JP2013189979A - バイパスシステムを有するｓｃｒシステム - Google Patents

Abstract

【課題】船舶の排出ガス設備から出た排出ガスを船舶で浄化して排気するための船舶のＳＣＲシステムを開示する。
【解決手段】本発明のＳＣＲシステムは、排出ガス設備１から出た排気ガスを浄化する、触媒を含むＳＣＲリアクタ２と、非正常状態では排気ガスがＳＣＲリアクタを迂回して流れるようにするバイパスライン１６と、ＳＣＲリアクタ内に還元剤を供給する還元剤供給ライン４と、ＳＣＲリアクタの触媒に空気を供給して異物を除去するエアースートブロワ８とを含み、還元剤供給ライン又はエアースートブロワに空気を供給するように分岐されるツーウェイエアーライン３を設けた。
【選択図】図６

Description

本発明は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するＳＣＲシステムに関するもので、特に、船舶で発生する排気ガスを浄化するＳＣＲシステムに関するものである。本発明は、あらゆる船舶に適用可能であって、各種規制を満足するように開発されたものである。

ＳＣＲシステムは、船舶運転中に発生する排気ガス中のＮＯｘの低減に用いられている。例えば、ＳＣＲシステムは、船舶のエンジン又はＬＮＧ運搬船に装着されたボイラにおける窒素酸化物の低減のためにも要求されている。ＳＣＲシステムは、選択的触媒還元法を用いたＮＯｘ低減システムであって、触媒中に排気ガスと還元剤を同時に通過させながら、ＮＯｘを還元剤と反応させることによって窒素と水蒸気に還元処理するように構成される。最近になって、船舶のＳＣＲシステムを改善するための多くの努力がなされてきたが、そのような努力にもかかわらず、船舶の持つ特殊性、例えば、海上での移動及び振動、そして、それによって負荷変数が多いことから、目立つほどの結果が得られていない実情である。

一般に、ＳＣＲシステムは、ＮＯｘ低減のための還元剤としてＮＨ_３と尿素を用いる。また、ＳＣＲシステムは、３３０℃〜４００℃の活性温度範囲を有する高温触媒を用いる。したがって、従来のＳＣＲシステムは、前記活性温度範囲の条件に合わせて反応効率を高めるために、触媒が設置されたＳＣＲリアクタのケーシングの前端に排気ガスを加熱する再加熱システム（ｒｅｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）が設置される。また、従来のＳＣＲシステムは、ＳＣＲリアクタで反応を終えた排気ガス中に含まれたＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）、粉塵及び微細埃を減少させるために、ＳＣＲリアクタのケーシングの後端に集塵設備を備えている。

再加熱システム及び／又は集塵設備により、ＳＣＲシステム全体の大きさが増大する。したがって、相対的に狭小な船舶に従来のＳＣＲシステムを適用するのは、船舶の遊休空間をより減少させるという点で非常に不利である。また、ＳＣＲシステムは、船舶の条件を考慮して設計しなければならないが、前記再加熱システム及び／又は集塵設備は、船舶の条件を考慮したＳＣＲシステムの全体的な設計を困難にする原因になる。さらに、再加熱システム及び／又は集塵設備によってＳＣＲシステムの設置費用が大きく増加するようになり、再加熱システムと集塵設備の運転によって発生する費用も増加する。

また、従来の船舶のＳＣＲシステムにおいては、還元剤である尿素又はＮＨ_３をＳＣＲリアクタ内に供給するために高圧のエアーが要求されるが、このような高圧のエアーを還元剤が供給されるラインに案内するために、そして、コンプレッサを用いるためには、複雑な配管や設備が要求されるという問題がある。さらに、従来の技術においては、尿素又はＮＨ_３を高い純度でＳＣＲリアクタに供給するのに限界があった。

特に、従来の船舶のＳＣＲシステムにおいては、異常又は緊急状況が発生したとき、排出ガス設備（例えば、エンジン又はボイラなど）の作動を止められず、異常部位、故障部品又は作動不調の部品を修理又は交換することが不可能又は困難であるという問題がある。

