KR20160019411A - 막에 기초한 배기 가스 스크러빙 방법 및 시스템 - Google Patents

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KR20160019411A
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이오나다 인코포레이티드
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Abstract

기체 막 분리 및 액체 담체 화학적 흡착에 의해 선박 엔진 배기가스 같은 연소 배기가스로부터 황 산화물, 질소 산화물 및 탄소 산화물 같은 표적 배출 가스의 배출을 감소시키기 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 막 분리 시스템은, 액체 흡착제가 순환되는 반투과성 중공 섬유 막을 함유하는 흡착 시스템으로 이루어진다. 배기 가스는 막의 외표면과 접촉하고, 표적 기체는 막 벽을 선택적으로 투과하고 구멍 내의 액체 담체(들)에 의해 흡착됨으로써 배기 가스 스트림으로부터 제거된다.

Description

막에 기초한 배기 가스 스크러빙 방법 및 시스템{MEMBRANE-BASED EXHAUST GAS SCRUBBING METHOD AND SYSTEM}
본 발명은 황, 질소 및 탄소의 산화물 같은 오염물질을 제거하기 위한 연소 가스의 가공에 관한 것이다. 본 발명은 특히 선박 디젤 엔진 같은 연소 엔진으로부터의 배기가스를 처리하는데 이용된다.
관련 출원에 대한 교차 참조
본원은 2013년 6월 14일자로 출원된 미국 특허원 제 61/835,288 호에 대한 우선권을 주장하며, 이 특허 전체를 본원에 참고로 인용한다.
선박 디젤 엔진은 해운에 이용되는 대다수의 선박에 동력을 제공한다. 이들 엔진은 전형적으로 중질 연료유(HFO)를 연소시키는데, 이 중질 연료유는 높은 농도의 황 및 다른 불순물을 함유한다. 연소 공정은 높은 농도의 황 산화물(SOX), 질소 산화물(NOX), CO2 같은 탄소 산화물(COX) 및 새로운 신흥 배출가스 요건에 의해 점점 더 제한되고 있는 다른 기체를 생성시킨다.
선박 엔진 배출가스를 감소시키고자 하는 하나의 접근법은 고급 정제 연료 또는 증류물로 교환시키는 것이다. 이들 증류물은 HFO보다 더 비싸다. 다른 접근법은 연소 배기 가스를 대기 중으로 방출시키기 전에 이들을 후처리 세정 또는 스크러빙하는 것이다.
선박 엔진 배기가스를 세정하는 후처리 해결책으로서 해수 스크러버가 개발되었다. 통상적으로 이용되는 공정은 수성 알칼리 또는 암모니아 흡착제를 배기가스 스트림 중으로 분무하는 것이다. 그러나, 이들 "습식" 해수 스크러버는 다량의 물을 필요로 하고, 결과적으로 다량의 폐수를 발생시킬 수 있는데, 이 폐수는 황산칼슘 같은 금속 염, 그을음, 오일 및 중금속을 포함할 수 있다. 이는 선상 물 처리에 복잡함을 요구할 뿐만 아니라 지정된 항구에서의 슬러지 폐기를 필요로 하는 독성 슬러지를 생성시킬 수 있다. 그 결과 생성되는 시스템은 크고 복잡하고 값비싸며 에너지 집약적이어서, 선박 연료 소비를 3% 정도까지 증가시킨다. 종래의 해수 스크러버 시스템은 고정된 육상 발전소에는 매우 적합할 수 있으나, 이들은 선박 용도에서는 단순히 너무 크고 복잡해서 효율적으로 작동할 수 없다. 뿐만 아니라, 이러한 시스템은 선박 엔진 배기가스로부터 CO2를 제거하는데 매우 적합할 수 없다.
선박 배기가스의 처리는 원칙적으로 기존의 육상용 기술을 변형시켜 이온성 액체를 통해 선박 배기 가스를 폭기시킴으로써 달성될 수 있었다. 그러나, 이 접근법은, 선체의 공간 및 중량 제한으로 보아, 선박 배기가스의 높은 유속 및 그로 인해 요구되는 큰 부피의 이온성 액체 때문에 실용적일 수 없다. 배기 가스를 압축시켜 이온성 액체를 통해 폭기시키는데 요구되는 에너지는 선박으로부터 이용가능한 전체 에너지를 초과할 수 있었다.
막 기술을 이용하여 선박 엔진 배기 가스를 스크러빙하기 위한 시스템이 중국 특허 제 200710012371.1 호에서 제안된 바 있다.
본 발명의 목적은 선박 디젤 엔진 같은 공급원으로부터의 하나 이상의 표적 배출 가스의 농도를 감소시키기 위한 개선된 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
선박 엔진 배기 가스로부터 원치 않는 화합물을 제거하기 위한 종래의 해수 스크러버의 이용에 대한 대안은 막 기술을 이용하여 배기 가스로부터 SOX, NOX 및/또는 COX 같은 하나 이상의 표적 배출 가스(TEG)를 분리 및 가공하는 것이다. 해수에 기초한 스크러버 같은 전통적인 용매에 기초한 추출 방법에 비해 막을 이용하는 이점은 종래의 물에 기초한 스크러버보다 가능하게는 더 작고, 더 에너지 효율적이며, 적은 폐수를 생성시킴을 포함한다. 막에 기초한 시스템은 과거에도 제안되었으나, 본 발명은 이 시스템을 선체와 함께 사용함을 포함하는 다양한 용도에 매우 효과적으로 만드는 개선에 관한 것이다.
한 양태에 따라, 본 발명은 엔진 배기 가스를 중공 섬유 세라믹 막의 하나 이상의 어레이를 함유하는 구획화된(enclosed) 공간 내로 유도하되, 이 때 상기 배기 가스가 상기 막의 외표면과 접촉하는 순간 상기 배기 가스 내의 TEG가 상기 막을 통해 선택적으로 투과됨으로써 상기 배기 가스 내의 상기 TEG의 농도를 낮추는 단계; 상기 중공 섬유 세라믹 막의 구멍을 통해 상기 TEG를 보유할 수 있는 담체 액체를 순환시킴으로써 상기 담체 액체 내의 상기 TEG 화합물의 농도를 높이는 단계; 감소된 TEG 농도를 함유하는 상기 배기 가스를 구획화된 공간으로부터 방출하고, 상기 액체를 상기 중공 섬유 세라믹 막 어레이로부터 방출하되, 이 때 상기 방출되는 액체가 그에 용해된 TEG의 분자를 함유하는 단계를 포함하는, 엔진 배기 가스의 공급원으로부터 표적 배출 가스(TEG)의 농도를 감소시키는 방법에 관한 것이다.
액체는 "개방" 작동 모드로 막 어셈블리로부터 환경으로 방출될 수 있거나, 또는 다르게는 상기 TEG를 상기 액체로부터 분리하고 상기 액체를 상기 막 어레이를 통해 재순환시키는 폐쇄 루프 모드를 이용할 수 있다.
담체 액체는 이온성 액체, 수산화나트륨, 담수 또는 해수중 하나를 포함할 수 있다. 이온성 액체는 상기 TEG에 특이적인 과제-특이성인 이온성 액체(TSIL)를 포함할 수 있다. 담체 액체가 이온성 액체인 경우, 방법은 저장을 위해 상기 담체 액체로부터 상기 TEG를 분리하고 상기 막을 통해 상기 담체 액체를 재순환시키는, 상기 액체가 방출 도관에 들어간 후 수행되는 추가적인 단계를 포함할 수 있다.
TEG는 황 산화물, 질소 산화물 또는 CO2 같은 탄소 산화물중 하나 이상을 포함할 수 있다.
방법은 미처리 배기 가스 내의 TEG의 농도를 결정하는 단계, 상기 미처리 가스의 TEG 농도를 표적 수준으로 감소시키는데 요구되는 최적 액체 유속을 결정하는 단계, 및 상기 막 어레이를 통한 액체 유속을 선택적으로 조절하여 상기 최적 액체 유속에 매치시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
방법은 상기 어레이를 통해 통과하는 상기 액체가 소정 수준을 초과하는 압력 강하 또는 소정 수준 미만인 pH 강하중 하나 또는 둘 다를 경험하는지의 여부를 결정함으로써 상기 TEG의 농도를 감소시킴에 있어서 상기 막 어레이의 효과를 결정하는 추가적인 단계를 포함할 수 있다.
막 어레이는 모듈 하우징 내에 수용된 모듈을 포함할 수 있고, 이 때 상기 배기 가스중 TEG 농도 수준 및/또는 상기 배기 가스의 유속의 결정에 기초하여 선택된 수의 상기 모듈을 통해 상기 액체를 순환시킨다. 소정 수준만큼 덜 효과적인 것으로 결정되는 경우에는 상기 모듈중 선택된 것을 제거 및 교체할 수 있다.
다른 양태에 따라, 본 발명은 엔진 배기가스 스트림을 수용하기 위한 구역(enclosure); 구멍을 갖고 상기 배기 가스가 어레이를 통해 순환될 때 상기 배기가스가 막과 접촉하도록 구성된 중공 섬유 세라믹 막의 하나 이상의 어레이; 상기 막 구멍 내로 담체 액체를 불포화된 상태로 공급하기 위한 액체 유입구; 순환시킨 후 상기 구멍으로부터 상기 담체 액체를 상기 TEG로 포화된 상태로 수용하기 위한 액체 유출구; 및 상기 막 구멍, 및 상기 유입구 및 유출 매니폴드를 통해 상기 담체 액체를 순환시키기 위한 담체 액체 순환 부시스템을 포함하는, 엔진 배기 가스 공급원으로부터의 하나 이상의 표적 배출 가스(TEG)의 농도를 낮추기 위한 장치에 관한 것으로, 이 때 상기 막 각각은 상기 TEG에 대해서는 투과성이지만 상기 배기 가스의 비-TEG에 대해서는 불투과성인 반투과성 막 벽 및 중공 구멍을 포함하고, 상기 장치는 상기 어레이를 통해 순환되는 배기 가스가 막의 외표면에서 상기 막과 접촉하고 상기 액체가 막의 반대쪽 표면에서 상기 막과 접촉함으로써 상기 TEG가 막 외표면으로부터 상기 막을 통해 구멍 내로 투과되어 상기 TEG를 상기 배기 가스로부터 상기 담체 액체 중으로 전달하도록 구성된다.
장치는 주 담체 유출구 및 유입구과 연통되는 담체 재순환 부시스템을 추가로 포함할 수 있고, 상기 재순환 부시스템은 상기 담체 액체로부터 하나 이상의 TEG를 제거하기 위한 TEG 스트립핑 장치를 포함하며, 상기 담체는 상기 장치를 통해 본질적으로 폐쇄 루프로 순환된다.
담체 액체는 상기 장치를 통해 개방 루프로 순환되는 물을 포함할 수 있고, 상기 장치는 상기 막 어레이를 통해 물을 비-재순환식으로 순환시키기 위한 물 유입구 및 물 유출구를 포함한다.
장치는, 액체의 동시 순환 모드 또는 연속 순환 모드중 하나로 작동시키기 위하여, 배출 가스와 접촉시키기 위해 병렬로 또는 직렬로 배열되는 다수개의 상기 막 어레이를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에 따라, 본 발명은 엔진 배기가스 스트림을 수용하기 위한 구역; 상기 구역 내에 설치하기 위한 하나 이상의 기체 처리 모듈; 담체 액체를 상기 막 구멍 내로 불포화된 상태로 공급하기 위한 액체 유입구; 순환시킨 후 상기 구멍으로부터 상기 액체를 상기 TEG로 포화된 상태로 수용하기 위한 액체 유출구; 및 상기 막 구멍, 및 상기 유입구 및 유출 매니폴드를 통해 상기 담체 액체를 순환시키기 위한 담체 액체 순환 부시스템을 포함하는, 엔진 배기 가스 공급원으로부터의 하나 이상의 표적 배출 가스(TEG)의 농도를 낮추기 위한 시스템에 관한 것으로, 이 때 상기 모듈은 하우징, 및 하우징 내에 지지되고 구멍을 가지며 모듈이 구역 내에 설치되는 경우 어레이를 통해 배기 가스가 순환될 때 상기 배기가스가 막과 접촉하도록 구성되는 중공 섬유 막의 어레이를 포함하고, 상기 장치는 상기 어레이를 통해 순환되는 배기 가스가 막의 외표면에서 상기 막과 접촉하고 상기 액체가 막의 반대쪽 표면에서 상기 막과 접촉함으로써 상기 TEG가 막 외표면으로부터 상기 막을 통해 구멍 내로 투과되어 상기 TEG를 상기 배기 가스로부터 상기 담체 액체 중으로 전달하도록 구성된다.
