特開 2024-22710 排ガス処理システム

(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】P2024022710

(43)【公開日】2024-02-21

(54)【発明の名称】排ガス処理システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/22 20060101AFI20240214BHJP

【ＦＩ】

B01D53/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022125979

(22)【出願日】2022-08-08

(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】安田 圭吾

(72)【発明者】

【氏名】福村 琢

【テーマコード（参考）】

4D006

【Ｆターム（参考）】

4D006GA41

4D006HA01

4D006KA01

4D006KA52

4D006KA55

4D006KA56

4D006KA67

4D006KB30

4D006KE07P

4D006KE13P

4D006KE22Q

4D006KE24Q

4D006MA01

4D006MB03

4D006MB04

4D006MC03

4D006MC09

4D006PA01

4D006PB19

4D006PB64

4D006PC80

(57)【要約】

【課題】装置全体としての運転を良好に継続しつつ、異常が発生した分離系統のメンテナンスを迅速に行えるようにすること。
【解決手段】排ガス処理システム（１）は、エンジン（１０）から排出される排ガスが透過する分離膜（４３ａ、４６ａ）を用いることで、排ガスからＣＯ_２を分離する。排ガス処理システムは、分離膜を備えた複数の分離系統（４０）と、複数の分離系統に導入される排ガスを圧縮する圧縮機（３０）と、圧縮機と複数の分離系統とを接続する分岐ライン（３１）と、制御部（７０）とを備えている。複数の分離系統は、分岐ラインからの排ガスの導入及び停止を切り替える調整弁（４２）と、分離膜を透過した排ガスに含まれるＳＯ_２やＣＯ_２の濃度を測定する濃度測定部（４４）と、分離膜に導入前の排ガスの圧力を測定する圧力測定部（４１）とをそれぞれ備えている。制御部は、濃度測定部の測定値や圧力測定部の測定値に基づき、調整弁の駆動を制御する。
【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排ガスが透過する分離膜を用いることで、前記排ガスから二酸化炭素を分離する排ガス処理システムであって、
前記分離膜を少なくとも１つ備えた複数の分離系統と、
前記複数の分離系統に導入される前記排ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機と前記複数の分離系統とを接続する分岐ラインとを備え、
前記複数の分離系統は、前記分岐ラインからの前記排ガスの導入及び停止を切り替える調整弁と、
前記分離膜を透過した前記排ガスに含まれる不要ガス濃度を測定する濃度測定部とをそれぞれ備え、
前記濃度測定部の測定値に基づき、前記調整弁の駆動を制御する制御部を備えていることを特徴とする排ガス処理システム。

【請求項2】

燃焼器から排出される排ガスが透過する分離膜を用いることで、前記排ガスから二酸化炭素を分離する排ガス処理システムであって、
前記分離膜を少なくとも１つ備えた複数の分離系統と、
前記複数の分離系統に導入される前記排ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機と前記複数の分離系統とを接続する分岐ラインとを備え、
前記複数の分離系統は、前記分岐ラインからの前記排ガスの導入及び停止を切り替える調整弁と、
前記分離膜に導入前の前記排ガスの圧力を測定する圧力測定部とをそれぞれ備え、
前記圧力測定部の測定値に基づき、前記調整弁の駆動を制御する制御部を備えていることを特徴とする排ガス処理システム。

【請求項3】

前記複数の分離系統は、前記分離膜を透過した前記排ガスに含まれる不要ガス濃度を測定する濃度測定部を更に備え、
前記制御部は、前記圧力測定部の測定値及び前記濃度測定部の測定値に基づき、前記調整弁の駆動を制御することを特徴とする請求項２に記載の排ガス処理システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記濃度測定部の測定値と予め設定した閾値とを比較し、該比較に基づく異常判定が所定の上限回数以上となる場合、待機状態の前記分離系統の前記調整弁を開弁する制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の排ガス処理システム。

【請求項5】

前記制御部は、前記圧力測定部の測定値と予め設定した閾値とを比較し、該比較に基づく異常判定が所定の上限回数以上となる場合、待機状態の前記分離系統の前記調整弁を開弁する制御を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の排ガス処理システム。

