JP2016516931A - 排ガス中のＳＯｘを減少させるための洗浄システム及び洗浄方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、船舶用内燃機関（１０４）、バーナー、又はボイラーからの排ガス中のＳＯｘ及び粒子状物質を減少させるための洗浄システム（１）に関するものである。当該洗浄システムは、第１スクラバ処理ループ（１００）及び第２スクラバ処理ループ（２００）を備え、第１スクラバ処理ループ（１００）及び第２スクラバ処理ループ（２００）はそれぞれ、第１スクラバ（１０２）及び第２スクラバ（２０２）を有し、またそれぞれ、第１水循環タンク（１０１）及び第２水循環タンク（２０１）を有する。第１水循環タンクからの水は、排ガスとの接触により、第１スクラバ（１０２）内部で蒸発して水蒸気となるように構成されており、これにより、当該水蒸気及び当該排ガスは湿った排ガスを形成する。当該湿った排ガスは、第２スクラバ（２０２）へ移動するように構成されており、第２水循環タンクからの水は、湿った排ガス中の水蒸気を凝縮させるように構成されている。第２スクラバ処理ループ（２００）から第１スクラバ処理ループ（１００）への水の逆流が起こる。洗浄システム（１）へ供給されるアルカリ剤の全量の少なくとも６０％、より好ましくは少なくとも９０％が、第２スクラバ処理ループ（２００）へ供給される。本発明はまた、このような洗浄システムの運転方法及びこのような洗浄システムの使用に関するものである。

Description

本発明は、船舶用内燃機関、バーナー、又はボイラーからの排ガス中のＳＯｘ及び粒子状物質を減少させるための洗浄システム及び洗浄方法に関するものである。本発明はまた、このようなシステムの使用に関するものである。

化石燃料の燃焼中、燃料中の硫黄が硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）の形態で放出される。他の汚染物質としては、煤、油分、及び重金属粒子等の１次（ｐｒｉｍａｒｙ）粒子状物質、並びに窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）がある。空気汚染が人々の健康及び環境に深刻な影響を及ぼしていることは広く知られている。二酸化硫黄及び窒素酸化物が酸性雨の主要な前駆体であることもまた広く知られている。

国際海運の排出制御に関する現在の規制には、ＳＯ_Ｘ排出量を制御する方法として、燃料油中の硫黄含有量に上限を設けることが含まれる。排出規制海域（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｒｅａｓ）におけるＳＯ_Ｘについての燃料品質に関する特別規定が存在し、近い将来、燃料中の硫黄の許容上限量が大幅に引き下げられることが予想されている。いくつかのＥＵ指令の明細（ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ）に従って２００５年５月に発効されたＭＡＲＰＯＬ Ａｎｎｅｘ ＶＩ規則により、船舶用ディーゼルが環境に及ぼす影響が抑制された。２０１５年までに、当該規則は、例えば燃料中の硫黄の上限量及びＮＯｘの上限に関して一層厳しくなる予定である。

排出量を低減することのできる可能性としては様々なものがあり、これらは単独で利用してもよく、組み合わせて利用してもよい。一つの可能性としては、留出燃料や低硫黄燃料等の新しい燃料を使用することである。別の可能性としては、通常船舶上で使用される、ＮａＯＨ溶液等のアルカリ剤を使用する湿式スクラバ技術や、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）の粒状体を使用する乾式スクラバ技術といった、ＳＯ_Ｘの排出を制御する方法を更に改良することである。

今日の海洋産業では、船舶エンジンからの排気中のＳＯ_Ｘを減少させるという目的のために、排ガス洗浄（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｃｌｅａｎｉｎｇ：ＥＧＣ）を利用することが広く知られている。

ＥＧＣタイプの湿式スクラバのうち、広く知られた一つの湿式スクラバは、いわゆる閉ループスクラバである。これは、排ガスから硫黄酸化物及び煤粒子を洗い出すために、循環する淡水を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）のようなアルカリ剤と組み合わせて使用するものである。循環する淡水の水質を制御するために、当該淡水は、少量ずつ、断続的又は継続的に、綺麗な淡水に交換することができ、洗浄後は船舶内に貯蔵するか、又は船上から排出することができる。

上述の種類のスクラバは当該技術分野において広く知られているが、未解決の問題や解決困難な問題がいくつか残っている。一般に、蒸発による閉ループスクラバシステムの水の消費量は非常に大きいため、バランスを保つために大量の淡水をシステムに継続的に加える必要がある。更に、閉ループスクラバシステムにおける水の洗浄は重大な意味を持つものである。水の汚れが激しすぎると、排出することが許されず、また、スクラバシステム内で煤が積み上がるのを避けるのが困難になるおそれがある。このような煤は、最終的にはバルブ及びノズルを詰まらせて、スクラバシステムの構成要素の故障を引き起こすおそれがある。また、ＮａＯＨやＮａ_２ＣＯ_３のようなｐＨ中和剤の消費量も非常に大きいため、スクラバシステムの運転がより高コストになる。

欧州特許出願公開第１８５７１６９号明細書（特許文献１）には、二つのセクションスクラバを備える淡水スクラバシステムであって、第１セクションは硫黄除去用のものであり、第２セクションは濃縮用のものである淡水スクラバシステムが開示されている。