本発明の目的は、システム内で異常又は緊急状況が発生したとき、排出ガス設備の作動を止めずにも、システム内の故障又は作動不調の部位又は部品を修理又は交換できるように、ＳＣＲリアクタを迂回するバイパスシステムを設けた船舶のＳＣＲシステムを提供することにある。

本発明の一側面によって、船舶の排出ガス設備から出た排出ガスを船舶で浄化して排気するための船舶のＳＣＲシステムが提供される。前記船舶のＳＣＲシステムは、前記排出ガス設備から出た排気ガスを浄化する、触媒を含むＳＣＲリアクタと、非正常状態では前記排気ガスが前記ＳＣＲリアクタを迂回して流れるようにするバイパスラインと、前記ＳＣＲリアクタ内に還元剤を供給する還元剤供給ラインと、前記ＳＣＲリアクタの触媒に空気を供給して異物を除去するエアースートブロワとを含み、前記還元剤供給ライン又は前記エアースートブロワに空気を供給するように分岐されるツーウェイエアーラインを設けたことを特徴とする。

本発明において、前記還元剤供給ラインに前記ツーウェイエアーラインから空気の供給を受けて前記ＳＣＲリアクタの前端で前記還元剤を注入する注入ノズルを設けることが好ましい。

本発明において、前記ＳＣＲリアクタに前記船舶から発生する振動を吸収する懸架構造の防振装置を設けることが好ましい。この場合、前記ＳＣＲリアクタの前端及び後端に前記防振装置の作動のためのフレキシブルジョイントを設けることが好ましい。

本発明において、前記ＳＣＲリアクタの内部に異物を集塵する集塵構造を有し、前記ＳＣＲリアクタの後端に前記排気ガスの残留成分を分析するアナライザを設けることが好ましい。

本発明において、前記バイパスラインの両端にそれぞれ設けられ、正常状態では前記バイパスラインを閉鎖し、非正常状態では前記バイパスラインを開放するバイパスダンパと、前記ＳＣＲリアクタの前端に設けられ、前記還元剤と前記排気ガスを混合するミキサと、前記ＳＣＲリアクタの前端に設けられ、前記排気ガスを触媒に均一に分布させるダンパとを更に含むことが好ましい。

本発明によれば、ＳＣＲリアクタから迂回して排気ガスが流れるようにするバイパスシステムにより、システム内で異常又は緊急状況が発生したとき、排出ガス設備の作動を止めずに、システム内の故障又は作動不調の部位又は部品を修理又は交換することができる。

本発明の第１の実施例に係る船舶のＳＣＲシステムを説明するための図である。 本発明の第２の実施例に係る船舶のＳＣＲシステムを説明するための図である。 本発明の第３の実施例に係る船舶のＳＣＲシステムを説明するための図である。 図３に示した第３の実施例の変形例を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る船舶のＳＣＲシステムを説明するための図である。 図５に示した第４の実施例の変形例を示す図である。

以下、添付の各図面を参照して本発明の各実施例を詳細に説明する。次に紹介する各実施例は、当業者に本発明の思想を十分に伝達するために例として提供するものである。したがって、本発明は、以下で説明する各実施例に限定されず、他の形態で具体化されることも可能である。そして、各図面において、構成要素の幅、長さ及び厚さなどは、便宜上、誇張して表現することがある。明細書全般にわたって同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。また、下記の表１は、添付の各図面において記号で表された各要素又は信号の名称を説明している。

＜第１の実施例＞
図１は、本発明の第１の実施例に係る船舶のＳＣＲシステムを説明するための図である。詳細な説明及び特許請求の範囲に使用された用語「船舶」は、推進機関を有する一般的な意味の船舶はもちろん、海上に浮いている海上浮遊構造物を含む。

