(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024143584
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】排気処理装置
(51)【国際特許分類】
F01N 3/24 20060101AFI20241003BHJP
F01N 3/08 20060101ALI20241003BHJP
F01N 3/20 20060101ALI20241003BHJP
F01N 3/28 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
F01N3/24 E
F01N3/08 A
F01N3/20 F
F01N3/24 L
F01N3/24 N
F01N3/28 301C
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023056341
(22)【出願日】2023-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000005119
【氏名又は名称】日立造船株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110847
【弁理士】
【氏名又は名称】松阪 正弘
(74)【代理人】
【識別番号】100136526
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 勉
(74)【代理人】
【識別番号】100136755
【弁理士】
【氏名又は名称】井田 正道
(72)【発明者】
【氏名】田中 博仲
【テーマコード（参考）】
3G091
【Ｆターム（参考）】
3G091AA04
3G091AA19
3G091AB02
3G091AB04
3G091AB11
3G091BA07
3G091BA14
3G091CA03
3G091CA12
3G091CA27
3G091FC01
3G091HA20
3G091HB03
(57)【要約】
【課題】硫黄吸着部の再生時における触媒の硫黄被毒を抑制する。
【解決手段】排気処理装置３は、排気流路２に設けられる硫黄吸着部４１と、排気流路２において硫黄吸着部４１の下流側に設けられる触媒部４２と、硫黄吸着部４１に通常温度の排気が流れる通常ガス流入状態と、硫黄吸着部４１に通常温度よりも高温の排気が流れる高温ガス流入状態とが切替可能なガス温度切替部５と、排気流路２に設けられ、触媒部４２に含まれる対象触媒４２２を迂回する触媒バイパス流路７６と、排気が触媒バイパス流路７６を流れるバイパス状態と、排気が対象触媒４２２を流れる非バイパス状態とが切替可能な流路切替部６と、ガス温度切替部５を通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えて硫黄吸着部４１の再生を実行する際に、流路切替部６を非バイパス状態からバイパス状態に切り替える制御部３０とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】排気処理装置３は、排気流路２に設けられる硫黄吸着部４１と、排気流路２において硫黄吸着部４１の下流側に設けられる触媒部４２と、硫黄吸着部４１に通常温度の排気が流れる通常ガス流入状態と、硫黄吸着部４１に通常温度よりも高温の排気が流れる高温ガス流入状態とが切替可能なガス温度切替部５と、排気流路２に設けられ、触媒部４２に含まれる対象触媒４２２を迂回する触媒バイパス流路７６と、排気が触媒バイパス流路７６を流れるバイパス状態と、排気が対象触媒４２２を流れる非バイパス状態とが切替可能な流路切替部６と、ガス温度切替部５を通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えて硫黄吸着部４１の再生を実行する際に、流路切替部６を非バイパス状態からバイパス状態に切り替える制御部３０とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
排気処理装置であって、
エンジンから排出される排気が流れる排気流路に設けられ、前記排気中の硫黄を含む物質を吸着する硫黄吸着部と、
前記排気流路において前記硫黄吸着部の下流側に設けられ、前記排気中の所定物質を酸化または還元する触媒部と、
前記硫黄吸着部に通常温度の前記排気が流れる通常ガス流入状態と、前記硫黄吸着部に前記通常温度よりも高温の前記排気が流れる高温ガス流入状態とが切替可能なガス温度切替部と、
前記排気流路に設けられ、前記触媒部に含まれる対象触媒を迂回する触媒バイパス流路と、
前記排気が前記触媒バイパス流路を流れるバイパス状態と、前記排気が前記対象触媒を流れる非バイパス状態とが切替可能な流路切替部と、
前記ガス温度切替部を前記通常ガス流入状態から前記高温ガス流入状態に切り替えて前記硫黄吸着部の再生を実行する際に、前記流路切替部を前記非バイパス状態から前記バイパス状態に切り替える制御部と、
を備えることを特徴とする排気処理装置。
エンジンから排出される排気が流れる排気流路に設けられ、前記排気中の硫黄を含む物質を吸着する硫黄吸着部と、
前記排気流路において前記硫黄吸着部の下流側に設けられ、前記排気中の所定物質を酸化または還元する触媒部と、
前記硫黄吸着部に通常温度の前記排気が流れる通常ガス流入状態と、前記硫黄吸着部に前記通常温度よりも高温の前記排気が流れる高温ガス流入状態とが切替可能なガス温度切替部と、
前記排気流路に設けられ、前記触媒部に含まれる対象触媒を迂回する触媒バイパス流路と、
前記排気が前記触媒バイパス流路を流れるバイパス状態と、前記排気が前記対象触媒を流れる非バイパス状態とが切替可能な流路切替部と、
前記ガス温度切替部を前記通常ガス流入状態から前記高温ガス流入状態に切り替えて前記硫黄吸着部の再生を実行する際に、前記流路切替部を前記非バイパス状態から前記バイパス状態に切り替える制御部と、
を備えることを特徴とする排気処理装置。
【請求項2】
請求項１に記載の排気処理装置であって、
前記エンジンが、メタンを含むガスを燃料として用い、
前記触媒部が、前記排気に含まれるメタンを酸化するメタン酸化触媒を含むことを特徴とする排気処理装置。
前記エンジンが、メタンを含むガスを燃料として用い、
前記触媒部が、前記排気に含まれるメタンを酸化するメタン酸化触媒を含むことを特徴とする排気処理装置。
【請求項3】
請求項２に記載の排気処理装置であって、
前記触媒部の前記対象触媒が、ＳＣＲ触媒を含むことを特徴とする排気処理装置。
前記触媒部の前記対象触媒が、ＳＣＲ触媒を含むことを特徴とする排気処理装置。
【請求項4】
請求項３に記載の排気処理装置であって、
前記排気流路に設けられ、前記メタン酸化触媒を迂回する他の触媒バイパス流路と、
前記排気が前記他の触媒バイパス流路を流れるバイパス状態と、前記排気が前記メタン酸化触媒を流れる非バイパス状態とが切替可能な他の流路切替部と、
をさらに備え、
前記制御部が、前記硫黄吸着部の再生を実行する際に、前記他の流路切替部を前記非バイパス状態から前記バイパス状態に切り替えることを特徴とする排気処理装置。
前記排気流路に設けられ、前記メタン酸化触媒を迂回する他の触媒バイパス流路と、
前記排気が前記他の触媒バイパス流路を流れるバイパス状態と、前記排気が前記メタン酸化触媒を流れる非バイパス状態とが切替可能な他の流路切替部と、
をさらに備え、
前記制御部が、前記硫黄吸着部の再生を実行する際に、前記他の流路切替部を前記非バイパス状態から前記バイパス状態に切り替えることを特徴とする排気処理装置。
【請求項5】
請求項４に記載の排気処理装置であって、
前記制御部が、前記硫黄吸着部の再生終了後に、前記ガス温度切替部を前記高温ガス流入状態で維持しつつ、前記他の流路切替部を前記バイパス状態から前記非バイパス状態に切り替えることを特徴とする排気処理装置。
前記制御部が、前記硫黄吸着部の再生終了後に、前記ガス温度切替部を前記高温ガス流入状態で維持しつつ、前記他の流路切替部を前記バイパス状態から前記非バイパス状態に切り替えることを特徴とする排気処理装置。
【請求項6】
請求項２ないし５のいずれか１つに記載の排気処理装置であって、
前記排気流路においてターボチャージャのタービンが設けられ、前記エンジンと前記タービンとの間に前記メタン酸化触媒が設けられることを特徴とする排気処理装置。
前記排気流路においてターボチャージャのタービンが設けられ、前記エンジンと前記タービンとの間に前記メタン酸化触媒が設けられることを特徴とする排気処理装置。
【請求項7】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の排気処理装置であって、
前記排気流路においてターボチャージャのタービンが設けられ、
前記ガス温度切替部が前記通常ガス流入状態である際に、前記タービンを通過した前記排気が前記硫黄吸着部および前記触媒部に流入し、
前記ガス温度切替部が前記高温ガス流入状態である際に、前記排気流路において前記エンジンと前記タービンとの間から取り出される前記排気が前記硫黄吸着部に流入することを特徴とする排気処理装置。
前記排気流路においてターボチャージャのタービンが設けられ、
前記ガス温度切替部が前記通常ガス流入状態である際に、前記タービンを通過した前記排気が前記硫黄吸着部および前記触媒部に流入し、
前記ガス温度切替部が前記高温ガス流入状態である際に、前記排気流路において前記エンジンと前記タービンとの間から取り出される前記排気が前記硫黄吸着部に流入することを特徴とする排気処理装置。
【請求項8】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の排気処理装置であって、
前記排気流路においてターボチャージャのタービンが設けられ、前記エンジンと前記タービンとの間に前記硫黄吸着部が設けられることを特徴とする排気処理装置。
前記排気流路においてターボチャージャのタービンが設けられ、前記エンジンと前記タービンとの間に前記硫黄吸着部が設けられることを特徴とする排気処理装置。
【請求項9】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の排気処理装置であって、
前記ガス温度切替部が、前記高温ガス流入状態において、前記排気の一部をヒータにより加熱して前記硫黄吸着部に流入させ、
前記排気の残りが前記ヒータを不通過であり、前記硫黄吸着部を通過した前記排気の前記一部と、前記ヒータを不通過の前記排気の前記残りとが混合され、前記触媒バイパス流路を通過することを特徴とする排気処理装置。
前記ガス温度切替部が、前記高温ガス流入状態において、前記排気の一部をヒータにより加熱して前記硫黄吸着部に流入させ、
前記排気の残りが前記ヒータを不通過であり、前記硫黄吸着部を通過した前記排気の前記一部と、前記ヒータを不通過の前記排気の前記残りとが混合され、前記触媒バイパス流路を通過することを特徴とする排気処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、排気処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、船の燃料を重油から液化天然ガス（ＬＮＧ：liquefied natural gas）へ転換する動きが加速している。ＬＮＧを燃料とするＬＮＧ燃料船では、エンジン出口からＬＮＧ燃料中のメタンの一部が未燃のまま排気されるメタンスリップが問題となる。そこで、エンジンの排気が流れる排気流路にメタン酸化触媒を配置し、触媒上でメタンを酸化させ、メタンスリップを削減することが検討されている。
【0003】
一方、エンジンの排気には、エンジン内部の潤滑油等に含まれる硫黄成分が混じるため、硫黄を含む物質がメタン酸化触媒に吸着することがある。これにより、メタン酸化触媒の触媒活性が低下する、すなわち、メタン酸化触媒が硫黄に被毒される。そこで、特許文献１では、メタン酸化触媒の上流側に硫黄酸化物吸着剤（硫黄吸着部）を配置することにより、メタン酸化触媒の硫黄被毒を抑制する手法が開示されている。なお、特許文献２の排気ガス浄化装置では、窒素酸化物吸着剤の上流側に硫黄酸化物吸着剤（硫黄吸着部）を配置することにより、窒素酸化物吸着剤への硫黄酸化物の流入が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００２－３４９２５４号公報