欧州特許出願公開第１８５７１６９号明細書

本発明の目的は、淡水の消費量の低減を可能にするシステムを提供することである。

この目的は、船舶用内燃機関、バーナー、又はボイラーからの排ガス中のＳＯｘ及び粒子状物質を減少させるための洗浄システムであって、
第１スクラバ及び第１水循環タンクを備える第１スクラバ処理ループであって、
第１水循環タンクからの水が、第１スクラバ処理ループを循環するように構成されており、
第１スクラバが、内燃機関、バーナー、又はボイラーからの排ガス及び第１水循環タンクからの水を受け取るように構成されており、
第１水循環タンクからの水が、少なくとも部分的に、排ガスとの接触により、第１スクラバ内部で蒸発して水蒸気となるように構成されており、これにより、水蒸気及び排ガスが湿った排ガスを形成する、第１スクラバ処理ループと；
第２スクラバ及び第２水循環タンクを備える第２スクラバ処理ループであって、
第２水循環タンクからの水が、第２スクラバ処理ループを循環するように構成されており、
第１スクラバと第２スクラバとの間の連絡路により、湿った排ガスが第１スクラバから第２スクラバへ移動することが可能となっており、
第２スクラバが、第２循環タンクからの水を受け取るように構成されており、
第２循環タンクからの水が、第２スクラバ内部で、湿った排ガス中の水蒸気を少なくとも部分的に凝縮させるように構成されている、第２スクラバ処理ループと；
第１スクラバ処理ループと第２スクラバ処理ループとの間の連絡路であって、第２スクラバ処理ループから第１スクラバ処理ループへの水の逆流を可能にする連絡路と、
を備え、
少なくとも第２スクラバ処理ループへアルカリ剤を供給するための装置であって、洗浄システムへ供給されるアルカリ剤の全量の少なくとも６０％、より好ましくは少なくとも９０％が第２スクラバ処理ループへ供給される、アルカリ剤供給用装置をさらに備える、洗浄システムによって達成される。

本発明に係る洗浄システムは、二つのセクション、即ち第１スクラバ処理ループと第２スクラバ処理ループとを有する。第１スクラバ処理ループは、高温の排ガスと接触するため温かく、これにより大量の水が蒸発する。従って、第１スクラバ処理ループは、蒸発ループとみなすことができる。第１スクラバ処理ループでは、以下で更に説明するように、排ガスが粒子状物質から洗浄される。

第２スクラバ処理ループは、第１スクラバ処理ループと比較するとより低温であり、これにより蒸発水が少なくとも部分的に凝縮し、液体状態に戻る。蒸発により、塩及び粒子状物質等の不純物は分離されて残存するため、結果として第１スクラバ処理ループから第２スクラバ処理ループへの純水蒸気の正味の移動が起こる。「純、純粋な（ｐｕｒｅ）」との語は、本明細書中で使用する場合、硫酸塩及び粒子状物質を本質的に含まない、との意味で解釈されるべきものである。

更に、洗浄システムへ供給されるアルカリ剤の全量の少なくとも６０％、より好ましくは少なくとも９０％が第２スクラバ処理ループに供給され、この第２スクラバ処理ループにより、第２スクラバへ供給される湿った温排ガス中に含まれているＳＯｘが当該排ガスから洗い出され、酸化されて亜硫酸塩及び硫酸塩の水溶液となる。従って、第２スクラバ処理ループは、排ガスをＳＯｘから洗浄する洗浄ループとみなすことができる。

逆流により、上述のＳＯｘ洗浄により生じる汚水は、第１スクラバ処理ループに戻る。これにより、第１スクラバ処理において塩及び粒子状物質が蓄積し、濃度が上昇することになる。シミュレーションによると、塩及び粒子状物質の濃度が、第１スクラバ処理ループにおいて、最大で第２スクラバ処理ループの２０倍まで大きくなるであろうことが示された。以下で更に説明するように、これは当該洗浄システムにおいて蒸発、濃縮、及び逆流が起こる結果である。

第２スクラバ処理ループは、第２スクラバ処理ループを循環するように構成された水を冷却するように適合された第１熱交換器を備えることができる。

当該洗浄システムは、第２スクラバにより受け取られるように構成された水の温度を０〜３５℃の範囲で維持するように適合され得る。水をこの温度まで冷却するには、冷媒として例えば海水を使用する熱交換器を用いてもよい。海水の温度は地理及び時季に応じて変動するということが理解されるであろう。一般に、温度が低いほど、より多くの水が湿った排ガスから凝縮することになる。海水以外の冷媒を使用してもよいということが理解されるであろう。

当該洗浄システムは、第１スクラバにより受け取られるように構成された水の温度を４０〜７０℃の範囲で維持するように適合され得る。この温度範囲は、第１スクラバ処理ループを循環する水が高温の排ガスと接触することによるバランス効果により得られるようになる。

当該洗浄システムは、第２スクラバにより受け取られるように構成された水のｐＨ値が６〜１０の範囲、より好ましくは７〜８の範囲となるように、第２スクラバ処理ループへのアルカリ剤の供給を調節するように適合され得る。ｐＨ値がこの範囲内であれば、排ガスからの最適なＳＯｘ除去が可能となる。従来式の（例えば特許文献１に開示されているような）スクラバにおける、流入時のｐＨ値が高い状態、例えば流入時のｐＨ値が９以上の状態での稼働は、結果としてアルカリ剤も排出用水も過度に消費することになり、許容可能なｐＨ排出制限を超過してしまうおそれがあるため、望ましくない。本発明によると、第２スクラバの段階で過剰なアルカリ性成分の排出が起こらず、このような過剰なアルカリ性成分は、第１スクラバの段階において消費される。

当該洗浄システムは、第１スクラバにより受け取られるように構成された水のｐＨ値を２〜８の範囲、より好ましくは２〜４の範囲で維持するように適合され得る。ｐＨ値が低いと、洗浄システムにおけるアルカリ剤の消費量を減少させることが可能になる。これについて、以下で更に説明する。

一般に、スクラバにおけるスクラブ効果は、スクラブ用水のアルカリ度により決定される。第１スクラバ処理ループの目的は、主として、第２スクラバ処理ループへ移動させる湿った排ガスを得るために水を蒸発させることである。第２スクラバ処理ループでは、排ガスの湿気の凝縮と併せてＳＯｘの洗浄が行われる。第１スクラバ処理ループにおける水のｐＨ値は、蒸発プロセスには大きな影響を及ぼさないため、できる限り低く保つことが可能である。しかしながら、通常の排出基準はｐＨ値６．５超とされているため、排出前にｐＨ値の調節が必要となる場合があるということは理解されるべきである。

