JP2016511353A - 排気ガスからのＳＯｘ及びＮＯｘ除去方法及び浄化装置 - Google Patents

Abstract

燃料の燃焼が内燃機関で行われる場合に、燃料の燃焼によって生じるＳＯＸ、ＮＯＸ、煤及び水蒸気を含む排気ガスからＳＯＸ及びＮＯＸを除去する方法が開示される。前記排気ガスは酸化触媒を含む少なくとも１つの触媒反応器を通過する。この際、ＳＯ２はＳＯ３及びＮＯはＮＯ２に少なくとも変換される。その後、前記排気ガスは凝縮器を通り前記凝縮器中で水の露点温度以下の温度まで冷却され、ＳＯ３、ＮＯ２及び水は凝縮され、さらにＳＯ３及びＮＯ２は凝縮水に溶解され排気ガスから除去される。

Description

本発明は、内燃機関から排気ガスを浄化する為の方法及び装置に関する。

具体的には、本発明は、硫黄の含有量が高いディーゼルまたは重油で走行する船舶上の内燃機関または他の輸送機器の内燃機関から生じる排気ガスからＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ及び粒子状物質（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ）を除去することに係る。

硫黄の含有量が高いディーゼルまたは重油、即ち、およそ１００ｐｐｍ以上含有する硫黄が燃焼されると、ＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ及び煤（ｓｏｏｔ）／粒子状物質を形成する。船舶には、ＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ及び粒子状物質（粒子及び煤）に対する厳しい排出制限がある為、排気ガスを大気中に放出される前に、大部分を排気ガスから除去する必要がある。

排気ガスからＳＯ_Ｘを除去する周知の方法は、水を用いてＳＯ_Ｘを除去するスクラバー（ｓｃｒｕｂｂｅｒ）を使用する方法である。スクラバーの問題点は、構築物が巨大であることと、相当な電力を使用することである。水でＳＯ_Ｘを除去した最終産物は、スラッジ（ｓｌｕｄｇｅ）であり、更なる処置をする為に保管ないし堆積が必要な有害廃棄物である。スクラバーは巨大な構造物であるが故に、船舶または他の輸送機器用に改造する場合は、大きな空間と相当な改築が必要になる。

特許文献１には、高濃度及び純硫酸を製造する方法として、硫黄源が燃焼室で燃焼されることや、流出物内のＳＯ_２がＳＯ_３に触媒酸化されることや、ＳＯ_３が硫酸に水と水和させることが開示されている。硫酸はその後、流出物から硫酸を分離する為に凝縮される。硫酸の分離は、硫酸の酸露点直下まで冷却されたＳＯ_３を含むガスによって行われる。硫酸は、凝縮器内の配管の表面に堆積され、捕集されてから冷却される。この処理の代表的な温度は、以下の通りである：
凝縮器から排出される排気ガスの温度は、１００℃以上であり、硫酸が生成される温度は、酸露点直下の温度（硫黄の含有量によるが、少なくとも１２５℃、通常はもっと高い）である。この処理のように高濃度で高温度の硫酸を取り扱ったり冷却したりするには、特殊な装置が必要である。さらに、この処理は、相当な量のエネルギーが必要とされ、配置そのものにスペースを要求する（ｓｐａｃｅ−ｒｅｑｕｉｒｉｎｇ）。

輸送機器の内燃機関（ＩＣ−ｅｎｇｉｎｅｓ）の使用においてスペースとエネルギーは重要な為、つまり特許文献１に開示された方法は現在の海事産業では使用されていない。さらに内燃機関を使用する船舶及び他の輸送機器では、腐食性凝縮物を取り扱うことに問題がある。

豪州特許ＡＵ２００７２１９２７０号公報 米国特許ＵＳ６，７９３，６９３号公報 欧州特許ＥＰ２，１９８，１３３Ｂ号公報

本発明の目的は、上述した課題を解決する為に、内燃機関から排出される排気ガスからＳＯ_２、ＮＯ_Ｘ及び粒子や煤を除去する方法及び装置を提供するものである。

さらに本発明の目的は、内燃機関から排出される排気ガスからＳＯ_２、ＮＯ_Ｘ及び粒子や煤を、公知の方法よりもエネルギーを効率良く除去できる方法及び装置を得ることである。

また本発明の目的は、内燃機関から排出される排気ガスからＳＯ_２、ＮＯ_Ｘ及び粒子と煤を除去した最終生産物（ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓ）は、船舶／車両に貯蔵することができ、且つ少なくとも市場価値を持つことができる方法及び装置を得ることである。

さらに本発明の目的は、内燃機関から排出される排気ガスからＳＯ_２、ＮＯ_Ｘ及び粒子や煤を除去でき、且つ既存の船舶及び車両をコンパクトに簡単に改造できる装置を提供するものである。

さらなる目的は、スラッジの形成を回避する方法及び装置を提供することである。

これらの目的は、請求項１に記載する方法及び請求項９に記載する浄化装置、並びに独立請求項の請求項１６、１７及び１８に記載する発明によって達成される。請求項に係る発明のその他の実施形態については、従属請求項に定義する。

