JP5910130B2 - Exhaust gas treatment apparatus and exhaust gas treatment method - Google Patents
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Description
本発明は、排ガスに含まれるNOxを除去する排ガス処理装置および排ガス処理方法に関する。 The present invention relates to an exhaust gas treatment apparatus and an exhaust gas treatment method for removing NOx contained in exhaust gas.
船舶や、車両等のエンジンにおいて、化石燃料を燃焼させると、燃焼排ガス(排ガス)が生じる。このような化石燃料を燃焼させた結果生じる排ガスには、窒素酸化物(以下、単にNOxと称する)が含まれている。NOxは、大気汚染物質であるため、国際的な機関、国、地方自治体により排出濃度や排出量の規制が行われている。したがって、エンジンから排出される排ガスに含まれるNOx濃度が所定の規制値以上である場合には、NOxを除去するための排ガス処理装置を用いて排ガスからNOxを除去する必要がある。 Combustion exhaust gas (exhaust gas) is generated when fossil fuel is burned in an engine such as a ship or a vehicle. The exhaust gas generated as a result of burning such a fossil fuel contains nitrogen oxides (hereinafter simply referred to as NOx). Since NOx is an air pollutant, emission concentration and emission amount are regulated by international organizations, countries, and local governments. Therefore, when the concentration of NOx contained in the exhaust gas discharged from the engine is equal to or higher than a predetermined regulation value, it is necessary to remove NOx from the exhaust gas using an exhaust gas treatment device for removing NOx.
NOxを除去する排ガス処理装置として、NOxの還元を促進する脱硝触媒と、NOxを還元するための還元剤とを含んで構成される選択式触媒還元(Selective Catalytic Reduction)脱硝装置がある。しかし、脱硝触媒は、ある程度高温(例えば、270℃程度)でなければNOxの還元効率が低下してしまう。また一般的に還元剤として尿素水を利用するため、尿素水のためのコストがかかってしまったり、余剰の尿素水の廃棄処理にコストがかかってしまったりしていた。 As an exhaust gas treatment apparatus that removes NOx, there is a selective catalytic reduction denitration apparatus that includes a denitration catalyst that promotes NOx reduction and a reducing agent that reduces NOx. However, if the denitration catalyst is not at a certain high temperature (for example, about 270 ° C.), the NOx reduction efficiency is lowered. Further, since urea water is generally used as a reducing agent, the cost for urea water is increased, and the disposal of excess urea water is costly.
そこで、例えば、海水に排ガスを吸収させ、その海水を、透過膜で離隔されたアノード槽とカソード槽とにそれぞれ収容して電気分解を行うことにより、アノード槽で生成される溶液を用いてNOxを分解する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。 Therefore, for example, the exhaust gas is absorbed in seawater, and the seawater is accommodated in an anode tank and a cathode tank separated by a permeable membrane, respectively, and electrolysis is performed, so that NOx is used using a solution generated in the anode tank. Has been disclosed (for example, Patent Document 1).
しかし、特許文献1の技術では、海水に含まれる塩化物イオン(Cl−)が、電気分解によって塩素(Cl2)ガスとなり、NOxが除去された後の排ガスに塩素ガスが混入してしまう。塩素ガスは大気汚染物質であるため、国際的な機関、国、地方自治体により排出濃度や排出量の規制が行われている。したがって、NOxが除去された後の排ガス中のCl2ガスを規制値以下にするための装置を別途設ける必要があり、コストの増加を招いていた。 However, in the technique of Patent Document 1, chloride ions (Cl − ) contained in seawater become chlorine (Cl 2 ) gas by electrolysis, and chlorine gas is mixed into the exhaust gas after NOx is removed. Since chlorine gas is an air pollutant, regulations on emission concentrations and emissions are regulated by international organizations, national and local governments. Accordingly, it is necessary to separately provide a device for reducing the Cl 2 gas in the exhaust gas after the NOx is removed to a regulation value or less, resulting in an increase in cost.
そこで本発明は、このような課題に鑑み、電気分解によって生じた塩素ガスをNOxの除去に利用することで、排ガスからNOxを効率よく除去するとともに、排ガス中のCl2ガスの濃度を著しく低減することが可能な排ガス処理装置および排ガス処理方法を提供することを目的としている。 Therefore, in view of such problems, the present invention uses chlorine gas generated by electrolysis for removal of NOx, thereby efficiently removing NOx from the exhaust gas and significantly reducing the concentration of Cl 2 gas in the exhaust gas. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas treatment apparatus and an exhaust gas treatment method that can be used.
上記課題を解決するために、本発明の排ガス処理装置は、海水が収容されるとともに陽極が設けられるアノード槽と、海水が収容されるとともに陰極が設けられるカソード槽とがイオン交換膜で仕切られている電解槽と、陽極および陰極に電圧を印加することで電気分解を行う電圧印加部と、NOx、NOxおよびSOx、ならびに、NOxおよびCO2の群から選択される1または複数のガスが含まれる排ガスを、海水で洗浄する第1排ガス処理部と、第1排ガス処理部において洗浄された排ガスと、電気分解が行われることによってアノード槽で生成されたCl2ガスとを接触させて反応後ガスを生成し、電気分解が行われることによってアノード槽で生成されたアノード溶液で反応後ガスを洗浄する第2排ガス処理部と、電気分解が行われることによってカソード槽で生成された沈殿を含むカソード沈殿溶液に、第2排ガス処理部によって洗浄された反応後ガスを接触させる溶解部と、溶解部で生成された溶液である溶解溶液を第2排ガス処理部へ返送する返送部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an exhaust gas treatment apparatus of the present invention includes an anode tank in which seawater is accommodated and an anode is provided, and a cathode tank in which seawater is accommodated and a cathode is provided, which are partitioned by an ion exchange membrane. Including one or more gases selected from the group consisting of NOx, NOx and SOx, and NOx and CO 2. After the reaction, the first exhaust gas treatment unit for cleaning the exhaust gas to be washed with seawater, the exhaust gas washed in the first exhaust gas treatment unit, and the Cl 2 gas generated in the anode tank by electrolysis are brought into contact with each other. A second exhaust gas treatment section for producing a gas and washing the post-reaction gas with an anode solution produced in an anode tank by performing electrolysis; And a dissolved part which is a solution generated in the dissolving part, and a dissolving part for contacting the post-reaction gas washed by the second exhaust gas treatment part with the cathode precipitation solution containing the precipitate generated in the cathode tank. And a return part for returning to the exhaust gas treatment part.
