JP2020163337A

JP2020163337A - スクラバ装置、及びスクラバ装置を搭載した船舶

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Publication number: JP2020163337A
Application number: JP2019068917A
Authority: JP
Inventors: 平田　宏一; Koichi Hirata; 宏一平田; 千織高橋; Chiori Takahashi; 晶子益田; Akiko Masuda; 泰久市川; Yasuhisa Ichikawa; 真由子市川; Mayuko Ichikawa; 驍馬; Xiao Ma
Original assignee: National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
Current assignee: National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP7357331B2

Abstract

【課題】燃焼機関からの排ガスを処理する能力を十分にもち、かつ小型であるスクラバ装置、及びスクラバ装置を搭載した船舶を提供すること。【解決手段】燃焼機関１００からの排ガスを処理するスクラバ装置１であって、排ガスの流れる第１排ガス経路１０と、第１排ガス経路１０の排ガスに対して処理用の液体を排ガスの流れと並行に噴射する液体噴射手段２０と、第１排ガス経路１０に接続された第２排ガス経路３０と、第１排ガス経路１０と第２排ガス経路３０の接続部に設けた液体を回収する液体回収手段４０とを備え、処理用の液体を第１排ガス経路１０のみにおいて噴射する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼機関からの排ガスを処理するスクラバ装置、及びスクラバ装置を搭載した船舶に関する。

スクラバ装置は、排ガス中のＳＯｘ（硫黄酸化物）を除去する。またスクラバ装置は、ＳＯｘ削減だけでなく、ブラックカーボンも除去する可能性のある技術として知られている。
図２２は燃料油の硫黄分濃度の上限値に関する規制の強化年表である。船舶関係においては、２０２０年の燃料油硫黄分濃度規制（ＳＯｘ規制）に伴い、低硫黄燃料の使用、又はスクラバ装置が多くの船舶に搭載される見込みである。

図２３は従来のスクラバ装置の型式の例を示す図であり、図２３（ａ）は充填塔式、図２３（ｂ）は対向流式である。
充填塔式の場合は充填材が目詰まりを起こす場合がある。また、複数の経路に液体噴射手段が必要であり大量に液体を流すところ小型化が困難である。対向流式の場合は小型化が可能であるが、圧力損失が大きく燃焼機関に逆圧がかかるおそれがある。

ここで、特許文献１には、被処理排ガスと塩水とを気液接触させるスクラバを用いて被処理排ガス中の有害成分を除去するに当たり、スクラバ内での塩水の流動方向に関して上流側と下流側との間に少なくとも一対の電極を介して直流電圧を印加し、上流側から下流側へ流動する塩水を介して両電極間を導通させて被処理排ガスとスクラバ内及び電極の表面を流動する塩水とを気液接触処理及び電解酸化・還元処理する排ガス浄化方法が開示されている。
また、特許文献２には、酸性廃液を生成させる海水利用設備用水中の海洋生物殺菌方法において、燃焼排ガスを海水と気液接触反応させて酸性廃液を生成させる手段として、ガス拡散電極を備えた気液接触部を有するスクラバからなる燃焼排ガス浄化処理装置を用い、気液接触部に海水と燃焼排ガスを供給することにより気液接触反応させて排ガス浄化処理を行うことが開示されている。

特開２００４−８９７７０号公報特開２００９−１１２９９６号公報

特許文献１及び特許文献２は、充填塔式と同様に装置構成が複雑であり、小型化が困難である。
そこで本発明は、燃焼機関からの排ガスを処理する能力を十分にもち、かつ小型であるスクラバ装置、及びスクラバ装置を搭載した船舶を提供することを目的とする。

請求項１記載に対応したスクラバ装置においては、燃焼機関からの排ガスを処理するスクラバ装置であって、排ガスの流れる第１排ガス経路と、第１排ガス経路の排ガスに対して処理用の液体を排ガスの流れと並行に噴射する液体噴射手段と、第１排ガス経路に接続された第２排ガス経路と、第１排ガス経路と第２排ガス経路の接続部に設けた液体を回収する液体回収手段とを備え、処理用の液体を第１排ガス経路のみにおいて噴射することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、第１排ガス経路と第２排ガス経路の接続部に液体回収手段を設けているため噴射した液体が回収しやすく、処理用の液体を排ガスの流れと並行に噴射するため、燃焼機関に逆圧がかかって燃焼に支障を来たすことがなく、高い排ガス処理能力を有する小型のスクラバ装置とすることができる。また、処理用の液体を第１排ガス経路のみにおいて噴射することにより、液体の噴射量が少なくてすみ、スクラバ装置の簡素化も図れる。

請求項２記載の本発明は、液体噴射手段から噴射する液体の流量と第１排ガス経路を流れる排ガスの流量の比である液・ガス比を４Ｌ/Ｎｍ³以上とすることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、液・ガス比を確保し、排ガス処理の規制値をより確実にクリアすることができる。

請求項３記載の本発明は、液体噴射手段から噴射される液体の流量を排ガスの流量に応じて変更する液体流量変更手段を備えたことを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、適正な液・ガス比を保ち、より適切に排ガスの処理を行うことができる。

請求項４記載の本発明は、液体流量変更手段は、燃焼機関の負荷に応じて噴射される液体の流量を変更することを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、負荷に応じて適正な液量を確保し、より適切に排ガスの処理を行うことができる。

請求項５記載の本発明は、液体噴射手段を複数個設け、液体流量変更手段は、複数個の液体噴射手段の使用個数を選択することにより、変更を行うことを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、液体噴射手段の使用個数を選択して、より簡便かつ適切に液体の流量を変更することができる。