図１を参照すれば、本実施例のＳＣＲシステムは、前端が排出ガス設備１と連結されているＳＣＲリアクタ２を含む。排出ガス設備１は、船舶の推進用エンジン、その他の用途のエンジン、ＬＮＧ運搬船でのボイラ、又は船舶で燃焼によって排気ガスを排出する多様な種類の設備である。ＳＣＲリアクタ２には、選択的触媒還元方式で排気ガス中のＮＯｘを低減する触媒が内蔵される。ＳＣＲリアクタ２のケーシング内では、ＮＯｘが触媒の存在下で還元剤と反応することによって窒素に還元される。

本実施例に係る船舶のＳＣＲシステムは、これまで知られているシステムと異なり、ＳＣＲリアクタ２の前端に排気ガスを加熱する再加熱システムを備えていない。その代わりに、本システムは、前記ＳＣＲリアクタ２内に３２０℃未満、より望ましくは、３００℃未満の温度で活性化される触媒を含んでいる。触媒の活性化温度の下限は、排気ガスがＳＣＲリアクタ２を通過する時点を基準にして３２０℃未満、より望ましくは、３００℃未満で排気ガスの温度付近に定められる。すなわち、本実施例のシステムは、排気ガスが排出ガス設備１から出て進行しながら温度が下降することを考慮し、ＳＣＲリアクタ２を通過する排気ガスの温度に相応する活性化温度の触媒を選択して用いる。

また、前記ＳＣＲリアクタ２内には、互いに異なる活性化温度を有する２種以上の触媒が内蔵される。これは、ＳＣＲリアクタ２で触媒反応が行われる温度範囲を広げるのに寄与することができる。また、ＳＣＲリアクタ２内には、ＮＯｘ低減用触媒以外に、他の成分を低減する触媒がさらに設置される。

本実施例に係る船舶のＳＣＲシステムは、これまで知られているシステムと異なり、ＳＣＲリアクタ２の後端に集塵設備を備えていない。その代わりに、本実施例のシステムは、ＳＣＲリアクタ２の内部に集塵構造を有することができ、その集塵構造により、ＰＭ、粉塵又は微細埃がＳＣＲリアクタ２内で集塵される。

また、本実施例のシステムは、ＳＣＲリアクタ２の後端に排気ガス中のＮＯｘ、ＮＨ_３、ＰＭ、ＨＣ、ＳＯ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｏ_２などを感知できる各種センサ１１を備えることができる。また、前記システムは、前記センサ１１から得た情報を用いてＮＯｘ、ＮＨ_３、ＰＭ、ＨＣ、ＳＯ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｏ_２などの排気ガス内の残留成分を分析するためのアナライザ７をＳＣＲリアクタ２の後端に備えている。上述した各種センサ１１とアナライザ７は、ＥＣＵ５によって制御される。前記ＥＣＵ５は、前記センサ１１とアナライザ７はもちろん、各種バルブ又はポンプなどの機器を電子的に制御する。また、本実施例のシステムはＯＢＭシステム６を含むが、このＯＢＭシステムは、システム全体の制御、システムのモニタリング、システムのオン／オフ及び汚染物質（特に、ＮＯｘ）低減効率のディスプレイを担当する。

一方、本実施例に係る船舶のＳＣＲシステムは、ＳＣＲリアクタ２内又はその付近のエアースートブロワ８にエアーを供給するエアーライン３を含む。エアースートブロワ８は、エアーライン３から供給された空気をＳＣＲリアクタ２内の触媒に吹き込み、触媒中の異物を除去する機能を行う。

本実施例に係る船舶のＳＣＲシステムは、上述したようなＮＯｘ低減用還元剤をＳＣＲリアクタ２内に供給するために、還元剤供給ライン４を含む。前記還元剤供給ライン４は、ＮＨ_３又は尿素をＳＣＲリアクタ２内に供給し、前記供給されたＮＨ_３又は尿素は、触媒存在下で排気ガス中のＮＯｘと還元反応を起こす。

上述したエアーライン３は、前記エアースートブロワに向かうラインから分岐され、前記還元剤供給ライン４に連結されたラインを含む。以下、このようなエアーライン３の構造を「ツーウェイ」と称する。ツーウェイエアーライン３は、一つのラインが上述したエアースートブロワ８の作動に関与し、残りの一つのラインは、ＮＨ_３又は尿素をＳＣＲリアクタ２内の注入ノズル１２に押し出す作用をする。

