特許 6596279 乾式脱硫システム及び排ガス処理装置

(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】6596279

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】乾式脱硫システム及び排ガス処理装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/92 20060101AFI20191010BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/92 213

   B01D53/92ZAB

   B01D53/92 354

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-180979(P2015-180979)

(22)【出願日】2015年9月14日

(65)【公開番号】特開2017-56380(P2017-56380A)

(43)【公開日】2017年3月23日

【審査請求日】2018年4月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】大庭 一仁

(72)【発明者】

【氏名】澤津橋 徹哉

(72)【発明者】

【氏名】森 匡史

(72)【発明者】

【氏名】山根 史也

(72)【発明者】

【氏名】松下 浩市

(72)【発明者】

【氏名】末野 智

(72)【発明者】

【氏名】天野 正広

【審査官】 佐々木 典子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−０７９１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１３５６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−２０２０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１３５５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５１１３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０４３８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０９−５０６０３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／３４−５３／９６

Ｆ０１Ｎ ３／００、 ３／０２

Ｆ０１Ｎ ３／０４− ３／３８

Ｆ０１Ｎ ９／００−１１／００

Ｂ０１Ｊ ８／００− ８／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

舶用エンジンから排出された排ガスから硫黄酸化物を除去する乾式脱硫システムであって、
固形粒子状であり前記排ガスが所定の流速の場合に流動可能である流動材が貯留され、前記流動材が貯留される領域を前記排ガスが通過する乾式脱硫反応器と、
前記乾式脱硫反応器のうち前記流動材が貯留される領域に固形粒子状の脱硫剤を供給する脱硫剤供給部と、
前記乾式脱硫反応器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に配置され、前記流動材と、前記脱硫剤とを分離し、前記流動材を前記乾式脱硫反応器に供給し、前記脱硫剤及び前記排ガスを当該排ガスの流れ方向下流側に排出する分級器と、
前記分級器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に配置され、前記分級器を介した前記排ガスに含まれる前記脱硫剤を捕集するフィルタと
を備え、
前記フィルタには、前記分級器と前記フィルタとの間に配置されて前記排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置を介した前記排ガスが導入される
乾式脱硫システム。

【請求項2】

前記フィルタで捕集した前記脱硫剤を回収する脱硫剤回収部を備える請求項１に記載の乾式脱硫システム。

【請求項3】

前記流動材の平均粒径と前記脱硫剤の平均粒径との関係が、１５≦（前記流動材の平均粒径／前記脱硫剤の平均粒径）≦３３を満たす請求項１又は請求項２に記載の乾式脱硫システム。

【請求項4】

前記脱硫剤供給部は、前記分級器で分級された前記流動材が前記乾式脱硫反応器に供給される配管に前記脱硫剤を供給する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の乾式脱硫システム。

【請求項5】

前記舶用エンジンから排出される前記排ガスの流量に応じて前記脱硫剤供給部から前記乾式脱硫反応器に供給する前記脱硫剤の量を調整する供給量調整部を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の乾式脱硫システム。

【請求項6】

前記分級器を通過した前記排ガスを前記乾式脱硫反応器に供給する排ガス循環部をさらに備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の乾式脱硫システム。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の乾式脱硫システムと、前記乾式脱硫システムを構成する前記分級器と前記フィルタとの間に配置されて前記排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置と、を備える排ガス処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、乾式脱硫システム及び排ガス処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

船舶に搭載される舶用エンジンにおいては、燃料として、硫黄分が多く含まれる重質燃料が主に用いられる。舶用エンジンから排出される排ガスは、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤塵などの有害物質を含んでいる。これらの有害物質は、大気汚染の原因となる。このため、船舶では、その規制が強化されている。排ガス中の硫黄酸化物を低減する脱硫システムが設置されている。舶用エンジンの脱硫システムとしては、排ガスに硫黄酸化物を吸収する液体を接触させる気液接触で脱硫を行う湿式の脱硫システムが知られている。また、船舶ではなく、廃棄物燃焼炉から排出される排ガスの処理装置であるが、特許文献１には、乾式の脱硫システムが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３００９９２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

湿式の脱硫システムは、硫黄酸化物を含んだ排水処理が必要となる。また、排ガス温度が低下するため、後流にて触媒式脱硝を行う場合には、熱交換装置等が別途必要となる。また、特許文献１のような乾式の脱硫システムを船舶に搭載する場合、脱硫性能の面で更なる向上が求められる。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、舶用エンジンから排出される排ガスから硫黄酸化物を適切に除去することができる乾式脱硫システム及び排ガス処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するための本発明の乾式脱硫システムは、舶用エンジンから排出された排ガスから硫黄酸化物を除去する乾式脱硫システムであって、固形粒子状であり前記排ガスが所定の流速の場合に流動可能である流動材が貯留され、前記流動材が貯留される領域を前記排ガスが通過する乾式脱硫反応器と、前記乾式脱硫反応器のうち前記流動材が貯留される領域に固形粒子状の脱硫剤を供給する脱硫剤供給部と、前記乾式脱硫反応器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に配置され、前記流動材と、前記脱硫剤とを分離し、前記流動材を前記乾式脱硫反応器に供給し、前記脱硫剤及び前記排ガスを当該排ガスの流れ方向下流側に排出する分級器とを備える。

