特開 2023-162862 ガス処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023162862

(43)【公開日】2023-11-09

(54)【発明の名称】ガス処理システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/62 20060101AFI20231101BHJP

   B01D 53/74 20060101ALI20231101BHJP

   B01D 53/92 20060101ALI20231101BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20231101BHJP

   F01N 3/02 20060101ALI20231101BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20231101BHJP

【ＦＩ】

B01D53/62 ZAB

B01D53/74

B01D53/92 240

B01D53/92 300

B01D53/22

F01N3/02 101G

C01B32/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022073550

(22)【出願日】2022-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100132067

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 喜雅

(74)【代理人】

【識別番号】100120444

【弁理士】

【氏名又は名称】北川 雅章

(72)【発明者】

【氏名】福村 琢

(72)【発明者】

【氏名】高橋 邦幸

(72)【発明者】

【氏名】安田 圭吾

【テーマコード（参考）】

3G091

4D002

4D006

4G146

【Ｆターム（参考）】

3G091AA06

3G091AB05

3G091AB11

3G091AB15

3G091BA36

3G091GB09Y

3G091HA15

3G091HB05

4D002AA02

4D002AA09

4D002AA12

4D002AC01

4D002AC04

4D002AC07

4D002AC10

4D002BA04

4D002BA12

4D002BA13

4D002BA14

4D002BA20

4D002CA13

4D002CA20

4D002DA41

4D002DA45

4D002EA01

4D002FA01

4D002GA02

4D002GA03

4D002GB03

4D002GB06

4D002GB20

4D002HA03

4D002HA08

4D006GA41

4D006HA01

4D006JA53Z

4D006KA02

4D006KB12

4D006MA01

4D006MC03

4D006PA02

4D006PB19

4D006PB64

4G146JA02

4G146JB09

4G146JC12

4G146JC13

4G146JC25

4G146JC27

(57)【要約】

【課題】二酸化炭素の回収にて燃焼排ガスの水蒸気濃度を低減しつつ、エネルギー効率を高めること。
【解決手段】ガス処理システム（１）は、エンジン（３）から排出される排ガス（ｇ）が供給され、供給された排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部（５０）と、エンジンから供給される燃焼排ガスを海水（ａ）との間で熱交換して冷却する冷却器（２３）と、冷却器を経由した後の排ガスを加熱する再熱器（２４）とを備えている。再熱器は、冷却器を経由する前の排ガスによって、冷却器を経由した後の排ガスを加熱する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼器から排出される燃焼排ガスが供給され、供給された前記燃焼排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、
前記燃焼器から供給される前記燃焼排ガスを冷媒との間で熱交換して冷却する第１間接熱交換器と、
前記第１間接熱交換器を経由した後の前記燃焼排ガスを加熱する第２間接熱交換器と、を備えたガス処理システムであって、
前記第２間接熱交換器は、前記第１間接熱交換器を経由する前の前記燃焼排ガスによって、前記第１間接熱交換器を経由した後の前記燃焼排ガスを加熱することを特徴とするガス処理システム。

【請求項2】

前記第１間接熱交換器及び前記第２間接熱交換器は、単一のタンクの内部に設けられ、前記タンク内に流れる前記燃焼排ガスが前記第１間接熱交換器で冷却され、且つ、前記第２間接熱交換器で加熱されることを特徴とする請求項１に記載のガス処理システム。

【請求項3】

前記タンクは、前記第１間接熱交換器での前記燃焼排ガスの冷却により凝縮した水分を貯留する貯留部を備えていることを特徴とする請求項２に記載のガス処理システム。

【請求項4】

前記第１間接熱交換器及び前記第２間接熱交換器は、前記燃焼排ガスが流れる配管で接続され、
前記配管には、前記第１間接熱交換器での前記燃焼排ガスの冷却により凝縮した水分を排出する分岐管が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガス処理システム。

【請求項5】

前記二酸化炭素回収部は、前記燃焼排ガスを、二酸化炭素を含む透過成分と、前記透過成分よりも二酸化炭素濃度の低い非透過成分とに分離する分離装置を備えていることを特徴とする請求項１または請求項４に記載のガス処理システム。

【請求項6】

前記分離装置は、第１分離部および第２分離部を含み、
前記第１分離部は、前記燃焼排ガスを、二酸化炭素を含む第１透過成分と、前記第１透過成分よりも二酸化炭素濃度の低い第１非透過成分とに分離し、
前記第２分離部は、前記第１透過成分を、前記第１透過成分よりも二酸化炭素濃度の高い第２透過成分と、前記第２透過成分よりも二酸化炭素濃度の低い第２非透過成分とに分離し、前記第２透過成分を前記透過成分とし、
前記第１間接熱交換器及び前記第２間接熱交換器は、前記第１分離部から前記第２分離部に前記第１透過成分が流れる流路に設けられることを特徴とする請求項５に記載のガス処理システム。

【請求項7】

前記第１間接熱交換器に冷媒を供給する冷媒供給部と、前記冷媒供給部を制御する制御部とを更に備え、
前記制御部は、前記燃焼器の運転負荷に応じて前記冷媒供給部が供給する冷媒の供給量及び温度の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１または請求項４に記載のガス処理システム。

【請求項8】

前記燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素以外の不純物の少なくとも一部を処理する前処理部と、
前記第１間接熱交換器に冷媒を供給する冷媒供給部と、前記冷媒供給部を制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記前処理部の運転負荷に応じて前記冷媒供給部が供給する冷媒の供給量及び温度の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１または請求項４に記載のガス処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排ガスの二酸化炭素を回収するガス処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

