JP2007263078A - 船舶用排煙処理装置及び船舶用排煙処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】船舶にコンパクト搭載することができ、しかも長期間に亙って安定して排煙処理を行なうことができる船舶用排煙処理装置及び船舶用排煙処理方法を提供する。
【解決手段】船舶用排煙処理装置１０Ａは、船舶用エンジン１１から排出される煤塵及び硫黄酸化物を含有する排ガス１２に対し、海水１３を接触させて増湿すると共に冷却する増湿冷却装置１４と、前記増湿冷却装置１４で増湿冷却された増湿冷却排ガス１５中の硫黄酸化物を除去する浄化触媒部１６を有する浄化装置１７とを具備する船舶用排煙処理装置において、前記増湿冷却装置１４を通過する排ガス１２と接触海水１３との液ガス比（必要とする水流量（Ｌ）／排ガス流量（Ｎｍ³））を１．５以上とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、船舶用エンジンからの排ガスを良好に除去することができる船舶用排煙処理装置及び船舶用排煙処理方法に関する。

陸上のエンジンやボイラについては、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤塵等に関する規制に対し、例えば脱硫装置、脱硝装置、煤塵除去装置などがそれぞれ存在する。また、活性炭素繊維を用いた陸上の浄化装置の提案もある（特許文献１）。

ところで、船舶のエンジンや発電機から出る排ガスについては、国際的な排ガス規制が無かったが、２００５年度から一部の海域において国際条約による規制が開始されている。
そこで、本出願人は、活性炭素繊維を用いて船舶から排出される排ガス中の前記硫黄酸化物を処理することを先に提案している（特許文献２）。

特開２００３−１１７３４９号公報 特開２００５−６６５０５号公報

しかしながら、船内の排ガスにおいては、エンジン側の制約で圧損上昇がほとんど許容されていないため、従来の活性炭素繊維を用いた排ガス浄化装置のような通常の陸上の排煙処理装置を転用するのみでは圧損を回復させるリデュースファンが必要となり、前記ファンの動力のためにさらにエネルギーが必要となり、船舶の燃費を悪化させてしまう、という問題がある。
特に、排煙処理を行うことは航行中に亙って必要となるので、安定的で確実な排煙処理が望まれている。

本発明は、前記問題に鑑み、船舶にコンパクト搭載することができ、しかも長期間に亙って安定して排煙処理を行うことができる船舶用排煙処理装置及び船舶用排煙処理方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、船舶用エンジンから排出される煤塵及び硫黄酸化物を含有する排ガスに対し、海水を接触させて増湿すると共に冷却する増湿冷却装置と、前記増湿冷却装置で増湿冷却された増湿冷却排ガス中の硫黄酸化物を除去する浄化触媒部を有する浄化装置とを具備する船舶用排煙処理装置において、前記増湿冷却装置を通過する排ガスと接触海水との液ガス比（排ガスを冷却する際に必要とする水流量（Ｌ）／排ガス流量（Ｎｍ³））が１．５以上であることを特徴とする船舶用排煙処理装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記増湿冷却装置が複数の海水と接触する排ガス通路を有するものであることを特徴とする船舶用排煙処理装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、増湿冷却装置を通過する際に、水滴により排ガスを押し進めて陽圧状態としてなることを特徴とする船舶用排煙処理装置にある。

第４の発明は、第３の発明において、前記増湿冷却装置の前後の圧力損失（ΔＰ₁）と、前記浄化装置の前後の圧力損失（ΔＰ₂）との圧力損失の総和ΔＰ₃が、下記条件を充足するものであることを特徴とする船舶用排煙処理装置にある。
ΔＰ₃≦１００ｍｍＡｑ・・・（１）

第５の発明は、船舶用エンジンから排出される煤塵及び硫黄酸化物を含有する排ガスに海水を接触させて増湿した後、増湿冷却された排ガス中の硫黄酸化物を除去する活性炭素繊維槽により浄化する船舶用排煙処理方法において、前記増湿冷却の際に、排ガスと接触海水との液ガス比（排ガスを冷却する際に必要とする水流量（Ｌ）／排ガス流量（Ｎｍ³））を１．５以上とすることを特徴とする船舶用排煙処理方法にある。

