JP7015794B2 - 排ガス中の硫黄酸化物量を低減させるシステム及び方法 - Google Patents

排ガス中の硫黄酸化物量を低減させるシステム及び方法 Download PDF

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Description

技術分野
[0001] 本出願は排ガス浄化の技術分野に関する。より具体的には、本出願は、湿式スクラビングを用いて船舶排ガス中の硫黄酸化物(SOx)含量を低減させることによる船舶排ガスの浄化に関する。
背景
[0002] 化石燃料の燃焼は、種々の目的で産業プロセスに用いられている。不運なことに、化石燃料の燃焼は、環境に有害であることが判明している幾つかの汚染物質を生じる。具体的には、硫黄及び窒素の酸化化合物は「酸性雨」の主成分である。硫黄は原油中に天然に存在する元素であり、原油蒸留プロセスの残渣成分で濃縮される。燃料油中の硫黄量は、主に、原油の供給源に依存し、然程ではないものの精製プロセスにも依存する。世界基準の燃料について代表的には、その値は1.5～４％ w/wのオーダーである。この値は、燃焼ガス中の高SO2濃度を導く。例えば、1.5％ w/wの硫黄を含有する燃料を用いると、排出ガス中のSO2濃度は約630ppmであり、４％ w/wの硫黄を含有する燃料では、排出ガス中のSO2濃度は約1700ppmである。
[0003] 硫黄酸化物(SOx)及び窒素酸化物(NOx)により引き起こされる危害が認識されて、化石燃料の燃焼により毎年何百万トンものSO2が放出されているため特に、燃焼ガスの大気中への放出前に燃焼ガスのこれら成分を除去する種々の燃焼ガス浄化プロセス及び分離技術が開発されている。
[0004] 欧州水域は、より厳しい船舶硫黄排出規制を世界で最初に導入したものであり、いわゆる硫黄排出規制域(SECA)が2006年にバルト海において発効し、続いて2007年に北海及び英仏海峡において発効した。
[0005] 欧州連合船舶硫黄指令(European Union (EU) Marine Sulfur Directive)の下では、1.5％ w/w硫黄以下の低硫黄燃料のみが許可されている。更に、燃料中1.5％ w/wの硫黄という上限は、2006年８月11日から、SECA内に限らず、共同体域内の港への又はからの定期航路に就航している客船に用いられる燃料にも適用されている。EUによる法制化は、低硫黄燃料(1.5％ w/w硫黄)の使用の代替として、排出ガス中の硫黄含量を低減させる技術の利用を可能にする。よって、この技術は、バンカー燃料中の硫黄含量を低減させることにより達成されるものと少なくとも同等の又はより良好な硫黄排出量の低減を確実とすべきものである。
[0006] 排ガス中のSOx含量を低減させる技術のほとんどが、排ガスを水性溶液に接触させる湿式スクラビングプロセスを利用するものである。このプロセスの目的は、高い吸収効率(すなわち、70～95％を超えるSO2吸収)を提供することである。吸収プロセスに関連する要求は高く、結果として設計オプションは比較的少ない。例えば、水性溶液中の成分と処理される排ガス相中のSOxとの反応の効率は、反応温度が上昇するにつれて、特に約70℃を超えると、下落する。しかし、排出ガスの温度は約300℃であり、そのためプロセス効率は低下する。
[0007] 加えて、排出燃焼ガスの体積が重要であり、約１MW容量の比較的小さなエンジンについてでさえ約12000m3/時の排出量に達する。よって、大量ガスの処理が大型装置に依存することを回避すべく高効率プロセスが必要とされる。装置規模は、利用可能なスペースが限られている船舶上では特に重大な事項である。
[0008] 湿式スクラビングによる船舶排ガスの精製は周知である。例えば、US2016016109は、各々が注水装置、偏向体及びスクラバ液排出口を備える上側室及び下側室を有する垂直スクラバ塔を開示する。
[0009] EP1857169は、充填床スクラバに硫黄除去剤を含む淡水ベースのスクラビングシステムを開示する。スクラバの充填床はエンジンに対して高背圧を生じることがある。この課題は、スクラバの後に排気ファンを導入することにより解決し得る。充填床スクラバはまたバイパスシステムを必要とする。なぜならば、充填床は、空運転(dry run)の間に損傷することがあるからである。更に、充填床スクラバは、サイレンサシステムを有する必要があり、淡水でのみ動作する必要もある。
[0010] 複数のディーゼルエンジンを備える発電施設用のスクラバもまた公知である。例えば、WO2006048506は、どのようにして複数のエンジンのエンジン排ガスをスクラバまでずっと別々の管で搬送するかについて開示する。
[0011] 陸上での設置に適切なスクラバ技術は既に知られているが、これら技術は船舶への適用に常に適切であるというわけではないことを強調したい。なぜならば、規模、重量、堅牢性、安定性、フロー及び排ガス組成は、船舶用スクラバシステムと陸上スクラバシステムとで機械的に置き換えることができないパラメータであるからである。
[0012] 本出願の目的は、エンジンに対して高背圧を生じず、同時に、複数のエンジン排ガス管を単純な様式でスクラバ塔に接続することを可能にし、限られたスペースしか必要としないスクラビングシステムを提供することである。
要旨