【0007】

従って、乾式脱硫反応器に流入した排ガスは、流動材が貯留される領域を通過し、当該領域に供給される脱硫剤に接触する。これにより、排ガス中の硫黄酸化物が脱硫剤と反応して除去される。硫黄酸化物と反応した後の脱硫剤は、例えば流動材と共に排ガスによって分級器に流され、分級器によって排ガスと共に下流側に排出される。この場合、反応後の脱硫剤が乾式脱硫反応器に留まることを抑制できる。また、乾式脱硫反応器に新たな脱硫剤を供給することで、乾式脱硫反応器内に未反応の脱硫剤が配置された状態を維持することができる。これにより、舶用エンジンから排出される排ガスから硫黄酸化物を適切に除去することができる。

【0008】

本発明の乾式脱硫システムでは、前記分級器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に配置され、前記分級器を介した前記排ガスに含まれる前記脱硫剤を捕集するフィルタを備える。

【0009】

従って、フィルタによって排ガスから脱硫剤が回収されるため、排ガスに脱硫剤が混入されたまま後流側に流れることを抑制できる。

【0010】

本発明の乾式脱硫システムでは、前記フィルタで補集した前記脱硫剤を回収する脱硫剤回収部を備える。

【0011】

従って、フィルタで捕集した脱硫剤を回収することにより、排ガスに脱硫剤が混入されたまま後流側に流れることをより確実に抑制できる。

【0012】

本発明の乾式脱硫システムでは、前記流動材の平均粒径と前記脱硫剤の平均粒径との関係が、１５≦（前記流動材の平均粒径／前記脱硫剤の平均粒径）≦３３を満たす。

【0013】

従って、粒径比を１５以上３３以下とすることで、船舶の運転時に流動層が形成される条件での運転をより多くの時間割合とすることができる。また、粒径比を１５以上３３以下とすることで、脱硫性能を高く維持する必要がある運転負荷で、適切に流動層を形成させることができる。

【0014】

本発明の乾式脱硫システムでは、前記脱硫剤供給部は、前記分級器で分級された前記流動材が前記乾式脱硫反応器に供給される配管に前記脱硫剤を供給する。

【0015】

従って、脱硫剤と流動材とが混ざり合った状態で乾式脱硫反応器に供給されるため、脱硫剤又は流動材が偏在することを抑制できる。

【0016】

本発明の乾式脱硫システムでは、前記舶用エンジンから排出される前記排ガスの流量に応じて前記脱硫剤供給部から前記乾式脱硫反応器に供給する前記脱硫剤の量を調整する供給量調整部を備える。

【0017】

従って、脱硫剤の使用状況に応じて脱硫剤を補充することができるため、脱硫剤を効率的に使用することができる。

【0018】

本発明の乾式脱硫システムでは、前記分級器を通過した前記排ガスを前記乾式脱硫反応器に供給する排ガス循環部をさらに備える。

【0019】

従って、乾式脱硫反応器に供給される排ガスの流量を調整することができるため、流動層の状態が好適な状態になるように調整することができる。

【0020】

本発明に係る排ガス処理装置は、上記の乾式脱硫システムと、前記乾式脱硫システムを構成する前記乾式脱硫反応器よりも前記排ガスの流れ方向下流側に設けられて前記排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置と、を備える。

【0021】

従って、上記の脱硫装置の効果に加えて、脱硝装置の触媒の劣化防止とともに、脱硫性能の維持を図ることができるので、排ガス処理性能の高い排ガス処理装置を得ることができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、舶用エンジンから排出される排ガスから硫黄酸化物を適切に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本実施形態に係る排ガス処理装置を表す概略構成図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る乾式脱硫システムの一例を示す図である。

【図3】図３は、流動材の流動状態を説明するためのグラフである。

【図4】図４は、変形例に係る乾式脱硫システムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明に係る排ガス処理装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0025】

図１は、本実施形態に係る排ガス処理装置を表す概略構成図である。図１に示すように、排ガス処理装置１０は、乾式脱硫システム４０と、脱硝装置４７とを備えている。排ガス処理装置１０は、船舶に搭載されて使用されるディーゼルエンジン（舶用エンジン）１１から排出される排ガスを処理するものであり、排ガス中の有害物質として、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、未燃成分、煤塵などを低減したり、除去したりするものである。この場合、ディーゼルエンジン１１は、船舶の主機関や発電装置などとして使用されるものである。

【0026】

ディーゼルエンジン１１は、シリンダ部１２の一方側に掃気トランク１３に配置され、他方側に排気マニホールド１４が配置されて構成されている。シリンダ部１２は、複数（本実施形態では、６個）のシリンダ２１が直列に配置されている。この各シリンダ２１は、図示しないが、内部にピストンがそれぞれ上下に往復動自在に設けられることで、燃焼室が形成される。そして、各ピストンは、下部がクランク軸に連結されている。

