JP7109721B2 - ガスデストラクションのための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、さもなければ大気に放出される可能性がある有害または望ましくないガスの破壊に関し、これらのガスは「ターゲット」ガスと呼ばれる。ターゲットガスの特定の例は、臭化メチル、フッ化硫黄、およびホスフィンなどの、貨物コンテナおよび鉄道車両（または、霧化を必要とする可能性がある他の建物および構造物）を霧化するために使用されてきた霧化物である。

この点に関して、本発明の開発は、ターゲットガス臭化メチルの破壊への研究から生じたものであり、従って、以下の説明の多くは、破壊のためのターゲットガスとして臭化メチルを参照するに過ぎない。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

臭化メチル（ブロモメタンとしても知られているＣＨ３ Ｂｒ）は、長年にわたって、農薬および煙霧剤として非常に成功裏に使用されてきた。しかし、一時には、これらの用途に適用された臭化メチルの８０％までが大気中に放出されていると推定され、１９９０年代初頭までには、臭化メチルが成層圏オゾン破壊の重要な原因であると認識された。従って、ほとんどの政府は、たとえそれが非常に効果的な（ほとんど同等者ではない）煙霧剤であると見なされていたとしても、臭化メチルの使用を削減するように動き、２０００年代までに、いくつかの国は、その使用を禁止したか、または臭化メチルが引き続き使用される非常に厳しい排出、回収および／または破壊要件を導入した。

したがって、多くの場合、霧化後に臭化メチルを分解または破壊することを目的として、霧化プロセス中に適用される臭化メチルをリサイクルまたは回収するための技術を開発する努力がなされてきた。例えば、米国特許第５，５０５，９０８号は、モレキュラーシーブ上での吸着、次いで高温ガスによる脱着によって臭化メチルを回収し、リサイクルすることを提案しており、一方、米国特許第５，９０４，９０９号は、臭化メチルを活性炭と接触させることによって臭化メチルを回収し、分解することを記載しており、活性炭は、続いてチオ硫酸塩および水と接触されて、臭化メチルを分解生成物に分解する。

さらに、米国特許第７，３１１，７４３号は、生物ろ過装置における臭化メチル分解微生物の使用を提案しており、一方、日本特許第７４６１３２９号は、高温（６００℃～１，０００℃）で臭化メチルを焼却し、次いで、生成された臭化水素を中和するために水酸化ナトリウム溶液で処理することを提案している。

続いて、より最近の米国特許第８，５８５，９８１号および第９，４９７，９５５号において、共に輸送コンテナ等を霧化するための装置を記載しており、両者ともまだ臭化メチルを利用しており、したがって両者とも、それらの装置によって使用される臭化メチルをリサイクルまたは回収するための技術を組み込む必要があることに留意することが有益である。

この点に関して、米国特許第８，５８５，９８１号には、臭化メチルを吸収するために活性炭を使用することが記載されており、この場合、活性炭は、洗浄後の活性炭のさらなる処理（例えば、焼却）の有無にかかわらず、チオ硫酸ナトリウムで洗浄される。しかし、代替法として、臭化メチルをオゾンガスまたは水酸化ナトリウムで水中に泡立たせる化学酸化法が提案されている。

米国特許第９，４９７，９５５号には、臭化メチルを吸収するために活性炭を再び使用する炭素ベースの捕獲システムの使用のように、臭化メチルが化学反応、例えば親核置換反応によって中和／破壊される、煙霧スクラバーの使用が記載されている。

本発明の目的は、臭化メチルのような有害な又は望ましくないターゲットガスを破壊するための代替的な方法及び装置を提供することである。

上述したように、本発明は、内燃機関の燃焼段階で酸化することができる有害な又は望ましくないターゲットガス（臭化メチルだけではない）の破壊に関連して使用され、従って、酸化可能な混合気を形成するのに十分な空気と組み合わせることができるターゲットガスの破壊にも関連する。

このことを念頭に置いて、本発明は、不燃性ターゲットガスの破壊のための方法を提供し、この方法は、ａ）空気とターゲットガスの混合気を第１の圧力で圧縮して圧縮されたターゲットガス混合気を生成し、空気とターゲットガスの混合気中のターゲットガス濃度を約４０g／m ³ 以下に保ち、ｂ）第１の圧力よりも高い燃焼圧力で、圧縮されたターゲットガス混合気を強制誘導内燃機関内で燃料で燃焼させることによってターゲットガス混合気を破壊し、前記ターゲットガスを熱分解し、酸化された排気ガスを生成し、燃焼は、負荷バンクを備えたエンジン上の負荷を維持しながら行われ、ｃ）酸化された排気ガスを処理して、排気ガスが実質的にターゲットガスを含まない大気に排気するための排気ガスを生成する。

