JP2015211959A - 内燃機関、及び排気ガスから硫黄酸化物を除去する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スクラビングの効率を損なうことなく腐食の問題を減らし、同時に動作及び設置コストを減らす排気ガスから硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する方法及び内燃機関の提供。【解決手段】少なくとも、塩基貯蔵タンクＡ０と、バッファタンクＡ１と、スクラビングユニットＡ３とを有する排気系Ｂを具備し、塩基貯蔵タンクＡ０は、塩基ドーズラインＬ０を通ってバッファタンクＡ１に塩基を供給するためのドーズ装置を有し、バッファタンクＡ１は、スクラビング用の水の供給ラインＬ１を介してスクラビングユニットＡ２の準備されたスクラビング用の水の流入部に接続されたアルカリ性のスクラビング用の水の供給ラインＬ２の流出部を有し、スクラビングユニットＡ２は、使い尽くしたスクラビング用の水の流出部と、燃焼チャンバからの１以上の排気ガスＧ１ｎ流入部と、ＳＯｘ減少排気ガスＧ２流出部とを有する内燃機関。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の燃焼チャンバを備えた複数のシリンダと、排気系とを具備する、海洋船のための内燃機関に関する。排気系は、少なくとも、塩基貯蔵タンクと、バッファタンクと、スクラビングユニットとを有し、前記塩基貯蔵タンクは、塩基ドーズラインを通って前記バッファタンクに塩基を供給するためのドーズ装置を有し、前記バッファタンクには、さらに、準備されたスクラビング用の水の供給ラインを介して前記スクラビングユニットの準備されたスクラビング用の水の流入部に接続されたアルカリ性のスクラビング用の水の供給ラインの流出部が設けられ、前記バッファタンクは、さらに、スクラビング用の水の流入部を有し、前記スクラビングユニットは、さらに、スプリッタを介して前記スクラビング用の水の流入部に接続される、使い尽くしたスクラビング用の水の流出部を有し、前記スクラビングユニットは、さらに、前記燃焼チャンバから生じる１以上の排気ガス流入部と、ＳＯ_ｘ減少排気ガス流出部とを有する。他の態様では、本発明は、排気ガスから硫黄酸化物を除去する方法に関する。

低硫黄燃料油を燃焼するか、排気ガスを浄化することによって、船からのＳＯ_ｘの排出を削減する必要がある。過去数年、大口径の内燃機関ディーゼルエンジンの排気の放出に関する国際的及び国内的な法的要求がかなり厳密になってきている。排気ガスの浄化は、よりクリーンな燃料油を使用するよりも費用対効果が高いことが一般に認められている。

湿式ＳＯ_ｘスクラビングは、排気ガスから硫黄酸化物を除去するための方法である。概して、２つのタイプの湿式スクラバ技術がある。「開ループ動作」と定義される１つのタイプのスクラビングでは、海水が海からスクラバにポンプで汲まれ、続いて、再び海に放出される。海水は、当然、炭酸塩及び他の塩類を含み、海に戻すために放出する前に開ループ動作で酸性ガスを中和する。これは、国際公開第２００８／０１５４８７号パンフレットに記載されている。

「閉ループ動作」と定義される他のタイプのスクラビングでは、真水が閉ループでスクラバへとポンプで汲まれる。スクラバの水のｐＨ値は、スクラバの水が実質的に海に導かれないように、スクラバの水への塩基の追加、及びそれの再利用によって、所望の範囲内のｐＨに維持される。

ＳＯ_ｘの除去を容易にする化学反応は、開ループのスクラバでも閉ループのスクラバでも同じである。ＳＯ_ｘは、硫酸塩及びヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ^＋）の形成（又は硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）及び亜硫酸（Ｈ_２ＳＯ_３）の形成）の下で水及び酸素と反応する。排気ガス中の硫黄の大部分は、二酸化硫黄（ＳＯ_２）の形態である（約９５％）。二酸化硫黄が水と混合されたとき、以下の反応が生じる。

重亜硫酸塩（ＨＳＯ_３ ⁻）及び亜硫酸塩（ＳＯ_３ ^２−）イオンは、塩基を用いた反応によって形成される。

二酸化硫黄が溶解するとき、重硫酸塩及び亜硫酸塩は、酸素も含む水中で硫酸塩（ＳＯ_４ ^２−）に容易に酸化する。

排気ガス中の硫黄の約５％は、ＳＯ_３の形態である。ＳＯ_３が水と混合されたとき、以下の反応が生じる。

結果として生じるＨ_３Ｏ^＋は、硫黄を効率的に除去し、かつスクラバシステムの腐食を回避するために、中和されなければならない。閉ループ動作では、中和は、ほとんどの場合、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）のような水溶性の強塩基を加えることによってなされる。