請求項６記載の本発明は、第１排ガス経路に液体噴射手段を複数段設け、複数段の液体噴射手段のうちの上流側に位置する液体噴射手段から噴射する液体の噴射圧を下流側に位置する液体噴射手段から噴射する液体の噴射圧よりも低くしたことを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、高い排ガス処理能力を維持しながら液体の噴射量を低く抑えて、消費エネルギーを節約することができる。

請求項７記載の本発明は、液体噴射手段は、第１排ガス経路の内径の中心点よりも上側の位置から液体を噴射することを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、噴射した液体が第１排ガス経路の下壁面と接しにくくなり、排ガス全体に行き渡りより少ない流量で排ガス処理性能を高めることができる。

請求項８記載の本発明は、第１排ガス経路は下方に向かい、第２排ガス経路は上方に向かうように構成したことを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、液体回収手段の液体が液体噴射手段側に逆流することを防止しつつ、液体回収手段における液体の回収を容易にすることができる。

請求項９記載の本発明は、第２排ガス経路は略鉛直方向に設けられ、第１排ガス経路は斜めに第２排ガス経路に接続されることを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、より一層効果的に排ガスの処理と、例えばスクラバ装置が揺動しても液体回収手段の液体の逆流防止を行うことができる。

請求項１０記載の本発明は、液体回収手段に、第１排ガス経路に噴射された液体を捕捉し排ガスと分離する気液セパレータを備えたことを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、噴射された液体を効果的に回収することができる。

請求項１１記載の本発明は、第２排ガス経路に、液体回収手段で回収ができなかった液体の飛沫を回収するミストキャッチャーを備えたことを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、液体回収手段で回収しきれなかった液体のミストや噴射された液体により生じたミスト等の飛沫がスクラバ装置の外部に放出されることを防止できる。

請求項１２記載の本発明は、燃焼機関からの排ガスの中に含まれる硫黄酸化物を処理することを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、排ガスの中に含まれるＳＯｘ（硫黄酸化物）の削減を行うことができる。

請求項１３記載の本発明は、液体として海水を用いることを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、清水や工業用水の場合と比べて脱硫性能を高め、安価に提供することができる。

請求項１４記載に対応したスクラバ装置を搭載した船舶においては、スクラバ装置を船舶に搭載し、燃焼機関としてのディーゼルエンジンからの排ガスを処理することを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、船舶を燃料油硫黄分濃度規制（ＳＯｘ規制）や排ガス規制等に対応させることができ、例えば、ブラックカーボンの除去を行なうこともできる。

請求項１５記載の本発明は、スクラバ装置の作動を海域ごとに異なる船舶からの排ガス規制に応じて制御することを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、海域ごとの排ガス規制に応じてスクラバ装置の効率的な運用を行うことができる。

本発明のスクラバ装置によれば、第１排ガス経路と第２排ガス経路の接続部に液体回収手段を設けているため噴射した液体が回収しやすく、処理用の液体を排ガスの流れと並行に噴射するため、燃焼機関に逆圧がかかって燃焼に支障を来たすことがなく、高い排ガス処理能力を有する小型のスクラバ装置とすることができる。また、処理用の液体を第１排ガス経路のみにおいて噴射することにより、液体の噴射量が少なくてすみ、スクラバ装置の簡素化も図れる。

また、液体噴射手段から噴射する液体の流量と第１排ガス経路を流れる排ガスの流量の比である液・ガス比を４Ｌ/Ｎｍ³以上とする場合には、液・ガス比を確保し、排ガス処理の規制値をより確実にクリアすることができる。

また、液体噴射手段から噴射される液体の流量を排ガスの流量に応じて変更する液体流量変更手段を備えた場合には、適正な液・ガス比を保ち、より適切に排ガスの処理を行うことができる。

また、液体流量変更手段は、燃焼機関の負荷に応じて噴射される液体の流量を変更する場合には、負荷に応じて適正な液量を確保し、より適切に排ガスの処理を行うことができる。

また、液体噴射手段を複数個設け、液体流量変更手段は、複数個の液体噴射手段の使用個数を選択することにより、変更を行う場合には、液体噴射手段の使用個数を選択して、より簡便かつ適切に液体の流量を変更することができる。

また、第１排ガス経路に液体噴射手段を複数段設け、複数段の液体噴射手段のうちの上流側に位置する液体噴射手段から噴射する液体の噴射圧を下流側に位置する液体噴射手段から噴射する液体の噴射圧よりも低くした場合には、高い排ガス処理能力を維持しながら液体の噴射量を低く抑えて消費エネルギーを節約することができる。

また、液体噴射手段は、第１排ガス経路の内径の中心点よりも上側の位置から液体を噴射する場合には、噴射した液体が第１排ガス経路の下壁面と接しにくくなり、排ガス全体に行き渡りより少ない流量で排ガス処理性能を高めることができる。

また、第１排ガス経路は下方に向かい、第２排ガス経路は上方に向かうように構成した場合には、液体回収手段の液体が液体噴射手段側に逆流することを防止しつつ、液体回収手段における液体の回収を容易にすることができる。

また、第２排ガス経路は略鉛直方向に設けられ、第１排ガス経路は斜めに第２排ガス経路に接続される場合には、より一層効果的に排ガスの処理と、例えばスクラバ装置が揺動しても液体回収手段の液体の逆流防止を行うことができる。