上記溶解部は、第2排ガス処理部を通過したガスをカソード沈殿溶液にバブリングするとしてもよい。 The dissolution unit may bubble the gas that has passed through the second exhaust gas treatment unit into the cathode precipitation solution.
上記第1排ガス処理部は、排ガスに海水を噴霧するスプレー塔であり、第2排ガス処理部は、反応後ガスに、アノード溶液および溶解溶液の少なくともいずれかを噴霧するスプレー塔であるとしてもよい。 The first exhaust gas treatment unit may be a spray tower that sprays seawater on the exhaust gas, and the second exhaust gas treatment unit may be a spray tower that sprays at least one of the anode solution and the dissolved solution on the reacted gas. .
電気分解が行われることによってアノード槽で生成されたCl2ガスとアノード溶液とを、気液分離によって、Cl2ガスとアノード溶液とに分離するアノード分離部を備え、第2排ガス処理部は、第1排ガス処理部において洗浄されたガスと、アノード分離部で分離されたCl2ガスとを接触させて反応後ガスを生成し、アノード分離部で分離されたアノード溶液で反応後ガスを洗浄するとしてもよい。 And Cl 2 gas and the anode solution produced at the anode chamber by electrolysis is performed by gas-liquid separation, an anode separator unit for separating the Cl 2 gas and the anode solution, the second exhaust gas treatment unit, The gas cleaned in the first exhaust gas treatment unit and the Cl 2 gas separated in the anode separation unit are brought into contact with each other to generate a post-reaction gas, and the post-reaction gas is washed with the anode solution separated in the anode separation unit It is good.
電圧印加部は、陽極および陰極に3.5Vから20Vの電圧を印加するとしてもよい。 The voltage application unit may apply a voltage of 3.5V to 20V to the anode and the cathode.
アノード溶液のpHは、pH1からpH6であり、カソード槽で生成されたカソード溶液のpHは、pH8からpH14であるとしてもよい。 The pH of the anode solution may be pH 1 to pH 6, and the pH of the cathode solution produced in the cathode cell may be pH 8 to pH 14.
カソード槽で生成された沈殿には、Mg(OH)2およびCa(OH)2のいずれか一方または両方が含まれるとしてもよい。 The precipitate generated in the cathode cell may include one or both of Mg (OH) 2 and Ca (OH) 2 .
上記課題を解決するために、本発明の排ガス処理方法は、海水が収容されるとともに陽極が設けられるアノード槽と、海水が収容されるとともに陰極が設けられるカソード槽とがイオン交換膜で仕切られている電解槽と、陽極および陰極に電圧を印加することで電気分解を行う電圧印加部と、を備えた排ガス処理装置を用いて、NOx、NOxおよびSOx、ならびに、NOxおよびCO2の群から選択される1または複数のガスが含まれる排ガスを処理する排ガス処理方法であって、排ガスを海水で洗浄する工程と、洗浄した排ガスと、電気分解が行われることによってアノード槽で生成されたCl2ガスとを接触させて反応後ガスを生成する工程と、電気分解が行われることによってアノード槽で生成されたアノード溶液で反応後ガスを洗浄する工程と、電気分解が行われることによってカソード槽で生成された沈殿を含むカソード沈殿溶液に、洗浄された反応後ガスを接触させる工程と、カソード沈殿溶液に洗浄された反応後ガスを接触させる工程で生成された溶液である溶解溶液で、反応後ガスを洗浄する工程と、を含むことを特徴とする。
In order to solve the above problems, an exhaust gas treatment method according to the present invention includes an anode tank in which seawater is contained and an anode is provided, and a cathode tank in which seawater is contained and a cathode is provided, which are partitioned by an ion exchange membrane. From an NOx, NOx and SOx, and NOx and CO 2 group using an exhaust gas treatment device comprising an electrolytic cell and a voltage application unit that performs electrolysis by applying a voltage to an anode and a cathode An exhaust gas treatment method for treating an exhaust gas containing one or more selected gases, wherein the exhaust gas is washed with seawater, the washed exhaust gas, and Cl generated in the anode tank by electrolysis generating a 2 gas and the contact is allowed to react after the gas, the reaction gas after the anode solution produced at the anode chamber by electrolysis is carried out The step of washing, the step of bringing the washed post-reaction gas into contact with the cathode precipitation solution containing the precipitate generated in the cathode chamber by electrolysis, and the step of contacting the washed post-reaction gas with the cathode precipitation solution And a step of cleaning the gas after the reaction with a dissolved solution, which is a solution generated in the step of causing the reaction.
