特表 2022-522403 気体混合物の流れから任意の気体を除去するための方法及び設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-19

(54)【発明の名称】気体混合物の流れから任意の気体を除去するための方法及び設備

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/18 20060101AFI20220412BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20220412BHJP

   B01D 53/92 20060101ALI20220412BHJP

   F01N 3/18 20060101ALI20220412BHJP

   F01N 3/04 20060101ALI20220412BHJP

   B63H 21/32 20060101ALI20220412BHJP

【ＦＩ】

B01D53/18 150

B01D53/18 ZAB

B01D53/14 210

B01D53/92 215

B01D53/92 331

F01N3/18

F01N3/04 A

B63H21/32 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021543332

(86)(22)【出願日】2020-03-04

(85)【翻訳文提出日】2021-09-14

(86)【国際出願番号】 SE2020050237

(87)【国際公開番号】W WO2020180235

(87)【国際公開日】2020-09-10

(31)【優先権主張番号】1950286-3

(32)【優先日】2019-03-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】SE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521325558

【氏名又は名称】３ナイン アーベー

【氏名又は名称原語表記】３ＮＩＮＥ ＡＢ

【住所又は居所原語表記】Ｂｏｘ １１６３， １３１ ２７ Ｎａｃｋａ Ｓｔｒａｎｄ （ＳＥ）

(74)【代理人】

【識別番号】100180781

【弁理士】

【氏名又は名称】安達 友和

(72)【発明者】

【氏名】インギ，クラエス

(72)【発明者】

【氏名】フランゼン，ピート

(72)【発明者】

【氏名】ハーグマーク，カール ペトラス

【テーマコード（参考）】

3G091

4D002

4D020

【Ｆターム（参考）】

3G091AA04

3G091AA18

3G091AB11

3G091AB15

3G091BA01

4D002AA02

4D002AC10

4D002BA02

4D002BA16

4D002CA01

4D002DA02

4D002DA12

4D002DA35

4D002DA36

4D002EA02

4D002EA05

4D002GA01

4D002GA03

4D002GB12

4D020AA06

4D020BA01

4D020BA23

4D020BB03

4D020CB27

4D020CC02

4D020CC21

4D020CD01

4D020CD10

4D020DA01

4D020DA03

4D020DB10

(57)【要約】

気体混合物の流れから気体を除去するための方法及び設備。第１の液体（８２）は、気体混合物の気化冷却及び飽和のため、流れ（１０６）に導入される。該気体を吸収及び溶解可能で、重力によって沈降しないのに十分小さく遠心分離するのに十分大きいサイズの第２の液体（８４）の小さな液滴が提供される。この小さな液滴は、該気体を液滴に吸収させ溶解させるため、上記流れ内に噴霧され、小さな液滴は、上記流れから遠心分離される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体混合物の流れから任意の気体を除去する方法であって、
前記気体混合物の気化冷却及び飽和のため、前記流れにおいて第１の液体を導入することと、
前記気体を溶解可能で、重力によって沈降しないのに十分小さく遠心分離されるのに十分大きいサイズの、第２の液体の小さな液滴を提供することと、
前記気体を前記液滴に吸収させ溶解させるため、前記流れ内に前記小さな液滴を噴霧することと、
前記流れから前記小さな液滴を遠心分離することと、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記第１の液体の小さな液滴を前記流れ内に噴霧することによって前記第１の液体を導入することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

噴霧化によって前記第１の液体の小さな液滴を形成することを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

２流体ノズルを使用する加圧空気によって、又は単一流体ノズルを使用する高圧液体噴霧によって、前記第１の液体の噴霧化を生じさせることを含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

噴霧化によって前記第２の液体の小さな液滴を形成することを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

２流体ノズルを使用する加圧空気によって、又は単一流体ノズルを使用する高圧液体噴霧によって、前記第２の液体の噴霧化を生じさせることを特徴とする、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の液体の液滴及び前記第２の液体の液滴のサイズを、２０～２００μｍの間で変化するように、通常は約５０μｍであるように制御することを含むことを特徴とする、請求項２から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記流れ内への前記第１の液体の液滴の噴霧の下流に、前記第２の液体の液滴を噴霧することを含むことを特徴とする、請求項２から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記第２の液体の液滴を、前記流れと並流で噴霧することを含むことを特徴とする、請求項２から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記第１の液体は水で、前記第２の液体はアルカリ水溶液であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記気体混合物は燃焼排気ガスであり、除去される前記気体は硫黄酸化物を含む気体であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