各国でカーボンプライシングや炭素税が検討され、二酸化炭素（ＣＯ_２）排出削減技術の必要性が増しており、二酸化炭素排出源からの二酸化炭素分離回収についての技術開発が行われている。具体例を挙げると、火力発電やバイオマス発電のボイラ燃焼排ガス、船舶エンジンの燃焼排ガス、ごみ焼却設備の燃焼排ガス等を対象にした二酸化炭素分離システムが検討されている。

【0003】

特に海運業界では、二酸化炭素排出削減の規制が年々強化されている。具体的には、新船に関するエネルギー効率設計指標（ＥＥＤＩ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｄｅｘ）に加え、既存船のエネルギー効率指標（ＥＥＸＩ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｓｈｉｐ Ｉｎｄｅｘ）も決定され、重油を燃料とする既存船のＣＯ_２排出削減ニーズが顕在化している。

【0004】

ここで、特許文献１は、燃焼器から排出される燃焼排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置を開示している。特許文献１において、燃焼排ガスを室温程度まで冷却することで、燃焼排ガスに含まれる水分を除去している。これにより、二酸化炭素を吸着する吸着剤にて水分の吸着量を少なくすることができ、吸着剤での二酸化炭素の吸着性能が低下することを抑制可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２１－７４６５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１のような二酸化炭素の回収では、燃焼排ガスの冷却にて、エネルギー消費量の低減を図ることが求められる。また、二酸化炭素を回収する装置では、二酸化炭素回収段階での吸着剤や分離膜の劣化を抑制すべく燃焼排ガスの水蒸気濃度の低減が求められる。よって、二酸化炭素の回収技術にあっては、燃焼排ガスの水蒸気濃度の低減と、高エネルギー効率とを両立することが求められる。

【0007】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、二酸化炭素の回収にて燃焼排ガスの水蒸気濃度を低減しつつ、エネルギー効率を高めることができるガス処理システム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】

【0008】

本発明のガス処理システムは、燃焼器から排出される燃焼排ガスが供給され、供給された前記燃焼排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部と、前記燃焼器から供給される前記燃焼排ガスを冷媒との間で熱交換して冷却する第１間接熱交換器と、前記第１間接熱交換器を経由した後の前記燃焼排ガスを加熱する第２間接熱交換器と、を備えたガス処理システムであって、前記第２間接熱交換器は、前記第１間接熱交換器を経由する前の前記燃焼排ガスによって、前記第１間接熱交換器を経由した後の前記燃焼排ガスを加熱することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、第１間接熱交換器によって冷却及び水分を除去した後の燃焼排ガスを第２間接熱交換器で加熱して二酸化炭素回収部に供給される燃焼排ガスの水蒸気濃度を低減することができる。しかも、第２間接熱交換器による加熱では燃焼器から排出される燃焼排ガスの熱を利用でき、ヒータ等の他のエネルギー供給が必要な手段を用いずにエネルギー消費量の低減を図ることができる。更に、第２間接熱交換器による加熱にて第１間接熱交換器で冷却される前の燃焼排ガスを熱源とする、言い換えると、第１間接熱交換器による冷却前の燃焼排ガスを第２間接熱交換器で冷却している。従って、第１間接熱交換器における冷却での熱交換量を抑制でき、これによっても、エネルギー消費量の低減を図ることができる。このように、本発明においては、二酸化炭素回収部における処理での燃焼排ガスの水蒸気濃度の低減と、効率的なエネルギー消費との両立を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施の形態に係るガス処理システムの一例を示す概略構成図である。

【図2】第１の実施の形態に係る前処理部の機能ブロック図である。

【図3】第１の実施の形態のガス処理方法のフロー図である。

【図4】第２の実施の形態に係るガス処理システムの一部を示す概略構成図である。

【図5】変形例にかかる冷却再熱部の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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、第１の実施の形態に係るガス処理システムの一例を示す概略構成図である。なお、本実施の形態に係るガス処理システムとしては、燃焼器として船舶に使用されるエンジンから排出される排ガスの二酸化炭素を回収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ガス処理システムは、火力発電プラントや化学工業プラント、廃棄物焼却施設における排ガスの処理に適用可能である。

【0012】

図１は、実施の形態に係るガス処理システムの一例を示す概略構成図である。図１に示すように、ガス処理システム１は、燃焼排ガス（以下、「排ガス」と称する）ｇの発生源となるエンジン（燃焼器）３と、前処理部１０と、冷却再熱部２０と、二酸化炭素回収部５０とを備えている。

【0013】

エンジン３は、主機エンジンであってよく、補機エンジンであってもよい。主機エンジンは、主として船舶が航行中に稼働される。補機エンジンは、主として船舶が停泊中に稼働される。エンジン３には、燃料タンク（不図示）に貯留される燃料が供給される。エンジン３は、運転負荷として回転数を検知する機能を備え、検知結果を後述する通信部６３を介して制御部６１に出力する。なお、本実施の形態のガス処理システム１を各種プラント等に適用する場合には、エンジン３に代えてボイラを用いてもよい。

【0014】

前処理部１０は、冷却再熱部２０に流入する排ガスｇの前処理を実施する。前処理部１０は、排ガスｇに含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）以外の不純物の少なくとも一部を処理する。不純物には、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）または粒子状物質（ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ））が含まれてよい。

【0015】

図２は、前処理部の構成の一例を示す図である。前処理部１０は、窒素酸化物処理装置１２、排ガス排熱利用装置１３、除塵装置１４、及び硫黄酸化物処理装置１５を備えている。なお、前処理部１０は、上記各装置１２～１５の少なくとも１つを有する構成に変更してもよい。

