JP2014509257A - 海水スクラバーからの排出海水を処理するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ガス浄化システムは、ガスから二酸化硫黄を除去するための湿式スクラバー（１４）と、プロセスガスから二酸化硫黄を除去する際に生じる排水を受け取るための酸化池システム（４２）とを含む。酸化池システム（４２）は、それらの処理の間の排水を含有するための酸化池（４３）、酸素を酸化池（４３）中の排水に供給するための酸素供給システム（４７）、及び重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの酸化を触媒する酵素と排水とを接触させるための接触システムを含む。

Description

発明の属する分野
本発明は、二酸化硫黄を含有するプロセスガスと海水とを接触させることによる、プロセスガスから二酸化硫黄を除去する際に生じる排出海水を処理する方法に関する。

本発明は更にプロセスガスから二酸化硫黄を除去するために、前記プロセスガスと海水とを接触させる湿式スクラバーを含む海水ベースのプロセスガス浄化システムに関する。

発明の背景
多くの工業プロセスでは、汚染物質を含有するプロセスガスが発生している。かかる工業プロセスの１つは、発電所などの燃焼プラントにおいて、石炭、石油、泥炭、廃石などの燃料の燃焼であり、それによって高温のプロセスガスが生じ、これはしばしば煙道ガスと呼ばれ、二酸化硫黄、ＳＯ_２などの酸性ガスを含む汚染物質を含有する。煙道ガスが大気に放出され得る前に、できるだけ多くの酸性ガスを煙道ガスから除去する必要がある。汚染物質を含有するプロセスガスが生じる工業プロセスの別の例は、アルミナからのアルミニウムの電解製造である。このプロセスでは、二酸化硫黄、ＳＯ_２を含有するプロセスガスは、電解槽の排気フード内で生じる。

米国特許第５，４８４，５３５号は海水スクラバーを開示している。海水スクラバーでは、海洋から取られる海水がボイラーからの煙道ガスと混合される。海水スクラバーでは、二酸化硫黄、ＳＯ_２が、海水に吸収されて亜硫酸イオン及び／又は重亜硫酸イオンを形成する。海水スクラバーからの排出海水は、酸化池に送られる。酸化池において、空気中に含有される酸素ガスを用いて、亜硫酸イオン及び／又は重亜硫酸イオンを、排出海水と一緒に海洋に戻され得る硫酸イオンへと酸化するために、空気を排出海水に吹き込む。

発明の要旨
本発明の課題は、海水を用いてガス脱硫プロセスからの排出海水を処理する方法を提供することであり、該方法は従来技術よりも更に効率的である。

上記の課題は、二酸化硫黄を含有するプロセスガスと海水とを接触させることによってプロセスガスから二酸化硫黄を除去する際に生じる排出海水を処理する方法によって達成される。本方法は、硫酸イオンを形成するために、排出海水の重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの触媒酸化に活性な酵素の存在下で酸素と排出海水とを接触させることを含む。

本方法の利点は、重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの酸化が酵素触媒される条件の下で実施されることである。従って、排出海水に供給される酸素の量は減少し得る。排出海水に供給される酸素の量が減少することで、海水ベースのガス浄化システムの運転及び投資費用が削減される。

一実施態様によれば、本方法は、混合領域を形成するために、酸素含有ガスを排出海水に吹き込むことを含み、その際、酸素含有ガス及び排出海水が、前記混合領域に隣接して存在する前記酵素と混合される。この実施態様の利点は、酸化反応の効率が、高い酸素濃度を利用できる混合領域に隣接する酵素を提供することによって更に高まることである。

一実施態様では、本方法は更に、前記排出海水に酵素溶液を供給することを含む。この実施態様の利点は、新しい酵素溶液が連続的に排出海水に供給されることによって、酸化反応を確実で且つ速くすることである。

別の実施態様では、本方法は更に、少なくとも１種のキャリア上に固定された前記酵素の存在下で酸素と排出海水とを接触させることを含む。この実施態様の利点は、効率的であるがコストのかかる酵素、及び／又は効率的であるが排出海水と一緒に廃棄してはならない酵素も使用できることである。固定された酵素は直ちに消費されないが、長期間の酸化効率を高めるために利用され得る。

一実施態様によれば、本方法は更に、触媒担持体の形の担体の上に固定された前記酵素と排出海水とを混合することを含む。この実施態様の利点は、酵素は排出海水と良く混合できるが、例えば、海洋に排出海水を廃棄する前に、排出海水から更に除去されてよいことである。

別の実施態様によれば、本方法は、酸化池に排出海水を通すことを含み、その際、前記酵素を固定された状態で担持する少なくとも１つの固定された酵素支持構造の形の少なくとも１つの担体が固定されている。固定された酵素担体を有する利点は、シンプルで且つロバストな設計が得られることである。

