JP2016526477A - 膜ベースの排気ガス洗浄方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
開示された方法および装置は、ガス膜分離およびキャリア液体化学吸着によって、船舶エンジン排気などの燃焼排気から、硫黄酸化物、窒素酸化物、および炭素酸化物などの目標放出ガスの放出を減少させる。膜分離システムは、液体吸着体が循環される半透過性の中空繊維の膜を有する吸着システムを備える。排気ガスが該膜の外部表面に接触し、目標ガスは該膜の壁を選択的に透過して、軸穴内にてキャリア液体に吸着されることにより、排気の流れから除去される。
Description
本出願では、2013年6月14日に出願された米国特許出願第61/835,288号の優先権を主張し、その米国特許出願全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、硫黄、窒素、炭素の酸化物などの汚染物質を除去する燃焼ガスの処理に関する。本発明は、船舶ディーゼルエンジンなどの内燃エンジンからの排気ガスを処理する特定の用途に関している。
船舶ディーゼルエンジンは海上輸送に使用する船の大半に動力を供給している。これらのエンジンは、概して、硫黄および他の不純物を高い濃度で含む重質燃料油(HFO)を燃焼する。燃焼プロセスは、高い濃度の高硫黄酸化物(SOX)は、窒素酸化物(NOX)、CO2のような炭素酸化物(COX)および他のガス類の放出物を生成し、これらは新しい排出制限要件を増加させる対象となっている。
船舶エンジンの放出物を削減する1つのアプローチは、HFOより高く精製された燃料または蒸留物に切り替えることである。これらの蒸留物はHFOよりも高価である。代替策には、後処理、清浄、またはそれらが大気中に排出される前に、燃焼排気ガスを洗浄(スクラビング)することがある。
スクラバは、船舶エンジンの排気をきれいにする後処理解決策として開発されている。一般的に使用されるプロセスは、排気流中にアルカリ水溶液またはアンモニア吸着剤を噴霧する。しかしながら、これらの「湿式スクラバ」は、大量の水を必要とし、その結果として、硫酸カルシウム、煤、油および重金属などの金属塩を含む廃水を大量に生成することになる。これは有毒スラッジを生成し、船上の複雑な水処理を必要とし、同様に指定された港湾でのスラッジ処分が必要となる。結果としてシステムは、大規模で複雑、高価で、エネルギー集約的となり、船の燃料消費量を3%も増加させることになる。従来の海水スクラバシステムは、固定された陸上の発電所に適用していてもよいが、それらは単に海洋用途において効率的に動作させるには余りにも大きく、複雑である。同様に、このようなシステムは、船舶エンジン排気からのCO2の除去に適していない。
船舶排気の処理は、原則的には、船舶排気ガスをイオン液体に通して泡処理する既存の陸上ベースの技術を修正することによって達成することができる。しかしながら、このアプローチは、船舶のスペースと重量の制約に照らして、船舶排気の高流量および結果必要な大量のイオン液体により、実用的ではない場合がある。イオン液体を通した泡処理に排気ガスを圧縮するのに必要なエネルギーは、船から利用可能な全エネルギーを超える可能性がある。
膜技術を用いた船舶エンジンの排気ガスをスクラビングするためのシステムは、中国特許第200710012371.1号にて提案されている。
本発明の目的は、船舶ディーゼルエンジンなどの源から1つ以上の目標放出ガスの濃度を低減するための改良された方法およびシステムを提供することである。
船舶エンジンの排気ガスから望ましくない化合物を除去するための従来の海水スクラバの使用に代わるものは、SOX、NOX、および/またはCOXのような1つ以上の目標排出ガス(TEG)を排気ガスから分離して処理する膜技術を使用することである。海水ベースのスクラバのような従来の溶媒ベースの抽出プロセスを超えて膜を使用する利点は、潜在的に小さいこと、より高いエネルギー効率的で、従来の水ベースのスクラバよりも少ない廃水を生むことである。膜ベースのシステムが過去に提案されているが、本発明は、そのようなシステムを船舶での使用を含む種々の用途に非常に有効とする改良を目的とする。
一態様によれば、本発明は、エンジン排気ガスの源からの目標放出ガス(TEG)の濃度を減少させる方法であって、
中空繊維半透過性セラミックの膜の少なくとも1つのアレイを含む密閉空間へ、前記エンジン排気ガスを前記源から誘導して、前記排気ガスが前記膜の外部表面に接触して、前記排気ガス内のTEGが選択的に前記膜を透過することにより、前記排気ガス内の前記TEGの濃度を低下させるステップと、
前記TEGを保持可能なキャリア液体を前記中空繊維セラミックの膜の軸穴を介して循環させて、前記キャリア液体内のTEG化合物の濃度を上昇させるステップと、
前記密閉空間から減少したTEGの濃度の前記排気ガスを排気し、前記中空繊維セラミックの膜のアレイから前記液体を排出するステップと、を含み、前記排出された液体が溶解TEGの分子を含む方法である。
中空繊維半透過性セラミックの膜の少なくとも1つのアレイを含む密閉空間へ、前記エンジン排気ガスを前記源から誘導して、前記排気ガスが前記膜の外部表面に接触して、前記排気ガス内のTEGが選択的に前記膜を透過することにより、前記排気ガス内の前記TEGの濃度を低下させるステップと、
前記TEGを保持可能なキャリア液体を前記中空繊維セラミックの膜の軸穴を介して循環させて、前記キャリア液体内のTEG化合物の濃度を上昇させるステップと、
前記密閉空間から減少したTEGの濃度の前記排気ガスを排気し、前記中空繊維セラミックの膜のアレイから前記液体を排出するステップと、を含み、前記排出された液体が溶解TEGの分子を含む方法である。
前記液体は、使用される開モードまたは閉ループモードのいずれかの動作の環境中へ前記膜接合体から排出され、前記TEGが前記液体から分離されて、前記液体が前記膜のアレイを通して再循環される。
前記キャリア液体は、イオン液体、必要に応じて水酸化ナトリウムを含有する塩基性溶液、淡水または海水の1つを含む。
前記イオン液体は前記TEGに特異的であるタスク特定のイオン液体(TSIL:task-specific ionic liquid)を含む。
前記キャリア液体がイオン液体である場合、前記方法は、前記膜のアレイを介して前記キャリア液体を貯蔵およびリサイクルするために、前記液体が排出導管に入る後に、前記キャリア液体から前記TEG化合物を分離するステップを更に含む。
前記イオン液体は前記TEGに特異的であるタスク特定のイオン液体(TSIL:task-specific ionic liquid)を含む。
前記キャリア液体がイオン液体である場合、前記方法は、前記膜のアレイを介して前記キャリア液体を貯蔵およびリサイクルするために、前記液体が排出導管に入る後に、前記キャリア液体から前記TEG化合物を分離するステップを更に含む。
前記TEGは、硫黄酸化物、窒素酸化物またはCO2などの炭素酸化物の1つ以上を含む。
前記方法は、未処理排気ガス中のTEGの濃度を決定し、前記未処理ガス中のTEGの濃度を目標レベルに減少させるために必要な液体の流れの最適速度を決定し、液体の流れの前記最適速度に一致するように前記膜のアレイを通る液体の流れの速度を選択的に制御するステップを更に含む。
前記アレイを通る前記液体が、所定のレベルを超える圧力低下または所定のレベル未満のpH低下の一方または両方を経験するかどうかを決定することによって、前記TEGの濃度を低減する際に前記膜のアレイの有効性を決定するステップを更に含む。
膜のアレイはモジュールハウジングに収納されたモジュールを含み、前記液体は、前記排気ガス中のTEG濃度レベルおよび/または前記排気ガスの流速の決定に基づいて選択された数の前記モジュールを介して循環される。前記選択された前記モジュールは、所定のレベル未満で有効でないと決定された場合、除かれて交換される。
別の態様によれば、本発明は、エンジン排気ガスの源からの少なくとも1つの目標放出ガス(TEG)の濃度を減少させる装置であって、
エンジン排気の流れを受けるエンクロージャと、
少なくとも1つの中空繊維セラミックの膜のアレイであって、前記膜の各々が半透過性の膜壁および中空の軸穴を有し、前記膜壁が前記TEGに対して透過性で且つ非TEGに対し非透過性であり、前記膜のアレイを介して前記排気ガスが循環されて、前記排気ガスが前記膜に接触するように構成された前記膜のアレイと、
前記膜の前記軸穴へのキャリア液体を不飽和状態で供給する液体入口と、
前記軸穴で前記TEGが飽和状態で循環した後に前記軸穴から前記キャリア液体を受ける液体出口と、
前記膜の前記軸穴および前記液体入口および液体出口を介して前記キャリアを循環させ、前記膜のアレイを介して排出またはリサイクルするキャリア液体循環サブシステムと、を有し、
前記装置は、前記膜のアレイを介して循環された排気ガスが前記膜の外部表面に接触して、前記液体が前記膜の反対表面に接触して、それによって前記TEGが前記外部膜表面から前記軸穴へ前記膜を透過し、前記TEGを前記排気ガスから前記キャリア液体へ移すように構成されている。
エンジン排気の流れを受けるエンクロージャと、
少なくとも1つの中空繊維セラミックの膜のアレイであって、前記膜の各々が半透過性の膜壁および中空の軸穴を有し、前記膜壁が前記TEGに対して透過性で且つ非TEGに対し非透過性であり、前記膜のアレイを介して前記排気ガスが循環されて、前記排気ガスが前記膜に接触するように構成された前記膜のアレイと、
前記膜の前記軸穴へのキャリア液体を不飽和状態で供給する液体入口と、
前記軸穴で前記TEGが飽和状態で循環した後に前記軸穴から前記キャリア液体を受ける液体出口と、
前記膜の前記軸穴および前記液体入口および液体出口を介して前記キャリアを循環させ、前記膜のアレイを介して排出またはリサイクルするキャリア液体循環サブシステムと、を有し、
前記装置は、前記膜のアレイを介して循環された排気ガスが前記膜の外部表面に接触して、前記液体が前記膜の反対表面に接触して、それによって前記TEGが前記外部膜表面から前記軸穴へ前記膜を透過し、前記TEGを前記排気ガスから前記キャリア液体へ移すように構成されている。
装置は、第1の液体出口および液体入口に連通するキャリア液体リサイクルサブシステムと、前記キャリア液体から少なくとも1つのTEGを除去するTEG分離装置と、を更に有し、前記キャリア液体が前記装置を介した実質的な閉ループ内で循環される。
前記キャリア液体は水を含み、前記装置は前記膜のアレイを介した水の非リサイクル循環のための水入口および水出口を有する。
装置は、前記液体を並列モードまたは逐次モードのいずれかで循環させる動作の間に、前記膜のアレイが排出ガスに接触するように、並列または直列に配置された複数の前記膜のアレイを有する。
別の更なる態様によれば、本発明は、エンジン排気ガスの源からの少なくとも1つの目標放出ガス(TEG)の濃度を減少させるシステムであって、
エンジン排気の流れを受けるエンクロージャと、
