JPWO2014171366A1 - 排ガス処理装置及び船舶 - Google Patents

Abstract

吸収塔１台あたりの直径を制限しつつも、大流量の排ガスを処理することが可能な排ガス処理装置を提供すること。気体と液体とを接触させてガス吸収を行う排ガス処理装置（１００）は、内部空間が形成された吸収塔本体と、内部空間の上下方向の所定領域において液体を噴霧するスプレー装置（１２）と、吸収塔本体に気体を導入するガス供給装置（１３）と、を備える複数のスクラバ（１０）と、排ガス処理装置（１００）へ液体を供給する配管から分岐して各スクラバ（１０）のスプレー装置（１２）に接続された複数の第１の流路（１０３）と、排ガス処理装置（１００）へ気体を供給する配管から分岐して各スクラバ（１０）のガス供給装置（１３）に接続された複数の第２の流路（１０１）と、を備えて構成される。

Description

本発明は、排ガス中の有害物質（主に、硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ））を除去するための排ガス処理装置、船舶及び排ガス処理方法に関する。

排ガス中の有害物質、たとえばＳＯ_ｘ，窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）や粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を除去するための除去装置として、サイクロンスクラバを用いた排ガス処理装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の排煙脱硫装置は、円筒状の塔の底部から旋回上昇するガスを、塔の中心軸上に垂直に設置されたスプレー配管に適宜な間隔で取り付けられたスプレーノズルから塔内半径方向に噴霧される液と接触させて、吸収または集塵を行う。

特許第３０７３９７２号公報

サイクロンスクラバにおいては、吸収液がスクラバの排ガス出口から飛散しないように、排ガス流の遠心力により、排ガスと吸収液とを分離する必要がある。ここで、遠心力は、次の式（１）のように表される。
Ｆ＝ｍｖ^２／Ｒ （１）

一方、サイクロンスクラバにおいては、垂直方向のガス流速が遅いほど、排ガス中の有害物質の除去率は高くなる。ガス流速を遅くするためには、スクラバの断面積を大きくする必要がある。スクラバが円筒形状を有する場合には、その直径を増大することにより、スクラバの断面積を増大することができる。

上記式（１）において、スクラバの高さを固定して、直径を増大していくと、半径Ｒに反比例して遠心力Ｆは低下する。また、半径Ｒを増大すると、スプレーノズルからスクラバの内壁面までの距離が増大するため、スプレーノズルから噴射される吸収液がスクラバの内壁まで到達せずに、スクラバの排ガス出口から飛散する可能性が高くなる。そのため、サイクロンスクラバにおいては、条件に応じてその直径の上限値を設定する必要が生じる。

また、サイクロンスクラバは、想定される排ガスの最大流量を処理できるように機器を設計する必要がある。一方、サイクロンスクラバで処理する排ガス量は、排ガス発生装置の負荷変動に応じて変化する。たとえば排ガス発生装置の負荷が低下し、処理する排ガス量が減少した場合に、サイクロンスクラバで最大流量を処理できる量の吸収液を噴霧すると、能力過剰となり、吸収液のコストや動力のコストが無駄になる。したがって、サイクロンスクラバにおいては、負荷変動に応じて吸収液量を変化させることが望まれる。

しかしながら、サイクロンスクラバにおいて、吸収液を噴射するスプレーノズルの個数は変化しないため、吸収液量を減少させると、噴射圧が低下してスプレー性状が悪化する。そのため、サイクロンスクラバにおいては、処理する排ガス量の増減にかかわらず、スプレー性状を適正に保つよう構成する必要が生じる。

さらに、円筒形状を有するスクラバ１台で大流量の排ガスを処理する場合には、その直径が大きくなり、設置性が悪化する。特に、スクラバを船舶内などの、設置スペースに制限がある場所に設置する場合には、そのレイアウトが課題となる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、スクラバ１台あたりの直径を制限しつつも、大流量の排ガスを処理することが可能な排ガス処理装置、船舶及び排ガス処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、気体と液体とを接触させてガス吸収を行う排ガス処理装置において、内部空間が形成された吸収塔本体と、前記内部空間の上下方向の所定領域において液体を噴霧するスプレー装置と、前記吸収塔本体に気体を導入するガス供給装置と、を備える複数のスクラバと、前記排ガス処理装置へ前記液体を供給する配管から分岐して各スクラバの前記スプレー装置に接続された複数の第１の流路と、前記排ガス処理装置へ前記気体を供給する配管から分岐して各スクラバの前記ガス供給装置に接続された複数の第２の流路と、を備えることを特徴とする。

上記排ガス処理装置によれば、スクラバを複数設置し、複数のスクラバへ被処理排ガスを分割して供給することができ、スクラバ１台あたりの直径を一定値以下としつつも、排ガス処理装置全体として、排ガス中の有害物質の除去率を高くすることが可能となる。また、スクラバ１台あたりの直径を一定値以下とすることができるため、吸収液の飛散を抑制することが可能となる。