本発明によれば、電気分解によって生じたCl2ガスをNOxの除去に利用することで、排ガスからNOxを効率よく除去するとともに、排ガス中のCl2ガスの濃度を著しく低減することが可能となる。 According to the present invention, by using Cl 2 gas generated by electrolysis for removal of NOx, it is possible to efficiently remove NOx from exhaust gas and to significantly reduce the concentration of Cl 2 gas in the exhaust gas. Become.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
船舶や、車両等のエンジンにおいて、化石燃料を燃焼させると、排ガスが生じる。このような化石燃料を燃焼させた結果生じる排ガスには、NOxが含まれている。NOxは、大気汚染物質であるため、エンジンから排出される排ガスに含まれるNOx濃度が所定の規制値以上である場合には、NOxを除去する必要がある。以下、排ガスから効率よくNOxを除去することができる排ガス処理装置100について説明する。
When fossil fuel is burned in an engine such as a ship or a vehicle, exhaust gas is generated. The exhaust gas generated as a result of burning such a fossil fuel contains NOx. Since NOx is an air pollutant, it is necessary to remove NOx when the concentration of NOx contained in the exhaust gas discharged from the engine is equal to or higher than a predetermined regulation value. Hereinafter, the exhaust
(排ガス処理装置100)
図1は、本実施形態にかかる排ガス処理装置100の具体的な構成を説明するための説明図である。図1に示すように、排ガス処理装置100は、電解槽110と、電圧印加部120と、アノード分離部130と、カソード分離部140と、第1排ガス処理部150と、第2排ガス処理部160と、溶解部170と、返送部180と、を含んで構成される。図1中、ガス(気体)の流れを破線の矢印で示し、液体の流れを実線の矢印で示す。
(Exhaust gas treatment device 100)
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a specific configuration of an exhaust
電解槽110は、アノード槽112と、カソード槽114とを含んで構成され、アノード槽112とカソード槽114とはイオン交換膜116で仕切られている。
The
アノード槽112には、不図示の海水源からポンプ118a、バルブ118b、海水導入管118cを通じて、海水が導入される。また、アノード槽112には、海水が収容されるとともに陽極112aが設けられる。陽極112aは、白金(Pt)で被膜されたチタン(Ti)等の一般的に電極として利用可能な導電性材料で構成される。
Seawater is introduced into the
カソード槽114には、不図示の海水源からポンプ118d、バルブ118e、海水導入管118fを通じて、海水が導入される。また、カソード槽114には、海水が収容されるとともに陰極114aが設けられる。陰極114aは、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)等の金属のうち1または複数を用いた材料や、真鍮や高力黄銅等の合金で構成される。
Seawater is introduced into the
電圧印加部120は、水素ガス燃料電池や、水素ディーゼル発電機等の水素(H2)を動力源として電力を生成する装置で構成され、アノード槽112に設けられた陽極112a、および、カソード槽114に設けられた陰極114aに、電圧を印加することで海水の電気分解を行う。
The
ここで、電圧印加部120に供給されるH2は、カソード槽114で生成されたH2を含む。このように、電圧印加部120を、H2を動力源として電力を生成する装置で構成することにより、カソード槽114で生成されたH2を有効利用することができる。
Here, H 2 supplied to the
また、電圧印加部120が陽極112aおよび陰極114aに印加する電圧は、3.5Vから20Vであり、好ましくは3.5Vから15V、より好ましくは3.5Vから10Vである。電圧印加部120が陽極112aおよび陰極114aに印加する電圧を、上記のように設定することで、後述するアノード溶液AS2のpHを所望する値に容易に調整することができる。
The voltage applied by the
電圧印加部120が陽極112aおよび陰極114aに電圧を印加して電気分解を行うと、アノード槽112では以下の反応式(1)、(2)、(3)に示す反応が起こる。
2Cl−→Cl2+2e−
…反応式(1)
2H2O→O2+4H++4e−
…反応式(2)
2Cl − → Cl 2 + 2e −
... Reaction formula (1)
2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e −
... Reaction formula (2)
一方、カソード槽114では以下の反応式(5)〜(9)に示す反応が起こる。
2H2O+2e−→H2+2OH−
…反応式(5)
Mg2++2OH−→Mg(OH)2
…反応式(6)
Ca2++2OH−→Ca(OH)2
…反応式(7)
Mg2++CO2+H2O→MgCO3+2H+
…反応式(8)
Ca2++CO2+H2O→CaCO3+2H+
…反応式(9)
On the other hand, in the
2H 2 O + 2e − → H 2 + 2OH −
... Reaction formula (5)
Mg 2+ + 2OH − → Mg (OH) 2
... Reaction formula (6)
Ca 2+ + 2OH − → Ca (OH) 2
... Reaction formula (7)
Mg 2+ + CO 2 + H 2 O → MgCO 3 + 2H +
... Reaction formula (8)
Ca 2+ + CO 2 + H 2 O → CaCO 3 + 2H +
... Reaction formula (9)
そうすると、アノード槽112では、塩素(Cl2)、酸素(O2)、および次亜塩素酸(HClO)、次亜塩素酸イオン(ClO−)が生成され(反応式(1)、(2)、(3)、(4)参照)、カソード槽114ではH2、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、炭酸マグネシウム(MgCO3)、および炭酸カルシウム(CaCO3)が生成される(反応式(5)〜(9)参照)こととなる。
Then, in the
このように、電気分解の進行に伴って、アノード槽112で生成されるアノード溶液のpHは酸性(反応式(2)、(3)、(4)参照)に傾き、カソード槽114で生成されるカソード溶液のpHはアルカリ性(反応式(5)参照)に傾く。
Thus, as the electrolysis progresses, the pH of the anode solution generated in the