気体混合物は船舶用ディーゼルエンジンからの排気ガスの流れであり、除去される前記気体は硫黄酸化物を含む気体であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

請求項１０に記載の方法を実行するための、排気管（１０４）の排気流の経路に挿入される設備（１０）であって、
前記水用及び前記アルカリ水溶液用のスプレーノズル（３２、４２）と、
前記流れにおいて前記スプレーノズルの下流にある少なくとも１つの遠心分離器（５２）と、
を備え、
前記スプレーノズルは、
少なくとも１つの水スプレーノズル（３２）と、
前記アルカリ溶液の液滴を生成するための前記流れにおける前記少なくとも１つの水スプレーノズル（３２）の下流にある少なくとも１つの噴霧スプレーノズル（４２）と、
を備えることを特徴とする設備（１０）。

【請求項14】

前記排気管（１０４）は船舶用ディーゼルエンジンの排気管であることを特徴とする、請求項１３に記載の設備（１０）。

【請求項15】

前記スプレーノズル（３２、４２）は、単一流体ノズル又は２流体ノズルであることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の設備（１０）。

【請求項16】

前記少なくとも１つの噴霧スプレーノズル（４２）は、前記流れと並流で噴霧するように配向され、前記少なくとも１つのスプレーノズル（３２）は、前記流れと向流で噴霧するように配向されることを特徴とする、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の設備（１０）。

【請求項17】

動作中のエンジン負荷に応じて前記液滴のサイズを制御可能な制御及び駆動ユニット（８０）を備えることを特徴とする、請求項１３から１７のいずれか一項に記載の設備（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気体混合物の流れから任意の気体を除去する方法に関する。

【0002】

本発明はまた、上記方法を実行するための設備に関する。

【背景技術】

【0003】

船のディーゼルエンジンからの排気ガス中の、例えば二酸化硫黄などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）を削減するための従来のシステムは、主に様々な種類のスクラバー（洗浄機）に基づく。これについて、湿式スクラバーが主に使用され、この場合、アルカリ溶液（例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）など）のエアロゾルが、いわゆる閉ループシステムにおいてスクラバー内に噴霧され、硫黄酸化物と反応させられて、例えば、水溶性塩又は他の廃棄可能な反応生成物を形成する。これは、船が港にある場合、又は海水が十分にアルカリ性でない場合によく行われる。海水自体が十分にアルカリ性である場合、いわゆる開ループシステムを海で使用することができ、この場合、硫黄酸化物の除去のため、海水のエアロゾルが添加されて排気ガス中の硫黄酸化物と反応する。

【0004】

このようなスクラバーシステムは、排気ガスがエアロゾル液滴に入るのに大量の噴霧水を必要とし、液滴がスクラバー中の空気の流れに対して重力によって沈降できるようにするには、液滴が非常に大きい必要があり、排気ガスの流れが非常に遅い必要がある。このため、設備が非常に大きくなる。

【0005】

このようなシステムを向上させるために、本発明の基礎を形成し国際公開第２０１８／２３１１０５号公報に開示されているコンパクトなシステムは、高圧下でエアロゾルを排気ガスの流れに噴霧し、遠心技術を使用して、排気ガスの流れから液滴を分離することを提案する。これにより、より少ない量の水を使用して、二酸化硫黄と迅速に反応可能なより大きな総表面積を有する非常に小さな液滴を得ることが可能である。この場合、噴霧する必要のある水の量は、分離効果を維持しながら、従来技術のシステムで必要な水の量と比較してわずか約２．５～５％である。

【発明の概要】

【0006】

本発明の目的は、従来技術の方法及び設備をさらに概して向上させることであり、詳細には、国際公開第２０１８／２３１１０５号公報に開示されるようなシステムを、ディーゼル燃料における０．１％の硫黄に対応するものを超える排出を許容しない新しい要件をよりよく満たすようにすることである。

【0007】

本発明の一態様によれば、該方法は、
気体混合物の気化冷却及び飽和のため、流れにおいて第１の液体を導入することと、
上記気体を吸収及び溶解可能で、重力によって沈降しないのに十分小さく遠心分離されるのに十分大きいサイズの、第２の液体の小さな液滴を提供することと、
上記気体を上記液滴に溶解させるため、上記流れ内に前記小さな液滴を噴霧することと、
上記流れから上記小さな液滴を遠心分離することと、
を含む。