本発明の更なる課題は、従来技術よりも効率的な海水ベースのプロセスガス浄化システムを提供することである。

上記の課題は、プロセスガスからの二酸化硫黄を除去するために前記プロセスガスと海水とを接触させる湿式スクラバー、及びプロセスガスからの二酸化硫黄の除去と同時に該湿式スクラバーで生じる排出海水を受け取る酸化池システムを含む海水ベースのプロセスガス浄化システムによって達成される。酸化池システムは、それらの処理の間の排出海水を含有するための酸化池、酸素を該酸化池中の排出海水に供給するための酸素供給システム、及び排出海水の重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの硫酸イオンへの酸化を触媒する酵素と排出海水とを接触させるための酵素接触システムを含む。

このガス浄化システムの利点は、排出海水の酸化処理に関する投資及び運転コストが、従来技術のコストと比較して削減され得ることである。

一実施態様によれば、酸素池システムの酵素接触システムは、前記酵素が固定される少なくとも１種のキャリアを含み、該キャリアは、少なくとも時々、酸化池に固定される。この実施態様の利点は、酵素を酸化池中に維持し続けながら、酵素と排出海水との間の良好な接触が得られることである。

一実施態様によれば、前記少なくとも１種のキャリアは、酸化池の排出海水に廃棄されるべき担持体を含む。

一実施態様では、酸化池システムは更に、酸化池の捕捉位置で排出海水から担持体を除去し、且つ担持体を酸化池の捕捉位置の上流に戻す酵素担持体輸送システムを含み得る。この実施態様の利点は、排出海水と酵素との特に良好な混合が可能になることである。

本発明の更なる課題及び特徴は、詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかである。

本発明は、ここで添付の図面に関して更に詳細に説明されている。

図１は、海水ベースのガス浄化システムを有する発電所の模式的な側断面図である。 図２は、第１の実施態様による酸化池システムを例示する模式的な側断面図である。 図３は、第２の実施態様による酸化池システムを例示する模式的な側断面図である。 図４は、第３の実施態様による酸化池システムを例示する模式的な側断面図である。

好ましい実施態様の説明
図１は、発電所１を例示する模式的な側断面図である。発電所１は、給気管４を介して供給される、石炭又は石油などの燃料が、酸素供給ダクト６を介して供給される、酸素の存在下で燃焼するボイラー２を含む。酸素は、例えば、ボイラー２がいわゆる酸素燃料ボイラーである場合、空気の形で、及び／又は酸素ガスと再循環ガスとの混合物の形で供給され得る。燃料の燃焼により、高熱のプロセスガスが煙道ガスの形で発生する。石炭又は石油中に含有される硫黄種は、燃焼時に二酸化硫黄、ＳＯ_２を形成し、これは煙道ガスの一部を形成する。

煙道ガスは、ボイラー２から、流動的に接続されたダクト８を介して、電気集塵装置１０の形の任意の粉塵除去装置へと流動し得る。電気集塵装置１０は、その例が米国特許第４，５０２，８７２号に記載されており、煙道ガスからの粉塵粒子を除去する働きをする。別の方法として、粉塵除去装置の別の型、例えば、その例が米国特許第４，３３６，０３５号に記載されている、織布フィルタが使用され得る。

粉塵粒子の殆どが除去された煙道ガスは、電気集塵装置１０から、流動的に接続されたダクト１２を介して、海水スクラバー１４へと流動する。海水スクラバー１４は、湿式スクラバー塔１６を含む。入口１８は、湿式スクラバー塔１６の下方部分２０に配置されている。ダクト１２は、電気集塵装置１０からダクト１２を介して流動する煙道ガスが、入口１８を介して湿式スクラバー塔１６の内部２２に入るように、入口１８に流動的に接続されている。

煙道ガスは、内部２２に入った後に、矢印Ｆで示すように、湿式スクラバー塔１６を通して垂直上方に流れる。湿式スクラバー塔１６の中央部分２４は、その上に互いに垂直に配置された多数の噴霧装置２６を備えている。図１の例では、３つのこのような噴霧装置２６が存在し、典型的には１〜２０のこのような噴霧装置２６が湿式スクラバー塔１６に存在する。それぞれの噴霧装置２６は、供給管２８及びそれぞれの供給管２８に流動的に接続された多数のノズル３０を含む。それぞれの供給管２８を介してノズル３０に供給される海水は、ノズル３０によって噴霧され、湿式スクラバー塔１６の内部２２で、煙道ガスと接触して、煙道ガスから二酸化硫黄、ＳＯ_２を吸収する。

ポンプ３２は、流動的に接続された吸入管３４を介して海洋３６からの海水をポンプ輸送し、その海水を流動的に接続された圧力管３８を介して流動的に接続された供給管２８に送るために配置されている。

代替的な実施態様によれば、ポンプ３２によって管２８に供給される海水は、かかる海水が海水スクラバー１４内で洗浄水として利用される前に、ボイラー２に関連する蒸気タービンシステム内で予め冷却水として利用される海水であってよい。