第２スクラバループから逆流するアルカリ性の水は、第１スクラバへ供給される排ガス中に含まれているＳＯｘの中和にはそれほど寄与せず、第１スクラバ処理ループにおける水と接触する際に希釈されることになる。一般に、第１スクラバ処理ループにおいて、水にアルカリ剤を添加する必要はない。

当該洗浄システムは、第１スクラバ処理ループと連通する第１セパレータユニットを更に備えることができる。第１セパレータユニットは、第１スクラバ処理ループにおいて水の中で高濃度となった粒子状物質を除去するために使用される。

当該洗浄システムは、第１セパレータユニットからの残余水が供給されるように適合された水洗浄装置であって、残余水に含まれる塩を沈殿させるために残余水を冷却するように適合された第２熱交換器と、冷却残余水から沈殿した塩を分離するように適合された第２セパレータユニットと、を備える水洗浄装置を更に備えることができる。沈殿した塩から洗浄された冷却残余水は、第２スクラバ処理ループに戻すことができる。

別の態様によると、本発明は、
洗浄システムを使用することにより、船舶用内燃機関、バーナー、又はボイラーからの排ガス中のＳＯｘ及び粒子状物質を減少させる方法であって、
当該洗浄システムが、
第１スクラバ及び第１水循環タンクを備える第１スクラバ処理ループと；
第２スクラバ及び第２水循環タンクを備える第２スクラバ処理ループと；
第１スクラバと第２スクラバとの間の連絡路と；
第１スクラバ処理ループと第２スクラバ処理ループとの間の連絡路と；
少なくとも第２スクラバ処理ループへアルカリ剤を供給するための装置と；
を備えており、
−第１スクラバ処理ループにおいて、第１水循環タンクからの水を循環させるステップと；
−第２スクラバ処理ループにおいて、第２水循環タンクからの水を循環させるステップと；
−洗浄システムへ供給されるアルカリ剤の全量の少なくとも６０％、より好ましくは少なくとも９０％を、第２スクラバ処理ループへ供給するステップと；
−第１スクラバにおいて、内燃機関、バーナー、又はボイラーからの排ガス及び第１水循環タンクからの水を受け取るステップであって、第１水循環タンクからの水が、少なくとも部分的に、排ガスとの接触により、第１スクラバ内部で蒸発して水蒸気となり、これにより、水蒸気及び排ガスが湿った排ガスを形成するステップと；
−湿った排ガスを第１スクラバから第２スクラバへ移動させるステップと；
−第２スクラバにおいて、第２循環タンクからの水を受け取るステップであって、第２循環タンクからの水が、第２スクラバ内部で、湿った排ガス中の水蒸気を少なくとも部分的に凝縮させ、これにより、排ガス中に含まれているＳＯｘが酸化されて硫酸塩になるステップと；
−第２スクラバ処理ループから第１スクラバ処理ループへ水を逆流させるステップと、
を含む方法に関するものである。

当該方法は、上述の洗浄システムと本質的に同じ構成を有する洗浄システムに基づくものである。従って、同じ利点が得られる。必要以上の繰り返しを避けるために、上記のセクションを参照されたい。

更に別の態様によると、本発明は、船舶用内燃機関、バーナー、又はボイラーからの排ガス中のＳＯ_Ｘ及び粒子状物質を減少させることを目的とする、船上での上述の洗浄システムの使用に関するものである。

更なる目的及び特徴が、詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

以下、本発明の一実施形態について、一例として、添付の図面を参照して、より詳細に説明する。

本発明に係るシステムの全体略図である。

図１には、洗浄システム１が図示されている。洗浄システム１は、内燃機関１０４からの排ガスを洗浄するために、船舶上で使用される。より詳細には、洗浄システム１は、水で排ガスを洗い流すことにより、排ガスから粒子状物質及びＳＯｘ等の酸性ガスを除去するように構成されている。以下で更に説明するように、粒子状物質は、水に溶解させられ、その後排ガスから分離されることにより、排ガスから除去される。更に、ＳＯｘは、アルカリ剤、例えばＮａＯＨを含む水で排ガスを洗い流すことにより、ＳＯｘが酸素及びアルカリ剤と反応して、水に溶解する塩を形成し、これにより排ガスから除去される。

洗浄システム１は、第１水循環タンク１０１を有する第１スクラバ処理ループ１００と、第２水循環タンク２０１を有する第２スクラバ処理ループ２００と、を備える。

洗浄システム１は、閉鎖型淡水システムとみなすことができる。即ち、洗浄システム１は、新しい淡水を連続的に供給することなく、洗浄システム１を循環する淡水に対して動作するものである。当然ながら、例えば蒸気、残余水、又は排水としてスラッジと共に排出される淡水と交換するために、新しい淡水を供給してもよいということが理解されるであろう。

第１スクラバ処理ループ１００からスタートすると、第１スクラバ処理ループ１００は、内燃機関１０４からの排ガスを受け取るように内燃機関１０４の排出部に接続された第１入口１０３を有する第１スクラバ１０２を備える。更に、第１スクラバ１０２は、第１スクラバ１０２の第１出口１０５を介して、第１水循環タンク１０１の第１入口１０６に接続されており、この第１水循環タンク１０１は、第１水循環タンク１０１の第１出口１０７を介して、第１スクラバ１０２の第２入口１０８に接続されている。これにより、第１スクラバ１０２と第１水循環タンク１０１との間で、水が循環して流れることができるようになる。

第１スクラバ１０２に供給された水は、複数のノズル１０９を介して第１スクラバ１０２内部に分散される。このことは、当該技術分野において広く知られたことであるので、これ以上の説明は記載しないこととする。更に、これもまた当該技術分野において広く知られているように、第１スクラバ１０２内部の水の滞留時間は、ランダムな若しくは構造化された充填層材料を備える第１スクラバにより、又は追加のポンプ及び追加のスプレーノズル（図示せず）を用いて第１スクラバの上から下へ若干量の水を再循環させることにより、増加させることができる。