[0013] 本出願の第１の観点によれば、
ａ)垂直に配置され、内部空間を有するスプレータワーであって：
(１)その近位端部に位置する排ガス取入口を通じてスプレータワーの内部空間に排ガスを導入するために設けられた中央排ガス管であって、設置状態でスプレータワーの底端部に位置し、その頂端部の排ガス取入口を通じてスプレータワーの内部空間と流体接続状態にある中央排ガス管と
(２)スプレータワーの内部空間から精製済み排ガスを抜き取るために設けられた少なくとも１つの排ガス排出口であって、設置状態でスプレータワーの頂端部に位置し、スプレータワーの内部空間と流体接続状態にある排ガス排出口と
を備え、排ガスの一般流が排ガス取入口から排ガス排出口へスプレータワーの内部空間を通過する、スプレータワー；
ｂ)スプレータワーの内部空間内で、排ガスの一般流に対向するスクラバ液流を提供するように構成された１又は２以上のスプレーデバイス；
ｃ)中央排ガス管の遠位端部と流体接続状態にある少なくとも２つのエンジン排ガス管
を備えてなる、排ガス中のSOx量を低減させるシステムが開示される。
[0014] よって、
ａ)垂直に配置され、内部空間を有するスプレータワーであって、
(１)スプレータワーの内部空間に排ガスを導入するために設けられた中央排ガス管であって、その近位端部に位置する排ガス取入口を通じて内部空間と流体接続状態にあり、設置状態でスプレータワーの底端部に位置する中央排ガス管と；
(２)スプレータワーの内部空間から精製済み排ガスを抜き取るために設けられた少なくとも１つの排ガス排出口であって、スプレータワーの内部空間と流体接続状態にあり、設置状態でスプレータワーの頂端部に位置する少なくとも１つの排ガス排出口と；
(３)スクラバ液をスプレータワーから排出するように設けられた少なくとも１つのスクラバ液排出口と
を備え、その内部空間を排ガスの一般流が排ガス取入口から排ガス排出口へ通過する、スプレータワーと；
ｂ)スプレータワーの内部空間内で、排ガスの一般流に対向するスクラバ液流を提供するように構成された１又は２以上のスプレーデバイスと；
ｃ)中央排ガス管の遠位端部と流体接続状態にある少なくとも２つのエンジン排ガス管と
を備えてなる、船舶エンジンの排ガス中のSOx量を低減させるシステムが提供される。
[0015] スプレータワーは低エネルギースクラバ塔である。これらは、一般には、例えば充填床スクラバ塔より長い塔であり、その結果、気体・液体対気体比に関して、充填床スクラバ塔に類似する滞留時間が得られる。スプレータワーの主な利点は、オープンデザインであることである。オープンデザインは、スプレーデバイス、より具体的にはスプレーノズル(これはスクラバ液をスプレータワーの内部空間にスプレーするために設けられる)を除き、スクラバ塔の内部空間に内部パーツが存在しないことを意味する。スプレーノズルは、スクラバ液のスプレーとしての散布を容易にする精密デバイスである。よって、このタイプのオープン型スクラバ塔は、スクラバ塔の内部空間に充填床を有さない。しかし、これらは、小液滴がスプレータワーを出て行かないように、スプレータワーの頂端部に位置するデミスタを有し得る。本出願において、液滴と小液滴とは明確に区別されることに留意すべきである。液滴は、排ガス精製の間にスプレータワー内に落下するに十分なサイズを有するスクラバ液粒子である。十分なサイズは、排ガス流量及び排ガス温度に依存し、当業者が容易に決定することができる。このような液滴は、排ガスの一般流に対向して落下する。液滴は、当初のサイズ、排ガス温度及び排ガス流量のような幾つかのパラメータに依存して、小液滴になり及び/又は蒸発する。小液滴は、排ガス精製の間にスプレータワー内で落下するに不十分なサイズを有する粒子である。よって、小液滴は、本質的には、排ガスの一般流と一緒に移動する。しかし、小液滴は、互いに及び/又はより大きな液滴と衝突し得、その結果、小液滴はサイズが増大して液滴になることがある。スクラバ液の注入量は、エンジン負荷に応じて、スプレータワーのパフォーマンスを最適化するように調整することができる。例えば、スクラバ液の注入量は、毎秒30kgの排ガスを精製する場合、高さ10～15メートル、直径約３メートルのスプレータワーについて、10,000～15,000リットル/分の範囲であり得る。
[0016] 本出願によるシステムは、従来技術のシステムと比較して、非常に単純であり、大きな設置スペースを要しないという利点を有する技術的解決策を提供する。更に、少なくとも２つのエンジン排ガス管を中央排ガス管の底端部で接続することにより、スプレータワーに進入する排ガスの組成は均質である一方で、排ガス速度は低下し、そのことによりスプレータワー内で所望の乱流が促進される。スプレータワー内の乱流は、スクラバ液へのSOxの効率的溶解を可能にする温度に排ガスを冷却して効率的にスクラビングするための排ガスとスクラバ液流との十分な混合を提供する。
[0017] 更に、本出願によるシステムは、スクラバ液としての塩水をベースにすることができ、(例えば充填床スクラバを用いる場合に必要となるような)バイパスシステム若しくはサイレンサ又はその両方を含まない。このシステムでは、排ガスの騒音を船舶の快適性に適合するように低減させることができる。例えば、作動時の騒音を30dB低減させることが可能であるが、空運転時の騒音を低減させることも可能である。