前記エンクロージャ内に設置されるように構成された少なくとも1つのガス処理モジュールであって、前記モジュールの各々がハウジングおよび前記ハウジング内に支持された中空繊維セラミックの膜のアレイを有し、前記膜の各々が半透過性の膜壁および中空の軸穴を有し、前記膜壁が前記TEGに対して透過性で且つ非TEGに対し非透過性であり、前記モジュールが前記エンクロージャ内に設置される時、前記膜のアレイを介して前記排気ガスが循環され、前記排気ガスが前記膜に接触するように構成された前記ガス処理モジュールと、
前記膜の前記軸穴へのキャリア液体を不飽和状態で供給する液体入口と、
前記軸穴で前記TEGが飽和状態で循環した後に前記軸穴から前記キャリア液体を受ける液体出口と、
前記膜の前記軸穴および前記液体入口および液体出口を介して前記キャリアを循環させ、前記膜のアレイを介して排出またはリサイクルするキャリア液体循環サブシステムと、を有し、
前記システムは、前記膜のアレイを介して循環された排気ガスが前記膜の外部表面に接触して、前記液体が前記膜の反対表面に接触して、それによって前記TEGが前記外部膜表面から前記軸穴へ前記膜を透過し、前記TEGを前記排気ガスから前記キャリア液体へ移すように構成されている。
エンジン排気の流れを受けるエンクロージャと、
前記エンクロージャ内に設置されるように構成された少なくとも1つのガス処理モジュールであって、前記モジュールの各々がハウジングおよび前記ハウジング内に支持された中空繊維セラミックの膜のアレイを有し、前記膜の各々が半透過性の膜壁および中空の軸穴を有し、前記膜壁が前記TEGに対して透過性で且つ非TEGに対し非透過性であり、前記モジュールが前記エンクロージャ内に設置される時、前記膜のアレイを介して前記排気ガスが循環され、前記排気ガスが前記膜に接触するように構成された前記ガス処理モジュールと、
前記膜の前記軸穴へのキャリア液体を不飽和状態で供給する液体入口と、
前記軸穴で前記TEGが飽和状態で循環した後に前記軸穴から前記キャリア液体を受ける液体出口と、
前記膜の前記軸穴および前記液体入口および液体出口を介して前記キャリアを循環させ、前記膜のアレイを介して排出またはリサイクルするキャリア液体循環サブシステムと、を有し、
前記システムは、前記膜のアレイを介して循環された排気ガスが前記膜の外部表面に接触して、前記液体が前記膜の反対表面に接触して、それによって前記TEGが前記外部膜表面から前記軸穴へ前記膜を透過し、前記TEGを前記排気ガスから前記キャリア液体へ移すように構成されている。
システムは、前記液体出口および前記液体入口に連通するキャリア液体リサイクルサブシステムを更に有し、前記リサイクルサブシステムが、前記キャリア液体から少なくとも1つのTEGを除去するTEG分離装置と、を更に有し、前記キャリア液体が前記装置を介した実質的な閉ループ内で循環される。
また、前記キャリア液体は水を含み、前記装置は前記膜のアレイを介した水の非リサイクル循環のための水入口および水出口を有する。
前記モジュールは、前記軸穴の入口および出口の端部それぞれにおいて前記軸穴と連通している液体入口マニホールドまたは液体出口マニホールドの一方または両方を含む。
前記システムは、前記膜のアレイを介した循環からの前記キャリア液体中のpH低下を測定する少なくとも1つのpH検出器と前記膜のアレイを介した循環からの前記キャリア液体中の圧力低下を測定する圧力検出器とを更に含み、これら前記検出器は、前記pH低下および/または圧力低下が、TEGの濃度を低減する際に前記膜のアレイの有効なレベル低下を示しているかどうかを決定するために信号プロセッサに動作可能に結合されている。
前記システムは、前記源からの未処理排気ガス内のTEGの濃度を測定する検出器と、前記検出器および前記システムを通る前記キャリア液体の流速を制御するポンプに動作可能に通信する制御システムとを更に含み、前記制御システムは、TEGの濃度減少の選択されたレベルを達成するために必要なモジュールを通る前記キャリア液体の流速を決定し、前記流速を得るように前記流速を制御するように構成されている。
本発明は更に、本明細書に記載された装置またはシステム並びにTEGを溶解する少なくとも1つのキャリア液体を含むキットに関する。前記キャリア液体が1つ以上のイオン液体または水酸化ナトリウムである。
イオン液体は、
1,1,3,3−テトラメチルグアニジニウムラクタート[TMG][L]、
モノエタノールアンモニウムラクタート[MEA][L]、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート[BMIm][BF4]、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[BMIm][MeS04]、
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[HMIm][MeS04]、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[EMIm][MeS04]、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート[BMIm][PF6]の1つ以上を含む。
1,1,3,3−テトラメチルグアニジニウムラクタート[TMG][L]、
モノエタノールアンモニウムラクタート[MEA][L]、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート[BMIm][BF4]、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[BMIm][MeS04]、
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[HMIm][MeS04]、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[EMIm][MeS04]、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート[BMIm][PF6]の1つ以上を含む。
イオン液体は、適切な半透過膜に関連して使用され、閉ループ可逆プロセスで排気ガスから、SOX、NOXおよび/またはCOXなどの目標放出ガス(TEG)を、分離、捕捉して保存することができる。この選択肢は、特定の他の溶媒と比較して、廃水および廃棄物スラッジの生成を排除または減少させることができる。
イオン液体(IL)は、有機陽イオン(例えばイミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、アンモニウム)、および、多原子無機陰イオン(例えばテトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスファート、塩化物)または有機陰イオン(例えばトリフルオロメチル、ビス[(トリフルオロメチル)スルホニル]イミドを含む溶液である。ILの主な利点は、その無視できる揮発性、不燃性、並びに良好な化学的および熱的安定性である。これらは、揮発性有機溶媒に比べて、大気汚染の環境リスクを低減する環境良性キャリアとして考えられている。また、イオン液体の特定の特性(疎水性、粘度、溶解度、酸性度および塩基性度など)は、陽イオンおよび陰イオンの特定の組み合わせを選択することによってIL内の1つ以上のTEGの溶解性を改善するように調整でき、陽イオンまたは組み合わせた陰イオン上の置換基を変更することによって変えることができる。
イオン液体は、「タスク特定(task-specific)」であってもよい。タスク特定のイオン液体(TSIL)の例は、3−ブロモプロピルアミン臭化水素酸塩と1−ブチルイミダゾールとの反応に続く後処理および陰イオン交換により形成される。これにより、付加したアミン基を有する陽イオンを組み込んだ、室温で活性なイオン液体が得られる。イオン液体はCO2と可逆的に反応し、可逆的にカルバミン酸塩としてガスを隔離する。繰り返しリサイクルできるイオン液体は、CO2回収効率に関して市販のアミン隔離試薬に匹敵し、依然と不揮発性であり、機能するために水を必要としない。イオン液体の独特の特性は、物理的および化学的吸着プロセスに特に適したものである。それらは、陽イオンおよび陰イオンを置換することによりその構造を容易に調整することができ、それにより、温度や圧力などの特定された処理条件上の物理および/または化学吸着により特定のガスを吸着するように「調整」することができる。これらのタスク特定イオン液体は、他の溶媒に亘って化学吸着効率の大幅な改善を提供する。
イオン液体は、各種の液体化学分離プロセスで応用されている。IL応用の一例には、1−アルキルイミダゾールが既存のプロセスからの酸を捕捉するBASFによって開発されたプロセス、BASIL(Biphasic Acid Scavenging utilizing Ionic Liquids)(イオン液体利用二相酸洗浄)がある。また、ILの化合物は化学合成法にも使用され、例えばイーストマンによる2,5−ジヒドロフランの合成法や、短鎖アルケンがより高い分子量のアルケンに分岐される、ダイマーゾルプロセスの変形であるILベースの合成法のディファーゾル(difasol)法にも使用される。更に、ILベースのプロセスの1つに、イソブタンでの4つの炭素オレフィンのアルキル化のためにペトロチャイナが開発しイオニキレーション(Ionikylation)プロセスがある。
本発明は、セラミック膜などの半透過膜システムを通って循環されるキャリア液体を使用することにより、SOX、NOX、および/またはCOXを船舶排気ガスから選択的に除去することができるという原理に基づいている。これらの不純物は、液体に溶解した場合、一般的に排出しても安全であると考えられているが、大気中へのガスとして排出されるべきではない。このような化合物を分離するために膜を使用すると、TEGは膜を透過することができるが、一方、灰、煤および油を含む船舶排気中の粒子状物質が膜を透過できない。キャリアは、清潔さを維持しつつ毒性不純物を欠くまま、安全に排出され、再利用または再生することができる。
本発明によるシステムは、開モードと、閉ループモードすなわちゼロ排出モードとのいずれかからなる動作モードで動作させることができる。
開モードで使用されるキャリア液体は水とすることができ、淡水または海水などの中で容器が浮揚されるようになっている。膜分離システムは、淡水または海水が膜の内部で循環する多孔質中空繊維の膜のアレイを含む。淡水や海水は周辺の水から容器内に引き込まれ、中空繊維の膜を通して循環される。煙道ガスが上を通過し、多孔質中空繊維の膜の外面側に接触して、膜を透過する。1つ以上のTEGは水によって吸着され、排気流から除去される。吸着されたガスは酸類を形成し、これらは淡水の硬度や海水の塩分濃度によって中和され、硫化物などとして沈殿する。沈殿物を含む淡水や海水はその後、船の周辺水域に排出される。