湿式スクラバー塔１６の内部２２でノズル３０によって噴霧される海水は、湿式スクラバー塔１６の下方に流れ、湿式スクラバー塔６の内部２２で垂直上方に流れる煙道ガスＦから二酸化硫黄を吸着する。かかる二酸化硫黄の吸着の結果、海水は、湿式スクラバー塔１６の内部２２で下方に動きながら、徐々に排出海水に変わる。排出海水は、湿式スクラバー塔１６の下部２０に集まり、流動的に接続された排出管４０を介して、湿式スクラバー塔１６から酸化池システム４２に送られる。

代替的な実施態様によれば、海水スクラバー１４は、スクラバー塔１６の内部２２に配置された充填材料３９の１つ以上の層を含んでよい。充填材料３９は、プラスチック、鋼、木材、又は別の適した材料から作られてよく、気液接触を強化する。充填材料３９の場合、ノズル３０は、海水を噴霧しないで、海水を充填材料３９に単に分布させているにすぎない。充填材料３９の例としては、Sulzer Chemtech AG（ヴィンテルトゥール、スイス）から入手可能なMellapak（商標）、及びRaschig GmbH（ルートヴィヒスハーフェン、独国）から入手可能なPall（商標）が挙げられる。

任意に、新しい海水が、排出海水の更なる処理の前に排出海水に添加されてよい。このために、管４９が圧力管３８に流動的に接続されて、新しい海水の流れを流動的に接続された排出管４０に送り、排出海水を酸化池システム４２に送る。従って、新しい海水と排出海水との混合は管４０内で生じる。別の方法として、管４９を介して送られる新しい海水が、そこの排出海水と混合されるために酸化池システム４２に直接送られてよい。更に別の選択肢として、残留水及び／又はそれに関連するボイラー２又は蒸気タービンシステム内で生じる濃縮物が排出海水と混合され得る。

湿式スクラバー塔１６の内部２２で二酸化硫黄の吸着は、以下の反応式に従って起こると仮定されている：
ＳＯ_２（ｇ）＋Ｈ_２Ｏ → ＨＳＯ_３ ^-（ａｑ）＋Ｈ^＋（ａｑ）［ｅｑ．１．１ａ］

重亜硫酸イオン、ＨＳＯ_３ ^-は、排出海水のｐＨ値に応じて、以下の平衡反応に従って、更に解離して亜硫酸イオン、ＳＯ_３ ^２-を形成する：
ＨＳＯ_３ ^-（ａｑ） ←→ ＳＯ_３ ^２-（ａｑ）＋Ｈ^＋（ａｑ）［ｅｑ．１．１ｂ］

従って、二酸化硫黄の吸着の効果として、排出海水は、吸着の際に生じる、水素イオン、Ｈ^＋の効果として、海洋３６からの新しい海水のｐＨよりも低いｐＨ値を有し、且つ重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオン、ＨＳＯ_３ ⁻及びＳＯ_３ ^２−をそれぞれ含有する。重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンは、酸素要求物質であり、海洋３６へのそれらの放出が制限されている。

酸素池システム４２の場合、重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオン、ＨＳＯ_３ ^-及び／又はＳＯ_３ ^２-は、以下の反応に従って、酸素と反応することによって、少なくとも部分的に酸化する：
ＨＳＯ_３ ⁻＋Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２（ｇ） → ＳＯ_４ ^２-＋２Ｈ^＋［ｅｑ．１．２ａ］
ＳＯ_３ ^２−＋２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２（ｇ） → ＳＯ_４ ^２-＋２Ｈ^＋［ｅｑ．１．２ｂ］

任意に、酸化池システム４２は、圧縮機又は送風機４４を含んでよく、これは流動的に接続された管路４６を介して、酸素含有ガス、例えば、空気を排出海水中に吹き込むために配置されている。送風機４４と管路４６は一緒に、排出海水に酸素を供給するための酸素供給システム４７を形成する。酸化池システム４２の更に詳細な説明は、図２に関して以下に記載されている。

排出海水は、任意に、流動的に接続されたオーバーフロー管４８を介して、酸化池システム４２から中和池５０に送られる。中和剤の貯蔵５２は、任意に、流動的に接続された管５４を介して、中和池５０へと中和剤を供給するために配置されている。中和剤は、例えば、石灰石又は海洋からの新しい海水であってよく、これらは、二酸化硫黄の吸着の効果として、及び反応式１．１ａ−ｂ及び１．２ａによる重亜硫酸イオンの二酸化硫黄への酸化の効果として、排出海水中に生じる水素イオンＨ^＋を少なくとも部分的に中和する働きをする。中和は以下のスキームに従って起こり得る；
Ｈ^＋ ＋ ＨＣＯ_３ ^- → Ｈ_２Ｏ ＋ ＣＯ_２［ｅｑ．１．３］

排出海水は、最終的に、流動的に接続されたオーバーフロー管５６を介して中和池５０から送られて海洋３６に戻される。

代替的な実施態様によれば、オーバーフロー管４８を介して送られる排出海水は、任意の中和池を通らずに直接、海洋３６に送られる。更なる代替的な実施態様によれば、排出海水は、海洋３６に排出される前に新しい海水と混合される。このために、管５１は、新しい海水の流れを流動的に接続されたオーバーフロー管４８に送るために、圧力管３８に流動的に接続されてよい。従って、新しい海水と排出海水との混合は管４８内で生じる。