第６の発明は、第５の発明において、増湿冷却の際に陽圧状態とすることを特徴とする船舶用排煙処理方法にある。

第７の発明は、第６の発明において、前記増湿冷却装置の前後の圧力損失（ΔＰ₁）と、前記浄化装置の前後の圧力損失（ΔＰ₂）との圧力損失の総和ΔＰ₃が、下記条件を充足するものであることを特徴とする船舶用排煙処理方法にある。
ΔＰ₃≦１００ｍｍＡｑ・・・（１）

第８の発明は、第５乃至７のいずれか一つの発明において、増湿冷却する海水を再利用することを特徴とする船舶用排煙処理方法にある。

本発明によれば、排ガスを増湿冷却する際に、排ガスと接触海水との液ガス比（排ガスを冷却する際に必要とする水流量（Ｌ）／排ガス流量（Ｎｍ³））を１．５以上とすることで排ガスに所定量の水分を保持させると共に冷却効率を良好とすると共に、排ガスに対して陽圧作用を付与し、浄化装置での圧力損失が高い場合でも安定して排煙処理することができ、脱硫が良好なものとなる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係る船舶用排煙処理装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例に係る船舶用排煙処理装置を示す概念図である。
図１に示すように、本実施例に係る第１の船舶用排煙処理装置１０Ａは、船舶用エンジン１１から排出される煤塵及び硫黄酸化物を含有する排ガス１２に対し、海水１３を接触させて増湿すると共に冷却する増湿冷却装置１４と、前記増湿冷却装置１４で増湿冷却された増湿冷却排ガス１５中の硫黄酸化物を除去する浄化触媒部１６を有する浄化装置１７とを具備する船舶用排煙処理装置において、前記増湿冷却装置１４を通過する排ガス１２と接触海水１３との液ガス比（排ガスを冷却する際に必要とする水流量（Ｌ）／排ガス流量（Ｎｍ³））を１．５以上とするものである。
ここで、図１中、符号１８は浄化装置１７で硫黄酸化物が除去された浄化ガス、符号１９は浄化ガス１８を外部排出する煙突を各々示す。
なお、通常前記排気ガス１２には、約１０００ｐｐｍ程度の硫黄酸化物（ＳＯ₂、ＳＯ₃）、約１０％程度の酸素、及び二酸化炭素、窒素、水が含まれている。

また、浄化装置１７の浄化触媒部１６の上方側にはスプレーノズル２０が設けられており、浄化触媒部１６に噴霧することで、排ガス中の硫黄酸化物を触媒作用により分解した亜硫酸を洗い流すようにしている。

そして、前記浄化装置１７の浄化触媒部１６の下部側には、排気ガスの浄化で生成した液体（硫酸）を溜める貯留部が形成されている。なお液体の一部はスプレーノズル２０から噴霧するように循環することも可能である。

前記浄化触媒部１６は、例えば６００〜１０００℃の温度範囲にて熱処理が施された活性炭素繊維（ＡＣＦ）等が配設されている。
前記熱処理活性炭素繊維は、好ましくは石炭・石油化学の残渣として出るピッチを溶融紡糸して得たピッチ系炭素繊維を還元雰囲気の条件で焼成してなるものである。

上述の構成において、増湿冷却装置１４に導入された排気ガス１２中の硫黄酸化物（ＳＯ₂、ＳＯ₃）は、増湿冷却の際においてその一部が除去されるが、残留した硫黄酸化物は、活性炭素繊維からなる浄化触媒部１６の触媒作用により、排ガス中の酸素及び排ガス中の水分、散布された水分と反応して希硫酸が生成される。
そして、浄化触媒部１６で形成された希硫酸は、別途中和処理されて廃水される。

一方、活性炭素繊維等の浄化触媒部１６にて硫黄酸化物が除去された浄化ガス１８は、煙道及び煙突１９を通り、外部へ排出される。

ここで、前記増湿冷却装置１４における増湿冷却の際の前記液ガス比とは、（排ガスを冷却する際に必要とする海水の水流量（Ｌ））／（排ガス流量（Ｎｍ³））で示される。本発明では液ガス比を１．５以上とすることにより、排ガスに所定量の水分を保持させると共に冷却効率を良好としている。また、除塵効率を向上させる場合には、液ガス比を５以上、より好ましくは１０以上とするのがよい。また、一方、海水を大量に使用する関係から増湿冷却装置１４から騒音がするような場合には、液ガス比を１．５〜２とするようにしてもよい。

