特許 5910130 排ガス処理装置および排ガス処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5910130

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年4月27日

(54)【発明の名称】排ガス処理装置および排ガス処理方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/62 20060101AFI20160414BHJP

   B01D 53/75 20060101ALI20160414BHJP

   B01D 53/76 20060101ALI20160414BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20160414BHJP

   B01D 53/79 20060101ALI20160414BHJP

   B01D 53/18 20060101ALI20160414BHJP

   B01D 53/50 20060101ALI20160414BHJP

   B01D 53/56 20060101ALI20160414BHJP

   B01D 53/92 20060101ALI20160414BHJP

   C02F 1/46 20060101ALI20160414BHJP

   F01N 3/04 20060101ALI20160414BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20160414BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/62ZAB

   B01D53/75

   B01D53/76

   B01D53/78

   B01D53/79

   B01D53/18 110

   B01D53/18 150

   B01D53/50 270

   B01D53/56 220

   B01D53/92 215

   B01D53/92 224

   B01D53/92 240

   B01D53/92 310

   B01D53/92 320

   B01D53/92 331

   B01D53/92 335

   C02F1/46 Z

   F01N3/04 A

   F01N3/08 C

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-22815(P2012-22815)

(22)【出願日】2012年2月6日

(65)【公開番号】特開2013-158712(P2013-158712A)

(43)【公開日】2013年8月19日

【審査請求日】2014年12月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】豊田 智美

(72)【発明者】

【氏名】成相 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】荒巻 博

(72)【発明者】

【氏名】北野 誠

【審査官】 山田 貴之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０５００８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３９０１５５９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００４−３３７６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１４２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１３９１１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１２−５２８７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０８９７７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／１４

Ｂ０１Ｄ ５３／３４

Ｂ６３Ｈ ２１／３２

Ｃ０２Ｆ １／４６− １／４８

Ｃ２５Ｂ １／００− ９／２０

Ｃ２５Ｂ １３／００−１５／０８

Ｆ０１Ｎ ３／００

Ｆ０１Ｎ ９／００−１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

海水が収容されるとともに陽極が設けられるアノード槽と、海水が収容されるとともに陰極が設けられるカソード槽とがイオン交換膜で仕切られている電解槽と、
前記陽極および前記陰極に電圧を印加することで電気分解を行う電圧印加部と、
ＮＯｘ、ＮＯｘおよびＳＯｘ、ならびに、ＮＯｘおよびＣＯ_２の群から選択される１または複数のガスが含まれる排ガスを、海水で洗浄する第１排ガス処理部と、
前記第１排ガス処理部において洗浄された前記排ガスと、電気分解が行われることによって前記アノード槽で生成されたＣｌ_２ガスとを接触させて反応後ガスを生成し、電気分解が行われることによって前記アノード槽で生成されたアノード溶液で前記反応後ガスを洗浄する第２排ガス処理部と、
電気分解が行われることによって前記カソード槽で生成された沈殿を含むカソード沈殿溶液に、前記第２排ガス処理部によって洗浄された前記反応後ガスを接触させる溶解部と、
前記溶解部で生成された溶液である溶解溶液を前記第２排ガス処理部へ返送する返送部と、
を備えたことを特徴とする排ガス処理装置。

【請求項2】

前記溶解部は、前記第２排ガス処理部を通過したガスを前記カソード沈殿溶液にバブリングすることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。

【請求項3】

前記第１排ガス処理部は、前記排ガスに前記海水を噴霧するスプレー塔であり、
前記第２排ガス処理部は、前記反応後ガスに、前記アノード溶液および前記溶解溶液の少なくともいずれかを噴霧するスプレー塔であることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス処理装置。

【請求項4】

電気分解が行われることによって前記アノード槽で生成されたＣｌ_２ガスとアノード溶液とを、気液分離によって、前記Ｃｌ_２ガスと前記アノード溶液とに分離するアノード分離部を備え、
前記第２排ガス処理部は、前記第１排ガス処理部において洗浄されたガスと、前記アノード分離部で分離されたＣｌ_２ガスとを接触させて反応後ガスを生成し、該アノード分離部で分離されたアノード溶液で該反応後ガスを洗浄することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。

【請求項5】

前記電圧印加部は、前記陽極および前記陰極に３．５Ｖから２０Ｖの電圧を印加することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。

【請求項6】

前記アノード溶液のｐＨは、ｐＨ１からｐＨ６であり、前記カソード槽で生成されたカソード溶液のｐＨは、ｐＨ８からｐＨ１４であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。

【請求項7】

前記カソード槽で生成された沈殿には、Ｍｇ（ＯＨ）_２およびＣａ（ＯＨ）_２のいずれか一方または両方が含まれることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。