[0018] スクラバ液又はスクラバ液流は、より具体的には、淡水、塩水又はアルカリ性水性溶液から選択される。
[0019] 液滴/小液滴のサイズはスクラビング効率に影響する。すなわち、小液滴が小さいほど、表面積は大きくなり、スクラビング効率は高くなる。種々のサイズの液滴/小液滴を製造するスプレーデバイスを用いる。小液滴のサイズはまた、排ガス排出口から出て行く精製済み排ガスと一緒にスプレータワーから飛び出さないサイズである必要があり、より小さな小液滴が洗い落とされるものである必要がある。したがって、本出願によるシステムの１つの実施形態によれば、１又は２以上のスプレーデバイスは、動作状態にあるとき、その体積の50％以上が0,35mm～４mm、より具体的には0,5～２mm、最も具体的には約１mmの直径を有するスクラバ液小滴を提供するように構成されている。小液滴サイズが0,35mm未満であると、スプレータワー内に存在するデミスタは小液滴を捕捉することが困難となり、小液滴は、スプレータワーから出て行く精製済み排ガスと一緒に出て行くことになる。
[0020] 本出願によるシステムの１つの実施形態によれば、全てのスプレーデバイスはスクラバ液を上方にスプレーするように設けられている。
[0021] 本出願によるシステムの別の１つの実施形態によれば、全てのスプレーデバイスはスクラバ液を下方にスプレーするように設けられている。
[0022] 本出願によるシステムの更に別の１つの実施形態によれば、スプレーデバイスの一部はスクラバ液を上方にスプレーするように設けられ、スプレーデバイスの一部はスクラバ液を下方にスプレーするように設けられている。
[0023] 注入されたスクラバ液の少なくとも一部を、排ガスの一般流に平行に(すなわち、上方に)方向付けることにより、注入されたスクラバ液は、排ガスの上方への駆動を補助し、このため、スプレータワー内で全てのスクラバ液が下方にスプレーされるものと比較して、スプレータワー内の圧力降下を減少させる。スプレーデバイスがスクラバ液を上方にスプレーするように設けられているとき、スプレー方向の中心は、排ガスの一般流に平行であると考えられる。スプレーデバイスがスクラバ液を下方にスプレーするように設けられているとき、スプレー方向の中心は、排ガスの一般流に対向すると考えられる。
[0024] 本出願によるシステムの１つの実施形態において、中央排ガス管は、スプレータワーの底端部を通過してスプレータワーの内部空間に延び、スプレータワーは、スクラバ液をスプレータワーから排出するように設けられた少なくとも１つのスクラバ液排出口を更に備え、スクラバ液排出口は中央排ガス管の近位端部の下方に位置する。中央排ガス管がスプレータワーの底端部を通過してスプレータワーの内部空間に延びる場合、スクラバ液排出口はスプレータワーの底端部に容易に接続することができ、スクラバ液排出口を通じて使用済みスクラバ液のスプレータワー内部からの非常に効率的な排出が達成される。
[0025] 本出願によるシステムの１つの実施形態において、スプレータワーは、使用済みスクラバ液の中央排ガス管への進入を低減させるか又は防止する少なくとも１つの偏向体を備える。この偏向体は、排ガス流の方向を変えて、スプレータワーの内部空間での最適なスクラビング条件及び排ガスとスクラビング液との最適な混合をもたらすという効果を更に奏する。
[0026] 本出願によるシステムの１つの実施形態において、本システムは単一のスプレータワーを備える。唯１つのスプレータワーの存在は、低背圧であり、そのため、排ガスファンの必要性を回避するという利点を有する。
[0027] 本出願によるシステムの１つの可能な実施形態において、エンジン排ガス管の各々は、閉鎖時に排ガスの逆流を防止するように設けられた排ガスバルブを備える。
[0028] 本出願の特定の実施形態において、エンジン排ガス管の各々は、別々のエンジンに接続し、各個のエンジンの排ガスを中央排ガス管に搬送する。
[0029] 本発明によるシステムの１つの実施形態によれば、スプレータワーは、互いに流体接続した上方スクラバ室及び下方スクラバ室を備えてなり、
ａ)両スクラバ室は、各スクラバ室を通る排ガスの一般流に対向するスクラバ液流を提供するように構成された少なくとも１つのスプレーデバイスを備え；
ｂ)上方スクラバ室は、上方スクラバ室内で最下位のスプレーデバイスの下方に位置し、下方スクラバ室へのスクラバ液の進入を防止するように構成された少なくとも１つの偏向体を備え；
ｃ)上方スクラバ室は、使用済みスクラバ液を上方スクラバ室から排出するように設けられた少なくとも１つのスクラバ液排出口を備え；
ｄ)下方スクラバ室は、下方スクラバ室内で最下位のスプレーデバイスの下方に位置し、中央排ガス管へのスクラバ液の進入を防止するように構成された少なくとも１つの偏向体を備え；
ｅ)下方スクラバ室は、使用済みスクラバ液を下方スクラバ室から排出するように設けられた少なくとも１つのスクラバ液排出口を備える。
[0030] より具体的には、上方スクラバ室内のスプレーデバイスはスクラバ液を下方にスプレーするように設けられ、下方スクラバ室内のスプレーデバイスはスクラバ液を上方にスプレーするように方向付けられている。