請求項に係る発明は、粒子、煤及び硫黄を除去し、且つ内燃機関（ＩＣ−ｅｎｇｉｎｅｓ）からＮＯ_Ｘの排出量を削減できる。処理中に粒子を除去することが可能であり、触媒反応器内でＳＯ_２はＳＯ_３に酸化され、ＮＯはＮＯ_２に酸化される。ＳＯ_３及びＮＯ_２は、水と反応するとそれぞれ硫酸及び硝酸を形成する。その後、排気ガス内の排気ガスを水の露点直下まで冷却しながら凝縮器の排気ガスから硫酸及び硝酸を凝縮させる。このように排気ガス内の利用可能な水を用いて１つの工程で硫黄とＮＯ_Ｘの両方を除去できる。更なる利点は、排気ガス内を水の露点以下に冷却することによって酸ミストの形成を回避できることである。

請求項に係る発明における代表的な温度は、以下の通りである：
凝縮器から排出する排気ガスの温度は、排気ガス内の水の露点（排気ガスの露点温度は、燃料の品質及びエンジンへの負荷にもよるが、常に７０℃未満である）未満であり、好ましい温度範囲は、２０℃−７０℃で、より好ましい温度範囲は、２０℃−５０℃である。凝縮された酸の温度は、常に７０℃よりも低くなる。凝縮物は、硫酸と硝酸の混合物である。

低い動作温度により、上述の公知の方法と比べて処理をする為の装置は多くのスペースを取らなくてすみ、且つ動作中の必要エネルギーは少なくてすむ。

凝縮物の純度は、請求項に係る発明において特に重要ではない。

主な目的は、排気ガスから硫黄及び他の汚染物質を除去しつつ、廃棄物を有害物質（スクラバースラッジのような）として廃棄処置する代わりにいくつかの市場価値を得ることである。このような有害物質の廃棄には、費用がかかる。それでも前述した硫酸及び硝酸の混合物には、いくつかの市場価値を有している。

また請求項に係る発明は、内燃機関から排出する排気ガスから粒子及び煤を除去する為の１つまたは複数の粒子フィルター（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｆｉｌｔｅｒｓ）を備えている。粒子フィルターまたはフィルターは、触媒反応器の前に配設されるので触媒の汚染が回避される。

本発明の一態様に係る浄化装置によれば、内燃機関から排出される排気ガスから粒子及び煤を除去する為の１つまたは複数のフィルターが凝縮器及びまたはスクラバーの上流側に配設され、粒子状物質と共に凝縮器及びまたはスクラバー内の液体の汚染が回避できる。

しばらく使用すると粒子フィルターまたはフィルターが詰まるので再生が必要になる。この再生は、通常、酸化条件下で排気ガスの温度を８００℃まで上昇させて炭素堆積物を焼き尽くすことによって行われる。

しかしながら、請求項に係る発明は、粒子フィルターまたはフィルターの再生が必要な場合、粒子フィルターを通過する冷炎（ｃｏｌｄ ｆｌａｍｅ）ガスまたは低温炎（ｃｏｏｌ ｆｌａｍｅ）と呼ぶガスを用いて、それらを再生する。冷炎ガスは、触媒が動作温度に到達する前に触媒反応器の触媒を加熱する為に用いられる。冷炎ガスは、冷炎が維持される冷炎発生器で生成される。冷炎中の燃料は、部分的に予熱空気中に酸化される。温度は５００℃以下に一定に保たれており、空気／燃料比と滞留時間とは独立している。冷炎処理では、燃料の発生量の一部のみが放出され、多くの場合では５０％未満、さらに多くの場合では４０％未満、より多くの場合では２から３０％または２から２０％である。この熱は、残りの燃料を蒸発させる為に使用され、部分酸化生成物（ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｉａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）を含む均一なガス状燃料（ｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓ ｇａｓｅｏｕｓ ｆｕｅｌ）を投与しながら残りの燃料を蒸発させる。冷炎ガスを生成する方法の詳細及び完全な説明は、引用文献２に記載されている。冷炎ガスを用いて粒子フィルターまたはフィルターを再生する方法は、出願人の特許（引用文献３）に記載されている。

前の段落に記載されている特に本明細書で用いる用語「冷炎」とは、低温炎現象（ｃｏｏｌ ｆｌａｍｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）を指す。この現象は、当業者には公知であり、与えられた名称は、一般の火炎と燃料の自動点火温度と比較して、特定炎の比較的低い温度を指している。冷炎はこれらの低い温度でなければ得ることができなく、高温では、燃料が自動点火されるので通常の燃料の燃焼が行われだろう。

「冷炎ガス」は、フリーラジカル（ｆｒｅｅ ｒａｄｉｃａｌｓ）及び未反応酸素または空気を含む気化燃料及び部分酸化燃料を有している。従って「冷炎ガス」は、部分酸化処理からのガスであって、燃料の完全燃焼または酸素の完全燃焼のいずれかによって制御または制限されるものではない。なぜなら、両方とも未反応酸素及び未気化燃料は冷炎ガスの一部を形成しているからである。