第１スクラバ処理ループ１００を循環する水のｐＨ値は、第１スクラバ１０２の第２入口１０８で測定する場合において、２〜８の範囲であり、より好ましくは２〜４の範囲である。従って、第１スクラバに受け取られる水のｐＨ値は、２〜８の範囲であり、より好ましくは２〜４の範囲である。

洗浄システム１の稼働中に、第１水循環タンク１０１において高濃度となる粒子状物質等の汚染物質を処理するために、以下で更に説明するように、第１水処理ループ１００は、第１セパレータユニット１１０に接続されている。第１セパレータユニット１１０は、第１水循環タンク１０１の第２出口１１７を介して、第１水循環タンク１０１に接続されている。第１セパレータユニット１１０は、一例として、当該技術分野において広く知られている高速セパレータとすることができる。

第１セパレータユニット１１０は、汚水を、粒子状物質を含むスラッジとその残余水とに分離するように構成されている。第１セパレータユニット１１０により回収されたスラッジは、後で、例えばポートストップ（ｐｏｒｔ ｓｔｏｐ）の間に、管理排出を行うために、スラッジタンク１１３中に回収され得る。

残余水は、第１水循環タンク１０１の第２入口１１１を通って第１スクラバ処理ループ１００に再導入されてもよく、第１セパレータユニット１１０の第１出口１１８、バルブ装置１１４、及び船外排出パイプ（図示せず）を通って排出されてもよい。

残余水について、その水質が法定船外排出基準を満たすか否かを確認するために、水質管理が行われ得る（図示せず）。一例として、残余水を抜き取って海へ排出する際の、有機化合物の上限量、濁りとも呼ばれる懸濁固形物の上限量、及びｐＨ値の上限値について定めた船外排出基準が存在する。

水質が許容可能と認められれば、残余水は船外へ排出することができる。許容可能と認められない場合、ポートストップのために排出が許されない場合、又は排出の影響を受けやすい海域に船舶が位置している場合、残余水は、後で排出するために、残余水タンク（図示せず）中に回収され得る。

第１セパレータユニット１１０は、稼働中に、第１スクラバ処理ループを循環する水の汚染レベルが予め設定されたレベルに達したと判断されたときに作動することにより第１水循環タンク１０１から水の供給を受けるように設定することができる。これは、予め設定された時間間隔で行われるように設定されてもよい。

以下に記載されるように、第１セパレータユニット１１０は、粒子状物質等の汚れ成分を分離し、第１処理ループ１００及び第２スクラバ処理ループ２００の両方から洗い出すものである。これは、第１セパレータユニット１１０に第１水循環タンク１０１から水が供給され、この第１水循環タンク１０１も、直接的又は間接的に第２水循環タンク２０１から水の供給を受けるためである。

次いで第２スクラバ処理ループ２００を参照すると、第２スクラバ処理ループ２００は、第２スクラバ２０２を備える。第２スクラバ２０２の第１出口２０３は、第２水循環タンク２０１の第１入口２０４に接続されている。第２水循環タンク２０１の第１出口２０５は、第１熱交換器２０７を介して第２スクラバ２０２の第１入口２０６に接続されている。これにより、第２スクラバ２０２と第２水循環タンク２０１との間で水が循環して流れることができるようになる。更に、第２スクラバ２０２の第２出口２０８は、浄化排ガス出口２０９に接続されている。第２スクラバ２０２に供給される水は、複数のノズル２１３を介して第２スクラバ２０２内部に分散される。このことは、当該技術分野において広く知られたことであるので、これ以上の説明は記載しないこととする。

第１熱交換器２０７、例えばプレート熱交換器は、第２水循環タンク２０１と第２スクラバ２０２との間を循環する水を冷却するように構成されている。冷却に使用される冷媒は、最も簡単な形態としては、船体内の配管（図示せず）を介して得られる海水とすることができる。

洗浄システム１は、アルカリ剤を入れておくアルカリ剤タンク２１０とバルブ２３１、２３２とを有する、アルカリ剤供給用装置２３０を備える。

アルカリ剤タンク２１０は、第２水循環タンク２０１の第１出口２０５と第１熱交換器２０７との間の位置において、第２処理ループ２００へアルカリ剤を供給することを可能にする、第１出口２２０を有するように構成されている。更に、アルカリ剤タンク２１０は、第１処理ループ１００へアルカリ剤を供給することを可能にする第２出口２２１を有するように構成されている。このアルカリ剤供給は、第２水循環タンク２０１の第２出口２１２と第１水循環タンク１０１の第３入口１１６との間で延在する連絡路３００を介して行われる。あるいは、第１スクラバ処理ループ１００へのアルカリ剤供給は、別の位置で、例えば第２スクラバ水循環タンク２０１の第２出口２１２と第１スクラバ１０２の第２入口１０８との間で延在する連絡路３００’を介して行われてもよい。

このアルカリ剤供給は、バルブ２３１、２３２により制御することができる。

同様にアルカリ剤タンク２１０も、別の位置、例えば第１熱交換器２０７と第２スクラバ２０２の第１入口２０６との間に配置されるように構成されてもよいということが理解されるであろう。

洗浄システム１へ供給されたアルカリ剤の全体量の少なくとも６０％、より好ましい少なくとも９０％が第２処理ループ２００へ供給されるべきである。

第２処理ループ２００を循環する水のアルカリ度は、第２スクラバ２０２の第１入口２０６で測定する場合において、ｐＨ値が６〜１０の範囲、より好ましくは７〜８の範囲になるように、アルカリ剤で調節される。従って、第２スクラバにより受け取られる水のｐＨ値は、６〜１０の範囲であり、より好ましくは７〜８の範囲である。