【0027】

掃気トランク１３は、シリンダ部１２の各シリンダ２１と吸気ポート２２を介して連結されている。排気マニホールド１４は、シリンダ部１２の各シリンダ２１と排気ポート２３を介して連結されており、各排気ポート２３に排気弁（図示略）が設けられている。そして、掃気トランク１３は、吸気経路Ｌ１が連結され、排気マニホールド１４は、排気経路Ｌ２が連結されている。また、シリンダ部１２は、各シリンダ２１の内部に燃料（例えば、重油など）を噴射するインジェクタ２４がそれぞれ設けられており、各インジェクタ２４は、図示しない燃料タンクに連結されている。

【0028】

そのため、シリンダ部１２は、燃焼室に各インジェクタ２４から供給された燃料と、掃気トランク１３から各吸気ポート２２を介して供給された燃焼用ガス（例えば、空気）が供給され、混合して圧縮されることで燃焼する。そして、この燃焼で発生したエネルギにより各ピストンが上下動し、各ピストンの下端部が連結されたクランク軸を回転させる。一方、燃焼によって生じた排ガスは、排気ポート２３を介して排気マニホールド１４に排出される。

【0029】

ディーゼルエンジン１１は、排気タービン過給機３１が設けられている。排気タービン過給機３１は、コンプレッサ３２とタービン３３が回転軸３４を介して同軸上に連結されて構成されており、コンプレッサ３２とタービン３３は、回転軸３４により一体回転することができる。コンプレッサ３２は、外部から空気等を吸気する吸気経路Ｌ３が連結されると共に、掃気トランク１３に至る吸気経路Ｌ１が連結されている。タービン３３は、排気マニホールド１４に至る排気経路Ｌ２が連結されると共に、外部に排気する排気経路Ｌ４が連結されている。なお、吸気経路Ｌ１は、コンプレッサ３２により圧縮された空気を冷却する空気冷却器３５が設けられている。

【0030】

そのため、タービン３３は、排気マニホールド１４から排気経路Ｌ２を通して導かれた排ガス（燃焼ガス）によって駆動し、コンプレッサ３２を駆動した後、排ガスを排気経路Ｌ４から外部に排出する。一方、コンプレッサ３２は、タービン３３により駆動し、吸気経路Ｌ３から吸気した空気を圧縮した後、圧縮空気を吸気経路Ｌ１から掃気トランク１３に圧送する。

【0031】

排気経路（流路）Ｌ４は、排気マニホールド１４から排出されてタービン３３を駆動した排ガスを外部に排出する。排ガス処理装置１０は、この排気経路Ｌ４から排ガスの流れ方向の下流側に設けられる。図１に記載のように、本実施形態の排ガス処理装置１０は、乾式脱硫システム４０を構成する後述の分級器４２とバグフィルタ４３との間に、脱硝装置４７が配置されている。

【0032】

図２は、本実施形態に係る乾式脱硫システム４０の一例を示す図である。図１及び図２に示すように、乾式脱硫システム４０は、脱硫反応器（乾式脱硫反応器）４１と、分級器４２と、バグフィルタ（フィルタ）４３と、供給配管（配管）４４と、脱硫剤供給部４５と、脱硫剤回収部４６とを有している。乾式脱硫システム４０は、排ガスの流れ方向下流側に向けて、脱硫反応器４１と、分級器４２と、バグフィルタ４３とが順に設けられている。なお、図２では、分級器４２とバグフィルタ４３との間に配置される脱硝装置４７の図示を省略している。ここで、乾式脱硫システム４０は、固体（粒子）状の脱硫剤を排ガス中に供給し、脱硫剤を排ガス中の硫黄酸化物と反応させて除去する排煙脱硫システムである。したがって、乾式脱硫システム４０では、脱硫剤の反応に水分が用いられないため、硫黄酸化物を含んだ排水処理が不要となる。乾式脱硫システム４０は、以下の湿式及び半乾式の脱硫システムと区別される。湿式の脱硫システムは、脱硫剤を溶解又は分散させた水溶液層又はスラリー層に排ガスを供給し、脱硫剤を排ガス中の硫黄酸化物と反応させて除去する排煙脱硫システムである。湿式の脱硫システムとしては、例えば、石灰−石膏法や水酸化マグネシウム法、ソーダ法等のプロセスを行う装置が挙げられる。また、半乾式の乾式脱硫システムは、脱硫剤と水とを混合させたスラリーを排ガス中に噴霧し、脱硫剤を硫黄酸化物と反応させて除去する排煙脱硫システムである。半乾式の脱硫システムとしては、例えば、消石灰スラリーをスプレードライヤー内に噴霧する装置等が挙げられる。なお、乾式脱硫システム４０は、排ガスの流れ方向の上流側から下流側に向けて、脱硫反応器（乾式脱硫反応器）４１、分級器４２、及びバグフィルタ（フィルタ）４３の順に並んでいる。