請求項に係る発明は、硫黄及びＮＯ_Ｘを排気ガスから除去することができる方法及び装置を提供するものである。また請求項に係る発明の一実施形態では、粒子状物質、硫酸及びＮＯ_Ｘ、３つ全ての汚染物質を排気ガスから除去することができる。硫酸の純度は重要ではないので、凝縮器を高温で動作する必要がない。この為、エネルギーは少なくなり、スペースも小さくなり、且つ、高温度で高濃度の硫酸を処置する特別な設備も不要になる。さらに、本発明の方法及び装置は、硫黄の含有量が高い燃料を使用する内燃機関の排気ガスを、処理する必要がある全ての廃棄物を生成せずに浄化できる。

このように、ＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ、煤及び水を含む排気ガスからＳＯ_Ｘ及びＮＯ_Ｘを除去する方法が開示されている。その排気ガスは、内燃機関で燃焼された燃料から生じる。排気ガスは、酸化触媒を有する少なくとも１つの触媒反応器を通過させられる。その触媒反応器はＳＯ_２をＳＯ_３にさらにＮＯをＮＯ_２に少なくとも変換することができる。排気ガスは、凝縮器を通過した後に凝縮器内の水の露点以下の温度まで冷却し、ＳＯ_３、ＮＯ_２及び水は凝縮され、さらにＳＯ_３及びＮＯ_２は凝縮水に溶解され、排気ガスから除去される。

排気ガスが少なくとも１つの触媒反応器を通過する前に、排気ガスは、粒子状物質を除去する為に粒子フィルターを通過させることができる。

本発明の一実施形態では、少なくともいくつかの排気ガスは、下流の触媒反応器及び上流の凝縮器から取り出せるようになっており、さらに少なくとも１つの粒子フィルターの上流に排気ガスをフィードバックできる。排気ガス内のＮＯ_２は、粒子フィルター内の粒子状物質と反応し、Ｎ_２が形成される。

本発明の別の一実施形態では、少なくともいくつかの排気ガスは、触媒反応器下流及び凝縮器上流から取り出せるようになっており、さらに内燃機関へフィードバックできる。

本発明の別の一実施形態では、冷炎を粒子フィルターに通過させることによって粒子フィルターを再生することができる。

本発明の別の一実施形態では、少なくとも１つの触媒反応器内の触媒は、好ましくは冷炎発生器から触媒反応器に冷炎ガスまたは温風を通過させることによって、触媒反応器の起動（ｕｐ−ｓｔａｒｔ）時に加熱できる。

本発明の別の一実施形態では、排気ガスは、好ましくは２０℃−７０℃、より好ましくは、３０℃−５０℃の温度範囲に凝縮器内で冷却される。

別の方法の態様では、追加の水（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｗａｔｅｒ）を凝縮器内に注入することである。この追加の水は、排気ガスを冷却できる。さらに排気ガスからＳＯ_３及びＮＯ_２をこの追加の水に溶解できる。

追加の水を水滴の形で排気と接触させた時に、これらの水滴（ｗａｔｅｒ ｄｒｏｐｌｅｔｓ）は、冷却された排気ガス内に形成された酸ミスト滴（ｍｉｓｔ ｄｒｏｐｌｅｔｓ）を捕捉しながら洗い流すことができる。本発明のさらなる態様は、少なくとも部分的に追加の水、凝縮された水及び追加の水として凝縮器に凝縮器から回収された酸は、再循環することを含んでいる。

さらなる態様では、追加の水は海水であってもよい。海水の中に溶解した塩は、硫酸と反応し、硫酸塩を形成する。硫酸塩は、海水の通常の成分であり、また粒子フィルター内の上流側で粒子が排気ガスから除去されている為、得られた凝縮物、追加の水及び硫酸塩を含む凝縮物ストリーム（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｓｔｒｅａｍ）を海に処分することも可能である。

また、ＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ、煤及び水を含む排気ガスからＳＯ_Ｘ及びＮＯ_Ｘを除去する為の浄化装置が開示されている。排気ガスは、内燃機関における燃料の燃焼によって生じる。除去装置は、流体的に内燃機関に接続された少なくとも１つの触媒反応器を備えている。触媒反応器は、排気ガスが触媒反応器を通る際に、ＳＯ_２をＳＯ_３に、ＮＯをＮＯ_２に少なくとも変換する酸化触媒を備えている。さらに装置は、触媒反応器の下流側に触媒反応器と流体的に接続されている凝縮器を備えている。凝縮器内の排気ガスは、凝縮器内の水の露点よりも低い温度まで冷却されと、ＳＯ_３、ＮＯ_２及び水は凝縮され、且つＳＯ_３及びＮＯ_２は凝縮水に溶解して排気ガスから除去されるので、ＳＯ_Ｘ及びＮＯ_Ｘが排気ガスから除去される。