そして、アノード槽112で生成された、Cl2、O2、およびHClO、ClO−を含んだアノード溶液AS1は、バルブ210a、ポンプ210b、AS1流通管210cを通じて、アノード槽112からアノード分離部130に導入される。
The anode solution AS1 containing Cl 2 , O 2 , HClO, and ClO − generated in the
一方、カソード槽114で生成された、H2を含むカソード溶液CS1は、バルブ210d、ポンプ210e、CS1流通管210fを通じてカソード槽114からカソード分離部140に導入される。また、カソード槽114で生成された、Mg(OH)2、Ca(OH)2、MgCO3、およびCaCO3は、固体(またはゲル)として沈殿しており、Mg(OH)2、Ca(OH)2、MgCO3、およびCaCO3を含むスラリー状のカソード溶液(以下、単にカソード沈殿溶液PSと称する)は、バルブ210g、ポンプ210h、PS流通管210iを通じて、後述する溶解部170を構成する溶解槽172に導入される。
On the other hand, the cathode solution CS1 containing H 2 produced in the
アノード分離部130は、気液分離によって、アノード溶液AS1を、Cl2ガスおよびO2ガスと、アノード溶液AS2とに分離する。アノード分離部130において分離されたCl2ガス、およびO2ガスは、ガス滞留空間130aに滞留した後、不図示の空気源から、ポンプ212a、バルブ212b、空気導入管212cを通じて導入される空気によって押し出され、ガス管214a、バルブ214bを通じて、後述する第2排ガス処理部160のガス供給口162aに導かれる。また、アノード分離部130において分離されたアノード溶液AS2は、バルブ216a、ポンプ180c、AS2流通管216bを通じて、後述する第2排ガス処理部160の噴霧部164に導入される。
The
カソード分離部140は、気液分離によって、カソード溶液CS1を、H2ガスと、カソード溶液CS2とに分離する。カソード分離部140において分離されたH2は、ガス滞留空間140aに滞留した後、不図示の空気源から、ポンプ218a、バルブ218b、空気導入管218cを通じて導入される空気によって押し出され、ガス管218d、バルブ218eを通じて電圧印加部120に導入される。また、カソード分離部140において分離されたカソード溶液CS2は、バルブ218fを介して外部に排出される。
The
第1排ガス処理部150は、例えば、スプレー塔であり、NOx(窒素酸化物)、SOx(硫黄酸化物)、およびCO2の群から選択される1または複数のガスが含まれる排ガスが導入されるとともに、当該排ガスを海水で洗浄する。
The first exhaust
第1排ガス処理部150をスプレー塔で構成することにより、気泡塔や充填塔と比較して、空塔速度(塔内部に充填物がないと仮定したときのガスの流速)を大きくすることができ、NOx、SOx、およびCO2のいずれかまたは複数のガスの同一の除去率を達成するための水平方向の内径を小さくすることが可能となる。したがって、第1排ガス処理部150の占有体積を小さくすることが可能となり、船舶等の占有体積に制限がある場所であっても排ガス処理装置100を搭載することができる。
By configuring the first exhaust
具体的に説明すると、第1排ガス処理部150は、本体152と、排ガス導入部154と、噴霧部156を含んで構成される。排ガス導入部154は、バルブ154aと、排ガス導入管154bとを含んで構成され、NOx、SOx、CO2が含まれる排ガスX1を本体152内に導入する。
Specifically, the first exhaust
噴霧部156は、ポンプ158a、バルブ158b、海水導入管158cを通じて、不図示の海水源と連通しており、排ガス導入部154が導入した排ガスX1に、海水を噴霧する。
The
このように、第1排ガス処理部150において、排ガスX1に海水を噴霧して洗浄することで、排ガスX1中に含まれるSOxおよびCO2が海水に吸収(溶解)される。こうして、第1排ガス処理部150は、排ガスX1中からSOx、CO2、オイルミスト、およびダストを除去する。
In this way, in the first exhaust
そして、排ガスX1中からSOx、CO2、オイルミスト、およびダストが除去された排ガス(以下、単に排ガスX2とする)は、ガス管220a、バルブ220bを通じて、後述する第2排ガス処理部160の排ガス導入口162bに導かれる。また、SOxおよびCO2を吸収した海水は、バルブ220cを介して外部に排出される。
The exhaust gas from which the SOx, CO 2 , oil mist, and dust are removed from the exhaust gas X1 (hereinafter simply referred to as exhaust gas X2) is exhausted from the second exhaust
第2排ガス処理部160は、例えば、スプレー塔であり、排ガスX2と、アノード分離部130から供給されたCl2ガスとを接触させて反応後ガスを生成する。そして、第2排ガス処理部160は、反応後ガスを、アノード分離部130から供給されたアノード溶液AS2で洗浄する。
The second exhaust
第2排ガス処理部160をスプレー塔で構成することにより、気泡塔や充填塔と比較して、空塔速度を大きくすることができ、NOxと同一の除去率を達成するための水平方向の内径を小さくすることが可能となる。したがって、第2排ガス処理部160の占有体積を小さくすることが可能となり、船舶等の占有体積に制限がある場所であっても排ガス処理装置100を搭載することができる。
By configuring the second exhaust
具体的に説明すると、第2排ガス処理部160は、本体162と、噴霧部164とを含んで構成される。
Specifically, the second exhaust
本体162には、ガス供給口162aと、排ガス導入口162bが設けられている。ガス供給口162aは、ガス管214a、バルブ214bを通じて、アノード分離部130のガス滞留空間130aと連通しており、アノード分離部130で分離されたCl2ガスおよびO2ガスは、ガス供給口162aを通じて本体162内に供給される。
The
排ガス導入口162bは、ガス管220a、バルブ220bを通じて、第1排ガス処理部150のガス滞留空間150aと連通しており、第1排ガス処理部150で生成された排ガスX2は、排ガス導入口162bを通じて本体162内に供給される。
The exhaust
噴霧部164は、バルブ216a、ポンプ180c、アノード溶液流通管216bを通じて、アノード分離部130と連通しており、ガス供給口162aから供給されたCl2ガス、O2ガス、および、排ガス導入口162bから導入された排ガスX2に、アノード溶液AS2を噴霧する。
The
そうすると、本体162内で、以下の反応式(10)に示すように、まず、排ガスX2中のNOx(ここでは、一例としてNOを挙げる)とCl2ガスとが反応して塩化ニトロシル(NOCl)が生成される。
2NO(g)+Cl2(g)→2NOCl(g)
…反応式(10)
なお、反応式において(g)は気体を示す。
Then, in the
2NO (g) + Cl 2 (g) → 2NOCl (g)
... Reaction formula (10)
In the reaction formula, (g) represents gas.