閉ループ動作のスクラバは、米国特許出願第２００８／００４４３３５号明細書に記載されており、スクラビング溶液は、真水と、加えられた硫黄除去剤とからなり、同様の水酸化ナトリウムがスクラバ中を循環する。硫黄除去剤の量は、過度のスクラビング溶液が循環しないように最適化され、ｐＨは、特に、硫黄酸化物を効率的に除去するために必要とされるのと同量の追加の硫黄除去剤が使用されるのみであるので、おおよそｐＨ６のレベルで低く維持される。

開ループの形態では、これは、重炭酸塩（ＨＣＯ_３ ⁻）によって得られ、海水の自然な一部である。

したがって、最終的には、ＳＯ_２は、海に放出されるか、岸に上げられる硫酸塩などの塩類として除去される。

閉ループのスクラバの設備では、高効率のＳＯ_ｘの除去を与えるために、所定の窓内でｐＨ値を維持することが必要不可欠である。しかしながら、酸性ガスがスクラビングユニットに入り中和添加物と反応するとともに、ｐＨは下がる。

現在、ダブルアルカリスクラバが実行するのに簡単であり試薬コストが低いので、ダブルアルカリシステムは、石灰石（炭酸カルシウム）又は消石灰（水酸化カルシウム）のスクラバにまさっている。

炭酸ナトリウム又は重炭酸ナトリウムなどのさまざまなアルカリ試薬が使用されている。ナトリウム塩類の可溶性はカルシウム塩類よりもかなり高いので、スクラバでは、全ての塩類は溶液中にあり、液体は実際には固体とは無関係である。亜硫酸ナトリウムを含む液体はスクラバから取り出され、アルカリ度は、廃棄物としての石膏及び炭酸ナトリウム（又は重炭酸塩）のスクラビング溶液を形成している反応タンク中の石灰（ＣａＯ）又は石灰石で再生成される。炭酸ナトリウムの一部は廃棄の流れで失われ、オーバーフロータンクに加えられる必要がある。カルシウムは、スラリー中の石膏又は反応しない炭酸カルシウムとして除去される。

デュアルアルカリシステムは従来の石灰石のスクラバで生じる大きなスケーリングを克服しているが、沈殿した固体は、亜硫酸塩のような、ガスとスクラバの水との間の反応の生成物を含み、硫酸塩及び炭酸塩がなおも形成される。いくつかの廃棄物は再処理されて再使用されることができるが、石膏のような他のものは、スクラバシステムの塞ぎを引き起こしたり、大きな貯蔵チャンバを必要としたりしうる。

米国特許第３，９１９，３９４号は、酸化カルシウム又は水酸化物の使用のスケーリングの問題が、水酸化カルシウムのスクラビングシステムに水酸化マグネシウムを加えることによって克服されるプロセスを記載している。マグネシウムイオンは、スクラバの水のより高いアルカリ度（ｐＨ５．５〜１０．０）により少ない追加塩基を与える。マグネシウム塩がカルシウム塩類よりも高い可溶性を有しているので、カルシウム塩類の形成が減少し、したがって、スクラバシステム内に生じるスケーリングも少ない。しかしながら、ｐＨ１０．０を超えると、水酸化マグネシウムはスクラバの水に溶解せず、スケーリング効果の減少は得られない。したがって、このシステムは、従来のカルシウムのスクラバに基礎を置いている。

現在のアルカリ性の閉ループのスクラバに関する他の問題は、これらが酸の攻撃によって引き起こされる腐食を被ることであり、したがって、設備は酸耐性である必要がある。腐食を防ぐための試みでは、酸性度を緩和するためにアルカリ性の試薬が加えられる。例えばしばしば使用される水酸化ナトリウムを使用する１つの問題は、排気ガスからの酸性ガスを中和するためにそれを大量に加える必要があることであり、水酸化ナトリウムは高価である。

国際公開第２００８／０１５４８７号パンフレット 米国特許出願公開第２００８／００４４３３５号公報 米国特許第３，９１９，３９４号

したがって、本発明は、スクラビングの効率を損なうことなく腐食の問題を減らし、同時に動作及び設置コストを減らすことを目的とする。

この目的のために、一態様における本発明は、排気ガスから硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）を除去する方法を提供し、この方法は、
ａ．バッファタンク（Ａ１）に真水に基づいたスクラビング用の水の流れ（Ｌ１）を与える工程と、
ｂ．アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）を得るために、前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）に例えばアルカリ水酸化物、アルカリ土類水酸化物、又は入手可能な強塩基である強塩基を加える工程と、
ｃ．スクラビングユニット（Ａ２）に前記アルカリ性のスクラビング用の水の流れを供給する工程と、
ｄ．硫黄酸化物が減少したスクラブガス（Ｇ２）と、前記硫黄酸化物から形成された沈殿塩及びアルカリ水酸化物からの陽イオンを含む使い尽くしたスクラビング用の水の流れ（Ｌ３）とを得るために、前記スクラビングユニットで前記アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）にＣＯ_２を含む排気ガス（Ｇ１）を与える工程と、
ｅ．工程ａで使用される前記スクラビング用の水（Ｌ１）を発生させるために、前記使い尽くしたスクラビング用の水の流れ（Ｌ３）から沈殿塩を除去する工程とを具備し、
前記強塩基は、前記アルカリ性のスクラビング用の水のｐＨが、一般的な条件で、重炭酸塩／炭酸塩の平衡のｐＫａの近くに、又はそれよりも上に保持されるように、所定の割合で前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）に加えられる。