【請求項8】

海水が収容されるとともに陽極が設けられるアノード槽と、海水が収容されるとともに陰極が設けられるカソード槽とがイオン交換膜で仕切られている電解槽と、前記陽極および前記陰極に電圧を印加することで電気分解を行う電圧印加部と、を備えた排ガス処理装置を用いて、ＮＯｘ、ＮＯｘおよびＳＯｘ、ならびに、ＮＯｘおよびＣＯ_２の群から選択される１または複数のガスが含まれる排ガスを処理する排ガス処理方法であって、
前記排ガスを海水で洗浄する工程と、
洗浄した前記排ガスと、電気分解が行われることによって前記アノード槽で生成されたＣｌ_２ガスとを接触させて反応後ガスを生成する工程と、
電気分解が行われることによって前記アノード槽で生成されたアノード溶液で前記反応後ガスを洗浄する工程と、
電気分解が行われることによって前記カソード槽で生成された沈殿を含むカソード沈殿溶液に、洗浄された前記反応後ガスを接触させる工程と、
前記カソード沈殿溶液に前記洗浄された反応後ガスを接触させる工程で生成された溶液である溶解溶液で、前記反応後ガスを洗浄する工程と、
を含むことを特徴とする排ガス処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排ガスに含まれるＮＯｘを除去する排ガス処理装置および排ガス処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

船舶や、車両等のエンジンにおいて、化石燃料を燃焼させると、燃焼排ガス（排ガス）が生じる。このような化石燃料を燃焼させた結果生じる排ガスには、窒素酸化物（以下、単にＮＯｘと称する）が含まれている。ＮＯｘは、大気汚染物質であるため、国際的な機関、国、地方自治体により排出濃度や排出量の規制が行われている。したがって、エンジンから排出される排ガスに含まれるＮＯｘ濃度が所定の規制値以上である場合には、ＮＯｘを除去するための排ガス処理装置を用いて排ガスからＮＯｘを除去する必要がある。

【0003】

ＮＯｘを除去する排ガス処理装置として、ＮＯｘの還元を促進する脱硝触媒と、ＮＯｘを還元するための還元剤とを含んで構成される選択式触媒還元（Selective Catalytic Reduction）脱硝装置がある。しかし、脱硝触媒は、ある程度高温（例えば、２７０℃程度）でなければＮＯｘの還元効率が低下してしまう。また一般的に還元剤として尿素水を利用するため、尿素水のためのコストがかかってしまったり、余剰の尿素水の廃棄処理にコストがかかってしまったりしていた。

【0004】

そこで、例えば、海水に排ガスを吸収させ、その海水を、透過膜で離隔されたアノード槽とカソード槽とにそれぞれ収容して電気分解を行うことにより、アノード槽で生成される溶液を用いてＮＯｘを分解する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３８２９１８４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１の技術では、海水に含まれる塩化物イオン（Ｃｌ⁻）が、電気分解によって塩素（Ｃｌ_２）ガスとなり、ＮＯｘが除去された後の排ガスに塩素ガスが混入してしまう。塩素ガスは大気汚染物質であるため、国際的な機関、国、地方自治体により排出濃度や排出量の規制が行われている。したがって、ＮＯｘが除去された後の排ガス中のＣｌ_２ガスを規制値以下にするための装置を別途設ける必要があり、コストの増加を招いていた。

【0007】

そこで本発明は、このような課題に鑑み、電気分解によって生じた塩素ガスをＮＯｘの除去に利用することで、排ガスからＮＯｘを効率よく除去するとともに、排ガス中のＣｌ_２ガスの濃度を著しく低減することが可能な排ガス処理装置および排ガス処理方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の排ガス処理装置は、海水が収容されるとともに陽極が設けられるアノード槽と、海水が収容されるとともに陰極が設けられるカソード槽とがイオン交換膜で仕切られている電解槽と、陽極および陰極に電圧を印加することで電気分解を行う電圧印加部と、ＮＯｘ、ＮＯｘおよびＳＯｘ、ならびに、ＮＯｘおよびＣＯ_２の群から選択される１または複数のガスが含まれる排ガスを、海水で洗浄する第１排ガス処理部と、第１排ガス処理部において洗浄された排ガスと、電気分解が行われることによってアノード槽で生成されたＣｌ_２ガスとを接触させて反応後ガスを生成し、電気分解が行われることによってアノード槽で生成されたアノード溶液で反応後ガスを洗浄する第２排ガス処理部と、電気分解が行われることによってカソード槽で生成された沈殿を含むカソード沈殿溶液に、第２排ガス処理部によって洗浄された反応後ガスを接触させる溶解部と、溶解部で生成された溶液である溶解溶液を第２排ガス処理部へ返送する返送部と、を備えたことを特徴とする。

【0009】

上記溶解部は、第２排ガス処理部を通過したガスをカソード沈殿溶液にバブリングするとしてもよい。

【0010】

上記第１排ガス処理部は、排ガスに海水を噴霧するスプレー塔であり、第２排ガス処理部は、反応後ガスに、アノード溶液および溶解溶液の少なくともいずれかを噴霧するスプレー塔であるとしてもよい。

【0011】

電気分解が行われることによってアノード槽で生成されたＣｌ_２ガスとアノード溶液とを、気液分離によって、Ｃｌ_２ガスとアノード溶液とに分離するアノード分離部を備え、第２排ガス処理部は、第１排ガス処理部において洗浄されたガスと、アノード分離部で分離されたＣｌ_２ガスとを接触させて反応後ガスを生成し、アノード分離部で分離されたアノード溶液で反応後ガスを洗浄するとしてもよい。