【0033】

図２に示すように、脱硫反応器４１は、筐体５１と、分散板５３と、を有している。筐体５１には、排ガス入口５２と、排ガス出口５４とが形成されている。筐体５１は、例えば箱型に形成され、内部Ｋが中空状になっている。排ガス入口５２は、例えば筐体５１の下部に設けられる。排ガス入口５２は、排気経路Ｌ４に接続されている。排ガス入口５２は、排気経路Ｌ４を流れる排ガスを筐体５１の内部Ｋに導入する。排ガス出口５４は、筐体５１の上部に設けられる。排ガス出口５４は、排気経路Ｌ５に接続される。

【0034】

分散板５３は、排ガス入口５２の上方を塞ぐように筐体５１の内部Ｋに配置される。分散板５３により、内部ＫはチャンバＫ１と流動部（領域）Ｋ２とに分割されている。チャンバＫ１は、分散板５３の下方に形成される。流動部Ｋ２は、分散板５３の上方に形成される。流動部Ｋ２には、固体粒子状の流動材Ｐ１と脱硫剤Ｐ２とを含む粒状物Ｐが貯留される。

【0035】

流動材Ｐ１は、固体粒子状であり排ガスが所定の流速の場合に流動可能である。流動材Ｐ１としては、例えばケイ砂、ドロマイト、石灰石などが用いられる。流動材Ｐ１の平均粒径は、排ガスの流れによって流動層を形成するように設定されている。ここで、平均粒径とは、粒度分布測定装置を用いてＪＩＳ Ｚ ８８２５に準拠したレーザ光による光回折散乱法によって測定される５０％径の値である。

【0036】

脱硫剤Ｐ２は、排ガスの流れによって流動材Ｐ１と共に流動するように固体粒子状に形成される。脱硫剤Ｐ２は、排ガスに含まれる硫黄酸化物と反応し、排ガスから硫黄酸化物を除去する。脱硫剤Ｐ２としては、例えばアルカリ金属化合物やアルカリ土類金属化合物などが用いられる。

【0037】

また、分散板５３は、排ガスを通過させ、かつ上記の粒状物Ｐを通過させないように多孔形状に形成される。したがって、分散板５３は、排ガス入口５２から筐体５１内に導入された排ガスをチャンバＫ１から流動部Ｋ２側に通過させると共に、流動部Ｋ２に収容された粒状物ＰがチャンバＫ１側に落下することを防いでいる。

【0038】

分級器４２は、脱硫反応器４１よりも排ガスの流れ方向下流側に配置されている。分級器４２は、排気経路Ｌ５を介して脱硫反応器４１に接続されている。分級器４２は、排ガスに含まれる流動材Ｐ１と脱硫剤Ｐ２とを分離する。また、分級器４２は、分離した流動材Ｐ１を回収して脱硫反応器４１に供給し、脱硫剤Ｐ２及び排ガスを下流側に排出する。分級器４２としては、例えばサイクロンが用いられる。分級器４２は、排ガス入口６１と、排ガス出口６２と、流動材回収部６３とを有している。排ガス入口６１は、排気経路Ｌ５に接続され、脱硫反応器４１からの排ガスを導入する。排ガス出口６２は、分級器４２の上部に設けられ、排気経路Ｌ６に排ガスを排出する。流動材回収部６３は、排ガスから流動材Ｐ１を分離し、当該分離された流動材Ｐ１を供給配管４４に排出する。

【0039】

供給配管４４は、分級器４２と、脱硫剤供給部４５とに接続されている。供給配管４４は、分級器４２から排出される流動材Ｐ１を脱硫反応器４１に供給する。また、供給配管４４は、後述する脱硫剤供給部４５から供給される脱硫剤Ｐ２を脱硫反応器４１に供給する。供給配管４４では、流動材Ｐ１及び脱硫剤Ｐ２の粒状物Ｐが流動層の状態で流通可能である。供給配管４４は、ダウンカマー４４ａを有している。ダウンカマー４４ａは、脱硫反応器４１の流動部Ｋ２に接続されている。供給配管４４は、ダウンカマー４４ａを介して流動部Ｋ２に粒状物Ｐを供給する。なお、排気経路Ｌ５と、分級器４２の排ガス入口６１及び流動材回収部６３と、供給配管４４及びダウンカマー４４ａとによって、流動材循環部Ｒが形成されている。流動材循環部Ｒは、流動部Ｋ２から排出された排ガスに含まれる流動材Ｐ１を流動部Ｋ２に循環させる経路である。

【0040】

脱硫剤供給部４５は、供給配管４４に脱硫剤Ｐ２を供給する。脱硫剤供給部４５は、供給量調整部４５ａを有する。供給量調整部４５ａは、ディーゼルエンジン１１から排出される排ガスの流量に応じて、脱硫剤Ｐ２の供給量を調整する。なお、当該排ガスの流量の値としては、流動材Ｐ１の平均粒径（アルキメデス数）を設定する場合と同様に、ディーゼルエンジン１１の酸素濃度と、燃焼室に供給された燃料の供給量（エンジン負荷）とに基づいて算出される値を用いることができる。供給量調整部４５ａとして、例えば流量調整弁などが設けられてもよい。