また、排ガス処理装置におけるスクラバを分割して設置することができるため、たとえば船舶の機関室やデッキ内などの設置スペースに制限がある場所に排ガス処理装置を設置することができ、排ガス処理装置の設置性を向上することが可能となる。

上記排ガス処理装置において、前記第１の流路および前記第２の流路には開閉弁が設けられ、前記開閉弁の開閉を制御する制御装置を備えることが好ましい。

この場合には、開閉弁の開閉を制御することにより、スクラバのスプレー装置に供給する液体およびスクラバに導入する気体を制御することができるため、排ガスを発生する燃焼機器やエンジンの負荷変動に応じて、運転するスクラバの台数を変化させることが可能となる。すなわち、運転するスクラバの台数を処理する排ガス量に応じて調整することができるため、無駄な運転をなくして省エネ運転が可能となる。

また、上記排ガス処理装置において、前記制御装置は、エンジンの負荷指令に基づいて、前記開閉弁の開閉を制御して前記スクラバの運転台数を制御することが好ましい。

この場合には、エンジンなどの負荷変動に応じて、運転するスクラバの台数と吸収液量を制御することができるため、適切なスプレー性状を保つことが可能となる。

また、上記排ガス処理装置において、前記制御装置は、前記エンジンの負荷率または排ガス処理量に応じて、予め定められた台数の前記スクラバを運転するように制御することが好ましい。

また、上記排ガス処理装置において、前記制御装置は、前記エンジンの負荷率または排ガス処理量に応じて、複数の前記スクラバにおける前記液体の噴霧量を制御することが好ましい。

また、上記排ガス処理装置において、複数の前記スクラバがサイクロンスクラバであり、各サイクロンスクラバの直径が一定値以下であるとよい。

また、上記排ガス処理装置において、前記吸収塔本体が周壁部を有し、該周壁部には、液返し部材が設けられ、該液返し部材は、前記周壁部から中心軸へ向けて環状に突出した折り返し面部と、該折り返し面部の中心軸側の先端から下方に折り返された折り曲げ片と、前記折り返し面部の先端から液溜まり部を形成するように上側に突出された液溜まり壁と、該液溜まり部に溜まった液体を落下させる貫通孔とを有することが好ましい。

また、上記排ガス処理装置において、前記貫通孔が、前記周壁部近傍に比べてガス流速の遅い位置に設けられることが好ましい。

また、上記排ガス処理装置において、前記気体が排ガスであり、前記液体が海水であり、前記排ガスと接触した前記海水を循環海水として貯留する海水タンクと、該海水タンクから前記スプレー装置に供給される前記循環海水にアルカリ剤を供給するアルカリポンプとをさらに備えることが好ましい。

また、本発明の船舶は、上記のいずれかの排ガス処理装置を備えることを特徴とする。

また、本発明の排ガス処理方法は、複数のスクラバに分割して気体を供給する工程と、複数の前記スクラバに分割して液体を供給する工程と、エンジンの負荷指令に基づいて、複数の前記スクラバの運転を制御する工程と、複数の前記スクラバにそれぞれ供給された気体と液体とを接触させることで、該気体中の有害物質を除去する工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、排ガス処理装置において、吸収塔１台あたりの直径を制限しつつも、大流量の排ガスを処理することが可能となる。

本実施の形態に係るスクラバを中心とする排ガス処理システムを示す概略図である。 図２Ａは、上記スクラバの上面模式図であり、図２Ｂは、上記スクラバの断面模式図である。 本実施の形態に係る排ガス処理装置の構成を示す概略図である。 スクラバ運転台数とエンジン負荷または排ガス処理量との関係を示す図である。 スクラバ１台あたりの流量設定値とエンジン負荷または排ガス処理量との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係るスクラバを中心とする排ガス処理システムを示す概略図である。なお、本実施の形態に係る排ガス処理システムとしては、船舶に使用されるエンジンから排出される排ガス中に含まれる二酸化硫黄（ＳＯ_２）を除去するシステムを考える。ただし、これに限られず、本実施の形態に係る排ガス処理システムは、窒素酸化物や硫黄酸化物などの物質を含む種々の排ガスの処理に適用可能である。

図１に示すように、排ガス処理システムは、エンジン２０から排ガスが供給されるスクラバ１０と、海水加圧ポンプおよび海水引抜ポンプを備える海水ポンプユニット３０と、排水タンク４０と、排水をろ過するろ過器ユニット５０と、から主に構成される。

エンジン２０から排出された排ガスは、スクラバ１０に導入される。この排ガスには、二酸化硫黄（ＳＯ_２）が５０〜１５００ｐｐｍ含まれる。この排ガスがスクラバ１０内を上昇する過程で、海水ポンプユニット３０を介してスクラバ１０に導入された海水を噴霧して、気液接触させる。