さらなる実施形態に係る浄化装置は、排気ガスが少なくとも１つの触媒反応器を通る前に、排気ガス内の粒子状物質を除去する為の粒子フィルターを備えてもよい。粒子フィルターは、内燃機関及び触媒反応器へ流体的に接続されていることが好ましい。

別の実施形態に係る浄化装置は、少なくとも排気ガスの一部を触媒反応器の下流側及び凝縮器の上流側から粒子フィルターの上流側に戻す導管（ｃｏｎｄｕｉｔ）を含んでいる。

ここで用いる用語「導管」は、パイプライン、チャネル、流路または流体の為の任意の手段を含む流体連結を与えるその他の手段を指している。

他の実施形態では、浄化装置は粒子フィルターの下流側及び触媒反応器の上流側から、排気ガスを部分的にＥＧＲループ内の内燃エンジン中に戻す導管を含んでも良い。

別の実施形態では、浄化装置は、冷炎ガスを生成する冷炎発生器をさらに備えることができる。冷炎発生器は、冷炎ガスが粒子フィルターを通して流すことができるように粒子フィルターに流体的に接続されているのが好ましい。

別の実施形態では、浄化装置は、冷炎ガスを生成する冷炎発生器をさらに備えており、冷炎発生器を流体的に触媒反応器に接続させておくと、冷炎ガスや温風は触媒反応器を通して流すことができる。冷炎発生器は、温風注入口及び燃料注入口を備えている。温風及び燃料は、冷炎ガスを供給する為に、冷炎発生器で反応する。燃料が全く添加されない場合は、温風は触媒反応器内に未反応のまま流すことができる。この機能は、例えばエンジン始動前等、立ち上げ時の触媒反応器の加熱に用いるのが効果的である。

別の一実施形態では、排気ガスは、凝縮器内で好ましくは２０℃−７０℃、より好ましくは３０℃−５０℃の温度範囲に冷却される。

また、内燃機関及び上述した排気ガスからＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ及び煤を除去できる浄化装置を備えた船舶が得られる。浄化装置は、内燃機関からの排気ガスが浄化装置を通して流れることができるように内燃機関に流体的に接続されている。ここで使用する用語「船舶」は、ボートや船等の輸送用船舶を指している。

ここで使用する用語「粒子状物質」は、内燃機関からの排気ガス中に存在する煤及び他の粒子を指している。

さらに本発明は、粒子状物質及びＳＯ_Ｘを含む排気ガスからＳＯ_Ｘ及び粒子状物質を除去する方法を提供する。具体的には、本発明では、排気ガスは内燃機関における燃料の燃焼によって生じる。前記排気ガスは、少なくともＳＯ_２をＳＯ_３に変換できる少なくとも１つのＳＯ_Ｘ除去用の触媒反応器を通過させる前に、前記粒子状物質除去用粒子フィルターを通過され、前記排気ガスはスクラバーを通過され、ＳＯ_３及びＳＯ_２が凝縮され、溶解する温度で、浄化液（ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ）を接触されて、冷却され、また冷炎ガスを使用して前記粒子フィルターを再生する。本発明のこの態様は、この方法を使用しなければ粒子状物質としてスクラバー内に形成されるようなスラッジをスクラバーの上流側で除去することによって、スラッジの形成を回避する。

さらに、この態様におけるＮＯ_Ｘの除去方法は、酸化触媒を含む少なくとも１つの触媒反応器を備え、触媒反応器はＳＯ_２をＳＯ_３に、ＮＯをＮＯ_２にそれぞれ変換される。

さらに本発明は、燃料の燃焼が内燃機関で行われる際に生じる粒子状物質及びＳＯ_Ｘを含む排気ガスからＳＯ_Ｘ及び粒子状物質を除去する浄化装置であって、前記装置は、前記内燃機関に流体的に接続された少なくとも１つの触媒反応器を備え、前記触媒反応器は、前記排気ガスが当該触媒反応器を通過する際、少なくともＳＯ_２をＳＯ_３に変換する酸化触媒を含み、前記装置は、前記排気ガスが少なくとも１つの触媒反応器を通る前に前記排気ガス内の粒子状物質を除去する粒子フィルターを備え、前記粒子フィルターは前記内燃機関及び前記触媒反応器と流体的に接続されており、さらに、前記装置は、前記触媒反応器の下流側で前記触媒反応器と流体的に接続されているスクラバーを備えており、前記スクラバー内で前記排気ガスは、ＳＯ_３が凝縮され、且つ、ＳＯ_３が溶解して前記排気ガスから除去される温度に冷却された洗浄液と接触し、更に、前記装置は、冷炎ガス(ｃｏｌｄ ｆｌａｍｅ ｇａｓ)を生成する冷炎発生器を備えており、前記冷炎発生器は前記冷炎ガスを前記粒子フィルター通過することによって前記粒子フィルターを再生できるように、前記粒子フィルターと流体的に接続されていることを特徴とする浄化装置を提供する。