閉ループモードで使用されるキャリア液は、中空繊維の膜のアレイを通って循環する水酸化ナトリウムなどの塩基性溶液になり得る。煙道ガスは、多孔質中空繊維の膜に接触し、そしてキャリアが循環する軸穴内へと膜を透過する。TEGは、膜の軸穴内の溶液によって吸着されて、排気流から除去される。吸着されたガスは酸を形成するが、これは塩基によって中和される。キャリア液体が膜のアレイを通過する際のキャリア液体によって吸着された熱は、キャリア温度を上昇させ、溶液中のTEGの化合物を維持している。その後、キャリア液体は脱離容器内で冷却され、そして、TEGの化合物が硫化物の沈殿物などの固体の形態で沈殿する。沈殿した固体は、その後、濾過などの機械的分離プロセスにより除去することができる。不飽和キャリア液体は、その後、閉じた循環ループとして再循環させることができる。脱離容器内のキャリア液の冷却は、海水を冷却流体として循環する容器内の熱交換を使用することによって実現できる。
ゼロ排出モードで使用されるキャリア液体は、イオン液体(IL)である。ゼロ排出モードは、ほとんど或いは全く化学析出物が生成されない閉ループ可逆プロセスを含む。膜分離システムは、多孔質中空繊維の膜を通してILが循環する多孔質中空繊維の膜のアレイと、飽和ILからのTEGを分離するための脱離容器(DV)とを含む。二酸化硫黄、窒素酸化物および炭素酸化物は、差動圧力、温度、および/または電位のうちの1つ以上の印加によってDV内のイオン液体から分離することができる。分離されたガス類は、その後、純粋状態で、または化合物として保存され、イオン液体は再利用される。吸着されたガスは貯蔵され、商業的用途のために使用されることができる。ガスを解離するために必要な温度差は、熱交換器を用いて排気ガスによって提供される。
本発明の手段によれば、排気ガスはセラミック多孔質膜を透過するが、灰、煤、および油などの船舶排気中の有毒粒子は膜細孔を透過するには大きすぎる。キャリアは再使用されるか、または開ループで再生され、閉ループ、またはゼロ排出モード、クリーンかつ毒性不純物の空隙のままであり、安全に排出することができる。キャリアは、開ループ、閉ループ、またはゼロ排出モードにおいて、清潔さを維持しつつ毒性不純物を欠くまま、安全に排出され、再利用または再生することができる。対照的に、従来の湿式水スクラバでは、キャリアが船舶排気に直接スプレーされる。有害微粒子は、キャリア内に捕捉され担持されるので、複雑でエネルギーを要する高価な洗浄システムを用いて、キャリアから除去されなければならない。洗浄プロセスは、陸上で処分するには高価であるスラッジ副産物を生成する。
(定義)本特許明細書において、以下の用語は、特に指定しない限りまたは文脈が明らかに必要とする場合、以下に説明する意味を有する。
「ガス」または「ガス類」とは、温度および圧力の周囲条件下で気相中に存在する化合物または化合物の混合物をいう。
「ディーゼル」は、圧縮点火設計の内燃機関をいう。ディーゼルエンジンは、限定されないが、ディーゼル燃料、バンカー原油、バイオディーゼルなどを含む様々な燃料を燃やすことができる。用語「ディーゼル」または「ディーゼル放出」は、任意の特定の燃料の種類に限らず、ディーゼル式エンジンで燃焼することができる任意の炭化水素燃料を含む。
「目標放出ガス」または「TEG」とは、燃焼プロセスによって発生した排気ガス流から除去されることが意図されている任意のガスまたはガス類のことをいう。TEGは、限定されないが、硫黄酸化物、窒素酸化物およびCO2のような炭素酸化物などを含めることができる。TEGは、溶液中に溶解または液相化合物に結合した場合のように異なる条件の下で気相または液相または固相のいずれかで存在し得ることが理解されるであろう。
「放出物」とは、目標放出ガスだけでなく他のガスを含む排気ガスのエンジンや他の源からの全燃焼排気ガスをいう。
「キャリア」とは、TEGに結合することができる化合物を含む液体、または、ガス豊富環境からTEGの濃度を選択的に低下させる膜システム中で作動するように溶液中にTEGを溶解することができる液体のいずれかをいう。
「半透過膜」は、部分的透過膜や差別的透過性膜、選択的透過膜と呼ばれ、選択された分子またはイオンが拡散することによって、それが通過することを可能にする膜である。膜を通過する速度は、両側の圧力、濃度、および分子または溶質の温度だけでなく、各溶質の膜の透過性に依存する。膜は、膜および他の因子の組成に応じて、厚さが変化する。
図1は本発明に係る排気ガス処理システム20の一実施例の概略図であり、該システムは排気ガス流1から1つ以上の目標放出ガス(TEG)2の濃度を減少させるために有用である。排気ガス流1はTEG分子2と非TEG分子3の混合物を含む。排気ガス1は、船舶ディーゼルエンジンまたは他の燃焼プロセスによって生成され得る。例えば、システムは、ヒータ、バーナまたはガスタービン、及び内燃エンジンなどの様々なタイプからの排気を処理するように適用されてもよい。図1に示すガス処理システム20は「閉ループ」システムであり、これは、以下に記載されるように、一般的に、ガス吸着ユニット22、隔離されたTEGの化合物をキャリア液から分離するためのTEGの脱離ユニット24、関連する導管やバルブおよびポンプ、並びに排気ガス、キャリアおよび分離されたTEGを循環させるための他の部品を含む。図1の実施例では、ガス処理システム20は、更に、圧縮ガス形態または他の適切な貯蔵形態で単離されたTEGを貯蔵するガス貯蔵モジュール28を備える。以下に説明するように、少なくとも一部のTEGは、例えば、水溶液で海に排出することにより、貯蔵なしで処分することができる。
複数のモジュール26は、図4に詳細に見られるように、1つ以上の吸着モジュール26を収容する主ハウジング30を備える。排気ガスは、エンジン導管34からガスを受けるガス入口プレナム32から主ハウジング30を通って循環される。排気ガスは、主ハウジング30内に装着された1つ以上の吸着モジュール26を介して循環され、その次に、処理された排気ガスは出口プレナム36を通って環境に排出するためのガス出口導管38に排出される。
複数のモジュール26は、エンジン排気から選択されたTEGを除去する並列または直列の動作のために、アレイ内の主ハウジング30内に構成されることができる。システム20の並列の動作は、各モジュールが均等に不飽和のキャリア液を受けるように、キャリアが並列に複数のモジュール26に供給される動作モードをいう。システム20の直列の動作は、各モジュールを通過するときに液体が徐々に飽和となるキャリア液が、複数のモジュール26を介して直列に供給される動作モードをいう。図1は、単一のモジュール26を含むシステムを示す図である。図7〜12は、吸着システム20が、複数の吸着モジュール26を含む代替処理システムを示している。各吸着ユニット26は、内部に膜接合体66を含んでいる。
排気ガスは、入口導管34を通ってガス吸着ユニット22に入り、出口導管38を通って処理した後に排出される。不飽和キャリア液体は液体入口導管40を通ってガス吸着ユニット22に供給される。飽和キャリア液体は、出口導管42を介してユニット22を出て、次に、脱離ユニット24に供給され、ここでTEGがキャリアから除去される。以下に説明するように、キャリア液体は、貯蔵または廃棄用の別の場所に輸送するために、排気ガスから1つ以上のTEGを吸着する。現在の不飽和キャリアは、図1に見られるように、入口導管40へ再び循環される。図1に見られるように、液体の流れは、出口導管42内にて第1のポンプ44によって、入口導管40内にて第2のポンプ172によって、加圧される。脱離ユニット24からの流出ガスはポンプまたは圧縮機46によって加圧される。熱交換器48は、リサイクルキャリアから余分な熱を除去するために液体導管40とインライン式となっている。冷却流体(気体または液体)は、入口導管49を介して熱交換器48に入り、そして、容器の任意の船上使用のために、出口導管51を通って出る。
図1に全体的に示すように、分離吸着ユニット22からの飽和キャリア液は脱離タンク24に入り、ここで飽和キャリアが比較的減圧および/または上昇した温度の条件に供される。これらの条件下で、溶解および/または結合したTEGの脱ガス処理と脱泡処理が施される。溶解した無機塩は溶液から沈殿し、タンクの底に沈降する。分離されたガスはタンク24の上部に蓄積し、そこからガス出口25を介して放出される。放出されたガスは導管45を流れ、その中でガスポンプ47によって加圧され、ポンプは、陸上と船上での安全な廃棄のため、TEGを1つ以上の加圧貯蔵容器28へ圧送する。現在の不飽和キャリアは、その後、入口導管40を介して吸着ユニット22に戻される。
ガス処理システム20は、更に、出口導管42内にてキャリア液体のpHを測定するpH検出器54を含む。ガス処理システム20は、更に、入口導管40内にてキャリア液の圧力を測定する第1の圧力検出器56と、出口導管42内にてキャリア液の圧力を測定する第2の圧力検出器58とを含む。1つ以上の第1のTEG検出器60が、システム20に入る未処理の排気内の選択されたTEGのレベル(複数可)を検出するために、エンジン排気導管34内に設けられている。1つ以上の第2のTEG検出器62が、処理の排気内の選択されたTEGのレベルを検出するために、排出導管38内に設けられている。それぞれの検出器60および62は、制御システム200と動作可能に通信しており、これにより、検出値がリアルタイムで制御システム200に送信されることにより、以下に詳細に説明するように、システムの効率的な運用が可能となる。
図2乃至図5でより詳細に見られるように、ガス吸着モジュール26は、膜接合体66を収容するハウジング64を有する。未処理排気ガス1は、接合体66と接触するためにハウジング64に入り、その後、洗浄されたガス3がハウジング64を出る。洗浄された排気ガスは1つ以上のTEG3について少なくとも部分的に減損化される。ハウジング64内にて、TEG3は、キャリアベースのガス吸着法を用いた中空繊維半透過性膜と接触することにより、排気ガス1から除去される。新鮮(不飽和)で比較的冷たいキャリアは、キャリア入口導管40を介してハウジング64に入り、飽和されたTEGを含んだキャリア液体72が出口導管42を介して出る。
モジュールハウジング64は、容器または他の場所への設置のための単一ユニットの形態で複数のモジュール26の接合体に都合の良い構成でモジュラー化してもよい。以下に説明するように、複数のモジュール26は、用途に応じて並列または直列に連結することができる。一例では、ハウジング64は、50cmx50cmx100cmの直方体形状を有している。ハウジング64は、重いゲージのステンレス鋼板などの金属シートから製造することができる。複数のモジュール26は、アクセスおよび容易な交換のためにラックに固定することができる。
ハウジング64は、金属シートから製造され、対向する側壁74aと74bの対向端部壁6aと76bとを備えている。説明の目的のために、長手軸“a”が端部壁76aと7