アルカリ剤は、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）とすることができる。当業者であれば、他のアルカリ剤も使用可能であることが理解できるであろう。水のアルカリ度、ひいてはアルカリ剤の量は、図示されていない制御機器により制御することができるということも理解されるであろう。

第１スクラバ処理ループ１００は、第１スクラバ１０２の第２出口１１５と第２スクラバ２０２の第２入口２１１との間で延在する連絡路４００により、第２スクラバ処理ループ２００と連通するように構成されている。更に、第２スクラバ処理ループ２００は、連絡路３００及び／又は連絡路３００’により第１スクラバ処理ループ１００と連通するように構成されている。

これにより、連絡路３００及び／又は連絡路３００’を通って第２水タンク２０１から第１スクラバ処理ループ１００へ水が流れることが可能となり、即ち水の逆流が可能となる一方、連絡路４００を通って第１スクラバ１０２から第２スクラバ２０２へ湿った排ガスが流れることも可能になる。これについて、以下詳細に説明する。

以下では、洗浄システム１の動作について説明する。

稼働中、高温の汚れた排ガスが、約１８０〜３５０℃の温度で第１スクラバ１０２に流入する。第１スクラバ１０２内部で、当該排ガスはノズル１０９から供給された水の流れに曝される。ここで、ノズル１０９は、図示されている実施形態では第１スクラバ１０２の上部に設けられている。水は、第１水循環タンク１０１から供給される。

水が高温の排ガスと接触することにより、大量の水が蒸発して水蒸気となり、同時に排ガスの温度は低下する。水が完全に蒸発してはならないことが理解されるであろう。第１スクラバ処理ループにおいて十分量の水を流すことにより、すべての水が蒸発してしまわないようにすることができる。一例として、蒸発の度合いは、第１スクラバで受け取られる水の少なくとも５０％が液体状態で残るようなものとされ得る。水蒸気が排ガスと混ざることにより、湿った排ガスが形成され、この湿った排ガスは、連絡路４００を通って第２スクラバ２０２へ移動する。

液体状態の水、即ち蒸発していない水が第１スクラバ処理ループ１００から第２スクラバ処理ループ２００へ移動するのを避けるために、デミスタ５００が連絡路４００に配置され得る。デミスタ５００の代わりとして、連絡路４００に、液体の水が通るのを妨げる一つ又はいくつかの急カーブ等が設けられてもよい。

残った、蒸発していない水は、第１スクラバ１０２の第１出口１０５を通って第１水循環タンク１０１に戻る。この水は、水により排ガスから洗い出された粒子状物質を含む。

第１スクラバ処理ループ１００を再循環する水のｐＨ値は、第１スクラバ１０２の第２入口１０８で測定する場合において、好ましくは４未満である。これにより、第１スクラバ１０２においては、実質的に排ガスからのＳＯｘ除去が起こらない。従って、第１スクラバ処理ループ１００は、蒸発した純水を発生させる蒸発ループとみなすことができる。この蒸発した純水は、排ガスと共に、湿った排ガスの形態で第２スクラバ処理ループ２００へ供給される。

第１スクラバ１０２と第１水タンク１０１との間で水が循環して流れることにより、水と排ガスとの間の熱交換が起こり、これにより水は、第１スクラバ１０２の第２入口１０８で測定する場合において、約４０〜７０℃というバランスの取れた温度に達する。従って、第１スクラバ１０２に受け取られる水の温度は４０〜７０℃の範囲内となる。

湿った排ガスは、第２スクラバ２０２の第２入口２１１を通って第２スクラバ２０２に流入する。第２スクラバ２０２内部で、この湿った排ガスは、ノズル２１３から出てきた別の向きに流れる冷水と接触することになる。この水は、第２水循環タンク２０１から供給される。第２スクラバ処理ループを循環する水の温度は、第１熱交換器２０７により、第１スクラバ処理ループ１００を循環する水よりも十分低いものである。第１熱交換器２０７において使用される冷媒の温度に応じて、第２スクラバ処理ループ２００を循環する水の温度は、第２スクラバ２０２の第２入口２０６で測定する場合において、０〜３５℃の範囲であってよい。従って、第２スクラバ２０２により受け取られる水の温度は、０〜３５℃の範囲内となる。第２スクラバ２０２へ供給される水の好ましい温度については、以下で更に説明する。

湿った排ガスの流れが第２スクラバ２０２中で別の向きに流れる冷水と接触するとき、この湿った排ガスと冷水との間で熱伝達が起こる。その結果、排ガス中の水蒸気が少なくとも部分的に凝縮し、その結果生じる液体状態の純水が冷水と混ざることになる。従って、この凝縮水により、第２スクラバループ２００において余剰分の純水が生じる。

更に、湿った排ガスの流れが別の向きに流れる冷水と接触すると、排ガスが第２スクラバ処理ループ２００を循環する水の中のアルカリ剤と反応することにより、排ガス中に含まれているＳＯｘが水に吸収され、酸化されて硫酸塩となる。従って、第２スクラバ処理ループは、排ガスをＳＯｘから洗浄する洗浄ループとみなすことができる。

第２スクラバ２０２を出た硫酸塩含有水は、第２スクラバ２０２の第１出口２０３を通って第２水循環タンク２０１に戻る。更に、得られた洗浄済み排ガスは、第２出口２０８を通って第２スクラバ２０２を出ることになる。この洗浄済み排ガスは、浄化排ガス出口２０９を通って、直接的又は間接的に外気へ放出され得る。

第２水循環タンク２０１中に回収された水の一部は再循環され、第１熱交換器２０７を経由して第２スクラバ２０２に戻る。

第２スクラバ２０２において水の凝縮が起こることにより、第１スクラバ処理ループ１００から第２スクラバ処理ループ２００へ流れる純水の正味の流れが存在する。ここで、純水（ｐｕｒｅ ｗａｔｅｒ）とは、塩及び粒子状物質の濃度が低い水を意味する。