[0031] 本出願の１つの実施形態によれば、中央排ガス管は、スプレータワーの底端部を貫いて本質的に同軸に設けることができる。中央排ガス管の断面積は、スプレータワー自体の残部断面積より小さくすることができる。このことにより、スプレータワー内の排ガス速度は中央排ガス管内と比較して低下し、スプレータワー内での十分な排気滞留時間が可能となり得る。スプレータワー内での低いが依然として正味プラスである排ガス速度によりスプレータワーに対する背圧が可能な限り低くなる。背圧が高くなると、エンジンはより過酷に働き、効率が低くなり、より多くの燃料を使用しなければならなくなり得る。
[0032] 本出願の第２の観点によれば、
少なくとも２つのエンジン、好ましくは船舶内に配置された少なくとも２つのエンジンの排ガスを、該排ガス中のSOx量を低減させることにより精製する方法であって、以下の工程：
ａ)エンジンの排ガスを２又は３以上のエンジン排ガス管を経て中央排ガス管に搬送する工程であって、
中央排ガス管は、垂直に配置されたスプレータワーの底端部に位置しており、中央排ガス管の近位端部に位置する排ガス取入口を通じて排ガスをスプレータワーの内部空間に導入するために設けられており、
２又は３以上のエンジン排ガス管は、排ガスを中央排ガス管の遠位端部に導入するために設けられている、工程；
ｂ)精製済み排ガスをスプレータワーから抜き取るために、排ガス取入口からスプレータワーの頂端部に位置する排ガス排出口への排ガスの一般流を生じさせる工程；
ｃ)スクラバ液をスプレータワー内に１又は２以上のスプレーデバイスを用いて注入することにより、排ガスの一般流に対向するスクラバ液流を提供する工程
を含んでなる方法が開示される。
[0033] 本出願による方法は、使用済みスクラバ液をスプレータワーから少なくとも１つのスクラバ液排出口を経て排出することを更に含む。
[0034] 少なくとも２つのエンジンは、より具体的には、船舶内に位置する。
[0035] 本出願による１つの可能な方法において、スクラバ液は淡水である。
[0036] 本出願による別の１つの可能な方法において、スクラバ液は塩水である。
[0037] 本出願による更に別の１つの可能な方法において、スクラバ液はアルカリ性水性溶液である。
[0038] 本出願による１つの方法において、スプレー中のスクラバ液小滴の体積の50％以上は４mm以下の直径を有する。
[0039] より具体的には、スプレー中のスクラバ液小滴の体積の50％以上は２mm以下の直径を有する。
[0040] 本出願による１つの特定の方法において、上記の本出願によるシステムが用いられる。
[0041] 図１は、本出願による１つのシステムの縦断面の簡略図を示す。このシステムは、垂直に配置されたスプレータワーであって、その底端部に位置して該底端部を貫通する中央排ガス管が設けられたスプレータワーを備え、中央排ガス管の底端部を２つのエンジン排ガス管が貫通し、スプレータワーはスクラバ液をスプレータワー内の上方にスプレーする２つのスプレーデバイス及び下方にスプレーする２つのスプレーデバイスを備える； [0042] 図２は、本出願による１つのシステムの縦断面の簡略図を示す。このシステムは、垂直に配置されたスプレータワーであって、下方スクラバ室及び上方スクラバ室を有するスプレータワーを備え、下方スクラバ室は、スプレータワーの底端部に位置して該底端部を貫通する中央排ガス管を備え、中央排ガス管の底端部を２つのエンジン排ガス管が貫通し、下方スクラバ室及び上方スクラバ室には、スクラバ液を下方にスプレーするように設けられたスプレーノズルが配置されている； [0043] 図３は、１つのスクラバシステムの縦断面の簡略図を示す。このシステムは、垂直に配置されたスプレータワーであって、上方スクラバ室及び下方スクラバ室を有するスプレータワーを備え、下方スクラバ室は、スプレータワーの底端部に位置して該底端部を貫通する中央排ガス管を備え、中央排ガス管の底端部を貫通する３つのエンジン排ガス管は、該底端部に対して或る角度で配置されており、下方スクラバ室及び上方スクラバ室には２つのスプレーデバイスが配置され、一方はスクラバ液を上方にスプレーするように設けられ、他方はスクラバ液を下方にスプレーするように設けられている； [0044] 図４は、１つのスクラバシステムの縦断面の簡略図を示す。このシステムは、垂直に配置されたスプレータワーであって、上方スクラバ室及び下方スクラバ室を有するスプレータワーを備え、下方スクラバ室は、スプレータワーの底端部に位置して該底端部を貫通する中央排ガス管を備え、中央排ガス管の底端部を３つの垂直に配置されたエンジン排ガス管が貫通し、下方スクラバ室にはスクラバ液を上方にスプレーするように設けられた３つのスプレーデバイスが配置され、上方スクラバ室にはスクラバ液を下方にスプレーするように設けられた２つのスプレーデバイスが配置されている； [0045] 図５は、中央排ガス管の底端部に接続した３つのエンジン排ガス管の3D図を示す； [0046] 図6aは、2180リットル/分の水を２バール圧で注入する螺旋スプレーデバイスの液滴の径分布を示す。 [0047] 図6bは、3380リットル/分の水を２バール圧で注入する螺旋スプレーデバイスの液滴の径分布を示す。
詳細な説明