【請求項6】

前記分離系統は、複数の前記分離膜と、該複数の分離膜を接続するラインに設けられる副圧縮機とを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の排ガス処理システム。

【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排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には、各種ガスを含有する混合気体中から特定ガスを分離する分離膜装置が開示されている。特許文献１の分離膜装置は、混合流体が供給される複数の分離膜ユニットと、該複数の分離膜ユニットにそれぞれ接続される供給管及び排出管とを備えている。供給管及び排出管それぞれにはバルブが設けられ、例えば、一つの分離膜ユニットに故障が生じた場合、その分離膜ユニットに接続されている供給管及び排出管のバルブを閉じ、故障した分離膜ユニットを交換することができる。これにより、分離膜装置の運転を停止せずに継続した状態で、故障個所の修理やメンテナンスを行えるようになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１－１３１１４８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にあっては、故障した分離膜ユニットを特定して交換するには、分離流体の濃度を測定する複数のセンサの測定結果や、分離膜の劣化等を作業者が監視する必要がある。よって、異常が発生した分離膜ユニットを特定する負担が大きくなり、（分離膜ユニットの故障等の原因により）分離膜装置全体としての運転を良好に継続することが困難となる。

【0007】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、装置全体としての運転を良好に継続しつつ、異常が発生した分離系統のメンテナンスを迅速に行うことができる排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】

本発明における一態様の排ガス処理システムは、燃焼器から排出される排ガスが透過する分離膜を用いることで、前記排ガスから二酸化炭素を分離する排ガス処理システムであって、前記分離膜を少なくとも１つ備えた複数の分離系統と、前記複数の分離系統に導入される前記排ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機と前記複数の分離系統とを接続する分岐ラインとを備え、前記複数の分離系統は、前記分岐ラインからの前記排ガスの導入及び停止を切り替える調整弁と、前記分離膜を透過した前記排ガスに含まれる不要ガス濃度を測定する濃度測定部とをそれぞれ備え、前記濃度測定部の測定値に基づき、前記調整弁の駆動を制御する制御部を備えていることを特徴とする。

【0009】

また、本発明における一態様の排ガス処理システムは、燃焼器から排出される排ガスが透過する分離膜を用いることで、前記排ガスから二酸化炭素を分離する排ガス処理システムであって、前記分離膜を少なくとも１つ備えた複数の分離系統と、前記複数の分離系統に導入される前記排ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機と前記複数の分離系統とを接続する分岐ラインとを備え、前記複数の分離系統は、前記分岐ラインからの前記排ガスの導入及び停止を切り替える調整弁と、前記分離膜に導入前の前記排ガスの圧力を測定する圧力測定部とをそれぞれ備え、前記圧力測定部の測定値に基づき、前記調整弁の駆動を制御する制御部を備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、濃度測定部や圧力測定部の測定値に基づき、異常が発生した分離系統の調節弁を閉じる方向に駆動するよう制御部にて制御できる。これにより、異常の発生後に分離系統を速やかに運転停止でき、装置全体としての運転を良好に継続することができる。しかも、例えば、複数の分離系統の一部を予備としていれば、異常の発生後に予備の分離系統の調整弁を開弁駆動して該予備の分離系統の運転を開始でき、装置全体としての運転をより良好に継続できる。また、制御部によって調整弁を閉じることで、従来のような作業者による監視をなくすことができ、異常が発生した分離系統のメンテナンスを迅速に開始することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態に係る排ガス処理システムの一例を示す概略構成図である。

【図2】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】時間と濃度測定部の測定値との関係の一例を示すグラフである。

【図4】予備分離系統の運転前後における制御の一例を説明するためのフロー図である。

【図5】時間と圧力測定部の測定値との関係の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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、実施の形態に係る排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排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ＣＯ_２（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排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。

【0013】

図１は、実施の形態に係る排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、排ガス処理システム１は、排ガスの発生源となるエンジン（燃焼器）１０と、前処理部２０と、第１圧縮機（圧縮機）３０と、複数の分離系統４０と、液化部６０と、制御部７０とを主に備えている。