시스템은 담체 액체 유출구 및 유입구과 연통되는 담체 재순환 부시스템을 추가로 포함할 수 있고, 상기 재순환 부시스템은 상기 담체 액체로부터 하나 이상의 TEG를 제거하기 위한 TEG 스트립핑 장치를 포함하며, 상기 담체는 상기 장치를 통해 본질적으로 폐쇄 루프로 순환된다.
다르게는, 담체 액체는 상기 장치를 통해 개방 루프로 순환되는 물을 포함하며, 상기 장치는 상기 막 어레이를 통해 물을 비-재순환식으로 순환시키기 위한 물 유입구 및 물 유출구를 포함한다.
모듈은 각각 상기 구멍의 유입구 및 유출구 말단에서 상기 구멍과 유체 연통되는 액체 유입 매니폴드 또는 액체 유출 매니폴드중 하나 또는 둘 다를 추가로 포함할 수 있다.
시스템은 상기 막 어레이를 통한 순환으로부터 상기 액체 담체의 pH 강하를 결정하기 위한 pH 센서 시스템 및 상기 막 어레이를 통한 순환으로부터 상기 액체 담체의 압력 강하를 결정하기 위한 압력 센서 시스템을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 센서는 상기 pH 강하 및/또는 압력 강하가 TEG의 농도를 감소시킴에 있어서 상기 막 어레이의 감소된 효과 수준을 나타내는지의 여부를 결정하기 위한 신호 프로세서에 작동가능하게 연결된다.
시스템은 상기 공급원으로부터의 미처리 배기 가스 내의 TEG 농도를 측정하기 위한 센서, 및 상기 시스템을 통한 상기 담체 액체의 유속을 조절하기 위한 펌프 및 상기 센서와 작동가능하게 연통되는 제어 시스템을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 제어 시스템은 선택된 TEG 농도 감소 수준을 달성하기 위해 요구되는 모듈을 통한 상기 담체 액체의 유속을 결정하고 상기 유속을 제어하여 상기 유속을 제공하도록 구성된다.
본 발명은 또한 본원에 기재된 장치 또는 시스템 및 상기 TEG를 용해시키기 위한 하나 이상의 담체 액체를 포함하는 키트에 관한 것이다. 담체 액체는 이온성 액체 또는 수산화나트륨중 하나 이상이다. 이온성 액체는 1,1,3,3-테트라메틸구아니듐 락테이트[TMG][L], 모노에탄올암모늄 락테이트[MEA][L], 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트[BMIm][BF4], 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[BMIm][MeSO4], 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[HMIm][MeSO4], 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[EMIm][MeSO4]; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트[BMIm][PF6]중 하나 이상을 포함할 수 있다.
적절한 반투과성 막과 함께 사용되는 이온성 액체는 폐쇄 루프 가역 공정에서 배기 가스로부터 SOX, NOX 및/또는 COX 같은 표적 배출 가스(TEG)를 분리, 포획 및 저장할 수 있다. 이 대안은 다른 특정 용매와 비교하여 폐수 및 폐슬러지의 생성을 없애거나 감소시킬 수 있다.
이온성 액체(IL)는 유기 양이온(예컨대, 이미다졸륨, 피리디늄, 피롤리디늄, 포스포늄, 암모늄), 및 다원자 무기 음이온(예를 들어, 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트, 클로라이드) 또는 유기 음이온(예컨대, 트라이플루오로메틸설포네이트, 비스[(트라이플루오로메틸)설포닐]이미드)을 함유하는 용액이다. IL의 주된 이점은 이들의 무시가능한 휘발성, 비-인화성 및 우수한 약품 및 열 안정성이다. 이들은 휘발성 유기 용매와 비교할 때 환경에 대해 온화한 담체인 것으로 생각되어 공기 오염의 환경상 위험을 감소시킨다. 또한, 양이온과 음이온의 특정 조합을 선택함으로써 IL의 특정 특성(소수성, 점도, 용해도, 산도 및 염기도 등)을 조절하여 IL 내에서 하나 이상의 TEG의 용해도를 개선할 수 있으며, 양이온 또는 결합되는 음이온 상의 치환기를 변화시킴으로써 상기 특성을 변화시킬 수 있다.
이온성 액체는 "과제 특이성(task specific)"일 수 있다. 이러한 과제 특이성 이온성 액체(TSIL)의 예는 1-부틸 이미다졸과 3-브로모프로필아민 하이드로브로마이드의 반응 후 후처리 및 음이온 교환에 의해 제조된다. 이는 덧붙여진 아민기를 갖는 양이온을 혼입하는, 실온에서 활성인 이온성 액체를 생성시킨다. 이온성 액체는 CO2 와 가역적으로 반응하여 기체를 카바메이트 염으로서 가역적으로 봉쇄시킨다. 반복적으로 재순환될 수 있는 이온성 액체는 CO2 포획 효율 면에서 시판중인 아민 봉쇄제에 필적할만하고, 여전히 비휘발성이고, 작용하는데 물을 필요로 하지 않는다. 이온성 액체의 독특한 특성은 이들 액체가 물리적 및 화학적 흡착 공정에 특히 적합하도록 한다. 구조에 있는 양이온 및 음이온을 치환함으로써 이들 액체를 용이하게 조절할 수 있고, 이에 의해 온도 및 압력을 비롯한 특정된 가공 조건에 걸쳐 물리적 및/또는 화학적 흡착에 의해 특정 기체를 흡착하도록 이들 액체를 "조정"할 수 있다. 이들 과제 특이성 이온성 액체는 다른 용매에 비해 화학적 흡착 효율 면에서 상당한 개선을 제공한다.
이온성 액체는 다양한 액체 화학적 분리 공정에 이용된다. IL 용도의 예는 바스프(BASF)에서 개발된 바실(BASIL)(이온성 액체를 이용한 2상 산 소거) 공정인데, 여기에서는 1-알킬이미다졸이 기존 공정으로부터 산을 소거한다. IL 화합물은 또한 이스트만(Eastman)에 의한 2,5-다이하이드로푸란 합성 공정, 및 디파솔(difasol) 공정, 즉 단쇄 알켄을 고분자량의 알켄으로 분지화시키는 다이머솔(dimersol) 공정에 대한 변형인 IL-계 공정 같은 화학적 합성에도 사용된다. 다른 IL-계 공정은 탄소 4개의 올레핀을 아이소부탄으로 알킬화시키기 위한, 페트로차이나(Petrochina)에 의해 개발된 이오니킬레이션(Ionikylation) 공정이다.
본 발명은 원칙적으로 세라믹 막 같은 반투과성 막 시스템을 통해 순환되는 액체 담체를 사용함으로써 선박 배기 가스로부터 SOX, NOX 및/또는 COX를 선택적으로 제거할 수 있음에 기초한다. 이들 불순물은 일반적으로 액체 중으로 용해될 때 방출에 대해 안전하다고 생각되지만, 기체로서 대기 중으로 방출되어서는 안된다. 이러한 화합물을 분리하는 막을 사용함으로써, TEG는 막을 통해 투과될 수 있는 한편, 재, 그을음 및 오일을 포함하는 선박 배기가스 내의 미립자는 그렇지 못하다. 담체는 개끗하고 독성 불순물이 전혀 없는 상태로 유지되고, 안전하게 방출되거나 재사용되거나 재생될 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 개방 모드, 폐쇄 루프 또는 제로 방출 모드중 하나로 이루어진 작동 모드로 작동될 수 있다.
개방 모드로 사용되는 액체 담체는 담수 또는 해수일 수 있는 물일 수 있는데, 이 물 내에 선체가 떠다닌다. 막 분리 시스템은 다공성의 중공 섬유 막 어레이를 포함하는데, 담수 또는 해수가 막의 내부 내에서 순환된다. 주위의 물로부터 담수 또는 해수를 선체 내로 빨아들이고 중공 섬유 막을 통해 순환시킨다. 연도 가스는 다공성의 중공 섬유 막 위로 지나가고 그 막의 외부와 접촉하며 막을 통해 투과된다. 하나 이상의 TEG가 물에 의해 흡수되고 배기가스 스트림으로부터 제거된다. 흡수된 기체는 산을 형성하되, 이는 담수의 경도 또는 염수의 염도에 의해 설파이드 같은 침전물로서 중화된다. 이어, 침전물을 함유하는 담수 또는 해수를 배를 둘러싼 물 중으로 방출한다.
폐쇄 루프 모드로 사용되는 담체 액체는 수산화나트륨 같은 염기성 용액일 수 있고, 이는 중공 섬유 막 어레이를 통해 순환된다. 연도 가스는 다공성의 중공 섬유 막과 접촉하고 막을 통해 담체가 순환되는 구멍 내로 투과된다. TEG는 막 내에서 용액에 의해 흡착되어 배기가스 스트림으로부터 제거된다. 흡착된 기체는 염기에 의해 중화되는 산을 형성한다. 담체 액체가 막 어레이를 통해 통과할 때 담체 액체에 의해 흡착되는 열은 담체 온도를 상승시키고 TEG 화합물을 용액에 유지시킨다. 이어, 담체 액체를 탈착 용기 내에서 냉각시키는데, 이는 TEG 화합물이 설파이드 침전물 같은 고체 형태로 침전되도록 한다. 이어, 여과 같은 기계적 분리 공정에 의해, 침전된 고체를 제거할 수 있다. 이어, 불포화 담체 액체를 폐쇄 순환 루프로서 재순환시킬 수 있다. 탈착 용기 내에서의 담체 액체의 냉각은 해수를 냉각 유체로서 순환시키는 선박 내에서 교환되는 열을 사용하여 제공될 수 있다.
제로 방출 모드로 사용되는 액체 담체는 이온성 액체(IL)이다. 제로 방출 모드는 화학적 침전물이 거의 또는 전혀 발생되지 않는 가역적인 폐쇄 루프 공정을 포함한다. 막 분리 시스템은 IL이 순환되는 다공성의 중공 섬유 막 어레이 및 포화된 IL로부터 TEG를 분리하기 위한 탈착 용기(DV)를 포함한다. 압력 차이, 온도 차이 및/또는 전위 차이를 적용시킴으로써 DV 내의 이온성 액체로부터 이산화황, 질소 산화물 및 탄소 산화물을 분리할 수 있다. 이어, 분리된 기체를 순수한 상태로 또는 화합물로서 저장하고, 이온성 액체를 재사용한다. 흡수된 기체를 저장하고 상업적인 용도로 사용한다. 기체를 분리하는데 요구되는 온도 차이는 열 교환기에 의한 배기 가스에 의해 제공된다.
본 발명에 의해, 배기 가스는 세라믹 다공성 막을 통해 투과되지만 재, 그을음 및 오일을 포함하는 선박 배기가스 내의 독성 미립자는 너무 커서 막 구멍을 통해 투과될 수 없다. 담체는 깨끗하고 독성 불순물이 전혀 없는 상태로 유지되고, 개방 루프, 폐쇄 루프 또는 제로 방출 모드로 안전하게 방출되거나 재사용되거나 재생될 수 있다. 대조적으로, 종래의 습식 워터 스크러버는 담체를 선박 배기가스에 직접 분무할 수 있다. 독성 미립자가 담체 내에 포획되어 현탁되기 시작하고, 복잡하고 에너지 집약적이며 값비싼 세정 시스템을 이용하여 담체로부터 제거되어야 한다. 세정 공정은 육지에 폐기하는데 비용이 많이 드는 슬러지 부산물을 생성시킨다.