【0012】

電圧印加部は、陽極および陰極に３．５Ｖから２０Ｖの電圧を印加するとしてもよい。

【0013】

アノード溶液のｐＨは、ｐＨ１からｐＨ６であり、カソード槽で生成されたカソード溶液のｐＨは、ｐＨ８からｐＨ１４であるとしてもよい。

【0014】

カソード槽で生成された沈殿には、Ｍｇ（ＯＨ）_２およびＣａ（ＯＨ）_２のいずれか一方または両方が含まれるとしてもよい。

【0015】

上記課題を解決するために、本発明の排ガス処理方法は、海水が収容されるとともに陽極が設けられるアノード槽と、海水が収容されるとともに陰極が設けられるカソード槽とがイオン交換膜で仕切られている電解槽と、陽極および陰極に電圧を印加することで電気分解を行う電圧印加部と、を備えた排ガス処理装置を用いて、ＮＯｘ、ＮＯｘおよびＳＯｘ、ならびに、ＮＯｘおよびＣＯ_２の群から選択される１または複数のガスが含まれる排ガスを処理する排ガス処理方法であって、排ガスを海水で洗浄する工程と、洗浄した排ガスと、電気分解が行われることによってアノード槽で生成されたＣｌ_２ガスとを接触させて反応後ガスを生成する工程と、電気分解が行われることによってアノード槽で生成されたアノード溶液で反応後ガスを洗浄する工程と、電気分解が行われることによってカソード槽で生成された沈殿を含むカソード沈殿溶液に、洗浄された反応後ガスを接触させる工程と、カソード沈殿溶液に洗浄された反応後ガスを接触させる工程で生成された溶液である溶解溶液で、反応後ガスを洗浄する工程と、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、電気分解によって生じたＣｌ_２ガスをＮＯｘの除去に利用することで、排ガスからＮＯｘを効率よく除去するとともに、排ガス中のＣｌ_２ガスの濃度を著しく低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】排ガス処理装置の具体的な構成を説明するための説明図である。

【図2】排ガス処理装置を用いた排ガス処理方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0019】

船舶や、車両等のエンジンにおいて、化石燃料を燃焼させると、排ガスが生じる。このような化石燃料を燃焼させた結果生じる排ガスには、ＮＯｘが含まれている。ＮＯｘは、大気汚染物質であるため、エンジンから排出される排ガスに含まれるＮＯｘ濃度が所定の規制値以上である場合には、ＮＯｘを除去する必要がある。以下、排ガスから効率よくＮＯｘを除去することができる排ガス処理装置１００について説明する。

【0020】

（排ガス処理装置１００）
図１は、本実施形態にかかる排ガス処理装置１００の具体的な構成を説明するための説明図である。図１に示すように、排ガス処理装置１００は、電解槽１１０と、電圧印加部１２０と、アノード分離部１３０と、カソード分離部１４０と、第１排ガス処理部１５０と、第２排ガス処理部１６０と、溶解部１７０と、返送部１８０と、を含んで構成される。図１中、ガス（気体）の流れを破線の矢印で示し、液体の流れを実線の矢印で示す。

【0021】

電解槽１１０は、アノード槽１１２と、カソード槽１１４とを含んで構成され、アノード槽１１２とカソード槽１１４とはイオン交換膜１１６で仕切られている。

【0022】

アノード槽１１２には、不図示の海水源からポンプ１１８ａ、バルブ１１８ｂ、海水導入管１１８ｃを通じて、海水が導入される。また、アノード槽１１２には、海水が収容されるとともに陽極１１２ａが設けられる。陽極１１２ａは、白金（Ｐｔ）で被膜されたチタン（Ｔｉ）等の一般的に電極として利用可能な導電性材料で構成される。

【0023】

カソード槽１１４には、不図示の海水源からポンプ１１８ｄ、バルブ１１８ｅ、海水導入管１１８ｆを通じて、海水が導入される。また、カソード槽１１４には、海水が収容されるとともに陰極１１４ａが設けられる。陰極１１４ａは、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）等の金属のうち１または複数を用いた材料や、真鍮や高力黄銅等の合金で構成される。

【0024】

電圧印加部１２０は、水素ガス燃料電池や、水素ディーゼル発電機等の水素（Ｈ_２）を動力源として電力を生成する装置で構成され、アノード槽１１２に設けられた陽極１１２ａ、および、カソード槽１１４に設けられた陰極１１４ａに、電圧を印加することで海水の電気分解を行う。

【0025】

ここで、電圧印加部１２０に供給されるＨ_２は、カソード槽１１４で生成されたＨ_２を含む。このように、電圧印加部１２０を、Ｈ_２を動力源として電力を生成する装置で構成することにより、カソード槽１１４で生成されたＨ_２を有効利用することができる。

【0026】

また、電圧印加部１２０が陽極１１２ａおよび陰極１１４ａに印加する電圧は、３．５Ｖから２０Ｖであり、好ましくは３．５Ｖから１５Ｖ、より好ましくは３．５Ｖから１０Ｖである。電圧印加部１２０が陽極１１２ａおよび陰極１１４ａに印加する電圧を、上記のように設定することで、後述するアノード溶液ＡＳ２のｐＨを所望する値に容易に調整することができる。