一般的な条件で重炭酸塩／炭酸塩の緩衝能力内のｐＨを維持するとき、排気ガスからのＣＯ_２は、ＣＯ_３ ^２−及びＨＣＯ_３ ⁻に対してスクラビング用の水中で水と反応する。したがって、スクラビング用の水中に存在するＣＯ_３ ^２−は、排気ガスからの硫黄酸化物から生じる酸を中和し、これにより腐食が回避される。

重炭酸バッファシステムのｐＫａは約１０であり、したがって、システムでの好ましいｐＨは１０よりも大きく、より好ましくは１０、１１又は１２のように１０〜１２である。強塩基は、高いｐＨを維持し、かつアルカリ性のスクラビング用の水を重炭酸塩／炭酸塩の平衡のｐＫａの近くに、又はそれよりも上に維持するのに適切であることができる。

強塩基は、水溶液中で完全に解離された塩基である。したがって、溶剤と塩基の反応は、水溶液中に解離していない溶液分子を残さないために十分である。

一実施の形態では、強塩基は、アルカリ水酸化物、アルカリ土類水酸化物又は非水酸化物塩基であることができる。スクラビング用の水をアルカリ化するのに適しているアルカリ水酸化物の例は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、セシウム水酸化物（ＣｓＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、ルビジウム水酸化物（ＲｂＯＨ）であり、好ましい塩基はＮａＯＨ、ＫＯＨであり、最も好ましいのはＮａＯＨである。スクラビング用の水をアルカリ化するのに適しているアルカリ土類水酸化物の例は、水酸化ストロンチウム（Ｓｒ（ＯＨ）_２）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）及び水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）_２）である。アンモニア（ＮＨ_３）などの強い非水酸化物塩基も使用されることができる。アルカリ水酸化物、アルカリ土類水酸化物及び非水酸化物塩基の組合せもまた考慮される。

一実施の形態では、前記排気ガスは、前記スクラビングユニットに与えられる前に、又は与えられるのと同時に冷却される。排気ガスが冷却されたとき、排気ガスへのアルカリのスクラビング用の水の流量は減少されることができる。

さらなる一実施の形態では、前記内燃機関によって生成されたエネルギに対するアルカリ性のスクラビング用の水の流量は、２．０〜３．０ｌ／ｋＷｈの範囲に、好ましくは２．５ｌ／ｋＷｈにある。これは、排気ガスの十分な冷却とスクラビングとの両方を確実にする。

塩基は、前記アルカリ性のスクラビング用の水が９〜１２の範囲の、好ましくは１０〜１２の範囲の、より好ましくは２５℃、１気圧で１０〜１１の範囲のｐＨを有するように、前記スクラビング用の水に加えられる。

一実施の形態では、ＣＯ_２、Ｈ_２ＣＯ_３、ＨＣＯ_３ ⁻又はＣＯ_３ ^２−の１以上が、工程ｃで前記アルカリ性のスクラビング用の水の流れに前記排気ガスを与える前に、重炭酸塩／炭酸塩バッファシステムを確立するために前記スクラビング用の水に加えられる。プロセスを開始するとき、プロセスへの炭酸塩の追加が代表的になされる。

排気ガス中の酸性ガスによって引き起こされる排気系の腐食を抑えるために、ｐＨ値は、酸性ガスがスクラビングシステムへの塩基のドーズによってアルカリ性のスクラビング用の水に溶解されたとき、十分に高いレベルで維持される。

排気ガス中の二酸化炭素が重炭酸塩及び炭酸塩の形成の下で水と反応することが可能な条件を与えることによって、スクラビングプロセス全体にわたるアルカリ性の領域のほぼ一定のｐＨ値が重炭酸塩／炭酸塩酸／塩基対の反応の効果を緩衝することによって得られる条件が与えられる。

これは、従来技術の方法よりも低い割合のアルカリ水酸化物の使用によって排気ガス自体から生成されるバッファシステムである。したがって、システムは、ガス中に存在するＳＯ_ｘ及びＮＯ_ｘに関する排気ガスを取り扱うことができ、同時に、ガスの酸性度によって引き起こされるｐＨの変動を緩和することができる。これは、そうでなければ酸性環境によって引き起こされる設備の腐食のリスクがなく、また、システム中に大量のスラッジを生み出すこともない。