また、液体回収手段に、第１排ガス経路に噴射された液体を捕捉し排ガスと分離する気液セパレータを備えた場合には、噴射された液体を効果的に回収することができる。

また、第２排ガス経路に、液体回収手段で回収ができなかった液体の飛沫を回収するミストキャッチャーを備えた場合には、液体回収手段で回収しきれなかった液体のミストや噴射された液体により生じたミスト等の飛沫がスクラバ装置の外部に放出されることを防止できる。

また、燃焼機関からの排ガスの中に含まれる硫黄酸化物を処理する場合には、排ガスの中に含まれるＳＯｘ（硫黄酸化物）の削減を行うことができる。

また、液体として海水を用いる場合には、清水や工業用水の場合と比べて脱硫性能を高め、安価に提供することができる。

また、本発明のスクラバ装置を搭載した船舶によれば、船舶を燃料油硫黄分濃度規制（ＳＯｘ規制）や排ガス規制等に対応させることができ、例えば、ブラックカーボンの除去を行なうこともできる。

また、スクラバ装置の作動を海域ごとに異なる船舶からの排ガス規制に応じて制御する場合には、海域ごとの排ガス規制に応じてスクラバ装置の効率的な運用を行うことができる。

本発明の実施形態によるスクラバ装置の設置概要図同スクラバ装置の主要部概要図同液体噴射手段の外観写真同他の実施形態によるスクラバ装置の概要図同更に他の実施形態によるスクラバ装置の概要図同更に他の実施形態によるスクラバ装置の概要図試験装置の構成図試験装置におけるスクラバ装置の一部の外観写真各噴射ノズルの液体圧力に対する流量の推定値を示すグラフ同じ口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段を用いたスクラバ装置によるブラックカーボンの計測結果を示すグラフ口径が異なる噴射ノズルを有する３つの液体噴射手段を用いたスクラバ装置によるブラックカーボン削減率の試験結果を示すグラフ（負荷率３７．５％）同じ口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段を用いたスクラバ装置による脱硫性能の評価結果を示すグラフ（負荷率を５０％）同じ口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段を用いたスクラバ装置において排ガス計測位置を変化させたときの排ガス性状の試験結果を示すグラフ同じ口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段を用いたスクラバ装置において液体の性質を変化させたときの排ガス性状の試験結果を示すグラフ（負荷率５０％、計測位置０．９ｍ）同じ口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段を用いたスクラバ装置における液体水流量が脱硫性能に及ぼす影響に関する試験結果を示すグラフ（負荷率２５〜１００％）口径が異なる噴射ノズルを有する３つの液体噴射手段を用いたスクラバ装置において噴射ノズル及び液体流量を変化させて排ガス性状を計測した結果を示すグラフ図１６のグラフを整理した各エンジン負荷率における液体流量に対する脱硫性能を示すグラフ図１７のグラフの横軸を液・ガス比とした各エンジン負荷率における液体流量に対する脱硫性能を示すグラフ同じ口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段を用いたスクラバ装置において噴射ノズルが脱硫性能に及ぼす影響に関する試験結果を示すグラフ同じ口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段を用いたスクラバ装置における排ガス流量（負荷率）の影響に関する試験結果を示すグラフ同じ口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段を用いたスクラバ装置における排ガス流量（負荷率）の影響に関する試験結果を示すグラフ燃料油の硫黄分濃度の上限値に関する規制の強化年表従来のスクラバ装置の型式の例を示す図

以下に、本発明の実施形態によるスクラバ装置、及びスクラバ装置を搭載した船舶について説明する。

図１は本実施形態によるスクラバ装置の設置概要図である。
ディーゼルエンジン等の燃焼機関１００からの排気ガスは、選択触媒還元脱硝装置（ＳＣＲ）２００を通って、又は選択触媒還元脱硝装置（ＳＣＲ）２００をバイパスしてスクラバ装置１に流入する。

図２は本実施形態によるスクラバ装置の主要部概要図であり、図２（ａ）は全体図、図２（ｂ）は液体噴射手段の図である。また、図３は液体噴射手段の外観写真である。
スクラバ装置１は、燃焼機関１００からの排ガスを処理する。図２においては排ガスの流れ方向を矢印で示している。スクラバ装置１は、排ガスの流れる第１排ガス経路１０と、第１排ガス経路１０の排ガスに対して処理用の液体を排ガスの流れと並行に噴射する液体噴射手段２０と、第１排ガス経路に接続された第２排ガス経路３０と、第１排ガス経路１０と第２排ガス経路３０の接続部に設けた液体を回収する液体回収手段４０とを備える。スクラバ装置１において、排ガス処理用の液体は、第１排ガス経路１０のみにおいて噴射される。
第１排ガス経路１０と第２排ガス経路３０の接続部に液体回収手段４０を設けているため噴射した液体が回収しやすく、処理用の液体を排ガスの流れと並行に噴射するため、燃焼機関１００に逆圧がかかって燃焼に支障を来たすことがなく、高い排ガス処理能力を有する小型のスクラバ装置１とすることができる。
また、排ガス処理用の液体を排ガス流れと並行に第１排ガス経路１０のみにおいて噴射することで、液体の噴射量が少なくてすみ、スクラバ装置１の簡素化も図れる。
また、スクラバ装置１は、燃焼機関１００からの排ガスの中に含まれるＳＯｘ（硫黄酸化物）の削減を行うことができる。