정의
본원에서, 하기 용어는 달리 명시되거나 또는 문맥상 달리 명백하게 요구되지 않는 한, 아래 기재되는 의미를 갖는다.
"기체" 또는 "기체들"은 주위 온도 및 압력 조건 하에 기상으로 존재하는 화합물 또는 화합물의 혼합물을 가리킨다.
"디젤"은 압축-점화 디자인의 내부 연소 엔진을 가리킨다. 디젤 엔진은 디젤 연료, 벙커 원유, 바이오디젤 등을 비롯한(이들로 한정되지는 않음) 다양한 연료를 연소시킬 수 있다. 용어 "디젤" 또는 "디젤 배출가스"는 임의의 특정한 연료 유형으로 한정되지 않으며, 디젤형 엔진에서 연소될 수 있는 임의의 탄화수소 연료를 포함한다.
"표적 배출 가스" 또는 "TEG"는 연소 공정에 의해 발생되는 배기 가스 스트림으로부터 제거하고자 하는 임의의 기체 또는 기체들이다. TEG는 황 산화물, 질소 산화물 및 CO2 같은 탄소 산화물을 포함할 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다. TEG는 용액으로 용해되거나 액상 화합물에 결합되는 경우와 같은 상이한 조건하에서 기상 또는 액상 또는 고상으로 존재할 수 있음을 알게 될 것이다.
"배출가스"는 표적 배출 가스뿐만 아니라 다른 가스를 비롯한, 엔진 또는 배기 가스의 다른 공급원으로부터의 전체 연소 배기 가스를 일컫는다.
"담체"는 가스가 풍부한 환경으로부터 TEG의 농도를 선택적으로 감소시키는 막 시스템에서 작동되도록 하기 위해 TEG와 결합할 수 있는 화합물을 함유하는 액체 또는 TEG를 용액으로 용해시킬 수 있는 액체중 하나를 가리킨다.
"반투과성 막"은 또한 선택적으로 투과성인 막, 부분 투과성 막 또는 차등 투과성 막이라고 할 수 있으며, 선택된 분자 또는 이온이 확산에 의해 그를 통해 통과하게 하는 막이다. 막을 통한 통과 속도는 어느 한 쪽에서의 분자 또는 용질의 압력, 농도 및 온도 뿐만 아니라 각 용질에 대한 막의 투과성에 따라 달라질 수 있다. 막은 막의 조성 및 다른 인자에 따라 두께가 달라질 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시양태에 따른 배출가스 감소 시스템을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 기체 흡착 모듈의 사시도이다.
도 3은 도 2의 기체 흡착 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 기체 흡착 모듈 및 관련된 하우징과 기체 덕트 구성요소의 단면도이다.
도 5는 기체 흡착 모듈의 내부 구성요소의 개략도이다.
도 6은 TEG의 선택적인 흡착을 개략적으로 보여주는, 기체 흡착 모듈 내의 중공 섬유 세라믹 막의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시양태에 따른 기체 처리 시스템의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시양태에 따른 기체 처리 시스템의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시양태에 따른 기체 처리 시스템의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시양태에 따른 기체 처리 시스템의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시양태에 따른 기체 처리 시스템의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 제 6 실시양태에 따른 기체 처리 시스템의 개략도이다.
도 13은 특히 시스템 제어 수단을 보여주는, 본 발명의 한 실시양태에 따른 기체 처리 시스템의 개략도이다.
도 14는 본 발명의 한 실시양태에 따른 제어 시스템의 작동을 도시하는 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 기체 흡착 모듈 내에서의 SOx 흡착 속도에 대한 수온의 영향을 보여주는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 기체 흡착 모듈 내에서의 SOx 흡착 속도에 대한 중공 섬유 막 어레이를 통한 물의 유속의 영향을 도시하는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 기체 흡착 모듈 내에서의 SOx 흡착 속도에 대한 배기 가스 유동비(실제 유동/디자인 유속)의 영향을 보여주는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 다른 양태에 따른 기체 흡착 용기의 개략도이다.
도 1은 배기 가스 스트림(1)으로부터 하나 이상의 표적 배출 가스(TEG)(2)의 농도를 감소시키는데 유용한, 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템(20)의 실시양태의 개략도이다. 기체 스트림(1)은 TEG 분자(2)와 비-TEG 분자(3)의 혼합물을 포함한다. 배기 가스(1)는 선박 디젤 엔진 또는 다른 연소 공정에 의해 발생될 수 있다. 예를 들면, 시스템은 히터, 버너 또는 가스 터빈뿐만 아니라 다양한 유형의 내부 연소 엔진으로부터의 배기가스를 가공하는데 적합화될 수 있다. 도 1에 도시된 기체 처리 시스템(20)은 아래에 기재되는 바와 같이 일반적인 용어로 기체 흡착 단위장치(22), 봉쇄된 TEG 화합물을 담체 액체로부터 분리하기 위한 TEG 탈착 단위장치(24), 및 배기 가스, 담체 및 분리된 TEG를 순환시키기 위한 관련 도관, 밸브, 펌프 및 다른 구성요소를 포함하는 "폐쇄 루프" 시스템이다. 도 1의 실시양태에서, 기체 처리 시스템(20)은 단리된 TEG를 압축된 기체 형태로 또는 다른 적합한 저장 형태로 저장하는 기체 저장 모듈(28)을 추가로 포함한다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 적어도 일부의 TEG는 예를 들어 수용액 중에서 해양으로 방출됨으로써 저장되지 않고 폐기될 수 있다.
기체 흡착 단위장치(22)는 도 4에 상세하게 도시되는 주 하우징(30)을 포함하며, 이 주 하우징은 하나 이상의 흡착 모듈(26)을 수용한다. 배기 가스는 엔진 도관(34)으로부터 기체를 받아들이는 기체 유입 공동(32)으로부터 주 하우징(30)을 통해 순환된다. 배기 가스는 주 하우징(30) 내에 장착된 하나 이상의 흡착 모듈(26)을 통해 순환되고, 그 후 처리된 배기 가스는 환경으로 방출되기 위하여 유출 공동(36)을 통해 기체 유출 도관(38) 내로 배출된다.
다중 모듈(26)은 엔진 배기가스로부터 선택된 TEG를 제거하기 위하여 동시에 또는 연속적으로 작동하는 어레이로 주 하우징(30) 내에서 구성될 수 있다. 병렬 시스템(20)의 작동은 담체가 병렬 연결된 다수개의 모듈(26)에 공급되어 각 모듈이 동일하게 불포화 담체 액체를 수용하도록 하는 작동 모드를 가리킨다. 직렬 시스템(20)의 작동은 담체 액체가 다수개의 모듈(26)을 통해 직렬로 공급됨으로써 액체가 개별적인 모듈을 통해 통과할 때 점점 더 포화되도록 하는 작동 모드를 말한다. 도 1은 단일 모듈(26)을 함유하는 시스템을 도시하고; 도 7 내지 도 12는 흡착 시스템(20)이 다수개의 흡착 모듈(26)을 포함하는 다른 처리 시스템을 도시한다. 각 흡착 모듈(26)은 막 어셈블리(66)를 그 안에 함유한다.
배기 가스는 유입 도관(34)을 통해 기체 흡착 단위장치(22)에 들어가고 처리 후 유출 도관(38)을 통해 방출된다. 불포화된 액체 담체를 액체 유입 도관(40)을 통해 기체 흡착 단위장치(22) 내로 공급한다. 포화된 액체 담체는 유출 도관(42)을 통해 단위장치(22)에서 나간 다음, TEG를 담체로부터 제거하는 탈착 단위장치(24) 내로 공급된다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 담체 액체는 저장 또는 폐기를 위해 별도의 장소로 수송하기 위하여 하나 이상의 TEG를 배기 가스로부터 흡착한다. 이제 불포화된 담체를 유입 도관(40) 내로 재순환시킨다. 도 1에서 보는 바와 같이, 유출 도관(42) 내의 제 1 펌프(44) 및 유입 도관(40) 내의 제 2 펌프(172)에 의해 액체 유동을 가압한다. 탈착 단위장치(24)로부터의 기체 유출은 펌프 또는 압축기(46)에 의해 가압된다. 열 교환기(48)가 액체 도관(40)과 인-라인으로 위치하여 재순환되는 담체로부터 과량의 열을 제거한다. 임의적인 선상 사용을 위해, 냉각제 유체(기체 또는 액체)가 유입 도관(49)을 통해 열 교환기(48)에 들어가고, 유출 도관(51)을 통해 나간다.
도 1에 개괄적으로 도시된 바와 같이, 분리 흡착 단위장치(22)로부터의 포화된 담체 액체는, 포화된 담체에 비교적 감압 및/또는 고온 조건을 가하는 탈착 탱크(24)에 들어간다. 이들 조건 하에서는, 용해되고/되거나 결합된 TEG가 탈기되고 기포가 발생한다. 용해된 무기 염은 용액으로부터 침전되어 나오고 탱크의 바닥에 침강된다. 분리된 기체는 탱크(24) 상부에 축적되고, 이로부터 기체 유출구(25)를 통해 방출된다. 탱크(24)로부터 방출된 기체는 파이프(45)를 통해 유동하고, 기체 펌프(47)에 의해 가압되는데, 이 펌프는 선상에서 또는 육지에서 안전하게 폐기하기 위하여 TEG를 하나 이상의 가압되는 기체 저장 용기(28) 내로 펌핑한다. 이제 불포화된 담체를 유입 도관(40)을 통해 흡착 단위장치(22)로 다시 운송한다.
기체 처리 시스템(20)은 유출 도관(42) 내에서 담체 액체의 pH를 측정하기 위한 pH 센서(54)를 추가로 포함한다. 시스템(20)은 유입 도관(40) 내에서 담체 액체 압력을 측정하기 위한 제 1 압력 센서(56) 및 유출 도관(42) 내에서 담체 압력을 측정하기 위한 제 2 압력 센서(58)를 추가로 포함한다. 엔진 배기가스 도관(34) 내에서 시스템(20)에 들어가는 미처리 배기가스 내의 선택된 TEG의 수준(들)을 검출하기 위하여 하나 이상의 제 1 TEG 센서(60)가 제공된다. 방출 도관(38)에서 처리된 배기가스 내의 선택된 TEG의 수준을 검출하기 위하여 하나 이상의 제 2 TEG 센서(62)가 제공된다. 개별적인 센서(60, 62)는 제어 시스템(200)과 작동가능하게 연통됨으로써, 아래에서 더욱 상세하게 기재되는 바와 같이 시스템의 효율적인 작동을 위해 센서에 의해 검출된 값이 실시간으로 제어 시스템(200)으로 전송된다.
도 2 내지 도 5에 더욱 상세하게 보여지는 바와 같이, 기체 흡착 모듈(26)은 막 어셈블리(66)를 수용하기 위한 하우징(64)을 포함한다. 미처리 배기 가스(1)가 어셈블리(66)와 접촉하기 위하여 하우징(64)에 들어간 후, 스크러빙된 기체(3)가 하우징(64)에서 나간다. 스크러빙된 배기 가스에서는 적어도 부분적으로 하나 이상의 TEG(3)가 고갈된다. 하우징(64) 내에서는, 담체에 기초한 기체 흡착 공정을 이용하여 중공 섬유 반투과성 막과 접촉시킴으로써 TEG(30)를 배기 가스(1)로부터 스트립핑시킨다. 새로운(불포화) 비교적 저온의 담체가 담체 유입 도관(40)을 통해 하우징(64)에 들어가고, 포화된 TEG-함유 담체 액체(72)가 유출 도관(42)을 통해 나간다.
모듈 하우징(64)은 선체 또는 다른 곳에 설치하기 위한 단일 단위장치의 형태로 다수개의 모듈(26)을 편리하게 조립시키도록 구성상 모듈식일 수 있다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 다수개의 모듈(26)은 용도에 따라 병렬로 또는 직렬로 연결될 수 있다. 한 예에서, 하우징(64)은 직사각형이고, 50cm×50cm×100cm의 치수를 갖는다. 하우징(64)은 헤비 게이지 스테인레스 강 시트 같은 금속 시트로부터 제조될 수 있다. 다수개의 모듈(26)은 접근 및 용이한 교체를 위해 선반에 고정될 수 있다.