また、本実施例に係る船舶のＳＣＲシステムは、ＳＣＲリアクタ２の入口側に排気ガスを触媒に均一に分布させるためのダンパ９を備えている。そして、ダンパ９の上流側のＳＣＲリアクタ２の前端には、排気ガスと尿素／ＮＨ_３を均一に混合するためのミキサ１０が設置される。前記ＳＣＲリアクタ２の前端にも各種センサ１１が設置されるが、これら各センサ１１は、排気ガスが精製される前、すなわち、排気ガスがＳＣＲリアクタ２を通過する前に、排気ガス中のＮＯｘ、ＮＨ_３、ＰＭ、ＨＣ、ＳＯ_２、ＣＯ、ＣＯ_２又はＯ_２などの含量を測定し、それを分析するためのもので、この分析された情報は、ＳＣＲリアクタ２を経由した精製された排気ガス中の成分情報と対比される。

＜第２の実施例：ワンウェイエアーライン＞
図２は、本発明の第２の実施例に係る船舶のＳＣＲシステムを示す図である。

図２を参照すれば、本実施例に係る船舶のＳＣＲシステムは、ＳＣＲリアクタ２にＮＨ_３／尿素を供給するための還元剤供給ライン４を含むが、前記還元剤供給ライン４は、上述した実施例のエアーライン３に連結されず、前記ＳＣＲリアクタ２の前端の注入ノズル１２に延長される。前記還元剤供給ライン４は、それ自体で、すなわち、自体に備えられたポンプなどの供給手段によりＮＨ_３／尿素を直接ＳＣＲリアクタ２の前端内の注入ノズル１２に送るので、配管をより単純化することができ、より純度の高い尿素又はＮＨ_３をＮＯｘ低減に用いることができる。このために、ポンプ自体又はポンプと連結された制御ラインには、尿素又はＮＨ_３の流量を制御する各機器が設置される。これによって、エアーライン３は、エアースートブロワ８の作動に関与する一つのラインを含み、以下では、このようなエアーラインを「ワンウェイエアーライン」と称する。本実施例の残りの構成は、上述した第１の実施例と同一であるので、それについての詳細な説明は省略する。

＜第３の実施例：耐振／免振／制振のための防振装置＞
図３は、本発明の第３の実施例に係る船舶のＳＣＲシステムを示す図である。

図３を参照すれば、本実施例に係る船舶のＳＣＲシステムにおいては、耐振／免振／制振のための防振装置１４がＳＣＲリアクタ２に設置される。船舶は、海上でそれ自体で又は波浪などによって動くので、振動が激しく、負荷の変数が多い。これに対応して、本システムは、前記ＳＣＲリアクタ２に防振装置１４を設置して構成される。このとき、前記防振装置１４としては、多様な構造が考慮されるが、そのうち懸架構造が好まれている。また、ＳＣＲリアクタ２に設置された防振装置１４がよく作動するように、前記ＳＣＲリアクタ２の前端及び後端の各管はフレキシブルな連結構造を有する。本実施例では、フレキシブルジョイント１３をＳＣＲリアクタ２の前端及び後端での管連結に用いた。図３に示したシステムは、ワンウェイエアーライン３を含むシステムである。

しかし、防振装置１４は、ツーウェイエアーラインを含むシステムにも適用可能であって、図４には、防振装置１４及びツーウェイエアーライン３を含むＳＣＲシステムの構成を示した。

残りの構成は、上述した第１の実施例及び第２の実施例とそれほど異なっていないので、残りの構成についての説明は省略する。

＜第４の実施例：バイパスシステム＞
図５は、本発明の第４の実施例に係る船舶のＳＣＲシステムを示す図である。

図５を参照すれば、本実施例に係る船舶のＳＣＲシステムは、異常状況及び／又は緊急状況が発生したとき、排出ガス設備１の作動をそのまま維持した状態で異常部位（特に、ＳＣＲリアクタ２の異常部位）を交換又は補修できるようにするバイパスシステムを含む。