液体噴射手段２０は複数個設けられており、それぞれ噴射ノズルを備えている。第１の液体噴射手段２０Ａの噴射ノズルの口径は第２の液体噴射手段２０Ｂの噴射ノズルの口径よりも大きく、第２の液体噴射手段２０Ｂの噴射ノズルの口径は、第３の液体噴射手段２０Ｃの噴射ノズルの口径よりも大きい。噴射ノズルの口径比は、第１の液体噴射手段２０Ａ：第２の液体噴射手段２０Ｂ：第３の液体噴射手段２０Ｃ≒４：２：１である。これにより、各噴射ノズルから噴射される液体の流量［L/min］を異ならせている。
図２に示すように、第１の液体噴射手段２０Ａの噴射ノズルの噴射口を第１排ガス経路１０の内径の中心点Ｃよりも上側の位置に配置し、第２の液体噴射手段２０Ｂの噴射ノズルの噴射口を第１排ガス経路１０の内径の中心点Ｃに配置し、第３の液体噴射手段２０Ｃの噴射ノズルの噴射口を第１排ガス経路１０の内径の中心点Ｃよりも下側の位置に配置している。第１排ガス経路１０の内径の中心点Ｃよりも上側の位置から液体を噴射することで、噴射した液体が第１排ガス経路１０の内径の中心点Ｃよりも下側の位置から液体を噴射する場合と比べて第１排ガス経路１０の下壁面と接しにくくなり、排ガス全体に行き渡りより少ない流量で排ガス処理性能を高めることができる。

液体噴射手段２０には、液体噴射手段２０から噴射される液体の流量を排ガスの流量に応じて変更する液体流量変更手段５０を備えている。液体流量変更手段５０は、バルブと制御部から成り、別途計測した排ガス流量に応じて噴射する液体の流量を制御する。
噴射される液体の流量が排ガスの流量に応じて変更されることで、適正な液・ガス比を保ち、より適切に排ガスの処理を行うことができる。
また、液体流量変更手段５０は、燃焼機関１００の負荷に応じて、噴射される液体の流量を変更することもできる。燃焼機関１００の負荷は回転検出器等のセンサ情報から判断する。これにより、負荷に応じて適正な液量を確保し、より適切に排ガスの処理を行うことができる。
また、本実施形態のように液体噴射手段２０を複数個設けた場合には、液体流量変更手段５０は、液体噴射手段２０の使用個数を選択することにより、液体の流量の変更を行うことができる。これにより、液体噴射手段２０の使用個数を選択して、より簡便かつ適切に液体の流量を変更することができる。

スクラバ装置１において、第１排ガス経路１０は下方に向かい、第２排ガス経路３０は上方に向かうように構成されている。これにより、排ガスを効果的に処理することができる。また、第１排ガス経路１０と第２排ガス経路３０の接続部が、第１排ガス経路１０への排ガス入口側に配置されている液体噴射手段２０よりも下方に位置することになり、接続部に設けられている液体回収手段４０に溜まった液体が液体噴射手段２０側に逆流することを防止しつつ、液体回収手段４０における液体の回収を容易にすることができる。これは、船体が動揺する船舶にスクラバ装置１を適用する場合に特に有効である。
さらに、第２排ガス経路３０は略鉛直方向に起立するように設けられ、第１排ガス経路１０は第２排ガス経路３０に対して斜めに接続されている。これにより、より一層効果的に排ガスの処理と、例えばスクラバ装置１が揺動しても液体回収手段４０の液体の逆流防止を行うことができる。
なお、図２において、第１排ガス経路１０は第２排ガス経路３０に対して約４５度に斜めに接続されているが、船舶に適用する場合、他の構造物とのスペースの取り合いからこれ以下の角度であることが望ましい。

液体回収手段４０には、第１排ガス経路１０に噴射された液体を捕捉し排ガスと分離する気液セパレータ４１を構造として備えている。これにより、噴射された液体を効果的に回収することができる。
本実施形態では、第１排ガス経路１０と第２排ガス経路３０の接続部を装置下面から所定距離上方に設けることで、接続部と装置下面との間を気液セパレータ４１としている。気液セパレータ４１に溜まった液体は、装置下面に接続されているドレイン配管４２を介してドレインタンク（図示無し）に送出される。

また、スクラバ装置１は、液体回収手段４０で回収ができなかった液体の飛沫を回収するミストキャッチャー６０を、第２排ガス経路３０の上部に備えている。これにより、液体回収手段４０で回収しきれなかった液体のミストや噴射された液体により生じたミスト等の飛沫がスクラバ装置１の外部に放出されることを防止できる。なお、液体回収手段４０で回収ができなかった液体の飛沫には、排ガスが急速に冷却されたことで生じる硫酸ミストを含むものであり、スクラバ装置１によっては、硫酸ミストの割合が大部分を占める場合もある。

また、スクラバ装置１は、液体として海水を用いることもできる。排ガス処理用の液体として海水を用いることで、清水や工業用水の場合と比べて脱硫性能を高め、安価に提供することができる。

また、スクラバ装置１を船舶に搭載し、燃焼機関１００としてのディーゼルエンジンからの排ガスを処理することで、船舶を燃料油硫黄分濃度規制（ＳＯｘ規制）や排ガス規制等に対応させることができ、例えば、ブラックカーボンの除去を行なうこともできる。
また、スクラバ装置１を船舶に搭載した場合は、スクラバ装置１の作動を海域ごとに異なる船舶からの排ガス規制に応じて制御することで、海域ごとの排ガス規制に応じてスクラバ装置１の効率的な運用を行うことができる。