排ガス内の二酸化硫黄は、アルカリ性である海水によって、下記式（２）および（３）に示すように吸収除去される。
ＳＯ_２＋ＮａＨＣＯ_３ → ＮａＨＳＯ_３＋ＣＯ_２↑ （２）
ＮａＨＳＯ_３＋ＮａＨＣＯ_３＋１／２Ｏ_２→Ｎａ_２ＳＯ_４＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２↑（３）
排ガス内の二酸化硫黄を苛性ソーダ（ＮａＯＨ）によって吸収除去する場合を下記式（４）および（５）に示す。
ＳＯ_２＋ＮａＯＨ → ＮａＨＳＯ_３ （４）
ＮａＨＳＯ_３＋ＮａＯＨ＋１／２Ｏ_２→Ｎａ_２ＳＯ_４＋Ｈ_２Ｏ （５）

このようにして二酸化硫黄が除去された排ガスは、スクラバ１０の上部から大気中へ排気される。

スクラバ１０内に噴霧された海水は、スクラバ１０の内壁面に沿って自重で落下し、スクラバ１０下方の貯留部に貯留する。貯留した海水は、海水ポンプユニット３０を介して排水タンク４０に排水された後、ろ過器ユニット５０でろ過されて海洋へ排水される。

続いて、本実施の形態に係るスクラバ１０の構成について具体的に説明する。図２Ａは、本実施の形態に係るスクラバ１０の上面模式図であり、図２Ｂは、スクラバ１０の断面模式図である。

図２に示すように、スクラバ１０は、上下方向に内部空間が形成された吸収塔本体１１と、吸収塔本体１１の内部空間の上下方向の所定領域において液体を霧の状態にして噴射（噴霧）するスプレー装置１２と、スプレー装置１２が液体を噴霧する領域よりも下方位置から吸収塔本体１１に気体を導入するガス供給装置１３と、スプレー装置１２が液体を噴霧する領域よりも上方位置に設けられ、吸収塔本体１１の内壁面から中心軸へ向けて環状に突出するとともに、中心軸側の先端が少なくとも下方に折り返された液返し部材１４と、スプレー装置１２よりも下方位置に設けられたバッフル１５と、を備えている。ここで、スプレー装置１２は、図１に示す海水ポンプユニット３０に接続され、ガス供給装置１３は、図１に示すエンジン２０に接続されている。

吸収塔本体１１は、円筒形状の周壁部１１ａと円形状の底壁部１１ｂと、で構成される。周壁部１１ａは、いずれの部分も同径に構成されている。周壁部１１ａの上端部は開口しており、開口部１１ｃが形成されている。なお、本実施の形態において吸収塔本体１１は円筒形状を有しているが、吸収塔本体１１の形状はこれに限られず、たとえば、角筒形状であってもよい。

スプレー装置１２は、吸収塔本体１１の中心軸上に設置される。スプレー装置１２は、吸収塔本体１１外から吸収塔本体１１内に挿入され、吸収塔本体１１の中心位置まで延在する給水管１２ａと、この給水管１２ａの挿入端部に連結され、吸収塔本体１１の内部空間の上下方向の所定領域にかけて延在する幹管としての水導管１２ｂと、この水導管１２ｂに連結され吸収塔本体１１の周壁部１１ａに向けて伸びる枝管１２ｃと、各枝管１２ｃの先端に設けられ、枝管１２ｃから供給される液体を所定範囲に噴霧するスプレーノズル１２ｄと、を含んで構成される。これらのスプレーノズル１２ｄは、詳細について後述するように、枝管１２ｃの長手方向に対してスプレーノズル１２ｄの噴射領域の中心線とのなる角が鋭角となるように取り付けられている。

上下方向に複数段並べて配置された枝管１２ｃは、上下方向に隣接する枝管１２ｃが直交するように交差している。なお、水導管１２ｂに対する枝管１２ｃの配置はこれに限られず、たとえば、水導管１２ｂの同一円周上に、９０度ごとに４本の枝管１２ｃを配置する構成であってもよい。また、スプレーノズル１２ｄの材質は、吸収液として海水を利用する場合の耐食性を得るためにオーステナイト系ステンレス材が好ましい。

ガス供給装置１３は、吸収塔本体１１の周壁部１１ａの接線方向にガス噴出方向が沿うように設けられている。したがって、ガス供給装置１３から導入される排ガスは、周壁部１１ａの内周面に沿って水平方向に噴射される。なお、ガス供給装置１３の配置位置は、図２Ｂに示すようなスプレー装置１２が液体を噴霧する領域よりも下方に限られず、たとえば、スプレー装置１２の下方に位置するスプレーノズル１２ｄと同じ高さであってもよい。この場合には、排ガス中の有害物質の除去率を低下することなく反応長を確保することができるため、吸収塔本体１１の高さを低減することが可能となる。

液返し部材１４は、吸収塔本体１１の周壁部１１ａから中心軸へ向けて環状に突出した折り返し面部１４ａと、折り返し面部１４ａの中心軸側の先端から下方に折り返された折り曲げ片１４ｂと、折り返し面部１４ａの先端から液溜まり部１４ｃを形成するように上側に突出された液溜まり壁１４ｄと、液溜まり部１４ｃに溜まった液体を落下させる貫通孔１４ｅと、を有している。