하우징(64)은 시트 물질로부터 제조되고, 대향하는 측벽(74a, 74b) 및 대향하는 말단 벽(76a, 76b)을 포함한다. 설명하기 위하여, 긴 축 "a"은 말단 벽(76a, 76b) 사이에서 연장되는 것으로 생각될 수 있다. 하우징(64)의 내부는 말단 벽(76)에 평행한 중심 분할 벽(78)에 의해 2개의 본질적으로 똑같은 공간으로 분할된다. 분할 벽(78)은 아래에 기재되는 바와 같이 하우징(64) 내에서 중공 막(80)을 지지한다. 하우징(64)의 추가적인 구조적 일체성을 위해 외부 보강재 막(82)이 제공될 수 있다. 하우징(64)의 위와 아래는 개방되어 있어서 하우징을 통해 기체가 자유롭게 유동하도록 한다.
하우징(64)은 그의 내부에 제 1 및 제 2 천공된 벽(84a, 84b)(도 3에 도시됨)을 보유하며, 이 천공된 벽은 각각 구멍(86)의 어레이를 갖는다. 천공된 벽(84a, 84b)은 상응하는 말단 벽(76a, 76b)에 고정되고, 개별적인 말단 벽(76)을 실질적으로 덮도록 본질적으로 동일한 구성으로 이루어진다.
말단 벽(76a, 76b)은 각각 하우징(64)의 내부에 대해 개방된 오목한 중심부(88a, 88b)를 갖는다. 오목부(88a, 88b)는 개별적인 천공된 벽(84a, 84b)으로 덮이고, 스트립(85) 및 가스켓(87)을 장착함으로써 말단 벽(76)에 밀봉 및 고정된다. 오목부(88a, 88b)는 각각 에워싸인 매니폴드를 한정하고, 오목부(88b)는 유입 매니폴드를 한정하고, 오목부(88a)는 유출 매니폴드를 한정한다.
천공된 벽(84)은 볼트 또는 다른 조임쇠에 의해 말단 벽(76)에 고정될 수 있다.
하우징(64)은 그의 내부에 하나 이상의 막 어셈블리(66)를 수용한다. 각각의 어셈블리(66)는 하우징(64)의 내부에 걸쳐있고 말단 벽(76a, 76b) 사이에 축방향으로 연장되는 다공성의 세라믹 중공 섬유 막(80)의 어레이로 구성된다. 막(80)(이들 중 하나가 도 6에 상세하게 도시됨)은 각각 관상 세라믹 막 벽(90) 및 중공 중심 구멍(92)을 포함한다. 작동시에는, 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 액체 담체는 구멍(92)을 통해 유동하는 한편 배기 가스는 막 벽(90)의 외부와 접촉한다. 막 벽이 TEG가 벽을 투과하여 구멍 내로 들어가는 반면 다른 배기 가스가 차단되도록 하는 공극을 갖는다는 점에서 막(80)은 반투과성이다. 구멍(92) 내에서 순환하는 액체 담체는 막 벽(90)을 투과할 수 없다. 구멍(92)을 통한 불포화 담체의 유동은 담체 내의 TEG의 보다 낮은 기체 분압을 유지함으로써 분압이 비교적 높은 기체 측으로부터 분압이 낮은 담체 측으로의 막 벽(90)을 가로지르는 유동을 발생시킨다. 그 결과, 막(80)은 하우징(64)을 통해 유동하는 배기 가스 스트림으로부터 TEG를 분리할 수 있다.
적합한 세라믹 중공 섬유 막은 멤브랄록스(Membralox)® 막 같은 시판중인 알루미늄 산화물(Al2O3) 중공 섬유 막을 포함한다. 이 막에 대한 설명은 http://www.pall.com/main/food-and-beverage/product.page?id=41052에서 입수할 수 있다. 적합한 막(80)의 대표적인 치수는 다음과 같다: 공극 크기: 100Å; ID: 4mm; 길이: 1020mm.
막(80)의 대향 말단은 벽(84a, 84b)의 개구(86) 내에 고정된다. 막 구멍(92)는 막(80)의 말단에서 개별적인 개구(86)와 연통된다. 막(140)과 각각의 상응하는 개구(86) 사이의 교차점은 유체(기체 및/또는 액체) 누출에 대해 밀봉된다. 예를 들어, 납땜 또는 접착 공정에 의해 막(80)을 개구(86)에서 벽(84)에 고정시킬 수 있다. 막(80)은 중간 지점에서 막(80)을 지지하는 분할 벽(78) 내의 개구(94)를 통해 통과한다. 따라서, 유입 매니폴드(88b) 내로 들어가는 유체는 막 어레이(96)를 가로질러 분배되어 유체가 막(80)의 구멍(92) 내로 들어가는 것으로 생각된다. 이어, 담체는 구멍(92)을 통해 유동하고, 유출 매니폴드(88a) 내로 방출된다. 하우징(64) 내에서 액체로 충전된 모든 공간은 누출에 대해 밀봉된다.
불포화 담체 액체는 액체 유입구(98)(도 3에 도시됨)를 통해 유입 매니폴드(88b)에 들어가고, 이로부터 막(80) 내로 분배된다. 막 어레이(96)를 통해 통과한 후, 이제 포화된 담체는 유출 매니폴드(88a)에 들어가고 이로부터 유출구(100)를 통해 방출된다. 유입구(98) 및 유출구(100)는 시스템(3)의 다른 구성요소로 이어지는, 도 1 내지 도 3에 개략적으로 도시된 호스 또는 다른 액체 도관에 연결된다.
불포화 배기 가스는 유입 공동(32)을 통해 하우징(64)에 들어가는데, 유입 공동은 엔진 또는 TEG를 함유하는 오염된 기체의 다른 공급원으로부터의 미처리(미가공) 배기 가스를 방출한다. 기체는 하우징(64)의 내부를 통해 유동하여 기체가 유출 공동(36)으로 이동할 때 막 어레이(96)와 접촉한다. 막 어레이(96)는 본질적으로 하우징(64)의 내부를 채움으로써, 기체가 하우징을 통해 유동할 때 다량의 기체가 하나 이상의 막 벽(90)과 접촉한다. 배기 가스와 막 표면 사이의 접촉량은 어레이(96)의 구성, 막(80)의 크기와 간격, 및 하우징(64)을 통한 기체 유속을 비롯한 몇 가지 인자에 의해 결정된다. 막의 더 가까운 간격 및 더 많은 수의 막에 의해 접촉을 증가시킬 수 있으나, 이는 가능한 배압 증가 및 다른 인자에 대해 균형을 이루어야 한다. 그 결과, 소정 크기의 하우징 내에 포함될 수 있는 관상 막의 수를 비롯한 막 어레이(96)의 구성은 예상되는 배출가스의 공급원을 제공하는 엔진의 매개변수 및 엔진 성능의 상당한 감소를 야기하지 않으면서 장치(3)에 의해 부과될 수 있는 배압 같은 인자에 따라 어느 정도 달라진다.
기체 및 액체 스트림이 막(80)의 대향 표면과 접촉하는, 하우징(64)을 통한 개별적인 기체 및 담체 유동 경로는 도 5 및 도 6에 개략적으로 도시된다. 도시된 바와 같이, 액체(72)는 구멍(92) 또는 막(80)을 통해 유동하는 반면, 배출 가스(1)는 막(80)의 외부와 접촉한다. 미가공 배출 가스(1)가 막(80)의 표면과 접촉할 때, 기체(1) 내의 TEG 분자(68)가 기체 농도가 높은(기체 분압이 높은) 영역으로부터 기체 농도가 낮은(기체 분압이 낮은) 영역으로 막(80)을 통해 투과된다. 비-TEG 분자(147)는 막(80)으로부터 배제되고, 따라서 막(80)의 외부에서 하우징(64) 내에 농축되어, 비-TEG 성분이 풍부하고 감소된 양의 TEG를 함유하는 농축된 배출 가스를 형성한다.
따라서, 막(80)의 외부는 막 벽(90)의 분압의 높은 측을 구성하는데, 여기에서는 배기 가스 내의 TEG의 분압이 구멍(92) 내에서 순환되는 담체의 분압에 비해 비교적 높다. 분압의 차이가 TEG를 외부로부터 막(80)의 내부로 이동하게 한다. 담체(72)는 막(80)의 내부를 통해 유동하여 TEG의 일관되게 낮은 기체 분압을 유지한다.
TEG 분자(68)는 픽의 확산 법칙(Fick's law of diffusion)에 따라 막을 통해 확산되고 낮은 압력 측에서 막 물질에서 나가는데, 낮은 압력 측에서 이들 분자는 투과 액체(72) 중으로 용해되거나 또는 달리 액체(72)와 합쳐진다. 비-TEG 분자(3)가 풍부하고 TEG분자(68)가 적은 스트립핑된 배기 가스는 대기 중으로 방출되기 위하여 하우징(64)에서 나간다.
(담체에 따라) 용해되거나 결합된 형태로 TEG(68)를 함유하는 담체 액체(72)는 하우징(64)에서 나가서, 기체 탈착 용기(24)로 순환된다. 탈착 용기(24)는 도 19에 개략적으로 도시된다. 용기(24)는 IL을 보유하기 위한 탱크를 포함하고, 기체 함유 IL용 유입구(102), 재순환된(기체를 함유하지 않는) IL용 액체 유출구(104), 및 이온성 액체로부터 분리된 기체를 기체 도관(108) 내로 방출하기 위한 기체 유출구(25)를 포함한다. 탱크는 스테인레스 강 또는 저 탄소 강의 탱크 벽을 포함할 수 있다. 탱크 내의 압력은 도관 내의 유체 압력에 비해 감소된다. 탱크(24)는 또한 열 교환기를 통해 승온으로 유지된다. 가열 유체는 유입구(360)에서 들어가고 유출구(361)에서 나간다. 이온성 액체는 유입구(102)를 통해 탱크(24)에 들어가고, 탱크 내에서 탈기된다. 탈착 용기(24) 내에서, 이온성 액체 중으로 용해된 TEG(예컨대, SOX, NOX 또는 COX)는 탈기되고, 흡착 모듈(26) 내에서의 이들 조건에 비해 감압 및/또는 승온 조건 하에서 기포로서 용액으로부터 방출된다. 임의적으로는, 전하를 용기(24) 내에 인가하여, 기체 분리 단계의 효율을 개선할 수 있다. 방출된 기체는 액체 유입구(102) 위의 상부 영역에서 탱크(24) 내에 축적된다. 분리된 기체는 기체 유출구(25)로부터 방출된다. 이어, 방출된 기체는 기체 저장 탱크(28) 내에 저장을 위해 압축기(46)에 의해 가압된다. 압축된 기체는 육지에서 안전하게 폐기될 수 있다. IL을 유출구(104)로부터 방출하여 재사용하기 전에 열 교환기를 통해 냉각시킨다. 냉각제 유체는 유입구(362)에서 들어가고 유출구(363)에서 나간다. 탱크(24) 내에서의 염 및 불용성 화합물의 침전물이 바닥에 침강하고, 밸브(365)를 통해 주기적으로 퍼지시킬 수 있다.
담체 액체(72)는 TEG 분자와 결합하고 용이해진 수송으로서 통상적으로 일컬어지는 현상을 통해 확산 효율을 증가시키는 과제 특이성 이온성 액체(TSIL)를 포함할 수 있다.
본 발명에서 단독으로 또는 함께 사용될 수 있는 TSIL의 예는 1,1,3,3-테트라메틸구아니듐 락테이트[TMG][L], 모노에탄올암모늄 락테이트[MEA][L], 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트[BMIm][BF4], 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[BMIm][MeSO4], 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[HMIm][MeSO4], 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[EMIm][MeSO4]; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트[BMIm][PF6], 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트라이플루오로메탄설포네이트[BMIM]OTf, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트([C4mim][PF6])를 포함한다.