さらなる利点は、排気ガス中の二酸化炭素の一部が水中に溶解され、したがって、二酸化炭素の放出が減少されることである。

スクラブガスは、必要に応じて、フィルタ処理後に、環境で使い尽くされることができるか、さらに浄化されることができる。あるいは、スクラブガスは、完全なＳＯ_ｘ除去を確実にするために再びスクラビングされてもよいし、又は、排気ガスの再循環が適切である場合、内燃機関の入口空気側に部分的に再利用されてもよい。

閉ループの洗浄システムに適用される水は、真水であり、それは、炭酸塩を含まないことを意味する。それ故、先行技術に記載される高いｐＨでの重い沈殿物に関する問題は回避される。排気ガスを生成する内燃機関によって推進される船に搭載され、真水は、代表的には、真水発生器中で低圧で海水の蒸発に基づいて生成される。

排気ガスは、代表的には、約５〜７％ｖｏｌのＣＯ_２を含んでいる。高いｐＨ、すなわちおおよそ１０〜１１以上では、二酸化炭素は、反応による重炭酸塩／炭酸塩の形成の下で水と反応する。

平衡は、Ｈ^＋イオンを消費する水酸化物が多く存在することにより、炭酸塩に向けられる。

バッファ効果内では、（上に説明したような）水中に酸を形成する排気ガス（ＳＯ_ｘ、ＣＯ_２、ＮＯ_ｘ）中の酸性ガスは、以下の反応によって例証されるような、水中で可溶性になった重炭酸塩／炭酸塩のアルカリ性によって初めに中和される。

したがって、形成された重炭酸塩／水素重炭酸塩は、本発明による塩基の追加によってその基本的な形態（炭酸塩と水）に変換される。参照：反応

これは、排気ガス自体から生じる重炭酸塩／炭酸塩の緩衝能力を活用するのに有効であり、さらに、水酸化ナトリウムのようなアルカリ水酸化物の消費は、中和がアルカリ水酸化物によって単独で導かれる標準的なスクラバの動作と比較して小さくなる。供給する必要のある塩基がより少ないので、放出は従来技術の方法と比較して最小である。最終的に、スクラバのより高い平均の、安定しているｐＨ値が、ＳＯ_ｘのより効率的な除去をもたらす。

重炭酸塩／炭酸塩の緩衝能力を使用する他の利点は、ｐＨの局所的な低下を防ぐことによる腐食の防止である。これは、腐食が回避されることができるので、より安い設備が利用されることができることを意味する。

本発明の他の態様では、複数の燃焼チャンバを備えた複数のシリンダと、排気系とを具備する、海洋船のための内燃機関が提供され、前記排気系は、少なくとも、塩基貯蔵タンクと、バッファタンクと、スクラビングユニットとを有し、
前記塩基貯蔵タンクは、塩基ドーズラインを通って前記バッファタンクに塩基を供給するためのドーズ装置を有し、前記バッファタンクは、さらに、準備されたスクラビング用の水の供給ラインを介して前記スクラビングユニットの準備されたスクラビング用の水の流入部に接続されたアルカリ性のスクラビング用の水の供給ラインの流出部が設けられ、前記バッファタンクは、さらに、スクラビング用の水の流入部を有し、前記スクラビングユニットは、さらに、スプリッタを介して前記スクラビング用の水の流入部に接続される、使い尽くしたスクラビング用の水の流出部を有し、前記スクラビングユニットは、さらに、前記燃焼チャンバから生じる１以上の排気ガス流入部と、ＳＯ_ｘ減少排気ガス流出部とを有し、前記排気系には、さらに、ｐＨセンサが設けられ、前記排気系は、前記ｐＨセンサから測定されたｐＨ値を受信するように構成された制御ユニットを有し、前記制御ユニットは、前記アルカリ性のスクラビング用の水のｐＨが、一般的な条件で重炭酸塩／炭酸塩の緩衝能力内に維持されるように、前記塩基貯蔵タンクから塩基を加えるためのドーズ装置を制御するように構成されている。

重炭酸塩／炭酸塩の緩衝能力を使用する利点は、ｐＨの局所的な低下を防ぐことによる腐食の防止である。これは、腐食が回避されることができるので、より安い設備が利用されることができることを意味する。

一実施の形態では、排気系の一部である配管及び設備は、非腐食耐性の鋼、プラスチック材料、強化プラスチック材料、繊維強化材料又はガラス繊維強化プラスチックの１つから選択された材料でできている。

他の実施の形態では、前記スクラビングユニットは、非腐食耐性の鋼、プラスチック材料、強化プラスチック材料、繊維強化材料又はガラス繊維強化プラスチックの１つから選択された材料でできた壁を有する。

排気ガスは、変化しうる高温であり、代表的には約４５０℃である。アルカリ性のスクラビング用の水の冷たい真水が排気ガスを冷却するが、これは、スクラバのフローを減少させるために排気ガスのさらなる冷却を与えるのに効果的であることができる。これは、例えばスクラビングユニットの上流に少なくとも１つの排気ガス冷却器を設けることにより得られることができる。排気ガスを冷却することによって、スクラビングユニットに供給された排気ガスは、４０〜１００℃の範囲の温度に下がることができ、これは、スクラビングユニットでより軽くてより安い設備を使用することを可能にする。