図２は、酸化池システム４２を更に詳細に例示する。排出海水は、酸化池４３の入口端である、第１端部５８で流動的に接続されたダクト４０を介して酸化池システム４２の酸化池４３に供給される。排出海水は一般的に、矢印Ｓによって示すように、第１端部５８から酸化池４３の出口端である第２端部６０へと水平に流れる。第２端部６０では、排出海水は、流動的に接続されたオーバーフロー管４８にオーバーフローし、池４３から出て行く。

酸化池システム４２は、更に管路４６を有する酸素供給システム４７を含む。管路４６は、中央分配ダクト６４に流動的に接続された、多数の空気分配管６２を含む。送風機４４は空気を中央分配ダクト６４に吹き込み、更に空気分配管６２に吹き込む。空気分配管６２の下端６６が開かれて、酸化池４３の液体表面６７の下に配置される。空気分配管６２が、酸化池４３に沿って、それらの第１端部５８と第２端部６０との間に分配されている。送風機４４によって吹き込まれた空気が、中央分配ダクト６４及び空気分配管６２を介して開口下端６６へと送られる。開口端６６では、空気が分散されて、排出海水と混合される。こうして分散され且つ排出海水と混合される空気の酸素含有量の少なくとも１部が、排出海水に溶解し且つ反応して亜硫酸及び／又は重亜硫酸イオンを酸化させる。

代替的な実施態様によれば、酸素供給システム４７は、２１体積％を上回る酸素、例えば、７５〜１００体積％の酸素を含む、酸素富化ガスの酸化池４３の排出海水中への吹き込みの働きをし得る。

酸化池システム４２には、酸化池４３に配置され且つ固定された酵素支持構造６８の形の少なくとも１つの酵素接触システムが備わっている。酵素支持構造６８は、固定されたタイプの酵素担持体であり、格子、メッシュ、繊維構造等であってよく、これらは木材、プラスチック、金属、ガラス、セラミック、又は別の材料から作られており、該材料上では、酵素が、それ自体公知の方法、例えば、"Immobilization of Enzymes and Cells", Jose M. Guisan, Humana Press Inc. Totowa NJ, USA, 第２版，２００６年から公知の方法に従って、固定された状態で維持され得る。酵素支持構造６８は、排出海水Ｓが、支持構造６８を通って流れ、それによって酵素の存在下で排出海水と酸素との間で効率的な接触が得られるような開口設計であってよい。

酵素は、上記の一般式１．２ａ−ｂに従って、重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの酸化を触媒するタイプのものである。従って、酵素はいわゆる亜硫酸オキシダーゼであってよい。亜硫酸オキシダーゼは、CA Temple、TN Graf、及びKV Rajagopalanによる論文"Optimization of expression of human sulfite oxidase and its molybdenum domain"（2000年11月5日にArch Biochem Biophysで出版；３８３（２）：２８１−７）によって調製され得る。重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの酸化を触媒する、他のタイプの酵素も利用され得る。酵素触媒される酸化プロセスは以下のように記載され得る：
ＨＳＯ_３ ⁻ ＋ Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２（ｇ） ＋ 酵素 → ＳＯ_４ ^２− ＋ ２Ｈ^＋ ＋ 酵素［ｅｑ．２．１ａ］
ＳＯ_３ ^２− ＋ ２Ｈ^＋ ＋ １／２Ｏ_２（ｇ） ＋ 酵素 → ＳＯ_４ ^２− ＋ ２Ｈ^＋ ＋ 酵素［ｅｑ．２．１ｂ］

従って、酵素は、それ自体が消費されずに、酸化反応の速度を高める。従って、送風機４４によって中央分配ダクト６４及び空気分配管６２を介して開口端６６へと供給される空気の酸素は、それぞれの開口端６６に隣接する混合領域ＭＲで排出海水と混合される。酵素支持構造６８は、それぞれの混合領域ＭＲに隣接して配置されている。次に、酸素と排出海水との混合物が、酵素支持構造６８を通って更に流れ、その内部空間ＩＳで、酵素によって触媒される酸化が上記の等式２．１ａ−ｂに従って進行する。酵素のおかげで、送風機４４によって排出海水中に吹き込むのに必要な空気の量が削減され得る。なぜなら、酵素が、排出海水に供給される酸素の利用度を高め、従って送風機４４によって消費されるエネルギー量が削減されるからである。更に、酸化池４３のサイズ、及び／又は送風機４４のサイズ及び／又は数を減少させることも可能である。

代替的な実施態様によれば、酵素を生成するバクテリアは、支持構造６８の上に固定され、その結果、新しく生成された亜硫酸酸化を触媒する酵素が、バクテリアから酸化池４３中に連続的に放出される。かかるバクテリア、例えば、大腸菌が、CA Templeらによる上記の論文に従って準備され得る。