다르게는, 담체(150)는 수산화나트륨을 포함할 수 있는데, 이 화합물은 배출가스 스트림으로부터 황 산화물을 흡착하고 황산을 중화시키는데 사용될 수 있다.
도 7 내지 도 12는 기체 처리 시스템(20)의 다른 실시양태를 도시한다.
도 7에 도시된 시스템(20)의 한 실시양태는 선체(300)에 설치된 "개방" 시스템이다. 이 실시양태에서, 담체 액체(72)는 선체 주위의 물 환경으로부터 펌핑된 후 하나 이상의 TEG 화합물이 물에 용해된 후 물로 다시 방출되는 해수 또는 담수 같은 물을 포함한다. 물(특히 해수)은 배출가스 스트림으로부터 황 산화물을 흡수하고 황산을 중화시킬 수 있다. 선박 디젤 엔진(302)에 의해 발생된 기체는 배기가스 도관(34) 내로 방출된다. 도관(34)은 유입 매니폴드(32)를 통해 흡착 단위장치(22)로 개방된다. 탈착 단위장치(22) 내에는 하우징(30) 내에서 직렬로 선형 배열된 다수개(이 경우에는 4개)의 기체 흡착 모듈(26a 내지 26d)이 장치된다. 배기 가스는 하우징(30)을 통해 통과하여 모듈(26a 내지 26d) 내의 개별적인 막 어셈블리(66)와 접촉하고, 방출 도관(38)을 통해 대기로 방출된다.
도 7의 실시양태에서는 한쪽 말단이 용기(300)의 외부로 개방되는 유입 파이프(304)를 통해 주위 물로부터 해수(또는 선체가 담수 환경에서 이동중인 경우 담수)를 빨아들인다. 파이프(304)는 물 유동을 4개의 개별적인 파이프(308a 내지 308d)로 나누는 파이프 스플리터(306)에 들어가고, 상기 4개의 개별적인 파이프는 다시 각각 개별적인 흡착 모듈(26a, 26b, 26c, 26d)의 상응하는 유입 매니폴드 내로 공급된다. 모듈(26a 내지 26d)은 담체 순환과 관련하여 병렬로 작동되는데, 이 때 담체는 개별적인 모듈을 통해 동시에 공급된다. 해수 또는 담수는 개별적인 모듈을 통해 순환되는데, 여기에서 이는 개별적인 모듈을 통해 통과하는 배기가스로부터 그에 용해된 TEG로 포화되기 시작한다. 이어, 포화된 물을 공동 방출 도관(310) 내로 수집하고, 다시 대양으로 방출한다. 물 순환 시스템의 유출구 말단에서 펌프(312)에 의해 물을 시스템을 통해 펌핑한다. 아래에서 논의되는 바와 같이 펌프 컨트롤러(314)에 의해 펌프(312)를 제어한다.
다수개의 모듈은 동일하거나 상이할 수 있다. 상이한 모듈의 경우, 그의 막 어셈블리는 상이한 TEG를 흡착하기 위하여 상이한 공극 크기 및/또는 막 벽 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 도 7은 4개의 모듈(26a 내지 26d)을 도시하지만, 배기 가스의 유속, 목적하는 TEG 감소 수준 및 다른 매개변수에 따라 임의의 수의 모듈을 제공할 수 있다.
도 8에 도시된 실시양태는 도 7과 유사한 "개방" 시스템이다. 그러나, 담체를 모듈(26a 내지 26d)로 동시에 전달하기보다는 도 8의 예에서는 담체(해수/담수)를 모듈(26a 내지 26d)로 직렬로, 즉 연속적으로 전달한다. 그러므로, 물 유입 도관(304)은 물을 모듈(26a)에 최초로 전달하고, 그로부터 모듈(26b) 내로 방출하고, 모듈(26d)로부터 주위 해수로 다시 최종적으로 방출될 때까지 계속 그렇게 한다. 도 8은 산 용액 방출에 대한 임의의 적용가능한 규제성 제한에 순응하기 위하여 방출되는 물의 산도를 감소시키고자 대양으로 방출하기 전에 포화된 해수 중으로 선택적으로 도입될 수 있는 MgOH 같은 중화 화합물을 분배하는 임의적인 구성요소를 도시한다. 염기성 용액을 탱크(316)에 저장하고 파이프(318)를 통해 물 도관(310) 내로 방출한다. pH 센서(54)에 의해 검출되는 포화된 물의 pH 수준에 응답하여 컨트롤러(200)에 의해 제어되는 펌프(320)에 의해 염기성 용액을 펌핑한다. 염기성 용액은 예를 들어 규제에 순응하기 위하여 선택된 수준만큼 산도를 감소시키도록 선택되는 속도로 포화된 담체 액체와 합쳐진다.
도 9는 담체 액체(72)가 시스템(20)을 통해 순환되는 50% V:V NaOH:물 용액으로 구성되는 시스템(20)의 "폐쇄 루프" 버전을 도시한다. 이 실시양태에서는, 이 예에서 4개의 TEG 흡착 모듈(26a 내지 26d)을 포함하는 기체 흡착 단위장치(22)를 통해 엔진 배기가스가 유동한다. 탈착 용기(24)로부터의 불포화 담체 액체를 가변 속도 펌프(44)에 의해 흡착 단위장치(22)를 통해 펌핑하고, 모듈(26a 내지 26d)을 통해 연속적으로 순환시킨다. 펌프는 다시 컨트롤러(200)와 작동가능하게 연통되는 펌프 컨트롤러에 의해 제어된다. 흡착 단위장치(22) 내에서, 엔진 배기가스(1)로부터의 열은 담체 액체의 온도를 높이고, 담체가 황 산화물 같은 TEG 화합물(68)(이는 담체 액체(72) 내에서 용액으로 용해됨)을 흡착하도록 한다. 산성 황 산화물 분자를 수산화나트륨 담체 용액 내에서 중화시킨다. 탈착 용기(24) 내에서, 담체 액체(72)를 냉각시키는데, 이는 용해된 TEG가 고체 침전물(322)로서 침전되어 나오도록 한다. TEG가 황 산화물을 포함하는 경우, 침전물은 설파이드를 포함한다. 침전물(322)은 용기(24)의 바닥에 축적되고, 육지에서의 폐기를 위해 주기적으로 제거될 수 있다. 탈착 용기(24) 내에서의 담체 액체(72)의 냉각은 열 교환기(324)에 의해 수행될 수 있다. 주위 환경으로부터의 물을 물 파이프(326)를 통해 펌프(325)에 의해 열 교환기(324)를 통해 순환시킨다. 펌프(325)는 컨트롤러(200)와 작동가능하게 연통되는 펌프 컨트롤러(328)에 의해 제어된다.
도 10은 불포화 담체 액체(72)가 펌프(46)에 의해 가압되고 유입 도관(40)을 통해 흡착 단위장치(22)에 들어가는 시스템(20)의 실시양태를 도시한다. 담체는 다수개의 흡착 모듈(26a 내지 26d)을 통해 연속적으로 유동한다. 이제 포화된 담체는 펌프(44)에 의해 가압되는 방출 도관(42)을 통해 유동하고 탈착 용기(24) 내로 들어간다. 탈착 용기(24) 내에서는, 예를 들어 용기(24) 내의 압력을 감소시킴으로써 흡착된 TEG 화합물(68)이 액체(72)로부터 탈기되는 조건을 담체 액체에 가한다. 분리된 TEG 화합물(68)은 기상으로 용기(24)의 개구(25)를 통해 도관(45) 내로 방출된다. TEG 기체는 압축기(47)에 의해 저장 용기(28) 내로 가압된다. 이어, 불포화 담체를 다시 유입 도관(40)을 통해 흡착 단위장치(22) 내로 펌핑한다. 도 10의 실시양태는 순환되는 담체 액체가 이온성 액체일 수 있는 "제로 방출" 모드로 작동되도록 구성된다.
도 11은 2개의 흡착 모듈(26a, 26b)을 갖는, 도 10과 유사한 실시양태를 도시한다. 담체 액체는 모듈(26a, 26b) 내에서 포화되기 시작한다. 포화된 담체 액체는 도관(42)을 통해 탈착 용기(24) 내로 이송되고, 탈착 용기에서 액체를 감압시키는 수단에 의해 탈기된다. 불포화 액체를 도관(40)을 거쳐 모듈(26a, 26b)을 통해 재순환시킨다. 이 실시양태에서는, 담체 액체를 시스템을 통해 순환시키기 위해 단일 펌프(46)가 제공되고, 액체를 용기(24) 내에서 감압시킴으로써만 포화된 담체 액체의 탈기를 수행한다.
도 12는 다수개의 선택된 TEG를 제로 방출 모드로 독립적으로 분리 및 저장하도록 구성된 시스템(20)의 실시양태를 도시하되, 이 때 선택된 TEG는 독립적으로 제거 및 저장된다. 이 실시양태에서, 흡착 단위장치는 6개의 흡착 모듈(26a 내지 26f)을 포함한다. 모듈은 3개의 쌍으로 배열된다. 즉, 모듈(26a, 26b)이 제 1 쌍이고, 모듈(26c, 26d)이 제 2 쌍이며, 모듈(26e, 26f)이 제 3 쌍이다. 각 모듈 쌍은 쌍의 개별적인 모듈을 통해 담체를 직렬로 유동시키도록 구성된다. 독립적인 회로에서 개별적인 모듈 쌍을 통해 상이한 담체 액체를 순환시켜 선택된 TEG를 개별적으로 분리한다. 제 1의 폐쇄된 담체 액체 루프는 모듈(26a, 26b)을 통해 담체를 순환시키는 제 1 담체 유입구(40a)를 포함한다. 제 1 루프로부터의 포화된 담체를 제 1 탈착 용기(24a) 내로의 방출 도관(42a) 내로 방출시킨다. 용기(24a)에서는, 제 1 TEG(68a)를 담체 액체로부터 분리하고 제 1 기체 저장 용기(28a) 내로 가압한다. 제 2 폐쇄 루프는 도관(40b, 42b)을 포함하며, 이들 도관은 불포화 담체를 제 2 모듈 쌍(26c, 26d) 및 제 2 탈착 용기(28b)를 통해 순환시킨다. 제 2 기체 저장 용기(28b)를 제공하여 제 2 TEG(68b)를 저장한다. 제 3 폐쇄 루프는 제 3 TEG(68c)를 분리 및 저장하기 위해 구성 면에서 유사하다. 담체 액체(72)는 파이프(42a 내지 42c)를 통해 모듈(26a 내지 26f)로 다시 유동하여 3개의 독립적인 유체 회로를 종결시킨다. 개별적인 담체 액체는 특정 TEG를 흡착하도록 선택된 3개의 상이한 이온성 액체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 담체 액체는 1) SOx를 흡착하기 위하여 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[BMIm][MeSO4]를 포함하고, 2) CO2를 흡착하기 위하여 1-부틸-3-메틸-이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트([C4mim][PH6])를 포함하며, 3) NOx를 흡착하기 위하여 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트라이플루오로메탄설포네이트[BMIM]OTf를 포함한다.
TEG 탈착 시스템의 다른 실시양태가 도 18에 도시되어 있다. 이 실시양태에서, 포화 담체 액체는 유입 도관(102)을 통해 상부에서 탈착 챔버(24)에 들어간다. 챔버(24)에 들어갈 때의 압력 강하는 액체가 탈기되어 TEG를 방출하도록 한다. 이어, 기상 TEG를 도관(25)을 통해 방출하고, 도관(108)을 통해 저장 용기(28) 내로 압축기(46)에 의해 펌핑한다. 챔버(25) 내의 밀봉된 파이프를 통해 냉각제 유체를 순환시킴으로써 챔버(24) 내의 액체를 냉각시킨다. 냉각제 유체는 파이프(360)를 통해 들어가고, 파이프(361)에 의해 방출된다. 불포화 담체 액체는 챔버 기부에 인접하여 챔버(24)를 나가고, 제 2 용기에 들어간다. 담체 액체는 제 2 용기의 내부 내의 밀봉된 파이프를 통해 순환되는 추가적인 냉각제 유체에 의해 제 2 용기 내에서 추가로 냉각된다. 추가적인 냉각제는 파이프(362)를 통해 들어가고 파이프(363)를 통해 나간다. 이어, 도시되지 않은 하나 이상의 기체 흡착 모듈(26) 내에서 순환하기 위하여, 냉각된 담체 액체는 방출 도관(104)을 통해 제 2 용기에서 나간다.