【0041】

バグフィルタ４３は、排気経路Ｌ６、脱硝装置４７及び排気経路Ｌ７を経由して分級器４２に接続されている。分級器４２とバグフィルタ４３との間に脱硝装置４７が配置されていることで、乾式脱硫システム４０は、脱硝装置４７よりも排ガスの流れ方向下流側にバグフィルタ４３が配置される。このため、例えば脱硝装置４７における脱硝に必要な排ガス温度よりも低い耐熱温度のバグフィルタ４３についても使用可能となっている。なお、例えば脱硝装置４７における脱硝に必要な排ガス温度よりも高い耐熱温度を有するバグフィルタ４３を用いる場合、当該バグフィルタ４３が脱硝装置４７よりも排ガスの流れ方向上流側に配置された構成であってもよい。バグフィルタ４３は、排ガス中の未燃成分や煤塵などを低減または除去して、排気経路Ｌ８に排ガスを排出する。バグフィルタ４３は、排ガス入口７１と、フィルタ部７２と、排ガス出口７３とを有している。排ガス入口７１は、排気経路Ｌ６に接続され、排ガスを導入する。フィルタ部７２は、排ガス中の未燃成分や煤塵などを捕捉する。また、フィルタ部７２は、バグフィルタ４３に導入された排ガスから脱硫剤Ｐ２を捕捉する。排ガス出口７３は、排気経路Ｌ７に接続され、フィルタ部７２を介した排ガスを排出する。

【0042】

また、バグフィルタ４３には、脱硫剤回収部４６が設けられている。脱硫剤回収部４６は、例えばフィルタ部７２によって捕捉された脱硫剤Ｐ２を回収する。脱硫剤回収部４６は、受部７４と、配管７５と、タンク部７６とを有している。受部７４は、フィルタ部７２によって捕捉されて落下した脱硫剤Ｐ２を受ける。配管７５は、受部７４とタンク部７６とを接続し、受部７４に落下した脱硫剤Ｐ２をタンク部７６に送る。タンク部７６は、配管７５を介して送られた脱硫剤Ｐ２を貯留する。

【0043】

また、図１に示すように、脱硝装置４７は、分級器４３とバグフィルタ４４との間に配置され、排気経路Ｌ６から送られた排ガス中の窒素酸化物を減少または除去して、当該排ガスを排気経路Ｌ７に排出する。

【0044】

また、排ガス処理装置１０は、排ガスを掃気トランク１３に戻す排ガス再循環経路Ｌ９を有する。排ガス再循環経路Ｌ９は、排気経路Ｌ８と吸気経路Ｌ３の間を接続している。排ガス再循環経路Ｌ９は、排気ガスの導入量を調整する流量調整弁４９が設けられている。コンプレッサ３２は、吸気経路Ｌ３から吸気した空気と排ガス再循環経路Ｌ９から導入された排気再循環ガスの混合ガスを圧縮する。

【0045】

次に、上記の排ガス処理装置１０の動作を説明する。図１に示すように、ディーゼルエンジン１１において燃焼で生じた排ガスは、排気ポート２３を介して排気マニホールド１４に排出され、排気経路Ｌ２に排出される。この排ガスは、排気タービン過給機３１に導入され、タービン３３及びコンプレッサ３２を駆動した後に排気経路Ｌ４に排出される。また、吸気経路Ｌ３からコンプレッサ３２に吸気された空気は、コンプレッサ３２によって圧縮され、燃焼用ガスとして吸気経路Ｌ１から掃気トランク１３に圧送される。

【0046】

排気経路Ｌ４に排出された排ガスは、乾式脱硫システム４０に導入される。具体的には、脱硫反応器４１の排ガス入口５２からチャンバＫ１に導入され、分散板５３を介して流動部Ｋ２に導入される。流動部Ｋ２に導入された排ガスは、上方に流れて排ガス出口５４から排気経路Ｌ５に排出される。排気経路Ｌ５に排出された排ガスは、分級器４２を経由して排気経路Ｌ６に排出され、バグフィルタ４３に導入される。バグフィルタ４３に導入された排ガスは、フィルタ部７２によって異物が除去され、排気経路Ｌ７に排出される。このようにして、排ガスが乾式脱硫システム４０を通過する。

【0047】

このとき、脱硫反応器４１では、排ガスが供給されることで、分散板５３に支持された流動材Ｐ１が流動化する。また、流動材Ｐ１の流動化により、脱硫剤Ｐ２が流動材Ｐ１と共に流動化する。例えば、流動材Ｐ１は、排ガスの流れによって浮遊し、排ガス出口５４から排ガスと共に排気経路Ｌ５に排出される。排気経路Ｌ５に排出された流動材Ｐ１は、分級器４２によって排ガスから分離され、流動材回収部６３から供給配管４４に排出される。分級器４２によって排ガスから流動材Ｐ１が確実に分離されるため、排ガスに流動材Ｐ１が混入されたまま後流側に流れることが抑制される。そして、流動材Ｐ１は、供給配管４４からダウンカマー４４ａを介して脱硫剤Ｐ２と共に流動部Ｋ２に供給される。流動材Ｐ１と脱硫剤Ｐ２とが混合した状態で流動部Ｋ２に供給されるため、粒状物Ｐ中において流動材Ｐ１又は脱硫剤Ｐ２が偏在することが抑制される。このように、流動材Ｐ１は、流動部Ｋ２から排気経路Ｌ５、分級器４２及び供給配管４４（ダウンカマー４４ａ）を経由して流動部Ｋ２に至る流動材循環部Ｒを循環する。したがって、乾式脱硫システム４０には、流動材Ｐ１の循環流動層Ｓ（図２参照）が形成される。