吸収塔本体１１に取り付けた液返し部材１４の折り曲げ片１４ｂおよび液溜まり壁１４ｄで囲まれた中心軸側の領域は、開口部１４ｇを構成する（図２Ｂ参照）。この開口部１４ｇは、吸収塔本体１１の開口部１１ｃの５〜８割程度の内径を有するように構成される。この構成により、液返し部材１４を吸収塔本体１１に取り付けることによる圧力損失を抑制することが可能となる。

バッフル１５は、円盤部１５ａと、円盤部１５ａと吸収塔本体１１の周壁部１１ａとを連結する脚部１５ｂと、で構成される。円盤部１５ａの外周部分と吸収塔本体１１の周壁部１１ａとの間には、液滴を流すための隙間が形成されている。バッフル１５は、吸収塔本体１１内部を、スプレー装置１２によって液体が噴霧される領域と、吸収塔本体１１外に排水するための液体を貯留する領域を区切っている。バッフル１５の下方には、吸収塔本体１１外に液体を排水するための排水管１６が設けられている。

このように構成されたスクラバ１０における排ガス処理について説明する。エンジンから排出された排ガスは、ガス供給装置１３によって、スプレー装置１２が液体を噴霧する領域よりも下方位置に導入される。この排ガスは、周壁部１１ａに沿うように周回しながら吸収塔本体１１内を上昇する。

一方、海水は、給水管１２ａを介して水導管１２ｂに導入される。そして、海水は、複数段の枝管１２ｃに設けられたスプレーノズル１２ｄから、吸収塔本体１１の周壁部１１ａに向けて噴霧される。

したがって、吸収塔本体１１内を旋回上昇する排ガスは、各段に設置された枝管１２ｃに設けられたスプレーノズル１２ｄから噴霧される海水と気液接触し、排ガス内の二酸化硫黄が吸収除去される。二酸化硫黄が除去された排ガスは、吸収塔本体１１の上部に設けられた開口部１１ｃから大気中へ排気される。

液滴となった海水は、旋回流による遠心力によって周壁部１１ａに押し付けられて自重で落下する。しかし、一部の海水は、旋回上昇流によって吸収塔本体１１内部をつたって上昇する。

吸収塔本体１１の中心部はガス流速が０ｍ／ｓまたはその近傍値であり、周壁部１１ａ近傍は中心部と比較してガス流速が速いため、海水は遠心力によって周壁部１１ａに沿って上昇する。周壁部１１ａに沿って上昇した海水は、最下段の液返し部材１４によって上昇を妨げられ、折り返し面部１４ａの下面と折り返し片１４ｂの周辺に滞留する。滞留した液体が一定の大きさを超えると、液滴となって自重で落下する。

しかし、海水の一部は、液滴とならずにこの折り返し片１４ｂを超えて、遠心力によって液返し部材１４の折り曲げ片１４ｂおよび液溜まり壁１４ｄの内周面に沿って上昇し、液返し部材１４と液返し部材１４との間の周壁部１１ａをさらに上昇する。このように、次段の液返し部材１４まで到達した海水は、この液返し部材１４によって上昇を妨げられ、折り返し面部１４ａの下面と折り返し片１４ｂの周辺に滞留する。滞留した液体が一定の大きさを超えると、液滴となって自重で落下する。落下した液滴は、下段の液溜まり部１４ｃに集まり、一定量を超えると、貫通孔１４ｅを通って吸収塔本体１１の下方に落下する。

吸収塔本体１１の周壁部１１ａ近傍は、吸収塔本体１１の中心部に比べてガス流速が速いため、貫通孔１４ｅが周壁部１１ａ近傍に設けられていると、上昇流の影響を受けて貫通孔１４ｅから液滴が落下しない事態が起こり得る。そこで、貫通孔１４ｅは、周壁部１１ａ近傍に比べてガス流速の遅い、周壁部１１ａから離れた位置に設けることで、上昇流の影響を弱めて貫通孔１４ｅから液滴を落下させることができる。

液返し部材１４は上下方向に複数段設けられているため、液返し部材１４による海水の上昇は複数回にわたって妨げられる。したがって、海水が上昇して吸収塔本体１１の開口部１１ｃから流出する事態を、効果的に防止することができる。

また、液返し部材１４を吸収塔本体１１に取り付けたとしても、液返し部材１４は吸収塔本体１１の周壁部１１ａから中心軸に向けて環状に突出した形状を有し、中心軸側には開口部１４ｇが形成されていることから、液返し部材１４を取り付けることによる圧力損失を軽減することができる。また、液返し部材１４により詰まりが発生することもなく、煩雑なメンテナンスは不要である。

落下した液滴は、吸収塔本体１１の下方に設置されたバッフル１５でその旋回が止められた後、バッフル１５および周壁部１１ａをつたって、吸収塔本体１１の底壁部１１ｂとその周囲の周壁部１１ａとで構成される貯留部に貯留する。貯留した液体は、排水管１６を介して吸収塔本体１１の外へ排水される。