前記増湿冷却排ガス１５中の硫黄酸化物を浄化する浄化触媒部１６としては、活性炭素繊維や白金等を用いて触媒反応による公知のガス浄化装置を用いることができる。

前記浄化触媒部１６として活性炭素繊維を用いる場合には、断面矩形状又は三角形状の複数の触媒通路からなるガス浄化装置であるので、圧力損失を考慮する必要がある。そこで、本発明では、増湿冷却装置１４を通過する際に、噴霧する海水圧力により排ガス１２を押し進めて陽圧状態としている。
これにより、浄化触媒部１６を有する浄化装置１７の圧力損失（減圧状態）を相殺するようにしている。

ここで、図２に示すように、第一の船舶用排煙処理装置１０Ａの増湿冷却装置１４の前後の圧力損失（ΔＰ₁）と、前記浄化装置１７の前後の圧力損失（ΔＰ₂）とを計測するものであり、この計測値の圧力損失の総和ΔＰ₃が、下記式（１）の条件を充足するものとするようにしている。
ΔＰ₃≦１００ｍｍＡｑ・・・（１）

そして、浄化装置１７の圧力損失（ΔＰ₂）が増大した場合には、増湿冷却装置１４の前後の圧力損失（ΔＰ₁）を陽圧となるように調整して総和ΔＰ₃が１００ｍｍＡｑ以下とならないようにしている。また、総和ΔＰ₃は５０ｍｍＡｑ以下とするのがより好ましい。このため、液ガス比を５以上、より好ましくは１０以上としている。

ここで、図３に液ガス比と増湿冷却装置の圧力損失との関係を示す。図３に示すように、液ガス比を５以上とすることにより陽圧効果が増大することとなる。

このように、増湿冷却装置１４で使用する水滴で排ガス１２を押し進めて加圧し、浄化触媒（活性炭素繊維）による浄化装置１７の圧損(減圧)を相殺することとなる。前記増湿冷却装置１４の運転条件は排ガス条件により異なるが、図３に示す結果から、液ガス比３以上、好ましくは５〜２０とするのがよい。

前記増湿冷却装置１４からの海水を噴霧するスプレー水の流速は、排ガス１２のガス流速よりも速いほうが好ましく、望ましくは流速差５ｍ／ｓ以上で、スプレー水の流速をガス流速の２〜１０倍にすることにより、高い加圧効果が得られるので好ましい。

このため、図２に示すような圧力損失を計測する増湿冷却装置の入り口部及び出口部(浄化装置１７の入り口)、浄化装置の出口部の圧力を各々測定し、この結果から増湿冷却装置で用いるスプレー水の噴出水量を調節するようにしている。

また、前記増湿冷却装置１４において、噴霧されるスプレー水で排ガス１２を押し進めて加圧し、触媒浄化部１６による浄化装置１７の圧損(減圧)を相殺することにより、触媒浄化部１６の圧損を回復し、船舶用排煙処理装置１０Ａのシステム全体の圧力損失を１００ｍｍＡｑ以下に抑えることができるため、船舶のエンジン性能等に悪影響を及ぼすことがない。

また、増湿冷却装置１４において、スプレー水の流量を増大し、ガス流速を上げることで排ガス中の除塵が可能となり、触媒浄化部１６への煤塵付着・閉塞を抑制することができることとなる。
また、増湿冷却装置１４において、海水の大量の噴霧により脱硫処理も併せて行うこととなるため、浄化触媒部１６の触媒量を減らせるという利点もある。

また、図１の第一の船舶用排煙処理装置１０Ａにおいて、浄化装置１７から排出される浄化ガス１８に、増湿冷却装置１４に供給する以前の排ガス（エンジン出口排ガス）１２を混合すること、または増湿冷却装置１４に供給される以前の排ガス１２と熱交換することにより、煙突１９から排出する前に浄化ガス１８の温度を５〜１０℃、好ましくは５〜５０℃程度ガス温度を上昇させるようにするのが好ましい。
これはガス温度の上昇が小さいと白煙を完全に防止できない可能性があるからである。また、一方、ガス温度を上昇させ過ぎると効率が落ちる他、排ガス混合の場合には排煙処理していない排ガスの放出量が増加することになり、排煙装置の有効性能が低下することになり、好ましくないからである。