本発明は、また、ａ）空気とターゲットガスの混合気中のターゲットガス濃度を約４０g／m ³ 以下に保つために、空気とターゲットガスとの比率を連続的に制御し、ｂ）空気とターゲットガスの混合気を第１の圧力で圧縮して圧縮されたターゲットガス混合気を生成し、ｃ）前記ターゲットガス混合気を強制誘導される内燃機関内で燃料と共に前記第１の圧力よりも高い燃焼圧力で燃焼させることによって、前記ターゲットガス混合気を破壊し、前記ターゲットガス混合気を破壊し、前記ターゲットガスを熱分解し、酸化された排気ガスを生成し、ｄ）酸化された排気ガスを処理して、排気ガスが実質的にターゲットガスを含まない大気に排気するための排気ガスを生成する方法を提供する。

内燃機関は、４ストローク及び２ストロークピストンエンジン及びワンケルロータリーエンジンのような断続燃焼エンジンを含むと共に、ガスタービン、ジェットエンジン及び多くのロケットエンジンのような連続燃焼エンジンを含む、任意のタイプの内燃機関であってもよい。エンジンには、天然ガスなどの化石燃料、石油製品（石油、ディーゼルまたは燃料油）、またはバイオディーゼルなどの再生可能燃料を供給することができる。好ましい形態では、内燃機関は、ディーゼルサイクル内燃機関であり、以下の一般的な説明の多くは、そのような実施形態に関する。

ロードバンクは、内燃機関に適切な負荷を提供し、燃料の不完全燃焼、エンジン内の凝縮形成、シリンダボアグレージングのようなものの防止を支援し、燃焼室内の燃料／空気混合気体積の増加による燃焼温度の上昇を支援する任意の通常の形態のロードバンクとすることができる。負荷は、電気負荷、空気負荷、または油圧負荷のいずれであってもよいが、好ましくは電気負荷である。

好ましいディーゼルサイクル内燃機関と共に電気負荷バンクを使用することは、システムの他の電気構成要素を介して適用され得る任意の他の一定または断続的な負荷に関係なく、ディーゼルエンジンに一定の７５～８０％の仕事負荷を適用するように電子制御システムを介してプログラムすることができるという点で、特に有利である。

ディーゼルエンジンにおけるこれらの増大したエンジン負荷は、シリンダグレージングを妨げ、これは、ピストンリングがシリンダボア壁に対してシリンダ圧縮圧力、燃料及びオイル消費率を損なうように十分に密封することを妨げ、エンジン性能の全体的な低下につながる。ロードバンクによって生成された熱は、ターゲットガスが、煙霧化プロセスで使用された後に破壊されている煙霧である場合に、ガス煙霧脱着を容易にするために使用されてもよい。例えば、この後者の形態では、ロードバンクによって生成された熱は、大気がロードバンクに入る前にロードバンクを通過することなどによって、煙霧化された製品からの煙霧剤のより迅速な脱着を可能にするために、煙霧化された空間内の周囲空気温度を上昇させるために使用されてもよい。そのような加熱されたガスは、ロードバンクから、固定されたまたは可撓性の管を介して、霧化されている空間に直接導くことができる。

この点に関して、本発明の方法および装置によって破壊されるターゲットガスは、ほとんどの場合、霧化プロセスから供給される。したがって、ターゲットガスは、臭化メチル、ホスフィン、またはフッ化硫黄などであってもよい。いずれの形態においても、予備濾過システムはまた、圧縮前にターゲットガスおよび／またはターゲットガス混合気から望ましくない粗い粒子または過剰な水分を除去するために、ターゲットガスと空気との混合の前または後に設けられてもよい。また、それぞれの流入ガス濃度を絶えず測定し、必要に応じて測定装置および他のプロセス制御システムにデータを中継するために、固定された大気およびターゲットガスセンサが、大気に対するターゲットガスの流量および比率を調整するための制御弁およびミキサを含むために、圧縮前のガス流中に設けられてもよい。これは、最適な混合比が好ましい動作仕様で維持されることを確実にするのに役立つ。

より具体的には、これらの最適な混合比に関して、ターゲットガスは、上述の第１の圧力での圧縮の前に大気と混合され、とりわけ、後続の燃焼のために適切なレベルの酸素が存在することを確実にする。好ましい形態では、ターゲットガス混合気中のターゲットガス濃度は、約４０g／m³以下、または約３５g／m³以下、または約３０g／m³以下、または約２５g／m³以下、または約２０g／m³以下に保たれる。この混合は、好ましくは、ターゲットガスミキサ内でインラインプロセスとして行われ、所望のターゲットガス混合気を形成するために、ターゲットガス対空気の比率を制御するプロセス制御システムによって制御される。この点に関して、ターゲットガス混合器制御システムは、好ましくは、流入するターゲットガスの濃度および組成を監視して、例えば、後続の燃焼および処理段階において問題を引き起こす可能性がある濃度ピークを平準化するのを助けることもできる。

ターゲットガスと空気の混合気は、圧縮されたターゲットガス混合気を生成するために、通常の動作条件および負荷条件下で約１６．０～１８．０ｐｓｉの第１の圧力に理想的に圧縮される。