【特許文献2】特開２００９－１８５７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、硫黄吸着部における硫黄（を含む物質）の吸着量が多くなると、硫黄吸着部の吸着能力が低下するため、硫黄吸着部に高温のガスを供給して、硫黄吸着部から硫黄を脱着させる再生処理が行われる。このとき、高濃度の硫黄を含むガスが下流側の触媒に流入し、当該触媒の硫黄被毒が発生する。
【0006】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、硫黄吸着部の再生時における触媒の硫黄被毒を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の態様１は、排気処理装置であって、エンジンから排出される排気が流れる排気流路に設けられ、前記排気中の硫黄を含む物質を吸着する硫黄吸着部と、前記排気流路において前記硫黄吸着部の下流側に設けられ、前記排気中の所定物質を酸化または還元する触媒部と、前記硫黄吸着部に通常温度の前記排気が流れる通常ガス流入状態と、前記硫黄吸着部に前記通常温度よりも高温の前記排気が流れる高温ガス流入状態とが切替可能なガス温度切替部と、前記排気流路に設けられ、前記触媒部に含まれる対象触媒を迂回する触媒バイパス流路と、前記排気が前記触媒バイパス流路を流れるバイパス状態と、前記排気が前記対象触媒を流れる非バイパス状態とが切替可能な流路切替部と、前記ガス温度切替部を前記通常ガス流入状態から前記高温ガス流入状態に切り替えて前記硫黄吸着部の再生を実行する際に、前記流路切替部を前記非バイパス状態から前記バイパス状態に切り替える制御部とを備える。
【0008】
本発明の態様２は、態様１の排気処理装置であって、前記エンジンが、メタンを含むガスを燃料として用い、前記触媒部が、前記排気に含まれるメタンを酸化するメタン酸化触媒を含む。
【0009】
本発明の態様３は、態様２の排気処理装置であって、前記触媒部の前記対象触媒が、ＳＣＲ触媒を含む。
【0010】
本発明の態様４は、態様３の排気処理装置であって、前記排気流路に設けられ、前記メタン酸化触媒を迂回する他の触媒バイパス流路と、前記排気が前記他の触媒バイパス流路を流れるバイパス状態と、前記排気が前記メタン酸化触媒を流れる非バイパス状態とが切替可能な他の流路切替部とをさらに備え、前記制御部が、前記硫黄吸着部の再生を実行する際に、前記他の流路切替部を前記非バイパス状態から前記バイパス状態に切り替える。
【0011】
本発明の態様５は、態様４の排気処理装置であって、前記制御部が、前記硫黄吸着部の再生終了後に、前記ガス温度切替部を前記高温ガス流入状態で維持しつつ、前記他の流路切替部を前記バイパス状態から前記非バイパス状態に切り替える。
【0012】
本発明の態様６は、態様２ないし５のいずれか１つの排気処理装置であって、前記排気流路においてターボチャージャのタービンが設けられ、前記エンジンと前記タービンとの間に前記メタン酸化触媒が設けられる。
【0013】
本発明の態様７は、態様１ないし５のいずれか１つの排気処理装置であって、前記排気流路においてターボチャージャのタービンが設けられ、前記ガス温度切替部が前記通常ガス流入状態である際に、前記タービンを通過した前記排気が前記硫黄吸着部および前記触媒部に流入し、前記ガス温度切替部が前記高温ガス流入状態である際に、前記排気流路において前記エンジンと前記タービンとの間から取り出される前記排気が前記硫黄吸着部に流入する。
【0014】
本発明の態様８は、態様１ないし５のいずれか１つの排気処理装置であって、前記排気流路においてターボチャージャのタービンが設けられ、前記エンジンと前記タービンとの間に前記硫黄吸着部が設けられる。
【0015】
本発明の態様９は、態様１ないし５のいずれか１つ（態様１ないし８のいずれか１つであってもよい。）の排気処理装置であって、前記ガス温度切替部が、前記高温ガス流入状態において、前記排気の一部をヒータにより加熱して前記硫黄吸着部に流入させ、前記排気の残りが前記ヒータを不通過であり、前記硫黄吸着部を通過した前記排気の前記一部と、前記ヒータを不通過の前記排気の前記残りとが混合され、前記触媒バイパス流路を通過する。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、硫黄吸着部の再生時における対象触媒の硫黄被毒を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】第１実施形態に係るエンジンシステムの構成を示す図である。
【図2】反応容器を示す断面図である。
【図3】排気処理装置における再生運転を説明するための図である。
【図4】第２実施形態に係る排気処理装置の構成を示す図である。
【図5】排気処理装置における再生運転を説明するための図である。
【図6】排気処理装置における追加再生運転を説明するための図である。
【図7】第３実施形態に係る排気処理装置の構成を示す図である。
【図8】排気処理装置における再生運転を説明するための図である。
【図9】第４実施形態に係る排気処理装置の構成を示す図である。
【図10】排気処理装置における再生運転を説明するための図である。
【図11】排気処理装置における追加再生運転を説明するための図である。
【図12】第５実施形態に係る排気処理装置の構成を示す図である。
【図13】排気処理装置における再生運転を説明するための図である。
【図14】第６実施形態に係る排気処理装置の構成を示す図である。
【図15】排気処理装置における再生運転を説明するための図である。
【図16】排気処理装置における追加再生運転を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１の構成を示す図である。エンジンシステム１は、例えば、船舶に搭載される。エンジンシステム１は、エンジン１０と、ターボチャージャ１６と、排気処理装置３とを備える。エンジン１０は、メタン（ＣＨ４）を含むガスを燃料とするガスエンジンであり、一例では、当該燃料はＬＮＧ（液化天然ガス）である。エンジン１０は、ＬＮＧ以外の燃料を用いてもよい。エンジン１０は、例えば、４ストロークエンジンである。エンジン１０は、２ストロークエンジン等であってもよい。
図１は、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１の構成を示す図である。エンジンシステム１は、例えば、船舶に搭載される。エンジンシステム１は、エンジン１０と、ターボチャージャ１６と、排気処理装置３とを備える。エンジン１０は、メタン（ＣＨ４）を含むガスを燃料とするガスエンジンであり、一例では、当該燃料はＬＮＧ（液化天然ガス）である。エンジン１０は、ＬＮＧ以外の燃料を用いてもよい。エンジン１０は、例えば、４ストロークエンジンである。エンジン１０は、２ストロークエンジン等であってもよい。
【0019】
エンジン１０は、複数のシリンダ１１と、排気マニホールド１２とを備える。各シリンダ１１にはピストンが設けられ、シリンダ１１およびピストン等により囲まれる空間が、燃料を燃焼するための燃焼室となる。ターボチャージャ１６は、過給機であり、タービン１６１と、コンプレッサ１６２とを備える。ターボチャージャ１６では、後述の排気によりタービン１６１が回転する。コンプレッサ１６２は、タービン１６１にて発生する回転力を利用して、エンジン１０の外部から取り込んだ吸気（空気）を加圧して圧縮する。加圧された空気は、各シリンダ１１の燃焼室に供給され、燃料の燃焼に利用される。複数のシリンダ１１は、１つの排気マニホールド１２に接続される。複数の燃焼室から排出された排気は、排気マニホールド１２に集められる。排気マニホールド１２から排出された排気は、後述の排気流路２に沿って流れる。排気流路２には、上記タービン１６１が設けられ、排気によりタービン１６１が回転する。
【0020】
排気処理装置３は、排気流路２に設けられる。排気流路２は、後述の通常運転において、エンジン１０から排出される排気が流れる流路である。図１では、他の流路と区別するため、排気流路２を太い実線にて示す（排気処理装置を示す他の図において同様）。排気処理装置３は、エンジン１０から排出される排気を処理する。本実施形態では、エンジン１０からの排気中に含まれる未燃焼のメタンおよび他の炭化水素が、排気処理装置３において酸化され、二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）に分解される。これにより、エンジンシステム１から大気中に排出される排気において、未燃焼のメタンの濃度が、所定の規定値以下とされる。換言すると、メタンスリップが削減される。
【0021】
排気処理装置３は、制御部３０と、硫黄吸着部４１と、触媒部４２と、ガス温度切替部５と、流路切替部６と、ヒータバイパス流路７１と、触媒バイパス流路７６と、測定ユニット３１とを備える。制御部３０は、排気処理装置３の全体制御を担う。制御部３０は、エンジン１０の制御部を兼ねていてもよい。制御部３０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータが所定のプログラムを実行することにより実現される。制御部３０の一部または全部が、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：Programmable Logic Controller）等により実現されてもよい。
【0022】
ガス温度切替部５は、ヒータ５１を有する。ヒータ５１は、排気流路２に設けられ、排気を加熱する。ヒータ５１は、例えば、電気ヒータや熱媒ヒータ等であり、典型的には、排気に燃料等の他の物質を混合することなく、排気を加熱する。後述するように、ヒータ５１は、硫黄吸着部４１の上流側に設けられ、ヒータ５１を通過した排気が硫黄吸着部４１に流入する。ガス温度切替部５は、ヒータ５１のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、通常ガス流入状態と高温ガス流入状態とが切替可能である。通常ガス流入状態では、ヒータ５１により加熱されていない通常温度（例えば、３５０～４５０℃）の排気が硫黄吸着部４１に流れる。高温ガス流入状態では、ヒータ５１により加熱された通常温度よりも高温の排気が硫黄吸着部４１に流れる。
【0023】
硫黄吸着部４１は、排気流路２に設けられる。硫黄吸着部４１は、硫黄吸着剤を含み、硫黄吸着剤には、排気中の硫黄を含む物質（例えば、硫黄酸化物等であり、以下、「硫黄含有物」という。）が吸着する。硫黄吸着剤において、ある程度の量の硫黄含有物が吸着すると、硫黄吸着剤における硫黄含有物の吸着能力が低下する。後述の再生運転において、ガス温度切替部５が高温ガス流入状態を形成し、硫黄吸着部４１の周囲が高温となると、硫黄吸着剤に吸着している硫黄含有物が脱着する。これにより、硫黄吸着剤における硫黄含有物の吸着能力が再生する。硫黄含有物が、硫黄吸着剤に吸着する温度域、および、硫黄吸着剤から脱着する温度域は、硫黄吸着剤として選択する材料により変更可能である。
【0024】
触媒部４２は、排気流路２に設けられ、排気中の所定物質を酸化または還元する。図１の触媒部４２は、メタン酸化触媒４２１と、尿素水供給部４２９と、ＳＣＲ触媒４２２とを有する。メタン酸化触媒４２１は、炭化水素分解触媒の一例であり、排気に含まれるメタンを酸化する。メタン酸化触媒４２１としては、様々な材料が知られており、排気の温度等の条件に応じた材料が適宜選択されて使用される。尿素水供給部４２９は、排気中に尿素水を供給する。ＳＣＲ触媒４２２は、尿素が熱分解されることにより生成されるアンモニアと、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）とを反応させ、窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に転換する。ＳＣＲ触媒４２２としては、様々な材料が知られており、排気の温度等の条件に応じた材料が適宜選択されて使用される。触媒部４２では、尿素以外の還元剤が用いられてもよい。
【0025】