上述の純水の正味の流れに対応する水の流れは、連絡路３００及び／又は連絡路３００’を通って第２水循環タンク２０１から第１スクラバ処理ループ１００に戻る逆流として生じる。ＳＯｘが酸化されて硫酸塩になるという、第２スクラバ処理ループ２００におけるスクラブ作用により、この水の逆流は、塩その他の洗い出された汚染物質を含むことになる。この逆流により、これらの不要な物質は、第１スクラバ処理ループ１００を循環する水の中で濃縮されることとなり、これより後の段階において水から分離することができる。

第２スクラバ処理ループ２００から第１スクラバ処理ループ１００へ逆流する水の割合についてのイメージを説明するために、以下に非限定的な例を示す。この例は、コンピュータによるシミュレーションに基づくものである。

２ＭＷエンジンの稼働中、第１スクラバ処理ループ１００における水の流量は約２０ｍ^３／ｈであり、第２スクラバ処理ループ２００における水の流量は約４０ｍ^３／ｈであった。エンジン１０４から流入する排ガスの温度が３００℃の場合、第１スクラバ１０２中で蒸発する水の量は２．６ｍ^３／ｈであった。更に、第２スクラバ２０２中で凝縮した水の量は２．７ｍ^３／ｈであった。水の凝縮量は、周囲空気の湿気のため、水の蒸発量よりも多くなることがある。従って、第１スクラバ処理ループ１００へ逆流する正味の水の流量は、第１スクラバ処理ループにおける水の流量の２．７／２０＝１３．５％であった。

第１スクラバ処理ループ１００及び第２スクラバ処理ループ２００において使用される水の温度の違いにより、第１スクラバ処理ループ１００のパフォーマンスが著しく影響を受けることはない。上述のシミュレーションにより、第１スクラバ処理ループ１００を再循環する水は、しばらくすると６３℃の温度で安定化するということが明らかになった。第２スクラバ処理ループ２００からの水の逆流により、この温度が著しく影響を受けることはなかった。このシミュレーションにより、約２〜４℃の温度低下が示される。

上述の洗浄システム１の主な利点は、水を排出することなく、非常に長時間稼働させることができるという点である。しかしながら、閉ループスクラバシステムを稼働させるにあたっての一制限要因として、いくつかの点で、循環水、ここでは第１スクラバ処理ループを循環する水が、亜硫酸塩及び硫酸塩の状態の硫黄で飽和するということがある。このため、循環水の徹底した洗浄及び排出が必要となる。

洗浄システムには、図１に図示されるように、追加の水洗浄装置６００が設けられてもよい。この水洗浄装置６００は、第１セパレータユニット１１０と連通するように構成されている。連絡路６１０が、バルブ６１１を介して第１セパレータユニット１１０の第１出口１１８から第２熱交換器６０１まで延在する。一例として、第２熱交換器６０１は、冷媒として海水を使用することができる。第２熱交換器６０１は、第１セパレータユニット１１０から送られた残余水を３０℃未満の温度まで冷却するように構成されている。冷却された残余水は、保持タンク６０２に回収される。残余水の温度を低下させることにより、残余水に含まれているナトリウム硫酸塩は、固体亜硫酸塩又は固体硫酸塩の状態で、固体として沈殿することになる。残余水が第２セパレータユニット６０３に移動する前に、当該残余水は、沈殿が生じるのに十分な時間、上記の保持タンク６０２中に保持される。第２セパレータユニット６０３では、固形物が残余水から分離され、その後当該固形物は、後で管理排出を行うために、回収タンク６０４に回収される。その結果得られる浄化残余水は、第２セパレータユニット６０３から第２スクラバ２０２まで延在する連絡路６０５を通って、第２スクラバ処理ループ２００に戻る。従って、図示されている実施形態では、浄化残余水は、第１熱交換器２０７と第２スクラバ２０２との間の位置で第２処理ループ２００に戻る。しかしながら、残余水は他の位置で第２スクラバループ２００に戻ってもよいということが理解されるであろう。

第２セパレータユニット６０３は、最も簡単な形態としては、沈降技術に基づくセパレータとすることができる。しかしながら、他のセパレータ技術も使用可能であるということが理解されるであろう。

洗浄システム１において水洗浄装置６００を使用することにより、高濃度の塩のために水を排出する必要がなくなり、むしろ塩の沈殿物の形成が制御可能となり、この塩の沈殿物は第２セパレータユニットにより除去することができる。

このように、図１に図示された洗浄システムでは、第１セパレータユニット１１０に第１スクラバ処理ループ１００から水が供給され、第１セパレータユニット１１０により、汚水が粒子状物質を含むスラッジと残余水とに分離される。この残余水は、バルブ１１４を通して排出されてもよく、塩の沈殿物と浄化残余水とに分離するために水洗浄装置６００へ供給されてもよい。

第２スクラバ２０２へ供給される水の好ましい温度は、エンジン１０４からの排ガス中の水蒸気量、ひいては周囲湿度、エンジン燃料に依存し、同様に、もし存在する場合は（図示せず）エンジン掃気冷却器にも依存する。排ガス中に水蒸気が僅かしかない場合、第２スクラバ中でできる限り大量の水を凝縮させることにより、別の場所で生産された水を「補給」しなくてもよくするために、高程度の冷却が必要となり、このため比較的低温の水が必要となる。このような「補給」用の水は通常、生産にコストが掛かり、また、船上では限られた量しか入手できないものである。高程度に冷却する必要がある場合、及び、低温側で海水を用いて稼働している第１熱交換器２０７が利用される場合、第２スクラバ２０２へ供給される水は、周囲の海水の温度にできる限り近い温度まで冷却されることが好ましい。この温度は、通常、周囲の海水の温度よりも２〜６℃高いものとなる。周囲湿度が高く、海水の温度が低いという別の状況では、凝縮によって第２スクラバ中に過剰量の水が生じるのを避けるために、冷却を制限することが必要となる場合がある。このような過剰量の水は、最終的に洗浄して排出することが必要となるためである。従って、第２スクラバ２０２へ供給される水は、好ましくは、洗浄システム１全体により全体として正味の水の消費も生成も起こらないような温度まで冷却される。