[0048] 本出願によるシステムの種々の実施形態は、図１～５に示すとおり、全て、エンジン(図には示さず)、より具体的には船舶エンジンにより生じた排ガスからSOxを除去するための、本質的に垂直に配置されたスプレータワー(1)を備える。最も簡潔な形態では、スプレータワー(1)は内部空間(100)を有する円筒体からなる。スプレータワー(1)は更に、その設置状態で底端部(1a)及び頂端部(1b)を有する。底端部(1a)は、より具体的には、スプレータワー(1)の頂端部(1b)の反対側に位置する。円筒体は、より具体的には、共通の長さ軸に関して回転対称性を有する。スプレータワー(1)の頂端部(1b)を貫いて同軸性で設けられた排ガス排出口(3)を有することが好都合である。スプレータワー(1)の底端部(1a)に中央排ガス管(7)が位置する。この中央排ガス管(7)は、排ガス取入口(2)を規定する開口近位端部(7b)と部分的に閉鎖された遠位端部(7a)とを有する。中央排ガス管(7)の遠位端部(7a)は、より具体的には、中央排ガス管(7)の近位端部(7b)の反対側に位置する。中央排ガス管(7)は、スプレータワー(1)の内部空間(100)と流体接続状態にある。中央排ガス管(7)は、より具体的には、スプレータワー(1)の底端部(1a)を通過し、スプレータワー(1)の内部空間(100)内に延びる。中央排ガス管(7)の断面は任意の形状を有することができる。しかし、円形又は楕円形の断面を有することが有利である。中央排ガス管(7)の断面が隣接する壁同士間で角度(特に、直角及び鋭角)を有する多角形の形状を有する場合、流れ特性は悪影響を受け得る。
[0049] エンジンと流体接続し、排ガスを排出する少なくとも２つのエンジン排ガス管(6)は、中央排ガス管(7)の遠位端部(7a)で、スプレータワー(1)と接続する。よって、これらエンジン排ガス管(6)は、エンジンにより生じた排ガスをスプレータワー(1)に中央排ガス管(7)を経て搬送するように設けられている。エンジン排ガス管(6)は、より具体的には、中央排ガス管(7)の遠位端部(7a)を通過し、よってスプレータワー(1)の内部空間(100)内に延びる。しかし、エンジン排ガス管(6)は、遠位端部(7a)を通過することなく、中央排ガス管(7)の遠位端部(7a)と接続状態にあることも可能である。エンジン排ガス管(6)を中央排ガス管(7)に接続することにより、スプレータワー(1)内の排ガス流速が低下し、スプレータワー(1)全体での所望の排ガス乱流を容易にすることができる。
[0050] この中央排ガス管(7)は、３つ以上のエンジンをスプレータワー(1)に接続することも可能にする。より具体的には、３、４、５又は６つのエンジンを中央排ガス管(7)に接続することもできる。１つのエンジンを１つのエンジン排ガス管(6)と接続することができる。結果として、３、４、５又は６つのエンジンを中央排ガス管(7)に３、４、５又は６つのエンジン排ガス管(6)を経て接続することができる。図３～５では、３つのエンジン排ガス管(6)が中央排ガス管(7)に接続し、３つのエンジンをスプレータワー(1)に３つのエンジン排ガス管(6)(これらは更に中央排ガス管(7)に接続する)を介して接続することが可能となっている。
[0051] (例えばメンテナンスのために)動作状態にないエンジンへの排ガスの逆流は、(図３及び４に示されるように)各エンジン排ガス管(6)内の排ガスバルブ(15)により回避することができる。
[0052] エンジン排ガス管(6)は、図２及び４に示されるように、本質的に垂直に配置することができる。このセットアップは背圧が最低となる。しかし、排ガスバルブ(15)がエンジン排ガス管(6)内に設けられる場合、これら排ガスバルブ(15)を固定するスペースが存在しなければならない。このため、ほとんどの場合で、エンジン排ガス管(6)は、図３から理解できるように、中央排ガス管(7)の遠位端部(7a)に対して或る角度で配置され、遠位端部(7a)から出発して互いに離れるべきである。このことにより、僅かに高い背圧がもたらされる。
[0053] スプレータワー(1)内で、排ガスの一般流は、スプレータワー(1)内を通じて排ガス取入口(2)から排ガス排出口(3)へ移動し、排ガスの一般流に対向して移動しているスクラバ液流と接触する。本明細書で用いる場合、排ガスの一般流は、排ガスがスプレータワー(1)内を通じて移動する平均的な方向である。たとえ排ガス流が乱流であり、また局所で任意の方向に移動し得るとしても、排ガスの一般流は、概して、垂直に配置されたスプレータワー(1)内で排ガス取入口(2)から排ガス排出口(3)へ上方に生じる。
[0054] 排ガス流をスクラビングしてSOxを除去するための、排ガスの一般流に対向するスクラバ液流を生じさせるために、１又は２以上のスプレーデバイスがスプレータワー(1)の内部空間(100)に設けられる。スクラバ液を下方にスプレーするように設けられたスプレーデバイス(41)及びスクラバ液を上方にスプレーするように設けられたスプレーデバイス(42)が存在する。スプレーデバイス(41，42)は、より具体的には、スプレーノズル(41，42)の形態である。スプレーノズル(41，42)は、より具体的には、注入ライン(4)上、代表的にはその端部に、スクラバ液をそれぞれ上方及び下方にスプレーするようにそれぞれ上方及び下方に向けて設けられる。スプレータワー(1)内の全てのスプレーデバイス(41)を、(図２に示すように)スクラバ液を下方にスプレーするように設けることができ、また同様に、全てのスプレーデバイス(42)を、スクラバ液を上方にスプレーするように設けることもできる(図示せず)。しかし、(図１、３及び４に示すように)幾つかのスプレーデバイス(41)を、スクラバ液を下方にスプレーするように設け、幾つかのスプレーデバイス(42)を、スクラバ液を上方にスプレーするように設けることもできる。