続いて、図３を参照して、本実施の形態に係る排ガス処理装置の構成について具体的に説明する。図３は、本実施の形態に係る排ガス処理装置の構成を示す概略図である。

図３に示すように、排ガス処理装置１００は、複数本（本実施の形態において３本）のスクラバ１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）を備えて構成される。

スクラバ１０ａ（１０ｂ，１０ｃ）のガス供給装置１３には、スクラバ１０ａ（１０ｂ，１０ｃ）内に排ガスを導入するための排ガス流路（第２の流路）１０１ａ（１０１ｂ，１０１ｃ）が接続されている。排ガス流路１０１ａ（１０１ｂ，１０１ｃ）の途中には、排ガス流路１０１ａ（１０１ｂ，１０１ｃ）を開閉する開閉弁１０２ａ（１０２ｂ，１０２ｃ）が設けられている。

開閉弁１０２（１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ）は、ゲート弁、ボール弁またはバタフライ弁などで構成することができる。特に、開閉弁１０２（１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ）は、バタフライ弁で構成することが望ましい。

スクラバ１０ａ（１０ｂ，１０ｃ）の給水管１２ａには、スプレー装置１２に液体を供給するための給水流路（第１の流路）１０３ａ（１０３ｂ，１０３ｃ）が接続されている。給水流路１０３（１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ）には、海水ポンプ１０７を介して海水タンク１０６から海水が供給される。

なお、船舶の運行海域によっては、規制により、スクラバ１０から排出された海水を海洋に排水できない場合がある。この場合には、スクラバ１０から後述する排水流路１０５に供給された海水を、循環海水として海水タンク１０６に貯留し、再度排ガス処理に使用することが考えられる。

ところが、循環海水は、スクラバ１０においてＳＯ_２を吸収することにより、海水中のアルカリ成分が消費されている。そのため、再度の排ガス処理においては、海水による排ガス中のＳＯ_２の吸収反応が阻害され、スクラバ１０から大気中へ排気される処理済み排ガスに含まれるＳＯ_２濃度が排出規制値を超えるおそれがある。

そこで、給水流路１０３には、海水中のアルカリ成分を補償するために、アルカリポンプ１０９を介してアルカリタンク１０８からアルカリ剤が注入できるように構成されている。なお、アルカリ剤としては、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）溶液を用いることができる。

給水流路１０３ａ（１０３ｂ，１０３ｃ）の途中には、給水流路１０３ａ（１０３ｂ，１０３ｃ）を開閉する開閉弁１０４ａ（１０４ｂ，１０４ｃ）が設けられている。なお、開閉弁１０４（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）は、ゲート弁またはボール弁で構成することができる。

開閉弁１０２，１０４は、手動式、電磁式または電動式、もしくは圧縮空気での駆動式などで構成することができる。特に、開閉弁１０２，１０４は、電磁式または電動式、もしくは圧縮空気での駆動式などで構成することが望ましく、防爆の観点から圧縮空気での駆動式とすることが最も望ましい。

開閉弁１０２，１０４は、制御装置１１０が出力する制御信号により、その開閉が制御される。制御装置１１０は、エンジンの負荷指令値に基づいて制御信号を演算し出力する。この構成により、エンジンの負荷が最大となるときには、すべてのスクラバ１０を用いて排ガスを処理し、また、エンジンの負荷の減少に応じて排ガス処理に用いるスクラバ１０の本数を低減することが可能となる。

スクラバ１０ａ（１０ｂ，１０ｃ）の排水管１６には、排水流路１０５が接続されている。スクラバ１０から排水流路１０５に排出された海水は、海洋に排水されるか、あるいは循環海水として海水タンク１０６に貯留される。

排ガス処理装置１００において、複数本のスクラバ１０を並列に設置する構成とすることにより、排ガス導入の等配性が課題となる。しかしながら、スクラバ１０のガス供給装置１３におけるガス導入口において、約５００Ｐａ程度の圧力損失が発生するため、特段の考慮は必要ない。スクラバ１０を低圧力損失化する場合には、排ガスの等配性を確保できる分配配管の設計を適宜行えばよい。

また、排ガス処理装置１００において、複数本のスクラバ１０を並列に設置する構成とすることにより、吸収液導入の等配性が課題となる。しかしながら、スクラバ１０の給水管１２ａにおける吸収液導入口において、約０．０５から０．２ＭＰａ程度の圧力損失が発生するため、特段の考慮は必要ない。

船舶のエンジンやボイラーなどの燃焼機関から排出される排ガスを処理するためにスクラバ１０を設置する場合には、機関室やデッキ内にスクラバ１０を設置することができるように、高さが７ｍ以下、好ましくは５ｍ以下となるように、スクラバ１０の高さと直径との関係を設計する。ただし、スクラバ１０をデッキ上に設置する場合には、高さ１０ｍ以上とすることも可能である。