船舶の航海条件の変化のため、一定期間第２スクラバ中で過剰な水を生じさせ、次いで、後日十分な冷却が得られずそのために十分量の水が生じない場合に使用するために、第１水循環タンク及び第２水循環タンク、又はその他の場所にこのような過剰な水を蓄積しておくことが有益な場合がある。

本発明により、第１スクラバ処理ループを低ｐＨ値で稼働させることが可能になる。例えば、第１スクラバ１０２の第２入口１０８で測定する場合において、ｐＨ値が６．５で維持されると、閉ループ式の湿式スクラバについて当該技術分野で通常とされる、７を上回るｐＨ値で第１スクラバ処理ループを稼働させる場合と比較して、ナトリウムと硫黄との反応モル比が低下し、ひいてはスクラバの運転費用も低減され得る。極端な一例として、ｐＨ値を２未満まで低下させてもよい。この状況下では、硫黄分は、硫酸ナトリウムではなく硫酸水素ナトリウムとして捕らえられる（ｂｏｕｎｄ）ことになる。その結果、ナトリウムと硫黄との反応比が通常の２：１ではなく１：１となり、運転費用が通常レベルのたった半分となる。

十分な酸素が存在している場合、吸収された硫黄は、以下の反応に従って完全に酸化されると予想される：
２ＳＯ_２（ｇ）＋Ｏ_２（ｇ）＋４ＮａＯＨ（ａｑ）→２Ｎａ_２ＳＯ_４（ａｑ）＋２Ｈ_２Ｏ（ｌ）
（ｐＨ＞１．９９）
２ＳＯ_２（ｇ）＋Ｏ_２（ｇ）＋２ＮａＯＨ（ａｑ）→２ＮａＨＳＯ_４（ａｑ）
（ｐＨ＜１．９９）

硫酸の第２酸解離定数（ｓｅｃｏｎｄ ａｃｉｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ）が１．９９であるため、硫黄酸化物は、硫酸塩（ＳＯ_４ ^２−）ではなく、主に重硫酸塩（ＨＳＯ_４ ^１−）として水中に現れることになる。

上述の連絡路はすべて、適切な配管を備え得る。

数々のスクラバが利用可能であり、本発明は開示された第１スクラバ及び第２スクラバの例に限定されるべきものではないということが理解されるであろう。

一実施形態では、凝固剤供給用装置（図示せず）が第１水循環タンク１０１と第１セパレータユニット１１０との間の位置に配置されてもよい。凝固剤は、通常アルミニウムや鉄等の３価金属イオンの形態である。凝固剤によって粒子状物質が金属塩に結合した化学物質が形成されるため、これにより第１セパレータユニット１１０のパフォーマンスを向上させるために当該凝固剤が使用され得る。このような化学物質は、「自由」な粒子状物質に比べて重く、第１セパレータユニット１１０による分離がより容易である。

また、上述の態様の代わりに、またはこれに加えて、本発明は油燃焼式バーナー又はボイラーからの燃焼排ガスを洗浄するために使用されてもよいということが強調されるべきである。

上述された本発明の実施形態の変形例は、添付の特許請求の範囲内で多数考えられるということが理解されるであろう。

１ 洗浄システム
１００ 第１スクラバ処理ループ
１０１ 第１水循環タンク
１０２ 第１スクラバ
１０４ 内燃機関、エンジン
１０９、２１３ ノズル
１１０ 第１セパレータユニット
１１３ スラッジタンク
２００ 第２スクラバ処理ループ
２０１ 第２水循環タンク
２０２ 第２スクラバ
２０７ 第１熱交換器
２０９ 浄化排ガス出口
２１０ アルカリ剤タンク
２３０ アルカリ剤供給用装置
３００、３００’、４００、６０５、６１０ 連絡路
５００ デミスタ
６００ 水洗浄装置
６０１ 第２熱交換器
６０２ 保持タンク
６０３ 第２セパレータユニット
６０４ 回収タンク

Claims (14)