【0008】

本発明は、気体混合物の流れから任意の気体を除去する様々な応用において、一般的に実行され得るが、本開示は、詳細には、上記のように、例えば船舶用ディーゼルエンジンからの燃焼排気ガスから二酸化硫黄を除去するために適用されるものとして例示される。このような様々な応用の例が、以下の文書で示され得る。

【0009】

欧州特許出願公開第２４９９０９１号公報、欧州特許出願公開第２７４７８７７号公報、米国特許第８４４４９４２号公報、欧州特許出願公開第２２９８９５７号公報、欧州特許出願公開第１５２４０２３号公報、国際公開第２０１６／０６２７３１号公報、欧州特許出願公開第３３９３６２５号公報

【0010】

２つの別個のステップで液体を供給することには、一般的に及び特定の応用において、以下の利点がある。

【0011】

第１の液体（例えば、水）を導入する最初のステップでは、気化により、高温の（例えば、３００～４００℃）の気体混合物（例えば、排気ガスの混合物）の飽和及び冷却が起こり、飽和により、気化が停止する。第１の液体を導入するステップにおける気化及び飽和により、重要なことに、第２の液体の小さな液滴がそのサイズを維持する。そうでなければ、国際公開第２０１８／２３１１０５号公報における単一の噴霧ステップでのように、水は、冷却作用で液滴から気化し続け、その後液滴のサイズの制御が失われる。したがって、水導入ステップにおける飽和は、噴霧ステップおいて導入された液滴からの気化を効果的に防止する。冷却はまた、一般的な遠心分離器が過度の熱に耐えることができないという点で有利である。

【0012】

第２の液体の液滴は、重力によって沈降しないのに十分小さく遠心分離されるのに十分大きく、これにより、第２の液体の液滴液滴は、流れにおいて先へと運ばれ、遠心分離ステップで流れから分離される。

【0013】

第１の液体は、第１の液体の小さな液滴を流れに噴霧することによって導入され得る。小さな液滴は急速な冷却及びその結果としての飽和を提供する。

【0014】

第１の液体の小さな液滴は、２流体ノズルを使用する加圧空気による噴霧化によって、又は単一流体ノズルを使用する高圧液体噴霧による噴霧化によって、形成され得る。２流体ノズルは、可能な限り速く冷却するために非常に小さな液滴を生成するのに有利であり得る。

【0015】

第２の液体の小さな液滴もまた、２流体ノズルを使用する加圧空気による噴霧化によって、又は単一流体ノズルを使用する高圧液体噴霧による噴霧化によって、形成され得る。単一流体ノズルは、時間単位あたりにより多くの液滴を生成するのに有利であり得、その結果、必要なノズルの数も少なくなり得る。

【0016】

液体の噴霧化は、大きな総表面積を提供するための小さな液滴を有するエアロゾルを生成し、所与の流量を殆ど又は全く減速する必要なしに、特にディーゼルエンジンの排気流の場合において、第１の液体及び第２の液体の反応時間を短くすることが可能で、第１のステップで高速の気化水の冷却及び飽和が得られ、液滴におけるアルカリによって硫黄酸化物を中和する。これにより、システムを非常にコンパクトに保つこともできる。

【0017】

加圧空気で噴霧化することにより、空気の流量及びアルカリ水溶液の流量を変えることで、液滴のサイズを制御できる。

【0018】

液滴のサイズは、加圧空気の圧力のみを変えることによっても制御され得る。これは、噴霧ノズルとアルカリ溶液の流量が既に決定されている場合に当てはまり得る。

【0019】

液滴のサイズは、約２０～２００μｍの間で変化するように、通常は約５０μｍであるように制御され得る。気体の流れにおけるさらに小さな液滴は、望ましくない方法で分離ステップを通過し得る。液滴のサイズは、より正式に正しくは、中程度のサイズの液滴のサイズとして理解される。例えば、中程度のサイズのｄ_ｖ５０は、液滴の体積の５０％がｄ_ｖ５０よりも大きい直径を有する液滴であることを意味する。５０μｍのｄ_ｖ５０の典型的な分布には、２０～１３０μｍの液滴が含まれる（体積の１０％が２０μｍ未満の液滴であり、体積の９０％が１３０μｍ未満の液滴である）。