このターゲットガスと空気の圧縮された混合気は、好ましくはターボチャージャまたはスーパーチャージャなどによって生成された正圧によってもたらされる強制誘導を介して、ディーゼルエンジンのシリンダに導入され、その後、エンジンの燃焼室内で２５～３５ａｔｍの範囲内の第２の圧力まで予備燃焼圧縮を受け、空気／ターゲットガス混合気の温度を少なくとも５５０℃まで上昇させる。燃焼室内のこの第２の予燃焼圧縮圧力は、温度をターゲットガスの熱減衰温度よりも高くなるように上昇させ、熱破壊を達成するのに必要な時間を延長し、次の段階における燃焼プロセスの効率を助けることによって、ターゲットガス混合気の熱減衰プロセスを開始する。また、それは、ターゲットガスの破壊の全体的な効率および効率を高める。

次いで、圧縮されたターゲットガス混合気は、理想的には、予燃焼圧縮における圧力（第２の圧力）よりも高い圧力（燃焼圧力）でエンジンの燃焼室（好ましくは、ディーゼルエンジンにおけるディーゼル燃料）内に燃料を噴射することによって燃焼され、酸化された排気ガスを生成する。好ましくは、ターゲットガス混合気は、５０～６５気圧の範囲内の燃焼圧力でエンジンの燃焼室内で燃焼される。

一形態では、この燃焼プロセスは、燃焼室内の火炎温度を約２，６００～２，７００℃に到達させ、燃焼室温度は、好ましくは６００～７００℃の範囲に到達し、ターゲットガス混合気の熱減衰を継続し、単一の圧縮／燃焼サイクルで約９７％の破壊値を達成可能にする（好ましくは約９９％を超え、より好ましくは９９．９９％を超え、最も好ましくは１００％である。

燃焼室内の酸化反応は、ターゲットガス混合気内の有害な又は望ましくない化合物の他の化合物への変換をもたらし、特に９９％を超える破壊レベルを有する非常に少量の本来望ましくないターゲットガスのみを残すことが理解されるであろう。ターゲットガスに依存して、燃焼は、有害な又は望ましくない化合物を、水素と、臭化水素を形成する臭化メチル中の臭素、及びフッ化水素を形成する硫黄フッ化物からのフッ素のような、破壊された化学物質の基本元素とを含むガスに変換する。水蒸気および二酸化炭素も形成される。

これらの好ましい運転条件下では、空気がエンジンの燃焼室に強制的に入れられ、これは、圧縮され、燃料を加えると、点火し、標準的な大気または非強制吸気型エンジンよりもずっと悪く燃焼し、通常の大気焼却（１気圧）または従来の非強制吸気型エンジンのいずれかで可能であるよりも長い期間にわたってより高いガス温度および燃焼圧力が維持されることを確実にする。燃焼プロセスに対する圧力の影響は、燃焼が起こる圧力の倍加が化学反応速度を倍にするようなものである。好ましくは、この反応は、５０～６５気圧の燃焼圧力の範囲で起こり、これは、１気圧の通常の大気圧での臭化メチル（または他のターゲットガス）の６００℃の焼却に必要な０．７５秒の滞留時間の５０～６０倍の破壊時間をもたらす。

さらに、負荷バンクを介してエンジンに最低７５～８０％の負荷を維持することにより、常に高いエンジン燃焼温度および圧力が生成され、ターゲットガス破壊プロセス全体にわたって維持されることが保証される。エンジンがさらされる負荷が多ければ多いほど、一定の回転レベルを維持するためにより多くの燃料が必要とされ（ディーゼルエンジンの好ましい形態では、ディーゼルエンジンのオルタネータの選択された電気周波数に依存して、毎分１５００または１８００回転に支配される）、結果として生じる燃焼温度および圧力が高くなる。

この高温と高圧の組み合わせは、そのようなターゲットガスの既知の破壊パラメータを超え、上述のような圧力低下滞留時間と組み合わせて、単一の圧縮／燃焼サイクル内で約９７％を超える（好ましくは約９９％を超える、より好ましくは約９９．９９％を超える、最も好ましくは約１００％を超える）破壊値が達成され、破壊サイクルに続く任意のスクラビングシステムによって処理される（排除される）ターゲットガスはほとんど残らない。

好ましい形態では、（高温の）酸化された排気ガスは、ターボチャージャを通ってエンジンを出て、ターボチャージャの吸気側でタービンを駆動し、次いで、より低い温度（好ましくは約５７０℃以下）でターボチャージャを出ることが好ましい。

本方法の一形態では、エンジン（または排気ガスが通過するターボチャージャ）を出る酸化排気ガスは、さらなる処理の間の過度の蒸発を回避するために、さらなる処理の前に１００℃以下の温度に冷却されてもよく、一方で、処理機器およびラインにおける望ましくない酸の形成を回避するために、ガスの凝縮点を超える温度を維持する。このような冷却が利用される場合、排気ガスの冷却は、排気配管上の空気流を増加させるために、サーモスタット作動冷却ファンを使用することによって行うことができ、排気配管は、滑らかな配管またはフィン付き配管のいずれかである。