【0014】

エンジン１０は、主機エンジンであってよく、補機発電機であってもよい。また、エンジン１０は、主機エンジン及び補機発電機の両方であってよい。主機エンジンは、主として船舶が航行中に稼働される。補機発電機は、主として船舶の電気をまかなうため稼働される。エンジン１０には、燃料タンク（不図示）に貯留される燃料が供給される。なお、本実施の形態の排ガス処理システム１を各種プラント等に適用する場合には、エンジン１０に代えてボイラを用いてもよい。

【0015】

前処理部２０は、第１圧縮機３０に流入する排ガスの前処理を実施する。前処理部２０は、排ガスに含まれる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。

【0016】

図２は、前処理部の構成の一例を示す図である。前処理部２０は、窒素酸化物処理装置２２、除塵装置２３、硫黄酸化物処理装置２４、及びミスト除去装置２５を備えている。なお、前処理部２０は、上記各装置２２～２５の少なくとも１つを有する構成に変更してもよい。

【0017】

窒素酸化物処理装置２２は、エンジン１０から供給される排ガス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２２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２０が窒素酸化物処理装置２２を有することに代えて、エンジン１０が排気再循環（ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ））の機能を有していてもよい。

【0018】

除塵装置２３は、窒素酸化物処理装置２２を経た後の排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を除去する。除塵装置２３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２４は、除塵装置２３を経た後の排ガス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。排ガス処理システム１が船舶に搭載される場合、硫黄酸化物処理装置２４は、該船舶に搭載される湿式のスクラバであってよい。

【0020】

ミスト除去装置２５は、硫黄酸化物処理装置２４を経た後の排ガスに含まれる水分を除去する。ミスト除去装置２５は、排ガスに含まれている水分をデミスタによって捕集分離除去する噴霧分離器であってよい。

【0021】

図１に戻り、前処理部２０と第１圧縮機３０とは、前処理部２０にて不純物が除去された排ガスが流れるライン２７で接続される。ライン２７にて前処理部２０と第１圧縮機３０との間には、排ガス供給量調整弁２８が設けられる。排ガス供給量調整弁２８は、前処理部２０にて処理された排ガスの第１圧縮機３０への供給量を調整する。よって、排ガス供給量調整弁２８は、前処理部２０を経た排ガスの一部を第１圧縮機３０へ供給する場合、残りの排ガスを大気中に排出する機能を有している。

【0022】

第１圧縮機３０は、エンジン１０から排出されて前処理部２０を経た排ガスを圧縮し、分離系統４０での受入圧力にまで排ガスを昇圧することができる性能を有する。よって、第１圧縮機３０は、複数の分離系統４０に導入される前の排ガスを圧縮している。第１圧縮機３０としては、所定の駆動源となるモータによって駆動される羽根車やロータ（何れも不図示）を備えた構成を例示できる。

【0023】

第１圧縮機３０と複数の分離系統４０とは、第１圧縮機３０にて昇圧された排ガスが流れる分岐ライン（分岐配管）３１で接続される。分岐ライン３１は、第１圧縮機３０で昇圧された排ガスを複数の分離系統４０に配分して送出されるように設けられる。

【0024】

複数の分離系統４０は、本実施の形態では、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃと、予備分離系統４０Ｄとの４つの分離系統を備えている。各分離系統４０Ａ～４０Ｄは、それぞれ図１中一点鎖線で囲まれる構成とされ、上流側で分岐ライン３１に接続され、下流側で集合ライン３２に接続される。集合ライン３２は１本のライン３３に合流し、かかるライン３３を介して液化部６０に接続される。

【0025】

ここで、本実施の形態では、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃと、予備分離系統４０Ｄとは同一の構成が採用される。よって、以下にて、第１分離系統４０Ａについて説明し、第２及び第３分離系統４０Ｂ、４０Ｃ及び予備分離系統４０Ｄについては、第１分離系統４０Ａと同様の構成について同一符号を付し、説明を省略する場合がある。