【0020】

第２の液体の小さな液滴は、流れ内への第１の液体の噴霧の下流に噴霧され得る。これにより、流れに十分に飽和する時間を与え得る。

【0021】

エアロゾル液滴の噴霧は、排気ガスの流れと並流であり得る。

【0022】

第１の液体は水であり得、第２の液体はアルカリ水溶液であり得る。

【0023】

気体混合物は燃焼排気ガスであり得、除去される気体は硫黄酸化物を含む気体であり得る。

【0024】

詳細には、気体混合物は、船舶用ディーゼルエンジンからの排気ガスの流れであり得、除去される気体は、硫黄酸化物を含む気体であり得る。

【0025】

本発明の方法を実施するための設備は、該方法を実施するための排気管の排気流の経路に挿入され、該設備は、水用のスプレーノズル及びアルカリ水溶液用のスプレーノズルと、流れにおいてこれらの噴霧ノズルの下流にある少なくとも１つの遠心分離器とを備える。スプレーノズルは、少なくとも１つの水スプレーノズルと、アルカリ溶液の液滴を生成するための流れにおける少なくとも１つの水スプレーノズルの下流にある少なくとも１つの噴霧スプレーノズルとを備える。

【0026】

排気管は、船舶用ディーゼルエンジンの排気管であり得る。

【0027】

噴霧化は、単一流体の高圧ノズルによっても得られ得るが、一実施形態において、少なくとも１つの噴霧スプレーノズルは、２流体（アルカリ溶液及び加圧空気）ノズルである。従来技術で使用されていないそのようなノズルは、所望の液滴サイズを得るために選択、制御され得る。

【0028】

設備はまた、動作中のエンジン負荷に応じて液滴のサイズを制御することが可能な制御及び駆動ユニットを備え得る。

【0029】

本発明の他の特徴及び利点が、特許請求の範囲及び以下の詳細な説明から明らかであり得る。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】船舶用ディーゼルエンジンからの排気ガスを処理するための例示的な設備を図式的に示す図である。

【0031】

図面は概して説明的な性質のものであるため、相互に関連する構成要素の縮尺、向き、サイズなどは、実際の設備のものと一致しない場合がある。

【0032】

相互に対応する機能を有する構成要素は、同じ符号で指定され得る。

【発明を実施するための形態】

【0033】

本発明は、気体を処理する他の分野で実施され得るが、以下の詳細な説明では、本発明は、海洋設備で実施される。

【0034】

図１の海洋設備１０は、船舶１００の大型ディーゼル推進エンジン１０２の排気管１０４の排気流の経路に挿入されて図式的に示されている。メガワット範囲にあり得るエンジン１０２のディーゼル燃料は、通常大量の硫黄を含み、これは、排気流１０６におけるＳＯ_２などの硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）に変換される。

【0035】

概して、このような硫黄酸化物を低減するための設備１０は、噴霧セクション２０と、排気管１０６の連続仕切りを形成する遠心分離セクション５０とからなると考えることができる。噴霧流体は、制御及び駆動ユニット８０によって、噴霧セクション２０のノズル３２、４２に供給される。

【0036】

噴霧セクション２０は、水スプレーセクション３０とアルカリ溶液スプレーセクション４０とに順次に連続的に分割され、水スプレーセクション３０及びアルカリ溶液スプレーセクション４０はそれぞれ、ノズル３２及びノズル４２を備え、ノズル３２及びノズル４２は、排気流を取り囲む単一の又は一若しくは複数の円形配列に配置され得る。水は海水８２であり得、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などのアルカリ溶液８４は海水を含み得る。

【0037】

水スプレーセクション３０のノズル３２は、例えば、図１に一点鎖線で示すように単一流体タイプのものであり得、加圧水の運動エネルギーを利用してそれを液滴に分解し、水滴を排気流１０６に噴霧することができる。水滴は、排気流を冷却し、排気流において気化して、排気流を水蒸気で飽和させる。しかし、ノズル３２は同様に、図１に実線で示すように、２流体（２相）タイプのものであってもよい。

【0038】

アルカリ溶液スプレーセクション４０のノズル４２は、同様に、図１に一点鎖線で示すように、単一流体タイプのものであり得、実線で示す実施形態では、ノズル４２は、２流体（２相）タイプとして示され、加圧／圧縮空気によって液体アルカリ溶液８４の流れを微細液滴のエアロゾルに噴霧化し、エアロゾルを蒸気飽和排気流１０６に噴霧することができる。図１の下部の拡大された丸の実線で囲まれた領域は、外部混合タイプの２流体噴霧スプレーノズル４２を示すが、他のタイプの２流体噴霧ノズルも同様に使用され得る。