[0055] スプレーデバイス(41，42)は落下するスクラバ液小液滴を生じる(図示せず)。スクラバ液流は、任意の水性液又は水性溶液(淡水、塩水及びアルカリ性水性溶液を含むがこれらに限定されない)であってもよい。船舶に関しては、スクラバ液流は、塩水、具体的には海水であることが好都合であり得る。溶解したMgO又はMg(OH)2を含むアルカリ性水性溶液のスクラバ液への添加は、SOx吸収能を増大させることができる。この能力増大は、スクラバ液がスプレータワーに再循環して戻される場合(閉ループシステム)、特に重要である。なぜならば、SOxの吸収はpHを低下させ、よって更なるSOx汚染物質を更に吸収する能力を低下させるからである。
[0056] スプレーデバイス(41，42)は、任意の種類のもの、例えばプレーンオリフィス又は成形オリフィスを含むスプレーノズルであり得る。具体的には、スプレーデバイス(41，42)は、表面衝突スプレーノズル又はフラットファンスプレーパターンノズルであり得る。具体的には、充実円錐状スプレーパターン又は中空円錐状スプレーパターンを生じる、螺旋を形成する衝突面を含むスプレーデバイス(螺旋スプレーデバイス)を利用することが望ましい場合が多い。螺旋デザインは、一般には、所与の圧力及び流速に関して、加圧旋回式ノズルデザインより小さい液滴サイズを生じる。この螺旋デザインはまた、より大きな自由通路に起因して、目詰まり対してより耐性であり得る。適切な(そして、所望である場合が多い)螺旋スプレーデバイスは、２バール圧で2180リットル/分の水又は3380リットル/分の水を噴射したとき、それぞれ図6a若しくは6bに示すような液滴径分布又はより小さい液滴径分布を有する充実円錐状スプレーを提供することができる。
[0057] スプレーデバイス(41，42)は、代表的には、動作状態にあるとき、小液滴の体積の50％以上が0,35mm～４mm、より具体的には0,5～２mm、最も具体的には約１mmの直径を有するスクラバ液小滴を提供するように構成される。本明細書で用いる場合、小液滴の直径(液滴サイズとも呼ばれる)はザウター平均直径である。これは、その体積対表面積の比が完全なスプレーサンプルのものと等しい粒子の直径である。これは、(体積平均直径の３乗)/(表面積平均直径の２乗)として規定される。ザウター平均直径は、代表的には、体積メジアン直径の約80％である。
[0058] 本明細書で用いる場合、スクラバ液小滴は、排ガス精製の間にスプレータワー内で落下するに十分なサイズを有するスクラバ液粒子である。十分なサイズは、排ガス流量及び排ガス温度に依存し、当業者が容易に決定することができる。このようなスクラバ液小滴は、排ガスの一般流に対向して落下する。スクラバ液小滴は、当初のサイズ、排ガス温度及び排ガス流量のような幾つかのパラメータに依存して、より小さくなってもよく、スクラバ液蒸気にさえなってもよい。本明細書で用いる場合、スクラバ液小滴は、排ガス精製の間にスプレータワー内で落下するに不十分なサイズを有するスクラバ液粒子である。よって、スクラバ液小滴は、本質的には、排ガスの一般流と一緒に移動する。スクラバ液小滴は、互いに衝突し、サイズが増加してより大きくなってもよい。注入水量は、エンジン負荷に応じて、スクラバのパフォーマンスを最適化するように調整することができる。例えば、注入水量は、毎秒30kgの排ガスを精製する場合、高さ10～15メートル、直径約３メートルのスプレータワー(1)について、10,000～15,000リットル/分の範囲であってもよい。
[0059] 本出願によるスプレータワー(1)は、(図１から理解できるように)唯１つのスクラバ室(13)が存在することができるが、(図２～４から理解できるように)複数のスクラバ室(13，14)が存在することもできる。図２～４に示されるようなシステムでは、２つのスクラバ室(13，14)が設けられる。スプレータワー(1)が２又は３以上のスクラバ室(13，14)を備える場合、スクラバ室は互いに部分的に分離されているが、接続部(9)により互いに部分的に流体接続している。接続部(9)は、例えば、部分的にスクラビングされた排ガスを下方スクラバ室(13)から上方スクラバ室(14)に搬送する同軸性狭窄部として設けることができる。
[0060] スプレーデバイス(41，42)の数及びそれらがスクラバ液をスプレーする方向は、１つのスクラバ室(13)内で又は異なるスクラバ室(13，14)間で変化し得る。スプレータワー(1)が唯１つのスクラバ室(13)を有する図１において、４つのスプレーデバイス(41，42)が設けられており、上方の２つのスプレーデバイス(41)はスクラバ液を下方にスプレーするように設けられ、下方の２つのスプレーデバイス(42)はスクラバ液を上方にスプレーするように設けられている。図２～４において、スプレータワー(1)は下方スクラバ室及び上方スクラバ室(13，14)を有する。図２において、下方スクラバ室(13)及び上方スクラバ室(14)は、スクラバ液を下方にスプレーするように設けられた１種類のスプレーデバイス(41)を備えて設けられている。図３において、下方スクラバ室(13)及び上方スクラバ室(14)は２種類のスプレーデバイス(41，42)を有し、一方のスプレーデバイス(41)はスクラバ液を下方にスプレーするように設けられ、もう一方のスプレーデバイス(42)はスクラバ液を上方にスプレーするように設けられている。図４において、下方スクラバ室(13)は、全てがスクラバ液を上方にスプレーするように設けられた３つのスプレーデバイス(42)を備えて設けられており、上方スクラバ室(14)は、スクラバ液を下方にスプレーするように設けられた２つのスプレーデバイス(41)を備えて設けられている。