図３は、代替的な酸化池システム１４２の模式図である。酸化池システム４２の項目と類似の酸化池システム１４２のそれらの項目は、同じ参照番号が付与されている。酸化池システム１４２の酸化池４３に供給される排出海水は、流動的に接続されたダクト４０を介して、一般的に、第１端部５８から酸化池４３の第２端部６０へと、矢印Ｓで示すように水平に流れる。第２端部６０では、排出海水は、流動的に接続されたオーバーフロー管４８中にオーバーフローし、池４３から出て行く。

酸素供給システム４７の送風機４４によって吹き込まれる空気は、中央分配ダクト６４及び空気分配管６２を含む流動的に接続された管路４６を介して、開口端６６へと送られ、そこで空気が分散されて排出海水と混合される。こうして分散されて排出海水と混合された空気の酸素含有量の少なくとも１部が、排出海水に溶解する。従って、送風機４４によって中央分配ダクト６４及び空気分配管６２を介して開口端６６へと供給される空気の酸素は、それぞれの開口端６６に隣接する混合領域ＭＲで排出海水と混合される。

酸化池システム１４２には、酵素供給システム１６８の形の少なくとも１つの酵素接触システムが備わっている。酵素供給システム１６８は、酵素タンク１７０を含み、これは酵素溶液１７２を含有し、該溶液は、反応式２．１ａ−ｂに従って重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの酸化を促進するのに活性な酵素を含有する。例えば、酵素は亜硫酸オキシダーゼ酵素であってよい。酵素供給システム１６８は、更に、流動的にタンク１７０に接続された供給管１７４、及び前記供給管１７４の上に配置された供給ポンプ１７６を含み、該ポンプは、タンク１７０から、酵素溶液１７２を、供給管１７４に流動的に接続された酵素供給グリッド１７８へと送り出すためのものである。

酵素供給グリッド１７８は、供給管１７４、及び中央分配管１８０へと流動的に接続された多数の酵素分布管１８２に流動的に接続された中央分配管１８０を含む。酵素分配管１８２の低端１８４は開口しており、これらは空気分配管６２の開口端６６に隣接する酸化池４３の液体表面６７の下に配置されている。供給ポンプ１７６によってポンプ輸送される酵素溶液１７２は、供給管１７４、中央分配管１８０及び酵素分配管１８２を介して、開口低端１８４へと送られる。開口端１８４では、図３の右側に拡大して示すように、酵素溶液が、空気分配管６２及び排出海水から供給される空気と混合領域ＭＲで混合されている。酵素溶液１７２を混合領域ＭＲに供給することで、酵素と排出海水及び空気との効率的な混合が提供される。混合領域ＭＲの空気、排出海水、及び酵素溶液の混合物では、反応式２．１ａ−ｂによる重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの酸化が非常に効率的になる。酵素溶液は、排出海水と混合され、排出海水と一緒に、流動的に接続されたオーバーフロー管４８を介して酸化池４３を出て行く。

代替的な実施態様によれば、酵素溶液１７２は、酸化池４３の液体表面６７で供給され得る。このような酵素の供給は、例えば、プロペラ形撹拌機によって、又はタンク４３に供給される酸素によって、酸化池４３自体がよく撹拌される場合に十分である。

好ましくは、酵素溶液１７２は、更なる処理なしに、図１に例示される、生分解性であり且つ海洋３６に放出され得る、比較的安価な酵素を含む。

代替的な実施態様によれば、酵素溶液の少なくとも１部は、酸化池４３の第１端部５８に隣接して配置される供給管１７５を介して酸化池４３に供給されている。この実施態様によれば、酵素溶液の大部分、又は更には全量が、酸化池４３の第１端部５８で供給されて、空気分配管６２の開口低端６６から供給される空気と繰り返し混合されている。

更に、酵素は、溶液として供給される代わりに、固体粉末して供給されるか、又は排出海水と混合するのに適した別の形で供給されてよい。

代替的な実施態様によれば、酵素を生成するバクテリア、例えば、CA Templeらによる上記の論文に従って準備された大腸菌が、タンク１７０に供給されると、タンク１７０において酵素が連続的に生成され得る。バクテリアは、酵素と一緒にタンク１７０から酸化池４３へと送られ、最終的には海洋３６に排出される。更なる代替的な実施態様によれば、酵素を生成するバクテリア、例えば、上記のタイプのものが、タンク１７０において適した支持体、例えば、図２に関して上述された支持体６８に類似の支持体の上に固定されてよく、且つインサイチュ（in situ）で酵素を生成する。固定されたバクテリアを用いる場合、バクテリアは、連続的に新しい酵素を生成するタンク１７０内で固定されたままである。

任意に、酸化タンク４３内で触媒として機能する酵素は、海洋３６に放出する前に失活し得る。

一実施態様によれば、高いｐＨ値、例えば、ｐＨ５よりも高いｐＨ値に敏感な酵素が利用される。従って、排出海水が、図１に記載された、中和池５０で中和されるか、又は同じく図１に記載された、管５１を介してオーバーフロー管４８に供給される新しい海水と混合されることによって中和される時に、酵素は失活し得る。更なる実施態様によれば、失活装置、例えば、ＵＶランプ１８６は、第２端部６０に隣接して配置され得る。ＵＶランプは、タンク４３内でＵＶ光を排出海水中に放出する。排出海水がＵＶランプ１８６の近くを通るので、酵素がＵＶ光によって失活する。失活装置は、排出海水の温度を、酵素が失活する温度まで高める、熱源も含み得る。更には、酵素は、海洋３６の新しい海水と接触する時に不活性化されるものが選択され得る。