排気流路２では、上流側から下流側に向かって（すなわち、排気マニホールド１２側から大気への排出口に向かって）、ヒータ５１、硫黄吸着部４１、メタン酸化触媒４２１、尿素水供給部４２９、ＳＣＲ触媒４２２が順に配置される。排気処理装置３の通常運転では、エンジン１０から排出された排気は、ヒータ５１、硫黄吸着部４１、メタン酸化触媒４２１、尿素水供給部４２９、ＳＣＲ触媒４２２を順に通過する。図１の例では、ヒータ５１、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１は、１つの反応容器４０に収容される。
【0026】
図２は、反応容器４０を示す断面図である。反応容器４０は、例えば、排気流路２との接続部を除き、内部が密閉された容器である。図２の例では、反応容器４０は排気流路２に沿う方向に延びる筒状、正方形断面の直方体、または、長方形断面の直方体等であり、当該方向の一方の端部に流入口４０１が設けられ、他方の端部に流出口４０２が設けられる。流入口４０１および流出口４０２は、排気流路２との接続部である。図１のタービン１６１を通過した排気は、流入口４０１から反応容器４０内に流入し、ヒータ５１、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１を順に通過して、流出口４０２から反応容器４０外に排出される。
【0027】
反応容器４０の内部における流路面積（すなわち、排気の流れ方向に垂直な反応容器４０の内部の断面積）は、排気流路２の流路面積よりも十分に大きい。反応容器４０の内部では、排気の流速が小さくなり、ヒータ５１による排気の加熱、硫黄吸着部４１における硫黄含有物の吸着、および、メタン酸化触媒４２１によるメタンの酸化を効率よく行うことができる。また、ヒータ５１、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１における圧力損失も低減される。ヒータ５１に対向する位置において、反応容器４０を外部から加熱する補助ヒータが設けられてもよい。ヒータ５１、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１は、図１の順序を維持しつつ個別の容器に収容されてもよい。
【0028】
図１に示すように、ヒータバイパス流路７１は、ヒータ５１、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１を迂回するように、排気流路２に設けられる。ヒータバイパス流路７１の一端は、排気流路２におけるタービン１６１とヒータ５１との間の接続位置Ｐ１１に接続される。ヒータバイパス流路７１の他端は、排気流路２におけるメタン酸化触媒４２１と尿素水供給部４２９との間の接続位置Ｐ１２に接続される。ヒータバイパス流路７１には、バルブ２１１が設けられる。バルブ２１１は、例えば、流量調整バルブであり、制御部３０がバルブ２１１の開度を調整することにより、ヒータバイパス流路７１を流れる排気の流量が調整可能である。排気流路２において、接続位置Ｐ１１とヒータ５１との間にはバルブ２１２が設けられ、メタン酸化触媒４２１と接続位置Ｐ１２との間にはバルブ２１３が設けられる。制御部３０によりバルブ２１２，２１３の開閉が制御される。
【0029】
触媒バイパス流路７６は、尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を迂回するように、排気流路２に設けられる。触媒バイパス流路７６の一端は、排気流路２における接続位置Ｐ１２と尿素水供給部４２９との間の接続位置Ｐ１３に接続される。触媒バイパス流路７６の他端は、排気流路２においてＳＣＲ触媒４２２の下流側の接続位置Ｐ１４に接続される。接続位置Ｐ１４は、ＳＣＲ触媒４２２と後述の測定ユニット３１の測定位置との間の位置である。
【0030】
流路切替部６は、複数のバルブ６１，６２，６３を有する。バルブ６１は、触媒バイパス流路７６に設けられる。バルブ６２，６３は、排気流路２に設けられる。詳細には、バルブ６２は、接続位置Ｐ１３と尿素水供給部４２９との間に配置され、バルブ６３は、ＳＣＲ触媒４２２と接続位置Ｐ１４との間に配置される。流路切替部６が、バルブ６１を開き、バルブ６２，６３を閉じることにより、排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れず、触媒バイパス流路７６を流れるバイパス状態となる。また、バルブ６１を閉じ、バルブ６２，６３を開くことにより、排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れ、触媒バイパス流路７６を流れない非バイパス状態となる。このように、流路切替部６では、バイパス状態と非バイパス状態とが切替可能である。
【0031】
測定ユニット３１は、排気流路２における接続位置Ｐ１４の下流側において、排気の状態を測定する。排気処理装置３の稼働時では、測定ユニット３１の測定位置を、排気が常時通過する。図１の排気処理装置３では、測定ユニット３１は、温度測定部３１１と、メタン濃度測定部３１２と、硫黄濃度測定部３１３とを有する。温度測定部３１１は、排気の温度を測定する。メタン濃度測定部３１２は、排気中のメタン濃度を測定する。硫黄濃度測定部３１３は、排気中の硫黄濃度を測定する。温度測定部３１１、メタン濃度測定部３１２および硫黄濃度測定部３１３のそれぞれは、市販のものが利用可能である。温度測定部３１１、メタン濃度測定部３１２および硫黄濃度測定部３１３のそれぞれの測定値は、制御部３０に出力される。測定ユニット３１では、温度測定部３１１、メタン濃度測定部３１２および硫黄濃度測定部３１３のいずれか１つ、または、いずれか２つのみが設けられてもよい。
【0032】
排気処理装置３における通常運転では、バルブ２１１，６１を閉じ、他のバルブ２１２，２１３，６２，６３を開くことにより、排気が排気流路２に沿って流れる。このとき、ヒータ５１はＯＦＦ状態であり、排気の加熱は行われない。すなわち、ガス温度切替部５が、硫黄吸着部４１に通常温度の排気が流れる通常ガス流入状態である。排気に含まれる硫黄含有物は、硫黄吸着部４１に吸着する。これにより、硫黄吸着部４１の下流側に配置されたメタン酸化触媒４２１およびＳＣＲ触媒４２２の硫黄被毒（硫黄による劣化）が抑制される。また、排気に含まれるメタンは、メタン酸化触媒４２１にて酸化される。流路切替部６は、排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れ、触媒バイパス流路７６を流れない非バイパス状態である。ＳＣＲ触媒４２２では、排気に含まれる窒素酸化物が還元される。
【0033】
硫黄濃度測定部３１３では、排気中の硫黄濃度が常時測定される。硫黄濃度測定部３１３による硫黄濃度の測定値が所定の再生実行閾値以上となると、制御部３０により、硫黄吸着部４１の硫黄吸着剤における硫黄含有物の吸着能力が低下したと判定される。これにより、硫黄吸着部４１を再生する再生運転が実行される。このように、制御部３０では、硫黄吸着部４１の再生の実行が、硫黄濃度測定部３１３の測定値に基づいて決定される。
【0034】
図３は、排気処理装置３における再生運転を説明するための図であり、排気が流れる流路を太い破線および一点鎖線にて示す（再生運転、および、後述の追加再生運転を説明するための他の図において同様）。また、図３では、制御部３０の図示を省略している（後述の図４ないし図１８において同様）。再生運転を開始する際には、制御部３０により、ヒータバイパス流路７１のバルブ２１１が徐々に開かれる。また、ガス温度切替部５が、ヒータ５１をＯＮ状態とすることにより、通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えられる。図３では、ヒータ５１を示すブロックの外縁を太線で描くことにより、ヒータ５１がＯＮ状態であることを示している（排気処理装置を示す他の図において同様）。
【0035】
接続位置Ｐ１１では、排気の一部がヒータ５１に向かって流れ、ヒータ５１により加熱されて硫黄吸着部４１に流入する（図３中の太い破線参照）。これにより、硫黄吸着部４１の周囲が高温となり、硫黄吸着部４１に吸着している硫黄含有物が脱着する。再生運転において、硫黄吸着部４１に流入する排気の温度は、例えば５００℃以上であり、好ましくは５５０℃以上であり、より好ましくは５８０℃以上である。ヒータ５１から接続位置Ｐ１２までの流路には高温の排気が流れるため、当該流路はステンレス鋼等の耐熱温度が高い材料により形成される。硫黄吸着部４１に流入する排気の温度の上限は、当該流路に用いられる材料の耐熱温度の上限となる。硫黄吸着部４１から脱着した硫黄含有物を含む排気は、メタン酸化触媒４２１を通過して接続位置Ｐ１２へと流れる。このとき、排気が高温であるため、メタン酸化触媒４２１に吸着している硫黄含有物も脱着する。
【0036】
接続位置Ｐ１１では、排気の残りがヒータバイパス流路７１に流入し、接続位置Ｐ１２へと流れる（図３中の太い一点鎖線参照）。接続位置Ｐ１２では、ヒータ５１、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１を通過した排気と、ヒータバイパス流路７１を通過した排気とが混合される。このように、接続位置Ｐ１２は、ヒータ５１を通過した高温の排気と、ヒータ５１を不通過の通常温度の排気とが混合される混合位置である。本実施の形態では、以下、接続位置Ｐ１２を「混合位置Ｐ１２」ともいう。
【0037】
排気流路２における混合位置Ｐ１２は、メタン酸化触媒４２１の直後である。ここで、「混合位置Ｐ１２がメタン酸化触媒の直後」とは、メタン酸化触媒４２１と混合位置Ｐ１２との間に、組成や温度等の排気の状態を変化させる構成（触媒やヒータ等）が設けられないことを意味する。メタン酸化触媒４２１と混合位置Ｐ１２との間の流路の距離は、好ましくは、ヒータバイパス流路７１よりも短い。当該距離は、ヒータバイパス流路７１の長さ以上であってもよい。混合位置Ｐ１２における混合後の排気の温度は、所定の制限温度以下である。制限温度は、ヒータ５１を通過した排気の温度よりも低く、例えば４５０℃であり、好ましくは４３０℃である。これにより、混合位置Ｐ１２から下流側の流路に対して、耐熱温度が比較的低い安価な材料（例えば、炭素鋼等）を用いることが可能となる。
【0038】
排気処理装置３では、温度測定部３１１により排気の温度が常時測定される。温度測定部３１１による温度の測定値は、混合位置Ｐ１２における混合後の排気の温度である。制御部３０では、温度測定部３１１の測定値が制限温度以下となるように、当該測定値に基づいてヒータバイパス流路７１のバルブ２１１の開度が制御される。例えば、制限温度よりも低い設定温度が予め設定されており、温度測定部３１１の測定値が設定温度よりも高い場合には、ヒータバイパス流路７１のバルブ２１１の開度が大きくされる。当該測定値が設定温度よりも低い場合には、バルブ２１１の開度が小さくされる。このように、制御部３０では、温度測定部３１１の測定値に基づいて、接続位置Ｐ１１からヒータ５１に流入する排気の流量と、接続位置Ｐ１１からヒータバイパス流路７１に流入する排気の流量との比（すなわち、混合位置Ｐ１２における混合比）が調整される。これにより、混合位置Ｐ１２における混合後の排気の温度が、設定温度にて略一定とされる。
【0039】
エンジン１０から排出される排気の流量や温度等が略一定である場合には、再生運転においてバルブ２１１の開度が一定であってもよい。排気流路２の設計によっては、再生運転においてバルブ２１１を全開とし、バルブ２１２またはバルブ２１３の開度を制御することにより、混合位置Ｐ１２における混合比が調整されてもよい。
【0040】
また、再生運転では、制御部３０の制御により、流路切替部６がバルブ６１を開き、バルブ６２，６３を閉じる。これにより、排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れず、触媒バイパス流路７６を流れるバイパス状態が形成される。ここで、混合位置Ｐ１２における混合後の排気は、高濃度の硫黄含有物を含む。仮に当該排気がＳＣＲ触媒４２２を流れると、ＳＣＲ触媒４２２上にて酸性硫安（ＮＨ４ＨＳＯ４）や硫安（（ＮＨ４）２ＳＯ４）の析出が発生する。その結果、ＳＣＲ触媒４２２の触媒活性が低下する、すなわち、ＳＣＲ触媒４２２が硫黄に被毒される。
【0041】