スクラバ１０に要求されるＳＯ_２の除去率が９８％である場合には、０℃，１ａｔｍ，ＤＲＹの標準状態における排ガスの流量が、６ｍ／ｓ以下、好ましくは３ｍ／ｓ以下となるようにスクラバ１０を設計すればよい。

また、スクラバ１０に要求されるＳＯ_２の除去率が９０％である場合には、０℃，１ａｔｍ，ＤＲＹの標準状態における排ガスの流量が、１０ｍ／ｓ以下、好ましくは６ｍ／ｓ以下となるようにスクラバ１０を設計すればよい。

スクラバ１０の吸収塔本体１１内における排ガスの滞留時間、より具体的には吸収液噴霧区域の高さ分領域における排ガスの滞留時間は、０．２秒から２秒とすればよく、好ましくは１秒である。

給水流路１０３からスクラバ１０に供給する海水量は、スプレー装置１２において、処理する排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ_２）を中和できる化学当量分を１とすると、０．５から１．５噴霧できる量であればよく、好ましくは化学当量分の１．２倍を噴霧できる量である。

スクラバ１０は、海水やアルカリ溶液に対して耐久性が得られる材質で構成される。このような材質として、低コストのものとしてはＳＳ４００などの鉄材が挙げられる。また、耐海水材料としては、ネバール黄銅などの銅合金や、アルミブラスなどのアルミニウム合金や、キュープロニッケルなどのニッケル合金や、ＳＵＳ３１６Ｌ材などのステンレスを採用することができる。

続いて、図３に示す排ガス処理装置１００における多塔制御について説明する。排ガス処理装置１００においては、エンジン負荷率に応じて排ガス流路１０１に設置された開閉弁１０２および給水流路１０３に設置された開閉弁１０４の開閉を制御することにより、運転するスクラバ１０の台数を制御する。

排ガス処理装置１００における多塔制御において、エンジン負荷率と使用するスクラバ数との関係を以下に示す。まず、定格条件の設定は、通常のエンジン負荷の最大値である８５％に合わせてスクラバ１０を設計する。

このようなスクラバ１０において、エンジン負荷率が８５％から１００％となる過負荷運転時には、スクラバ１０に供給する吸収液流量や、海水に対するアルカリ添加量を定格条件に対して上昇することにより対応する。

一方、エンジン負荷率が０％から３０％、より好ましくは０％から１５％の場合には、運転するスクラバ１０が１台となるように制御する。また、エンジン負荷率が１０％から７０％、より好ましくは１０％から５５％の場合には、運転するスクラバ１０が２台となるように制御する。さらに、エンジン負荷率が４０％から１００％、より好ましくは５０％から１００％の場合には、運転するスクラバ１０が３台となるように制御する。

図４は、スクラバ運転台数とエンジン負荷または排ガス処理量との関係を示す図である。図４において、実線はスクラバ１０の運転状態を示し、破線はスクラバ１０の停止状態を示す。

図４に示すように、エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_１）から（Ｘ_２）の間はスクラバ１０が１台のみ運転しており、エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_２）を超えると２台目のスクラバ１０も運転を開始する。さらに、エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_３）を超えると３台目のスクラバ１０も運転を開始する。また、エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_３）よりも減少すると３台目のスクラバ１０は運転を停止し、エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_２）よりも減少すると２台目のスクラバ１０も運転を停止する。

図５は、スクラバ１台あたりの流量設定値とエンジン負荷または排ガス処理量との関係を示す図である。図５において、実線はスクラバ１０の運転状態を示し、破線はスクラバ１０の停止状態を示す。

図５に示すように、エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_１）から（Ｘ_２）の間は１台目のスクラバ１０のみが運転しており、エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_１）から（Ｘ_２）に増大するにしたがって、１台目のスクラバ１０における流量設定値も増大していく。エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_２）を超えると、２台目のスクラバ１０も運転を開始する。このとき、２台目のスクラバ１０の運転に伴って、１台目のスクラバ１０の流量設定値は減少する。これにより、１台目のスクラバ１０が能力過剰となり、吸収液のコストや動力のコストが無駄になることを防止できる。

エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_２）から（Ｘ_３）に増大するにしたがって、１台目のスクラバ１０および２台目のスクラバ１０における流量設定値も増大していく。

エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_３）を超えると、３台目のスクラバ１０も運転を開始する。このとき、３台目のスクラバ１０の運転に伴って、２台目のスクラバ１０の流量設定値は減少する。エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_３）からに増大するにしたがって、２台目のスクラバ１０および３台目のスクラバ１０における流量設定値も増大していく。排ガス処理装置で処理可能な排ガス処理量の最大値に達したところで、３台目のスクラバ１０の流量設定値が最大となる。

続いて、排ガス処理量が最大値から減少する場合について説明する。エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_３）に向けて減少するにしたがって、２台目のスクラバ１０および３台目のスクラバ１０における流量設定値も減少していく。エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_３）よりも減少すると、３台目のスクラバ１０は運転を停止する。そして、３台目のスクラバ１０の運転停止に伴って、２台目のスクラバ１０の流量設定値は増加する。