【0027】

電圧印加部１２０が陽極１１２ａおよび陰極１１４ａに電圧を印加して電気分解を行うと、アノード槽１１２では以下の反応式（１）、（２）、（３）に示す反応が起こる。
２Ｃｌ⁻→Ｃｌ_２＋２ｅ⁻
…反応式（１）
２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻
…反応式（２）

【化1】

…反応式（３）

【化2】

…反応式（４）

【0028】

一方、カソード槽１１４では以下の反応式（５）〜（９）に示す反応が起こる。
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→Ｈ_２＋２ＯＨ⁻
…反応式（５）
Ｍｇ^２＋＋２ＯＨ⁻→Ｍｇ（ＯＨ）_２
…反応式（６）
Ｃａ^２＋＋２ＯＨ⁻→Ｃａ（ＯＨ）_２
…反応式（７）
Ｍｇ^２＋＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＭｇＣＯ_３＋２Ｈ^＋
…反応式（８）
Ｃａ^２＋＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＣａＣＯ_３＋２Ｈ^＋
…反応式（９）

【0029】

そうすると、アノード槽１１２では、塩素（Ｃｌ_２）、酸素（Ｏ_２）、および次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ⁻）が生成され（反応式（１）、（２）、（３）、（４）参照）、カソード槽１１４ではＨ_２、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）、および炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）が生成される（反応式（５）〜（９）参照）こととなる。

【0030】

このように、電気分解の進行に伴って、アノード槽１１２で生成されるアノード溶液のｐＨは酸性（反応式（２）、（３）、（４）参照）に傾き、カソード槽１１４で生成されるカソード溶液のｐＨはアルカリ性（反応式（５）参照）に傾く。

【0031】

そして、アノード槽１１２で生成された、Ｃｌ_２、Ｏ_２、およびＨＣｌＯ、ＣｌＯ⁻を含んだアノード溶液ＡＳ１は、バルブ２１０ａ、ポンプ２１０ｂ、ＡＳ１流通管２１０ｃを通じて、アノード槽１１２からアノード分離部１３０に導入される。

【0032】

一方、カソード槽１１４で生成された、Ｈ_２を含むカソード溶液ＣＳ１は、バルブ２１０ｄ、ポンプ２１０ｅ、ＣＳ１流通管２１０ｆを通じてカソード槽１１４からカソード分離部１４０に導入される。また、カソード槽１１４で生成された、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＭｇＣＯ_３、およびＣａＣＯ_３は、固体（またはゲル）として沈殿しており、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＭｇＣＯ_３、およびＣａＣＯ_３を含むスラリー状のカソード溶液（以下、単にカソード沈殿溶液ＰＳと称する）は、バルブ２１０ｇ、ポンプ２１０ｈ、ＰＳ流通管２１０ｉを通じて、後述する溶解部１７０を構成する溶解槽１７２に導入される。

【0033】

アノード分離部１３０は、気液分離によって、アノード溶液ＡＳ１を、Ｃｌ_２ガスおよびＯ_２ガスと、アノード溶液ＡＳ２とに分離する。アノード分離部１３０において分離されたＣｌ_２ガス、およびＯ_２ガスは、ガス滞留空間１３０ａに滞留した後、不図示の空気源から、ポンプ２１２ａ、バルブ２１２ｂ、空気導入管２１２ｃを通じて導入される空気によって押し出され、ガス管２１４ａ、バルブ２１４ｂを通じて、後述する第２排ガス処理部１６０のガス供給口１６２ａに導かれる。また、アノード分離部１３０において分離されたアノード溶液ＡＳ２は、バルブ２１６ａ、ポンプ１８０ｃ、ＡＳ２流通管２１６ｂを通じて、後述する第２排ガス処理部１６０の噴霧部１６４に導入される。

【0034】

カソード分離部１４０は、気液分離によって、カソード溶液ＣＳ１を、Ｈ_２ガスと、カソード溶液ＣＳ２とに分離する。カソード分離部１４０において分離されたＨ_２は、ガス滞留空間１４０ａに滞留した後、不図示の空気源から、ポンプ２１８ａ、バルブ２１８ｂ、空気導入管２１８ｃを通じて導入される空気によって押し出され、ガス管２１８ｄ、バルブ２１８ｅを通じて電圧印加部１２０に導入される。また、カソード分離部１４０において分離されたカソード溶液ＣＳ２は、バルブ２１８ｆを介して外部に排出される。

【0035】

第１排ガス処理部１５０は、例えば、スプレー塔であり、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＳＯｘ（硫黄酸化物）、およびＣＯ_２の群から選択される１または複数のガスが含まれる排ガスが導入されるとともに、当該排ガスを海水で洗浄する。