【0026】

第１分離系統４０Ａは、上流側から下流側に向かって直列に順に接続される圧力測定部４１、調整弁４２、第１分離部４３、濃度測定部４４、第２圧縮機（副圧縮機）４５及び第２分離部４６を備えている。第２圧縮機４５は、第１圧縮機３０と同様に構成してもよいし、要求される出力に応じて異なる構成や小型化した構成としてもよい。第２圧縮機４５は、各分離部４３、４６を接続するラインに設けられる。

【0027】

圧力測定部４１は、第１圧縮機３０で昇圧されてから分岐ライン３１を経て導入された排ガスの圧力を測定する圧力計により構成される。圧力測定部４１は、第１分離部４３に導入される前の排ガスの圧力の変動を連続して測定し、制御部７０に出力する。

【0028】

調整弁４２は、本実施の形態では、中間開度で使用せずに全開か全閉で使用する弁構造を採用するが、開度を調整可能な電磁弁により構成することを妨げるものでない。調整弁４２は、開閉駆動によって分岐ライン３１からの排ガスの導入及び導入の停止を切り替える機能を有する。

【0029】

第１分離部４３は分離膜４３ａを備え、第１圧縮機３０で昇圧されてから調整弁４２を経て導入された排ガスを、分離膜４３ａによって透過ガスと非透過ガスとに分離する。第１分離部４３にて、分離膜４３ａを透過しなかった非透過ガスは、透過した透過ガスに比べてＣＯ_２濃度が低い酸素及び窒素を主とするガスとなり、排出ライン等を介して大気中に排出される。分離膜４３ａを透過した透過ガスはＣＯ_２を含み、第１分離部４３に導入前の排ガスに比べてＣＯ_２濃度が高くなる。従って、第１分離部４３は、分離膜４３ａを介して非透過ガスを大気中に排出した分だけ流量を減らしつつＣＯ_２濃度を高めた排ガスを下流側の濃度測定部４４及び第２圧縮機４５に送出する。

【0030】

濃度測定部４４は、本実施の形態では、ＳＯ_２濃度（不要ガス濃度）を測定する機能と、ＣＯ_２濃度（不要ガス濃度）を測定する機能との両方を有するレーザ式ガス分析計により構成される。濃度測定部４４は、第１分離部４３から送出された直後の排ガスに含まれるＳＯ_２の濃度及びＣＯ_２の濃度の変動を連続して測定し、制御部７０に出力する。なお、濃度測定部４４は、ＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を測定する機能を更に有してもよく、ＳＯ_２濃度及びＣＯ_２濃度の何れか一方を測定する機能を省略してもよい。

【0031】

ここにおいて、気体となるＳＯ_２を含むＳＯｘ（硫黄酸化物）、ＣＯ_２、ＮＯｘを不要ガスとする。不要ガスは、装置外にて廃棄されるガスだけでなく、再利用可能なガスも含まれ、酸素や水蒸気は含まれない。

【0032】

第２圧縮機４５は、第１分離部４３から送出された排ガスを圧縮し、第２分離部４６の導入前に、第２分離部４６での分離に要する圧力にまで排ガスを昇圧できる性能を有する。

【0033】

第２分離部４６は第１分離部４３と同様に構成される。第２分離部４６は分離膜４６ａを備え、第２圧縮機４５で昇圧された排ガスを、分離膜４６ａによって透過ガスと非透過ガスとに分離する。第２分離部４６にて、分離膜４６ａを透過しなかった非透過ガスは、透過した透過ガスに比べてＣＯ_２濃度が低い酸素及び窒素を主とするガスとなり、排出ライン等を介して大気中に排出される。分離膜４６ａを透過した透過ガスはＣＯ_２を含み、第２分離部４６に導入前の排ガスに比べてＣＯ_２濃度が高くなる。従って、第２分離部４６は、分離膜４６ａを介して非透過ガスを大気中に排出した分だけ流量を減らしつつＣＯ_２濃度を高めた排ガスを集合ライン３２に送出する。

【0034】

各分離膜４３ａ、４６ａは有機材料及び無機材料の何れかから選択して構成することが例示できる。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。

【0035】

具体的には、第１分離部４３の分離膜４３ａが無機材料により構成され、第２分離部４６の分離膜４６ａが有機材料により構成されるとよい。上流側となる第１分離部４３の分離膜４３ａは、耐久性の観点から無機材料により構成することが好ましい。