次に、本発明の他の実施形態によるスクラバ装置、及びスクラバ装置を搭載した船舶について説明する。なお、上記した実施形態と同一機能部材については同じ符号を付して説明を省略する。
図４は本発明の他の実施形態によるスクラバ装置の概要図である。
本実施形態によるスクラバ装置１は、第１排ガス経路１０において液体噴射手段２０を上流側と下流側の２段に設け、２段の液体噴射手段２０のうちの上流側に位置する液体噴射手段２０から噴射する液体の噴射圧を下流側に位置する液体噴射手段２０から噴射する液体の噴射圧よりも低くしている。
液体噴射手段２０を多段に設けることで、より一層効果的に排ガスの処理を行うことができる。また、上流側の液体噴射手段２０からの液体の噴射は排ガス温度の低下を主目的とすることができるため、高い排ガス処理能力を維持しながら液体の噴射量を低く抑えて消費エネルギーを節約することができる。
なお、液体噴射手段２０を３段以上設けることもできる。

次に、本発明の更に他の実施形態によるスクラバ装置、及びスクラバ装置を搭載した船舶について説明する。なお、上記した実施形態と同一機能部材については同じ符号を付して説明を省略する。
図５は本発明の更に他の実施形態によるスクラバ装置の概要図である。
図５（ａ）は、第１排ガス経路１０を第２排ガス経路３０に対して垂直に設けたものである。
図５（ｂ）は、第１排ガス経路１０を第２排ガス経路３０と平行に設けたものである。この場合は、接続部に設けられている液体回収手段４０に溜まった液体が液体噴射手段２０側に逆流することをより一層防止できる。

次に、本発明の更に他の実施形態によるスクラバ装置、及びスクラバ装置を搭載した船舶について説明する。なお、上記した実施形態と同一機能部材については同じ符号を付して説明を省略する。
図６は本発明の更に他の実施形態によるスクラバ装置の概要図である。
本実施形態では、液体回収手段４０に、第１排ガス経路１０の出口と向かい合わせに配置した多孔材から成る分離部４３（気液セパレータ）を設けたものである。これにより、第１排ガス経路１０に噴射された液体をより確実に捕捉し排ガスと分離することができる。
図６において、第１排ガス経路１０は第２排ガス経路３０に対して約１０度に斜めに接続されている。これは、実際の船舶の他の構造物とのスペースの取り合いから定めたものであり、これ以下の角度になると、船舶が揺動した場合に液体が逆流する場合があるため、接続角度は１０度以上であることが好ましく、１５度以上であることがより好ましい。但し、第１排ガス経路１０に逆流防止手段を備えた場合は、この限りではない。

次に、本発明の実施形態によるスクラバ装置を用いた試験結果について説明する。
図７は試験装置の構成図である。また、図８は試験装置におけるスクラバ装置の一部の外観写真である。
試験装置は、ＳＯ_２計及びＣＯ_２計７１、排ガス出口温度計測器７２、排ガス経路温度計測器７３、Ｏ_２計７４、排ガス入口温度計測器７５、ブースターポンプ７６、サンプル採取口７７、循環タンク７８、濁度計７９、ＰＡＨ計８０、ｐＨ計８１、スクラバ水温度計測器８２、ｐＨ制御器８３、循環ポンプ８４、循環水冷却器８５を備える。

本試験においては、Ｃ重油（硫黄分濃度２．０〜３．５％程度）を使用した。また、燃焼機関１００として２５７ｋＷ中速ディーゼルエンジンを用いた。下表１は、ディーゼルエンジンの主要目である。

試験に用いたスクラバ装置１は、ディーゼルエンジンからの排ガス中のＳＯ_２を脱硫するために設計されており、ＳＯ_２濃度が約８００ｐｐｍ、最大流量約１２００Ｎｍ³ ／ｈの排ガスを処理することが可能である。
スクラバ装置１では、排ガス中にＳＯ_２を吸収するための液体（洗浄水）を噴射する。なお、第２排ガス経路３０には、下方に向けて処理用の液体を噴射する第２の液体噴射手段８６が設けられているが、本試験では使用していない。
スクラバ装置１をクローズループで運転する場合、噴射された液体は、下部の循環水出口より循環水タンク７８に貯められ、再び排ガス処理用の液体として排ガス中に噴射される。循環水タンク７８内では、ｐＨを７に保つように、２５％濃度の水酸化ナトリウムが自動で注入される。
また、試験においては、燃料として硫黄分濃度約２．２％のＣ重油（当初は硫黄分濃度２．２４％、以降は燃料補給のため硫黄分濃度２．１６％）を使用した。

試験には図３に示す液体噴射手段２０を用いた。上述の通り、第１の液体噴射手段２０Ａ、第２の液体噴射手段２０Ｂ、第３の液体噴射手段２０Ｃで噴射ノズルの口径は異なっており、これらの噴射ノズルを組み合わせて使用することができる。すなわち、液体流量に応じて、任意の組み合わせで噴射ノズルを使用することで液体噴射の状態を変化させることができる。下表２は３種類の噴射ノズルの仕様詳細である。また、図９はそれぞれの噴射ノズルの液体圧力に対する流量の推定値である。なお、図９では、第１の液体噴射手段２０Ａの噴射ノズルがＮｏ．３、第２の液体噴射手段２０Ｂの噴射ノズルがＮｏ．２、第３の液体噴射手段２０Ｃの噴射ノズルがＮｏ．３に対応する。