さらに、エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_２）に向けて減少するにしたがって、１台目のスクラバ１０および２台目のスクラバ１０における流量設定値も減少していく。エンジン負荷または排ガス処理量が（Ｘ_２）よりも減少すると、２台目のスクラバ１０は運転を停止する。そして、２台目のスクラバ１０の運転停止に伴って、１台目のスクラバ１０の流量設定値は増加する。

以上説明したように、本実施の形態に係る排ガス処理装置によれば、スクラバ１０を複数設置し、複数のスクラバへ被処理排ガスを分割して供給することができ、スクラバ１台あたりの直径を一定値以下としつつも、排ガス処理装置１００全体として、排ガス中の有害物質の除去率を高くすることが可能となる。また、スクラバ１台あたりの直径を一定値以下とすることができるため、吸収液の飛散を抑制することが可能となる。なお、上記の実施の形態では、エンジン負荷または排ガス処理量に基づき、スクラバ１０の運転台数を制御している。しかし、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、エンジン負荷または排ガス処理量に基づいて、スクラバ１０の運転台数の代わりに、スプレー装置１２が噴霧する海水量を制御することもできる。また、エンジン負荷または排ガス処理量に基づいて、スクラバ１０の運転台数及びスプレー装置１２が噴霧する海水量の両方を制御することもできる。

また、排ガス処理装置１００におけるスクラバ１０を分割して設置することができるため、たとえば船舶の機関室やデッキ内などの設置スペースに制限がある場所に排ガス処理装置を設置することができ、排ガス処理装置の設置性を向上することが可能となる。

さらに、開閉弁１０２，１０４の開閉を制御することにより、スクラバ１０のスプレー装置１２に供給する液体およびスクラバ１０に導入する気体を制御することができるため、排ガスを発生する燃焼機器やエンジンの負荷変動に応じて、運転するスクラバ１０の台数を変化させることが可能となる。すなわち、運転するスクラバ１０の台数を処理する排ガス量に応じて調整することができるため、無駄な運転をなくして省エネ運転が可能となる。

また、エンジンなどの負荷変動に応じて、運転するスクラバ１０の台数と吸収液量を制御することができるため、適切なスプレー性状を保つことが可能となる。

本実施の形態に係るスクラバ１０によれば、吸収塔本体１１の高さを抑制して船舶の機関室やデッキ内にスクラバ１０を設置することができるため、排ガス処理装置としてのスクラバ１０の設置性が向上する。

また、スクラバ１０の小型化に伴って、使用する部材数を低減することができるため、スクラバ１０の低価格化を達成することが可能となる。さらに、スプレーノズル１２ｄとして空円錐ノズルを用いることにより、ポンプ動力やメンテナンス費を低減することができるため、さらなる低価格化を達成することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。

本出願は、２０１３年４月１７日出願の特願２０１３−０８６２９０に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

本発明は、排ガス中の有害物質（主に、硫黄酸化物（ＳＯｘ））を除去するための排ガス処理装置及び船舶に関する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、スクラバ１台あたりの直径を制限しつつも、大流量の排ガスを処理することが可能な排ガス処理装置及び船舶を提供することを目的とする。

本発明は、気体と液体とを接触させてガス吸収を行う排ガス処理装置において、内部空間が形成された吸収塔本体と、前記内部空間の上下方向の所定領域において液体を噴霧するスプレー装置と、前記吸収塔本体に気体を導入するガス供給装置と、を備える複数のスクラバと、前記排ガス処理装置へ前記液体を供給する配管から分岐して各スクラバの前記スプレー装置に接続された複数の第１の流路と、前記排ガス処理装置へ前記気体を供給する配管から分岐して各スクラバの前記ガス供給装置に接続された複数の第２の流路と、前記第１の流路および前記第２の流路に設けられた開閉弁と、前記開閉弁の開閉を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、エンジンの負荷指令に基づいて、前記開閉弁の開閉を制御して前記スクラバの運転台数を制御し、複数の前記スクラバの運転中には、所定の１つの前記スクラバへの前記気体の流量のみを制御することを特徴とする。

また、開閉弁の開閉を制御することにより、スクラバのスプレー装置に供給する液体およびスクラバに導入する気体を制御することができるため、排ガスを発生する燃焼機器やエンジンの負荷変動に応じて、運転するスクラバの台数を変化させることが可能となる。すなわち、運転するスクラバの台数を処理する排ガス量に応じて調整することができるため、無駄な運転をなくして省エネ運転が可能となる。