【0036】

ここで、エンジン１０と前処理部２０とを接続するライン１１には、第１補助濃度測定部１２及び第１補助流量測定部１３が設けられる。また、集合ライン３２と液化部６０とを接続するライン３３には、第２補助濃度測定部５２及び第２補助流量測定部５３が設けられる。

【0037】

第１補助濃度測定部１２及び第２補助濃度測定部５２は、ＣＯ_２濃度計とされ、例えば、レーザ式ガス分析計により構成される。第１補助濃度測定部１２は、エンジン１０から排出された直後の排ガスのＣＯ_２濃度の変動を連続して測定し、制御部７０に出力する。第２補助濃度測定部５２は、複数の分離系統４０から集合ライン３２経て送出された排ガスのＣＯ_２濃度の変動を連続して測定し、制御部７０に出力する。

【0038】

第１補助流量測定部１３及び第２補助流量測定部５３は、例えば、流量計（マスフローメータ等）により構成される。第１補助流量測定部１３は、エンジン１０から排出された直後の排ガスの流量の変動を連続して測定し、制御部７０に出力する。第２補助流量測定部５３は、複数の分離系統４０から集合ライン３２経て送出された排ガスの流量の変動を連続して測定し、制御部７０に出力する。

【0039】

液化部６０は、導入される排ガスと冷媒との間で熱交換を行う熱交換器を備えて構成することが例示できる。液化部６０は、少なくとも排ガスに含まれるＣＯ_２が凝縮して液化され、好ましくは、ＣＯ_２が液化し、酸素及び窒素が気体に維持された状態とする。液化部６０は、気液分離器及びタンクを更に備え、上述した状態の排ガスをオフガスと液化ＣＯ_２とに分離し、オフガスは大気中に排出し、液化ＣＯ_２をタンクに貯留する。

【0040】

制御部７０は、第１圧縮機３０、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃ及び予備分離系統４０Ｄそれぞれの第２圧縮機４５のモータ等に接続され、各圧縮機３０、４５の駆動を制御する機能等を有する。制御部７０は、例えば、各圧縮機３０、４５のモータの回転数を制御するインバータを有している。制御部７０は、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃ及び予備分離系統４０Ｄそれぞれの調整弁４２に接続され、調整弁４２の開閉駆動を制御する。

【0041】

制御部７０には、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃ及び予備分離系統４０Ｄそれぞれの圧力測定部４１及び濃度測定部４４の測定値が出力される。制御部７０は、圧力測定部４１や濃度測定部４４の測定値に基づき、第１圧縮機３０及び調整弁４２の何れか一方の駆動状態を制御したり、調整弁４２の駆動と共に第１圧縮機３０の駆動を制御する。これに加え、制御部７０は、圧力測定部４１や濃度測定部４４の測定値に基づき、第２圧縮機４５の駆動状態を制御することができる。また、制御部７０には、第１補助濃度測定部１２、第１補助流量測定部１３、第２補助濃度測定部５２及び第２補助流量測定部５３の測定値が出力される。制御部７０の具体的制御については後述する。

【0042】

ここで、図１中二点鎖線で囲まれる第１圧縮機３０、分岐ライン３１、集合ライン３２、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃ、予備分離系統４０Ｄ及び制御部７０を備えて分離ユニットＵが構成される。分離ユニットＵは、貨物運搬用のコンテナ等によって構成される単一の筐体に、上述した各構成を搭載することによって構成される。よって、排ガス処理システム１にて、分離ユニットＵ毎に設置、運搬、メンテナンスを行うことができる。

【0043】

続いて、排ガス処理システム１における予備分離系統４０Ｄの運転前後における制御の一例について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、時間と濃度測定部の測定値との関係の一例を示すグラフである。図４は、予備分離系統の運転前後における制御の一例を説明するためのフロー図である。図３のグラフにて、横軸が時間、左側の縦軸が濃度測定部４４による所定時間間隔毎のＣＯ_２濃度の測定値とされ、該測定値を相対値として黒丸でプロットして表している。また、右側の縦軸は濃度測定部４４による所定時間間隔毎のＳＯ_２濃度の測定値とされ、該測定値を相対値として白丸でプロットして表している。