6bとの間に延びると考えることができる。以下で説明するように、ハウジング64の内部は、端部壁76に平行な中央仕切り壁78によって基本的に等間隔に2つに分割され、仕切り壁78はハウジング64内の中空膜80を支持している。外部のブレース部材82は、ハウジング64の更なる構造的保全性のために設けられている。ハウジング64は、ハウジングを通ってガスが自由に流れることを可能にするために上部および下部にて開いている。
6bとの間に延びると考えることができる。以下で説明するように、ハウジング64の内部は、端部壁76に平行な中央仕切り壁78によって基本的に等間隔に2つに分割され、仕切り壁78はハウジング64内の中空膜80を支持している。外部のブレース部材82は、ハウジング64の更なる構造的保全性のために設けられている。ハウジング64は、ハウジングを通ってガスが自由に流れることを可能にするために上部および下部にて開いている。
ハウジング64は第1および第2の有孔壁84aおよび84b(図3に示す)をその内部に保持し、各有孔壁は穿孔86のアレイを有する。有孔壁84aおよびbは、対応する端部壁76aおよびbに固定され、実質的にそれぞれの端部壁76を覆うようにそれに本質的に同一の構成とされている。
端部壁76aおよび76bはそれぞれ中央凹部88aおよび88bを有し、凹部はハウジング64の内部に開口している。凹部88aおよびbは、それぞれの有孔壁84aおよびbにより覆われ、これらは、細長部材85およびガスケット87を搭載することで端部壁76に密封且つ固定されている。各凹部88aおよびbは囲まれたマニホールドを画定し、凹部88bは入口マニホールドを画定し、そして凹部88aは出口マニホールドを画定している。
有孔壁84は、ボルトまたは他の留め具によって端部壁76に固定される。
ハウジング64は、その内部に1つ以上の膜接合体66を収容する。各接合体66は多孔質セラミック中空繊維の膜80のアレイで構成され、膜80はハウジング64の内部に延在し、端部壁76aおよび76bの間の軸方向に延びる。図6に詳細に示されている各々の膜80は、管状セラミック膜の壁90と中空中心軸穴92を有する。図5に模式的に示す動作では、中空の中心軸穴92を含み、キャリア液体は、排気ガスが膜の壁90の外部に接触しながら、軸穴92を通って流れる。膜80は、膜の壁に複数の細孔を有し、これら細孔がTEGを軸穴内へ透過可能にするとともに他の排気ガスを遮断するような、半透過性の機能を有している。軸穴92内を循環するキャリア液体は、膜の壁90を貫通することができない。軸穴92を通る不飽和キャリアの流れはキャリア内のTEGの低いガス分圧を維持し、それによって、ガス側(分圧が比較的高い)からキャリア側(分圧が比較的低い)への膜の壁90を通過するTEGの流れを発生させる。結果として、膜80は、ハウジング64を通って流れる排気ガス流からTEGを分離することができる。
適切なセラミック中空繊維の膜は、市販のMembralox(登録商標)膜のような酸化アルミニウム(Al2O3)の中空繊維の膜を含む。かかる市販の膜は次の場所、http://www.pall.com/main/food-and-beverage/product.page?id=4io.c;2.で入手できる。適切な膜80の代表的な寸法は、細孔サイズ:100A;ID:4mm;長さ:1020mmである。
膜80の両端は、壁84aおよびb内の開口86内に固定されている。膜の軸穴92は、膜80の両端にてそれぞれの開口86と連通している。膜140とそれぞれ対応する開口86との交点は、流体(気体および/または液体)の漏れがないように密封されている。例えば、膜80は、はんだ付けまたは接着処理によって開口86で壁84に固定されてもよい。仕切り壁78はその中間点での膜80を支持しており、仕切り壁78内の開口94を膜80は通っている。よって、入口マニホールド88bに入る流体が膜のアレイ96にわたって分散され、流体が膜80の軸穴92に入ることが分かる。その後、キャリアは、軸穴92を流れ、出口マニホールド部88aに排出される。ハウジング64内の全ての液体で満たされた空間は、漏れないように密封されている。
不飽和キャリア液体は、液体入口98を介して(図3に見られるように)マニホールド88bの入口に入り、そこから膜80に分配される。膜のアレイ96を通過した後、現在の飽和キャリアも、出口マニホールド88aに入り、そこから出口を通過して排出される。入口98および出口100は、図1乃至図3に概略的に示されるホースまたは他の液体の導管に接続され、システム3の他のコンポーネントに至る。
未処理の排気ガスは、TEGが含まれているエンジンや汚染ガスの他の源からの未処理(生)の排気ガスを排出する入口プレナム32を介して、ハウジング64に入る。ガスはハウジング64の内部を通って流れ、膜のアレイ96に接触しながらガスがプレナム36へと移動する。膜のアレイ96は本質的に、ハウジング64の内部を満たしているので、ガスがハウジング内を通って流れればガスの大部分は少なくとも1つの膜の壁90に接触する。排気ガスと膜表面との間の接触の量は、膜80の大きさおよび間隔、並びにハウジング64を通るガス流の速度などのアレイ96の構成を含むいくつかの要因によって決定される。接触の増大は、膜のより近い間隔や、膜のより多い数によって得ることができるが、これは背圧やその他の要因の増加の可能性に対してバランスされなければならない。
その結果、エンジンは、予測される放出物源と、エンジン性能の大幅な低下を引き起こすことなく、装置3によって課すことができる背圧なとの要因とを提供する故に、所定の大きさのハウジング内に含めることができる数の管状膜を含む膜のアレイ96の構成は、エンジンのパラメータにある程度依存する。
その結果、エンジンは、予測される放出物源と、エンジン性能の大幅な低下を引き起こすことなく、装置3によって課すことができる背圧なとの要因とを提供する故に、所定の大きさのハウジング内に含めることができる数の管状膜を含む膜のアレイ96の構成は、エンジンのパラメータにある程度依存する。
図5および図6は、ハウジング64を通るそれぞれのガスとキャリアの流路において、ガスおよび液体の流れが膜80の対向する表面に接触していることを概略的に示している。示されるように、液体72が軸穴92または膜80を介して流れると共に放出ガス1が膜80の外部に接触している。生の放出ガス1が膜80の表面に接触しているので、ガス1中のTEG分子68は、膜80を通して、高いガス濃度(高ガス圧)の領域からを低いガス濃度(低ガス分圧)の領域に透過する。非TEG分子147は、膜80から除外され、そして膜80の外部のハウジング64内部にて濃縮されるので、非TEG成分が豊富で且つ減少したTEG量を含む濃縮放出物ガスを形成する。
このように、膜80の外部は、膜の壁90の高い分圧側で構成され、その中では、排気ガス中のTEGの分圧は軸穴92内を循環するキャリアの分圧と比較して相対的に高い。分圧の差は、TEGを膜80の外部から内部へ駆動させる。キャリア72は膜80内を通って流れ、TEGの低いガス分圧を一貫して維持する。
TEG分子68は拡散のフィックの法則により、膜を通して拡散し、そして、低圧側の膜材料を出て、そこで、それらは透過物液体72中に溶解し、または液体72と結合する。そして、分離された排気ガス(非TEG分子3が豊富でTEG分子68が乏しいガス)は、ハウジング64を出て、大気中に排出される。
(キャリアに応じて)溶解または結合した形態でTEG68を担持するキャリア液体72は、その後、ハウジング64を出て、ガス脱離容器24に循環される。脱離容器24は、図19に概略的に示されている。該容器24は、その中にILを保持すタンクを備える。該容器24は、ガス担持ILのための入口102と、リサイクル(非ガス担持)のためのIL液体出口104と、イオン液体から分離されたガスのガス導管108への排出ためのガス出口25と、を備える。タンクは、ステンレス鋼または低炭素鋼のタンク壁を含むことができる。タンク内の圧力は、導管内の流体の圧力に比べて減少される。タンク24はまた、熱交換器を介して上昇された温度に維持される。加熱流体は、入口360に入り、タンク内で脱ガス処理される。脱離容器24内にて、イオン液体に溶解しているTEG(例えば、SOX、NOX、またはCOXなど)は脱ガス処理され、吸着モジュール26内におけるこれらの条件に関係する減圧および/または高温の条件下で気泡として溶液から放出される。必要に応じて、電荷が容器24内で印加され、ガス分離ステップの効率を向上させることができる。放出されたガスは、タンク24内の液体入口102上方の領域に蓄積される。分離されたガスがガス出口25から放出される。排出されるガスは、その後、ガス貯蔵タンク28内に貯蔵するために圧縮機46で加圧される。圧縮されたガスはその後、陸上で安全に処分される。ILは、出口104から排出されて再使用される前に熱交換器を介して冷却される。冷却材流体は入口362に入り、出口363を出る。タンク24内において析出した塩と不溶性化合物は底部に沈殿する。これらは定期的にバルブ365を経由して清浄することができる。
キャリア液72は、TEG分子と結合して一般的に促進輸送と呼ばれる現象によって拡散効率を増加させるタスク特定のイオン液体(TSIL)を含むことができる。
単独または組み合わせのいずれかで、本発明において使用することができるTSILの例としては、以下のものが挙げられる。
1,1,3,3−テトラメチルグアニジニウムラクタート[TMG][L]
モノエタノールアンモニウムラクタート[MELA][L]
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート[BMIm][BF4]
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[BMIm][MeS04]
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[HMIm][MeS04]
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[EMIm][MeS04]
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート[BMIm][PF6]
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート[BMIM]OTf
1−ブチル−3−メチル−イミダゾリウムヘキサフルオロホスファート([C4mim][PF6])
1,1,3,3−テトラメチルグアニジニウムラクタート[TMG][L]
モノエタノールアンモニウムラクタート[MELA][L]
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート[BMIm][BF4]
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[BMIm][MeS04]