【0036】

第１排ガス処理部１５０をスプレー塔で構成することにより、気泡塔や充填塔と比較して、空塔速度（塔内部に充填物がないと仮定したときのガスの流速）を大きくすることができ、ＮＯｘ、ＳＯｘ、およびＣＯ_２のいずれかまたは複数のガスの同一の除去率を達成するための水平方向の内径を小さくすることが可能となる。したがって、第１排ガス処理部１５０の占有体積を小さくすることが可能となり、船舶等の占有体積に制限がある場所であっても排ガス処理装置１００を搭載することができる。

【0037】

具体的に説明すると、第１排ガス処理部１５０は、本体１５２と、排ガス導入部１５４と、噴霧部１５６を含んで構成される。排ガス導入部１５４は、バルブ１５４ａと、排ガス導入管１５４ｂとを含んで構成され、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ_２が含まれる排ガスＸ１を本体１５２内に導入する。

【0038】

噴霧部１５６は、ポンプ１５８ａ、バルブ１５８ｂ、海水導入管１５８ｃを通じて、不図示の海水源と連通しており、排ガス導入部１５４が導入した排ガスＸ１に、海水を噴霧する。

【0039】

このように、第１排ガス処理部１５０において、排ガスＸ１に海水を噴霧して洗浄することで、排ガスＸ１中に含まれるＳＯｘおよびＣＯ_２が海水に吸収（溶解）される。こうして、第１排ガス処理部１５０は、排ガスＸ１中からＳＯｘ、ＣＯ_２、オイルミスト、およびダストを除去する。

【0040】

そして、排ガスＸ１中からＳＯｘ、ＣＯ_２、オイルミスト、およびダストが除去された排ガス（以下、単に排ガスＸ２とする）は、ガス管２２０ａ、バルブ２２０ｂを通じて、後述する第２排ガス処理部１６０の排ガス導入口１６２ｂに導かれる。また、ＳＯｘおよびＣＯ_２を吸収した海水は、バルブ２２０ｃを介して外部に排出される。

【0041】

第２排ガス処理部１６０は、例えば、スプレー塔であり、排ガスＸ２と、アノード分離部１３０から供給されたＣｌ_２ガスとを接触させて反応後ガスを生成する。そして、第２排ガス処理部１６０は、反応後ガスを、アノード分離部１３０から供給されたアノード溶液ＡＳ２で洗浄する。

【0042】

第２排ガス処理部１６０をスプレー塔で構成することにより、気泡塔や充填塔と比較して、空塔速度を大きくすることができ、ＮＯｘと同一の除去率を達成するための水平方向の内径を小さくすることが可能となる。したがって、第２排ガス処理部１６０の占有体積を小さくすることが可能となり、船舶等の占有体積に制限がある場所であっても排ガス処理装置１００を搭載することができる。

【0043】

具体的に説明すると、第２排ガス処理部１６０は、本体１６２と、噴霧部１６４とを含んで構成される。

【0044】

本体１６２には、ガス供給口１６２ａと、排ガス導入口１６２ｂが設けられている。ガス供給口１６２ａは、ガス管２１４ａ、バルブ２１４ｂを通じて、アノード分離部１３０のガス滞留空間１３０ａと連通しており、アノード分離部１３０で分離されたＣｌ_２ガスおよびＯ_２ガスは、ガス供給口１６２ａを通じて本体１６２内に供給される。

【0045】

排ガス導入口１６２ｂは、ガス管２２０ａ、バルブ２２０ｂを通じて、第１排ガス処理部１５０のガス滞留空間１５０ａと連通しており、第１排ガス処理部１５０で生成された排ガスＸ２は、排ガス導入口１６２ｂを通じて本体１６２内に供給される。

【0046】

噴霧部１６４は、バルブ２１６ａ、ポンプ１８０ｃ、アノード溶液流通管２１６ｂを通じて、アノード分離部１３０と連通しており、ガス供給口１６２ａから供給されたＣｌ_２ガス、Ｏ_２ガス、および、排ガス導入口１６２ｂから導入された排ガスＸ２に、アノード溶液ＡＳ２を噴霧する。

【0047】

そうすると、本体１６２内で、以下の反応式（１０）に示すように、まず、排ガスＸ２中のＮＯｘ（ここでは、一例としてＮＯを挙げる）とＣｌ_２ガスとが反応して塩化ニトロシル（ＮＯＣｌ）が生成される。
２ＮＯ（ｇ）＋Ｃｌ_２（ｇ）→２ＮＯＣｌ（ｇ）
…反応式（１０）
なお、反応式において（ｇ）は気体を示す。

【0048】

そして、噴霧部１６４によって、ＮＯＣｌにアノード溶液ＡＳ２が噴霧されることにより、ＮＯＣｌはアノード溶液ＡＳ２に吸収（溶解）される。

【0049】

ここで、アノード溶液ＡＳ２のｐＨは、ｐＨ１からｐＨ６であり、好ましくはｐＨ２からｐＨ５、より好ましくはｐＨ２からｐＨ４である。このように、アノード溶液ＡＳ２のｐＨが低いと、すなわち、アノード溶液ＡＳ２が酸性であると、ＮＯＣｌを効率よく吸収することができる。

【0050】

また、アノード溶液ＡＳ２のｐＨをｐＨ１からｐＨ６にするためには、上述した電圧印加部１２０が陽極１１２ａおよび陰極１１４ａに印加する電圧を、３．５Ｖから２０Ｖにするとよい。