[0061] スプレータワー(1)は更に、中央排ガス管(7)、存在する場合には上方スクラバ室(14)と下方スクラバ室(13)との接続部(9)(換言すれば、下方スクラバ室(13)の排ガス排出口)へのスクラバ液の進入を低減させるか又は最適な場合には防止するように設けられた１又は２以上の偏向体(8)を有して設けることができる。偏向体(8)は更に、排ガスをスプレータワー(1)の壁に向かって、乱気流を生じる様式で方向付けることができる。偏向体(8)の形状は、背圧に影響してもよく、それに応じて当業者が容易に改変することができる。例えば、偏向体(8)の縦断面は、概略、菱形であることができ、低背圧に適合する他の任意の形状を有することができる。同様に、偏向体(8)の断面は、円形、楕円形又は低背圧に適合する他の任意の形状であってもよい。偏向体(8)は、代表的には、スプレーデバイス(41，42)より下方に配置される。
[0062] 使用済みスクラバ液をスプレータワー(1)から排出するため、スクラバ室(13，14)ごとに、１つのスクラバ液排出口(5，11)が設けられる。上方スクラバ室及び下方スクラバ室(13，14)の間の接続部(9)は、代表的には、使用済みスクラバ液が容易にスクラバ液排出口管(5，11)に向かって方向付けられ、スプレータワー(1)から排出される形状を有する。１つのスクラバ室(13)が存在する場合、スクラバ液排出口(5)は、代表的には、使用済みスクラバ液がスプレータワー(1)から最適に排出されるように、スプレータワー(1)の底端部(1b)に配置される。図１に示すシステムの場合のように、中央排ガス管(7)がスプレータワー(1)の底端部(1b)を通過する場合、スクラバ液排出口(5)は、代表的には、この中央排ガス管(7)の近位端部(7b)の下方に配置される。図２～４に示すシステムの場合のように、スプレータワー(1)が複数のスクラバ室(13，14)を有する場合、下方スクラバ室(13)では、スクラバ液排出口(5)は、スプレータワー(1)の底端部(1b)に配置され、中央排ガス管(7)がスプレータワー(1)の底端部(1b)を通過する場合、スクラバ液排出口(5)は中央排ガス管(7)の近位端部(7b)の下方に配置される。上方スクラバ室(14)では、スクラバ液排出口(11)は、スプレータワー(1)の側壁(1c)の１つに、接続部(9)の底端部(9b)の上方であるが接続部(9)の開口頂端部(9a)の下方に設けられる。このことにより、使用済みスクラバ液の上方スクラバ室(14)からの効率的な排出が可能になる。
[0063] スプレータワーは、任意選択的に、スクラバ液小滴が精製済み排ガスと共にスプレータワー(1)を出て行くことを防止することができる小液滴セパレータ(図示せず)を備えていてもよい。小液滴セパレータは排ガス排出口(3)の近辺に設けることができる。
[0064] 図４に示すような、高さ12メートルのスプレータワー(1)を有する本出願によるシステムを用いた試験により、3,3 w/w％の硫黄を含む燃料油からの排ガスが、僅か５～８ppmのSO2含有量まで精製されることが証明された。これら試験結果は、中央排ガス管(7)内の排ガス温度が280℃までであり、スプレータワー(1)を出て行く精製済み排ガスの温度が排ガス排出口(3)で約40℃であったときに、得られたものである。

Claims (17)

  1. ａ)垂直に配置され、内部空間(100)を有するスプレータワー(1)であって：
    １)中央排ガス管(7)の近位端部(7b)に位置する排ガス取入口(2)を通じてスプレータワー(1)の内部空間(100)に排ガスを導入するように設けられており、内部空間(100)と流体接続状態にあり、設置状態でスプレータワー(1)の底端部(1a)に位置する中央排ガス管(7)と；
    ２)スプレータワー(1)の内部空間(100)から精製済み排ガスを抜き取るために設けられており、内部空間(100)と流体接続状態にあり、設置状態でスプレータワー(1)の頂端部(1b)に位置する少なくとも１つの排ガス排出口(3)と；
    ３)スクラバ液をスプレータワー(1)から排出するように設けられた少なくとも１つのスクラバ液排出口(5)と
    を備え、その内部空間(100)を排ガスの一般流が排ガス取入口(2)から排ガス排出口(3)へ通過する、スプレータワー(1)と、
    ｂ)スプレータワー(1)の内部空間(100)内で、排ガスの一般流に対向するスクラバ液流を提供するように構成された１又は２以上のスプレーデバイス(41，42)と
    を備えてなり、
    少なくとも２つのエンジン排ガス管(6)が、中央排ガス管(7)の遠位端部(7a)に接続していることを特徴とする、
    船舶エンジンの排ガス中のSOx量を低減させる船舶排ガス浄化システム。