【0016】

窒素酸化物処理装置１２は、エンジン３から供給される排ガスｇに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を処理する。窒素酸化物（ＮＯｘ）を処理するとは、窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することを指してよい。窒素酸化物処理装置１２は、脱硝装置であってよい。該脱硝装置は、例えば選択式触媒還元脱硝（ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ））装置である。なお、前処理部１０が窒素酸化物処理装置１２を有することに代えて、エンジン３が排気再循環（ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ））の機能を有していてもよい。窒素酸化物処理装置１２は、選択性触媒還元脱硝装置を用いる際、エンジンの運転負荷に応じて投入する触媒を用いる場合には触媒量、反応活性剤を用いる場合には反応活性剤の添加量を検知する機能を備え、検知結果を後述する通信部６３を介して制御部６１に出力する。

【0017】

排ガス排熱利用装置１３は、エンジン３と除塵装置１４との間に設けられ、排ガスｇの熱を吸収して蒸気を発生させる。排ガス排熱利用装置１３は、エコノマイザであってよい。

【0018】

除塵装置１４は、冷却再熱部２０に供給される前の排ガスｇに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を除去する。除塵装置１４は、電気集塵機（ＥＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒ））、ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ））または活性炭フィルタであってよい。

【0019】

硫黄酸化物処理装置１５は、窒素酸化物処理装置１２及び除塵装置１４を経た後の排ガスｇに含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）を処理する。硫黄酸化物（ＳＯｘ）を処理するとは、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去することを指してよい。ガス処理システム１が船舶に搭載される場合、硫黄酸化物処理装置１５は、該船舶に搭載される湿式のスクラバであってよい。

【0020】

図１に戻り、冷却再熱部２０は、単一のタンク２１と、タンク２１の内部に設けられる冷却器（第１間接熱交換器）２３及び再熱器（第２間接熱交換器）２４と、ミストセパレータ２５とを備えている。

【0021】

タンク２１は、排ガスｇが流入するタンク入口２６と、タンク２１内で後述する処理が実施された排ガスｇが流出するタンク出口２７とを備えている。タンク入口２６に流入する排ガスｇは、エンジン３から排出及び供給されて前処理部１０で処理された排ガスｇとされる。

【0022】

タンク２１内にて、タンク入口２６の下方に再熱器２４が配置され、再熱器２４の下方に冷却器２３が配置されている。また、タンク２１の底部には滴下した凝縮水Ｗを貯留する貯留部２８が形成される。よって、タンク２１において、上から下に向かって、タンク入口２６、再熱器２４、冷却器２３、貯留部２８の順番に並んで配置されており、かかる並び順に排ガスｇが流れて通過するよう設けられる。

【0023】

貯留部２８は、再熱器２４及び冷却器２３の直下から横方向にはみ出す大きさに設けられている。タンク２１内にて、貯留部２８に貯留された凝縮水Ｗに接した排ガスｇは折り返され、図１中左側にて上向きに形成されたタンク出口２７から流出する。冷却器２３内における排ガスｇが冷却凝縮する際の凝縮水と副生ガス（例えば、未反応のアンモニア）との気液接触に加えて、貯留部２８にて、貯留された凝縮水Ｗに排ガスｇが接することで、排ガスｇ中に混入する副生ガス（例えば、未反応のアンモニア）を溶解回収して除去することができる。

【0024】

タンク出口２７には中継配管２９が接続され、中継配管２９の中途にミストセパレータ２５が設けられている。また、中継配管２９におけるミストセパレータ２５の下流側に第１温度センサ３１が設けられている。第１温度センサ３１は、タンク出口２７及びミストセパレータ２５を通過後、再熱器２４内に流入する前の排ガスｇの温度を測定する。

【0025】

再熱器２４には、タンク２１を内外に貫通する管状の再熱器入口３３及び再熱器出口３４が設けられる。冷却器２３には、タンク２１を内外に貫通する管状の冷却器入口３５及び冷却器出口３６が設けられる。再熱器２４及び冷却器２３は間接熱交換器とされ、例えば、プレート式、多管式、スパイラル式の間接熱交換器により構成される。

【0026】

冷却器２３の冷却器入口３５には、冷媒供給管３７が接続され、冷却器出口３６には、冷媒排出管３８が接続されている。冷媒供給管３７には、冷媒供給部となる海水ポンプ４０が設けられている。また、冷媒供給管３７における海水ポンプ４０より上流側には、海水ａの温度を測定する第２温度センサ４２が設けられている。

【0027】

海水ポンプ４０の作動によって冷媒となる海水ａが海から汲み上げられ、冷媒供給管３７を通じて冷却器２３に海水ａが供給される。冷却器２３は、導入された海水ａと、タンク２１内を流れる排ガスｇとの間で熱交換する。冷却器２３の熱交換によって排ガスｇが冷却され、排ガスｇに含まれる水分が凝縮されて貯留部２８に滴下する。冷却器２３の熱交換によって温度上昇された海水ａは、冷媒排出管３８に排出されて海に戻される。排ガスｇから受熱した海水ａは、海に戻す前に船内の他熱源として排熱利用してもよい。

【0028】

ここで、間接熱交換器となる再熱器２４にて、高温側入口がタンク入口２６とされ、高温側出口がタンク２１内における再熱器２４と冷却器２３との間の位置とされる。また、再熱器２４にて、低温側入口が再熱器入口３３とされ、低温側出口が再熱器出口３４とされる。一方、間接熱交換器となる冷却器２３にて、高温側入口がタンク２１内における再熱器２４と冷却器２３との間の位置とされ、高温側出口がタンク出口２７とされる。また、冷却器２３にて、低温側入口が冷却器入口３５とされ、低温側出口が冷却器出口３６とされる。