本実施例において、バイパスシステムは、バイパスライン１６及びバイパスダンパ１７を含む。バイパスライン１６は、その両端がＳＣＲリアクタ２の前端と後端にそれぞれ連結される。正常状態ではＳＣＲリアクタ２を経由して流れていたガスが、異常又は緊急状況では、ＳＣＲリアクタ２の前端から後端までバイパスライン１６を介してＳＣＲリアクタ２を経由せずに迂回して流れる。一対の前記バイパスダンパ１７は、バイパスライン１６の両端にそれぞれ設置され、正常状態では、バイパスライン１６の両端部を閉鎖し、ＳＣＲリアクタ２の通路を開放するように構成され、異常又は緊急状況では、バイパスライン１６の両端部を開放し、ＳＣＲリアクタ２の通路を閉鎖するように構成される。

図５に示したＳＣＲシステムは、ワンウェイエアーライン３を含む船舶のＳＣＲシステムである。しかし、ツーウェイエアーラインを含むシステムにもバイパスライン及びバイパスダンパを適用することができ、図６には、バイパスライン１６、バイパスダンパ１７及びツーウェイエアーライン３を含むＳＣＲシステムの構成を示した。

残りの構成は、上述した各実施例とそれほど異なっていないので、それについての具体的な説明は省略する。

以上、ＳＣＲシステムが船舶に適用される例を主に説明したが、本発明のＳＣＲシステムは、ＮＯｘを含む排気ガスを排出する各設備が設置された陸上プラントにも適用される。

１…排出ガス設備、２…ＳＣＲリアクタ、３…ツーウェイエアーライン、４…還元剤供給ライン、５…ＥＣＵ、６…ＯＢＭシステム、７…アナライザ、８…エアースートブロワ、９…ダンパ、１０…ミキサ、１１…センサ、１２…注入ノズル。

Claims (6)

1. 船舶の排出ガス設備から出た排出ガスを浄化して排気するためのＳＣＲシステムであって、
   前記排出ガス設備から出た排気ガスを浄化する、触媒を含むＳＣＲリアクタと、
   非正常状態では前記排気ガスが前記ＳＣＲリアクタを迂回して流れるようにするバイパスラインと、
   前記ＳＣＲリアクタ内に還元剤を供給する還元剤供給ラインと、
   前記ＳＣＲリアクタの触媒に空気を供給して異物を除去するエアースートブロワとを含み、
   前記還元剤供給ライン又は前記エアースートブロワに空気を供給するように分岐されるツーウェイエアーラインを設けたことを特徴とするＳＣＲシステム。
2. 前記還元剤供給ラインに前記ツーウェイエアーラインから空気の供給を受けて前記ＳＣＲリアクタの前端で前記還元剤を注入する注入ノズルを設けたことを特徴とする請求項１に記載のＳＣＲシステム。
3. 前記ＳＣＲリアクタに前記船舶から発生する振動を吸収する懸架構造の防振装置を設けたことを特徴とする請求項２に記載のＳＣＲシステム。
4. 前記ＳＣＲリアクタの前端及び後端に前記防振装置の作動のためのフレキシブルジョイントを設けたことを特徴とする請求項３に記載のＳＣＲシステム。
5. 前記ＳＣＲリアクタの内部に異物を集塵する集塵構造を有し、
   前記ＳＣＲリアクタの後端に前記排気ガスの残留成分を分析するアナライザを設けたことを特徴とする請求項１に記載のＳＣＲシステム。
6. 前記バイパスラインの両端にそれぞれ設けられ、正常状態では前記バイパスラインを閉鎖し、非正常状態では前記バイパスラインを開放するバイパスダンパと、
   前記ＳＣＲリアクタの前端に設けられ、前記還元剤と前記排気ガスを混合するミキサと、
   前記ＳＣＲリアクタの前端に設けられ、前記排気ガスを触媒に均一に分布させるダンパとを更に含むことを特徴とする請求項５に記載のＳＣＲシステム。
   

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