"제로 방출 모드" 실시양태에서 사용되는 담체는 과제 특이성 이온성 액체 "TSIL"일 수 있다. TSIL은 가역적인 담체를 포함한다. 이는 압력 차이, 온도 차이 및/또는 전위 차이를 적용함으로써 TEG+TSIL 용액(7)(그에 용해된 TEG를 갖는 IL)이 탈착 용기(28a 내지 28c)에서 분리되도록 한다.
처리 시스템(20)은 통상적으로 엔진 압력에서 작동될 수 있다. 일부 경우, 시스템(20)은 엔진 디자인 또는 제조업체에서 부과된 조건 및 터보 단위장치, 열 교환기, 파이프 벤드(pipe bend) 등과 같은 배압에 기여하는 다른 시스템의 수에 따라 과도한 배압을 발생시킬 수 있다. 배압이 소정 최대치를 초과하는 경우, 부스터 팬(10)을 제공하여 시스템(20) 상류의 배기 가스 압력을 올림으로써 시스템(20)에 의해 부과되는 배압을 감소시킬 수 있다.
한 실시양태에서는, 하우징(64)에 들어가기 전에 열 교환기를 사용하여 엔진 배기가스로부터의 열을 추출한다. 이는 두 가지 이점을 제공한다. 제 1 이점은 선박 배기가스의 온도를 특정 중합체 막 및 TSIL의 보다 낮은 작동 온도로 낮추는 것이다. 제 2 이점은 포획된 열 에너지를 가하여 TEG+TSIL을 분리하기 위한 온도 차이를 제공하는 것이다. 시스템의 전체적인 열 효율이 개선되어 시스템을 작동시키는 에너지를 감소시킨다.
흡착 용기(14)는 TEG와 TSIL의 분리율을 개선하기 위하여 거의 진공 압력에서 작동된다. 전위를 또한 가하여 TEG와 TSIL의 분리를 개선할 수도 있다.
TEG는 탈착 용기(24a 내지 24c) 내에서 기체로서 유리되고, 가압된 용기(28a 내지 28c)에 수집 및 저장되거나, 또는 고체로서 저장하기 위해 화합물로서 결합된다. TSIL은 탈착 용기(24a 내지 24c) 내에서 액체로서 유지된다. 이어, TSIL을 기체 흡착 단위장치(22)로 다시 펌핑한다.
증발 또는 화학적 분해를 통해 손실되는 임의의 TSIL을 대체하기 위하여 주기적으로 저장 용기로부터 TSIL의 보충량을 첨가할 수 있다.
도 13에 개략적으로 도시된 바와 같이, 흡착 시스템(20)은 아래에 기재되는 모니터와 검출기를 포함하여, 시스템의 작동 동안 모니터가 시스템 작동 매개변수를 선택하고 생성된 데이터를 컨트롤러(200)에 전송한다. 이들은 막 모듈(26) 내로 들어가기 전에 담체 압력을 측정하는 상류 액체 압력 검출기(56); 각각의 막 어셈블리 하류에서 담체 압력을 측정하는 다수개의 하류 액체 압력 검출기(58); 및 각각의 막 모듈(26)에서 나가는 담체의 pH를 측정하기 위하여 개별적인 막 어셈블리(66) 하류에 위치하는 다수개의 pH 센서(54)를 포함하되, 이 때 압력 사이에서 검출된 차이는 개별적인 막 어셈블리(66) 내에서 거의 발생되는 압력 강하를 나타낸다. 임의적으로는, 막 모듈(26)을 통해 유동하기 전에 담체 액체의 pH 수준을 검출함으로써 pH 차이를 결정하도록 하기 위하여 막 모듈(26) 상류에 pH 센서를 제공할 수 있다.
기체 처리 시스템(20)의 작동을 위한 제어 시스템(200)이 아래에 기재된다. 시스템(20)의 작동은 물질 전달 원리 또는 헨리의 법칙(Henry's law)을 이용하여 배기 가스의 물질 전달 또는 흡착을 최적화함으로써 배기 가스가 막을 통해 흡착되게 하기에 충분히 막 외표면과 접촉하도록 구성된다. 제어 시스템(200)은 일반적으로 램(random access memory; RAM), 하드 드라이브 같은 데이터 저장 모듈 및 디스플레이와 데이터 입력 단자를 포함하는 사용자 인터페이스(330)를 포함하는 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 제어 시스템(200)은 본원에 기재된 센서 및 검출기, 및 조정가능한 밸브, 펌프, 압축기 및 기체 처리 시스템(20)을 작동케 하는 본원에 기재된 다른 조정가능한 구성요소를 비롯한 본원에 기재된 다양한 조정가능한 구성요소와 무선 또는 유선 데이터 통신을 통해 작동가능하게 연통된다.
도 13에서 보는 바와 같이, 다수개의 pH 센서(54) 및 압력 센서(58)가 개별적인 담체 방출 도관(42) 내에 제공된다. pH 센서(54)는 데이터를 pH 신호 프로세서(350)로 전송하고, 압력 센서(58)는 데이터를 압력 신호 프로세서(352)로 전송한다. 개별적인 신호 프로세서는 컨트롤러(200)와 연통되거나 그에 혼입된 독립적인 단위장치를 포함할 수 있다. 담체 액체 밸브(332a 내지 332d)가 개별적인 담체 유입 도관(40) 내에 제공되어 개별적인 흡착 모듈(26a 내지 26d)로의 담체 유동을 제어한다. 밸브(332a 내지 332d)는 서보모터(servomotor) 값 컨트롤러(354)에 의해 독립적으로 제어된다. TEG 수준 센서(62)가 배기가스 방출 도관(38) 내에 제공되어 선택된 TEG의 수준(들)을 검출한다. TEG 신호 프로세서(356)는 TEG 수준 센서(62)에 의해 발생되는 신호에 응답한다. 펌프 모터 컨트롤러(334)가 물 펌프(44)에 연결되어 펌프(44)의 작동을 제어한다. 상기 검출기, 센서 및 컨트롤러는 제어 시스템(200)의 주 프로세서에 작동가능하게 연결되고, 주 프로세서는 다시 시스템 버스(336)를 통해 사용자 인터페이스(356)에 작동가능하게 연결된다.
도 14는 제어 시스템(200)의 작동을 보여주는 흐름도이다. 이 도면에서의 부호는 다음과 같다: TEGc=흡착 단위장치(22)를 통해 통과한 후 굴뚝(배기가스 유출구)에서 센서(62)로 측정된 표적 배출 가스 농도; TEGa=표적 배출 가스 허용 한도(예컨대, SOX의 경우 25ppm); X=작동되거나 작동되지 않는 기체 흡착 모듈(26)의 수를 탐지하는 계수용 지수; N=시스템(20)에 사용하기 위해 이용되는 모듈(26)의 총수(예를 들어, 8MW 엔진의 경우 N=20개 모듈).
제어 시스템(200)은 하기 단계에 따라 시스템의 작동을 개시하고 흡착 모듈(20)의 성능을 모니터링하도록 작동된다:
1. 단계(400)에서는, 대기 모드의 제어 시스템(200)에 동력을 넣는다. 이 단계는 선체 엔진에 동력을 넣기 전 또는 후에 이루어질 수 있다.
2. 단계(402)에서는, 사용자 인터페이스에서 시스템에 이용되는 기체 흡착 모듈(26)의 총수를 제어 시스템(200)에 입력한다. 이 단계는 제어 시스템 내로 미리 프로그래밍될 수 있다. 미리 수행되지 않는 경우, 모듈(26)의 통상적인 작동 압력도 입력할 수 있다.
3. 단계(404)에서는, 기체 센서(62)로 TEGc를 측정하고 이 값을 단계(406)에서 TEGa와 비교한다. 단계(406)는 시스템(20)이 최적 효율 수준에서 작동되도록 작동시켜야 하는 시스템(20)의 모듈의 수의 결정을 또한 포함한다. 예를 들어, 시스템은 20개의 모듈을 함유할 수 있고, 제어 시스템(200)은 표적 TEG 감소를 제공하는데 모듈 15개만 필요하다고 결정할 수 있다.
4. 미처리 엔진 배기가스가 선택된 값 미만의 낮은 TEG 수준을 함유하는(TEGc가 TEGa 미만인) 경우, 시스템을 켜지 않고 단계(408)에서 시스템을 대기 모드로 되돌린다. TEGc 수준이 TEGa 값을 초과하면 (410)에서 시스템을 작동시킨다.
5. 시스템이 작동되면, 제 1 모듈(26a)용 액체 유동 밸브(332a)를 (412)에서 작동시키고, 액체 펌프(44)를 단계(414)에서 작동시켜 1/N 속도로 실행시킨다. 이는 가변 속도 제어를 제공한다. 예를 들면, 시스템이 20개의 모듈을 함유하는 경우, 제어 시스템(200)은 표적 TEG 감소를 제공하는데 모듈 15개만 필요한 것으로 결정하고, 펌프(44)를 최대 작동 속도의 15/20으로 실행시킴으로써, 시스템을 작동시키기 위한 동력 요구량을 감소시킨다. 이어, 시스템은 아래 기재되는 단계에 따라 선택된 수의 모듈 상에서 시험을 수행한다. 컨트롤러(200)에 응답하거나 그에 혼입된 단위장치인 펌프 컨트롤러(314)에 의해 펌프(312)를 제어한다.
6. 단계(416)에서는, pH 센서(54)에 의해 제 1 흡착 모듈(26a)의 출구에서 액체 용액의 pH를 측정한다. 이 값은 도 14에서 pHx로 표시된다. 이 pH 수준을 단계(418)에서 소정 값과 비교한다. SOX, NOX, COX 같은 산성 기체가 액체 중으로 추출되는 경우, 이는 막을 통해 순환되는 액체를 산성화시킨다. 산성화 수준을 이용하여 막 어셈플리가 오염되고 TEG를 흡착할 수 없는지의 여부를 결정하되, 이 때 표적 수준(pHt)을 초과하는 pH 강하는 완전히 작동가능한 막을 나타내고, 이 수준을 초과하지 못하는 pH 강하는 오염된 막 어셈블리를 나타낸다. 이는 막을 육안으로 검사할 필요를 없앨 수 있다. pH 차이가 모듈을 가로질러 0.1 미만이면, 이는 산성 기체가 모듈(26)에 의해 흡수되지 않고 막이 오염됨을 나타낸다. 참고로, 해수 pH는 전형적으로 7.5 내지 8.4로 한정된다.
7. pH X가 막 어셈블리(66a)의 오염을 나타내는 pHt에 도달하지 못하는 경우, 밸브(332a)를 단계(420)에서 꺼버림으로써 단위장치의 작동을 중단시키고, 단계(422)에서 써비스 요구 인디케이터(426)를 작동시킨다. 이는 해당 모듈에 대해 써비스를 제공하라는 신호를 보낸다. 임의적으로는, 신호를 선상 모니터로도 보내고 또한 무선 전송되는 신호를 육지의 작동자(이 사람은 선박의 다음 항구에서 교체 모듈을 배치할 수 있음)에게 보낼 수 있다. 단계(416)에서 검출된 pH가 pHt 미만으로 유지되면, 시스템은 단계(424)로 진행시킨다.
8. 단계(424)에서는, 담체 방출 도관 내의 막 유출구 측에서 담체 압력을 측정한다(Px). 단계(425)에서는, 이 압력을 압력 센서(56)에 의해 검출된 유입구 압력과 비교하여 압력 강하를 결정한다. 소정 수준(압력 공차 수준, Pt)을 초과하는 압력 강하는 예컨대 파괴된 관 또는 밀봉부에 의해 야기되는 누출을 나타낸다.