  2. スクラバ液流が淡水、塩水又はアルカリ性水溶液である、請求項１に記載のシステム。
  3. １又は２以上のスプレーデバイス(41，42)が、動作状態でスクラバ液小滴を提供するように構成されており、小液滴の体積の50％以上が0.35mm～４mmの直径を有する、請求項１又は２に記載のシステム。
  4. 小液滴の体積の50％以上が0.5～２mmの直径を有する、請求項３に記載のシステム。
  5. 全てのスプレーデバイス(42)がスクラバ液を上方にスプレーするように設けられているか、又は全てのスプレーデバイス(41)がスクラバ液を下方にスプレーするように設けられている、請求項１～４のいずれか１項に記載のシステム。
  6. スプレーデバイスの一部(42)がスクラバ液を上方にスプレーするように設けられ、スプレーデバイスの一部(41)がスクラバ液を下方にスプレーするように設けられている、請求項１～４のいずれか１項に記載のシステム。
  7. － 中央排ガス管(7)がスプレータワー(1)の底端部(1a)を通過し、スプレータワー(1)の内部空間(100)に延び；
    － スクラバ液排出口(5)が中央排ガス管(7)の近位端部(7b)の下方に位置する
    請求項１～６のいずれか１項に記載のシステム。
  8. スプレータワー(1)が、使用済みスクラバ液の中央排ガス管(7)への進入を低減させるか又は防止する少なくとも１つの偏向体(8)を備える、請求項１～７のいずれか１項に記載のシステム。
  9. 唯１つのスプレータワー(1)を備える請求項１～８のいずれか１項に記載のシステム。
  10. エンジン排ガス管(6)の各々が排ガスバルブ(15)を備え、排ガスバルブ(15)は閉鎖時に排ガス管(6)への排ガスの逆流を防ぐように設けられている、請求項１～９のいずれか１項に記載のシステム。
  11. エンジン排ガス管(6)の各々が、別々のエンジンに接続して、各個のエンジンの排ガスを中央排ガス管(7)へ運搬するように設けられている、請求項１～１０のいずれか１項に記載のシステム。
  12. スプレータワー(1)が互いに流体接続した上方スクラバ室(14)及び下方スクラバ室(13)を備えてなり：
    ａ)両スクラバ室(13，14)は、各スクラバ室(13，14)を通る排ガスの一般流に対向するスクラバ液流を提供するように構成された少なくとも１つのスプレーデバイス(41)を備え；
    ｂ)上方スクラバ室(14)は、上方スクラバ室(14)内で最下位のスプレーデバイス(41，42)の下方に位置し、下方スクラバ室(13)へのスクラバ液の進入を防止するように構成された少なくとも１つの偏向体(8)を備え；
    ｃ)上方スクラバ室(14)は、使用済みスクラバ液を上方スクラバ室(14)から排出するように設けられた少なくとも１つのスクラバ液排出口(11)を備え；
    ｄ)下方スクラバ室(13)は、下方スクラバ室(13)内で最下位のスプレーデバイス(41，42)の下方に位置し、中央排ガス管(7)へのスクラバ液の進入を防止するように構成された少なくとも１つの偏向体(8)を備え；
    ｅ)下方スクラバ室(13)は、使用済みスクラバ液を下方スクラバ室(13)から排出するように設けられた少なくとも１つのスクラバ液排出口(5)を備える
    請求項１～１１のいずれか１項に記載のシステム。
  13. 上方スクラバ室(14)内のスプレーデバイス(41)がスクラバ液を下方にスプレーするように設けられ、下方スクラバ室(13)内のスプレーデバイス(42)がスクラバ液を上方にスプレーするように設けられている、請求項１２に記載のシステム。
  14. 請求項１～１３のいずれか１項に記載のシステムを備える船舶。
  15. 船舶内に位置する少なくとも２つのエンジンの排ガスを、該排ガス中のSOx量を低減させることにより精製する方法であって、以下の工程：
    ａ)エンジンの排ガスを２又は３以上のエンジン排ガス管(6)を経て中央排ガス管(7)の遠位端部(7a)に搬送する工程であって、
    中央排ガス管(7)は、垂直に配置されたスプレータワー(1)の底端部(1a)に位置しており、中央排ガス管(7)の近位端部(7b)に位置する排ガス取入口(2)を通じて排ガスをスプレータワー(1)の内部空間(100)に導入するように設けられており、
    ２又は３以上のエンジン排ガス管(6)は、中央排ガス管(7)の遠位端部(7a)に接続している、工程；
    ｂ)精製済み排ガスをスプレータワー(1)から抜き取るために、排ガス取入口(2)からスプレータワー(1)の頂端部(1b)に位置する排ガス排出口(3)への排ガスの一般流を生じさせる工程；
    ｃ)スクラバ液をスプレータワー(1)内に１又は２以上のスプレーデバイス(41，42)を用いて注入することにより、排ガスの一般流に対向するスクラバ液流を提供する工程
    を含んでなる方法。
  16. スクラバ液が淡水、塩水又はアルカリ性水溶液である、請求項１５に記載の方法。
  17. 請求項１～１３のいずれか１項に記載のシステムを用いる請求項１５又は１６に記載の方法。
JP2018560898A 2016-06-23 2017-06-23 排ガス中の硫黄酸化物量を低減させるシステム及び方法 Active JP7015794B2 (ja)

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