からNOxを生成するか又は前記車両のエンジンでの燃料の燃焼により排ガス中にNOxを生成するNOx生成手段(22)と、
前記水素と前記NOxとの反応によりアンモニアを生成するアンモニア生成触媒(23)と
を備えたことを特徴とする車載アンモニア製造装置。
An on-vehicle ammonia production apparatus mounted on the vehicle for producing ammonia to be supplied to the selective catalytic reduction catalyst (13) mounted on the vehicle,
Heating means (19) for heating a mixed gas obtained by mixing the air supplied from the air supply source (17) and the fuel (15) supplied from the fuel supply source (18);
A reforming catalyst (21) for reforming the mixed gas heated by the heating means (19) to generate at least hydrogen;
NOx generating means (22) for generating NOx from nitrogen in the air supplied from the air supply source (17) or generating NOx in exhaust gas by combustion of fuel in the engine of the vehicle;
An on-vehicle ammonia production apparatus comprising: an ammonia production catalyst (23) that produces ammonia by a reaction between the hydrogen and the NOx.
前記改質触媒が前記水素と一酸化炭素を生成し、前記アンモニア生成触媒が前記水素と前記NOxとの反応によりアンモニアを生成するともに、前記一酸化炭素から生成された水素と前記NOxとの反応によりアンモニアを生成するように構成された請求項1記載の車載アンモニア製造装置。   The reforming catalyst generates the hydrogen and carbon monoxide, the ammonia generating catalyst generates ammonia by the reaction of the hydrogen and NOx, and the reaction of the hydrogen generated from the carbon monoxide and the NOx. The on-vehicle ammonia production apparatus according to claim 1, wherein the ammonia production apparatus is configured to generate ammonia. 前記加熱手段(19)がヒータ又はバーナである請求項1記載の車載アンモニア製造装置。   The in-vehicle ammonia production apparatus according to claim 1, wherein the heating means (19) is a heater or a burner. 前記NOx生成手段(22)が、プラズマ発生装置(28)で発生したプラズマを用いて、前記空気供給源(17)から供給された空気中の窒素から前記NOxを生成するように構成された請求項1記載の車載アンモニア製造装置。   The NOx generating means (22) is configured to generate the NOx from nitrogen in the air supplied from the air supply source (17) using plasma generated by a plasma generator (28). The in-vehicle ammonia production apparatus according to Item 1. 前記改質触媒(21)が、白金及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒、或いはパラジウム及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒である請求項1又は2記載の車載アンモニア製造装置。   The in-vehicle ammonia production apparatus according to claim 1 or 2, wherein the reforming catalyst (21) is an alumina catalyst in which platinum and rhodium are supported on alumina, or an alumina catalyst in which palladium and rhodium are supported on alumina. 前記アンモニア生成触媒(23)が白金をアルミナに担持した酸化触媒である請求項1又は2記載の車載アンモニア製造装置。   The in-vehicle ammonia production apparatus according to claim 1 or 2, wherein the ammonia generation catalyst (23) is an oxidation catalyst in which platinum is supported on alumina. 車両に搭載された選択還元型触媒(13)に供給するためのアンモニアを前記車両上で製造する方法であって、
空気供給源(17)から供給された空気と燃料供給源(18)から供給された燃料(15)とを混合した混合ガスを加熱する加熱工程と、
前記加熱された混合ガスを改質して少なくとも水素を生成する改質工程と、
前記空気供給源(17)から供給された空気中の窒素からNOxを生成するか又は前記車両のエンジンでの燃料の燃焼により排ガス中にNOxを生成するNOx生成工程と、
前記水素と前記NOxとの反応によりアンモニアを生成するアンモニア生成工程と
を含む車両上でアンモニアを製造する方法。
A method for producing on the vehicle ammonia for supplying to the selective catalytic reduction catalyst (13) mounted on the vehicle,
A heating step of heating a mixed gas obtained by mixing the air supplied from the air supply source (17) and the fuel (15) supplied from the fuel supply source (18);
A reforming step of reforming the heated mixed gas to generate at least hydrogen;
NOx generation step of generating NOx from nitrogen in the air supplied from the air supply source (17) or generating NOx in exhaust gas by combustion of fuel in the engine of the vehicle;
A method for producing ammonia on a vehicle, comprising: an ammonia production step for producing ammonia by a reaction between the hydrogen and the NOx.
前記改質工程で前記水素と一酸化炭素を生成し、前記アンモニア生成工程で前記水素と前記NOxとの反応によりアンモニアを生成するとともに、前記一酸化炭素を前記燃料(15)の燃焼にて生成された水と反応させて生成された水素と前記NOxとの反応によりアンモニアを生成する請求項7記載の車両上でアンモニアを製造する方法。   The reforming step generates the hydrogen and carbon monoxide, the ammonia generation step generates ammonia by the reaction of the hydrogen and the NOx, and the carbon monoxide is generated by combustion of the fuel (15). The method for producing ammonia on a vehicle according to claim 7, wherein ammonia is produced by reaction of hydrogen produced by reacting with the produced water and the NOx. 前記加熱工程で前記混合ガスを加熱するのに、ヒータ(19)又はバーナを用いた請求項7記載の車両上でアンモニアを製造する方法。   The method for producing ammonia on a vehicle according to claim 7, wherein a heater (19) or a burner is used to heat the mixed gas in the heating step. 前記NOx生成工程で前記空気供給源(17)から供給された空気中の窒素から前記NOxを生成するのに、プラズマ発生装置(28)の発生したプラズマを用いた請求項7記載の車両上でアンモニアを製造する方法。   The vehicle according to claim 7, wherein the plasma generated by the plasma generator (28) is used to generate the NOx from nitrogen in the air supplied from the air supply source (17) in the NOx generation step. A method for producing ammonia. 前記改質工程で前記加熱された混合ガスを改質するのに、白金及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒(21)、或いはパラジウム及びロジウムをアルミナに担持したアルミナ触媒を用いた請求項7又は8記載の車両上でアンモニアを製造する方法。   An alumina catalyst (21) in which platinum and rhodium are supported on alumina or an alumina catalyst in which palladium and rhodium are supported on alumina is used to modify the heated mixed gas in the reforming step. A method for producing ammonia on a vehicle according to claim 8. 前記アンモニア生成工程で前記アンモニアを生成するのに、白金をアルミナに担持した酸化触媒(23)を用いた請求項7又は8記載の車両上でアンモニアを製造する方法。   The method for producing ammonia on a vehicle according to claim 7 or 8, wherein an oxidation catalyst (23) supporting platinum on alumina is used to produce the ammonia in the ammonia production step.
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