【0051】

このように、第２排ガス処理部１６０において、排ガスＸ２からＮＯｘが除去されるとともに、第１排ガス処理部１５０において除去しきれなかったＣＯ_２、余剰のＣｌ_２ガスおよびＯ_２ガス（以下、単に余剰ガスＸ３とする）は、バルブ２２２ａ、余剰ガス流通管２２２ｂを通じて、後述する溶解部１７０のバブリング部１７４に導かれる。また、ＮＯｘを吸収したアノード溶液ＡＳ３は、バルブ２２２ｃを介して外部に排出される。

【0052】

溶解部１７０は、第２排ガス処理部１６０に供給されるＣｌ_２ガスの量が、排ガスＸ２中のＮＯｘを分解するのに必要な量よりも多い場合に生じる余剰のＣｌ_２を含む余剰ガスＸ３を、アルカリ性のカソード沈殿溶液ＰＳと接触させる。具体的に説明すると、溶解部１７０は、溶解槽１７２と、バブリング部１７４とを含んで構成される。

【0053】

溶解槽１７２は、バルブ２１０ｇ、ポンプ２１０ｈ、ＰＳ連通管２１０ｉを通じてカソード槽１１４と連通しており、カソード槽１１４から供給されたカソード沈殿溶液ＰＳを貯留する。

【0054】

バブリング部１７４は、バルブ２２２ａ、余剰ガス流通管２２２ｂを通じて、第２排ガス処理部１６０のガス滞留空間１６０ａと連通しており、第２排ガス処理部１６０から供給された余剰ガスＸ３をカソード沈殿溶液ＰＳにバブリングする。

【0055】

そうすると、溶解槽１７２内で、余剰ガスＸ３に含まれるＣｌ_２ガスがカソード沈殿溶液ＰＳに溶解する。すなわち、余剰ガスＸ３からＣｌ_２ガスを除去することができる。そして、余剰ガスＸ３からＣｌ_２が除去された精製ガスＸ４は、バルブ１７６を介して、外部に排出される。

【0056】

また、上述したように、電圧印加部１２０は、アノード溶液ＡＳ２のｐＨをｐＨ１からｐＨ６にするために、陽極１１２ａおよび陰極１１４ａに３．５Ｖから２０Ｖの電圧を印加する。そうすると、カソード溶液ＣＳ１のｐＨは、ｐＨ８からｐＨ１４となってしまい、上述した反応式（６）〜（９）に示す反応が起こり、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＭｇＣＯ_３、およびＣａＣＯ_３の沈殿を含むカソード沈殿溶液ＰＳが生成される。

【0057】

そこで、バブリング部１７４が、カソード沈殿溶液ＰＳに余剰ガスＸ３をバブリングすると、溶解槽１７２内で、以下の反応式（１１）、（１２）に示す反応が進行し、カソード沈殿溶液ＰＳのｐＨがｐＨ８〜１４からｐＨ８未満に低下する、すなわち、カソード沈殿溶液ＰＳが酸性になる。

【化3】

…反応式（１１）
Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２→ＨＣＯ_３⁻＋Ｈ^＋
…反応式（１２）

【0058】

カソード沈殿溶液ＰＳが酸性になると、以下の反応式（１３）〜（１６）に示す反応が起こる。
Ｍｇ（ＯＨ）_２＋２Ｈ^＋→Ｍｇ^２＋＋２Ｈ_２Ｏ
…反応式（１３）
Ｃａ（ＯＨ）_２＋２Ｈ^＋→Ｃａ^２＋＋２Ｈ_２Ｏ
…反応式（１４）
ＭｇＣＯ_３＋２Ｈ^＋→Ｍｇ^２＋＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２
…反応式（１５）
ＣａＣＯ_３＋２Ｈ^＋→Ｃａ^２＋＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２
…反応式（１６）

【0059】

なお、上記反応式（１３）に示す反応はｐＨ９．２未満で、反応式（１４）に示す反応はｐＨ１２未満で、反応式（１５）に示す反応はｐＨ１０未満で、反応式（１６）に示す反応はｐＨ８未満で進行する。

【0060】

こうして、溶解部１７０においてカソード沈殿溶液ＰＳ中のＭｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＭｇＣＯ_３、およびＣａＣＯ_３が溶解し、溶解溶液ＳＳが生成される。

【0061】

返送部１８０は、バルブ１８０ａと返送配管１８０ｂと、ポンプ１８０ｃを含んで構成され、溶解溶液ＳＳを第２排ガス処理部１６０へ返送する。具体的に説明すると、返送配管１８０ｂは、アノード溶液流通管２１６ｂに接続されており、バルブ１８０ａを開にしてポンプ１８０ｃを駆動させることで、溶解溶液ＳＳを第２排ガス処理部１６０の噴霧部１６４に供給する。

【0062】

上述したように、溶解溶液ＳＳは酸性であるため、ＮＯＣｌを効率良く吸収することができる。そこで、返送部１８０が溶解溶液ＳＳを第２排ガス処理部１６０に返送することで、アノード溶液ＡＳ２のみならず、溶解溶液ＳＳにもＮＯＣｌを吸収させることができる。