図４は、更なる代替的な酸化池システム２４２の模式図である。酸化池システム４２の項目と類似の酸化池システム２４２のそれらの項目は、同じ参照番号が付与されている。流動的に接続されたダクト４０を介して酸化池システム２４２の酸化池４３へと供給される排出海水は、一般的に、矢印Ｓで示すように、第１端部５８から酸化池４３の第２端部６０へと水平に流れる。第２端部６０では、排出海水が、流動的に接続されたオーバーフロー管４８中にオーバーフローし、池４３を出て行く。

酸素供給システム４７の送風機４４によって吹き込まれる空気は、中央分配ダクト６４及び空気分配管６２を含む流動的に接続された管路４６を介して、空気が分散され且つ排出海水と混合される開口端６６へと送られる。こうして分散され且つ排出海水と混合された空気の酸素含有量の少なくとも１部が、排出海水に溶解される。従って、送風機４４によって中央分配ダクト６４及び空気分配管６２を介して開口端６６へと供給された空気の酸素が、それぞれの開口端６６に隣接する混合領域ＭＲ中で排出海水と混合される。

酸化池システム２４２には、酵素ビーズ２７０の形の酵素担持体を輸送する酵素担持体輸送システム２６８の形の少なくとも１つの酵素接触システムが備わっている。酵素ビーズ２７０は、その拡大図が図４の左側に例示されており、図４に模式的に例示され、その表面２７４に固定されている、酵素２７３を有するプラスチックの中空体２７２であってよい。表面２７４の上に固定された酵素２７３は、反応式２．１ａ−ｂに従って重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの酸化を促進するのに有効である。

酵素担持体輸送システム２６８は、ビーズコンベヤ２７６を含む。ビーズコンベヤ２７６は、その拡大図が、図４の右側に側面図で及びその上方に正面図で例示されており、フィルターネット２７８と支持チェーン２８０を含み、それらの間に多数のスクープ２８２を保持している。フィルターネット２７８は、ビーズ２７０がフィルターネット２７８を通過できないような、ビーズ２７０のサイズよりも小さいメッシュを有する。それぞれのスクープ２８２は、それらの底部に配置されたスクープネット２８４を有する。スクープネット２８４は、ビーズ２７０がスクープ２８２に保持されるように、ビーズ２７０のサイズよりも小さいメッシュを有するが、排出海水はスクープネット２８４を通過する。

ビーズコンベヤ２７６は、矢印で例示されるように、池４３の第２端部６０に隣接して配置される捕捉位置で酸化池４３中に送られる。ビーズコンベヤ２７６は、酸化池４３の底部４５に隣接して配置されたローラー２８６に沿って回る。ビーズコンベヤ２７６は垂直上方に送られる。排出海水はフィルターネット２７８を通過し得る。他方では、酵素ビーズ２７０は、フィルターネット２７８を通過できないが、スクープ２８２で捕捉され且つ集められ、そしてビーズコンベヤ２７６によって上方に持ち上げられる。スクープ２８２は、上に動いて酸化池４３から出て、そして一連の排出ローラー２８８を通る。排出ローラー２８８は、スクープ２８２が上下をひっくり返すようにし、少なくとも部分的に、集められたビーズ２７０がスクープ２８２から落ちるようにする。ビーズ２７０は輸送コンベヤ２９０の上に落ちる。輸送コンベヤ２９０は、ビーズ２７０を、酸化池４３の第１端部５８に輸送する。酸化池４３の第１端部５８では、ビーズ２７０が酸化池４３に落とされて、ダクト４０を介して酸化池４３に入ってくる排出海水と混合される。従って、酵素ビーズ２７０は、酸化池４３の第２端部６０の近傍に位置する捕捉位置の上流で酸化池４３に戻される。代替的な実施態様によれば、捕捉位置は、第２端部６０の近傍ではない、池４３の幾つかの他の位置にあってもよい。酵素ビーズ２７０と排出海水との特に効率的な混合は、空気分配管６２の開口端６６に隣接する混合領域ＭＲにおいて実施される。混合領域ＭＲの空気、排出海水、及び酵素ビーズ２７０の混合では、反応式２．１ａ−ｂによる重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの酸化が非常に効率的になる。

第１端部５８で供給される酵素ビーズ２７０は、一般的に、排出海水とビーズ２７０との混合物がビーズコンベヤ２７６に到達するまで、排出海水と共に、矢印Ｓで示す方向に水平に輸送される。ビーズコンベヤ２７６に到達した時点で、ビーズ２７０が集められ、輸送されてコンベヤ２９０に戻される。次に排出海水が、流動的に接続されたオーバーフロー管４８を介して酸化池４３を出て行く。