本発明のこの態様は、この装置でなければ粒子状物質としてスクラバー内に形成されるスラッジをスクラバーの上流側で除去することによって回避する。

さらなる装置の態様では、さらに冷炎ガスが触媒反応器を通して流れるように触媒反応器に冷炎発生器を流体的に接続させてもよい。この態様では、粒子フィルター及び触媒反応器の両方が冷炎ガスによって再生される。

以下、本発明の好適な実施形態は、添付図面を参照しながら説明をする。

本発明の第１の実施形態の概略図を示す。 本発明の第２の実施形態の概略図を示し、排気ガスが酸化触媒反応器下流側から粒子フィルター上流側まで戻される例を示す。 図２の実施形態と同様な本発明の第３の実施形態の概略図を示し、ここでは、二つの平行な流路が存在する場合を示している。 本発明の第４の実施形態の概略図を示し、排気ガスが流体フィルター下流側から内燃機関まで戻される場合を示している。

全ての図１−４において、技術的特徴が同じ場合、同じ参照番号が与えられている。また、図面は本発明の要部を示しており、弁装置のような他の標準的な部品は含まれてないことに留意すべきである。そのような装置を浄化装置のどこに及びどの時に組み込むことが必要であることは当業者には明らかであろう。

図１は、排気ガスからＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ及び煤／粒子状物質を除去する浄化装置１０の第１の実施形態を示している。排気ガスは、内燃機関１２、特に、船舶における内燃機関で生成される。しかし、内燃機関は、内燃機関によって駆動される車両や電動機のような他のタイプの機器の内燃機関であってもよい。

燃料は、流体流路１３を通して内燃機関１２へ供給される。空気は、流体流路１４を通して内燃機関に供給される。内燃機関の燃焼室（図示せず）内で、燃料は空気と燃焼して排気ガスを形成する。燃料は、内燃機関内で燃焼プロセス中に主にＳＯ_２を発生させる高含有の硫黄を含んでいる。排気ガスの排出量の規制の為、大気中に放出される排気ガス内の硫黄含有量が、少なくとも公式の基準や要件によって設定された制限以下になるように、ＳＯ_２は排気ガスから除去しなければならない。例えば、船舶に対して、排気ガス中のＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ量の限度は、ＩＭＯ（ＩＭＯ＝Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ（国際海事機関））の規定に記載されている。

本発明に係る浄化装置は、内燃機関１２と流体流路２５により接続されており、流体流路２５は流体フィルター１６を内燃機関に流体的に接続している。

粒子フィルター１６の下流側には、触媒反応器１８が流体流路２６を介して粒子フィルターと流体的に連通した状態で配置されている。触媒反応器１８は少なくとも１つの酸化触媒を備えている。酸化触媒は、ＳＯ_Ｘ、典型的にはＳＯ_２ をＳＯ_３に変換し、また、ＮＯ_Ｘ、典型的にはＮＯをＮＯ_２に変換するような触媒である。酸化触媒は、例えば、５酸化バナジウム触媒（ｖａｎａｄｉｕｍ ｐｅｎｔｏｘｉｄｅ ｃａｔａｌｙｓｔ）または他の適切な触媒であってもよい。粒子フィルター１６は、排気ガス内に存在し、且つ、触媒反応器１８内の酸化触媒の効率を毀損し、また、低下させる煤と粒子を除去する。

さらに浄化装置１０は、触媒反応器１８の下流側で触媒反応器１８と流体流路２７で流体的に接続された凝縮器２０を備えている。凝縮器２０は、凝縮器２０内に含まれた水の露点温度以下まで排気ガスを冷却する。即ち、排気ガスは、２０℃−７０℃、より好ましくは、２０℃−５０℃の温度範囲まで冷却される。水は、内燃機関における燃焼処理の結果として、排気ガスの一部となる。但し、浄化装置１０は、必要に応じて水を凝縮器２０に注入できるように、水の供給源に接続された流体流路２１を設けてもよい。弁装置（ｖａｌｖｅ ｄｅｖｉｃｅ）２２は、流体流路２１を通る水の流れを制御する。

排気ガスは、水の露点温度以下までより低い温度に冷却されると、水は凝縮され、さらに排気ガス内のＳＯ_３が凝縮されて硫酸が形成され、また排気ガス内のＮＯ_２が凝縮されて硝酸が形成される。液体流路２３は、硫酸、硝酸及び水の混合物が凝縮器を通して排出される凝縮器２０の第１の排出口に接続されている。流体流路２８は、残りの排気ガスが凝縮器を通して排出される凝縮器２０の第２の排出口に接続されている。