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[HMIm][MeS04]
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[EMIm][MeS04]
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート[BMIm][PF6]
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート[BMIM]OTf
1−ブチル−3−メチル−イミダゾリウムヘキサフルオロホスファート([C4mim][PF6])
また、キャリア150は、放出の流れから硫黄酸化物を吸着し、硫黄の酸類を中和するために使用することができる、水酸化ナトリウムを含んでもよい。
図7乃至図12は、ガス処理システム20の他の実施例を示す。
図7に示すシステム20の一実施例は、船300に設置された「開放」システムである。本実施例では、キャリア液体72は海水または淡水などの水を含み、容器の周囲の水環境からポンプで汲み上げられ、1つ以上のTEG化合物が水に溶解された後、排出され戻される。水(特に海水)が放出の流れから硫黄酸化物を吸着し、硫黄の酸類を中和することができる。船舶ディーゼルエンジン302によって生成されたガスは排気管34に排出される。導管34は入口マニホールド32を介して吸着ユニット22に開口している。脱離ユニット22内では、複数(ここでは4つ)のガス吸着モジュール26a−dが搭載され、これらはハウジング30中に直列に直線状に配置されている。排気ガスはハウジング30を通って、モジュール26a−d内のそれぞれの膜接合体66に接触し、排出導管38を介して大気中に排出される。
図7の実施例では、海水(または、船が淡水環境で運行している場合は淡水)は、船300の外側端304に一端が開く入口管304を介して周囲の水から引きこまれる。入口管304は管スプリッタ306に入り、ここで水の流れが4つの個別管308a−dへ分岐され、それぞれの吸着モジュール26a、26b、26cおよび26dの対応する入口マニホールドへ順番に供給される。モジュール26a−dは、キャリアが各モジュールを介して並列に供給されているキャリアの循環に関して、並列に動作する。海や淡水はそれぞれのモジュールを循環し、それぞれのモジュールを通過する排気からそこに溶解されるTEGで、飽和状態になる。飽和水は、共通の排出導管310に収集され、海に排出し戻される。水は水循環システムの出口端でポンプ312によってシステムを通して圧送される。ポンプ312は、以下に説明するように、ポンプコントローラ314によって制御される。
複数のモジュールは、同一または異なっていてもよい。異なるモジュールの場合には、膜接合体は、その中に別のTEGを吸着するために異なる孔径および/または膜の壁厚で構成することができる。図7は、4つのモジュール26a−dを示しているが、更に、モジュールの数は、排気ガスの流速、所望のTEG低減レベルおよび他のパラメータに応じて設けてもよい。
図8に示す実施例は図7と同様に「開」システムである。しかしながら、図8の例では、モジュール26a−dと平行なキャリアの配管よりむしろ、キャリア(海/淡水)は直列に、すなわち順次分配されている。このように、水の入口導管304は最初はモジュール26aに水を供給し、そこから水はモジュール26bなどに排出され、最終的にモジュール26dから排出され周囲の海水に戻される。図8は、排水の酸性度を減らすために海への排出前に飽和海水に選択的に導入されるMgOHなどの中和化合物を分配することができるように、必要があれば付加されるコンポーネントを示し、これは、酸の排出に対し適用される規制の制限を遵守するためのものである。塩基性溶液は、タンク316内に貯蔵され、導管318を介して水管路310に排出される。塩基性溶液は、pH検出器54によって検出される飽和水でのpHレベルに応じて、コントローラ200によって制御されるポンプ320によって、圧送される。塩基性溶液は、たとえば規制遵守のために、選択されたレベルによってその中の酸性度を減少させるために選択された速度で飽和キャリア液と混合される。
図9はシステム20の「閉ループ」バージョンを示しており、この中で、キャリア液72は50パーセント(50%)V:V、NaOH:水溶液からなり、これはシステム20を介して循環される。本実施例において、エンジン排気はガス吸着ユニット22を通って流れ、この例ではユニット22は4つのTEG吸着モジュール26a−dを含む。脱離容器24からの不飽和キャリア液体は、可変速ポンプ44により吸着ユニット22を介して圧送され、モジュール26a−dを介して連続的に循環される。ポンプ44は、コントローラ200と動作可能に通信するポンプコントローラによって制御される。吸着ユニット22内において、エンジン排気1からの熱は、キャリア液体の温度を上昇させ、キャリア液体に硫黄酸化物などのTEGの化合物68を吸着させ、それらをキャリア液体72内で溶液中に溶解させる。その酸性の硫黄酸化物分子は、水酸化ナトリウムのキャリア液体内で中和される。脱離容器24内において、キャリア液体72が冷却され、溶解しているTEGが固体として沈殿322として析出する。TEGが硫黄酸化物を含む場合、沈殿物は、硫化物を含む。沈殿物322は容器24の底部に蓄積し、上陸して廃棄のために定期的に除去することができる。脱離容器24内でのキャリア液体72の冷却は、熱交換器324によって実行することができる。周囲環境からの水は、ポンプ325によって、熱交換器324、水導管326を介して循環される。ポンプ325は、コントローラ200と動作可能に通信なポンプコントローラ328によって制御される。
図10は、不飽和キャリア液体72がポンプ46によって加圧され、入口導管40を介して吸着器22に入るシステム20の実施例を示す。キャリアは、複数の吸着モジュール26a−dを通って順番に流れる。その後、現在の飽和キャリアは排出導管42を通って流れ、ポンプ44によって加圧され、脱離容器24内の脱離容器24に入る。脱離容器24内では、キャリア液体は、例えば容器24内の減圧によって吸着したTEG化合物68が液体72から脱ガス処理される条件に供される。分離されたTEG化合物68は、容器24の開口25を通して導管45へ気相状態で放出される。TEGガスは、貯蔵容器28内に圧縮機47によって加圧される。そして不飽和キャリアは、入口導管40を介してポンプにおより吸着ユニット22へ戻される。図10の実施例は、その中で循環するキャリア液体がイオン液体である「ゼロ排出」モードで動作するように構成されている。
図11は、2つの吸着モジュール26aおよび26bを有する図10に類似の実施例を示している。キャリア液体は、モジュール26aと26bの内部にて飽和される。飽和キャリア液体は導管42を介して脱離容器24内に導かれ、ここで、脱加圧された液体により脱ガス処理される。不飽和液体はモジュール26aおよび26bを通して導管40を介して再循環される。本実施例では、単一のポンプ46は、容器24内の液体を減圧することによってのみ実行されるように飽和キャリア液体の系および脱ガス処理を介してキャリア液体を循環させるために設けられている。
図12は、選択されたTEGが独立して除去され貯蔵されるゼロ排出モードにおいて、選択された複数のTEGを独立して分離して貯蔵するように構成されたシステム20の実施例を示している。本実施例では、吸着ユニット6は、吸着モジュール26a−fを含む。モジュールは、第1ペア26aおよび26b、並びに第2ペア26cおよび26dなどの3つのペアで配置されている。モジュールのそれぞれのペアは、ペアのそれぞれのモジュールを介して直列にキャリアを流すように構成されている。異なるキャリア液体は、個別に選択されたTEGを分離するために、独立した回路内のモジュールのそれぞれのペアを通って循環している。第1の閉キャリア液体ループは、モジュール26aおよび26bを介してキャリアを循環させる第1のキャリアの入口部40aを備える。第1のループから飽和キャリアは、排出導管42a、第1の脱離容器24aに排出される。容器24a内において、第1のTEG68aがキャリア液体から分離され、第1のガス貯蔵容器28aの中へ加圧される。第2の閉ループは、モジュールの第2のペア26cおよびdと第2の脱離容器24bとを介して不飽和キャリアを循環させる導管40bおよび42bを備える。第2のガス貯蔵容器28bは第2のTEG部68bを貯蔵するために設けられている。第3の閉ループは、第3のTEG68cを分離し、保存するために同様に構成されている。キャリア液体72は、管42a−cを介してモジュール26a−fへ流れて戻り、3つの独立した流体回路が完結する。それぞれのキャリア液体は、特定のTEGを吸着するように選択された3つの異なるイオン液体を含むことができる。例えば、キャリア液体は、
1)SOxを吸着する1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[BMIM][MeS04]、
2)CO2を吸着する1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート([C4mim][PF6])、および
3)NOxを吸着する1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート[BMIM]OTf、を含むことができる。
1)SOxを吸着する1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[BMIM][MeS04]、
2)CO2を吸着する1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート([C4mim][PF6])、および
3)NOxを吸着する1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート[BMIM]OTf、を含むことができる。
TEG脱離システムの更なる別の実施例は、図18に示されている。この実施例では、飽和キャリア液体は、脱離容器24内に入口導管102を介して入り、脱離室24の上部の容器24内に出る。チャンバ24に入る圧力低下は液体に脱ガスを引き起こし、TEGを解放する。気相のTEGは、その後、導管25を介して排出され、導管108を介して圧縮機46によって貯蔵容器28内に圧送される。チャンバ24内の液体は、チャンバ内密封管25を介して冷却流体を循環させることにより冷却される。冷却流体は、管360を介して入り、管361によって排出される。不飽和キャリア液体は、チャンバ24をそのベース近くで出て、第2の容器に入る。キャリア液体は、更に、第2の容器の内部の密封管を介して循環される追加の冷却流体により第2の容器内で冷却される。追加の冷却剤は、管362を介して入り、管363を介して出る。そして、冷却されたキャリア液体は、1つ以上のガス吸着モジュール26(図示せず)内で循環するため、排出導管104を介して第2の容器から出る。