液体噴射の状態や液体流量がＳＯｘ及びブラックカーボンの処理能力に及ぼす影響を調べるため、以下（I）及び（II）の試験を実施した。
（I）同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１によるブラックカーボンの計測
予備試験として、ミストキャッチャー６０の下流において、同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１によるブラックカーボン処理能力を実機により計測する。
（II）口径が異なる噴射ノズルを有する３つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１による液体噴射の影響を調べる試験
図３に示す液体噴射の状態を変化させることができる液体噴射手段２０を用いて、噴射ノズル及び液体流量を変化させてブラックカーボン処理能力を計測する。液体噴射の影響を調べるため、ブラックカーボンの計測位置は噴射ノズルから０．９ｍ離れた配管とした（図８参照）。

スクラバ装置１によるブラックカーボン処理能力を検証するため、ディーゼルエンジンをＣ重油（硫黄分濃度２．２％）で運転し、同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１を用いてブラックカーボン削減率を計測した。ブラックカーボン削減率は、エンジン直後のＢＣ濃度（スクラバ装置１前）と、ミストキャッチャー６０の下流の配管でサンプリングしたＢＣ濃度（スクラバ装置１後）から算出した。図１０に試験結果を示す。図１０は、同じ口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段を用いたスクラバ装置（充填塔式）によるブラックカーボンの計測結果を示すグラフである。
これより、エンジン負荷率２５〜１００％の範囲において、ブラックカーボン削減率は６０〜８０％程度であることがわかる。

口径が異なる噴射ノズルを有する３つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１を用いて、噴射ノズル及び液体流量を変化させてブラックカーボン処理能力を計測した。液体噴射の影響を調べるため、ブラックカーボンの計測位置は噴射ノズルから０．９ｍ離れた配管とした（図８参照）。

図１１はエンジン負荷率を３７．５％とした場合、口径が異なる噴射ノズルを有する３つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１を使用した際のブラックカーボン削減率の試験結果である。これより、ブラックカーボン削減率は液体流量が多くなるに従って高まり、同一の液体流量において、噴射ノズルが小さくなるほど上昇していることがわかる。このことは、スクラバ装置１によるブラックカーボンの削減能力は噴射ノズルの影響を強く受けており、液体流量に適した適切な噴射ノズルを用いることによって、少量の液体であっても高いブラックカーボン削減率が得られることを示している。

図１２は別途実施した試験結果の一例であり、エンジン負荷率を５０％とした場合、ＳＯ_２濃度（ｐｐｍ）とＣＯ_２濃度（％ｖ／ｖ）から、脱硫性能を評価した結果である。
本試験は、同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１を用いて実施しており、同じ型式の２本の噴射ノズルが取り付けられた状態で、使用する噴射ノズルの本数を変えて計測している。これより、脱硫性能は液体流量だけではなく、液体噴射の状態の影響を強く受けていることがわかる。なお、図１２に示す破線は規制値（ＳＯ_２／ＣＯ_２＝２１．７以下で０．５％Ｓ相当）を表している。

これらの試験から以下の事項が確認できた。
１）同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１によるブラックカーボン処理能力の実機試験を行い、エンジン負荷率２５〜１００％の範囲において、ブラックカーボン削減率は６０〜８０％程度であることを確認した。
２）ブラックカーボン処理能力は液体噴射の状態の影響を強く受け、液体流量に適した適切な噴射ノズルを用いることによって、少量の液体であっても高いブラックカーボン削減率が得られることを確認した。
３）噴射ノズルから０．９ｍ離れた位置で、ブラックカーボン削減率は最大５５％程度であることを確認した。
以上のことから、スクラバ装置１は、ＳＯｘ削減だけでなく、ブラックカーボン削減の効果があることを確認した。

上述した実機によるスクラバ装置１の確認試験の結果より、長さ０．９ｍ程度の配管において、最大５５％程度のブラックカーボン削減ができることを確認するとともに、ＳＯｘ規制をクリアするための脱硫性能が得られることを確認した。一方、スクラバ装置１を数百〜数千トン程度の比較的小さい船舶に搭載する場合、スクラバ装置１の小型化が必要となる。そこで、比較的小さい船舶にスクラバ装置１を搭載することを想定してスクラバ装置１の小型化に着目し、脱硫性能を詳細に調査した結果及び小型のスクラバ装置１の試設計を行った結果について述べるとともに、小型のスクラバ装置１によるブラックカーボン削減効果を評価する。

実船搭載時に必要となる液体水量（噴射圧力を含めたポンプの仕様）を推定するための試験を行った。
以下の（I）〜（III）の実機試験を実施した。
（I）排ガス計測位置を変化させたときの排ガス性状の計測
同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１において、噴射ノズルから計測位置までの距離を０．３〜１．５ｍの範囲で変化させたときの排ガス性状を計測する（図８参照）。
（II）海水使用時の脱硫性能
オープンループスクラバによる使用を想定した海水使用時の排ガス性状を計測する。排ガス性状の計測位置は、噴射ノズルから計測位置までの距離を０．９ｍとする。
（III）口径が異なる噴射ノズルを有する３つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１による試験
３つの液体噴射手段２０の各噴射ノズルから計測位置までの距離を０．９ｍとし、エンジン負荷率及び液体流量を変化させて排ガス性状を計測する。さらに、同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１の試験結果と比較する。