船によって運用条件が異なるため、排ガス温度などの条件を限定することは難しい。効果として、排ガス１２を部分処理することで、排煙処理装置の処理量を小さくすることも可能である。

また、増湿冷却装置１４で使用する海水１３は、その一部１３ａを排出水とするが、残りの海水１３ｂについては循環ポンプを用いて増湿冷却装置１４に循環して再利用することも可能である。
ここで、現時点においては、船舶からの排出水１３ａの規制についてはないものの、水質汚濁防止法等を考慮して排出水１３ａの煤塵（ＳＳ成分）濃度は２００ｍｇ／Ｌ以下、油分濃度は１５ｐｐｍ以下に調整する必要があるので、増湿冷却後の海水の煤塵量、油分量等を別途測定し、再利用可能な海水量を自動で調整するようにしてもよい。

さらに、高除塵率を達成する場合には液ガス比１０〜４０という条件で運転することが考えられるが、その場合には、海水の硫黄酸化物の吸収が少なく、再度海水を増湿冷却装置１４で使用してから排出するようにすればよい。

本発明による実施例に係る船舶用排煙処理装置について、図面を参照して説明する。
図４−１は、実施例に係る船舶用排煙処理装置を示す構成斜視図であり、図４−２はその平面図である。
これらの図面に示すように、本実施例に係る第２の船舶用排煙処理装置１０Ｂは、浄化装置１７の側壁の対向する面に沿って複数の円筒型の増湿冷却部１４−１〜１４−６からなる増湿冷却装置１４を具備するものである。図示しない船舶用エンジン１１からの排ガス１２は上部ヘッダ部に供給され、ここで増湿冷却部１４−１〜１４−６の上方側から各々の管に導入される。各管内には図５に示すような噴射ノズル２１が設けられており、この噴射ノズル２１から海水が噴射するようにしている。

本実施例では、船内での設置スペースを小さくするため、複数本の円筒型の増湿冷却武１４−１〜１４−６を並列に接続し、浄化装置１７の周囲に配置するようにしている。

また、図５に示すように、前記増湿冷却の管内に設置する噴射ノズル２１から噴霧される海水１３の噴霧角αは５〜１５°程度、より好ましくは５〜１０°程度に狭くすることが好ましい。これは、高温排ガス１２と海水１３とが接触する最も腐食環境の厳しい部分に配管壁などを設置しないことで耐久性を向上する。これにより、噴霧角αが大きい場合のように、噴霧された海水が直接管内壁に接触することを防止し、腐食耐久性を向上するようにしている。

前記噴射ノズル２１を用いた際には、増湿冷却部１４−１〜１４−６の配管はその直径を例えば３００〜２０００ｍｍとするのが望ましい。
また、排ガス１２の加圧(圧損低減)の性能を考慮すると、配管の長さは直径の３〜１０倍とするが相当であり、より好ましくは５〜７とするのがよい。

また、実施例１の船舶用排煙処理装置１０Ａで説明したように、触媒部の交換並びに、ガス組成、温度、圧力の計測等のメンテナンスを容易にするため、浄化装置１７の少なくとも一側面には円筒の増湿冷却部を設置しないことが望ましい。

複数の増湿冷却部を設けることで、触媒の圧損の調整を容易にし、増湿冷却効率を良好とすることができる。また、増湿冷却装置１４における陽圧の調整も容易となり、システム全体での圧力損失の回復が良好となる。

また、前記浄化装置１７の周囲に、複数本の円筒型の増湿冷却部を具備する増湿冷却装置１４を配設するので、組み合わせがコンパクトになり、船舶内の収納が容易となる。

また,前記増湿冷却装置１４に脱硫機能を持たせることで、浄化触媒部の使用量、船内設置スペースを少なくすることができる。
前記浄化装置１７内における増湿冷却ガス１５の流れが下から上となるため、浄化ガス１８のダクト１７ａ等の設置スペースを小さくできる。また、簡易な構成であるので、ダクト引きまわしによる圧力損失を抑制することができる。

本実施例では図５に示すような噴射ノズル２１を設置したジェットスクラバ形式を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、排ガス１２に海水１３を効率的に噴霧して増湿冷却するものであればいずれのものでもよい。