「ゼロ排出モード」実施例で使用されるキャリアは、タスク特定イオン液体「TSIL」であってもよい。TSILは可逆的キャリアを含む。これは、TEG+TSIL溶液7(溶解TEGを含むIL)が、差動圧力、温度および/または電位を印加することによって脱離容器28a−c内で分離されることを可能にする。
処理システム20は、通常、エンジンの圧力で動作することができる。いくつかの例では、システム20は、エンジンの設計または製造者が課した要件とターボユニット、熱交換器、管ベンドなどの圧力をバックアップするために貢献する他のシステムの数とに応じて、過剰な背圧を発生させることができる。背圧が所定の最大値を超える場合、ブースタファン10は、システム20によって課せられた背圧を減少させるために、システム20の上流の排気圧力を高めるために設けることができる。
一実施例では、エンジン排気からの熱は、ハウジング64に入る前に、熱交換器で抽出される。これは2つの利点を提供する。第1の利点は、船舶排気の温度を特定のポリマー膜とTSILsの低い動作温度範囲内に低下させることである。第2の利点は、TEG+TSILを解離する温度差を提供するために、捕捉した熱エネルギーを適用できることである。システム全体の熱効率は改善され、システムを操作するためのエネルギーを低減する。
脱離容器24は真空に近い圧力で運転され、TEGとTSILの解離速度を改善する。TEGとTSILの分離を改善するために、電位が印加されてもよい。
TEGは、脱離容器24a−c内のガスとして解放され、加圧された容器中に収集、保存され、または、固体として保存するための化合物として結合される。TSILは脱離容器24a−c内で液体のままである。TSILはガス吸着ユニット22にポンプで戻される。
TSILの補足量が貯蔵容器から定期的に添加され、蒸発または化学分解によって失われた任意のTSILを置き換えてもよい。
図13に概略的に示されているように、吸着システム20は以下に記載のモニタおよび検出器を含み、システムの動作中に、選択されたシステム動作パラメータを監視してその結果のデータをコントローラ200に送信する。これらは、膜モジュール26へ入る前のキャリア圧力を測定する上流液体の圧力検出器56と、検出された圧力差分がそれぞれの膜接合体66内で主として生じる圧力低下を示す膜接合体それぞれの下流のキャリア圧力を測定する複数の下流液体の圧力検出器58と、各膜モジュール26を出るキャリアのpHを測定するそれぞれの膜接合体の下流に位置する複数のpH検出器54と、を含む。必要に応じて、pH検出器が、膜モジュール26の上流側に設けられてもよく、pH検出器は膜モジュール26を通って流れる前にキャリア液体のpHレベルを検出して、それによってpH差の測定を可能にする。
ガス処理システム20の動作のための制御システム200について説明する。システム20の動作は、物質移動、またはヘンリーの法則の原理を利用して、膜を介して吸着される排気ガスが十分に接触することを可能にすることを保証するために、物質移動または吸着排気を最適化するように構成されている。制御システム200は一般的に、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、ハードドライブなどのデータ記憶モジュール、並びにディスプレイおよびデータ入力端子を含むユーザーインターフェース330、を含むコンピュータプロセッサを備える。制御システム200は、本明細書に記載された検出器と、調整可能なバルブ、ポンプ、圧縮機などの本明細書に記載された種々の制御コンポーネントと、ガス処理システム20の操作を可能とする本明細書に記載の他の調節可能な構成要素とに、無線または有線のデータ通信リンクを介して動作可能に通信している。
図13に見られるように、複数のpH検出器54および圧力検出器58は、それぞれのキャリアの排出導管42内に設けられている。pH検出器54はpH信号プロセッサ350にデータを送信する。圧力検出器58は圧力信号プロセッサ352にデータを送信する。それぞれの信号プロセッサは、コントローラ200またはその中の組込部品と通信する独立ユニットを含むことができる。バルブ332a−dは、それぞれの吸着モジュール26a−dへのキャリアの流れを制御するために、それぞれのキャリア入口導管40内に設けられている。バルブ332a−dは、サーボモータバルブコントローラ354によって独立して制御される。TEGレベル検出器62は、選択されたTEGのレベル(複数可)を検出するために排気ガスの排出管38内に設けられている。TEG信号処理プロセッサ356はTEGレベル検出器62によって生成された信号に応答する。ポンプモータコントローラ334は、水ポンプ44の動作を制御するために、水ポンプ44と通信で関連している。上記検出器類、検出器およびコントローラは、制御システム200のメインプロセッサに動作可能にリンクされ、順番に運用システムバス336を介してユーザーインターフェース356に動作可能にリンクされている。
図14は、制御システム200の動作を示すフローチャートである。
この図において、
TEGc=目標放出ガス濃度(吸着ユニット22を通過した後の漏斗(排気口)での検出器62での測定値)
TEGc=目標放出ガス濃度(吸着ユニット22を通過した後の漏斗(排気口)での検出器62での測定値)
TEGa=目標放出ガス許容限度(SOXでは例えば25ppm)
X=カウンタ指標(動作および非動作であるガス吸着モジュール26の数を追跡する値)
N=モジュールシステム20で使用可能なモジュール26の合計数(例えば、Nは8MWエンジン20のモジュール数N=20)
制御システム200は、システムを初期化動作して、次のステップに従って吸着モジュール20の性能を監視する。
1.ステップ400において、スタンバイモードからの制御システム200の電源をオンにする。このステップは、船舶エンジンの電源が投入された前または後のいずれかで行われることができる。
2.ステップ402において、制御システム200に入り、システムで使用可能なガス吸着モジュール26の数のユーザーインターフェースを形成する。このステップは、制御システムに予めプログラムすることができる。以前に実行されない場合は、モジュール26の通常の動作圧力も入力され得る。
3.ステップ404において、ガス検出器62でTEGcを測定し、ステップ406でのTEGaの値と比較する。ステップ406は更に、最適な効率レベルで作動すべきシステム20のモジュール数を決定することを含む。例えば、システムは20個のモジュールを含んでもよく、制御システム200は、15個のモジュールが目標TEGの減少を得るために必要であることを決定することができる。
4.未処理エンジン排気が選択値以下のTEG値の低レベルである場合(TEGcがTEGa未満)、システムはオンにならないで、ステップ408でスタンバイモードに戻る。TEGcレベルがTECa値を超えた場合、システムはステップ410の動作中に入る。
5.システムが作動させている場合、第1のモジュール26a用の液体流量バルブ332aはステップ412で作動されて、液体ポンプ44がステップ414で作動されL/Nの速度で実行される。これは、可変速度制御を提供する。例えば、システムが20個のモジュールを含み、かつ制御システム200がわずか15個のモジュールが目標TEGの減少を提供するために必要であると判断した場合、ポンプ44は、完全動作速度の15/20で実行される。これによって、システムを作動させるための電力要件を低減する。その後、システムは、以下に記載のステップに従って、選択した数のモジュールのテストを実行する。ポンプ312はポンプコントローラ314によって制御される。ポンプコントローラは、コントローラ200またはその中に組み込まれたものに応答するユニットである。
6.溶液のpHは、ステップ416で、pH検出器54により第1の吸着モジュール26aの出口で測定される。この値は図14にpHXとして示される。このpHレベルは、ステップ418において、所定の値と比較される。SOX、NOX、COXなどの酸性ガスが液体中に抽出された場合、これは、膜を通って循環する液体を酸性化する。酸性化のレベルは、汚染やTEGの吸着不能となっているかどうかを決定するために使用される。ここで、目標レベル(pHt)を超えるpH低下は膜接合体が完全に機能している膜であることを示し、この目標レベルを超えてないpH低下は膜接合体が汚染されている膜であることを示す。これにより、膜を視覚的に検査する必要性が回避されるようになる。pH差がモジュールの両端間で0.1未満である場合、これは、酸性ガスがモジュール26によって吸着されず、膜がその中で汚染されることを示している。参考のため、海水のpHは、一般的に7.5と8.4の間の範囲に制限されている。
7.pHXがpHtに到達しない、膜接合体66aの汚染を示す場合、バルブ332aはステップ420でオフとされ、ユニットを遮断して、要求されたサービスがインジケータ426にてステップ422で作動される。これは、影響を受けたモジュールにサービスを提供するために、信号を送信する。必要に応じて、該信号は船上モニタに送信され、また、無線で、容器の呼び出しの次の港湾で交換用モジュールの手配をすることができる陸上オペレータの両方に送信されることができる。pHがpHT未満のままであることがステップ416で検出された場合、システムはステップ424に進む。
8.ステップ424において、キャリアの圧力は、キャリア排出導管内の膜の出口側(Px)で測定される。ステップ425において、この圧力は、圧力低下を決定するために、圧力検出器56により検出された入力圧力と比較される。所定のレベル(圧力許容レベルPt)を超える圧力低下は、例えば、チューブまたはシールの破断によって引き起こされる漏れを示す。
9.漏れまたは破断チューブがある場合、制御システムは、ステップ428でバルブを閉じて、ステップ430でアラームを鳴らす。これは、システムがサービスをスケジュールするための呼び出し衛星信号を次の港湾に送ること可能とする。
10.過大な圧力低下が検出されない場合、上記のステップは、ステップ432と434で、その後のモジュール26b,cなど(X=X+i)のために繰り返され、これらのモジュールのいずれかが汚損または漏洩しているかどうかを決定する。上記のステップは、ステップ406で決定されるように、目標の効率で動作するために必要なモジュールの最適数に対して実行されると、コントローラ200は、ステップ408に示すように、このモジュールの数でもって、最適な効率の対応するポンプ速度にて、システムを実行し続ける。
テストは、本発明のシステムを用いて得られた運用結果を表示するために行われている。かかるテスト結果は、下記のグラフに要約されている。
図15は、SOXの吸着率に関する水キャリア温度の影響を示す。低い水の温度は、吸着率を増加させる。
図16は、SOXの吸着率に関する水(キャリア)流速の影響を示している。より速い流速は、吸着率を増加させる。
図17は、排気ガスの流速とSOXの吸着率との関係を示している。効率は、所定の「設計」の流速を超えて流速が増加するにつれて低下する。