実際には、図３の排気処理装置３では、流路切替部６においてバイパス状態が形成されており、当該排気は、尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れず、触媒バイパス流路７６を流れる。これにより、高濃度の硫黄含有物を含む排気がＳＣＲ触媒４２２を流れた場合に発生するＳＣＲ触媒４２２の硫黄被毒が防止される。排気処理装置３では、ＳＣＲ触媒４２２が、再生運転における硫黄被毒の防止対象の触媒（すなわち、対象触媒）である。排気処理装置３では、ＳＣＲ触媒４２２において熱による焼結（シンタリング）が発生し細孔が塞がれて性能低下が引き起こされることも抑制される。
【0042】
硫黄含有物を含む排気は、大気に排出される。大気に排出される排気の硫黄濃度についての規制がある場合には、硫黄濃度測定部３１３の測定値に基づいてヒータバイパス流路７１のバルブ２１１の開度が制御されることが好ましい。この場合、温度測定部３１１の測定値が制限温度以下を維持しつつ、硫黄濃度測定部３１３の測定値（すなわち、大気に排出される排気の硫黄濃度）が規制値以下となるように、混合位置Ｐ１２における混合比が調整される。
【0043】
硫黄濃度測定部３１３の測定値が所定の再生終了閾値以下となると、制御部３０により、硫黄吸着部４１の硫黄吸着剤における硫黄含有物の吸着能力が回復したと判定される。このように、制御部３０では、硫黄吸着部４１の再生の終了が、硫黄濃度測定部３１３の測定値に基づいて決定される。その後、ヒータバイパス流路７１のバルブ２１１が徐々に閉じられる。また、ガス温度切替部５が、ヒータ５１をＯＦＦ状態とすることにより、高温ガス流入状態から通常ガス流入状態に切り替えられる。さらに、流路切替部６がバルブ６１を閉じ、バルブ６２，６３を開くことにより、排気が触媒バイパス流路７６を流れず、尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れる非バイパス状態が形成される。これにより、排気処理装置３において再生運転が終了し、通常運転が再開される。
【0044】
硫黄吸着部４１の再生の実行は、メタン濃度測定部３１２のメタン濃度の測定値に基づいて決定することも可能である。この場合、例えば、メタン酸化触媒４２１におけるメタン除去率が算出される。具体的には、予め試験等を行うことにより、エンジン１０の負荷と、当該負荷においてエンジン１０から排出される排気のメタン濃度との関係（例えば、負荷に対してメタン濃度をマッピングしたテーブル）が取得される。なお、同じ型式のエンジンにおいて上記関係を示すマスターデータが準備されている場合には、当該マスターデータが利用されてもよい。
【0045】
制御部３０では、現在のエンジン１０の負荷から、排気流路２に流入する排気のメタン濃度、すなわち、排気処理装置３の入口のメタン濃度が特定される。メタン濃度測定部３１２では、メタン酸化触媒４２１を通過した排気中のメタン濃度、すなわち、排気処理装置３の出口のメタン濃度が常時測定される。制御部３０では、例えば、排気処理装置３の入口のメタン濃度と入口から出口を減じたメタン濃度との割合が、メタン除去率として算出される。メタン除去率が所定の閾値以下となると、制御部３０により、メタン酸化触媒４２１の触媒活性が低下したと判定され、再生運転が実行される。メタン酸化触媒４２１の触媒活性の低下は、硫黄吸着部４１における硫黄含有物の吸着能力の低下による、メタン酸化触媒４２１における硫黄被毒の発生に起因する。硫黄吸着部４１の再生の終了は、硫黄濃度測定部３１３の測定値に基づいて決定されてもよく、再生運転の実行時間（継続期間）等により決定されてもよい。
【0046】
また、硫黄吸着部４１の再生の実行は、排気処理装置３が通常運転を継続する時間、すなわち、再生運転を行うことなく、排気が硫黄吸着部４１を通過する積算時間により決定されてもよい。硫黄吸着部４１の再生を実行すべき積算時間は、過去の運転データや試験等により予め決定される。
【0047】
以上に説明したように、一の観点における図１の排気処理装置３は、排気流路２に設けられ、排気中の硫黄を含む物質を吸着する硫黄吸着部４１と、硫黄吸着部４１に流入する排気を加熱可能なヒータ５１と、ヒータ５１および硫黄吸着部４１を迂回するヒータバイパス流路７１と、硫黄吸着部４１の再生時に、排気の一部をヒータ５１により加熱して硫黄吸着部４１に流入させ、排気の残りをヒータバイパス流路７１に流入させる制御部３０とを備える。硫黄吸着部４１の再生時に、排気の当該一部が流れる流路において硫黄吸着部４１の下流側の混合位置Ｐ１２にて、硫黄吸着部４１を通過した排気の当該一部と、ヒータバイパス流路７１を通過した排気の当該残りとが混合される。これにより、硫黄吸着部４１の再生時に混合位置Ｐ１２から下流側を流れるガスの温度を低くすることができ、混合位置Ｐ１２から下流側において安価な材料を使用することができる。その結果、排気処理装置３の製造コストを削減することができる。
【0048】
好ましくは、硫黄吸着部４１の再生時に硫黄吸着部４１に流入する排気の温度が、５００℃以上である。これにより、高温の排気を利用して硫黄吸着部４１を適切に再生することができる。５００℃以上の高温ガスが流れる流路では、高価な材料が必要となるが、排気処理装置３では、高温ガスが流れる流路をヒータ５１と混合位置Ｐ１２との間に限定して、他の流路において比較的安価な材料を使用することができる。
【0049】
好ましくは、混合位置Ｐ１２における混合後の排気の温度が、４５０℃以下である。このような排気処理装置３では、混合位置Ｐ１２から下流側において、より安価な材料を使用することができる。
【0050】
好ましくは、エンジン１０が、メタンを含むガスを燃料として用いる。排気処理装置３は、排気流路２において硫黄吸着部４１の下流側に設けられ、排気に含まれるメタンを酸化するメタン酸化触媒４２１を備える。これにより、メタンスリップを削減することができる。また、混合位置Ｐ１２が、メタン酸化触媒４２１の直後であることにより、硫黄吸着部４１の再生時に、メタン酸化触媒４２１も再生することができる。また、高温ガスが流れる流路の長さを短くして、高価な材料の使用量を削減することができる。
【0051】
好ましくは、排気処理装置３は、排気流路２においてメタン酸化触媒４２１の下流側に設けられ、排気のメタン濃度を測定するメタン濃度測定部３１２を備える。制御部３０は、硫黄吸着部４１の再生の実行を、メタン濃度測定部３１２の測定値に基づいて決定する。これにより、硫黄吸着部４１を再生する再生運転を適切なタイミングで実行することができる。
【0052】
好ましくは、排気処理装置３は、排気流路２において硫黄吸着部４１の下流側に設けられ、排気の硫黄濃度を測定する硫黄濃度測定部３１３を備える。制御部３０は、硫黄吸着部４１の再生の実行、および、硫黄吸着部４１の再生の終了を、硫黄濃度測定部３１３の測定値に基づいて決定する。これにより、再生運転を適切なタイミングで実行するとともに、適切なタイミングで終了することができる。排気処理装置３では、硫黄吸着部４１の再生の実行、または、硫黄吸着部４１の再生の終了の一方のみが、硫黄濃度測定部３１３の測定値に基づいて決定されてもよい。
【0053】
好ましくは、排気処理装置３は、混合位置Ｐ１２の下流側に設けられ、排気の温度を測定する温度測定部３１１を備える。制御部３０は、温度測定部３１１の測定値に基づいて、硫黄吸着部４１を通過する排気の上記一部と、ヒータバイパス流路７１を通過する排気の上記残りとの流量比を調整する。これにより、混合位置Ｐ１２における混合後の排気の温度を適切に調整することができる。
【0054】
他の観点における図１の排気処理装置３は、排気流路２に設けられ、排気中の硫黄を含む物質を吸着する硫黄吸着部４１と、排気流路２において硫黄吸着部４１の下流側に設けられ、排気中の所定物質を酸化または還元する触媒部４２と、排気流路２に設けられ、触媒部４２に含まれる対象触媒（図１では、ＳＣＲ触媒４２２）を迂回する触媒バイパス流路７６とを備える。排気処理装置３は、ガス温度切替部５と、流路切替部６と、制御部３０とをさらに備える。ガス温度切替部５は、硫黄吸着部４１に通常温度の排気が流れる通常ガス流入状態と、硫黄吸着部４１に通常温度よりも高温の排気が流れる高温ガス流入状態とが切替可能である。流路切替部６は、排気が触媒バイパス流路７６を流れるバイパス状態と、排気が対象触媒を流れる非バイパス状態とが切替可能である。制御部３０は、ガス温度切替部５を通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えて硫黄吸着部４１の再生を実行する際に、流路切替部６を非バイパス状態からバイパス状態に切り替える。これにより、硫黄吸着部４１の再生時における対象触媒の硫黄被毒を抑制することができる。
【0055】
好ましくは、エンジン１０が、メタンを含むガスを燃料として用い、触媒部４２が、排気に含まれるメタンを酸化するメタン酸化触媒４２１を含む。これにより、メタンスリップを削減することができる。この場合に、触媒部４２の対象触媒が、ＳＣＲ触媒４２２を含むことにより、硫黄吸着部４１の再生時におけるＳＣＲ触媒４２２の硫黄被毒を抑制することができる。
【0056】
好ましくは、ガス温度切替部５が、高温ガス流入状態において、排気の一部をヒータ５１により加熱して硫黄吸着部４１に流入させる。排気の残りがヒータ５１を不通過であり、硫黄吸着部４１を通過した排気の当該一部と、ヒータ５１を不通過の排気の当該残りとが混合され、触媒バイパス流路７６を通過する。これにより、硫黄吸着部４１の再生時に混合位置Ｐ１２から下流側を流れるガスの温度を低くすることができ、混合位置Ｐ１２から下流側において安価な材料を使用することができる。その結果、排気処理装置３の製造コストを削減することができる。
【0057】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る排気処理装置３ａの構成を示す図である。図４の排気処理装置３ａでは、図１の排気処理装置３と比較して、ヒータ５１および硫黄吸着部４１のみが反応容器４０に収容され、メタン酸化触媒４２１が個別の容器に収容される点で相違する。また、補助流路２２、バルブ２２１，２２２が追加される。他の構成は、図１の排気処理装置３と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。なお、ヒータ５１および硫黄吸着部４１は、図４の順序を維持しつつ個別の容器に収容されてもよい。
図４は、本発明の第２実施形態に係る排気処理装置３ａの構成を示す図である。図４の排気処理装置３ａでは、図１の排気処理装置３と比較して、ヒータ５１および硫黄吸着部４１のみが反応容器４０に収容され、メタン酸化触媒４２１が個別の容器に収容される点で相違する。また、補助流路２２、バルブ２２１，２２２が追加される。他の構成は、図１の排気処理装置３と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。なお、ヒータ５１および硫黄吸着部４１は、図４の順序を維持しつつ個別の容器に収容されてもよい。
【0058】
補助流路２２の一端は、排気流路２（図４中の太い実線参照）における硫黄吸着部４１とメタン酸化触媒４２１との間の接続位置Ｐ２１に接続される。補助流路２２の他端は、ヒータバイパス流路７１におけるバルブ２１１と接続位置Ｐ１２との間の接続位置Ｐ２２に接続される。バルブ２２１は、補助流路２２に設けられる。バルブ２２２は、排気流路２において接続位置Ｐ２１とメタン酸化触媒４２１との間に設けられる。排気処理装置３ａでは、補助流路２２と、ヒータバイパス流路７１の接続位置Ｐ２２と接続位置Ｐ１２との間の部分とにより、メタン酸化触媒４２１を迂回する他の触媒バイパス流路７６ａが構成される。また、バルブ２２１，２２２，２１３により、他の流路切替部６ａが構成される。流路切替部６ａにおいて、バルブ２２１を開き、バルブ２２２，２１３を閉じることにより、接続位置Ｐ２１に流入する排気がメタン酸化触媒４２１を流れず、触媒バイパス流路７６ａを流れるバイパス状態となる。また、バルブ２２１を閉じ、バルブ２２２，２１３を開くことにより、接続位置Ｐ２１に流入する排気がメタン酸化触媒４２１を流れ、触媒バイパス流路７６ａを流れない非バイパス状態となる。
【0059】