更に、エンジンなどの負荷変動に応じて、運転するスクラバの台数と吸収液量を制御することができるため、適切なスプレー性状を保つことが可能となる。

また、上記排ガス処理装置において、気体と液体とを接触させてガス吸収を行う排ガス処理装置において、内部空間が形成された吸収塔本体と、前記内部空間の上下方向の所定領域において液体を噴霧するスプレー装置と、前記吸収塔本体に気体を導入するガス供給装置と、を備える複数のスクラバと、前記排ガス処理装置へ前記液体を供給する配管から分岐して各スクラバの前記スプレー装置に接続された複数の第１の流路と、前記排ガス処理装置へ前記気体を供給する配管から分岐して各スクラバの前記ガス供給装置に接続された複数の第２の流路と、前記第１の流路および前記第２の流路に設けられた開閉弁と、前記開閉弁の開閉を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、エンジンの負荷指令に基づいて、前記開閉弁の開閉を制御して前記スクラバの運転台数を制御し、前記エンジンの負荷率または排ガス処理量に応じて、複数の前記スクラバにおける前記液体の噴霧量を制御し、前記エンジンの負荷率または排ガス処理量が増加した場合には、前記スクラバの運転台数を増加させ、前記エンジンの負荷率または排ガス処理量が減少した場合には、前記スクラバの運転台数を減少させるように制御し、前記スクラバの運転台数を減少させたことに伴い、その後も運転する前記スクラバへの前記気体の流量を増加させ、制御中の前記スクラバへの前記気体の流量が下限流量値に達した場合に、当該スクラバへの前記気体の流量を前記下限流量値のままで運転させるとともに、別の運転中の前記スクラバへの前記気体の流量の制御を開始させ、さらに、前記別の運転中の前記スクラバへの前記気体の流量も前記下限流量値に達した際には、前記下限流量値で運転されている前記スクラバの運転を停止する一方、前記別の運転中の前記スクラバへの前記気体の流量を前記下限流量値分増加させることを特徴とする。

また、上記排ガス処理装置において、前記吸収塔本体は、前記気体が旋回上昇する筒形状の周壁部を有し、該周壁部には、液返し部材が設けられ、該液返し部材は、前記周壁部から中心軸へ向けて環状に突出した折り返し面部と、該折り返し面部の中心軸側の先端から下方に折り返された折り曲げ片と、前記折り返し面部の先端から液溜まり部を形成するように上側に突出された液溜まり壁と、該液溜まり部に溜まった液体を落下させる貫通孔とを有することが好ましい。

Claims (11)

1. 気体と液体とを接触させてガス吸収を行う排ガス処理装置において、
   内部空間が形成された吸収塔本体と、前記内部空間の上下方向の所定領域において液体を噴霧するスプレー装置と、前記吸収塔本体に気体を導入するガス供給装置と、を備える複数のスクラバと、
   前記排ガス処理装置へ前記液体を供給する配管から分岐して各スクラバの前記スプレー装置に接続された複数の第１の流路と、
   前記排ガス処理装置へ前記気体を供給する配管から分岐して各スクラバの前記ガス供給装置に接続された複数の第２の流路と、
   を備えることを特徴とする排ガス処理装置。
2. 前記第１の流路および前記第２の流路には開閉弁が設けられ、
   前記開閉弁の開閉を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
3. 前記制御装置は、エンジンの負荷指令に基づいて、前記開閉弁の開閉を制御して前記スクラバの運転台数を制御することを特徴とする請求項２に記載の排ガス処理装置。
4. 前記制御装置は、前記エンジンの負荷率または排ガス処理量に応じて、予め定められた台数の前記スクラバを運転するように制御することを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理装置。
5. 前記制御装置は、前記エンジンの負荷率または排ガス処理量に応じて、複数の前記スクラバにおける前記液体の噴霧量を制御することを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理装置。
6. 複数の前記スクラバの直径が一定値以下であることを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理装置。
7. 前記吸収塔本体が周壁部を有し、
   該周壁部には、液返し部材が設けられ、
   該液返し部材は、前記周壁部から中心軸へ向けて環状に突出した折り返し面部と、該折り返し面部の中心軸側の先端から下方に折り返された折り曲げ片と、前記折り返し面部の先端から液溜まり部を形成するように上側に突出された液溜まり壁と、該液溜まり部に溜まった液体を落下させる貫通孔とを有することを特徴とする請求項６に記載の排ガス処理装置。
8. 前記貫通孔が、前記周壁部近傍に比べてガス流速の遅い位置に設けられることを特徴とする請求項７に記載の排ガス処理装置。
9. 前記気体が排ガスであり、
   前記液体が海水であり、
   前記排ガスと接触した前記海水を循環海水として貯留する海水タンクと、
   該海水タンクから前記スプレー装置に供給される前記循環海水にアルカリ剤を供給するアルカリポンプとをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理装置。
10. 前記請求項１ないし９のいずれか１項に記載の排ガス処理装置を備えることを特徴とする船舶。
11. 複数のスクラバに分割して気体を供給する工程と、
    複数の前記スクラバに分割して液体を供給する工程と、
    エンジンの負荷指令に基づいて、複数の前記スクラバの運転を制御する工程と、
    複数の前記スクラバにそれぞれ供給された気体と液体とを接触させることで、該気体中の有害物質を除去する工程とを備えることを特徴とする排ガス処理方法。

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