そして、噴霧部164によって、NOClにアノード溶液AS2が噴霧されることにより、NOClはアノード溶液AS2に吸収(溶解)される。
Then, when the anode solution AS2 is sprayed on NOCl by the
ここで、アノード溶液AS2のpHは、pH1からpH6であり、好ましくはpH2からpH5、より好ましくはpH2からpH4である。このように、アノード溶液AS2のpHが低いと、すなわち、アノード溶液AS2が酸性であると、NOClを効率よく吸収することができる。 Here, the pH of the anode solution AS2 is pH1 to pH6, preferably pH2 to pH5, more preferably pH2 to pH4. Thus, when the pH of the anode solution AS2 is low, that is, when the anode solution AS2 is acidic, NOCl can be efficiently absorbed.
また、アノード溶液AS2のpHをpH1からpH6にするためには、上述した電圧印加部120が陽極112aおよび陰極114aに印加する電圧を、3.5Vから20Vにするとよい。
In order to change the pH of the anode solution AS2 from pH 1 to pH 6, the voltage applied to the anode 112a and the cathode 114a by the
このように、第2排ガス処理部160において、排ガスX2からNOxが除去されるとともに、第1排ガス処理部150において除去しきれなかったCO2、余剰のCl2ガスおよびO2ガス(以下、単に余剰ガスX3とする)は、バルブ222a、余剰ガス流通管222bを通じて、後述する溶解部170のバブリング部174に導かれる。また、NOxを吸収したアノード溶液AS3は、バルブ222cを介して外部に排出される。
Thus, in the second exhaust
溶解部170は、第2排ガス処理部160に供給されるCl2ガスの量が、排ガスX2中のNOxを分解するのに必要な量よりも多い場合に生じる余剰のCl2を含む余剰ガスX3を、アルカリ性のカソード沈殿溶液PSと接触させる。具体的に説明すると、溶解部170は、溶解槽172と、バブリング部174とを含んで構成される。
The dissolving
溶解槽172は、バルブ210g、ポンプ210h、PS連通管210iを通じてカソード槽114と連通しており、カソード槽114から供給されたカソード沈殿溶液PSを貯留する。
The
バブリング部174は、バルブ222a、余剰ガス流通管222bを通じて、第2排ガス処理部160のガス滞留空間160aと連通しており、第2排ガス処理部160から供給された余剰ガスX3をカソード沈殿溶液PSにバブリングする。
The bubbling
そうすると、溶解槽172内で、余剰ガスX3に含まれるCl2ガスがカソード沈殿溶液PSに溶解する。すなわち、余剰ガスX3からCl2ガスを除去することができる。そして、余剰ガスX3からCl2が除去された精製ガスX4は、バルブ176を介して、外部に排出される。
Then, the Cl 2 gas contained in the surplus gas X3 is dissolved in the cathode precipitation solution PS in the
また、上述したように、電圧印加部120は、アノード溶液AS2のpHをpH1からpH6にするために、陽極112aおよび陰極114aに3.5Vから20Vの電圧を印加する。そうすると、カソード溶液CS1のpHは、pH8からpH14となってしまい、上述した反応式(6)〜(9)に示す反応が起こり、Mg(OH)2、Ca(OH)2、MgCO3、およびCaCO3の沈殿を含むカソード沈殿溶液PSが生成される。
Further, as described above, the
そこで、バブリング部174が、カソード沈殿溶液PSに余剰ガスX3をバブリングすると、溶解槽172内で、以下の反応式(11)、(12)に示す反応が進行し、カソード沈殿溶液PSのpHがpH8〜14からpH8未満に低下する、すなわち、カソード沈殿溶液PSが酸性になる。
H2O+CO2→HCO3 −+H+
…反応式(12)
Therefore, when the bubbling
H 2 O + CO 2 → HCO 3 − + H +
... Reaction formula (12)
カソード沈殿溶液PSが酸性になると、以下の反応式(13)〜(16)に示す反応が起こる。
Mg(OH)2+2H+→Mg2++2H2O
…反応式(13)
Ca(OH)2+2H+→Ca2++2H2O
…反応式(14)
MgCO3+2H+→Mg2++H2O+CO2
…反応式(15)
CaCO3+2H+→Ca2++H2O+CO2
…反応式(16)
When the cathode precipitation solution PS becomes acidic, reactions shown in the following reaction formulas (13) to (16) occur.
Mg (OH) 2 + 2H + → Mg 2+ + 2H 2 O
... Reaction formula (13)
Ca (OH) 2 + 2H + → Ca 2+ + 2H 2 O
... Reaction formula (14)
MgCO 3 + 2H + → Mg 2+ + H 2 O + CO 2
... Reaction formula (15)
CaCO 3 + 2H + → Ca 2+ + H 2 O + CO 2
... Reaction formula (16)
なお、上記反応式(13)に示す反応はpH9.2未満で、反応式(14)に示す反応はpH12未満で、反応式(15)に示す反応はpH10未満で、反応式(16)に示す反応はpH8未満で進行する。 The reaction shown in the reaction formula (13) is less than pH 9.2, the reaction shown in the reaction formula (14) is less than pH 12, the reaction shown in the reaction formula (15) is less than pH 10, and the reaction formula (16) The reaction shown proceeds at a pH below 8.