酸化された排気ガスの処理は、湿式スクラビング段階と脱塩段階の両方を含むことができる。湿式スクラビング段階は、理想的には、蒸発を最小限に抑え、スクラビング中に生じる化学反応速度を最大限にするために、スクラビング溶液を約５０℃～６０℃の最適温度に維持するように設計された冷却システムと共に、複数の水ベースのスクラバーを利用する。この点に関して、スクラビング中、および水との接触時に、流入する酸化された排気ガスは、塩基ガスの酸形態に変換され、これは、臭化水素酸を形成する臭化水素およびフッ化水素酸を形成するフッ化水素などのターゲットガスだけでなく、炭酸を形成する二酸化炭素ガスも含む。これらの酸は、スクラビング溶液の一部を形成する。

次いで、これらの酸は、好ましくは、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の大理石チップを含有する凝集床にスクラビング溶液を通過させることによって酸塩基反応で実質的に中和され、次いで標的酸と選択的に反応して標的酸の塩を形成する。これまで述べてきたが、炭酸はＣａＣＯ３とあまり反応せず、大部分はこのプロセスによって影響されないままであることが理解されるであろう。形成される典型的な塩は、臭化カルシウム（臭化水素酸から）およびフッ化カルシウム（フッ化水素酸から）などである。

スクラビング溶液への二酸化炭素の吸収は、スクラビング溶液が飽和するまで継続することが好ましい。この点の後、スクラバーに入る全ての二酸化炭素は、理想的には単に通過して、ベントガスと共に大気に放出され、標的酸のシステム処理能力に有害な影響を及ぼさない。

次いで、スクラバー中の残りのガス状成分は、理想的には、溶液をさらに緩衝するスクラビング溶液の向流ストリームを有する別の凝集床を通って上向きの流れを通って進む。

このサイクルは、洗浄されたガスが排気ガスとして大気中に放出される前に繰り返される。好ましくは、排気ガス中のターゲットガスの望ましくない濃度の存在を検出するために、排気ガス流中にターゲットガスセンサのアレイが配置される。

酸化された排気ガスの処理の一部としての脱塩段階の可能な使用に関して、湿式スクラビング段階に隣接して、脱塩は、溶液の水成分を蒸発させるために、塩含有スクラビング溶液が高温表面上に噴霧され、かき落とされるべき表面上に結晶化された塩を残し、処分の準備ができたホッパー内に収集されるという点で、連続的であってもよい。得られた水蒸気は、二酸化炭素成分と共に、収集され、水に凝縮され、スクラビングプロセスに戻されてもよい。

本発明はまた、燃焼室を有する強制吸気内燃機関と、ロードバンクとを含む、ターゲットガスを破壊するための装置を提供する。ａ）ガス圧縮機は、空気とターゲットガスとの混合気を第１の圧力で圧縮して圧縮されたターゲットガス混合気を生成し、ターゲットガス混合気入口と圧縮されたターゲットガス混合気出口とを含む。ｂ）エンジンは、圧縮されたターゲットガス混合気を燃焼室内の燃料で第１の圧力よりも高い燃焼圧力で燃焼させることによってターゲットガスを破壊し、酸化排気ガスを生成し、燃焼は、ロードバンクを有するエンジンに電気負荷を維持しながら行われ、エンジンはまた、圧縮されたターゲットガス混合気入口と酸化排気ガス出口とを含む。前記装置は、大気に放出するために酸化された排気ガスからベントガスを生成する処理ステージをさらに含み、前記ベントガスは実質的にターゲットガスを含まない。

上述したように、内燃機関は、４ストローク及び２ストロークピストンエンジン及びワンケルロータリーエンジンのような断続燃焼エンジンを含み、ガスタービン、ジェットエンジン及び多くのロケットエンジンのような連続燃焼エンジンを含む任意のタイプの内燃機関であってもよい。エンジンには、天然ガスなどの化石燃料、石油製品（石油、ディーゼルまたは燃料油）、またはバイオディーゼルなどの再生可能燃料を供給することができる。好ましい形態では、内燃機関はディーゼルサイクル内燃機関である。

好ましい形態では、ロードバンクは、特に脱着速度が非常に低くなり得る寒い天候において、ターゲットガスの脱着を助け、脱ガスプロセスをスピードアップするために、霧化空間内の雰囲気を加熱することができるヒータであってもよい。別の好ましい形態では、エンジンに強制吸気を提供するガス圧縮機は、ターボチャージャまたはスーパーチャージャ、より好ましくはターボチャージャのいずれかである。

さらなる好ましい形態では、ターボチャージャの前のガス流に固定された雰囲気およびターゲットガスセンサを設けて、それぞれの流入ガス濃度を絶えず測定し、必要に応じて、測定装置および他のプロセス制御システムにデータを中継することができ、このシステムは、ターゲットガスの流量および大気に対する比率を調整するための制御弁およびミキサを含む。上述したように、これは、最適な混合比が好ましい動作仕様で維持されることを確実にするのに役立つ。