【0048】

乾式脱硫システム４０は、排ガスの流れにより、流動材Ｐ１と脱硫剤Ｐ２とが共に浮遊して循環流動層Ｓを流動する。乾式反応器４１で流動化した脱硫剤Ｐ２は、排ガスに接触し、排ガスに含まれる硫黄酸化物と反応する。これにより、排ガスに含まれる硫黄酸化物が除去される。

【0049】

乾式脱硫システム４０は、乾式反応器４１を通過し、硫黄酸化物が除去された排気ガスが分級器４２に流入する。また、乾式脱硫システム４０は、排気ガスとともに、乾式反応器４１の流動材Ｐ１及び脱硫剤Ｐ２の一部が分級器４２に流入する。分級器４２に流入した流動材Ｐ１及び脱硫剤Ｐ２は、分級器４２で、流動材Ｐ１が排ガスと分離される。また、脱硫剤Ｐ２は、一部が流動材Ｐ１に付着した状態で排ガスと分離され、一部が、排ガスとともに下流側に搬送される。つまり、脱硫剤Ｐ２は、一部が、流動材Ｐ１と分離され、循環する経路ではなく、排ガスと共に排ガス出口６２から排気経路Ｌ６に排出される。

【0050】

排気経路Ｌ６に排出された排ガスは、下流側に配置されている脱硝装置４７に導入される。脱硝装置４７は、導入された排ガスに含まれる窒素酸化物を減少させまたは除去し、排気経路Ｌ７に排出する。乾式脱硫システム４０は、排気流路Ｌ７に流入した排ガスがバグフィルタ４３を通過する。排ガスは、排ガスとともに流れている異物と脱硫剤Ｐ２がバグフィルタ４３に捕集（捕捉）される。乾式脱硫システム４０は、脱硝装置４７を通過した後に排気流路Ｌ７に流入した排ガスがバグフィルタ４３を通過するため、バグフィルタ４３の耐熱温度が脱硝装置４７における脱硝に必要な温度より低い場合でも十分に使用可能となる。フィルタ部７２に捕捉された脱硫剤Ｐ２は、受部７４及び配管７５を経由してタンク部７６に回収される。乾式脱硫システム４０は、バグフィルタ４３を通過した排ガスを排気経路Ｌ８に排出する。

【0051】

乾式脱硫システム４０は、脱硫剤供給部４５から供給配管４４に対して脱硫剤Ｐ２を供給する。これにより、乾式脱硫システム４０は、脱硫剤Ｐ２が排ガスによって流動部Ｋ２から排出され、流動部Ｋ２中の脱硫剤Ｐ２の数が減少した分を補充する。また、乾式脱硫システム４０は、排ガスの流量に応じて供給量調整部４５から供給する脱硫剤Ｐ２の量を調整する。

【0052】

以上のように、本実施形態の乾式脱硫システム４０は、乾式脱硫反応器４１に流入した排ガスが、流動材Ｐ１の貯留される流動部Ｋ２を通過し、当該流動部Ｋ２に供給される脱硫剤Ｐ２に接触する。これにより、排ガス中の硫黄酸化物が脱硫剤Ｐ２と反応して除去することができる。硫黄酸化物と反応した後の脱硫剤Ｐ２は、例えば流動材Ｐ１と共に排ガスによって分級器４２に流され、分級器４２によって排ガスと共に下流側に排出される。分級器４２で流動材Ｐ１と分離された脱硫剤Ｐ２は、排ガスとともに下流側に排出されることで、排ガスと流れている間も排ガス中の硫黄酸化物を除去することができる。これにより、脱硫できる排ガスの流路を長くすることができ、排ガス中の硫黄酸化物を好適に除去（低減）することができる。また、分級器４２で反応後の脱硫剤Ｐ２を分離できることで、反応後の脱硫剤Ｐ２が乾式脱硫反応器４１に留まることを抑制できる。

【0053】

また、乾式脱硫システム４０は、バグフィルタ４３に捕捉された脱硫剤Ｐ２も、未反応分が通過する排ガス中の硫黄酸化物と反応する。これにより、バグフィルタ４３に捕捉された脱硫剤Ｐ２も排ガス中の硫黄酸化物を除去することができる。これにより、脱硫できる排ガスの流路をより長くすることができ、排ガス中の硫黄酸化物を好適に除去（低減）することができる。