一実施の形態では、冷却は、排気ガス流入部を介して排気ガスを水に注入することによって得られる。水のこの注入は、システムにおける水の平衡を確実にする。

他の実施の形態では、冷却は、スクラビングユニットに流れる排気ガスの中にアルカリ性のスクラビング用の水をスプレーするための１以上のスプレー装置が設けられたスクラビングユニットによって得られる。スクラビングユニットにアルカリ性のスクラビング用の水をスプレーすることによって、スクラビングユニット内の圧力低下が防止され、したがって、ガスをスクラビングユニットを通させるのに必要なパワーが最小化される。さらに、アルカリ性のスクラビング用の水の小滴の移動は、沈殿したスラッジの起こりうるスケール堆積又は塞ぎを防止する。

前記スクラビングユニットは、前記スクラビングユニットにおいて前記排気ガスの流れ経路を横切って延びている充填材料の第１の容積よりも上に位置された第１のアレイのスプレー装置を備えたチャンバを有し、必要に応じて、前記チャンバは、前記スクラビングユニットにおいて前記排気ガスの流れ経路を横切って延びている充填材料の少なくとも第２の容積よりも上に位置された第２のアレイのスプレー装置を有することが考慮される。

上のものの組合せも考慮され、すなわち、冷却は、スクラビングユニットから上流と、スクラビングユニットとの両方で提供される。

前記充填材料は、ガスと接触する液体表面を改良する。これは、平衡を高め、したがって、スクラビング効率を増加させることができる。一実施の形態では、充填材料は、プラスチック体又はプラスチックシートでできている。

さらに、広範囲な冷却が、３０〜５５℃、３５〜５０℃、４０〜５５℃、４０℃のような、６０℃未満の温度を与えるので、大きな表面を与えるプラスチックでできた充填材料を使用することは効果的であることができ、したがって、排気ガスのよりいっそう効率的なスクラビングが得られることができる。プラスチックの充填材料もまた、６０℃よりも高い温度で使用されることができる。

さらなる一実施の形態では、スクラビングユニットをバッファタンクに接続しているスプリッタが存在する。これは、使用済みの緩衝剤の放出を可能にする。

本発明によるいくつかの実施の形態の例が、概略的な図面を参照して以下により詳細に説明される。

図１は、本発明による排気系のフローの図である。 図２は、スクラビングユニットに対して上流に配置された間接排気ガス冷却器を備えた、本発明による排気系のフローの図である。 図３は、スクラビングユニットと一体化された、本発明による排気系のフローの図である。

図１に示される排気系、すなわち閉ループのスクラバを動作させるために、排気系Ｂには真水が供給される。水は、どの点に供給されてもよいが、好ましくは、初めにバッファタンクＡ１に供給される。塩基、例えば、アルカリ水酸化物が、ＣＯ_２が炭酸塩を形成するように水と反応するｐＨ値に達するために、塩基ドーズラインＬ０を介してバッファタンクＡ１中の水に加えられる。このようにして、準備されたスクラビング用の水の流れＬ２が得られる。真水への塩基、例えばアルカリ水酸化物の追加は、好ましくは、ｐＨが９〜１２の範囲、適切には１０〜１２の範囲、より好ましくは１０〜１１の範囲になるまで続けられる。炭酸塩／重炭酸塩の平衡のｐＫａは、室温で１０．２３であり、温度に依存しており、ｐＨは、平衡が炭酸塩側に向かっていく限り、変わってもよい（ｐＫａは−ｌｏｇ_１０Ｋａであり、Ｋａは酸性度定数である）。

塩基は、通常、化学産業でバルクとして入手可能なようにして、固体又は水溶液中に提供される。ＮａＯＨは、代表的には、使用前に水に溶解されることができるペレット又はフレークであるか、水中で５０％までの溶液に容易に溶解することができる。安全面から水溶液が好まれる。

準備に続いて、又はアルカリ性のスクラビング用の水の再装填と同時に、複数のシリンダを有し、各シリンダが燃焼チャンバＡ４を備えた内燃機関が、低エンジン負荷で定常状態で起動され動作される。複数の燃焼チャンバがあり、燃焼チャンバの数ｎが整数で定義され、ｎは代表的にはクロスヘッドタイプの２ストローク内燃機関に関して４〜１５の範囲にあり、４ストロークミディアムスピード内燃機関に関して４〜３６の範囲にある。２ストロークタイプの内燃機関は、タイプＭＣ又はＭＥなどのマンディーゼルターボ製であることができるか、タイプＲＴＡ又はＲＴＡフレックスなどのワルトシラ製であることができるか、三菱製であることができる。これらのエンジンは、コンテナ船、ばら積貨物船、油送船、製品タンカー、自動車運搬船、フェリー、ガスタンカー、ローロー船、供給船などの船の推進エンジンとして使用される。４ストロークタイプの内燃機関は、言及されたタイプの船のエンジンルームの補助エンジンか、客船、クルーズ船、沖合施設などのような船の推進エンジンである。内燃機関はまた、高圧送電線網への電気を生成する定置発電所の原動機であることができる。内燃機関は、代表的には、ターボチャージ搭載エンジンであり、また、代表的には、重燃料油タイプ又は鉱油タイプの燃料油が供給されるか、燃料ガスが供給される。