【0044】

先ず、排ガス処理システム１にて、排ガスのＳＯ_２濃度に異常が発生した場合の制御について説明する。図３のグラフに示すように、予め、異常発生によってＳＯ_２濃度が上昇する場合、該異常を判定するための閾値Ｓａが設定される。

【0045】

図３のグラフの時間ｔ０の時点で、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃにおける濃度測定部４４それぞれの排ガスのＳＯ_２濃度が閾値Ｓａより小さい状態で運転されているものとする。また、予備分離系統４０Ｄは運転が停止されている。このとき、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃそれぞれの調整弁４２が開弁した状態を維持し、予備分離系統４０Ｄの調整弁４２が閉弁した状態を維持するよう制御部７０によって制御される。よって、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃにおける第１分離部４３の分離膜４３ａ及び第２分離部４６の分離膜４６ａにて排ガスのＣＯ_２が分離され、予備分離系統４０Ｄは待機状態とされる。

【0046】

排ガス処理システム１の運転にて、図４のステップＳ０１において、制御部７０では、測定回数Ｎ＝０（初期値）に設定及び記憶する処理が行われる（測定回数リセットステップ）。その後、ステップＳ０２として、運転中の第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃそれぞれの濃度測定部４４にて測定が行われ、測定値が制御部７０に出力される（測定ステップ）。更に詳述すると、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃそれぞれの第１分離膜４３ａを透過した排ガスに対し、濃度測定部４４によりＳＯ_２濃度が測定される。

【0047】

次いで、ステップＳ０３として、濃度測定部４４のＳＯ_２濃度の測定値と、閾値Ｓａとが制御部７０にて比較され、ＳＯ_２濃度の測定値が閾値Ｓａ以上になるか否かが判定される（濃度判定ステップ）。例を挙げると、前処理部２０の故障等によって、図３の時間ｔ１のようにＳＯ_２濃度が上昇した場合、濃度測定部４４のＳＯ_２濃度の測定値が閾値Ｓａ以上になり（測定値≧閾値Ｓａ、Ｓ０３：Ｙｅｓ）、異常判定としてステップＳ０４に進む。図３の時間ｔ１の経過前のように、濃度測定部４４のＳＯ_２濃度の測定値が閾値Ｓａより小さい場合（測定値＜閾値Ｓａ、Ｓ０３：Ｎｏ）、ステップＳ０１に戻って測定回数ＮがリセットされてステップＳ０２の次回の測定が実施される。

【0048】

ステップＳ０４にあっては、測定回数Ｎと任意の上限回数Ｎｕとが制御部７０にて比較され、測定回数Ｎが上限回数Ｎｕ以上になるか否かが判定される（測定回数判定ステップ）。測定回数Ｎが上限回数Ｎｕより小さい場合（測定回数Ｎ＜上限回数Ｎｕ、Ｓ０４：Ｎｏ）、ステップＳ０５にて測定回数Ｎを「１」加算して記憶する処理が制御部７０にて行われ、ステップＳ０２にて次回の測定が実施される。一方、上記ステップＳ０３での測定にて測定値が閾値Ｓａ以上になることが上限回数Ｎｕ以上連続され、測定回数Ｎが上限回数Ｎｕ以上になる場合（測定回数Ｎ≧上限回数Ｎｕ、Ｓ０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ０６に進む。

【0049】

ステップＳ０６にあっては、制御部７０にて調整弁４２を閉弁する駆動制御が行われる（調整弁制御ステップ）。かかる制御にあたり、濃度測定部４４の測定値が閾値Ｓａ以上となり、且つ、測定回数Ｎが上限回数Ｎｕ以上になる分離系統４０（以下、「異常発生分離系統４０」とする）が特定される。よって、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃのうち、特定された異常発生分離系統４０の調整弁４２が閉弁され、その他の分離系統４０の調整弁４２は開弁状態が維持される。

【0050】

ステップＳ０６と前後し、ステップＳ０７として、異常発生分離系統４０に対し、第２圧縮機４５の駆動を停止するよう制御部７０によって制御される（第２圧縮機制御ステップ）。