図１３は同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１において、噴射ノズルから計測位置までの距離を０．３〜１．５ｍの範囲で変化させたときの脱硫性能を求めた結果である。本試験において、排ガス中のＳＯ_２濃度とＣＯ_２濃度を計測し、その比によって脱硫性能を評価している。これより、計測位置が長く、液体流量が多くなるほど脱硫性能は高まり、液体流量が１２０Ｌ／ｍｉｎの場合、噴射ノズルから計測位置までの距離が０．６ｍ以上、液体流量が９０Ｌ／ｍｉｎの場合、噴射ノズルから計測位置までの距離が０．９ｍ以上で規制値（ＳＯ_２／ＣＯ_２＝２１．７以下で０．５％Ｓ相当）をクリアできることがわかる。すなわち、規制値をクリアするためのスクラバ装置１の寸法及び液体流量の目安をつけることができた。

スクラバ装置１の小型化を目指して機器設計を行う場合、液体を海水としたオープンループスクラバが有望である。オープンループスクラバは関連設備を少なくできるばかりでなく、清水よりも海水の方が高い脱硫性能が見込まれるためである。
図１４は、エンジン負荷率を５０％とした状態で、液体流量を変化させ、液体（清水、海水）の影響を調べた結果である。これより、清水よりも海水の方が高い脱硫性能が得られていることがわかる。

図１５は同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１において、エンジン負荷率を２５〜１００％とした場合の試験結果である。本試験の際に計測したＳＯ_２濃度とＣＯ_２濃度から、脱硫性能を評価した。図１５に示す破線は規制値（ＳＯ_２／ＣＯ_２＝２１．７以下で０．５％Ｓ相当）を表しており、これより、負荷率２５％において液体流量が７０Ｌ／ｍｉｎ程度、負荷率が１００％において液体流量が１３０Ｌ／ｍｉｎ程度で規制値をクリアしていることがわかる。このことは、図８に示した長さ０．９ｍ程度の配管において、規制値をクリアするための脱硫性能が得られることを意味している。

図１６は口径が異なる噴射ノズルを有する３つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１において、噴射ノズル及び液体流量を変化させて排ガス性状を計測した結果である。
図１６（ａ）はエンジン負荷率を２５％としたときの結果であり、同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１においては、規制値をクリアするために７０Ｌ／ｍｉｎ程度の液体流量が必要であったのに対して、噴射ノズルＮｏ．１（最も小さいノズル）を使うことにより１５Ｌ／ｍｉｎ程度の液体流量で十分な脱硫性能が得られていることがわかる。
図１６（ｂ）はエンジン負荷率を５０％としたときの結果であり、噴射ノズルＮｏ．１又はＮｏ．２を使うことにより、同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１の液体流量と比べて１／３程度での液体流量で十分な脱硫性能が得られていることがわかる。
図１６（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれエンジン負荷率を７５％、１００％としたときの結果であり、噴射ノズルＮｏ．３（最も大きいノズル）又は複数の噴射ノズルの組み合わせによってＳＯｘ規制をクリアするための脱硫性能が得られていることがわかる。

これより、エンジン負荷率２５〜１００％の範囲で、ＳＯｘ規制をクリアするための脱硫性能が得られることを確認できた。また、スクラバ装置１の脱硫性能は噴射ノズルの影響を強く受け、口径が異なる噴射ノズルを有する３つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１によって液体流量に適した適切な噴射ノズルを用いることによって、少量の液体であっても高い脱硫性能が得られることが確認された。すなわち、液体噴射ポンプの電動機にインバータなどを取り付け、適切な制御をすることによって、ポンプ動力の小出力化が可能になる。

図１７は図１６の試験結果を整理し、それぞれのエンジン負荷率において適切な噴射ノズルを使用したときの結果を抜き出してプロットしたグラフである。スクラバ装置１の塔内温度の制限があり、エンジン負荷率７５％の際に噴射ノズルＮｏ．１とＮｏ．２を組み合わせた状態で運転できなかったため、エンジン負荷率５０％と７５％の液体流量の違いが大きい。耐熱性の高いスクラバ装置１であればエンジン負荷率５０〜７５％の間もより少量の液体流量で適切な脱硫性能が得られると考えられる。

図１８は図１７の横軸を液・ガス比（液体流量［Ｌ／ｈ］と排ガス流量［Ｎｍ３／ｈ］との比）としたグラフである。液・ガス比はスクラバ装置１の性能を表す指標であり、スクラバ装置１の設計や液体流量の制御などに用いることができる数値である。本試験結果においては、液・ガス比が７Ｌ／Ｎｍ³以下で規制値をクリアしていることがわかる。

本試験で試作したスクラバ装置１は、従来のスクラバ装置と比べて、高さを約１／２程度とすることができ、大幅な小型化を実現するとともに、エンジン負荷率２５〜１００％の範囲で、ＳＯｘ規制をクリアするための脱硫性能が得られる。また、ブラックカーボン削減率は４０〜６０％程度である。さらに、本試験で試作したそれぞれ異なる口径の噴射ノズルを備えた複数個の液体噴射手段２０を用いることによって、液体流量を適切に制御できるため、ポンプ出力を最小限に抑えることができる。このことは、排ガス中のＳＯｘを除去するスクラバ装置１の各種船舶への適用範囲を拡げられるばかりでなく、それに伴うブラックカーボン削減にも寄与できることを示している。

また、本試験のスクラバ装置１は、材料の腐食防止を目的とした樹脂コーティングを行わず、金属製とすることで耐熱性を維持している。また、金属製とすることで、液体を噴射しない場合にも排ガスをスクラバ装置１に通すことができるので、バイパス経路を略してより一層小型化できる。