9. 누출 또는 파괴된 관이 있는 경우, 제어 시스템은 단계(428)에서 밸브를 닫고 단계(430)에서 경보를 발령한다. 이는 시스템에 대한 써비스 일정을 잡도록 다음 항구에 위성 신호를 보낼 수 있다.
10. 과도한 압력 강하가 검출되지 않는 경우에는, 상기 단계를 단계(432, 434)에서 후속 모듈(26b, 26c 등)(X=X+1)에 대해 반복하여, 이들 모듈중 임의의 모듈이 오염 또는 누출되는지의 여부를 결정한다. 단계(406)에서 결정된 바와 같이 표적 효율에서의 작동에 필요한 최적 모듈 수에 대해 상기 단계를 수행한 후에는, 이 모듈 수를 이용하여 최적 효율에 상응하는 펌프 속도에서 단계(408)에서 보여지는 바와 같이 컨트롤러(200)가 시스템을 계속 작동시킨다.
본 시스템에서 수득되는 작동 결과를 보여주기 위하여 시험을 수행하였다. 이 시험의 결과는 아래 기재되는 그래프에 요약된다.
도 15는 SOX의 흡착률에 대한 담체 수온의 효과를 보여준다. 더 낮은 수온은 흡착률을 증가시킨다.
도 16은 SOX의 흡착률에 대한 물(담체) 유속의 효과를 보여준다. 유속이 빠를수록 흡착률을 증가시킨다.
도 17은 배기 가스 유동과 SOX의 흡착률 사이의 관계를 보여준다. 유속이 소정 "디자인" 유속보다 높게 증가함에 따라 효율이 떨어진다.
본 발명은 본원에 기재된 실시양태로 한정되고자 하지 않으며, 오히려 본 발명은 첨부된 특허청구범위를 포괄하는 전체로서 본원에 한정된 발명의 개념의 영역 내에서 광범위하게 적용하고자 한다.

Claims (54)

  1. 공급원으로부터의 엔진 배기 가스를 중공 섬유 반투과성 세라믹 막(membrane)의 하나 이상의 어레이를 함유하는 구획화된(enclosed) 공간 내로 유도하되, 이 때 상기 배기 가스가 상기 막의 외표면과 접촉하는 순간 상기 배기 가스 내의 표적 배출 가스(TEG) 화합물이 상기 막을 통해 선택적으로 투과됨으로써 상기 배기 가스 내의 상기 TEG의 농도를 낮추는 단계;
    상기 중공 섬유 세라믹 막의 구멍을 통해 상기 TEG를 보유할 수 있는 담체 액체를 순환시킴으로써 상기 담체 액체 내의 상기 TEG 화합물의 농도를 높이는 단계;
    감소된 TEG 농도를 함유하는 상기 배기 가스를 구획화된 공간으로부터 방출하고, 상기 TEG 화합물을 함유하는 상기 담체 액체를 방출 또는 재순환을 위해 상기 중공 섬유 세라믹 막 어레이로부터 방출하는 단계
    를 포함하는, 엔진 배기 가스의 공급원으로부터 표적 배출 가스(TEG)의 농도를 감소시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체를 상기 막 어레이로부터 환경 내로 방출하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 담체 액체를 막 어레이로부터 제거한 후, 상기 TEG를 상기 담체 액체로부터 분리하여 상기 담체 액체중 그의 농도를 감소시키고, 이어 상기 담체 액체를 상기 막 어레이를 통해 다시 재순환시키는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 담체 액체가 이온성 액체, 수산화나트륨을 임의적으로 포함하는 염기성 용액, 담수 또는 해수중 하나를 포함하는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이온성 액체가 상기 TEG에 특이적인 과제-특이성 이온성 액체(TSIL)를 포함하는, 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 담체 액체가 이온성 액체이고,
    상기 방법이, 저장을 위해 상기 TEG 화합물을 상기 담체 액체로부터 분리하고 상기 담체 액체를 상기 막 어레이를 통해 재순환시키는 추가적인 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온성 액체가 1,1,3,3-테트라메틸구아니듐 락테이트[TMG][L]; 모노에탄올암모늄 락테이트[MEA][L]; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트[BMIm][BF4]; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[BMIm][MeSO4]; 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[HMIm][MeSO4]; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[EMIm][MeSO4]; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트[BMIm][PF6]; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트라이플루오로메탄설포네이트[BMIM}OTf; 또는 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트([C4mim][PF6])중 하나 이상인, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진이 선박 디젤 엔진인, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 TEG가 황 산화물, 질소 산화물 또는 탄소 산화물중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 담체 액체가 NaOH를 임의적으로 포함하는 염기성 용액이고,
    상기 TEG 화합물이, 상기 담체 액체와 접촉할 때 상기 담체 액체에 의해 중화되는 산을 포함하며,
    상기 방법이, 상기 TEG 화합물을 침전물의 형태로 상기 담체 액체로부터 침전시키고 상기 담체 액체를 상기 막을 통해 재순환시키는 추가적인 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 담체 액체가 NaOH를 포함하고, 상기 침전 단계가 상기 담체 액체를 냉각시킴을 포함하는, 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법이 상기 막 어레이를 다수개 포함하고, 상기 액체 담체를 상기 어레이를 통해 동시에 또는 연속적으로 유도하는, 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법이, 미처리 배기 가스 내의 TEG의 농도를 결정하고, 상기 미처리 가스중 TEG 농도를 표적 수준으로 감소시키는데 필요한 최적 액체 유속을 결정하며, 상기 막 어레이를 통한 액체 유속을 선택적으로 조절하여 상기 최적 액체 유속에 매치시키는 추가적인 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법이, 상기 어레이를 통해 통과하는 상기 액체가 소정 수준을 초과하는 압력 강하 또는 소정 수준 미만인 pH 강하중 하나 또는 둘 다를 경험하는지의 여부를 결정함으로써 상기 TEG의 농도를 감소시킴에 있어서의 상기 막 어레이의 효과를 결정하는 추가적인 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막 어레이가 모듈 하우징에 수용된 모듈을 포함하고, 상기 액체가 상기 배기 가스중 TEG 농도의 수준 및/또는 상기 배기 가스의 유속의 결정에 기초하여 상기 선택된 수의 모듈을 통해 순환되고, 상기 모듈이 상기 결정에 응답하여 선택적으로 활성화 또는 불활성화될 수 있는, 방법.
  16. 표적 배출 가스(TEG)를 함유하는 배기 가스를 수용하기 위한 기체 유입구 및 상기 배기 가스를 방출하기 위한 기체 유출구를 갖는, 엔진 배기가스 스트림을 수용하기 위한 구역;
    상기 배기 가스가 막 어레이를 통해 순환될 때 상기 배기가스가 막과 접촉하도록 구성된, 배기 가스 내의 상기 TEG의 농도를 감소시키기 위한 구역 내의 하나 이상의 중공 섬유 세라믹 막의 어레이(이 때, 상기 막 각각은, 상기 TEG에 대해서는 투과성이지만 상기 배기 가스의 비-TEG에 대해서는 불투과성인 반투과성 막 벽 및 중공 구멍(hollow bore)을 포함한다);
    상기 막의 구멍 내로 담체 액체를 공급하기 위한 액체 유입구;
    상기 구멍을 통한 순환 후 상기 구멍으로부터 상기 담체 액체를 수용하기 위한 액체 유출구; 및
    방출시키기 위하여 또한 상기 막 어레이를 통해 재순환시키기 위하여 상기 막의 구멍을 통해 상기 담체 액체를 순환시키기 위한 담체 액체 순환 부시스템(sub system)
    을 포함하는, 엔진 배기 가스 공급원으로부터 하나 이상의 표적 배출 가스(TEG)의 농도를 낮추기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 장치가, 액체 유출구 및 유입구과 연통되고 상기 담체 액체로부터 하나 이상의 TEG를 제거하기 위한 구성요소를 포함하는 담체 액체 재순환 부시스템을 추가로 포함하고,
    상기 담체 액체가 상기 장치를 통해 본질적으로 폐쇄 루프로 순환되는, 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 담체 액체가 물을 포함하고, 상기 장치가 상기 막 어레이를 통해 물을 비-재순환식으로 순환시키기 위한 물 유입구 및 물 유출구를 포함하는, 장치.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치가, 모듈 내에 지지되는 상기 막 어레이를 다수개 포함하는, 장치.
  20. 엔진 배기가스 스트림을 수용하기 위한 구역;
    상기 구역 내에 설치하기 위해 구성된 복수개의 기체 처리 모듈로서, 각각 하우징, 및 하우징 내에 지지되고 모듈이 구역 내에 설치되는 경우 어레이를 통해 배기 가스가 순환될 때 상기 배기가스가 막과 접촉하도록 구성되는 중공 섬유 막의 어레이를 포함하는 모듈(이 때, 상기 막 각각은, 상기 TEG에 대해서는 투과성이지만 상기 배출 가스의 비-TEG에 대해서는 불투과성인 반투과성 막 벽 및 중공 구멍을 포함한다);
    담체 액체를 상기 막 구멍 내로 불포화된 상태로 공급하기 위한 액체 유입구;
    상기 구멍을 통한 순환 후 상기 구멍으로부터 상기 담체 액체를 표적 배출 가스(TEG)로 포화된 상태로 수용하기 위한 액체 유출구; 및
    상기 막 구멍, 및 상기 유입구 및 유출 매니폴드를 통해 상기 담체 액체를 순환시키기 위한 담체 액체 순환 부시스템
    을 포함하는, 엔진 배기 가스 공급원으로부터 하나 이상의 표적 배출 가스(TEG)의 농도를 낮추기 위한 시스템으로서,
    상기 장치가, 상기 어레이를 통해 순환되는 배기 가스가 상기 막과 접촉하고 이에 의해 상기 TEG 화합물이 상기 배기 가스로부터 상기 담체 액체 내로 전달되도록 구성되는, 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 시스템이, 담체 액체 유출구 및 유입구과 연통되는 담체 재순환 부시스템을 추가로 포함하고,
    상기 재순환 부시스템이 상기 담체 액체로부터 하나 이상의 TEG를 제거하기 위한 구성요소를 포함하며,
    상기 담체가 상기 장치를 통해 본질적으로 폐쇄 루프로 순환되는, 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 담체 액체가 물을 포함하며,
    상기 장치가 상기 막 어레이를 통해 물을 비-재순환식으로 순환시키기 위한 물 유입구 및 물 유출구를 포함하는, 시스템.
  23. 제 20 항 내지 제 22 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈이, 각각 상기 구멍의 유입구 및 유출구 말단에서 상기 구멍과 유체 연통되는 액체 유입 매니폴드 또는 액체 유출 매니폴드중 하나 또는 둘 다를 추가로 포함하는, 시스템.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템이, 상기 막 어레이를 통한 순환으로부터 상기 액체 담체의 pH 강하를 결정하기 위한 pH 센서 시스템 및 상기 막 어레이를 통한 순환으로부터 상기 액체 담체의 압력 강하를 결정하기 위한 압력 센서 시스템을 추가로 포함하며,
    상기 센서들이, 상기 pH 강하 및/또는 압력 강하가 TEG의 농도를 감소시킴에 있어서 상기 막 어레이의 감소된 효과 수준을 나타내는지의 여부를 결정하기 위한 신호 프로세서에 작동가능하게 연결되는, 시스템.
  25. 제 20 항 내지 제 24 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템이, 상기 공급원으로부터의 미처리 배기 가스 내의 TEG 농도를 측정하기 위한 센서, 및 상기 시스템을 통한 상기 담체 액체의 유속을 조절하기 위한 펌프 및 상기 센서와 작동가능하게 연통되는 제어 시스템을 추가로 포함하며,
    상기 제어 시스템이, 선택된 TEG 농도 감소 수준을 달성하기 위해 요구되는 모듈을 통한 상기 담체 액체의 유속을 결정하고 상기 유속을 제어하여 상기 유속을 제공하도록 구성되는, 시스템.
  26. 제 20 항 내지 제 25 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막 어레이가 세라믹 막을 포함하는, 시스템.