図１に示す浄化装置１０は、冷炎ガスを生成できる冷炎発生器３０を備えている。予熱された空気が流体流路３２を通して冷炎発生器に供給されている間、燃料は、流体流路３１を通して冷炎発生器に供給される。燃料は、内燃機関１０に供給される燃料と同じであってもよい。冷炎発生器では、燃料は上述の冷炎ガスを形成するように部分的に酸化される。流体流路３３は、冷炎発生器３０及び流体流路２５に接続されており、冷炎発生器３０内で生成される冷炎ガスは、冷炎発生器３０から流体流路２５内に流すことができる。流体流路３３には、流体流路３３を介して冷炎ガスの流れを制御できるように弁装置３４が設けられている。冷炎ガスは、煤／粒子状物質によって部分的にまたは完全に詰まった時に、粒子フィルター１６を再生する為に使用される。粒子フィルター１６を再生する為に、冷炎発生器から及び粒子フィルター１６を通して冷炎ガスが移送される。冷炎ガスが煤を酸化することで、粒子フィルター１６が再生される。内燃機関からの排気ガスが触媒反応器を通る前に、冷炎ガスは、触媒反応器１８内の酸化触媒の動作温度である３００℃−７００℃になるまで酸化触媒を加熱するのに使用できる。

本発明の第１の実施形態では、浄化装置１０を通過した後に得られた排気ガスは、極めて低い硫黄及び煤／粒子状物質の含量を有する。

図２に示す本発明の実施形態は、図１に示す実施形態と非常に似ている。上述のように、全ての図面において同じ参照番号を有しているので同一の技術的特徴は、繰り返し説明しない。

図２に示す実施形態の図１に示す第１の実施形態から異なっている点は、浄化装置１０はさらに流体流路３６を備えている点である。当該流体流路３６は流体流路２７に接続された一端と、粒子フィルター１６と内燃機関（１２）を流体的に接続している流体流路２５に接続された他端とを有している。流体流路２７は触媒反応器１８及び凝縮器２０に流体的に接続されると共に、流体流路２５にも接続されている。当該流体流路２５は粒子フィルター１６及び浄化装置が動作している時、内燃機関に流体的に接続されている。流体流路３６には、流体流路３６を通る排気ガスの流れを制御できるように弁装置３７が設けられているのが好ましい。流体流路３６を含めることは、ＮＯ_２を含む触媒反応器１８の下流側から粒子フィルター１６の上流側まで排気ガスを戻すことが可能になることを意味している。ＮＯ_２は、粒子フィルター１６を通過する際、煤がＮＯ_２と反応してＮ_２が形成されるので、排気ガス内のＮＯ_Ｘの含有量の低減に寄与すると同時に、粒子フィルター１６から煤を除去する。

本発明の第２の実施形態では、浄化装置１０を通過した後に得られた排気ガスは、極めて低い硫黄及び煤の含量及び極めて低いＮＯ_Ｘの含量を有する。

図３に示す実施形態は、図２に示した実施形態と同様である。違いは、浄化装置１０は、二つの粒子フィルター１６ａ、１６ｂ及び二つの触媒反応器１８ａ、１８ｂを備えていることである。粒子フィルター１６ａ及び触媒反応器１８ａは、排気ガスの為の二つの平行な流体流路の第１の支流（ｂｒａｎｃｈ）に配置されており、同時に粒子フィルター１６ｂ及び触媒反応器１８ｂは、二つの平行な流体流路の第２の支流に配置されている。

浄化装置１０が動作している時、内燃機関に流体的に接続されている流体流路２５は、第１の流体流路接続部２４で第１の支流４４及び第２の支流４５の２つの支流に分岐されている。図３に示すように、２つの支流４４、４５は、再び第２の流体流路接続部２９で結合される。

第１の支流４４は、流体流路接続部２４と流体流路２５ａで流体的に接続された粒子フィルター１６ａを備えている。粒子フィルター１６ａは、粒子フィルター１６ａの下流側に配置された触媒反応器１８ａと流体的に接続されている。さらに触媒反応器１８ａは、触媒反応器の下流側で流体流路２７ａにより第２の流体流路接続部２９と接続されている。図２に示した実施形態と同様に、さらに流体流路３６ａが設けられており、その一端は、流体流路２７ａと接続されており、他端は、流体流路２５ａと接続されているので、流体流路２７ａを流れる触媒反応器１８ａの下流側の排気ガスを流体流路２５ａへ排気ガスを供給するように戻すことができる。流体流路３６ａは、弁装置３７ａを備えているのが好ましく、そのような流体経路３６ａを通して流れる排気ガスを制御することができる。

第２の支流４５は、流体流路接続部２４と流体流路２５ｂで流体的に接続された粒子フィルター１６ｂを備えている。粒子フィルター１６ｂは、粒子フィルター１６ｂの下流側に配置された触媒反応器１８ｂと流体的に接続されている。さらに触媒反応器１８ｂは、触媒反応器の下流側で流体流路２７ｂによりに第２の流体流路接続部２９と接続されている。図２に示した実施形態と同様に、さらに流体流路３６ｂが設けられており、その一端は、流体流路２７ｂと接続されており、他端は、流体流路２５ｂと接続されているので、流体流路２７ｂを流れる触媒反応器１８ｂの下流側の排気ガスを流体流路２５ｂへ排気ガスを供給するように戻すことができる。流体流路３６ｂは、弁装置３７ｂを備えているのが好ましく、そのような流体経路３６ｂを通して排気ガスの流れを制御することができる。