図１９は同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１を用いた試験のその他の結果を示す図である。
図１９（ａ）は液・ガス比に対するＳＯ_２／ＣＯ_２を示す図、図１９（ｂ）は液・ガス比に対するＳＯ_２濃度を示す図である。なお、図１９（ａ）に示す破線は規制値を示している。
図１９より、スクラバ装置１は液体噴射手段２０の適切な選定が重要であることがわかる。
また、図１９（ａ）より、燃料の硫黄分濃度にもよるが、液・ガス比を確保し、排ガス処理の規制値をクリアするためには、液体噴射手段２０から噴射する液体の流量と第１排ガス経路１０を流れる排ガスの流量の比である液・ガス比を４Ｌ/Ｎｍ³以上とすることが好ましく、液・ガス比を６Ｌ/Ｎｍ³以上とすることが更に好ましいといえる。また、液体の噴射量の節約やポンプ能力を過大にしない観点から、液・ガス比を１４Ｌ/Ｎｍ³以下とすることが好ましく、１２Ｌ/Ｎｍ³以下がより好ましく、１０Ｌ/Ｎｍ³以下が更に好ましい。

図２０は同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１を用いた試験のその他の結果を示す図である。
図２０（ａ）はエンジン負荷率による液体流量に対するＳＯ_２／ＣＯ_２を示す図、図２０（ｂ）はエンジン負荷率による液・ガス比に対するＳＯ_２／ＣＯ_２を示す図である。なお、図２０に示す破線は規制値を示している。
図２０は排ガス流量（流速）の影響を調べるため、エンジン負荷率を変化させた状態で脱硫性能を計測したものである。負荷率１００％の状態であっても、液・ガス比６．７［Ｌ/Ｎｍ³］程度で規制値をクリアしていることがわかる。

図２１は同口径の噴射ノズルを有する２つの液体噴射手段２０を用いたスクラバ装置１を用いた試験のその他の結果を示す図である。
図２１（ａ）は液・ガス比に対するＳＯ_２濃度を示す図、図２１（ｂ）は液・ガス比に対するＣＯ_２濃度を示す図、図２１（ｃ）は負荷率に対する排ガス流量と温度を示す図である。
これらのデータに基づくことで、適切なスクラバ装置１を開発することができる。

本発明は、船舶や陸上施設における排ガス処理に活用することができる。

１スクラバ装置
１０第１排ガス経路
２０液体噴射手段
３０第２排ガス経路
４０液体回収手段
４１、４３気液セパレータ
５０液体流量変更手段
６０ミストキャッチャー
１００燃焼機関
Ｃ中心点

Claims

燃焼機関からの排ガスを処理するスクラバ装置であって、前記排ガスの流れる第１排ガス経路と、前記第１排ガス経路の前記排ガスに対して処理用の液体を前記排ガスの流れと並行に噴射する液体噴射手段と、前記第１排ガス経路に接続された第２排ガス経路と、前記第１排ガス経路と前記第２排ガス経路の接続部に設けた前記液体を回収する液体回収手段とを備え、処理用の前記液体を前記第１排ガス経路のみにおいて噴射することを特徴とするスクラバ装置。
前記液体噴射手段から噴射する前記液体の流量と前記第１排ガス経路を流れる前記排ガスの流量の比である液・ガス比を４Ｌ/Ｎｍ³以上とすることを特徴とする請求項１に記載のスクラバ装置。
前記液体噴射手段から噴射される前記液体の流量を前記排ガスの流量に応じて変更する液体流量変更手段を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項２に記載のスクラバ装置。
前記液体流量変更手段は、前記燃焼機関の負荷に応じて噴射される前記液体の流量を変更することを特徴とする請求項３に記載のスクラバ装置。
前記液体噴射手段を複数個設け、前記液体流量変更手段は、前記複数個の前記液体噴射手段の使用個数を選択することにより、前記変更を行うことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のスクラバ装置。
前記第１排ガス経路に前記液体噴射手段を複数段設け、前記複数段の前記液体噴射手段のうちの上流側に位置する前記液体噴射手段から噴射する前記液体の噴射圧を下流側に位置する前記液体噴射手段から噴射する前記液体の噴射圧よりも低くしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のスクラバ装置。
前記液体噴射手段は、前記第１排ガス経路の内径の中心点よりも上側の位置から前記液体を噴射することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のスクラバ装置。
前記第１排ガス経路は下方に向かい、前記第２排ガス経路は上方に向かうように構成したことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のスクラバ装置。
前記第２排ガス経路は略鉛直方向に設けられ、前記第１排ガス経路は斜めに前記第２排ガス経路に接続されることを特徴とする請求項８に記載のスクラバ装置。
前記液体回収手段に、前記第１排ガス経路に噴射された前記液体を捕捉し前記排ガスと分離する気液セパレータを備えたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のスクラバ装置。
前記第２排ガス経路に、前記液体回収手段で回収ができなかった前記液体の飛沫を回収するミストキャッチャーを備えたことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のスクラバ装置。
前記燃焼機関からの前記排ガスの中に含まれる硫黄酸化物を処理することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のスクラバ装置。
前記液体として海水を用いることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のスクラバ装置。
請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のスクラバ装置を船舶に搭載し、前記燃焼機関としてのディーゼルエンジンからの前記排ガスを処理することを特徴とするスクラバ装置を搭載した船舶。
前記スクラバ装置の作動を海域ごとに異なる前記船舶からの排ガス規制に応じて制御することを特徴とする請求項１４に記載のスクラバ装置を搭載した船舶。