ターゲットガスと空気との混合は、好ましくは、インラインターゲットガスミキサ内で行われ、所望のターゲットガス混合気を形成するために、ターゲットガスと空気との比を制御するプロセス制御システムによって制御される。ターゲットガスミキサ制御システムは、好ましくは、入ってくるターゲットガスの濃度および組成を監視して、例えば、そうでなければ後続の燃焼および処理段階において問題を引き起こす可能性がある濃度ピークを平準化すること、および／または爆発性ガスの存在またはプロセスの完全性を脅かすかまたは機器損傷を脅かす他の条件によって引き起こされるシステム緊急停止の場合に空気／ターゲットガスおよびエンジン空気供給を遮断することを支援することもできる。

好ましい形態では、（高温）酸化排気ガスは、好ましくは、酸化排気ガス出口を通ってエンジンを出て、第２の入口、すなわち排気ガス入口を介してターボチャージャに入り、ターボチャージャ内のタービンを駆動し、次いで、より低い温度でターボチャージャを出る。エンジン（または排気ガスが通過するターボチャージャ）を出る酸化された排気ガスは、サーモスタット作動冷却ファンによって冷却されて、排気配管上の空気流を増加させることができ、排気配管は、滑らかな配管またはフィン付き配管のいずれかである。自然空気対流はまた、排気配管に取り付けられるフィンの面積および数を増加させることによって、排気管の冷却を達成するために使用されてもよい。

最後に、本発明の装置は、ターゲットガスがそこを通って移動することなく、大気中の空気だけで動作するように動作させることができ、したがって、破壊段階または生産段階とは対照的に研磨段階または洗浄段階で動作させることができることも理解されよう。そのような研磨段階では、装置の処理段階は、（存在する場合）脱塩および脱酸モードで依然として動作して、スクラバー内の溶液（破壊段階の後に残る）を本質的に水に戻し、装置を通過するガスを大気に排出させることができる。

１つの任意の形態では、プロセスのこの段階はまた、超音波装置を利用してスクラビング溶液を脱気し、溶解した二酸化炭素ガスを炭酸ベースのスクラビング溶液から追い出すことによって脱酸プロセスをさらに加速し、そうする際に溶液ｐＨレベルをより急速に上昇させることができる。これは、装置内の腐食および損傷を最小限に抑えるのに役立つ。

次に、本発明を、図１の概略流れ図に示されている好ましい実施形態と、その実施形態の実施例とに関連して説明する。

本発明による、以下ガス破壊ユニット（ＧＤＵ）と称されるターゲットガス破壊方法および装置の好ましい実施形態を示す概略流れ図である。中心的な機能は、以下のように大まかに識別される。ここで、ボックスＡは、ターゲット・ガス・フィルタリングを備えたターゲット・ガス入口１２である。ボックスＢは、大気吸気口１４、空気濾過、ターゲットガスと空気の混合、強制吸気ディーゼルエンジンである。ボックスＣは、有用な熱出口１６を有するロードバンクである。ボックスＤは、ベントガス出口１８を有するスクラバーシステムである。ボックスＥは、有用な熱出口２０を有する任意の冷却である。ボックスＦは、オプションの淡水化である。

次に、これらの中央機能の各々を参照すると、ボックスＡでは、フィルタアセンブリが提供され、ここで、例えば、霧化チャンバからのターゲットガスは、可撓性チューブ入口１２を介してＧＤＵに入り、この実施形態では、固体および過剰な水分を捕捉するために、大容量の除去可能なフィルタ要素を含む。

ボックスＢには、大気入口１４と共に、空気およびターゲット混合弁と、酸素、爆発性雰囲気、およびターゲットガス用の固定センサとが配置され、それぞれの流入ガス濃度を絶えず測定し、データをデジタル／アナログ読み出し／ゲージに中継し、酸素センサの場合には、電子信号をプロセス制御システム（ＰＣＳ）に提供して、ボックスＢのエンジン（以下を参照）が、いくつかのターゲットガスについては非常に低い、供給されるターゲットガス中の酸素レベルに関係なく、正常な燃焼を可能にするのに十分な酸素を受け取ることを確実にする。

空気補償弁（ＡＣＶ）も、ボックスＢ内のエンジン上またはエンジンに隣接して配置され、ＰＣＳによって制御され、上述のセンサによって作動される。バルブ開口は、通常の動作条件下で完全に閉じられ、リアルタイムで比例的に開閉して、空気／ターゲットガス混合気を調節し、入ってくるターゲットガス中の対応する酸素の欠如を補償する。

さらに、図１のボックスＢに関して、この実施形態における内燃機関は、ディーゼルエンジンである。もちろん、適切なディーゼルエンジンは、排気するために必要とされる煙霧室の大きさと、そのために割り当てられる時間とに大きく依存する、様々な立方体の容量である。この実施形態のディーゼルエンジンは、約１６～１８ｐｓｉの間の第１の圧力にガスの混合気を圧縮するターボチャージャを介する強制誘導を含み、燃焼に利用可能な燃焼室内の空気の量を増加させることによって燃焼温度を高め、その結果、１５００ｒｐｍで一定に動作する、好ましくは約６０ａｔｍの点火後の燃焼室内の燃焼圧力において、２，６００℃～２，７００℃のオーダーのピーク火炎温度および６００～７００℃の最終燃焼温度範囲をもたらす。