  27. 제 16 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 따른 장치 또는 제 20 항 내지 제 26 항중 어느 한 항에 따른 시스템 및 상기 TEG를 용해시키기 위한 하나 이상의 담체 액체를 포함하는 키트.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 담체 액체가 이온성 액체 또는 수산화나트륨중 하나 이상인, 키트.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 이온성 액체가 1,1,3,3-테트라메틸구아니듐 락테이트[TMG][L]; 모노에탄올암모늄 락테이트[MEA][L]; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트[BMIm][BF4]; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[BMIm][MeSO4]; 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[HMIm][MeSO4]; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트[EMIm][MeSO4]; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트[BMIm][PF6]; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트라이플루오로메탄설포네이트[BMIM}OTf; 또는 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트([C4mim][PF6])중 하나 이상을 포함하는, 키트.
  30. 중공 섬유 반투과성 막의 어레이를 포함하는 하나 이상의 막 어셈블리를 함유하는 구획화된 공간 내로 엔진 배기 가스를 유도하되, 이 때 상기 배기 가스가 상기 막과 접촉하고 표적 배출 가스(TEG)가 상기 막을 통해 선택적으로 투과됨으로써 상기 배기 가스 내의 상기 TEG의 농도를 낮추는 단계;
    염기성 용액을 포함하는 상기 담체 액체를 상기 막의 구멍을 통해 순환시킴으로써 하나 이상의 TEG 화합물을 상기 용액 중으로 흡착시키되, 이 때 상기 TEG 화합물이 산성이고 상기 담체 액체와 접촉한 후 중화되는 단계;
    상기 TEG 화합물을 고체 침전물의 형태로 담체 액체로부터 침전시키는 단계;
    상기 담체 액체를 상기 막 어셈블리를 통해 재순환시키는 단계; 및
    임의적으로, 상기 고체 침전물을 담체 액체로부터 기계적으로 분리하는 단계
    를 포함하는, 엔진 배기 가스의 공급원으로부터 표적 배출 가스(TEG)의 농도를 감소시키는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 담체 액체가 수산화나트륨 용액을 포함하고, 상기 TEG 화합물이 황 산화물을 포함하는, 방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 방법을 선체에서(onboard a vessel) 수행하고, 열 교환기를 사용하여 담체 액체를 냉각시킴으로써 상기 TEG 화합물을 침전시키며, 열 교환 유체가 물인, 방법.
  33. 중공 섬유 반투과성 막의 어레이를 포함하는 하나 이상의 막 어셈블리를 함유하는 구획화된 공간 내로 엔진 배기 가스를 유도하되, 이 때 상기 배기 가스가 상기 막과 접촉하고 표적 배출 가스(TEG)가 상기 막을 통해 선택적으로 투과됨으로써 상기 배기 가스 내의 상기 TEG의 농도를 낮추는 단계;
    이온성 액체를 포함하는 담체 액체를 상기 막의 구멍을 통해 순환시킴으로써 하나 이상의 TEG를 상기 담체 액체 중으로 흡착시키는 단계;
    상기 TEG를 상기 담체 액체로부터 분리하는 단계;
    상기 TEG를 저장하는 단계; 및
    상기 담체 액체를 상기 막 어셈블리를 통해 재순환시키는 단계
    를 포함하는, 엔진 배기 가스의 공급원으로부터 표적 배출 가스(TEG)의 농도를 감소시키는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 이온성 액체가 1,1,3,3-테트라메틸구아니듐 락테이트; 모노에탄올암모늄 락테이트; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트; 1-헥실-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트라이플루오로메탄설포네이트; 또는 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트중 하나 이상인, 방법.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 담체 액체가 과제 특이성 이온성 액체(TSIL)를 포함하는, 방법.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 분리 단계가
    상기 담체 액체를 가열하는 것;
    상기 담체 액체가 압력 강하를 거치게 하는 것; 또는
    상기 담체 액체에 전하를 가하는 것
    중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  37. 제 33 항에 있어서,
    상기 방법이, 독립적인 담체 액체 회로를 통하여 상기 다수개의 막 어셈블리를 통해 담체 액체를 순환시키는 단계를 포함하고, 이 때
    상기 회로 각각이, 상기 배기가스로부터 상이한 TEG 화합물을 차등적으로 분리하고 상기 상이한 TEG 화합물을 독립적으로 단리 및 저장하도록 구성되는, 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 차등 분리가
    상기 회로 내에서 상이한 담체 액체를 사용하는 것,
    상기 막 어레이 내에 상이한 막을 사용하는 것, 또는
    상기 막 어레이 내에서 상이한 온도 또는 압력 조건을 제공하는 것
    중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 차등 분리가, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트; 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트라이플루오로메탄설포네이트; 또는 1-부틸-3-메틸-이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트를 포함하는 하나 이상의 담체 액체를 사용함을 포함하는, 방법.
  40. 엔진 배기가스 스트림을 공급원으로부터 수용하기 위한 구역;
    중공 섬유 막의 어레이를 포함하는 하나 이상의 막 어셈블리;
    상기 막의 구멍을 통해 불포화 담체 액체를 공급하기 위한 유입구;
    상기 막 어셈블리로부터 적어도 부분적으로 포화된 담체 액체를 수용하기 위한 유출구;
    상기 포화된 담체 액체로부터 표적 배출 가스(TEG) 화합물을 분리하기 위한 탈착 용기;
    상기 분리된 TEG를 저장하기 위한 기체 저장 용기 및 분리된 TEG를 상기 탈착 용기로부터 상기 기체 저장 용기로 전달하기 위한 기체 전달 구성요소; 및
    상기 담체 액체를 상기 시스템을 통해 폐쇄 루프에서 순환시키기 위한 담체 액체 순환 부시스템
    을 포함하는, 엔진 배기 가스로부터 하나 이상의 표적 배출 가스(TEG)의 농도를 감소시키기 위한 시스템으로서, 이 때
    상기 배기 가스가 상기 막과 접촉하고, 상기 TEG 화합물이 상기 막을 통해 선택적으로 투과됨으로써 배기 가스 내의 상기 TEG 화합물의 농도를 낮추며, 상기 탈착 용기가 상기 TEG 화합물을 상기 담체 액체로부터 분리하기 위한 하나 이상의 기체 분리 구성요소를 포함하는, 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 기체 분리 구성요소가 히터, 상기 막 어셈블리에 비해 용기 내에서 감소된 압력을 유지하기 위한 압력 이완 장치, 또는 상기 용기 내에 전하를 가하기 위한 전하 장치중 하나 이상을 포함하는, 시스템.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 시스템이 담체 액체로서 이온성 액체 또는 과제-특이성 이온성 액체를 사용하도록 구성되는, 시스템.
  43. 제 40 항에 있어서,
    상기 막 어셈블리가 복수개의 막 모듈을 포함하고, 상기 담체 액체 순환 부시스템이 상기 담체 액체를 상기 모듈을 통해 동시에 또는 연속적으로 순환시키도록 구성되는, 시스템.
  44. 제 40 항에 있어서,
    상기 시스템이, 상기 막 어레이를 통한 순환으로부터의 상기 담체 액체의 pH 강하를 결정하기 위한 pH 센서 시스템 및 상기 막 어레이를 통한 순환으로부터의 상기 담체 액체의 압력 강하를 결정하기 위한 압력 센서 시스템중 하나 이상을 추가로 포함하고,
    상기 센서들이, 상기 pH 강하 및/또는 압력 강하가 TEG의 농도를 감소시킴에 있어서 상기 막 어레이의 감소된 효과 수준을 나타내는지의 여부를 결정하기 위한 신호 프로세서에 작동가능하게 연결되는, 시스템.
  45. 제 40 항 내지 제 44 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템이, 상기 공급원으로부터의 미처리 배기 가스 내의 TEG 농도를 측정하기 위한 센서, 및 상기 시스템을 통한 상기 담체 액체의 유속을 조절하기 위한 펌프 및 상기 센서와 작동가능하게 연통되는 제어 시스템을 추가로 포함하고,
    상기 제어 시스템이, TEG 농도 감소의 선택된 수준을 달성하기 위해 요구되는 모듈을 통한 상기 담체 액체의 유속을 결정하고 상기 유속을 제어하여 상기 유속을 제공하도록 구성되는, 시스템.
  46. 제 40 항 내지 제 45 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막 어레이가 세라믹 막을 포함하는, 시스템.
  47. 제 40 항 내지 제 46 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템이, 상기 액체 순환 부시스템의 작동을 제어하기 위한 제어 시스템을 추가로 포함하고,
    상기 제어 시스템이, TEG 감소의 선택된 수준에 응답하여 상기 담체 액체의 순환 속도를 제어하도록 구성되며,
    상기 속도가, 최대 순환 용량에서 작동될 때 상기 시스템에 의해 달성될 수 있는 최대 TEG 감소와 표적 TEG 감소를 비교함으로써 결정되는, 시스템.
  48. 배기 가스 스트림을 수용하기 위한 구역;
    중공 섬유 막의 어레이를 포함하는 하나 이상의 막 어셈블리;
    상기 막의 구멍을 통해 불포화 담체 액체를 공급하기 위한 유입구;
    적어도 부분적으로 포화된 담체 액체를 상기 막 어셈블리로부터 수용하기 위한 유출구;
    상기 담체 액체로부터 표적 배출 가스(TEG)를 분리하기 위한 탈착 용기; 및
    상기 담체 액체를 상기 시스템을 통해 폐쇄 루프에서 순환시키기 위한 담체 액체 순환 부시스템
    을 포함하는, 엔진 배기 가스 공급원으로부터의 하나 이상의 표적 배출 가스(TEG)의 농도를 낮추기 위한 시스템으로서, 이 때
    상기 배기 가스가 상기 막과 접촉하고, 상기 TEG 화합물이 상기 막을 통해 선택적으로 투과됨으로써 배기 가스 내의 상기 TEG의 농도를 낮추며, 상기 탈착 용기가 상기 TEG를 상기 담체 액체로부터 분리하기 위한 하나 이상의 기체 분리 구성요소를 포함하는, 시스템.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 시스템이, 상기 배기가스로부터 산-형성 TEG를 선택적으로 제거하기 위한 상기 담체 액체로서 중화 용액을 순환시키도록 구성되고,
    상기 기체 분리 구성요소가, 용해된 TEG를 고체로서 상기 담체 액체로부터 침전시키는 침전 구성요소를 포함하는, 시스템.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 침전 구성요소가, 적어도 상당 부분의 상기 TEG를 상기 액체로부터 침전시키기에 충분히 상기 액체를 냉각시키기 위한 냉각기인, 시스템.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 시스템이 선체에 설치되도록 구성되고,
    상기 냉각기가, 냉각 유체로서 해수를 사용하도록 구성되는 열 교환기를 포함하는, 시스템.
  52. 제 48 항 내지 제 51 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템이, 상기 막 어레이를 통한 순환으로부터의 상기 액체 담체의 pH 강하를 결정하기 위한 pH 센서 시스템 및 상기 막 어레이를 통한 순환으로부터의 상기 액체 담체의 압력 강하를 결정하기 위한 압력 센서 시스템중 하나 이상을 추가로 포함하고,
    상기 센서들이, 상기 pH 강하 및/또는 압력 강하가 TEG의 농도를 감소시킴에 있어서 상기 막 어레이의 감소된 효과 수준을 나타내는지의 여부를 결정하기 위한 신호 프로세서에 작동가능하게 연결되는, 시스템.
  53. 제 48 항 내지 제 52 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템이, 상기 공급원으로부터의 미처리 배기 가스 내의 TEG 농도를 측정하기 위한 센서, 및 상기 시스템을 통한 상기 담체 액체의 유속을 조절하기 위한 펌프및 상기 센서와 작동가능하게 연통되는 제어 시스템을 추가로 포함하고,
    상기 제어 시스템이, TEG 농도 감소의 선택된 수준을 달성하기 위해 요구되는 모듈을 통한 상기 담체 액체의 유속을 결정하고 상기 유속을 제어하여 상기 유속을 제공하도록 구성되는, 시스템.
  54. 제 48 항 내지 제 53 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막 어레이가 세라믹 막을 포함하는, 시스템.
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