こうして、溶解部170においてカソード沈殿溶液PS中のMg(OH)2、Ca(OH)2、MgCO3、およびCaCO3が溶解し、溶解溶液SSが生成される。
In this way, Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , MgCO 3 , and CaCO 3 in the cathode precipitation solution PS are dissolved in the dissolving
返送部180は、バルブ180aと返送配管180bと、ポンプ180cを含んで構成され、溶解溶液SSを第2排ガス処理部160へ返送する。具体的に説明すると、返送配管180bは、アノード溶液流通管216bに接続されており、バルブ180aを開にしてポンプ180cを駆動させることで、溶解溶液SSを第2排ガス処理部160の噴霧部164に供給する。
The
上述したように、溶解溶液SSは酸性であるため、NOClを効率良く吸収することができる。そこで、返送部180が溶解溶液SSを第2排ガス処理部160に返送することで、アノード溶液AS2のみならず、溶解溶液SSにもNOClを吸収させることができる。
As described above, since the solution SS is acidic, NOCl can be efficiently absorbed. Therefore, the
また、従来、固形分離して廃棄していたMg(OH)2、Ca(OH)2、MgCO3、およびCaCO3を溶解溶液SSとして再利用することができ、廃棄にかかるコストを低減することが可能となる。 In addition, Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , MgCO 3 , and CaCO 3 that have conventionally been separated and discarded can be reused as the dissolution solution SS, thereby reducing the cost of disposal. Is possible.
以上説明したように、本実施形態にかかる排ガス処理装置100によれば、電気分解によってアノード槽112で生成されたCl2ガスで、排ガスX2に含まれるNOxをNOClに変換して除去することができる。
As described above, according to the exhaust
また、溶解部170が、余剰ガスX3に含まれるCl2ガスをカソード沈殿溶液PSに溶解させることで、余剰ガスX3からCl2ガスを除去することができ、Cl2ガスの外部への放出を抑制することが可能となる。
Further, the
さらに、溶解部170が余剰ガスX3をカソード沈殿溶液PSに溶解させることで、アルカリ性のカソード沈殿溶液PSを酸性にすることができる。酸性になったカソード沈殿溶液PS(溶解溶液SS)は、NOClを効率よく吸収できるため、返送部180が、アノード溶液AS2に代えて、または、アノード溶液AS2とともに溶解溶液SSを第2排ガス処理部160の噴霧部164に返送することで、第2排ガス処理部160においてNOClを効率よく吸収することが可能となる。したがって、NOClの吸収のために、アノード溶液AS2とともに、溶解溶液SSを利用することができるため、同一の量のNOCl(NOx)を吸収するために必要なアノード溶液AS2の量を削減することができる。つまり、アノード溶液AS2を生成するための電気分解に利用する電力を削減することが可能となる。
Furthermore, the
(排ガス処理方法)
図2は、本実施形態にかかる排ガス処理装置100を用いた排ガス処理方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
(Exhaust gas treatment method)
FIG. 2 is a flowchart for explaining the processing flow of the exhaust gas processing method using the exhaust
まず、アノード槽112およびカソード槽114に海水が収容された状態で、電圧印加部120が陽極112aおよび陰極114aに電圧を印加することで、電気分解を行う(S300)。そして、アノード槽112において生成されたアノード溶液AS1をアノード分離部130に導入し、カソード槽114において生成されたカソード溶液CS1をカソード分離部140に導入し、カソード槽114において生成されたカソード沈殿溶液PSを溶解槽172に導入する(S302)。
First, in a state where seawater is stored in the
アノード分離部130は、気液分離によって、アノード溶液AS1をCl2ガスとアノード溶液AS2とに分離する(S304)。また、カソード分離部140は、気液分離によって、カソード溶液CS1をH2ガスとカソード溶液CS2とに分離する(S306)。
The
第1排ガス処理部150は、排ガスX1に海水を噴霧して、排ガスX1からSOx、CO2、オイルミスト、ダストを除去するとともに、排ガスX1からSOx、CO2、オイルミスト、ダストが除去された排ガスX2を第2排ガス処理部160に送出する(S308)。
The first exhaust
第2排ガス処理部160は、海水洗浄工程S308で洗浄された排ガスX2と、アノード分離工程S304で分離されたCl2ガスとを接触させて反応後ガス(NOCl、余剰のCl2ガスを含む)を生成する(S310)。
The second exhaust
続いて、第2排ガス処理部160は、反応後ガスに、アノード分離工程S304で分離されたアノード溶液AS2を噴霧して、反応後ガスからNClOを除去するとともに、NClOが除去された反応後ガス(余剰ガスX3)を溶解部170に送出する(S312)。
Subsequently, the second exhaust
溶解部170は、電解溶液導入工程S302で導入されたカソード沈殿溶液PSに余剰ガスX3を接触させて、余剰ガスX3からCl2ガスを除去して精製ガスX4を生成するとともに溶解溶液SSを生成する(S314)。
The
そして、返送部180は、溶解溶液SSを、アノード溶液AS2に代えて、またはアノード溶液AS2とともに、第2排ガス処理部160の噴霧部164に供給する。そうすると、第2排ガス処理部160は、反応後ガスに溶解溶液SSを噴霧して、反応後ガスからNClOを除去する(S316)。
Then, the
以上説明したように、本実施形態にかかる排ガス処理方法によれば、電気分解によって生じたCl2ガスをNOxの除去に利用することで、排ガスからNOxを効率よく除去するとともに、排ガス中のCl2ガスの濃度を著しく低減することが可能となる。 As described above, according to the exhaust gas treatment method according to the present embodiment, the Cl 2 gas generated by electrolysis is used for the removal of NOx, so that NOx can be efficiently removed from the exhaust gas and the Cl 2 in the exhaust gas can be removed. The concentration of the two gases can be significantly reduced.