【0051】

更に、ステップＳ０６、Ｓ０７と前後し、ステップＳ０８として、予備分離系統４０Ｄに対し、制御部７０にて調整弁４２を開弁する駆動制御と、第２圧縮機４５の駆動を開始する制御とが行われる（予備分離系統制御ステップ）。これにより、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃにて異常が発生した分離系統４０を自動的に運転停止しつつ、予備分離系統４０Ｄの運転を自動的に開始することができる。

【0052】

上記においては、排ガスのＳＯ_２濃度に異常が発生した場合の制御について説明したが、排ガスのＣＯ_２濃度に異常が発生した場合も同様の制御が行われる。これらの制御は、何れか一方が行われてもよいし、両方が同時に行われてもよい。以下、ＣＯ_２濃度に異常が発生した場合について、ＳＯ_２濃度に異常が発生した場合と異なる制御を主として説明する。図３のグラフに示すように、予め、異常発生によりＣＯ_２濃度が下降する場合、該異常を判定するための閾値Ｃａが設定される。

【0053】

図３のグラフの時間ｔ０の時点で、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃにおける濃度測定部４４それぞれの排ガスのＣＯ_２濃度が閾値Ｃａより大きい状態で運転されているものとする。また、予備分離系統４０Ｄは運転が停止されている。

【0054】

図４のステップＳ０２においては、運転中の第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃそれぞれの濃度測定部４４にて排ガスのＣＯ_２濃度が測定され、測定値が制御部７０に出力される。

【0055】

ステップＳ０３では、濃度測定部４４のＣＯ_２濃度の測定値と、閾値Ｃａとが制御部７０にて比較され、ＣＯ_２濃度の測定値が閾値Ｃａ以下になるか否かが判定される（濃度判定ステップ）。例を挙げると、各分離膜４３ａ、４６ａの劣化等によって、図３の時間ｔ２のようにＣＯ_２濃度が下降した場合、濃度測定部４４のＣＯ_２濃度の測定値が閾値Ｃａ以下になり（測定値≦閾値Ｃａ、Ｓ０３：Ｙｅｓ）、異常判定としてステップＳ０４に進む。図３の時間ｔ１の経過前のように、濃度測定部４４のＣＯ_２濃度の測定値が閾値Ｃａより大きい場合（測定値＞閾値Ｃａ、Ｓ０３：Ｎｏ）、ステップＳ０１に戻る。

【0056】

また、上述した排ガスのＳＯ_２濃度やＣＯ_２濃度に異常が発生した場合の制御の他、圧力測定部４１により測定される測定値に異常が発生した場合も同様の制御が行われる。以下、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃに導入される圧力に異常が発生した場合について、ＳＯ_２濃度に異常が発生した場合と異なる制御を主として説明する。

【0057】

図５は、時間と圧力測定部の測定値との関係の一例を示すグラフである。図５のグラフに示すように、予め、異常発生により圧力が上昇する場合、該異常を判定するための閾値Ｐａが設定される。

【0058】

図５のグラフの時間ｔ０の時点で、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃにおける圧力測定部４１それぞれの排ガスの圧力が閾値Ｐａより小さい状態で運転されているものとする。また、予備分離系統４０Ｄは運転が停止されている。

【0059】

図４のステップＳ０２においては、運転中の第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃそれぞれの圧力測定部４１にて排ガスの圧力が測定され、測定値が制御部７０に出力される（圧力測定ステップ）。

【0060】

ステップＳ０３では、圧力測定部４１の圧力の測定値と、閾値Ｐａとが制御部７０にて比較され、圧力の測定値が閾値Ｐａ以上になるか否かが判定される（圧力判定ステップ）。例を挙げると、排ガスのすす等によって目詰まりが発生し、図５の時間ｔ３のように圧力が上昇した場合、圧力測定部４１の圧力の測定値が閾値Ｐａ以上になり（測定値≧閾値Ｐａ、Ｓ０３：Ｙｅｓ）、異常判定としてステップＳ０４に進む。図３の時間ｔ３の経過前のように、圧力測定部４１の圧力の測定値が閾値Ｐａより小さい場合（測定値＜閾値Ｐａ、Ｓ０３：Ｎｏ）、ステップＳ０１に戻って測定回数ＮがリセットされてステップＳ０２の次回の測定が実施される。