排気処理装置３ａにおける通常運転では、バルブ２１１，２２１，６１を閉じ、他のバルブ２１２，２２２，２１３，６２，６３を開くことにより、排気が排気流路２に沿って流れる。このとき、ヒータ５１はＯＦＦ状態であり、排気の加熱は行われない。すなわち、ガス温度切替部５が、硫黄吸着部４１に通常温度の排気が流れる通常ガス流入状態である。排気に含まれる硫黄含有物は、硫黄吸着部４１に吸着する。流路切替部６ａは、排気がメタン酸化触媒４２１を流れ、触媒バイパス流路７６ａを流れない非バイパス状態である。メタン酸化触媒４２１では、排気に含まれるメタンが酸化される。流路切替部６は、排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れ、触媒バイパス流路７６を流れない非バイパス状態である。ＳＣＲ触媒４２２では、排気に含まれる窒素酸化物が還元される。制御部３０では、測定ユニット３１の硫黄濃度測定部３１３の測定値、または、メタン濃度測定部３１２の測定値等に基づいて、硫黄吸着部４１の再生の実行が決定される。
【0060】
図５は、排気処理装置３ａにおける再生運転を説明するための図である。排気処理装置３ａにおける再生運転では、制御部３０の制御により、流路切替部６ａが、補助流路２２のバルブ２２１を開き、バルブ２２２，２１３を閉じる。これにより、排気がメタン酸化触媒４２１を流れず、触媒バイパス流路７６ａを流れるバイパス状態が形成される。また、ヒータバイパス流路７１のバルブ２１１が徐々に開かれる。さらに、ガス温度切替部５が、ヒータ５１をＯＮ状態とすることにより、通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えられる。
【0061】
接続位置Ｐ１１では、排気の一部がヒータ５１に向かって流れ（図５中の太い破線参照）、排気の残りがヒータバイパス流路７１に流入する（図５中の太い一点鎖線参照）。ヒータ５１を通過した排気は硫黄吸着部４１に流入する。これにより、硫黄吸着部４１に吸着している硫黄含有物が脱着する。硫黄吸着部４１を通過した排気は、接続位置Ｐ２１を経由して接続位置Ｐ２２へと向かい、ヒータバイパス流路７１を通過途中の排気と混合される。このように、接続位置Ｐ２２は、ヒータ５１を通過した高温の排気と、ヒータ５１を不通過の排気とが混合される混合位置である。混合位置Ｐ２２における混合後の排気の温度は、制限温度以下となる。混合後の排気は、ヒータバイパス流路７１における接続位置Ｐ２２と接続位置Ｐ１２との間の部分を通過する。
【0062】
既述のように、排気処理装置３ａでは、流路切替部６ａがバイパス状態であり、ヒータ５１を通過した高温の排気は、メタン酸化触媒４２１を流れない。これにより、高濃度の硫黄含有物を含む排気による、メタン酸化触媒４２１の硫黄被毒が防止される。また、再生運転では、流路切替部６がバルブ６１を開き、バルブ６２，６３を閉じる。これにより、接続位置Ｐ１２を通過した排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れず、触媒バイパス流路７６を流れるバイパス状態が形成される。その結果、高濃度の硫黄含有物を含む排気による、ＳＣＲ触媒４２２の硫黄被毒が防止される。
【0063】
制御部３０では、硫黄濃度測定部３１３の測定値、または、再生運転の実行時間等に基づいて、硫黄吸着部４１の再生の終了が決定されると、バルブ２２２，２１３が開かれ、補助流路２２のバルブ２２１が閉じられる。これにより、メタン酸化触媒４２１を再生する再生運転が実行される。以下の説明では、硫黄吸着部４１を再生する再生運転と区別するため、メタン酸化触媒４２１を再生する再生運転を、「追加再生運転」という。
【0064】
図６は、排気処理装置３ａにおける追加再生運転を説明するための図である。追加再生運転では、ヒータ５１および硫黄吸着部４１を通過した高温の排気がメタン酸化触媒４２１を通過し（図６中の太い破線参照）、メタン酸化触媒４２１に吸着している硫黄含有物が脱着する。追加再生運転では、ヒータ５１による排気の加熱温度が、硫黄吸着部４１を再生する再生運転時の加熱温度と相違してもよく、一例では、追加再生運転時の排気の加熱温度が、再生運転時の加熱温度よりも低い。排気処理装置３ａでは、硫黄吸着部４１の再生、および、メタン酸化触媒４２１の再生を、それぞれに適した個別の温度条件にて行うことが可能である。メタン酸化触媒４２１を通過した排気は、接続位置Ｐ１２へと向かい、ヒータバイパス流路７１を通過した排気（図６中の太い一点鎖線参照）と混合される。このように、接続位置Ｐ１２は、ヒータ５１を通過した高温の排気と、ヒータ５１を不通過の排気とが混合される混合位置である。混合位置Ｐ１２における混合後の排気の温度は、制限温度以下となる。
【0065】
また、追加再生運転では、流路切替部６がバルブ６１を閉じ、バルブ６２，６３を開く。これにより、接続位置Ｐ１２を通過した排気が触媒バイパス流路７６を流れず、尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れる非バイパス状態が形成される。メタン酸化触媒４２１では、硫黄含有物の吸着量が少ないため、排気に含まれる硫黄含有物の濃度は十分に低い。したがって、ＳＣＲ触媒４２２では、酸性硫安や硫安の析出による触媒活性の低下が発生することなく、窒素酸化物が還元される。なお、メタン酸化触媒４２１における硫黄含有物の吸着量等によっては、追加再生運転において、流路切替部６がバイパス状態を維持してもよい。これにより、ＳＣＲ触媒４２２の硫黄被毒がより確実に防止される。
【0066】
制御部３０では、硫黄濃度測定部３１３の測定値に基づいて（例えば、当該測定値が所定の閾値以下となる場合に）、または、追加再生運転の実行時間等に基づいて、追加再生運転の終了が決定されると、ヒータバイパス流路７１のバルブ２１１が徐々に閉じられる。さらに、ガス温度切替部５が、ヒータ５１をＯＦＦ状態とすることにより、高温ガス流入状態から通常ガス流入状態に切り替えられる。これにより、排気処理装置３ａにおいて追加再生運転が終了し、通常運転が再開される。
【0067】
メタン酸化触媒４２１の硫黄被毒が硫黄吸着部４１により十分に抑えられる場合には、追加再生運転が省略されてもよい。ヒータ５１により加熱された排気の温度によっては、メタン酸化触媒４２１において熱による焼結（シンタリング）が発生し細孔が塞がれて性能低下が引き起こされる可能性があるため、追加再生運転を省略する場合（すなわち、硫黄吸着部４１を再生する再生運転のみを行う場合）、メタン酸化触媒４２１の焼結による劣化が防止される。
【0068】
以上に説明したように、排気処理装置３ａでは、硫黄吸着部４１の再生時に、硫黄吸着部４１を通過した排気と、ヒータバイパス流路（図５では、ヒータバイパス流路７１の接続位置Ｐ１１と混合位置Ｐ２２との間の部分）を通過した排気とが、硫黄吸着部４１の下流側の混合位置Ｐ２２にて混合される。これにより、メタン酸化触媒４２１の再生（追加再生運転）を省略する場合には、混合位置Ｐ２２から下流側において安価な材料を使用することができる。また、混合位置Ｐ２２が、硫黄吸着部４１の直後であることにより、高温ガスが流れる流路の長さを短くして、高価な材料の使用量を削減することができる。追加再生運転を行う場合には、メタン酸化触媒４２１の再生時の混合位置Ｐ１２から下流側において安価な材料を使用することができる。
【0069】
また、制御部３０が、ガス温度切替部５を通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えて硫黄吸着部４１の再生を実行する際に、流路切替部６を非バイパス状態からバイパス状態に切り替える。これにより、硫黄吸着部４１の再生時における対象触媒（図５では、ＳＣＲ触媒４２２）の硫黄被毒を抑制することができる。
【0070】
排気処理装置３ａは、他の触媒バイパス流路７６ａと、他の流路切替部６ａとをさらに備える。触媒バイパス流路７６ａは、排気流路２に設けられ、メタン酸化触媒４２１を迂回する。流路切替部６ａは、排気が触媒バイパス流路７６ａを流れるバイパス状態と、排気がメタン酸化触媒４２１を流れる非バイパス状態とが切替可能である。制御部３０が、硫黄吸着部４１の再生を実行する際に、流路切替部６ａを非バイパス状態からバイパス状態に切り替える。これにより、硫黄吸着部４１の再生時におけるメタン酸化触媒４２１の硫黄被毒を抑制することができる。
【0071】
排気処理装置３ａでは、制御部３０が、硫黄吸着部４１の再生終了後に、ガス温度切替部５を高温ガス流入状態で維持しつつ、流路切替部６ａをバイパス状態から非バイパス状態に切り替える。これにより、硫黄吸着部４１の再生から連続して、メタン酸化触媒４２１を効率よく再生することができる。
【0072】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る排気処理装置３ｂの構成を示す図である。図７の排気処理装置３ｂでは、図１の排気処理装置３と比較して、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１のみが反応容器４０に収容される点で相違する。また、補助流路２３が追加され、補助流路２３にヒータ５１およびバルブ２３１が設けられる。他の構成は、図１の排気処理装置３と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。なお、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１は、図７の順序を維持しつつ個別の容器に収容されてもよい。
図７は、本発明の第３実施形態に係る排気処理装置３ｂの構成を示す図である。図７の排気処理装置３ｂでは、図１の排気処理装置３と比較して、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１のみが反応容器４０に収容される点で相違する。また、補助流路２３が追加され、補助流路２３にヒータ５１およびバルブ２３１が設けられる。他の構成は、図１の排気処理装置３と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。なお、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１は、図７の順序を維持しつつ個別の容器に収容されてもよい。
【0073】
補助流路２３の一端は、排気流路２（図７中の太い実線参照）における排気マニホールド１２とタービン１６１との間の接続位置Ｐ３１に接続される。補助流路２３の他端は、排気流路２におけるバルブ２１２と硫黄吸着部４１との間の接続位置Ｐ３２に接続される。バルブ２３１は、補助流路２３においてヒータ５１の上流側に設けられる。排気処理装置３ｂでは、バルブ２３１およびヒータ５１により、ガス温度切替部５ａが構成される。後述するように、ガス温度切替部５ａが、バルブ２３１を閉じ、ヒータ５１をＯＦＦ状態にすることにより、排気が排気流路２に沿って流れ、通常温度の排気が硫黄吸着部４１に流れる通常ガス流入状態が形成される。バルブ２３１を開き、ヒータ５１をＯＮ状態にすることにより、排気の一部が補助流路２３を流れ、通常温度よりも高温の排気が硫黄吸着部４１に流れる高温ガス流入状態が形成される。
【0074】
排気処理装置３ｂにおける通常運転では、バルブ２３１，２１１，６１を閉じ、他のバルブ２１２，２１３，６２，６３を開くことにより、排気が排気流路２に沿って流れる。このとき、排気はヒータ５１に流入せず、ヒータ５１はＯＦＦ状態である。すなわち、ガス温度切替部５ａが、硫黄吸着部４１に通常温度の排気が流れる通常ガス流入状態である。排気に含まれる硫黄含有物は、硫黄吸着部４１に吸着する。メタン酸化触媒４２１では、排気に含まれるメタンが酸化される。また、流路切替部６は、排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れ、触媒バイパス流路７６を流れない非バイパス状態である。ＳＣＲ触媒４２２では、排気に含まれる窒素酸化物が還元される。制御部３０では、測定ユニット３１の硫黄濃度測定部３１３の測定値、または、メタン濃度測定部３１２の測定値等に基づいて、硫黄吸着部４１の再生の実行が決定される。
【0075】