【0054】

また、乾式脱硫反応器４１に新たな脱硫剤Ｐ２を供給することで、乾式脱硫反応器４１内に未反応の脱硫剤Ｐ１が配置された状態を維持することができる。これにより、脱硫性能の向上を図ることが可能となる。また、本実施形態によれば、排ガスの流れによって脱硫反応器４１に循環流動層Ｓが形成されるため、流動材Ｐ１の損失がなく、反応性の高い乾式脱硫システム４０が得られる。

【0055】

また、本実施形態に係る乾式脱硫システム４０は、乾式の乾式脱硫システムであるため、例えば硫黄酸化物を含んだ排水処理の必要がない。また、乾式脱硫システム４０は、排ガスの温度を低下させることなく排気経路Ｌ７に排出可能であるため、熱交換器などの設備を別途設ける必要がない。これにより、乾式脱硫システム４０及び排ガス処理装置１０の小型化及び省スペース化を図ることができる。

【0056】

ここで、脱硫反応器４１での流動材Ｐ１の流動化についてより詳細に説明する。流動材Ｐ１は、排ガスが流れない場合、分散板５３上に固定層として堆積した状態となっている。一方、筐体５１に排ガスが導入され、分散板５３から流動部Ｋ２に排ガスの増加に伴い、流動材Ｐ１は流動を開始し、流動層を形成する。このような流動層としては、例えば気泡型流動層や循環流動層が挙げられる。気泡型流動層は、内部に排ガスによる気泡が形成される状態の流動層である。循環流動層は、排ガスによって流動材Ｐ１を浮遊させると共に、当該浮遊した流動材Ｐ１を分級器などによって循環可能な状態とした流動層である。循環流動層を形成する場合、流動材Ｐ１を浮遊させて循環させる必要があるため、気泡型流動層に比べて、流動材Ｐ１の流動性を高くする必要がある。なお、流動材Ｐ１の流動性を高くし過ぎると、流動材Ｐ１が排ガスと共に飛散してしまい、流動層（循環流動層）が形成されなくなる。

【0057】

図３は、流動材Ｐ１の流動状態を説明するためのグラフである。グラフの横軸はアルキメデス数（Ａｒ）を示し、グラフの縦軸はレイノルズ数（Ｒｅ）を示している。なお、図３のグラフは両対数グラフである。

【0058】

流動材Ｐ１の流動状態を決定するパラメータとして、例えば無次元パラメータであるアルキメデス数及びレイノルズ数がある。アルキメデス数は、流動層中の流動材Ｐ１の平均粒径によって決定される。レイノルズ数は、流動層に供給される単位時間当たりの排ガスの流量によって決定される。排ガスの流量は、ディーゼルエンジン１１の酸素濃度と、燃焼室に供給された燃料の供給量（エンジン負荷）とに基づいて算出可能である。

【0059】

図３のグラフの曲線１０２は、粒子が無限に連鎖した状態のレイノルズ数を示す。図３のグラフの曲線１０４は、単一粒子の週末速度基準のレイノルズ数を示す。図３に示すように、流動材Ｐ１についてのアルキメデス数及びレイノルズ数が、グラフの曲線１０２と曲線１０４とで囲まれた斜線部分の領域１０６内の値である場合、流動部Ｋ２に循環流動層が形成可能となる。

【0060】

一方、例えばアルキメデス数が一定である場合において、レイノルズ数が領域１０６よりも上側の値となる場合（単位時間当たりのガス流量が多すぎる場合）には流動材Ｐ１が排ガスと共に飛散する状態となる。また、レイノルズ数が領域１０６よりも下側の値となる場合（単位時間当たりのガス流量が少なすぎる場合）には気泡型流動層又は固定層が形成される。

【0061】

また、例えばレイノルズ数が一定である場合において、アルキメデス数が領域１０６よりも左側の値となる場合（流動材Ｐ１の平均粒径が小さすぎる場合）には、流動材Ｐ１が排ガスと共に飛散する状態となる。また、アルキメデス数が領域１０６よりも右側の値となる場合（流動体Ｐ１の平均粒径が大きすぎる場合）には、気泡型流動層又は固定層が形成される。

【0062】

このように、アルキメデス数及びレイノルズ数が領域１０６の上側の領域の値となる場合には、流動材Ｐ１が排ガスと共に飛散する状態となる。また、アルキメデス数及びレイノルズ数が領域１０６の下側の領域の値となる場合には、気泡型流動層又は固定層が形成される。

【0063】

本実施形態では、ディーゼルエンジン１１の負荷に応じてレイノルズ数が設定される。したがって、流動材Ｐ１を用いて循環流動層を形成する場合、流動材Ｐ１のアルキメデス数及びレイノルズ数が領域１０６内の値となるように、レイノルズ数（ディーゼルエンジン１１の負荷）に応じたアルキメデス数（流動材Ｐ１の平均粒径）を設定すればよい。