例えば、図６に示すように、狭隘部２２を有する円筒管２３内に、排ガス１２を供給し、噴射ノズル２１から狭隘部２２に向けて、海水１３を噴霧させ、ベンチュリ作用により、排ガスに陽圧を付与するようにしてもよい。

また、燃料の種類や機関の特性等により煤塵の発生量が多く、浄化装置１７で用いる浄化触媒の閉塞等が懸念される場合には、増湿冷却装置１４の部分で７０〜１００%、より好ましくは９０〜９８％の脱硫処理を行い、残りを浄化装置１７の浄化触媒を用いて脱硫を行うようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る船舶用排煙処理装置は、排ガスを増湿冷却する際に、排ガスと接触海水との液ガス比（必要とする水流量（Ｌ）／排ガス流量（Ｎｍ³））を１．５以上とすることで排ガスに所定量の水分を保持させると共に冷却効率を良好とすると共に、排ガスに対して陽圧作用を付与し、浄化装置での圧力損失が高い場合でも安定して排煙処理することができ、船舶用の脱硫に用いて適している。

実施例１に係る第１の船舶用排煙処理装置の概念図である。 実施例１に係る第１の船舶用排煙処理装置の構成図である。 液ガス比と増湿冷却装置の圧力損失との関係図である。 実施例２に係る第２の船舶用排煙処理装置の斜視図である。 実施例２に係る第２の船舶用排煙処理装置の平面図である。 実施例２に係る増湿冷却部の模式図である。 実施例２に係る他の増湿冷却部の模式図である。

符号の説明

１０Ａ 第１の船舶用排煙処理装置
１０Ｂ 第２の船舶用排煙処理装置
１１ 船舶用エンジン
１２ 排ガス
１３ 海水
１４ 増湿冷却装置
１５ 増湿冷却排ガス
１６ 浄化触媒部
１７ 浄化装置
１８ 浄化ガス
１９ 煙突

Claims (8)

1. 船舶用エンジンから排出される煤塵及び硫黄酸化物を含有する排ガスに対し、海水を接触させて増湿すると共に冷却する増湿冷却装置と、
   前記増湿冷却装置で増湿冷却された増湿冷却排ガス中の硫黄酸化物を除去する浄化触媒部を有する浄化装置とを具備する船舶用排煙処理装置において、
   前記増湿冷却装置を通過する排ガスと接触海水との液ガス比（排ガスを冷却する際に必要とする水流量（Ｌ）／排ガス流量（Ｎｍ³））が１．５以上であることを特徴とする船舶用排煙処理装置。
2. 請求項１において、
   前記増湿冷却装置が複数の海水と接触する排ガス通路を有するものであることを特徴とする船舶用排煙処理装置。
3. 請求項１又は２において、
   増湿冷却装置を通過する際に、水滴により排ガスを押し進めて陽圧状態としてなることを特徴とする船舶用排煙処理装置。
4. 請求項３において、
   前記増湿冷却装置の前後の圧力損失（ΔＰ₁）と、前記浄化装置の前後の圧力損失（ΔＰ₂）との圧力損失の総和ΔＰ₃が、下記条件を充足するものであることを特徴とする船舶用排煙処理装置。
   ΔＰ₃≦１００ｍｍＡｑ・・・（１）
5. 船舶用エンジンから排出される煤塵及び硫黄酸化物を含有する排ガスに海水を接触させて増湿した後、
   増湿冷却された排ガス中の硫黄酸化物を除去する活性炭素繊維槽により浄化する船舶用排煙処理方法において、
   前記増湿冷却の際に、排ガスと接触海水との液ガス比（排ガスを冷却する際に必要とする水流量（Ｌ）／排ガス流量（Ｎｍ³））を１．５以上とすることを特徴とする船舶用排煙処理方法。
6. 請求項５において、
   増湿冷却の際に陽圧状態とすることを特徴とする船舶用排煙処理方法。
7. 請求項６において、
   前記増湿冷却装置の前後の圧力損失（ΔＰ₁）と、前記浄化装置の前後の圧力損失（ΔＰ₂）との圧力損失の総和ΔＰ₃が、下記条件を充足するものであることを特徴とする船舶用排煙処理方法。
   ΔＰ₃≦１００ｍｍＡｑ・・・（１）
8. 請求項５乃至７のいずれか一つにおいて、
   増湿冷却する海水を再利用することを特徴とする船舶用排煙処理方法。

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