図８は、排気処理装置３ｂにおける再生運転を説明するための図である。排気処理装置３ｂにおける再生運転では、ヒータバイパス流路７１のバルブ２１１が徐々に開かれるとともに、バルブ２１２が閉じられる。また、ガス温度切替部５ａが、バルブ２３１を開き、ヒータ５１をＯＮ状態とすることにより、通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えられる。
【0076】
接続位置Ｐ３１では、エンジン１０から排出された排気の一部が、補助流路２３に流入し、ヒータ５１に向かって流れる（図８中の太い破線参照）。ヒータ５１を流れる排気は、タービン１６１を通過しておらず、圧力および温度が低下していないガス（いわゆる、抽気）である。また、排気の残りは、タービン１６１および接続位置Ｐ１１を通過してヒータバイパス流路７１に流入する（図８中の太い一点鎖線参照）。ヒータ５１を通過した排気は、接続位置Ｐ３２、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１を通過する。これにより、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１に吸着している硫黄含有物が脱着する。メタン酸化触媒４２１を通過した排気は、接続位置Ｐ１２へと向かい、ヒータバイパス流路７１を通過した排気と混合される。このように、接続位置Ｐ１２は、ヒータ５１を通過した高温の排気と、ヒータ５１を不通過の排気とが混合される混合位置である。混合位置Ｐ１２における混合後の排気の温度は、制限温度以下となる。
【0077】
また、再生運転では、流路切替部６がバルブ６１を開き、バルブ６２，６３を閉じる。これにより、接続位置Ｐ１２を通過した排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れず、触媒バイパス流路７６を流れるバイパス状態が形成される。その結果、高濃度の硫黄含有物を含む排気による、ＳＣＲ触媒４２２の硫黄被毒が防止される。
【0078】
制御部３０では、硫黄濃度測定部３１３の測定値、または、再生運転の実行時間等に基づいて、再生運転の終了が決定されると、ヒータバイパス流路７１のバルブ２１１が徐々に閉じられるとともに、バルブ２１２が開かれる。また、ガス温度切替部５ａが、バルブ２３１を閉じ、ヒータ５１をＯＦＦ状態とすることにより、高温ガス流入状態から通常ガス流入状態に切り替えられる。さらに、流路切替部６がバルブ６１を閉じ、バルブ６２，６３を開くことにより、バイパス状態から非バイパス状態に切り替えられる。このようにして、排気処理装置３ｂにおいて再生運転が終了し、通常運転が再開される。
【0079】
以上に説明したように、排気処理装置３ｂでは、硫黄吸着部４１の再生時に、硫黄吸着部４１を通過した排気と、ヒータバイパス流路（図８では、排気流路２の接続位置Ｐ３１と接続位置Ｐ１１との間の部分、および、ヒータバイパス流路７１）を通過した排気とが、硫黄吸着部４１の下流側の混合位置Ｐ１２にて混合される。これにより、混合位置Ｐ１２から下流側において安価な材料を使用することができ、排気処理装置３ｂの製造コストを削減することができる。
【0080】
また、制御部３０が、ガス温度切替部５ａを通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えて硫黄吸着部４１の再生を実行する際に、流路切替部６を非バイパス状態からバイパス状態に切り替える。これにより、硫黄吸着部４１の再生時における対象触媒（図８では、ＳＣＲ触媒４２２）の硫黄被毒を抑制することができる。
【0081】
排気処理装置３ｂでは、排気流路２においてターボチャージャ１６のタービン１６１が設けられる。ガス温度切替部５ａが通常ガス流入状態である際に、タービン１６１を通過した排気が硫黄吸着部４１および触媒部４２に流入する。ガス温度切替部５ａが高温ガス流入状態である際に（すなわち、硫黄吸着部４１の再生時に）、排気流路２においてエンジン１０とタービン１６１との間から取り出される排気が、ヒータ５１により加熱されて硫黄吸着部４１に流入する。このように、エンジン１０から排出され、タービン１６１を通過していない高温の排気を、硫黄吸着部４１の再生に利用することにより、ヒータ５１における消費エネルギーを低減することができる。
【0082】
なお、再生運転において、補助流路２３から取り出される排気（抽気）の温度が十分に高い場合には、ヒータ５１が省略されてもよい。これにより、船内において排気処理装置３ｂの省スペース化、および、エネルギーの有効活用が可能となる。また、ヒータ５１による排気の加熱は、補助的に（必要に応じて）行われるのみであってよい。また、補助流路２３から取り出される排気の温度が高過ぎる場合には、図８のバルブ２１２を開くとともに開度を調整することにより、当該排気とタービン１６１を通過した排気とを混合し、温度がある程度低下した排気を硫黄吸着部４１に流入させることも可能である。後述の図９の排気処理装置３ｃにおいて同様である。
【0083】
（第４実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態に係る排気処理装置３ｃの構成を示す図である。図４の排気処理装置３ｃでは、図７の排気処理装置３ｂと比較して、硫黄吸着部４１とメタン酸化触媒４２１とが個別の容器に収容される点で相違する。また、図４の排気処理装置３ａと同様に、補助流路２２、バルブ２２１，２２２が追加される。他の構成は、図７の排気処理装置３ｂと同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
図９は、本発明の第４実施形態に係る排気処理装置３ｃの構成を示す図である。図４の排気処理装置３ｃでは、図７の排気処理装置３ｂと比較して、硫黄吸着部４１とメタン酸化触媒４２１とが個別の容器に収容される点で相違する。また、図４の排気処理装置３ａと同様に、補助流路２２、バルブ２２１，２２２が追加される。他の構成は、図７の排気処理装置３ｂと同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。
【0084】
補助流路２２の一端は、排気流路２（図９中の太い実線参照）における硫黄吸着部４１とメタン酸化触媒４２１との間の接続位置Ｐ２１に接続される。補助流路２２の他端は、ヒータバイパス流路７１におけるバルブ２１１と接続位置Ｐ１２との間の接続位置Ｐ２２に接続される。バルブ２２１は、補助流路２２に設けられる。バルブ２２２は、排気流路２において接続位置Ｐ２１とメタン酸化触媒４２１との間に設けられる。排気処理装置３ｃでは、補助流路２２と、ヒータバイパス流路７１の接続位置Ｐ２２と接続位置Ｐ１２との間の部分とにより、メタン酸化触媒４２１を迂回する他の触媒バイパス流路７６ａが構成される。また、バルブ２２１，２２２，２１３により、他の流路切替部６ａが構成される。流路切替部６ａが、バルブ２２１を開き、バルブ２２２，２１３を閉じることにより、接続位置Ｐ２１に流入する排気がメタン酸化触媒４２１を流れず、触媒バイパス流路７６ａを流れるバイパス状態となる。また、バルブ２２１を閉じ、バルブ２２２，２１３を開くことにより、接続位置Ｐ２１に流入する排気がメタン酸化触媒４２１を流れ、触媒バイパス流路７６ａを流れない非バイパス状態となる。
【0085】
排気処理装置３ｃにおける通常運転では、バルブ２３１，２１１，２２１，６１を閉じ、他のバルブ２１２，２２２，２１３，６２，６３を開くことにより、排気が排気流路２に沿って流れる。このとき、排気はヒータ５１に流入せず、ヒータ５１はＯＦＦ状態である。すなわち、ガス温度切替部５ａが、硫黄吸着部４１に通常温度の排気が流れる通常ガス流入状態である。また、流路切替部６ａは、排気がメタン酸化触媒４２１を流れ、触媒バイパス流路７６ａを流れない非バイパス状態である。流路切替部６は、排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れ、触媒バイパス流路７６を流れない非バイパス状態である。制御部３０では、測定ユニット３１の硫黄濃度測定部３１３の測定値、または、メタン濃度測定部３１２の測定値等に基づいて、硫黄吸着部４１の再生の実行が決定される。
【0086】
図１０は、排気処理装置３ｃにおける再生運転を説明するための図である。排気処理装置３ｃにおける再生運転では、ヒータバイパス流路７１のバルブ２１１が徐々に開かれるとともに、バルブ２１２が閉じられる。また、ガス温度切替部５ａが、バルブ２３１を開き、ヒータ５１をＯＮ状態とすることにより、通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えられる。さらに、流路切替部６ａが、補助流路２２のバルブ２２１を開き、バルブ２２２，２１３を閉じることにより、排気がメタン酸化触媒４２１を流れず、触媒バイパス流路７６ａを流れるバイパス状態が形成される。
【0087】
接続位置Ｐ３１では、エンジン１０から排出された排気の一部が、ヒータ５１に向かって流れる（図１０中の太い破線参照）。排気の残りは、タービン１６１および接続位置Ｐ１１を通過してヒータバイパス流路７１に流入する（図１０中の太い一点鎖線参照）。ヒータ５１を通過した排気は、接続位置Ｐ３２を介して硫黄吸着部４１に流入する。これにより、硫黄吸着部４１に吸着している硫黄含有物が脱着する。硫黄吸着部４１を通過した排気は、接続位置Ｐ２１を経由して接続位置Ｐ２２へと向かい、ヒータバイパス流路７１を通過途中の排気と混合される。このように、接続位置Ｐ２２は、ヒータ５１を通過した高温の排気と、ヒータ５１を不通過の排気とが混合される混合位置である。混合位置Ｐ２２における混合後の排気の温度は、制限温度以下となる。混合後の排気は、ヒータバイパス流路７１における接続位置Ｐ２２と接続位置Ｐ１２との間の部分を通過する。
【0088】
既述のように、排気処理装置３ｃでは、流路切替部６ａがバイパス状態であり、ヒータ５１を通過した高温の排気は、メタン酸化触媒４２１を流れない。これにより、高濃度の硫黄含有物を含む排気による、メタン酸化触媒４２１の硫黄被毒が防止される。また、再生運転では、流路切替部６がバルブ６１を開き、バルブ６２，６３を閉じる。これにより、接続位置Ｐ１２を通過した排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れず、触媒バイパス流路７６を流れるバイパス状態が形成される。その結果、高濃度の硫黄含有物を含む排気による、ＳＣＲ触媒４２２の硫黄被毒が防止される。
【0089】
制御部３０では、硫黄濃度測定部３１３の測定値、または、再生運転の実行時間等に基づいて、硫黄吸着部４１の再生の終了が決定されると、バルブ２２２，２１３が開かれ、補助流路２２のバルブ２２１が閉じられる。これにより、メタン酸化触媒４２１を再生する追加再生運転が実行される。
【0090】
図１１は、排気処理装置３ｃにおける追加再生運転を説明するための図である。追加再生運転では、ヒータ５１および硫黄吸着部４１を通過した高温の排気がメタン酸化触媒４２１を通過し（図１１中の太い破線参照）、メタン酸化触媒４２１に吸着している硫黄含有物が脱着する。追加再生運転では、ヒータ５１による排気の加熱温度が、硫黄吸着部４１を再生する再生運転時の加熱温度と相違してもよい。排気処理装置３ｃでは、硫黄吸着部４１の再生、および、メタン酸化触媒４２１の再生を、それぞれに適した個別の温度条件にて行うことが可能である。メタン酸化触媒４２１を通過した排気は、接続位置Ｐ１２へと向かい、ヒータバイパス流路７１を通過した排気（図１１中の太い一点鎖線参照）と混合される。このように、接続位置Ｐ１２は、ヒータ５１を通過した高温の排気と、ヒータ５１を不通過の排気とが混合される混合位置である。混合位置Ｐ１２における混合後の排気の温度は、制限温度以下となる。
【0091】
また、追加再生運転では、流路切替部６がバルブ６１を閉じ、バルブ６２，６３を開く。これにより、接続位置Ｐ１２を通過した排気が触媒バイパス流路７６を流れず、尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れる非バイパス状態が形成される。メタン酸化触媒４２１では、硫黄含有物の吸着量が少ないため、排気に含まれる硫黄含有物の濃度は十分に低い。したがって、ＳＣＲ触媒４２２では、酸性硫安や硫安の析出による触媒活性の低下が発生することなく、窒素酸化物が還元される。なお、メタン酸化触媒４２１における硫黄含有物の吸着量等によっては、追加再生運転において、流路切替部６がバイパス状態を維持してもよい。これにより、ＳＣＲ触媒４２２の硫黄被毒がより確実に防止される。