【0029】

再熱器２４の再熱器入口３３には、中継配管２９の下流側が接続され、再熱器２４の再熱器出口３４には、排ガス排出管４６が接続されている。排ガス排出管４６には圧縮機やブロアにより構成される昇圧部４７が設けられる。また、排ガス排出管４６における昇圧部４７より下流側には二酸化炭素回収部５０が設けられる。昇圧部４７の作動によって排ガスｇが圧縮され、排ガスｇが昇圧されて二酸化炭素回収部５０に供給される。

【0030】

再熱器２４は、冷却器２３及びミストセパレータ２５を経由した後の排ガスｇと、タンク２１内に流入して冷却器２３を経由する前の排ガスｇとで熱交換する。再熱器２４の熱交換によって、排ガス排出管４６に排出される排ガスｇが加熱され、該排ガスｇの相対湿度が低減する。また、再熱器２４の熱交換によって、タンク入口２６からタンク２１内に流入した直後の排ガスｇが冷却される。よって、タンク２１内にて、冷却器２３を経由する前に排ガスｇは温度低下される。

【0031】

二酸化炭素回収部５０には、排ガス排出管４６から排ガスｇが供給される。二酸化炭素回収部５０は、供給された排ガスｇから二酸化炭素を回収可能であれば、種々の装置や方法を採用することができる。例として、二酸化炭素回収部５０は、ゼオライトや活性炭等の吸着剤により二酸化炭素を吸着して回収する装置や、二酸化炭素濃度の差によって選択的に排ガスｇを透過する分離膜を用いた分離装置を利用できる。分離装置によって、排ガスｇを、二酸化炭素を含む透過成分と、該透過成分よりも二酸化炭素濃度の低い非透過成分とに分離する。分離装置は、後述する第２の実施の形態のように膜分離を２回行ってもよいし、膜分離を１回としてもよい。

【0032】

また、ガス処理システム１にあっては、制御部６１、記憶部６２及び通信部６３を更に備えている。

【0033】

制御部６１、記憶部６２及び通信部６３を有する装置として、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を例示することができる。制御部６１は、中央処理装置（ＣＰＵ）等からなり、ガス処理システム１の各部の制御を介して全体を制御する。制御部６１は、記憶部６２に記憶されているプログラムに従い、記憶部６２や通信部６３から入力される情報に対する各種の演算処理や、海水ポンプ４０による冷却器２３への海水ａの供給量を制御する機能等を有する。

【0034】

例えば、制御部６１は、エンジン３の回転数を入力してエンジン３の運転負荷としてＭＶ値（％）を求め、該ＭＶ値に応じて海水ポンプ４０の回転数を増減し、海水ポンプ４０による海水ａの供給量を制御する。他の例として、制御部６１は、前処理部１０における窒素酸化物処理装置１２（図２参照）の触媒量や反応活性剤の添加量を入力して窒素酸化物処理装置１２の運転負荷としてＭＶ値（％）を求める。かかるＭＶ値に応じて海水ポンプ４０の回転数を増減し、海水ポンプ４０による海水ａの供給量を制御部６１が制御する。

【0035】

記憶部６２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えている。ＲＡＭは、制御部６１の作業領域として用いられたり、通信部６３から出力された情報等が制御部６１を介して記憶される。ＲＯＭでは、制御部６１が各種の演算、制御を行うためのプログラムや、アプリケーションとして機能するためのプログラム、データ等が記憶される。

【0036】

通信部６３は、通信インターフェースとして有線又は無線通信によって測定結果、データ、指令信号等を送受信する。通信部６３は、エンジン３や、窒素酸化物処理装置１２（図２参照）、各温度センサ３１、４２、それ以外の不図示の各種センサ（船舶の各種センサも含む）から出力された検知結果、測定結果、データ、指令信号等を取得して制御部６１に出力する。また、通信部６３は、制御部６１にて求めた海水ポンプ４０の回転数を取得し、指令信号等として海水ポンプ４０に出力する。

【0037】

次いで、第１の実施の形態のガス処理システム１における排ガスｇの処理方法について説明する。図３は、第１の実施の形態のガス処理方法のフロー図である。本実施の形態の排ガスｇの処理方法では、図３に示すように、前処理ステップＳ０１、第１冷却ステップ（第１熱交換ステップ）Ｓ０２、第２冷却ステップ（第２熱交換ステップ）Ｓ０３、副生ガス除去ステップＳ０４、水分除去ステップＳ０５、加熱ステップ（第３熱交換ステップ）Ｓ０６、及び二酸化炭素回収ステップＳ０７が行われる。

【0038】

前処理ステップＳ０１では、エンジン３から排出される排ガスｇが前処理部１０に供給されて処理される。前処理ステップＳ０１では、図２に示すように、前処理部１０の窒素酸化物処理装置１２にて、排ガスｇから窒素酸化物（ＮＯｘ）が除去され、二酸化炭素回収部５０（図１参照）での劣化防止を図っている。また、窒素酸化物処理装置１２は、例えば、運転負荷を求めるために反応活性剤の添加量を検知し、通信部６３を介して制御部６１に出力する。

【0039】

前処理ステップＳ０１では、窒素酸化物処理装置１２を経由した後の排ガスｇが排ガス排熱利用装置１３に供給され、排ガスｇの熱を吸収して蒸気を発生させる。また、排ガス排熱利用装置１３を経由した後の排ガスｇが除塵装置１４に供給される。除塵装置１４によって、排ガスｇに含まれる粒子状物質（ＰＭ）が除去され、二酸化炭素回収部５０での粒子状物質よる汚損及び劣化防止を図っている。