酵素ビーズ２７０は、プラスチック製であると記載されている。酵素ビーズが、他の材料、例えば、金属、木材、ガラス等でも製造され得ることが理解されている。更に、酵素ビーズがビーズコンベヤ２７６の上に集められていることが記載されている。ビーズが集められて、ネット、フィルタ、又はグリッド等を用いて、他の方法で、排出海水から分離され得ることが理解されている。代替的な実施態様によれば、酵素ビーズ２７０は磁性材料２９２を含み得る。コンベヤ２７６には、マグネット２９４が備えられてよく、これは酵素ビーズ２７０の収集を容易にするための、永久磁石又は電磁石であってよい。

代替的な実施態様によれば、酵素ビーズ２７０は、第１端部５８とは異なる位置で酸化池４３に戻されてよい。例えば、酵素ビーズ２７０は酸化池４３の中央に戻されてよい。

更なる代替的な実施態様によれば、コンベヤ２７６によって集められた酵素ビーズ２７０は、酸化池４３の長さに沿って様々な位置で酸化池４３に戻されてよく、従って、図３に関して上記された酵素供給グリッド１７８のものと同等の酵素分配の原理によって、酸化池４３の長さに沿って酵素が分配供給される。

上記の実施態様の多数の改変が添付の特許請求の範囲内で可能であることが理解されている。

上には、担持体が酵素ビーズ２７０の形を有することが記載されている。多くの異なるタイプの担持体が使用され得ることが理解されている。例えば、担持体は、排出海水の上を浮動するタイプ、排出海水中に沈むタイプ、又はある濃度で排出海水中に懸濁されるタイプのものであってよい。ある代替的な実施態様によれば、酵素ビーズ２７０は、排出海水よりも高い比重量を有してよい。かかる酵素ビーズ２７０は、それに付着する空気の気泡によって混合領域ＭＲ中で効率的に循環するように作られてよい。従って、かかる高比重の酵素ビーズ２７０が、最後の混合領域ＭＲを通過した時に、それらは徐々に酸化池４３の底部４５に沈み、そこから該ビーズが集められて第１端部５８に戻される。別の代替的な実施態様によれば、酵素ビーズ２７０は、排出海水よりも低い比重を有し得る。混合領域ＭＲに隣接する、排出海水の密度は、それらを通して泡立つ空気によって減少するので、ビーズ２７０は混合領域ＭＲを効率的に循環する。かかる低比重の酵素ビーズ２７０が最後の混合領域ＭＲを通過した時に、それらは徐々に酸化池４３の液体表面６７まで上がり、そこから該ビーズが集められて第１端部５８に戻され得る。

上には、海水スクラバー１４が、ボイラー２内で石炭又は石油の燃焼で生じたプロセスガスから二酸化硫黄を除去することが記載されている。海水スクラバー１４も、他の工業プロセスから発生するプロセスガスの洗浄に使用され得ることが理解されている。かかる他の産業プロセスの例としては、冶金産業、例えば、アルミニウムの電解生産の産業、廃棄物焼却産業等が挙げられる。

上には、酸素が、送風機４４又は圧縮機によって吹き込まれた空気の形で酸化池４３において排出海水に供給されることが記載されている。酸素が、他の形でも、他の手段を用いても供給され得ることが理解されている。一例によれば、酸素は、おおよそ純粋な酸素ガスの形で、例えば、少なくとも９０体積％の酸素を含む酸素ガスの形で供給され得る。

酸素は、送風機４４以外の他の手段によって排出海水に供給されてもよい。代替的な実施態様によれば、酸素は、排出海水を撹拌し、空気を排出海水中に引き込む撹拌機によって酸化池４３に供給されてよい。

要約すると、ガス浄化システムは、二酸化硫黄をガスから除去するための湿式スクラバー１４と、プロセスガスから二酸化硫黄を除去する際に生じる排水を受け取るための酸化池システム４２を含む。酸化池システム４２は、それらの処理の間の排水を含有するための酸化池４３、酸化池４３において排水に酸素を供給するための酸素供給システム４７、及び排水を重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの酸化を触媒する物質と接触させるための接触システムを含む。

本発明は、多数の好ましい実施態様に関して記載されているが、種々の変更がなされ且つ本発明の範囲から逸脱することなく同等物がそれらの要素と置き換えられ得ることが当業者に理解されている。更には、それらの本質的な範囲から逸脱することなく本発明の教示に特定の状況又は材料を適合させるために多くの改変がなされてよい。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示された特定の実施態様に限定されないが、本発明は添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施態様を含むことが意図されている。更に、第１、第２等の用語の使用は、任意の順序又は重要度を意味せず、むしろ、第１、第２等の用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用されている。