【0092】
制御部３０では、硫黄濃度測定部３１３の測定値、または、追加再生運転の実行時間等に基づいて、追加再生運転の終了が決定されると、ヒータバイパス流路７１のバルブ２１１が徐々に閉じられるとともに、バルブ２１２が開かれる。また、ガス温度切替部５ａが、バルブ２３１を閉じ、ヒータ５１をＯＦＦ状態とすることにより、高温ガス流入状態から通常ガス流入状態に切り替えられる。これにより、排気処理装置３ｃにおいて再生運転が終了し、通常運転が再開される。
【0093】
図４の排気処理装置３ａと同様に、メタン酸化触媒４２１の硫黄被毒が硫黄吸着部４１により十分に抑えられる場合には、追加再生運転が省略されてもよい。高温ガス流入状態における排気の温度によっては、メタン酸化触媒４２１において熱による焼結（シンタリング）による劣化が引き起こされる可能性があるため、追加再生運転を省略する場合（すなわち、硫黄吸着部４１を再生する再生運転のみを行う場合）、メタン酸化触媒４２１の焼結による劣化が防止される。
【0094】
以上に説明したように、排気処理装置３ｃでは、硫黄吸着部４１の再生時に、硫黄吸着部４１を通過した排気と、ヒータバイパス流路（図１０では、排気流路２の接続位置Ｐ３１と接続位置Ｐ１１との間の部分、および、ヒータバイパス流路７１の接続位置Ｐ１１と混合位置Ｐ２２との間の部分）を通過した排気とが、硫黄吸着部４１の下流側の混合位置Ｐ２２にて混合される。これにより、追加再生運転を省略する場合には、混合位置Ｐ２２から下流側において安価な材料を使用することができる。追加再生運転を行う場合には、メタン酸化触媒４２１の再生時の混合位置Ｐ１２から下流側において安価な材料を使用することができる。
【0095】
また、制御部３０が、ガス温度切替部５ａを通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えて硫黄吸着部４１の再生を実行する際に、流路切替部６を非バイパス状態からバイパス状態に切り替える。これにより、硫黄吸着部４１の再生時における対象触媒（図１０では、ＳＣＲ触媒４２２）の硫黄被毒を抑制することができる。
【0096】
排気処理装置３ｃでは、硫黄吸着部４１の再生時に、排気流路２においてエンジン１０とタービン１６１との間から取り出される排気が、ヒータ５１により加熱されて硫黄吸着部４１に流入する。このように、エンジン１０から排出され、タービン１６１を通過していない高温の排気を、硫黄吸着部４１の再生に利用することにより、ヒータ５１における消費エネルギーを低減することができる。
【0097】
排気処理装置３ｃは、他の触媒バイパス流路７６ａと、他の流路切替部６ａとをさらに備える。触媒バイパス流路７６ａは、排気流路２に設けられ、メタン酸化触媒４２１を迂回する。流路切替部６ａは、排気が触媒バイパス流路７６ａを流れるバイパス状態と、排気がメタン酸化触媒４２１を流れる非バイパス状態とが切替可能である。制御部３０が、硫黄吸着部４１の再生を実行する際に、流路切替部６ａを非バイパス状態からバイパス状態に切り替える。これにより、硫黄吸着部４１の再生時におけるメタン酸化触媒４２１の硫黄被毒を抑制することができる。
【0098】
（第５実施形態）
図１２は、本発明の第５実施形態に係る排気処理装置３ｄの構成を示す図である。図１２の排気処理装置３ｄでは、図１の排気処理装置３と比較して、ヒータ５１、硫黄吸着部４１、メタン酸化触媒４２１およびヒータバイパス流路７１ａが、排気流路２（図１２中の太い実線参照）におけるエンジン１０とタービン１６１との間に設けられる点で相違する。他の構成は、図１の排気処理装置３と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。なお、図１２では、ヒータ５１、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１が１つの反応容器４０に収容されるが、ヒータ５１、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１は、図１２の順序を維持しつつ個別の容器に収容されてもよい。
図１２は、本発明の第５実施形態に係る排気処理装置３ｄの構成を示す図である。図１２の排気処理装置３ｄでは、図１の排気処理装置３と比較して、ヒータ５１、硫黄吸着部４１、メタン酸化触媒４２１およびヒータバイパス流路７１ａが、排気流路２（図１２中の太い実線参照）におけるエンジン１０とタービン１６１との間に設けられる点で相違する。他の構成は、図１の排気処理装置３と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。なお、図１２では、ヒータ５１、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１が１つの反応容器４０に収容されるが、ヒータ５１、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１は、図１２の順序を維持しつつ個別の容器に収容されてもよい。
【0099】
排気処理装置３ｄでは、排気流路２において排気マニホールド１２からタービン１６１に向かって、ヒータ５１、硫黄吸着部４１、メタン酸化触媒４２１が順に配置される。ヒータバイパス流路７１ａの一端は、排気流路２における排気マニホールド１２とヒータ５１との間の接続位置Ｐ５１に接続される。ヒータバイパス流路７１ａの他端は、排気流路２におけるメタン酸化触媒４２１とタービン１６１との間の接続位置Ｐ５２に接続される。ヒータバイパス流路７１ａには、バルブ２１４が設けられる。バルブ２１４は、例えば、流量調整バルブであり、制御部３０がバルブ２１４の開度を調整することにより、ヒータバイパス流路７１ａを流れる排気の流量が調整可能である。排気流路２において、接続位置Ｐ５１とヒータ５１との間にはバルブ２１５が設けられ、メタン酸化触媒４２１と接続位置Ｐ５２との間にはバルブ２１６が設けられる。制御部３０によりバルブ２１５，２１６の開閉が制御される。
【0100】
排気処理装置３ｄにおける通常運転では、バルブ２１４，６１を閉じ、他のバルブ２１５，２１６，６２，６３を開くことにより、排気が排気流路２に沿って流れる。このとき、ヒータ５１はＯＦＦ状態である。すなわち、ガス温度切替部５が、硫黄吸着部４１に通常温度の排気が流れる通常ガス流入状態である。排気に含まれる硫黄含有物は、硫黄吸着部４１に吸着する。メタン酸化触媒４２１では、排気に含まれるメタンが酸化される。メタン酸化触媒４２１を通過した排気は、接続位置Ｐ５２およびタービン１６１を経由して接続位置Ｐ１３に向かう。流路切替部６は、非バイパス状態であり、排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れる。ＳＣＲ触媒４２２では、排気に含まれる窒素酸化物が還元される。制御部３０では、測定ユニット３１の硫黄濃度測定部３１３の測定値、または、メタン濃度測定部３１２の測定値等に基づいて、硫黄吸着部４１の再生の実行が決定される。
【0101】
図１３は、排気処理装置３ｄにおける再生運転を説明するための図である。排気処理装置３ｄにおける再生運転では、ヒータバイパス流路７１ａのバルブ２１４が徐々に開かれる。また、ガス温度切替部５が、ヒータ５１をＯＮ状態とすることにより、通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えられる。
【0102】
接続位置Ｐ５１では、排気の一部がヒータ５１に向かって流れ（図１３中の太い破線参照）、排気の残りがヒータバイパス流路７１ａに流入する（図１３中の太い一点鎖線参照）。ヒータ５１を通過した排気は、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１に流入する。これにより、硫黄吸着部４１およびメタン酸化触媒４２１に吸着している硫黄含有物が脱着する。メタン酸化触媒４２１を通過した排気は、接続位置Ｐ５２へと向かい、ヒータバイパス流路７１ａを通過した排気と混合される。このように、接続位置Ｐ５２は、ヒータ５１を通過した高温の排気と、ヒータ５１を不通過の排気とが混合される混合位置である。混合位置Ｐ５２における混合後の排気の温度は、制限温度以下となる。混合後の排気は、タービン１６１を経由して接続位置Ｐ１３に向かう。
【0103】
再生運転では、流路切替部６がバルブ６１を開き、バルブ６２，６３を閉じる。これにより、接続位置Ｐ１３に到達した排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れず、触媒バイパス流路７６を流れるバイパス状態が形成される。その結果、高濃度の硫黄含有物を含む排気による、ＳＣＲ触媒４２２の硫黄被毒が防止される。
【0104】
制御部３０では、硫黄濃度測定部３１３の測定値、または、再生運転の実行時間等に基づいて、再生運転の終了が決定されると、ヒータバイパス流路７１ａのバルブ２１４が徐々に閉じられる。また、ガス温度切替部５が、ヒータ５１をＯＦＦ状態とすることにより、高温ガス流入状態から通常ガス流入状態に切り替えられる。さらに、流路切替部６がバルブ６１を閉じ、バルブ６２，６３を開くことにより、バイパス状態から非バイパス状態に切り替えられる。このようにして、排気処理装置３ｄにおいて再生運転が終了し、通常運転が再開される。
【0105】
以上に説明したように、排気処理装置３ｄでは、硫黄吸着部４１の再生時に、硫黄吸着部４１を通過した排気と、ヒータバイパス流路７１ａを通過した排気とが、硫黄吸着部４１の下流側の混合位置Ｐ５２にて混合される。これにより、混合位置Ｐ５２から下流側において安価な材料を使用することができ、排気処理装置３ｄの製造コストを削減することができる。
【0106】
また、制御部３０が、ガス温度切替部５を通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えて硫黄吸着部４１の再生を実行する際に、流路切替部６を非バイパス状態からバイパス状態に切り替える。これにより、硫黄吸着部４１の再生時における対象触媒（図１３では、ＳＣＲ触媒４２２）の硫黄被毒を抑制することができる。
【0107】
排気処理装置３ｄでは、排気流路２においてターボチャージャ１６のタービン１６１が設けられ、エンジン１０とタービン１６１との間にメタン酸化触媒４２１が設けられる。このように、高圧の排気中にメタン酸化触媒４２１を配置することにより、メタン酸化触媒４２１の活性を上昇させて排気中のメタンを効率よく酸化させることができる。また、排気流路２においてエンジン１０とタービン１６１との間に硫黄吸着部４１が設けられることにより、メタン酸化触媒４２１およびＳＣＲ触媒４２２の活性低下の抑制に加えて、タービン１６１においてブレードの硫酸腐食や、ブレードおよびケーシング内の硫黄由来の堆積物の析出を抑制することができる。
【0108】
（第６実施形態）
図１４は、本発明の第６実施形態に係る排気処理装置３ｅの構成を示す図である。図１４の排気処理装置３ｅでは、図１２の排気処理装置３ｄと比較して、ヒータ５１および硫黄吸着部４１のみが反応容器４０に収容され、メタン酸化触媒４２１が個別の容器に収容される点で相違する。また、補助流路２２ａ、バルブ２２３，２２４が追加される。他の構成は、図１２の排気処理装置３ｄと同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。なお、ヒータ５１および硫黄吸着部４１は、図１４の順序を維持しつつ個別の容器に収容されてもよい。
図１４は、本発明の第６実施形態に係る排気処理装置３ｅの構成を示す図である。図１４の排気処理装置３ｅでは、図１２の排気処理装置３ｄと比較して、ヒータ５１および硫黄吸着部４１のみが反応容器４０に収容され、メタン酸化触媒４２１が個別の容器に収容される点で相違する。また、補助流路２２ａ、バルブ２２３，２２４が追加される。他の構成は、図１２の排気処理装置３ｄと同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。なお、ヒータ５１および硫黄吸着部４１は、図１４の順序を維持しつつ個別の容器に収容されてもよい。
【0109】