流体流路３６ａ、３６ｂの他の経路として、流体経路３６ａの一端を流体経路２７ａと接続させ、流体経路３６ａの他端を流体経路２５ｂと接続させて、触媒反応器１８ａの下流側から粒子フィルター１６ｂの上流側に排気ガスを流すことも可能である。同様に、３６ｂの一端を流体経路２７ｂと接続させ、流体経路３６ｂの他端を流体経路２５ａと接続させて、触媒反応器１８ｂの下流側から粒子フィルター１６ａの上流側に排気ガスを流すことも可能である。

本発明の第３の実施形態では、浄化装置１０を通過した後に得られた排気ガスは、極めて低い硫黄、ＮＯ_Ｘ及び煤の含量を有する。

図４では、再び図１−２に示す実施形態と同様である実施形態が示されている。図４と図１の実施形態との唯一の違いは、図４の実施形態は、排気ガス再循環ループ（ＥＧＲ−ｌｏｏｐ）（排気ガスリターン（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｒｅｔｕｒｎ））を有していることである。浄化装置１０は、流体流路３９を備えており、その一端は、粒子フィルター１６及び触媒反応器１８を接続する流体流路２６に接続されており、また他端は、浄化装置が動作している場合に流体流路２６を通って排気ガスを内燃機関１２の処理室に戻すことができる内燃機関１２と接続されている。流体流路３９は、排気ガスを処理室に戻される前に冷却できるような冷却器４０と流体流路３９を通る排気ガスを制御できるように弁装置４１を備えていてもよい。排気ガスは燃焼室に戻されると、その結果、排気ガス内のＮＯ_Ｘの含有量が低下する。

本発明の第４の実施形態では、浄化装置１０を通過した後に得られた排気ガスは、極めて低い硫黄及び煤と極めて低いＮＯ_Ｘの含量を有する。

流体流路１３、１４、２１、２３、２５、２６、２６ａ、２６ｂ、２７、２７ａ、２７ｂ、２８、３１、３２、３１、３３、３３ａ、３３ｂ、３６、３６ａ、３６ｂ、３９は、流体を流すことができるパイプ、チューブ、導管または同様な装置の形をした一般的な流体ライン（ｆｌｕｉｄ ｌｉｎｅ）である。

本発明の様々な実施形態の説明から分かるように、浄化装置１０を排気ガスが通った後に、内燃機関内の燃焼処理によって生じる排気ガスから相当な量のＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ及び煤／粒子状物質が除去される。ＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘの含有量がＩＭＯ規制の要件よりはるかに下回る為、一般にとてもクリーンな排気ガスである。

１０ 浄化装置
１２ 内燃機関
１３ 流体流路
１４ 流体流路
１６、１６ａ、１６ｂ 粒子フィルター
１８、１８ａ、１８ｂ 触媒反応器
２０ 凝縮器
２１ 流体流路
２２ 弁装置
２３ 流体流路
２４ 第１の流体流路接続部
２５ 流体流路
２６、２６ａ、２６ｂ 流体流路
２７、２７ａ、２７ｂ 流体流路
２８ 流体流路
２９ 第２の流体流路接続部
３０ 冷炎発生器
３１ 流体流路
３２ 流体流路
３３、３３ａ、３３ｂ 流体流路
３４、３４ａ、３４ｂ 弁装置
３６、３６ａ、３６ｂ 流体流路
３７、３７ａ、３７ｂ 弁装置
３９ 流体流路
４３ 弁装置
４４ 第１の支流
４５ 第２の支流

Claims (18)