従って、燃焼室の化学方程式は表１の通りである。

圧縮関連空気温度上昇とディーゼル燃料の燃焼との組み合わせは、ディーゼルエンジンの燃焼室内のターゲットガスを、それぞれの下限爆発限界（ＬＥＬ）以下の雰囲気に対処するときに安全に動作する別個の燃焼プロセスで熱分解／燃焼させる。ガスの燃焼に及ぼす圧力の影響は、圧力を２倍にすると化学反応の速度が２倍になるようなものである。

この実施形態では、ディーゼルエンジンはまた、ボックスＣの負荷バンク、および他の補助的な電動液体ポンプ（図示せず）、および／または、それらが利用される場合、加熱または冷却ユニット（ボックスＥ）に電力を供給する。ロードバンクは、ディーゼルエンジン、この実施形態では、電気負荷に負荷を提供し、これは、シリンダボアグレージングを防止し、負荷に動力を供給するのに必要なシリンダ／燃焼チャンバ内の増加した燃料／空気混合気容積を介してエンジン燃焼温度を上昇させ、例えば、そのチャンバ内の周囲空気温度を上昇させて、霧化されたばかりの製品からのターゲットガス（霧化物）のより迅速な脱着を可能にすることによって、霧化チャンバ内のガス霧化物脱着を促進するための熱供給源１６で。加熱された空気は、ロードバンクから、出口１６から固定されたまたは可撓性の管構造を介して、煙霧室の空気入口点に導かれる。

この実施形態では、負荷バンクは、電気エネルギーを一連の金属抵抗器バンク（プロセス中に発電機によって生成された電気エネルギーを熱に変換する）に通すことによってエンジンに負荷を印加する装置であり、これらのすべては、ディーゼルエンジンに印加される任意の他の電気負荷を考慮するように好ましくは電子的に制御され、それに応じてディーゼルエンジンへの抵抗レベル（負荷）を低減または増大させて、事前プログラムされた負荷のみがディーゼルエンジンに印加される。

ディーゼルエンジンからの排気ガスは、燃焼プロセス（ターゲットガスのいくらかの高毒性副産物を含む）からの熱および廃ガスを、排気パイプ２２を介して、後続の処理ユニット（ボックスＤ）、特にスクラビングタンク２６に位置する第１のスクラビングチャンバ２４に輸送する。この熱源からの熱は、スクラビングタンク内のスクラビング溶液の温度を５０℃～６０℃まで上昇させて、スクラビング溶液内の分子を加速し、排気ガスとスクラビング溶液との間の分子相互作用を促進するために使用される。

別の実施形態では、排気ガスは、燃焼室からターボチャージャを通って排出することができ、ターボチャージャは、次に、吸入空気をディーゼルエンジンに加圧する圧縮機タービンを駆動し、引き続き、排気ガス含有量に応じて、ガス流をボックスＤのスクラビングシステム又は大気に分流する分流弁を通る。

この実施形態では、ボックスＤの入ってくる排気ガスは、入ってくる空気の温度を最小にして過度の蒸発を回避するように、入ってくる直前に約１００℃（最大）まで冷却されるが、排気パイプ内での強力な酸の形成を回避するように、ガスの凝縮点を超えたままである。排気の冷却は、裸の（滑らかな）またはフィン付きの排気パイプ（図示せず）上の空気流を増加させるために、サーモスタット作動冷却ファンを使用することによって行うことができる。次に、冷却された排気は、ボックスＤのスクラビングシステムに入り、底部セクションを占めるスクラビング流体リザーバから引き出される（汲み上げられる）水ベースのスクラビング溶液を使用して直ちに急冷（噴霧）される。しかし、ここでも、このタイプの予備冷却は任意であり、利用する必要はないことを理解されたい。

ボックスＤは、スクラビングチャンバ２４とスクラビングタンク２６とを含み、これは、複数のスプレーバー上の一連のジェットを含み、スクラビング溶液は、流入するガスを冷却し、液体スクラビングプロセスを開始する。また、ガスの急速な冷却は、酸化窒素および酸化窒素の生成を抑制し、これらは両方とも著しい地球温暖化ガスである。さらに、一連のスプレージェットを介したスクラビング媒体（水）相互作用は、排気ガスをガス状成分の酸に変換することを可能にする。関連する他のプロセスは、気体から液体（酸）への相移動と、酸を中和し、酸／塩基成分の塩への変換をもたらす結果として生じる酸／塩基反応との両方を可能にする炭酸カルシウム骨材媒体との物理的接触を含む。スクラビング液の温度を制御するために、熱交換コイルをタンク２６内に設置してもよいし、設置しなくてもよい。水分トラップ（フィルタ）も、タンクからの蒸気損失を最小限に抑えるために、洗浄タンク媒体の上方に配置される。