本発明は、本明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む明細書全体で定義された本発明の概念の範囲内で広く適用されることが意図される。
Claims (54)
- エンジン排気ガスの源からの目標放出ガス(TEG)の濃度を減少させる方法であって、
中空繊維半透過性セラミックの膜の少なくとも1つのアレイを含む密閉空間へ、前記エンジン排気ガスを前記源から誘導して、前記排気ガスが前記膜の外部表面に接触して、前記排気ガス内のTEG化合物が選択的に前記膜を透過することにより、前記排気ガス内の前記TEGの濃度を低下させるステップと、
前記TEGを保持可能なキャリア液体を前記中空繊維セラミックの膜の軸穴を介して循環させて、前記キャリア液体内の前記TEG化合物の濃度を上昇させるステップと、
前記密閉空間から減少したTEGの濃度の前記排気ガスを排気し、排出またはリサイクルのために前記中空繊維セラミックの膜のアレイから前記TEG化合物を含む前記キャリア液体を除去するステップと、を含む方法。 - 前記液体が前記膜のアレイから環境中に排出される請求項1に記載の方法。
- 前記キャリア液体が前記膜のアレイから除去された後、前記TEGが前記キャリア液体から分離されて、その前記キャリア液体中の濃度が低減され、前記キャリア液体が前記膜のアレイを通してリサイクルされる請求項1に記載の方法。
- 前記キャリア液体は、イオン液体、必要に応じて水酸化ナトリウムを含有する塩基性溶液、淡水または海水の1つを含む請求項1に記載の方法。
- 前記イオン液体は前記TEGに特異的であるタスク特定のイオン液体(TSIL)を含む請求項4に記載の方法。
- 前記キャリア液体がイオン液体であり、前記膜のアレイを介して前記キャリア液体を貯蔵およびリサイクルするために、前記キャリア液体から前記TEG化合物を分離するステップを更に含む請求項4に記載の方法。
- 前記イオン液体が、
1,1,3,3−テトラメチルグアニジニウムラクタート[TMG][L];
モノエタノールアンモニウムラクタート[MEA][L];
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート[BMIm][BF4];
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[BMIm][MeS04];
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[HMIm][MeS04];
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[EMIm][MeS04];
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート[BMIm][PF6];
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート[BMIM]OTf;または
1−ブチル−3−メチル−イミダゾリウムヘキサフルオロホスファート([C4mim][PF6])の1つ以上である請求項4乃至6のいずれか1つに記載の方法。 - 前記エンジンが船舶ディーゼルエンジンである請求項1乃至7のいずれか1つに記載の方法。
- 前記TEGは、硫黄酸化物、窒素酸化物または炭素酸化物の1つ以上を含む請求項1乃至8のいずれか1つに記載の方法。
- 前記キャリア液体は必要に応じてNaOHを含む塩基性溶液であり、前記TEG化合物は接触した場合に前記キャリア液体によって中和される酸を含み、前記方法は前記キャリア液体から前記TEG化合物を沈殿の形態で析出させるステップと前記膜を通る前記キャリア液体をリサイクルするステップとを更に含む請求項1に記載の方法。
- 前記キャリア液体はNaOHを含み、前記析出させるステップステップは前記キャリア液体を冷却するステップを含む請求項10に記載の方法。
- 前記膜のアレイが複数設けられ、前記キャリア液体が前記複数の膜のアレイを介して並列にまたは順番に導入される請求項1乃至11のいずれか1つに記載の方法。
- 未処理排気ガス中のTEGの濃度を決定し、前記未処理ガス中のTEGの濃度を目標レベルに減少させるために必要な液体の流れの最適速度を決定し、液体の流れの前記最適速度に一致するように前記膜のアレイを通る液体の流れの速度を選択的に制御するステップを更に含む請求項1乃至12のいずれか1つに記載の方法。
- 前記アレイを通る前記液体が、所定のレベルを超える圧力低下または所定のレベル未満のpH低下の一方または両方を経験するかどうかを決定することによって、前記TEGの濃度を低減する際に前記膜のアレイの有効性を決定するステップを更に含む請求項1乃至13のいずれか1つに記載の方法。
- 前記膜のアレイはモジュールハウジングに収納されたモジュールを含み、前記液体は、前記排気ガス中のTEG濃度レベルおよび/または前記排気ガスの流速の決定に基づいて選択された数の前記モジュールを介して循環され、前記モジュールは前記決定に応じて選択的に活性化または非活性化される請求項1乃至14のいずれか1つに記載の方法。
- エンジン排気ガスの源からの目標放出ガス(TEG)の濃度を減少させる装置であって、
TEGを含む排気ガスを受けるガス入口および前記排気ガスを排気するガス出口を有するエンジン排気の流れを受けるエンクロージャと、
前記排気ガス内の前記TEGの濃度を減少させる前記エンクロージャ内の少なくとも1つの中空繊維セラミックの膜のアレイであって、前記膜の各々が半透過性の膜壁および中空の軸穴を有し、前記膜壁が前記TEGに対して透過性で且つ非TEGに対し非透過性であり、前記膜のアレイを介して前記排気ガスが循環された時、前記排気ガスが前記膜に接触するように構成された前記膜のアレイと、
前記膜の前記軸穴へのキャリア液体を供給する液体入口と、
前記軸穴で循環した後に前記軸穴から前記キャリア液体を受ける液体出口と、
前記膜の前記軸穴を介して前記キャリアを循環させ、前記膜のアレイを介して排出またはリサイクルするキャリア液体循環サブシステムと、を有する装置。 - 前記液体出口および前記液体入口に連通するキャリア液体リサイクルサブシステムと、前記キャリア液体から少なくとも1つのTEGを除去する部品要素と、を更に有し、前記キャリア液体が前記装置を介した実質的な閉ループ内で循環される請求項16に記載の装置。
- 前記キャリア液体は水を含み、前記装置は前記膜のアレイを介した水の非リサイクル循環のための水入口および水出口を有する請求項16に記載の装置。
- モジュール内に支持された前記膜のアレイを複数有する請求項16乃至18に記載の装置。
- エンジン排気ガスの源からの少なくとも1つの目標放出ガス(TEG)の濃度を減少させるシステムであって、
エンジン排気の流れを受けるエンクロージャと、
前記エンクロージャ内に設置されるように構成された複数のガス処理モジュールであって、前記モジュールの各々がハウジングおよび前記ハウジング内に支持された中空繊維セラミックの膜のアレイを有し、前記膜の各々が半透過性の膜壁および中空の軸穴を有し、前記膜壁が前記TEGに対して透過性で且つ非TEGに対し非透過性であり、前記モジュールが前記エンクロージャ内に設置される時、前記膜のアレイを介して前記排気ガスが循環され、前記排気ガスが前記膜に接触するように構成された前記ガス処理モジュールと、
前記膜の前記軸穴へのキャリア液体を不飽和状態で供給する液体入口と、
前記軸穴で前記TEGが飽和状態で循環した後に前記軸穴から前記キャリア液体を受ける液体出口と、
前記膜の前記軸穴および前記液体入口および液体出口を介して前記キャリアを循環させ、前記膜のアレイを介して排出またはリサイクルするキャリア液体循環サブシステムと、を有し、
前記装置は、前記膜のアレイを介して循環された排気ガスが前記膜に接触して、それによって前記TEGが前記排気ガスから前記キャリア液体へ移るように構成されているシステム。 - 前記液体出口および前記液体入口に連通するキャリア液体リサイクルサブシステムを更に有し、前記リサイクルサブシステムが、前記キャリア液体から少なくとも1つのTEGを除去する装置と、を更に有し、前記キャリア液体が前記装置を介した実質的な閉ループ内で循環される請求項20に記載のシステム。
- 前記キャリア液体は水を含み、前記装置は前記膜のアレイを介した水の非リサイクル循環のための水入口および水出口を有する請求項20に記載のシステム。
- 前記モジュールは、前記軸穴の入口および出口の端部それぞれにおいて前記軸穴と連通している液体入口マニホールドまたは液体出口マニホールドの一方または両方を含む請求項20乃至22のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記膜のアレイを介した循環からの前記キャリア液体中のpH低下を測定する少なくとも1つのpH検出器と前記膜のアレイを介した循環からの前記キャリア液体中の圧力低下を測定する圧力検出器とを更に含み、これら前記検出器は、前記pH低下および/または圧力低下が、TEGの濃度を低減する際に前記膜のアレイの有効なレベル低下を示しているかどうかを決定するために信号プロセッサに動作可能に結合されている請求項20乃至23のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記源からの未処理排気ガス内のTEGの濃度を測定する検出器と、前記検出器および前記システムを通る前記キャリア液体の流速を制御するポンプに動作可能に通信する制御システムとを更に含み、前記制御システムは、TEGの濃度減少の選択されたレベルを達成するために必要なモジュールを通る前記キャリア液体の流速を決定し、前記流速を得るように前記流速を制御するように構成されている請求項20乃至24のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記膜のアレイは、セラミック膜を含む請求項20乃至25のいずれか1つに記載のシステム。
- 請求項16乃至19のいずれか1つに記載の装置または請求項20乃至26のいずれか1つに記載のシステムを有し、前記TEGを溶解する少なくとも1つのキャリア液体を有するキット。
- 前記キャリア液体が1つ以上のイオン液体または水酸化ナトリウムである請求項27に記載のキット。
- 前記イオン液体が、
1,1,3,3−テトラメチルグアニジニウムラクタート[TMG][L];
モノエタノールアンモニウムラクタート[MEA][L];
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート[BMIm][BF4];
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[BMIm][MeS04];
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[HMIm][MeS04];