【0063】

また、従来、固形分離して廃棄していたＭｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＭｇＣＯ_３、およびＣａＣＯ_３を溶解溶液ＳＳとして再利用することができ、廃棄にかかるコストを低減することが可能となる。

【0064】

以上説明したように、本実施形態にかかる排ガス処理装置１００によれば、電気分解によってアノード槽１１２で生成されたＣｌ_２ガスで、排ガスＸ２に含まれるＮＯｘをＮＯＣｌに変換して除去することができる。

【0065】

また、溶解部１７０が、余剰ガスＸ３に含まれるＣｌ_２ガスをカソード沈殿溶液ＰＳに溶解させることで、余剰ガスＸ３からＣｌ_２ガスを除去することができ、Ｃｌ_２ガスの外部への放出を抑制することが可能となる。

【0066】

さらに、溶解部１７０が余剰ガスＸ３をカソード沈殿溶液ＰＳに溶解させることで、アルカリ性のカソード沈殿溶液ＰＳを酸性にすることができる。酸性になったカソード沈殿溶液ＰＳ（溶解溶液ＳＳ）は、ＮＯＣｌを効率よく吸収できるため、返送部１８０が、アノード溶液ＡＳ２に代えて、または、アノード溶液ＡＳ２とともに溶解溶液ＳＳを第２排ガス処理部１６０の噴霧部１６４に返送することで、第２排ガス処理部１６０においてＮＯＣｌを効率よく吸収することが可能となる。したがって、ＮＯＣｌの吸収のために、アノード溶液ＡＳ２とともに、溶解溶液ＳＳを利用することができるため、同一の量のＮＯＣｌ（ＮＯｘ）を吸収するために必要なアノード溶液ＡＳ２の量を削減することができる。つまり、アノード溶液ＡＳ２を生成するための電気分解に利用する電力を削減することが可能となる。

【0067】

（排ガス処理方法）
図２は、本実施形態にかかる排ガス処理装置１００を用いた排ガス処理方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。

【0068】

まず、アノード槽１１２およびカソード槽１１４に海水が収容された状態で、電圧印加部１２０が陽極１１２ａおよび陰極１１４ａに電圧を印加することで、電気分解を行う（Ｓ３００）。そして、アノード槽１１２において生成されたアノード溶液ＡＳ１をアノード分離部１３０に導入し、カソード槽１１４において生成されたカソード溶液ＣＳ１をカソード分離部１４０に導入し、カソード槽１１４において生成されたカソード沈殿溶液ＰＳを溶解槽１７２に導入する（Ｓ３０２）。

【0069】

アノード分離部１３０は、気液分離によって、アノード溶液ＡＳ１をＣｌ_２ガスとアノード溶液ＡＳ２とに分離する（Ｓ３０４）。また、カソード分離部１４０は、気液分離によって、カソード溶液ＣＳ１をＨ_２ガスとカソード溶液ＣＳ２とに分離する（Ｓ３０６）。

【0070】

第１排ガス処理部１５０は、排ガスＸ１に海水を噴霧して、排ガスＸ１からＳＯｘ、ＣＯ_２、オイルミスト、ダストを除去するとともに、排ガスＸ１からＳＯｘ、ＣＯ_２、オイルミスト、ダストが除去された排ガスＸ２を第２排ガス処理部１６０に送出する（Ｓ３０８）。

【0071】

第２排ガス処理部１６０は、海水洗浄工程Ｓ３０８で洗浄された排ガスＸ２と、アノード分離工程Ｓ３０４で分離されたＣｌ_２ガスとを接触させて反応後ガス（ＮＯＣｌ、余剰のＣｌ_２ガスを含む）を生成する（Ｓ３１０）。

【0072】

続いて、第２排ガス処理部１６０は、反応後ガスに、アノード分離工程Ｓ３０４で分離されたアノード溶液ＡＳ２を噴霧して、反応後ガスからＮＣｌＯを除去するとともに、ＮＣｌＯが除去された反応後ガス（余剰ガスＸ３）を溶解部１７０に送出する（Ｓ３１２）。

【0073】

溶解部１７０は、電解溶液導入工程Ｓ３０２で導入されたカソード沈殿溶液ＰＳに余剰ガスＸ３を接触させて、余剰ガスＸ３からＣｌ_２ガスを除去して精製ガスＸ４を生成するとともに溶解溶液ＳＳを生成する（Ｓ３１４）。

【0074】

そして、返送部１８０は、溶解溶液ＳＳを、アノード溶液ＡＳ２に代えて、またはアノード溶液ＡＳ２とともに、第２排ガス処理部１６０の噴霧部１６４に供給する。そうすると、第２排ガス処理部１６０は、反応後ガスに溶解溶液ＳＳを噴霧して、反応後ガスからＮＣｌＯを除去する（Ｓ３１６）。

【0075】

以上説明したように、本実施形態にかかる排ガス処理方法によれば、電気分解によって生じたＣｌ_２ガスをＮＯｘの除去に利用することで、排ガスからＮＯｘを効率よく除去するとともに、排ガス中のＣｌ_２ガスの濃度を著しく低減することが可能となる。