(実施例1)
カソード槽114およびアノード槽112に人工海水を2Lずつ収容し、電圧印加部120は、陽極112aおよび陰極114aに5Vの電圧を印加した。そして、アノード槽112で生成されたCl2ガスを、0.3m3/h程度の排ガスX1を処理可能なスプレー塔(第2排ガス処理部160)に導入した。
(Example 1)
Two liters of artificial seawater was accommodated in each of the
その結果、アノード槽112においてCl2ガスの生成が確認され、その濃度は、0.5%から4%であった。また、アノード槽112において生成されたアノード溶液AS2における遊離塩素濃度は、0.1mg/Lから50mg/Lであった。
As a result, generation of Cl 2 gas was confirmed in the
カソード槽114においてH2の生成およびMg(OH)2、Ca(OH)2の沈殿の生成が確認され、Mg(OH)2、Ca(OH)2の乾燥重量は、10g程度であった。
Production of H 2 and precipitation of Mg (OH) 2 and Ca (OH) 2 were confirmed in the
アノード槽112において生成されたCl2およびアノード溶液AS2を第2排ガス処理部160に導入した場合の、第2排ガス処理部160におけるNOの除去率は99%であった。また、第2排ガス処理部160においてNOを除去した後の余剰Cl2ガスの濃度は、0.05%〜0.4%であった。
When the Cl 2 generated in the
(実施例2)
0.01%から0.05%のCl2ガスを0.0375m3/hで、pH10程度のアルカリ溶液にバブリングした。その結果、バブリング後の溶液中の遊離塩素濃度は、20mg/Lから200mg/Lとなり、pHは、pH2〜pH3になった。
(Example 2)
0.01% to 0.05% Cl 2 gas was bubbled into an alkaline solution having a pH of about 10 at 0.0375 m 3 / h. As a result, the free chlorine concentration in the solution after bubbling was changed from 20 mg / L to 200 mg / L, and the pH became pH 2 to pH 3.
上述したように、反応式(13)〜(16)に示す反応はpH8未満で起こるため、0.01%から0.05%といった低濃度のCl2ガスをpH10程度のアルカリ溶液にバブリングした場合であっても、Mg(OH)2、Ca(OH)2、MgCO3、およびCaCO3を溶解させることができることが分かった。したがって、より高濃度である0.05%〜0.4%の余剰Cl2ガスを、pH8からpH14のカソード沈殿溶液PSにバブリングすると、Mg(OH)2、Ca(OH)2、MgCO3、およびCaCO3を溶解させることができると推測される。 As described above, since the reactions shown in the reaction formulas (13) to (16) occur at a pH of less than 8, when a low concentration Cl 2 gas of 0.01% to 0.05% is bubbled into an alkaline solution having a pH of about 10 Even so, it was found that Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , MgCO 3 , and CaCO 3 can be dissolved. Therefore, when 0.05% to 0.4% surplus Cl 2 gas having a higher concentration is bubbled into the cathode precipitation solution PS having a pH of 8 to 14, Mg (OH) 2 , Ca (OH) 2 , MgCO 3 , It is assumed that CaCO 3 can be dissolved.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
例えば、上述した実施形態において、排ガス処理装置100が、アノード分離部130およびカソード分離部140を備える構成について説明した。しかし、アノード槽112やカソード槽114で気液分離させることも可能であり、アノード分離部130およびカソード分離部140を省略することもできる。
For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the exhaust
また、上述した実施形態において、アノード分離部130で分離されたCl2ガスを押し出すために空気を導入しているが、排ガス導入部154を分岐して、空気に代えて排ガスX1を導入してもよい。
In the above-described embodiment, air is introduced to push out the Cl 2 gas separated by the
上述した実施形態において、カソード槽114から定期的にカソード沈殿溶液PSを排出するのではなく、カソード分離部140で分離された沈殿物を含む液を外部へ排出せずに、全て溶解部170に送出して、排ガスX3をバブリングして溶解溶液SSを作製し、第2排ガス処理部160に導入してもよい。
In the above-described embodiment, the cathode precipitation solution PS is not periodically discharged from the
また、上述した実施形態では、カソード槽114で生成されたH2は、ガス管218d、バルブ218eを通じて電圧印加部120に導入される例について説明した。しかし、これに限らず、カソード槽114で生成されたH2を一旦ガスホルダに回収し、精製した後に、電圧印加部120に導入することもできる。
In the above-described embodiment, the example in which the H 2 generated in the
さらに、上述した実施形態では、水素(H2)を動力源として電力を生成する装置で構成される電圧印加部120を例に挙げて説明した。しかし、電圧印加部120は、陽極112aおよび陰極114aに電圧を印加できればよく、例えば、商用電源を利用して電圧を印加する装置等であってもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態において、第1排ガス処理部150、および、第2排ガス処理部160を、スプレー塔で構成した例について説明したが、これに限定されず、気泡塔や充填塔であってもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the first exhaust
さらに、排ガス処理装置100において示した位置以外にポンプやバルブを設けてもよい。
Furthermore, a pump and a valve may be provided in addition to the positions shown in the exhaust
また、溶解溶液SSは、NOClの吸収用のみならず、船舶の糞尿設備やバラスト水の殺菌剤として用いてもよい。 In addition, the dissolved solution SS may be used not only for absorbing NOCl but also as a disinfectant for ship excrement and ballast water.