通気ガス１８は、スクラビングシステム全体にわたって、また微粒子フィルタ（図示せず）を通して負の内部空気を維持するために、オプションのファン３２を使用して、この実施形態ではボックスＤのスクラビングシステムを出る。また、ターゲットガス用の固定センサ３４は、出て行く空気流内に配置され、ターゲットガスの読みが予め設定されたパラメータの外にあるとセンサによって検出された場合に、ディーゼルエンジンを即座に停止させるようにエンジン制御システムに連結される。

オプションのボックスＥは、スクラビング溶液が沸騰するのを防止するために一定の５０℃～６０℃を維持するために、スクラビングタンク２６のスクラビング流体内に配置された熱交換器コイルに冷却エネルギーを提供する外部ラジエータバンクを含む。ロードバンクと同様に、熱は、特に大規模な煙霧室の場合、上述のように、冷却ユニットまたはラジエータバンク空気出力２０のいずれかから煙霧室に導くこともできる。この余分な熱源が必要とされない場合、熱は大気に放散されるだけである。

最後に、オプションのボックスＦは、脱塩ユニットであり、脱塩ユニットは、洗浄流体を脱塩し、脱塩水を洗浄タンク２６に戻すと共に、濃縮ブラインを乾燥させて、ターゲットガスの無害塩バリアントに結晶化する。この脱塩段階は、スクラビング段階と連続しており、したがって、スクラビング溶液がスプレーノズルを通って圧送される間に生じる連続脱塩プロセスが存在する。ボックスＦの噴霧ノズル（図示せず）は、溶液の水成分を蒸発させるために、塩含有溶液を高温表面上に噴霧し、かき落とされるべき表面上に結晶化塩を残し、処分の準備ができたホッパー内に収集する。オプションのボックスＦを有するこの実施形態では、得られた蒸気が収集され、水に凝縮され、スクラビングタンク２６に戻され、二酸化炭素もスクラビングシステムに戻される。

実施例として、以下のシステムを試験し、表２のデータを得た。

使用した目標気体は、約７，７１０ｐｐｍ （３０ｇ／ｍ３）の１００％臭化メチルであり、熱分解温は５３７℃であった。ターゲットガス／空気混合気は、周囲空気温度で２，５００～５，２００ｐｐｍの流入ターゲットガス濃度を達成するように設定された。

内燃機関は４気筒、３．９Ｌターボ過給ディーゼルエンジン、発電機は定格４１５Ｖ／４２ｋＶａ ／５０Ｈｚ (電子的または機械的に調整）、ロードバンクは定格４１５Ｖ／２５ｋＷ ／５０Ｈｚ、自動３段負荷ランプ、ポンプは流量２００ＬＰＭ、１０５ｋＰａの３段遠心ポンプであった。

負荷バンク最大負荷を発電機容量の７５～８０％に設定し、発電機を１５００ｒｐｍで動作させた場合、ターボチャージャブースト圧力は１６～１８ｐｓｉの範囲内であり、圧縮圧力は２５～３５ａｔｍであり、燃焼室温度は５５０℃であり、点火圧力は５０～６５ａｔｍであり、点火火火炎温度は２，６００～２，７００℃であった。

スクラバーシステムは、水量８８０Ｌ、ＯＯＣ骨材１．３８ｍＯＯＢ、デザインエア流量２．５ｍＯＯＤ／ｍｉｎの４室逆流スクラビングタンクであった。操作圧力範囲は１～４ｋＰａであり、操作温度範囲は３０～６０℃であり、操作ｐＨ範囲は６．３～６．９であった。ディーゼルエンジンを出る酸化された排気ガスは、スクラバータンクへの入力であり、臭化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、酸化窒素、酸化窒素及びディーゼル粒子状物質（ＤＰＭ）を含んでいた。スクラバータンクからの出力は、二酸化炭素、水、ディーゼル粒子状物質（ＤＰＭ）および臭化カルシウム塩であった。

ガスセンサ、ガスサンプリングおよびガス分析に関して、使用したセンサは、ＩＲ／電気化学センサ、高および低レンジおよびガス特有の能力（臭化メチルを感知するように設定された）を有する２４Ｖ ＤＣ、遠隔アクセスおよびデータロギングを有するものであった。ガスサンプリング装置は、１０分間隔で設定されたサンプリングを有するＤｒａｇｅｒ計量ポンプ（Ｘ ａｃｔ ５０００）であった。４本のＤｒａｇｅｒ活性炭試料管を分析に使用し、独立認定研究所のガスクロマトグラフにより分析を行った。約３０g／m³の最初の臭化メチルに注目して、検出された臭化メチルの例示的な量は、以下の通りであった。

表２のデータから、本実施形態の方法および装置は、ターゲットガスを水素を含むガスに変換することによってターゲットガスの１００％までを破壊し、破壊された化学物質の基本元素は、この実施例では臭化メチルからの臭素であり、ディーゼルエンジンを出る酸化排気ガス中に臭化水素をもたらす。