【0076】

（実施例１）
カソード槽１１４およびアノード槽１１２に人工海水を２Ｌずつ収容し、電圧印加部１２０は、陽極１１２ａおよび陰極１１４ａに５Ｖの電圧を印加した。そして、アノード槽１１２で生成されたＣｌ_２ガスを、０．３ｍ^３／ｈ程度の排ガスＸ１を処理可能なスプレー塔（第２排ガス処理部１６０）に導入した。

【0077】

その結果、アノード槽１１２においてＣｌ_２ガスの生成が確認され、その濃度は、０．５％から４％であった。また、アノード槽１１２において生成されたアノード溶液ＡＳ２における遊離塩素濃度は、０．１ｍｇ／Ｌから５０ｍｇ／Ｌであった。

【0078】

カソード槽１１４においてＨ_２の生成およびＭｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２の沈殿の生成が確認され、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２の乾燥重量は、１０ｇ程度であった。

【0079】

アノード槽１１２において生成されたＣｌ_２およびアノード溶液ＡＳ２を第２排ガス処理部１６０に導入した場合の、第２排ガス処理部１６０におけるＮＯの除去率は９９％であった。また、第２排ガス処理部１６０においてＮＯを除去した後の余剰Ｃｌ_２ガスの濃度は、０．０５％〜０．４％であった。

【0080】

（実施例２）
０．０１％から０．０５％のＣｌ_２ガスを０．０３７５ｍ^３／ｈで、ｐＨ１０程度のアルカリ溶液にバブリングした。その結果、バブリング後の溶液中の遊離塩素濃度は、２０ｍｇ／Ｌから２００ｍｇ／Ｌとなり、ｐＨは、ｐＨ２〜ｐＨ３になった。

【0081】

上述したように、反応式（１３）〜（１６）に示す反応はｐＨ８未満で起こるため、０．０１％から０．０５％といった低濃度のＣｌ_２ガスをｐＨ１０程度のアルカリ溶液にバブリングした場合であっても、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＭｇＣＯ_３、およびＣａＣＯ_３を溶解させることができることが分かった。したがって、より高濃度である０．０５％〜０．４％の余剰Ｃｌ_２ガスを、ｐＨ８からｐＨ１４のカソード沈殿溶液ＰＳにバブリングすると、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＭｇＣＯ_３、およびＣａＣＯ_３を溶解させることができると推測される。

【0082】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0083】

例えば、上述した実施形態において、排ガス処理装置１００が、アノード分離部１３０およびカソード分離部１４０を備える構成について説明した。しかし、アノード槽１１２やカソード槽１１４で気液分離させることも可能であり、アノード分離部１３０およびカソード分離部１４０を省略することもできる。

【0084】

また、上述した実施形態において、アノード分離部１３０で分離されたＣｌ_２ガスを押し出すために空気を導入しているが、排ガス導入部１５４を分岐して、空気に代えて排ガスＸ１を導入してもよい。

【0085】

上述した実施形態において、カソード槽１１４から定期的にカソード沈殿溶液ＰＳを排出するのではなく、カソード分離部１４０で分離された沈殿物を含む液を外部へ排出せずに、全て溶解部１７０に送出して、排ガスＸ３をバブリングして溶解溶液ＳＳを作製し、第２排ガス処理部１６０に導入してもよい。

【0086】

また、上述した実施形態では、カソード槽１１４で生成されたＨ_２は、ガス管２１８ｄ、バルブ２１８ｅを通じて電圧印加部１２０に導入される例について説明した。しかし、これに限らず、カソード槽１１４で生成されたＨ_２を一旦ガスホルダに回収し、精製した後に、電圧印加部１２０に導入することもできる。

【0087】

さらに、上述した実施形態では、水素（Ｈ_２）を動力源として電力を生成する装置で構成される電圧印加部１２０を例に挙げて説明した。しかし、電圧印加部１２０は、陽極１１２ａおよび陰極１１４ａに電圧を印加できればよく、例えば、商用電源を利用して電圧を印加する装置等であってもよい。

【0088】

また、上述した実施形態において、第１排ガス処理部１５０、および、第２排ガス処理部１６０を、スプレー塔で構成した例について説明したが、これに限定されず、気泡塔や充填塔であってもよい。

【0089】

さらに、排ガス処理装置１００において示した位置以外にポンプやバルブを設けてもよい。

【0090】

また、溶解溶液ＳＳは、ＮＯＣｌの吸収用のみならず、船舶の糞尿設備やバラスト水の殺菌剤として用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0091】

本発明は、排ガスに含まれるＮＯｘを除去する排ガス処理装置および排ガス処理方法に利用することができる。

【符号の説明】

【0092】

１００ …排ガス処理装置
１１０ …電解槽
１２０ …電圧印加部
１３０ …アノード分離部
１５０ …第１排ガス処理部
１６０ …第２排ガス処理部
１７０ …溶解部
１７４ …バブリング部
１８０ …返送部

【図1】

【図2】