【0040】

前処理ステップＳ０１では、除塵装置１４を経た後の排ガスｇが硫黄酸化物処理装置１５に供給される。硫黄酸化物処理装置１５によって、排ガスｇに含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）が除去され、二酸化炭素回収部５０での劣化防止を図っている。

【0041】

前処理ステップＳ０１の実施後、第１冷却ステップ（第１熱交換ステップ）Ｓ０２が冷却再熱部２０にて実施される。第１冷却ステップＳ０２では、前処理部１０から排出される排ガスｇが冷却再熱部２０のタンク入口２６からタンク２１の内部に供給される。タンク２１の内部に供給された排ガスｇは、再熱器２４を経由することで、後述する第２冷却ステップＳ０３で冷却された排ガスｇと熱交換して冷却される。

【0042】

第１冷却ステップＳ０２の実施後、第２冷却ステップ（第２熱交換ステップ）Ｓ０３が冷却再熱部２０にて実施される。第２冷却ステップＳ０３では、タンク２１の内部にて再熱器２４を経由した排ガスｇが冷却器２３に供給され、冷却器２３を経由することで冷媒となる海水ａと熱交換して冷却される。冷却器２３による排ガスｇの冷却によって、排ガスｇに含まれる水分が凝縮して滴下され、貯留部２８に凝縮水Ｗとして回収及び貯留される。

【0043】

第２冷却ステップＳ０３の実施中にて、ガス処理システム１ではエンジン３の回転数が変化すると、該回転数の増減に応じてエンジン３から排出される排ガスｇの供給量が増減される。かかるエンジン３の回転数は通信部６３を介して制御部６１に出力され、制御部６１ではエンジン３の回転数に基づきエンジン３の運転負荷（例えばＭＶ値（％））が算出される。

【0044】

また、制御部６１では、エンジン３の運転負荷に応じて、海水ポンプ４０によって冷却器２３に供給される海水ａの供給量が制御される。かかる制御にて、制御部６１では、例えば、記憶部６２に記憶された過去の実測データに基づく入出力テーブルや換算式、演算プログラムによって、エンジン３の運転負荷の算出値に応じた海水ポンプ４０の回転数が算出される。そして、制御部６１で算出した回転数で駆動するよう海水ポンプ４０が制御部６１によって制御される。これにより、冷却器２３を流れる排ガスｇの流量等に応じて、冷却器２３に供給される海水ａの供給量が調整され、冷却器２３により冷却された排ガスｇの水蒸気濃度や温度が目標値（目標範囲）に制御される。

【0045】

なお、第２冷却ステップＳ０３は、第１温度センサ３１及び第２温度センサ４２の測定結果に応じ、海水ポンプ４０による海水ａの供給量を調整するよう制御部６１にて制御してもよい。

【0046】

第２温度センサ４２は海水ポンプ４０によって冷却器２３に供給される海水ａの温度を測定し、第２温度センサ４２の測定結果が通信部６３を介して制御部６１に出力される。冷却器２３は海水ａの温度に応じて海水ａの供給量当たりの熱交換量（冷却性能）が変化するので、例えば、排ガスｇの供給量等の条件が同じであれば、海水ａの温度が低いほど海水ａの供給量を少なくすることができる。よって、制御部６１に入力された海水ａの温度の測定結果に応じ、制御部６１にて海水ポンプ４０の回転数を補正する演算が行われる。そして、かかる演算結果に応じて制御部６１により海水ポンプ４０の回転数が制御され、冷却器２３に供給される海水ａの供給量が増減される。これにより、冷却器２３による冷却された排ガスｇの水蒸気濃度や温度をより良く制御できる。

【0047】

第１温度センサ３１は冷却器２３及びミストセパレータ２５を経由した後の排ガスｇの温度を測定し、第１温度センサ３１の測定結果は通信部６３を介して制御部６１に出力される。冷却器２３より下流側の排ガスｇの温度を測定することで、測定値と目標値（目標範囲）との差が制御部６１によって算出される。そして、制御部６１で算出された差に応じ、制御部６１にて海水ポンプ４０の回転数を補正する演算が行われる。かかる演算結果に応じて制御部６１により海水ポンプ４０の回転数が制御され、冷却器２３に供給される海水ａの供給量が増減される。これにより、冷却器２３による冷却された排ガスｇの水蒸気濃度や温度をより良く制御できる。

【0048】

第２冷却ステップＳ０３の実施後、副生ガス除去ステップＳ０４が冷却再熱部２０にて実施される。副生ガス除去ステップＳ０４では、冷却器２３内における排ガスｇが冷却凝縮する際の凝縮水と副生ガス（例えば、未反応のアンモニア）との気液接触に加えて、タンク２１の内部にて冷却器２３を経由した排ガスｇが貯留部２８の凝縮水Ｗの水面に接触するよう流れる。これにより、排ガスｇ中に混入する副生ガスとなる未反応のアンモニアが凝縮水Ｗに溶解及び回収され、排ガスｇに混入した未反応のアンモニアの一部が除去される。貯留部２８の凝縮水Ｗに接した排ガスｇは上向きに折り返され、タンク出口２７を経てタンク２１から流出する。