【0061】

以上のように、実施の形態の排ガス処理システム１にあっては、測定対象として、排ガスのＳＯ_２濃度、排ガスのＣＯ_２濃度、排ガスの圧力の少なくとも１つを選択し、運転中の第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃの異常を判定することができる。これにより、エンジン１０や前処理部２０の運転状況や、分離膜４３ａ、４６ａの状態等、種々の状況に基づいて分離系統４０の異常判定の精度を高めることができる。

【0062】

ここで、仮に、予備分離系統４０Ｄが待機状態でなく、第１ないし第３分離系統４０Ａ～４０Ｃの何れかを運転停止した場合、第１圧縮機３０のモータの回転数を制御部７０によって制御し、運転中の分離系統４０に導入される排ガスの圧力を調整してもよい。これによれば、分離系統４０の運転数が減少（例えば３つから２つ）しても、導入される排ガスを昇圧することで、ＣＯ_２の分離を良好に継続することができる。

【0063】

上記実施の形態によれば、異常発生分離系統４０の調整弁４２を自動的に閉弁し、予備分離系統４０Ｄの調整弁４２を自動的に開弁するよう制御することができる。これにより、異常発生分離系統４０の運転を速やかに停止しつつ予備分離系統４０Ｄを運転開始して、装置全体としての運転を良好に継続することができる。また、制御部７０によって異常発生分離系統４０の調整弁４２を閉じることで、従来のような作業者による監視をなくすことができ、異常が発生した分離系統４０のメンテナンスを迅速に開始することが可能となる。

【0064】

また、上記実施の形態では、測定回数Ｎが所定の上限回数Ｎｕ以上となる場合に、異常発生分離系統４０から予備分離系統４０Ｄへの運転の切り替えを行っている。言い換えると、該切り替えにあっては、各測定値が連続して異常判定となることを条件として行われるので、瞬間的に各測定値が異常判定となったときに該切り替えが行われることを回避することができる。

【0065】

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。

【0066】

上記実施の形態では、分離系統４０が複数の分離膜４３ａ、４６ａを備えて排ガスを複数段で分離したが、例えば、第２分離部４６を省略する等、少なくとも１つの分離膜を備えた構成としてもよい。

【0067】

また、上記実施の形態にて、分離ユニットＵが４つの分離系統４０を有する構成としたが、分離系統４０の設置数は２つや３つ、５つ以上の複数に変更してもよい。更に、予備分離系統４０Ｄの設置数を２つ以上としてもよい。

【0068】

また、各測定値が連続して異常判定となることを条件として、異常発生分離系統４０から予備分離系統４０Ｄへの運転の切り替えを行ったが、例えば、所定の時間内にて断続的に異常判定となった場合に該切り替えを行うよう制御してもよい。

【0069】

更に、上記実施の形態にて、濃度測定部４４の測定だけによって上記制御を行う場合は圧力測定部４１を省略してもよい。また、圧力測定部４１の測定だけによって上記制御を行う場合は濃度測定部４４を省略してもよい。

【0070】

また、濃度測定部４４の設置位置は、例えば、第２分離部４６の下流側に変更したり、第２分離部４６の下流側に追加して設置したりしてもよい。

【符号の説明】

【0071】

１ ：排ガス処理システム
１０ ：エンジン（燃焼器）
３０ ：第１圧縮機（圧縮機）
３１ ：分岐ライン
４０ ：分離系統
４０Ａ ：第１分離系統（分離系統）
４０Ｂ ：第２分離系統（分離系統）
４０Ｃ ：第３分離系統（分離系統）
４０Ｄ ：予備分離系統（分離系統）
４１ ：圧力測定部
４２ ：調整弁
４３ａ ：第１分離膜（分離膜）
４４ ：濃度測定部
４５ ：第２圧縮機（副圧縮機）
４６ａ ：第２分離膜（分離膜）
７０ ：制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】