【0064】

さらに、筐体５１の流動部Ｋ２において循環流動層を形成するためには、流動部Ｋ２の高さを考慮する必要がある。この場合、レイノルズ数が大きくなるにつれて、つまり単位時間当たりの排ガスの流量が大きくなるにつれて、流動材Ｐ１が飛散しないように筐体５１の高さを高くする必要がある。筐体５１は、船舶に設けられるため、高さが高くなり過ぎないことが求められる。このため、レイノルズ数が大きくなる場合、例えば１５以上の値となる場合には、筐体５１の高さが高くなり過ぎないようにアルキメデス数（流動材Ｐ１の平均粒径）を設定してもよい。なお、流動材Ｐ１を流動させる場合、損耗によって流動材Ｐ１の平均粒径が縮小する場合がある。したがって、このような損耗による粒径の縮小を考慮してアルキメデス数（流動材Ｐ１の平均粒径）を設定してもよい。

【0065】

ここで、流動材Ｐ１と脱硫剤Ｐ２との粒径比（流動材Ｐ１の平均粒径／脱硫剤Ｐ２の平均粒径）は、例えば１５以上３３以下となるように設定することができるが、これに限定するものではない。粒径比を１５以上３３以下とすることで、船舶の運転時に流動層が形成される条件での運転をより多くの時間割合とすることができる。また、粒径比を１５以上３３以下とすることで、脱硫性能を高く維持する必要がある運転負荷で、適切に流動層を形成させることができる。また、例えば粒径比を１５以上とすることにより、循環流動層Ｓを形成可能な負荷の範囲を広くすることができるため、ディーゼルエンジン１１の負荷が変化する場合であっても循環流動層Ｓを好適に形成することができる。また、例えば粒径比を１５以上とすることにより、流動材Ｐ１が損耗して流動材Ｐ１の平均粒径が小さくなる場合であっても、循環流動層Ｓを好適に形成することができる。

【0066】

また、乾式脱硫システム４０は、脱硫剤Ｐ２が排ガスの流れにより、流動材Ｐ１と共に浮遊して循環流動層Ｓを流動する。このように乾式脱硫システム４０は、脱硫剤Ｐ２が浮遊して循環流動層Ｓを流動するため、排ガスに対する脱硫剤Ｐ２の接触時間が長くなり、排ガスから硫黄酸化物を効率的に除去することができる。

【0067】

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。図４は、変形例に係る乾式脱硫システム４０Ａを示す図である。乾式脱硫システム４０Ａは、図４に示すように、排ガス循環経路（排ガス循環部）Ｌ１０を有している。

【0068】

排ガス循環経路Ｌ１０は、排気経路Ｌ６と排気経路Ｌ４との間を接続する。排ガス循環経路Ｌ１０は、分級器４２を介した排ガスを排気経路Ｌ４に循環させて供給する。排ガス循環経路Ｌ１０には、流量調整弁４９が設けられている。流量調整弁４９は、排ガス循環経路Ｌ１０を流れる排ガスの流量を調整可能である。なお、流量調整弁４９を閉じた状態にすることで、排ガス循環経路Ｌ１０を排ガスが流れないようにすることも可能である。この構成により、脱硫反応器４１に供給される排ガスの流量を調整することができるため、循環流動層Ｓの状態が好適な状態になるように調整することができる。つまり、排気ガスの流量が少ない場合でも、脱硫反応器４１に排ガスの流量よりも多くの気体を供給することができる。これにより、循環流動層Ｓを生成できる舶用エンジンの負荷範囲（排気ガスの流量の範囲）をより多くすることができる。

【0069】

また、上記実施形態では、流動材Ｐ１によって循環流動層Ｓを形成する場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、例えば気泡型流動層など他の流動層を形成する場合であっても、本発明の適用は可能である。

【0070】

また、上記実施形態では、バグフィルタ４３を設ける構成としたが、これに限定するものではなく、例えばバグフィルタ４３に代えて、簡単な構成のフィルタを設けた構成であってもよい。

【符号の説明】

【0071】

Ｋ 内部
Ｋ１ チャンバ
Ｋ２ 流動部
Ｌ１，Ｌ３ 吸気経路
Ｌ２，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８ 排気経路
Ｌ９ 排ガス再循環経路
Ｌ１０ 排ガス循環経路
Ｐ 粒状物
Ｐ１ 流動材
Ｐ２ 脱硫剤
Ｒ 流動材循環部
Ｓ 循環流動層
１０ 排ガス処理装置
１１ ディーゼルエンジン
１２ シリンダ部
１３ 掃気トランク
１４ 排気マニホールド
２１ シリンダ
２２ 吸気ポート
２３ 排気ポート
２４ インジェクタ
３１ 排気タービン過給機
３２ コンプレッサ
３３ タービン
３４ 回転軸
３５ 空気冷却器
４０，４０Ａ 乾式脱硫システム
４１ 脱硫反応器
４２ 分級器
４３ バグフィルタ
４４ 供給配管
４４ａ ダウンカマー
４５ 脱硫剤供給部
４５ａ 供給量調整部
４６ 脱硫剤回収部
４７ 脱硝装置
４８ 煙突
４９ 流量調整弁
５１ 筐体
５２，６１，７１ 排ガス入口
５３ 分散板
５４，６２，７３ 排ガス出口
６３ 流動材回収部
７３ フィルタ部
７４ 分離部
７５ 配管
７６ タンク部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】