【0049】

ここで、閉塞されたタンク２１内に排ガスｇ及び凝縮水Ｗの両方が収容されるので、排ガスｇの温度に応じて凝縮水Ｗの温度も概ね一致した状態となる。よって、第２冷却ステップＳ０３での排ガスｇの温度制御によって、凝縮水Ｗの温度も制御できる。一方、未反応のアンモニアにあっては、凝縮水Ｗの温度が低下するほど、大きな溶解度を示す。従って、第２冷却ステップＳ０３での排ガスｇの温度制御により、凝縮水Ｗの温度制御も可能となり、副生ガス除去ステップＳ０４にて排ガスｇに混入した未反応のアンモニアの除去量を制御することもできる。

【0050】

副生ガス除去ステップＳ０４の実施後、中継配管２９を流れる排ガスｇに飛散する水滴をミストセパレータ２５にて捕捉する水分除去ステップＳ０５が実施される。

【0051】

水分除去ステップＳ０５の実施後、加熱ステップ（第３熱交換ステップ）Ｓ０６が冷却再熱部２０の再熱器２４にて実施される。加熱ステップＳ０６では、ミストセパレータ２５で水分を除去された排ガスｇが再熱器入口３３から再熱器２４に供給される。再熱器入口３３から供給された排ガスｇは、再熱器２４にて上述した第１冷却ステップＳ０２でタンク入口２６からタンク２１に供給された排ガスｇと熱交換して加熱される。この加熱によって、排ガスｇは温度上昇し、かかる温度上昇に応じて相対的に水蒸気濃度が低下される。加熱された排ガスｇは、再熱器２４から再熱器出口３４を経て排ガス排出管４６に流出する。

【0052】

加熱ステップＳ０６の実施後、二酸化炭素回収ステップＳ０７が二酸化炭素回収部５０にて実施される。二酸化炭素回収部５０には、昇圧部４７の作動によって排ガスｇが圧縮された状態で供給される。

【0053】

ここで、二酸化炭素回収部５０に供給される排ガスｇは、冷却器２３による冷却にて水分が除去され、且つ、再熱器２４による加熱によって水蒸気濃度が低下された状態となる。これにより、二酸化炭素回収部５０が吸着剤により二酸化炭素を吸着する場合、吸着剤の劣化を防止することができる。また、二酸化炭素回収部５０が分離膜を用いて二酸化炭素を回収する場合、分離膜の劣化を防止することができる。

【0054】

なお、上述した排ガスｇの処理方法にて、排ガスｇの水蒸気濃度や温度、未反応のアンモニアの除去量の制御にあたり、エンジン３の回転数に基づきエンジン３の運転負荷を算出したが、これに限られるものでない。例えば、前処理部１０における窒素酸化物処理装置１２の運転負荷に応じて、海水ポンプ４０の回転数を制御して冷却器２３への海水ａの供給量を制御してもよい。窒素酸化物処理装置１２の運転負荷は、触媒を用いる場合には触媒量、反応活性剤を用いる場合には反応活性剤の添加量となり、エンジン３からの排ガスｇの排出量に応じて増減する。また、窒素酸化物処理装置１２の運転負荷は、通信部６３を介して制御部６１に出力され、制御部６１にて、該運転負荷に応じた海水ポンプ４０の回転数が算出されて制御される。

【0055】

これにより、エンジン３の運転負荷に応じた制御に代え、または、エンジン３の運転負荷に応じた制御と併せて窒素酸化物処理装置１２の運転負荷に応じた制御を行うことでも、排ガスｇの水蒸気濃度や温度、未反応のアンモニアの除去量を制御することができる。

【0056】

ここで、上記第１の実施の形態におけるガス処理システム１での具体的な作動条件につき、以下に一例を挙げて説明する。

【0057】

エンジン３は、国際海事機関（ＩＭＯ）による船舶用燃料油硫黄分規制により、湿式脱硫装置が不要となる低硫黄燃料を使用する船舶エンジンとする。かかるエンジン３を用いる場合の条件は以下となる。
エンジン３から排出直後の排ガスｇの温度：３５０～４００℃
エンジン３から排出直後の排ガスｇの圧力：２０ｋＰａ程度
窒素酸化物処理装置１２：脱硝装置として選択式触媒還元脱硝（ＳＣＲ）
排ガス排熱利用装置１３：エコノマイザ
除塵装置１４：電気集塵機
排ガス排熱利用装置１３の出口温度：１７５℃程度

【0058】

冷却再熱部２０にて、冷却凝縮により排ガスｇ中の水蒸気濃度を低減すると共に、窒素酸化物処理装置１２にて副生された未反応のアンモニア１０～２０ｐｐｍを溶解除去する必要がある。エンジン３の出力が十数ＭＷ相当にて、排ガスｇの組成は以下となる。
二酸化炭素：６％、窒素：７５％、酸素：１３％、水蒸気：６％、アンモニア：２０ｐｐｍ

【0059】

かかる排ガスｇの冷却再熱部２０に流入する際の流量を８０，０００Ｎｍ^３／ｈ、温度を１７５℃、冷却器２３での冷媒を海水ａとする。この場合、再熱器２４及び冷却器２３の熱交換入出温度、排ガスｇの水蒸気濃度は以下となる。
再熱器２４の高温側入口（タンク入口２６）の温度：１７５℃
再熱器２４の高温側出口（タンク２１内）の温度：１５２℃
再熱器２４の低温側入口（再熱器入口３３）の温度：２５℃
再熱器２４の低温側出口（再熱器出口３４）の温度：５０℃
再熱器出口３４から流出する排ガスｇの水蒸気濃度：２５％
冷却器２３の高温側入口（タンク２１内）の温度：１５２℃
冷却器２３の高温側出口（タンク出口２７）の温度：２５℃
冷却器２３の低温側入口（冷却器入口３５）の温度：１５℃（海水温）
冷却器２３の低温側出口（冷却器出口３６）の温度：１００℃（海水温）
タンク出口２７から流出する排ガスｇの水蒸気濃度：９９％