最後に、本発明の範囲内にある、本明細書に記載された構成になされた他の変形および修正があってもよい。

Claims (23)

1. 不燃性のターゲットガスを破壊する方法であって、前記ターゲットガスはターゲット物質のガスまたは霧化物を含み、
   ａ）空気とターゲットガスの混合気を第１の圧力で圧縮して圧縮されたターゲットガス混合気を生成し、空気とターゲットガスの混合気中のターゲットガス濃度を４０ｇ／ｍ^３以下に保ち、
   ｂ）前記第１の圧力よりも高い燃焼圧力で、前記圧縮されたターゲットガス混合気を強制誘導される内燃機関内で燃料で燃焼させることによって前記ターゲットガス混合気を破壊し、前記ターゲットガスを熱分解し、酸化された排気ガスを生成し、燃焼は、負荷バンクを備えたエンジン上の負荷を維持しながら行われ、
   ｃ）酸化された排気ガスを処理して、排気ガスがターゲットガスを含まない大気に排気するための排気ガスを生成する、
   方法。
2. 前記内燃機関がディーゼルサイクル内燃機関であり、前記燃料がディーゼル燃料である、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記燃焼は、 負荷バンクを有する前記内燃機関の電気負荷を維持しながら行われる、請求項１または２に記載の方法。
4. 負荷バンクによって生成された熱は、前記ターゲットガスが、霧化プロセスにおいて使用された後に破壊されている煙霧である場合に、ガス煙霧脱着を容易にするために使用される、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 負荷バンクによって生成された熱を使用して、霧化されている空間内の周囲空気温度を上昇させ、霧化された製品からの霧化物のより迅速な脱着を可能にする、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記ターゲットガスが、臭化メチル、ホスフィン、またはフッ化硫黄である、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記ターゲットガスを空気と混合する前または後に予備濾過システムを使用することを
   含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
8. それぞれの流入ガス濃度を絶えず測定するために、圧縮前に固定された雰囲気センサおよびターゲットガスセンサを使用することを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
9. ターゲットガスは、所望のターゲットガス混合気を形成するために、空気に対するターゲットガスの比率を制御するプロセス制御システムによって制御されるターゲットガスミキサーにおいて、圧縮前に大気と混合される、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
10. 所望のターゲットガス混合気が、最低３．５％の酸素含有量を含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記ターゲットガスの中のターゲットガス濃度が、３５ｇ／ｍ^３以下、または３０ｇ／ｍ
    ^３以下、または２５ｇ／ｍ^３以下、または２０ｇ／ｍ^３以下に保たれる、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記ターゲットガスと空気の混合気が、１１０．３２～１２４．１１ｋＰａ（１６ｐｓｉ～１８ｐｓｉ）の第１の圧力に圧縮される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記ターゲットガス混合気の圧縮は、ターボチャージャ内で行われる、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記ターゲットガス混合気は、燃焼室内で燃焼前に２．５３～３．５４ＭＰａ（２５～３５ａｔｍ）の範囲内の第２の圧力まで圧縮される、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記ターゲットガス混合気の温度が、前記燃焼室内で燃焼前に少なくとも５５０℃まで上昇される、請求項１４に記載の方法。
16. 燃焼中の燃焼室内の燃焼圧力が５．０７～６．５９ＭＰａ（５０～６５ａｔｍ）の範囲内であり、酸化された排気ガスを生成する、請求項１～１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 燃焼中の燃焼室内の火炎温度が２，６００～２，７００℃に達する、請求項１～１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 燃焼室温度が６００～７００℃の範囲である、請求項１～１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記酸化された排気ガスは、ターボチャージャを通って前記内燃機関を出て、より低い温度で前記ターボチャージャを出る、請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記酸化された排気ガスは、５７０℃以下の温度で前記ターボチャージャを出る、請求項１９に記載の方法。
21. 前記酸化された排気ガスは、処理ステップｃの前に１００℃以下の温度に冷却される、請求項１～２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記酸化された排気ガスの処理が、スクラビング溶液を５０℃～６０℃の温度に維持するように設計された冷却システムと共に、複数の水ベースのスクラバーを利用する湿式スクラビングステージと、脱塩ステージとを含む、請求項１～２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 不燃性のターゲットガスを破壊する方法であって、
    ａ）空気とターゲットガスの混合気中のターゲットガス濃度を４０ｇ／ｍ^３以下に保つために、空気とターゲットガスとの比率を連続的に制御し、
    ｂ）空気とターゲットガスの混合気を第１の圧力で圧縮して圧縮されたターゲットガス混合気を生成し、
    ｃ）前記ターゲットガス混合気を強制誘導される内燃機関内で燃料と共に前記第１の圧力よりも高い燃焼圧力で燃焼させることによって、前記ターゲットガス混合気を破壊し、前記ターゲットガスを熱分解し、酸化された排気ガスを生成し、
    ｄ）酸化された排気ガスを処理して、排気ガスが、ターゲットガスを含まない大気に排気するための排気ガスを生成する、
    方法。

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