排気ガスＧ１_ｎは、スクラビングユニットＡ２に方向付けられる。ここで、ｎは燃焼チャンバからのガスの流れの数である。

スクラビングユニットＡ２には、アルカリ性のスクラビング用の水の流れＬ２が第１のアレイのスプレー装置などにつながるように、１以上の層で１以上のスプレー装置が設けられることができる。

排気ガスがスクラビング用の水と接触したとき、特にＳＯ_ｘから形成された硫酸を中和するために使用される緩衝剤を与えるために、酸性ガスがスクラビング用の水に溶解される。

スクラビングからスクラブガスＧ２と使い尽くしたスクラビング用の水Ｌ３とが与えられる。

４．０〜５．０ｖｏｌ％の範囲の、好ましくは４．５ｖｏｌ％のＣＯ_２の含有量と、０〜１０ｐｐｍの範囲のＳＯ_ｘの含有量とを含むスクラブガスＧ２が、スクラビングユニットＡ２を出る。この出口から、スクラブガスＧ２が、スクラビングユニットＡ２から排気ガス管に流れる。

スクラブガスＧ２が１以上のさらなるスクラビング工程を受けることもまた考慮される。したがって、使用済みのスクラバのガス出口が第２のスクラビングユニットに接続されることが考慮される。第２のスクラビングユニットには、好ましくはバッファタンクＡ１であるバッファタンクから供給される、本発明によるスクラビング用の水が与えられる。３以上の連続するスクラビングユニットが考慮されることができる。使用済みのスクラバのガス出口がＮＯ_ｘのためにスクラバに接続されるか、排気ガス循環システムに接続され、排気ガスの一部が内燃機関の空気の入口側に再循環されることもまた考慮される。

水酸化物塩基、炭酸塩の緩衝剤及び硫酸塩類を含む使い尽くしたスクラビング用の水の流れＬ３は、スクラビングユニットＡ２から代表的には断続的なスプリッタＡ３を通過してバッファタンクＡ１に向けられる。

スプリッタＡ３は、浄化装置、ろ過ユニット、凝集ユニット、遠心分離装置又は沈殿タンク（図示されない）であることができる浄化ユニットに使い尽くしたスクラビング用の水Ｌ４の一部を向けることができる。

さらなる一実施の形態（図示されない）では、バッファタンクとスクラビングユニットとの少なくとも一方の堆積した沈殿物がそれぞれのユニットから取られ、浄化ユニットに向けられることが考慮される。

浄化ユニットは、沈降装置、遠心分離装置又は他のこのような固液分離装置又は単純な沈殿タンクであることができる。

浄化ユニットでは、使い尽くしたスクラビング用の水Ｌ４の一部は保持され、炭酸塩、亜硫酸塩及び硫酸塩などの化合物である固体が使い尽くしたスクラビング用の水に沈殿する。沈殿物は、浄化ユニットで使い尽くしたスクラビング用の水の下側の厚くなった部分を形成し、この部分は廃棄されることができ、上澄みが排気系に戻されてもよい。

使い尽くしたスクラビング用の水Ｌ３は、バッファタンクに戻される。互いに対するタンクの位置決めに応じて、１以上の液体のポンプが液体の循環を容易にするために配置されることができる。

動作中、生成された水は、亜硫酸塩、硫酸塩及び炭酸塩の沈殿したスラリーの放出を補うために、バッファタンクなどのシステムに供給されることができる。

スクラビング中に形成された固体の再浮遊のためにスラッジタンクがあってもよい。アルカリ水酸化物が水酸化ナトリウムであれば、スクラビング中に形成された塩類は、以下の通りである。

スクラバ中のカルシウムイオン濃度は、真水の使用により非常に低く、海水の使用に匹敵する。

アルカリ性のスクラビング用の水の高いアルカリ度により、重炭酸塩と炭酸塩との間の平衡は、炭酸塩に向けられる。これは、通常、望ましくない炭酸カルシウムの沈殿物の形成のリスクを有する。しかしながら、特に、ナトリウム塩類はカルシウムの等価物よりも高い可溶性を有し、それ故、水溶液中でカルシウムイオンを残してより速く沈殿する。したがって、少量のカルシウムの存在にもかかわらず、水垢（主としてＣａＣＯ_３）又は石膏（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）の形成は、本発明によるシステムでは無視されることができる。