１ 発電所、 ２ ボイラー、 ４ 給気管、 ６ 酸素供給ダクト、 ８ ダクト、 １０ 電気集塵装置、 １２ ダクト、 １４ 海水スクラバー、 １６ 湿式スクラバー塔、 １８ 入口、 ２０ 下部、 ２２ 内部、 ２４ 中央部分、 ２６ 噴霧装置、 ２８ 供給管、 ３０ ノズル、 ３２ ポンプ、 ３４ 吸入管、 ３６ 海洋、 ３８ 圧力管、３９ 充填材料、 ４０ 排出管、 ４２ 酸化池システム、 ４３ 酸化池、 ４４ 送風機、 ４５ 酸化池の底部、 ４６ 管路、 ４７ 酸素供給システム、 ４８ オーバーフロー管、 ４９ 管、 ５０ 中和池、 ５１ 管、 ５２ 貯蔵、 ５４ 管、 ５６ オーバーフロー管、 ５８ 第１端部、 ６０ 第２端部、 ６２ 空気分配管、 ６４ 中央分配ダクト、 ６６ 開口下端、 ６７ 液体表面、 ６８ 酵素支持構造、 １４２ 代替的な酸化池システム、 １６８ 酵素供給システム、 １７０ 酵素タンク、 １７２ 酵素溶液、 １７４ 供給管、 １７５ 供給管、 １７６ 供給ポンプ、 １７８ 酵素供給グリッド、 １８０ 中央分配管、 １８２ 酵素分配管、 １８４ 開口端、 １８６ ＵＶランプ、２４２ 酸化池システム、 ２６８ 酵素担持体輸送システム、 ２７０ 酵素ビーズ、 ２７２ プラスチック中空体、 ２７３ 酵素、 ２７４ 表面、 ２７６ ビーズコンベヤ、 ２７８ フィルターネット、 ２８０ 支持チェーン、 ２８２ スクープ、 ２８４ スクープネット、 ２８６ ローラー、 ２８８ 排出ローラー、 ２９０ 輸送コンベヤ、 ２９２ 磁性材料、 ２９４ マグネット、 Ｆ 矢印、 ＩＳ 内部空間、 ＭＲ 混合領域、 Ｓ 矢印

Claims (12)

1. 二酸化硫黄を含有するプロセスガスと海水とを接触させることによってプロセスガスから二酸化硫黄を除去する際に生じる排出海水の処理方法であって、硫酸イオンを形成するための排出海水の重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの酸化を触媒するのに活性な、酵素の存在下で、排出海水と酸素とを接触させることを含む、前記方法。
2. 酸素含有ガスと排出海水が混合される混合領域（ＭＲ）を形成するために、酸素含有ガスを排出海水中に吹き込み、且つ前記酵素が前記混合領域に隣接して存在するように配置することを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 酵素溶液（１７２）を前記排出海水に供給することを更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 少なくとも１つの担体の上に固定された前記酵素（６８；２７０）の存在下で排出海水と酸素とを接触させることを更に含む、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 担持体（２７０）の形の担体の上に固定された前記酵素と排出海水とを混合することを更に含む、請求項４に記載の方法。
6. 排出海水から担持体（２７０）を捕捉位置で除去し、且つ担持体（２７０）を、排出海水の輸送方向（Ｓ）から見て、捕捉位置の上流で排出海水に戻すことを更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記酵素を固定された状態で有する少なくとも１つの固定された酵素支持構造（６８）の形の少なくとも１つの担体が固定されている、酸化池（４３）に排出海水を通すことを更に含む、請求項４に記載の方法。
8. プロセスガスと海水とを接触させて前記プロセスガスから二酸化硫黄を除去するための湿式スクラバー（１４）と、プロセスガスから二酸化硫黄を除去すると共に、湿式スクラバー（１４）で生じる排出海水を受け取るための酸化池システム（４２）とを含む、海水ベースのプロセスガス浄化システムであって、酸化池システム（４２；１４２；２４２）が、排出海水をそれらの処理の間に含有するための酸化池（４３）、酸化池（４３）中の排出海水に酸素を供給するための酸素供給システム（４７）、及び排出海水の重亜硫酸イオン及び／又は亜硫酸イオンの硫酸イオンへの酸化を触媒する酵素と排出海水とを接触させるための酵素接触システム（６８；１６８；２６８）を含むことを特徴とする、前記ガス浄化システム。
9. 酸化池システム（４２；２４２）の酵素接触システム（６８；２６８）が、前記酵素が固定された少なくとも１つの担体（６８；２７０）を含み、前記担体（６８；２７０）が、少なくとも時々、酸化池システム（４３）に浸漬している、請求項８に記載のガス浄化システム。
10. 前記少なくとも１つの担体（６８）が酸化池（４３）に固定されている、請求項９に記載のガス浄化システム。
11. 前記少なくとも１つの担体が、酸化池（４３）中の排出海水に分散されるべき担持体（２７０）を含む、請求項９に記載のガス浄化システム。
12. 前記酸化池システム（２４２）が、酸化池（４３）の捕捉位置で排出海水から担持体（２７０）を除去し、且つ該担持体（２７０）を捕捉位置の上流で酸化池（４３）に戻す酵素担持体輸送システム（２６８）を更に含む、請求項１１に記載のガス浄化システム。

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