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート[EMIm][MeS04];
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート[BMIm][PF6];
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート[BMIM]OTf;または、
1−ブチル−3−メチル−イミダゾリウムヘキサフルオロホスファート([C4mim][PF6])の1つ以上を含む請求項28に記載のキット。 - エンジン排気ガスの源からの目標放出ガス(TEG)の濃度を減少させる方法であって、
中空繊維半透過性の膜のアレイを有する少なくとも1つの膜接合体を含む密閉空間へ、前記排気ガスを誘導して、前記排気ガスが前記膜の外部表面に接触して、前記排気ガス内のTEG化合物が選択的に前記膜を透過することにより、前記排気ガス内の前記TEGの濃度を低下させるステップと、
前記TEGを保持可能なキャリア液体を前記膜の軸穴を介して循環させ、前記キャリア液体は塩基性溶液を含み、それにより、少なくとも1つのTEG化合物を前記溶液に吸着させ、前記TEG化合物は、酸性であり且つ前記キャリア液体との接触後に中和されるステップと、
沈殿は、固体沈殿物の形で前記Tキャリア液体から前記TEG化合物を析出するステップと、
前記膜接合体を介して前記キャリア液体をリサイクルするステップと、
必要に応じて機械的に前記キャリア液体から前記固体沈殿物を分離するステップと、を含む方法。 - 前記キャリア液体は水酸化ナトリウム溶液を含み、前記TEG化合物は、硫黄酸化物を含む請求項30に記載の方法。
- 前記方法は船上の容器で実行され、前記TEG化合物は、熱交換器を用いた前記キャリア液体の冷却により析出され、熱交換流体が水である請求項30に記載の方法。
- エンジン排気ガスの源からの目標放出ガス(TEG)の濃度を減少させる方法であって、
中空繊維の膜のアレイを有する少なくとも1つの膜接合体を含む密閉空間へ、前記排気ガスを誘導して、前記排気ガスが前記膜の外部表面に接触して、前記排気ガス内のTEGが選択的に前記膜を透過することにより、前記排気ガス内の前記TEGの濃度を低下させるステップと、
キャリア液体を前記膜の軸穴を介して循環させ、前記キャリア液体はイオン液体を含み、それにより、少なくとも1つのTEGを前記キャリア液体に吸着させるステップと、
前記キャリア液体から前記TEGを分離するステップと、
前記TEGを保存するステップと、
前記膜接合体を介して前記キャリア液体をリサイクルするステップと、を含む方法。 - 前記イオン液体が、
1,1,3,3−テトラメチルグアニジニウムラクタート;
モノエタノールアンモニウムラクタート;
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート;
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート;
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート;
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート;
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート;
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート;または、
1−ブチル−3−メチル−イミダゾリウムヘキサフルオロホスファートの1つ以上を含む請求項33に記載の方法。 - 前記キャリア液体はタスク特定のイオン液体(TSIL)を含む請求項33に記載の方法。
- 分離するステップは、
前記キャリア液体を加熱するステップと、
前記キャリア液体を圧力低下の状態におくステップと、
前記キャリア液体を電荷下の状態におくステップと、の1つ以上を含む請求項33に記載の方法。 - 独立したキャリア液体回路を介した前記膜接合体の複数を介してキャリア液体を循環させるステップを更に含み、前記回路の各々は、前記排気から異なるTEG化合物を差動的に分離して、前記異なるTEG化合物が独立して隔離されおよび保存されるように構成された請求項33に記載の方法。
- 前記差動的に分離するステップは、前記回路内で異なるキャリア液体を使用するステップ、前記膜のアレイ内で異なる膜を使用するステップ、または、前記膜のアレイ内で温度または圧力の異なる条件を提供するステップ、の1つ以上を含む請求項37に記載の方法。
- 前記差動的に分離するステップは、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムメチルスルファート;
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナート;または、
1−ブチル−3−メチル−イミダゾリウムヘキサフルオロホスファートの1つ以上のキャリア液体の使用を含む請求項38に記載の方法。 - エンジン排気ガスの源からの少なくとも1つの目標放出ガス(TEG)化合物の濃度を減少させるシステムであって、
源から排気ガスの流れを受けるエンクロージャと、
中空繊維の膜のアレイを有する少なくとも1つの膜接合体であって、前記排気ガス内のTEG化合物が選択的に前記膜を透過することにより、前記排気ガス内の前記TEG化合物の濃度を低下させる前記膜接合体と、
前記膜の軸穴を介して不飽和キャリア液体を供給する入口と、
前記膜接合体から少なくとも部分的に飽和キャリア液体を受ける出口と、
前記キャリア液体から前記TEG化合物を分離する少なくとも1つのガス分離部品要素を有し、前記飽和キャリア液体から前記TEG化合物を分離する脱離容器と、
前記分離されたTEGと、前記分離されたTEGを前記脱離容器から前記ガス貯蔵容器へ転送するガス転送成分とを貯蔵するガス貯蔵容器と、
前記システムを介して閉ループ内で前記キャリア液体を循環させるキャリア液体循環サブシステムと、を含むシステム。 - 前記ガス分離部品要素は、ヒータ、前記膜接合体に対して前記容器内の減圧を維持する圧力解放装置、または、前記容器内に電荷を印加する電荷装置の1つ以上を有する請求項40に記載のシステム。
- 前記キャリア液体としてイオン液体またはタスク特定のイオン液体を使用するように構成された請求項40に記載のシステム。
- 前記膜接合体が複数の膜モジュールを有し、前記キャリア液体循環サブシステムは、前記モジュールを介して前記キャリア液体を並列または順番に循環するように構成された請求項40に記載のシステム。
- 前記膜のアレイを介した循環からの前記キャリア液体中のpH低下を測定する少なくとも1つのpH検出器と前記膜のアレイを介した循環からの前記キャリア液体中の圧力低下を測定する圧力検出器とを更に含み、これら前記検出器は、前記pH低下および/または圧力低下が、TEGの濃度を低減する際に前記膜のアレイの有効なレベル低下を示しているかどうかを決定するために信号プロセッサに動作可能に結合されている請求項40に記載のシステム。
- 前記源からの未処理排気ガス内のTEGの濃度を測定する検出器と、前記検出器および前記システムを通る前記キャリア液体の流速を制御するポンプに動作可能に通信する制御システムとを更に含み、前記制御システムは、TEGの濃度減少の選択されたレベルを達成するために必要なモジュールを通る前記キャリア液体の流速を決定し、前記流速を得るように前記流速を制御するように構成されている請求項40乃至44のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記膜のアレイは、セラミック膜を含む請求項40乃至45のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記液体循環サブシステムの動作を制御する制御システムを更に有し、前記制御システムは、TEG減少の選択されたレベルに応じて、前記キャリア液体の前記循環の速度を制御するように構成され、前記速度は、最大循環能力で動作するときに前記システムによって達成可能な最大TEG減少に対して目標TEG減少を比較して決定される請求項40乃至46のいずれか1つに記載のシステム。
- エンジン排気ガスの源からの目標放出ガス(TEG)化合物の濃度を減少させるシステムであって、
排気ガスの流れを受けるエンクロージャと、
中空繊維の膜のアレイを有する少なくとも1つの膜接合体であって、前記排気ガス内のTEGが選択的に前記膜を透過することにより、前記排気ガス内の前記TEGの濃度を低下させる前記膜接合体と、
前記膜の軸穴を介して不飽和キャリア液体を供給する入口と、
前記膜接合体から少なくとも部分的に飽和キャリア液体を受ける出口と、
前記キャリア液体から前記TEGを分離する少なくとも1つのガス分離部品要素を有し、前記飽和キャリア液体から前記TEGを分離する脱離容器と、
前記システムを介して閉ループ内で前記キャリア液体を循環させるキャリア液体循環サブシステムと、を含むシステム。 - 前記キャリア液体として中和溶液を循環させ、前記排気から選択的に酸形成TEGを除去するように構成され、前記ガス分離部品要素は、前記キャリア液体から溶解したTEGを固体として沈殿させる沈殿部品要素を含む請求項48に記載のシステム。
- 前記沈殿部品要素は、前記液体を十分に冷却して前記液体から前記TEGの少なくとも実質的な部分を沈殿させる冷却器である請求項49に記載のシステム。
- 船舶に搭載されるように構成され、前記冷却器は、冷却流体として海水を使用するように構成された熱交換器を有する請求項50に記載のシステム。
- 前記膜のアレイを介した循環からの前記キャリア液体中のpH低下を測定する少なくとも1つのpH検出器と前記膜のアレイを介した循環からの前記キャリア液体中の圧力低下を測定する圧力検出器とを更に含み、これら前記検出器は、前記pH低下および/または圧力低下が、TEGの濃度を低減する際に前記膜のアレイの有効なレベル低下を示しているかどうかを決定するために信号プロセッサに動作可能に結合されている請求項48乃至51のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記源からの未処理排気ガス内のTEGの濃度を測定する検出器と、前記検出器および前記システムを通る前記キャリア液体の流速を制御するポンプに動作可能に通信する制御システムとを更に含み、前記制御システムは、TEGの濃度減少の選択されたレベルを達成するために必要なモジュールを通る前記キャリア液体の流速を決定し、前記流速を得るように前記流速を制御するように構成されている請求項48乃至52のいずれか1つに記載のシステム。
- 前記膜のアレイは、セラミック膜を含む請求項48乃至53のいずれか1つに記載のシステム。
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