プロセスの任意の点でｐＨが測定されることができる。最も適切には、ｐＨは、バッファタンクＡ１とスクラビングユニットＡ２との少なくとも一方で測定される。ｐＨに関する情報は、適切なアルカリ性のｐＨがスクラビングユニットに与えられることを確実にするためにバッファタンクへのアルカリ水酸化物のドーズ量を評価するために使用され、スクラビングのさらなる監視が、アルカリ度が所望の反応を起こさせるために十分に高いことを確実にする。

さらなる実施の形態では、排気Ｇ１は、スクラビングユニットＡ２に入る前に、又は入るのと同時に、スクラビングユニットＡ２で、それぞれ冷却される。

スクラビングユニットから上流の排気ガス冷却器Ａ５の位置が図２に示される。スクラビングユニットＡ２と一体化された排気ガス冷却器が図３に示される。残りの流れ及びユニットは、図１に関して説明されたものと同じである。

排気ガス冷却器Ａ５は、直接冷却器、又は間接熱交換器のような間接冷却器、例えば、ガスを冷却するために海水又は水を使用するプレート熱交換器であることができる。伝達された熱は、所望であれば、船の他のどこかを加熱するために使用されてもよい。

排気ガス冷却器が直接冷却器であれば、水は、スクラビングユニットに入る前に、又は入るのと同時に、ガスの流れに単に注入されることができる。冷却のために水が使用されるならば、これは、システムの生成された水を構成してもよい。

冷却器への入口では、排気ガスの温度は、代表的にはおよそ４５０℃である。スクラビングユニットへの入口では、排気ガスは、冷却後、約１００℃の範囲の温度を有する。

冷却がスクラビングユニットで与えられることができることもまた考慮され、これは、唯一の冷却手段として、又は、スクラビングユニットＡ２にガスを供給する前に、又は供給するのと同時にさらに冷却することであることができる。スクラビングユニットＡ２の冷却は、排気ガスにアルカリ性のスクラビング用の水又は真水をスプレーする１以上のスプレー装置をスクラビングユニットに設けることによって得られることができる。このようにして、表面はより大きくなり、温度は４０℃付近のように６０℃未満に減少する。

上述の実施の形態の詳細は、特許請求の範囲内でさらなる実施の形態に組み合わせられることができる。

Claims (19)