本発明は、排ガスに含まれるNOxを除去する排ガス処理装置および排ガス処理方法に利用することができる。 The present invention can be used for an exhaust gas treatment apparatus and an exhaust gas treatment method for removing NOx contained in exhaust gas.
100 …排ガス処理装置
110 …電解槽
120 …電圧印加部
130 …アノード分離部
150 …第1排ガス処理部
160 …第2排ガス処理部
170 …溶解部
174 …バブリング部
180 …返送部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記陽極および前記陰極に電圧を印加することで電気分解を行う電圧印加部と、
NOx、NOxおよびSOx、ならびに、NOxおよびCO2の群から選択される1または複数のガスが含まれる排ガスを、海水で洗浄する第1排ガス処理部と、
前記第1排ガス処理部において洗浄された前記排ガスと、電気分解が行われることによって前記アノード槽で生成されたCl2ガスとを接触させて反応後ガスを生成し、電気分解が行われることによって前記アノード槽で生成されたアノード溶液で前記反応後ガスを洗浄する第2排ガス処理部と、
電気分解が行われることによって前記カソード槽で生成された沈殿を含むカソード沈殿溶液に、前記第2排ガス処理部によって洗浄された前記反応後ガスを接触させる溶解部と、
前記溶解部で生成された溶液である溶解溶液を前記第2排ガス処理部へ返送する返送部と、
を備えたことを特徴とする排ガス処理装置。 An electrolytic cell in which seawater is contained and an anode tank provided with an anode; and a cathode tank in which seawater is contained and a cathode is provided;
A voltage application unit that performs electrolysis by applying a voltage to the anode and the cathode;
NOx, NOx and SOx, and a first exhaust gas treatment unit for washing exhaust gas containing one or more gases selected from the group of NOx and CO 2 with seawater;
By bringing the exhaust gas washed in the first exhaust gas treatment section into contact with the Cl 2 gas generated in the anode tank by performing electrolysis to generate a post-reaction gas and performing electrolysis A second exhaust gas treatment unit for washing the post-reaction gas with the anode solution generated in the anode tank;
A dissolution part for bringing the post-reaction gas washed by the second exhaust gas treatment part into contact with a cathode precipitation solution containing a precipitate produced in the cathode tank by electrolysis;
A return unit for returning the dissolved solution generated in the dissolving unit to the second exhaust gas treatment unit;
An exhaust gas treatment apparatus comprising:
前記第2排ガス処理部は、前記反応後ガスに、前記アノード溶液および前記溶解溶液の少なくともいずれかを噴霧するスプレー塔であることを特徴とする請求項1または2に記載の排ガス処理装置。 The first exhaust gas treatment unit is a spray tower that sprays the seawater on the exhaust gas,
3. The exhaust gas treatment apparatus according to claim 1, wherein the second exhaust gas treatment unit is a spray tower that sprays at least one of the anode solution and the dissolved solution onto the post-reaction gas.
前記第2排ガス処理部は、前記第1排ガス処理部において洗浄されたガスと、前記アノード分離部で分離されたCl2ガスとを接触させて反応後ガスを生成し、該アノード分離部で分離されたアノード溶液で該反応後ガスを洗浄することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の排ガス処理装置。 And Cl 2 gas and the anode solution produced by the anode chamber by electrolysis is performed by gas-liquid separation, an anode separator unit for separating said anode solution and the Cl 2 gas,
The second exhaust gas treatment unit generates a post-reaction gas by bringing the gas cleaned in the first exhaust gas treatment unit into contact with the Cl 2 gas separated in the anode separation unit, and the anode separation unit separates the gas. The exhaust gas treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the post-reaction gas is washed with the prepared anode solution.
前記排ガスを海水で洗浄する工程と、
洗浄した前記排ガスと、電気分解が行われることによって前記アノード槽で生成されたCl2ガスとを接触させて反応後ガスを生成する工程と、
電気分解が行われることによって前記アノード槽で生成されたアノード溶液で前記反応後ガスを洗浄する工程と、
電気分解が行われることによって前記カソード槽で生成された沈殿を含むカソード沈殿溶液に、洗浄された前記反応後ガスを接触させる工程と、
前記カソード沈殿溶液に前記洗浄された反応後ガスを接触させる工程で生成された溶液である溶解溶液で、前記反応後ガスを洗浄する工程と、
を含むことを特徴とする排ガス処理方法。 Voltage is applied to the anode and the cathode, an anode tank in which seawater is accommodated and an anode is provided, an electrolytic cell in which seawater is contained and a cathode tank in which a cathode is provided is partitioned by an ion exchange membrane An exhaust gas treatment device including a voltage application unit that performs electrolysis, and treating exhaust gas containing one or more gases selected from the group consisting of NOx, NOx and SOx, and NOx and CO 2 An exhaust gas treatment method for
Washing the exhaust gas with seawater;
Contacting the cleaned exhaust gas with the Cl 2 gas generated in the anode tank by electrolysis to generate a post-reaction gas;
Washing the post-reaction gas with an anodic solution produced in the anode bath by electrolysis;
Bringing the washed post-reaction gas into contact with a cathode precipitation solution containing a precipitate produced in the cathode chamber by electrolysis;
Washing the post-reaction gas with a dissolved solution that is a solution generated in the step of contacting the washed post-reaction gas with the cathode precipitation solution;
An exhaust gas treatment method comprising:
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