【0060】

排ガスｇを２５℃に冷却した後の凝縮水量は３４４２Ｌ／ｈ、水温２５℃の凝縮水に対するアンモニア（気体）溶解度は６３．４ｍＬ／１．０Ｌ－Ｈ_２Ｏとなる。排ガスｇ中のアンモニア流量は８０，０００Ｎｍ^３／ｈ×０．００２％＝１．６Ｎｍ^３／ｈとなる。凝縮水全てにアンモニアを溶解させた場合、３４４２Ｌ／ｈ×６３．４ｍＬ／１．０Ｌ－Ｈ_２Ｏ＝２１８Ｌ／ｈまでアンモニアを溶解可能となる。よって、排ガスｇ中に含まれる、１．６Ｎｍ^３／ｈのアンモニアの１５％程度は溶解除去が可能となる。

【0061】

以上のように、上記第１の実施の形態によれば、再熱器２４によって排ガスｇを加熱するので、二酸化炭素回収部５０に供給される排ガスｇの水蒸気濃度を低減でき、二酸化炭素回収部５０における吸着剤等の劣化や性能低下を防止することができる。

【0062】

しかも、二酸化炭素回収部５０に供給する排ガスｇの再熱器２４による加熱では、タンク２１に流入した際の高温の排ガスｇの熱を利用でき、ヒータ等の加熱手段を用いずにエネルギー消費量の低減を図ることができる。更に、再熱器２４による加熱での熱交換によって、冷却器２３に供給される前の排ガスｇを冷却でき、冷却器２３での熱交換量を抑制することができる。これにより、海水ポンプ４０の駆動量を少なくでき、これによっても、エネルギー消費量の低減を図ることができる。

【0063】

このように、上記第１の実施の形態においては、二酸化炭素回収部５０における処理での排ガスｇ中の水蒸気濃度の低減と、効率的なエネルギー消費との両立を図ることができる。更に、再熱器２４及び冷却器２３の熱交換に要する動力は、海水ポンプ４０の動力だけでよく、エネルギー消費量の低減をより良く実現することができる。

【0064】

また、タンク２１の内部に再熱器２４及び冷却器２３を収容しつつ、タンク２１に凝縮水Ｗを貯留する貯留部２８を設けたので、単一の冷却再熱部２０に複数の機能を持たせることができる。更に、貯留部２８の凝縮水Ｗによって、排ガスｇ中に混入する副生ガスとなる未反応のアンモニアを溶解して回収することも可能となる。

【0065】

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いる場合があり、説明を省略若しくは簡略にする場合がある。

【0066】

本発明の第２の実施の形態について図４を参照して説明する。図４は、第２の実施の形態に係るガス処理システムの一部を示す概略構成図である。図４に示すように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態の冷却再熱部２０を二酸化炭素回収部１００に組み込んで構成している。

【0067】

第２の実施の形態における二酸化炭素回収部１００は、第１分離部１０１、第２分離部１０２、吸引機１０４、バルブ１０５及び圧縮機１０６を有している。ここで、第１分離部１０１及び第２分離部１０２を含んで分離装置１１０が構成される。分離装置１１０は、排ガスｇを透過成分Ｔｃと非透過成分Ｎｃとに分離する。透過成分Ｔｃは、二酸化炭素（ＣＯ_２）を含む。非透過成分Ｎｃの二酸化炭素濃度は、透過成分Ｔｃの二酸化炭素濃度よりも低くなる。

【0068】

第１分離部１０１は、排ガスｇを第１透過成分Ｔｃ１と第１非透過成分Ｎｃ１とに分離する。第１透過成分Ｔｃ１は、二酸化炭素を含む。第１非透過成分Ｎｃ１の二酸化炭素濃度は、第１透過成分Ｔｃ１の二酸化炭素濃度よりも低くなる。

【0069】

第１分離部１０１は、分離膜を用いており、かかる分離膜が有機材料または無機材料により構成されることが例示できる。第１分離部１０１において、有機材料の分離膜としては、高分子や樹脂からなる中空糸状の多孔質材料を用い、無機材料の分離膜としては、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）またはアルミノ珪酸塩（所謂ゼオライト）からなる中空糸状の材料を用いることが例示できる。第１非透過成分Ｎｃ１は、排ガスｇのうち、第１分離部１０１を構成する有機材料や無機材料を透過しなかった成分である。

【0070】

第２分離部１０２は、第１透過成分Ｔｃ１を第２透過成分Ｔｃ２と第２非透過成分Ｎｃ２とに分離する。第２透過成分Ｔｃ２の二酸化炭素濃濃度は、第１透過成分Ｔｃ１の二酸化炭素濃度よりも高くなる。第２非透過成分Ｎｃ２の二酸化炭素濃度は、第２透過成分Ｔｃ２の二酸化炭素濃度よりも低くなる。

【0071】

第２分離部１０２は、分離膜を用いており、かかる分離膜は有機材料により構成されることが例示できる。第２分離部１０２において、有機材料の分離膜としては、高分子や樹脂からなる中空糸状の多孔質材料を用いることが例示でき、第１分離部１０１の有機材料と同じ材料であってよく、異なる材料であってもよい。第２透過成分Ｔｃ２は、第１透過成分Ｔｃ１のうち、第２分離部１０２を構成する有機材料を透過した成分である。第２非透過成分Ｎｃ２は、第１透過成分Ｔｃ１のうち、第２分離部１０２を構成する有機材料を透過しなかった成分である。