補助流路２２ａの一端は、排気流路２（図１４中の太い実線参照）における硫黄吸着部４１とメタン酸化触媒４２１との間の接続位置Ｐ６１に接続される。補助流路２２ａの他端は、ヒータバイパス流路７１ａにおけるバルブ２１４と接続位置Ｐ５２との間の接続位置Ｐ６２に接続される。バルブ２２３は、補助流路２２ａに設けられる。バルブ２２４は、排気流路２において接続位置Ｐ６１とメタン酸化触媒４２１との間に設けられる。排気処理装置３ｅでは、補助流路２２ａと、ヒータバイパス流路７１ａの接続位置Ｐ６２と接続位置Ｐ５２との間の部分とにより、メタン酸化触媒４２１を迂回する他の触媒バイパス流路７６ｂが構成される。また、バルブ２２３，２２４，２１６により、他の流路切替部６ｂが構成される。流路切替部６ｂが、バルブ２２３を開き、バルブ２２４，２１６を閉じることにより、接続位置Ｐ６１に流入する排気がメタン酸化触媒４２１を流れず、触媒バイパス流路７６ｂを流れるバイパス状態となる。また、バルブ２２３を閉じ、バルブ２２４，２１６を開くことにより、接続位置Ｐ６１に流入する排気がメタン酸化触媒４２１を流れ、触媒バイパス流路７６ｂを流れない非バイパス状態となる。
【0110】
排気処理装置３ｅにおける通常運転では、バルブ２１４，２２３，６１を閉じ、他のバルブ２１５，２２４，２１６，６２，６３を開くことにより、排気が排気流路２に沿って流れる。このとき、ヒータ５１はＯＦＦ状態であり、排気の加熱は行われない。すなわち、ガス温度切替部５が、硫黄吸着部４１に通常温度の排気が流れる通常ガス流入状態である。排気に含まれる硫黄含有物は、硫黄吸着部４１に吸着する。流路切替部６ｂは、排気がメタン酸化触媒４２１を流れ、触媒バイパス流路７６ｂを流れない非バイパス状態である。メタン酸化触媒４２１では、排気に含まれるメタンが酸化される。メタン酸化触媒４２１を通過した排気は、接続位置Ｐ５２およびタービン１６１を経由して接続位置Ｐ１３に向かう。流路切替部６は、排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れ、触媒バイパス流路７６を流れない非バイパス状態である。ＳＣＲ触媒４２２では、排気に含まれる窒素酸化物が還元される。制御部３０では、測定ユニット３１の硫黄濃度測定部３１３の測定値、または、メタン濃度測定部３１２の測定値等に基づいて、硫黄吸着部４１の再生の実行が決定される。
【0111】
図１５は、排気処理装置３ｅにおける再生運転を説明するための図である。排気処理装置３ｅにおける再生運転では、流路切替部６ｂが、補助流路２２ａのバルブ２２３を開き、バルブ２２４，２１６を閉じる。これにより、排気がメタン酸化触媒４２１を流れず、触媒バイパス流路７６ｂを流れるバイパス状態が形成される。また、ヒータバイパス流路７１ａのバルブ２１４が徐々に開かれる。さらに、ガス温度切替部５が、ヒータ５１をＯＮ状態とすることにより、通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えられる。
【0112】
接続位置Ｐ５１では、排気の一部がヒータ５１に向かって流れ（図１５中の太い破線参照）、排気の残りがヒータバイパス流路７１ａに流入する（図１５中の太い一点鎖線参照）。ヒータ５１を通過した排気は、硫黄吸着部４１に流入する。これにより、硫黄吸着部４１に吸着している硫黄含有物が脱着する。硫黄吸着部４１を通過した排気は、接続位置Ｐ６１を経由して接続位置Ｐ６２へと向かい、ヒータバイパス流路７１ａを通過途中の排気と混合される。このように、接続位置Ｐ６２は、ヒータ５１を通過した高温の排気と、ヒータ５１を不通過の排気とが混合される混合位置である。混合位置Ｐ６２における混合後の排気の温度は、制限温度以下となる。混合後の排気は、ヒータバイパス流路７１ａにおける接続位置Ｐ６２と接続位置Ｐ５２との間の部分を通過する。
【0113】
既述のように、排気処理装置３ｅでは、流路切替部６ｂがバイパス状態であり、ヒータ５１を通過した高温の排気は、メタン酸化触媒４２１を流れない。これにより、高濃度の硫黄含有物を含む排気による、メタン酸化触媒４２１の硫黄被毒が防止される。接続位置Ｐ５２を通過した排気は、タービン１６１を経由して接続位置Ｐ１３に向かう。再生運転では、流路切替部６がバルブ６１を開き、バルブ６２，６３を閉じる。これにより、接続位置Ｐ５２を通過した排気が尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れず、触媒バイパス流路７６を流れるバイパス状態が形成される。その結果、高濃度の硫黄含有物を含む排気による、ＳＣＲ触媒４２２の硫黄被毒が防止される。
【0114】
制御部３０では、硫黄濃度測定部３１３の測定値、または、再生運転の実行時間等に基づいて、硫黄吸着部４１の再生の終了が決定されると、バルブ２２４，２１６が開かれ、補助流路２２ａのバルブ２２３が閉じられる。これにより、メタン酸化触媒４２１を再生する追加再生運転が実行される。
【0115】
図１６は、排気処理装置３ｅにおける追加再生運転を説明するための図である。追加再生運転では、ヒータ５１および硫黄吸着部４１を通過した高温の排気がメタン酸化触媒４２１を通過し（図１６中の太い破線参照）、メタン酸化触媒４２１に吸着している硫黄含有物が脱着する。追加再生運転では、ヒータ５１による排気の加熱温度が、硫黄吸着部４１を再生する再生運転時の加熱温度と相違してもよい。排気処理装置３ｅでは、硫黄吸着部４１の再生、および、メタン酸化触媒４２１の再生を、それぞれに適した個別の温度条件にて行うことが可能である。メタン酸化触媒４２１を通過した排気は、接続位置Ｐ５２へと向かい、ヒータバイパス流路７１ａを通過した排気（図１６中の太い一点鎖線参照）と混合される。このように、接続位置Ｐ５２は、ヒータ５１を通過した高温の排気と、ヒータ５１を不通過の排気とが混合される混合位置である。混合位置Ｐ５２における混合後の排気の温度は、制限温度以下となる。
【0116】
また、追加再生運転では、流路切替部６がバルブ６１を閉じ、バルブ６２，６３を開く。これにより、接続位置Ｐ５２およびタービン１６１を通過した排気が触媒バイパス流路７６を流れず、尿素水供給部４２９およびＳＣＲ触媒４２２を流れる非バイパス状態が形成される。メタン酸化触媒４２１では、硫黄含有物の吸着量が少なく、排気に含まれる硫黄含有物の濃度は十分に低いため、ＳＣＲ触媒４２２において酸性硫安や硫安の析出による触媒活性の低下が発生することはない。なお、メタン酸化触媒４２１における硫黄含有物の吸着量等によっては、追加再生運転において、流路切替部６がバイパス状態を維持してもよい。これにより、ＳＣＲ触媒４２２の硫黄被毒がより確実に防止される。
【0117】
制御部３０では、硫黄濃度測定部３１３の測定値、または、追加再生運転の実行時間等に基づいて、追加再生運転の終了が決定されると、ヒータバイパス流路７１ａのバルブ２１４が徐々に閉じられる。また、ガス温度切替部５が、ヒータ５１をＯＦＦ状態とすることにより、高温ガス流入状態から通常ガス流入状態に切り替えられる。これにより、排気処理装置３ｅにおいて追加再生運転が終了し、通常運転が再開される。
【0118】
図４の排気処理装置３ａと同様に、メタン酸化触媒４２１の硫黄被毒が硫黄吸着部４１により十分に抑えられる場合には、追加再生運転が省略されてもよい。ヒータ５１により加熱された排気の温度によっては、メタン酸化触媒４２１において熱による焼結（シンタリング）による劣化が引き起こされる可能性があるため、追加再生運転を省略する場合（すなわち、硫黄吸着部４１を再生する再生運転のみを行う場合）、メタン酸化触媒４２１の焼結による劣化が防止される。
【0119】
以上に説明したように、排気処理装置３ｅでは、硫黄吸着部４１の再生時に、硫黄吸着部４１を通過した排気と、ヒータバイパス流路（図１５では、ヒータバイパス流路７１ａの接続位置Ｐ５１と混合位置Ｐ６２との間の部分）を通過した排気とが、硫黄吸着部４１の下流側の混合位置Ｐ６２にて混合される。これにより、追加再生運転を省略する場合には、混合位置Ｐ６２から下流側において安価な材料を使用することができる。追加再生運転を行う場合には、メタン酸化触媒４２１の再生時の混合位置Ｐ５２から下流側において安価な材料を使用することができる。
【0120】
また、制御部３０が、ガス温度切替部５を通常ガス流入状態から高温ガス流入状態に切り替えて硫黄吸着部４１の再生を実行する際に、流路切替部６を非バイパス状態からバイパス状態に切り替える。これにより、硫黄吸着部４１の再生時における対象触媒（図１５では、ＳＣＲ触媒４２２）の硫黄被毒を抑制することができる。
【0121】
排気処理装置３ｅでは、排気流路２において、エンジン１０とタービン１６１との間にメタン酸化触媒４２１が設けられることにより、メタン酸化触媒４２１の活性を上昇させて排気中のメタンを効率よく酸化させることができる。また、エンジン１０とタービン１６１との間に硫黄吸着部４１が設けられることにより、タービン１６１においてブレードの硫酸腐食や、ブレードやケーシング内の硫黄由来の堆積物の析出を抑制することができる。
【0122】
排気処理装置３ｅは、他の触媒バイパス流路７６ｂと、他の流路切替部６ｂとを備える。触媒バイパス流路７６ｂは、排気流路２に設けられ、メタン酸化触媒４２１を迂回する。流路切替部６ｂは、排気が触媒バイパス流路７６ｂを流れるバイパス状態と、排気がメタン酸化触媒４２１を流れる非バイパス状態とが切替可能である。制御部３０が、硫黄吸着部４１の再生を実行する際に、流路切替部６ｂを非バイパス状態からバイパス状態に切り替える。これにより、硫黄吸着部４１の再生時におけるメタン酸化触媒４２１の硫黄被毒を抑制することができる。
【0123】
上記排気処理装置３，３ａ～３ｅでは様々な変形が可能である。
【0124】
上記排気処理装置３，３ａ～３ｅでは、触媒部４２がメタン酸化触媒４２１およびＳＣＲ触媒４２２を含むが、触媒部４２がメタン酸化触媒４２１またはＳＣＲ触媒４２２の一方の触媒のみを含んでもよい。この場合も、当該一方の触媒を迂回する触媒バイパス流路を設け、硫黄吸着部４１を再生する際に、高温の排気が触媒バイパス流路を流れるバイパス状態とすることにより、当該一方の触媒の硫黄被毒を抑制することができる。触媒部４２が、メタン酸化触媒４２１およびＳＣＲ触媒４２２以外の触媒を含む場合も同様である。
【0125】
排気処理装置３，３ａ～３ｅでは、硫黄吸着部４１が省略されてもよい。硫黄吸着部４１を省略した排気処理装置３，３ａ～３ｅでは、通常運転において、メタン酸化触媒４２１に硫黄含有物が吸着する。すなわち、メタン酸化触媒４２１は、排気に含まれるメタンを酸化するとともに、排気中の硫黄を含む物質を吸着することにより、硫黄吸着部としても機能する。この場合も、硫黄吸着部であるメタン酸化触媒４２１を再生する際に、高温の排気が触媒バイパス流路７６を流れるバイパス状態とすることにより、ＳＣＲ触媒４２２の硫黄被毒を抑制することができる。
【0126】
排気処理装置３，３ａ～３ｅの設計によっては、ヒータバイパス流路７１，７１ａが省略されてもよい。
【0127】
上記実施形態では、排気処理装置３，３ａ～３ｅが、船舶に設けられる場合について説明したが、排気処理装置３，３ａ～３ｅは、発電所等、エンジンが用いられる様々な設備に設けられてもよい。また、エンジンにおいてメタンを含まない燃料が用いられてもよく、排気処理装置３，３ａ～３ｅが、メタン酸化触媒４２１を含まなくてもよい。
【0128】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【0129】
２ 排気流路
３，３ａ～３ｅ 排気処理装置
５，５ａ ガス温度切替部
６，６ａ，６ｂ 流路切替部
１０ エンジン
１６ ターボチャージャ
３０ 制御部
４１ 硫黄吸着部
４２ 触媒部
５１ ヒータ
１６１ タービン
４２１ メタン酸化触媒
４２２ ＳＣＲ触媒
７６，７６ａ，７６ｂ 触媒バイパス流路
３，３ａ～３ｅ 排気処理装置
５，５ａ ガス温度切替部
６，６ａ，６ｂ 流路切替部
１０ エンジン
１６ ターボチャージャ
３０ 制御部
４１ 硫黄吸着部
４２ 触媒部
５１ ヒータ
１６１ タービン
４２１ メタン酸化触媒
４２２ ＳＣＲ触媒
７６，７６ａ，７６ｂ 触媒バイパス流路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】