1. 排気ガスから硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）を除去する方法であって、
   ａ．バッファタンク（Ａ１）に真水に基づいたスクラビング用の水の流れ（Ｌ１）を与える工程と、
   ｂ．アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）を得るために、前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）に強塩基を加える工程と、
   ｃ．スクラビングユニット（Ａ２）に前記アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）を供給する工程と、
   ｄ．硫黄酸化物が減少したスクラブガス（Ｇ２）と、前記硫黄酸化物から形成された沈殿塩及び前記強塩基からの陽イオンを含む使い尽くしたスクラビング用の水の流れ（Ｌ３）とを得るために、前記スクラビングユニット（Ａ２）で前記アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）にＣＯ_２を含む排気ガス（Ｇ１）を与える工程と、
   ｅ．工程ａで使用される前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）を発生させるために、前記使い尽くしたスクラビング用の水の流れ（Ｌ３）から沈殿塩を除去する工程とを具備し、
   前記強塩基は、前記アルカリ性のスクラビング用の水のｐＨが、一般的な条件で、重炭酸塩／炭酸塩の平衡のｐＫａの近くに、又はそれよりも上に保持されるように、所定の割合で前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）に加えられる方法。
2. 前記強塩基は、アルカリ水酸化物、アルカリ土類水酸化物又は非水酸化物塩基、あるいはこれらの組合せである請求項１の方法。
3. 前記アルカリ水酸化物は、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム、あるいはこれらの組合せからなるグループから選択される請求項１又は２の方法。
4. 前記排気ガス（Ｇ１）は、前記スクラビングユニット（Ａ２）に与えられる前に、又は与えられるのと同時に冷却される請求項１ないし３のいずれか１の方法。
5. 前記内燃機関によって生成されたエネルギに対する前記アルカリ性のスクラビング用の水の流量は、２．０〜３．０ｌ／ｋＷｈの範囲にある請求項１ないし４のいずれか１の方法。
6. 前記アルカリ水酸化物は、前記アルカリ性のスクラビング用の水（Ｌ２）が９〜１２の範囲の、好ましくは９〜１１の範囲の、より好ましくは２５℃、１気圧で１０〜１１の範囲のｐＨを有するように、前記スクラビング用の水（Ｌ１）に加えられる請求項１ないし５のいずれか１の方法。
7. 前記アルカリ酸化物は、前記アルカリ性のスクラビング用の水（Ｌ２）が２５℃、１気圧で９〜１１の範囲のｐＨを有するように、前記スクラビング用の水（Ｌ１）に加えられる請求項１ないし６のいずれか１の方法。
8. 前記アルカリ酸化物は、前記アルカリ性のスクラビング用の水（Ｌ２）が２５℃、１気圧で１０〜１１の範囲のｐＨを有するように、前記スクラビング用の水（Ｌ１）に加えられる請求項１ないし７のいずれか１の方法。
9. ＣＯ_２、Ｈ_２ＣＯ_３、ＨＣＯ_３ ⁻及びＣＯ_３ ^２−の少なくとも１つが、工程ｃで前記アルカリのスクラビング用の水の流れに前記排気ガス（Ｇ２）を与える前に、重炭酸塩／炭酸塩バッファシステムを確立するために前記スクラビング用の水（Ｌ１）に加えられる請求項１ないし８のいずれか１の方法。
10. 工程ｅにおいて、沈殿塩が、遠心分離、浄化、沈降、ろ過又は凝集から選択された方法によって、前記使い尽くしたスクラビング用の水から除去される請求項１ないし９のいずれか１の方法。
11. 複数の燃焼チャンバ（Ａ４）_ｎを備えた複数のシリンダと、排気系（Ｂ）とを具備する、海洋船のための内燃機関であって、
    前記排気系は、少なくとも、塩基貯蔵タンク（Ａ０）と、バッファタンク（Ａ１）と、スクラビングユニット（Ａ２）とを有し、
    前記塩基貯蔵タンク（Ａ０）は、塩基ドーズライン（Ｌ０）を通って前記バッファタンク（Ａ１）に塩基を供給するためのドーズ装置を有し、
    前記バッファタンク（Ａ１）には、さらに、準備されたスクラビング用の水の供給ラインを介して前記スクラビングユニット（Ａ２）の準備されたスクラビング用の水の流入部に接続されたアルカリ性のスクラビング用の水の供給ラインの流出部（Ｌ２）が設けられ、
    前記バッファタンクは、さらに、スクラビング用の水の流入部（Ｌ１）を有し、
    前記スクラビングユニットは、さらに、スプリッタ（Ａ３）を介して前記スクラビング用の水の流入部（Ｌ１）に接続される、使い尽くしたスクラビング用の水の流出部（Ｌ３）を有し、
    前記スクラビングユニット（Ａ２）は、さらに、前記燃焼チャンバ（Ａ４）_ｎから生じる１以上の排出ガス流入部（Ｇ１）_ｎと、ＳＯ_ｘ減少排気ガス流出部（Ｇ２）とを有し、
    前記排気系（Ｂ）には、さらに、ｐＨセンサが設けられ、
    前記排気系は、前記ｐＨセンサから測定されたｐＨ値を受信するように構成された制御ユニットを有し、
    前記制御ユニットは、前記アルカリ性のスクラビング用の水のｐＨが、一般的な条件で重炭酸塩／炭酸塩の緩衝能力内に維持されるように、前記塩基貯蔵タンク（Ａ０）から塩基を加えるためのドーズ装置を制御するように構成されている内燃機関。
12. 前記スクラビング用の水の供給ラインは、非腐食耐性の鋼、プラスチック、強化プラスチック材料、繊維強化材料又はガラス繊維強化プラスチックの少なくとも１つから選択された材料でできた配管でできていることを特徴とする請求項１１の内燃機関。
13. 前記スクラビングユニット（Ａ２）は、非腐食耐性の鋼、プラスチック材料、強化プラスチック材料、繊維強化材料又はガラス繊維強化プラスチックの少なくとも１つから選択された材料でできた壁を有する請求項１１又は１２の内燃機関。
14. 少なくとも１つの排気ガス冷却器（Ａ５）が設けられている請求項１１ないし１３のいずれか１の内燃機関。
15. 前記少なくとも１つの排気ガス冷却器（Ａ５）は、前記スクラビングユニット（Ａ２）の上流に位置され、前記排気ガス供給ライン（Ｇ１）を介して前記スクラビングユニット（Ａ２）に接続されている請求項１４の内燃機関。
16. 前記排気ガス冷却器は、間接又は直接接触冷却器である請求項１４又は１５の内燃機関。
17. 前記排気ガス冷却器（Ａ５）は、前記スクラビングユニット（Ａ２）に流れる排気ガスにスクラビング用の水をスプレーするための第１のスプレー装置が設けられた前記スクラビングユニット（Ａ２）と一体化されている請求項１１ないし１６のいずれか１の内燃機関。
18. 前記スクラビングユニット（Ａ２）は、前記スクラビングユニット（Ａ２）において前記排気ガスの流れ経路を横切って延びている充填材料の第１の容積よりも上に位置された第１のアレイのスプレー装置を備えたチャンバを有し、必要に応じて、前記チャンバは、前記スクラビングユニット（Ａ２）において前記排気ガスの流れ経路を横切って延びている充填材料の少なくとも第２の容積よりも上に位置された第２のアレイのスプレー装置を有する請求項１１の内燃機関。
19. 前記充填材料は、プラスチック体又はプラスチックシートでできている請求項１８の内燃機関。

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