1. 船舶用内燃機関（１０４）、バーナー、又はボイラーからの排ガス中のＳＯｘ及び粒子状物質を減少させるための洗浄システム（１）であって、
   第１スクラバ（１０２）及び第１水循環タンク（１０１）を備える第１スクラバ処理ループ（１００）であって、
   前記第１水循環タンクからの水が、前記第１スクラバ処理ループ（１００）を循環するように構成されており、
   前記第１スクラバ（１０２）が、前記内燃機関（１０４）、バーナー、又はボイラーからの排ガス及び前記第１水循環タンク（１０１）からの水を受け取るように構成されており、
   前記第１水循環タンク（１０１）からの水が、少なくとも部分的に、前記排ガスとの接触により、前記第１スクラバ（１０２）内部で蒸発して水蒸気となるように構成されており、これにより、前記水蒸気及び前記排ガスが湿った排ガスを形成する、第１スクラバ処理ループ（１００）と；
   第２スクラバ（２０２）及び第２水循環タンク（２０１）を備える第２スクラバ処理ループ（２００）であって、
   前記第２水循環タンク（２０１）からの水が、前記第２スクラバ処理ループ（２００）を循環するように構成されており、
   前記第１スクラバ（１０２）と前記第２スクラバ（２０２）との間の連絡路（４００）により、前記湿った排ガスが前記第１スクラバ（１０２）から前記第２スクラバ（２０２）へ移動することが可能となっており、
   前記第２スクラバ（２０２）が、前記第２循環タンク（２０１）からの水を受け取るように構成されており、
   前記第２循環タンク（２０１）からの水が、前記第２スクラバ（２０２）内部で、前記湿った排ガス中の前記水蒸気を少なくとも部分的に凝縮させるように構成されている、第２スクラバ処理ループ（２００）と；
   前記第１スクラバ処理ループ（１００）と前記第２スクラバ処理ループ（２００）との間の連絡路（３００；３００’）であって、前記第２スクラバ処理ループ（２００）から前記第１スクラバ処理ループ（１００）への水の逆流を可能にする連絡路（３００；３００’）と、
   を備え、
   少なくとも前記第２スクラバ処理ループ（２００）へアルカリ剤を供給するための装置（２３０）であって、前記洗浄システム（１）へ供給される前記アルカリ剤の全量の少なくとも６０％、より好ましくは少なくとも９０％が前記第２スクラバ処理ループ（２００）へ供給される、アルカリ剤供給用装置（２３０）をさらに備える、洗浄システム（１）。
2. 前記第２スクラバ処理ループ（２００）が、前記第２スクラバ処理ループ（２００）を循環するように構成された前記水を冷却するように適合された第１熱交換器（２０７）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の洗浄システム（１）。
3. 前記第２スクラバ（２０２）により受け取られるように構成された前記水の温度を０〜３５℃の範囲で維持するように適合された、請求項１又は２に記載の洗浄システム（１）。
4. 前記第１スクラバ（１０２）により受け取られるように構成された前記水の温度を４０〜７０℃の範囲で維持するように適合された、請求項１に記載の洗浄システム（１）。
5. 前記第２スクラバ（２０２）により受け取られるように構成された前記水のｐＨ値が６〜１０の範囲、より好ましくは７〜８の範囲となるように、前記第２スクラバ処理ループ（２００）への前記アルカリ剤の供給を調節するように適合された、請求項１に記載の洗浄システム（１）。
6. 前記第１スクラバ（１０２）により受け取られるように構成された前記水のｐＨ値を２〜８の範囲、より好ましくは２〜４の範囲で維持するように適合された、請求項１に記載の洗浄システム（１）。
7. 前記第１スクラバ処理ループ（１００）と連通する第１セパレータユニット（１１０）を更に備える、請求項１に記載の洗浄システム（１）。
8. 前記第１セパレータユニット（１１０）からの残余水が供給されるように適合された水洗浄装置（６００）であって、前記残余水に含まれる塩を沈殿させるために前記残余水を冷却するように適合された第２熱交換器（６０１）と、前記冷却残余水から沈殿した前記塩を分離するように適合された第２セパレータユニット（６０３）と、を備える前記水洗浄装置（６００）を更に備える、請求項７に記載の洗浄システム（１）。
9. 洗浄システム（１）を使用することにより、船舶用内燃機関（１０４）、バーナー、又はボイラーからの排ガス中のＳＯｘ及び粒子状物質を減少させる方法であって、
   前記洗浄システムが、
   第１スクラバ（１０２）及び第１水循環タンク（１０１）を備える第１スクラバ処理ループ（１００）と；
   第２スクラバ（２０２）及び第２水循環タンク（２０１）を備える第２スクラバ処理ループ（２００）と；
   前記第１スクラバ（１０２）と前記第２スクラバ（２０２）との間の連絡路（４００）と；
   前記第１スクラバ処理ループ（１００）と前記第２スクラバ処理ループ（２００）との間の連絡路（３００；３００’）と；
   少なくとも前記第２スクラバ処理ループ（２００）へアルカリ剤を供給するための装置（２３０）と；
   を備えており、
   −前記第１スクラバ処理ループ（１００）において、前記第１水循環タンク（１０１）からの水を循環させるステップと；
   −前記第２スクラバ処理ループ（２００）において、前記第２水循環タンク（２０１）からの水を循環させるステップと；
   −前記洗浄システム（１）へ供給される前記アルカリ剤の全量の少なくとも６０％、より好ましくは少なくとも９０％を、前記第２スクラバ処理ループ（２００）へ供給するステップと；
   −前記第１スクラバ（１０２）において、前記内燃機関（１０４）、バーナー、又はボイラーからの排ガス及び前記第１水循環タンク（１０１）からの水を受け取るステップであって、前記第１水循環タンク（１０１）からの水が、少なくとも部分的に、前記排ガスとの接触により、前記第１スクラバ（１０２）内部で蒸発して水蒸気となり、これにより、前記水蒸気及び前記排ガスが湿った排ガスを形成するステップと；
   −前記湿った排ガスを前記第１スクラバ（１０２）から前記第２スクラバ（２０２）へ移動させるステップと；
   −前記第２スクラバ（２０２）において、前記第２循環タンク（２０１）からの水を受け取るステップであって、前記第２循環タンク（２０１）からの水が、前記第２スクラバ（２０２）内部で、前記湿った排ガス中の前記水蒸気を少なくとも部分的に凝縮させ、これにより、前記排ガス中に含まれているＳＯｘが酸化されて硫酸塩になるステップと；
   −前記第２スクラバ処理ループ（２００）から前記第１スクラバ処理ループ（１００）へ水を逆流させるステップと、
   を含む方法。
10. 前記第２スクラバ（２０２）において受け取られる前記水のｐＨ値が６〜１０の範囲、より好ましくは７〜８の範囲となるように、前記第２スクラバ処理ループ（２００）への前記アルカリ剤の供給を調節するステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１スクラバ（１０２）において受け取られるように構成された前記水のｐＨ値を２〜８の範囲、より好ましくは２〜４の範囲で維持するステップを含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記第２スクラバ（２０２）において受け取られるように構成された前記水を、０〜３５℃の範囲の温度まで冷却するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記第１スクラバ（１０２）において受け取られるように構成された前記水の温度を４０〜７０℃の範囲で維持するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
14. 前記船舶用内燃機関（１０４）、バーナー、又はボイラーからの排ガス中のＳＯ_Ｘ及び粒子状物質を減少させることを目的とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の洗浄システムの船上での使用。

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