【0039】

排気流は既に蒸気で飽和しているため、アルカリ溶液の液滴はそのサイズを維持する。液滴における塩基性のアルカリ溶液は、酸性の硫黄酸化物と反応して中和し、液滴において塩と水になる。この反応は、分離器セクション５０全体にわたって内部空間を形成しアルカリ溶液スプレーセクション４０全体にわたって幾分上流に延在する反応区画６２内で起こり完了し得る。

【0040】

分離セクション５０には、複数の遠心分離器５２が設けられる。図１の上部の拡大された丸で囲まれた領域から明らかであるように、各分離器５２はロータ５４を備え、ロータ５４は、反応区画６２内に突出する狭い間隔で配置された円錐分離ディスク５６のスタック（複数の円錐分離ディスク５６）を備える。分離器はまた、より基本的なタイプのものであり得、ロータ内に、円錐ディスク（図示せず）の代わりに放射状の翼を備えてもよい。各セパレータ５２は向流タイプのものであり、即ち、回転ロータ５２によって生成されるポンピング効果に対して、排気流がディスク５６間の隙間を通って半径方向（放射方向）内側（矢印Ｐ）である。例えばクランク室の気体などの気体の流れからの固体及び／又は液体粒子の遠心分離のための、このようなロータタイプの遠心分離器５２は、それ自体が例えば国際公開第２０１２／０５２２４３号公報から従来知られている。

【0041】

各分離器のロータ５４はさらに、ロータ５４と共に回転するファン６４を備える。ファン６４は、ロータ５２の気体出口６０からチャンバ５８へ、さらに浄化された排気ガスの出口７０への浄化された気体の流れを増強するために反応区画６２の分離器セクション６８とは別個であってそれを囲むチャンバ５８内に配置される。任意選択で、各分離器５２用の個々のファン６４の代わりに、共通のファン（図示せず）が、ロータ５４のディスクスタックを通して排気ガス、水、及び反応生成物の混合物を供給し、硫黄酸化物含有量が低減した気体を排気ガス出口７０に排出するために、反応区画６２の上流又は下流に配置され得る。分離器のロータ５４は、国際公開第２０１２／０５２２４３号公報の図２に示されているものと同様に、個々の電気モータ７２によって、又は共通の電気モータ及びベルトトランスミッション（図示せず）によって、駆動される。反応区画６２には、分離器のロータ５４によって分離された反応生成物及び液体を排出するための少なくとも１つの出口７４がある。上記のものと同様であり本発明で使用可能な異なる分離器の配置（構成）が、先に言及した国際公開第２０１８／２３１１０５号公報に詳細に記載されている。

【0042】

制御及び駆動ユニット８０は、例示的で簡略化した方法で示される。制御及び駆動ユニット８０は、以下のように動作し、簡潔には以下のように構成される。複数のポンプ８８が、それぞれの供給源８２及び供給源８４から海水及びアルカリ溶液を吸引及び加圧する。圧縮器８６が、蓄圧器９２に一時的に貯蔵可能な周囲空気（大気）を吸引及び加圧する。複数の弁９０が、それぞれの加圧流体をノズル３２及び４２に分配する。調整器９４は、圧力及び／又は流れの設定値を維持する。弁９０及び調整器９４の設定は、制御ユニット９６によって制御される。例えば液滴サイズを制御するための液体及び空気圧設定などの設定は、容器１００の動作中のエンジン負荷に応じて変化する排気ガス流量によって制御される。排気ガス流量は、排気管１０２におけるフローセンサ１０８によって取得される。

【0043】

ユニット８０は、詳細には、選択されたタイプの噴霧化ノズル４２によって生成される液滴のサイズを、元来知られている方法で、噴霧化ノズル４２を通る空気及び液体の流れの速度を変えることによって、制御するように構成され得る。噴霧化ノズルのタイプ及び液体の流量は既に決定されているので、空気圧のみ変更する必要があり得る。

【0044】

上述の詳細な説明は、主に理解を明確にするために与えられており、そこから不必要な制限が理解されるべきではない。変更は、本開示を読むと当業者に明らかになり、本発明の主旨又は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく行われ得る。

【図1】

【国際調査報告】