【0072】

第２の実施の形態においては、透過成分Ｔｃは第２透過成分Ｔｃ２である。また、非透過成分Ｎｃは、非透過成分Ｎｃは、第１非透過成分Ｎｃ１及び第２非透過成分Ｎｃ２の両方とするが、第１非透過成分Ｎｃ１及び第２非透過成分Ｎｃ２の少なくとも一方であってよい。

【0073】

吸引機１０４は、第１非透過成分Ｎｃ１と第２非透過成分Ｎｃ２とを吸引する。吸引機１０４は、吸引ブロワであってよく、吸引ポンプまたは真空ポンプであってもよい。バルブ１０５は、吸引機１０４により吸引される第１非透過成分Ｎｃ１の吸引量を調整する。第１非透過成分Ｎｃ１と第２非透過成分Ｎｃ２とは、それぞれ別の吸引機１０４で吸引されてもよい。

【0074】

圧縮機１０６は、排ガスｇの第２透過成分Ｔｃ２を圧縮する。圧縮機１０６は、第２透過成分Ｔｃ２の二酸化炭素を液化してよい。圧縮機１０６は、例えばコンプレッサである。圧縮機１０６により圧縮された二酸化炭素は、例えば、深冷分離法等によって適宜回収される。

【0075】

第２の実施の形態において、冷却再熱部２０は、第１分離部１０１で分離された第１透過成分Ｔｃ１が第２分離部１０２に流れる流路に設けられる。よって、排ガスｇのうち、第１分離部１０１で分離された第１透過成分Ｔｃ１が冷却再熱部２０で処理される。冷却再熱部２０の処理では、第１透過成分Ｔｃ１が冷却器２３（図１参照）にて冷却されて第１透過成分Ｔｃ１に含まれる水蒸気が凝縮滴下され、再熱器２４（図１参照）にて第１透過成分Ｔｃ１が加熱されて相対湿度が低減される。これにより、第２分離部１０２における有機材料の分離膜にて、熱劣化を防止でき、且つ、水蒸気濃度が高くなることに起因する分離膜の性能低下を抑制することができる。

【0076】

本発明の実施の形態は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

【0077】

上記各実施の形態では、冷媒として海水ａを用いつつ冷媒供給部を海水ポンプ４０とした構成としたが、これに限定されるものでない。例えば、冷媒供給部が、吸収式冷温水機やターボ冷凍機により構成されるようにしてもよい。

【0078】

冷媒供給部が吸収式冷温水機により構成される場合、冷却器２３に冷媒として供給する冷水の温度を制御部６１によって制御することができる。これにより、冷却器２３での熱交換量を容易に調整することができる。また、吸収式冷温水機を用いた場合、冷却器２３から排出される温水（冷水）が１００℃となるので、廃熱温水として吸収式冷温水機の再生器加熱源として活用でき、吸収式冷温水機の投入エネルギー削減を図ることができる。

【0079】

また、第１の実施の形態にて、冷却器２３及び再熱器２４をタンク２１の内部に設けたが、図５に示すように、冷却再熱部２０がタンク２１を利用しない構成としてもよい。図５は、変形例にかかる冷却再熱部の概略構成図である。図５の変形例において、再熱器２４の高温側出口２４ａは、配管１２０を介して冷却器２３の高温側入口２３ａに接続される。かかる配管１２０には、再熱器２４の高温側を経由した後、冷却器２３で冷却前の排ガスｇが流れる。

【0080】

冷却器２３の高温側出口２３ｂは、配管１２１を介して再熱器２４の低温側入口となる再熱器入口３３に接続される。かかる配管１２１には、冷却器２３による冷却後の排ガスｇが流れる。配管１２０には、ブロア１２２が設けられ、配管１２０、１２１を流れる排ガスｇを圧送している。

【0081】

配管１２１には分岐管１２４が設けられる。分岐管１２４は、冷却器２３による排ガスｇの冷却により凝縮した水分をドレンとして排出する。分岐管１２４は、冷却器２３及び配管１２１より底部に位置し、冷却器２３内部に滞留する構造を有しないこと及び配管勾配を持つことで、冷却により凝縮した水分が流路閉塞なくドレンとして排出する構造を有する。分岐管１２４では、排ガスｇ中に微量に存在する酸性成分がドレンに溶解して排出される。かかる酸性成分での腐食を回避するため、分岐管１２４は、耐食性に優れるステンレス（例えば、ＳＵＳ３１２ＬやＳＵＳ３２９等の二相ステンレス）で構成したり、耐食コーティングを施した金属で構成することが例示できる。

【符号の説明】

【0082】

１ ：ガス処理システム
３ ：エンジン（燃焼器）
１０ ：前処理部
２１ ：タンク
２３ ：冷却器（第１間接熱交換器）
２４ ：再熱器（第２間接熱交換器）
２８ ：貯留部
４０ ：海水ポンプ（冷媒供給部）
５０ ：二酸化炭素回収部
６１ ：制御部
１００ ：二酸化炭素回収部
１０１ ：第１分離部
１０２ ：第２分離部
１１０ ：分離装置
１２０ ：配管
１２１ ：配管
１２４ ：分岐管
Ｎｃ ：非透過成分
Ｎｃ１ ：第１非透過成分
Ｎｃ２ ：第２非透過成分
Ｔｃ ：透過成分
Ｔｃ１ ：第１透過成分
Ｔｃ２ ：第２透過成分
Ｗ ：凝縮水
ａ ：海水（冷媒）
ｇ ：排ガス（燃焼排ガス）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】