1. 燃料の燃焼が内燃機関で行われる場合に発生するＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ、煤及び水蒸気を含む排気ガスからＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘを除去する方法であって、前記排気ガスは、酸化触媒を含む少なくとも１つの触媒反応器を通過し、通過の際に、前記触媒反応器で少なくともＳＯ_２及びＮＯはそれぞれＳＯ_３及びＮＯ_２に変換され、前記排気ガスは凝縮器で、水の露点温度以下の温度まで冷却された後に、ＳＯ_３、ＮＯ_２及び水は凝縮され、さらにＳＯ_３及びＮＯ_２は凝縮水に溶解されて排気ガスから除去されることを特徴とする方法。
2. 前記排気ガスは、少なくとも１つの触媒反応器を通る前に、粒子状物質を除去する粒子フィルターを通ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記触媒反応器の下流側及び前記凝縮器の上流側から取り出された少なくとも一部の排気ガスは、少なくとも１つの粒子フィルターの上流側に戻されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記粒子フィルターの下流側及び前記触媒反応器の上流側から取り出された少なくとも一部の排気ガスは、前記内燃機関に戻されることを特徴とする請求項２乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記粒子フィルターは、冷炎（ｃｏｌｄ ｆｌａｍｅ）ガスを通過させることによって再生(ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅ)されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記少なくとも１つの触媒反応器内の前記触媒は、冷炎ガスを前記触媒反応器に通過させることによって前記触媒反応器の起動時に加熱されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 排気ガスは、２０℃−７０℃の範囲の温度まで冷却されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 水は凝縮器内に注入されることを特徴とする請求項１乃至７に記載の方法。
9. 燃料の燃焼が内燃機関で行われる際に発生するＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ、煤及び水蒸気を含む排気ガスからＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘを除去する浄化装置であって、前記内燃機関に流体的に接続されている少なくとも１つの触媒反応器を備え、前記触媒反応器は、前記排気ガスが触媒反応器を通過する時にＳＯ_２及びＮＯをそれぞれＳＯ_３及びＮＯ_２に変換する酸化触媒を含み、さらに前記浄化装置は、前記触媒反応器の下流側に流体的に前記触媒反応器と接続されている凝縮器を備えており、前記凝縮器内で前記排気ガスは、水の露点温度以下の温度まで冷却され、ＳＯ_３、ＮＯ_２及び水は凝縮され、さらにＳＯ_３及びＮＯ_２は凝縮水に溶解され、これによって、ＳＯｘ及びＮＯｘはて排気ガスから除去されることを特徴とする浄化装置。
10. さらに前記装置は、前記排気ガスが少なくとも１つの触媒反応器を通る前に、前記排気ガス内の粒子状物質を除去する粒子フィルターを含み、前記粒子フィルターは、前記内燃機関及び前記触媒反応器と流体的に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の浄化装置。
11. 前記装置は、前記触媒反応器の下流側及び前記凝縮器の上流側からの少なくとも一部の排気ガスを前記粒子フィルターの上流側に戻す導管を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の浄化装置。
12. 前記装置は、前記粒子フィルター下流側及び前記触媒反応器上流側からの少なくとも一部の排気ガスを排気ガス再循環ループ（ＥＧＲ−Ｌｏｏｐ）内の内燃機関内に戻す導管を備えていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の浄化装置。
13. さらに前記装置は、冷炎ガスを生成させる冷炎発生器（ｃｏｌｄ ｆｌａｍｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を備え、前記冷炎ガスが前記粒子フィルターを通して流せるように前記冷炎発生器と前記粒子フィルターとが流体的に接続されていることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の浄化装置。
14. さらに前記装置は、冷炎ガスを生成させる冷炎発生器を備え、前記冷炎ガスが前記触媒反応器を通して流れるように前記冷炎発生器は前記触媒反応器と流体的に接続されていることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の浄化装置。
15. 前記凝縮器は、前記凝縮器内に水を注入できる水源に接続されている流体流路と接続されていることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の浄化装置。
16. 内燃機関と、ＳＯ_Ｘ、ＮＯ_Ｘ及び煤を排気ガスから除去する請求項９乃至１５いずれか一項に記載の浄化装置とを備える船舶であって、前記内燃機関から排出される前記排気ガスが前記浄化装置を通して流れるように、前記浄化装置は、前記内燃機関と流体的に接続されていることを特徴とする船舶。
17. 燃料の燃焼が内燃機関で行われる際に発生するＳＯ_Ｘ及び粒子状物質を含む排気ガスから、粒子状物質及びＳＯ_Ｘを除去する方法であって、前記排気ガスは、少なくともＳＯ_２をＳＯ_３に変換することによってＳＯ_Ｘを除去する少なくとも１つの触媒反応器を通過する前に、粒子状物質除去のための粒子フィルターを通過し、その後、スクラバーを通過して、ＳＯ_３が凝縮され、ＳＯ_３が溶解されるような温度に保たれた浄化液(ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ)と接触させることによって冷却すると共に、更に、前記方法は、冷炎ガスを使用して、粒子フィルターを再生することを特徴とする方法。
18. 燃料の燃焼が内燃機関で行われる際に生じる粒子状物質及びＳＯ_Ｘを含む排気ガスからＳＯ_Ｘ及び粒子状物質を除去する浄化装置であって、前記装置は、前記内燃機関に流体的に接続された少なくとも１つの触媒反応器を備え、前記触媒反応器は、前記排気ガスが当該触媒反応器を通過する際、少なくともＳＯ_２をＳＯ_３に変換する酸化触媒を含み、
    前記装置は、前記排気ガスが少なくとも１つの触媒反応器を通る前に前記排気ガス内の粒子状物質を除去する粒子フィルターを備え、
    前記粒子フィルターは前記内燃機関及び前記触媒反応器と流体的に接続されており、さらに、前記装置は、前記触媒反応器の下流側で前記触媒反応器と流体的に接続されているスクラバーを備えており、
    前記スクラバー内で前記排気ガスは、ＳＯ_３が凝縮され、且つ、ＳＯ_３が溶解して前記排気ガスから除去される温度に冷却された洗浄液と接触し、更に、前記装置は、冷炎ガス(ｃｏｌｄ ｆｒａｍｅ ｇａｓ)を生成する冷炎発生器を備えており、前記冷炎発生器は前記冷炎ガスを前記粒子フィルター通過することによって前記粒子フィルターを再生できるように、前記粒子フィルターと流体的に接続されていることを特徴とする浄化装置。

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