JP6113774B2 - Internal combustion engine and method for removing sulfur oxides from exhaust gas - Google Patents
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Description
本発明は、複数の燃焼チャンバを備えた複数のシリンダと、排気系とを具備する、海洋船のための内燃機関に関する。排気系は、少なくとも、塩基貯蔵タンクと、バッファタンクと、スクラビングユニットとを有し、前記塩基貯蔵タンクは、塩基ドーズラインを通って前記バッファタンクに塩基を供給するためのドーズ装置を有し、前記バッファタンクには、さらに、準備されたスクラビング用の水の供給ラインを介して前記スクラビングユニットの準備されたスクラビング用の水の流入部に接続されたアルカリ性のスクラビング用の水の供給ラインの流出部が設けられ、前記バッファタンクは、さらに、スクラビング用の水の流入部を有し、前記スクラビングユニットは、さらに、スプリッタを介して前記スクラビング用の水の流入部に接続される、使い尽くしたスクラビング用の水の流出部を有し、前記スクラビングユニットは、さらに、前記燃焼チャンバから生じる１以上の排気ガス流入部と、ＳＯｘ減少排気ガス流出部とを有する。他の態様では、本発明は、排気ガスから硫黄酸化物を除去する方法に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine for a marine vessel comprising a plurality of cylinders with a plurality of combustion chambers and an exhaust system. The exhaust system has at least a base storage tank, a buffer tank, and a scrubbing unit, and the base storage tank has a dose device for supplying a base to the buffer tank through a base dose line, The buffer tank further includes an outlet of an alkaline scrubbing water supply line connected to a prepared scrubbing water inlet of the scrubbing unit via a prepared scrubbing water supply line. The buffer tank further has an inflow portion for scrubbing water, and the scrubbing unit is further connected to the inflow portion for scrubbing water via a splitter. A scrubbing water outlet, and the scrubbing unit further includes the combustion chamber. Having 1 or more and the exhaust gas inlet, and a SO x reduction exhaust gas outflow part resulting from. In another aspect, the present invention relates to a method for removing sulfur oxides from exhaust gas.
低硫黄燃料油を燃焼するか、排気ガスを浄化することによって、船からのＳＯｘの排出を削減する必要がある。過去数年、大口径の内燃機関ディーゼルエンジンの排気の放出に関する国際的及び国内的な法的要求がかなり厳密になってきている。排気ガスの浄化は、よりクリーンな燃料油を使用するよりも費用対効果が高いことが一般に認められている。 Or burning low-sulfur fuel oil, by purifying the exhaust gas, it is necessary to reduce emissions of the SO x from the ship. In the past few years, the international and national legal requirements for exhaust emissions from large-diameter internal combustion engines have become fairly strict. It is generally accepted that exhaust gas purification is more cost effective than using cleaner fuel oil.
湿式ＳＯｘスクラビングは、排気ガスから硫黄酸化物を除去するための方法である。概して、２つのタイプの湿式スクラバ技術がある。「開ループ動作」と定義される１つのタイプのスクラビングでは、海水が海からスクラバにポンプで汲まれ、続いて、再び海に放出される。海水は、当然、炭酸塩及び他の塩類を含み、海に戻すために放出する前に開ループ動作で酸性ガスを中和する。これは、国際公開第２００８／０１５４８７号パンフレットに記載されている。 Wet SO x scrubbing is a method for removing sulfur oxides from exhaust gases. In general, there are two types of wet scrubber technologies. In one type of scrubbing, defined as “open loop operation”, seawater is pumped from the sea to the scrubber and then released back into the sea. Seawater naturally contains carbonates and other salts and neutralizes acid gases in an open loop operation before being released back to the sea. This is described in International Publication No. WO 2008/015487.
「閉ループ動作」と定義される他のタイプのスクラビングでは、真水が閉ループでスクラバへとポンプで汲まれる。スクラバの水のｐＨ値は、スクラバの水が実質的に海に導かれないように、スクラバの水への塩基の追加、及びそれの再利用によって、所望の範囲内のｐＨに維持される。 In another type of scrubbing, defined as “closed loop operation,” fresh water is pumped into the scrubber in a closed loop. The pH value of the scrubber water is maintained at a pH within the desired range by adding a base to the scrubber water and reusing it so that the scrubber water is not substantially led to the sea.
ＳＯｘの除去を容易にする化学反応は、開ループのスクラバでも閉ループのスクラバでも同じである。ＳＯｘは、硫酸塩及びヒドロニウムイオン（Ｈ３Ｏ＋）の形成（又は硫酸（Ｈ２ＳＯ４）及び亜硫酸（Ｈ２ＳＯ３）の形成）の下で水及び酸素と反応する。排気ガス中の硫黄の大部分は、二酸化硫黄（ＳＯ２）の形態である（約９５％）。二酸化硫黄が水と混合されたとき、以下の反応が生じる。
重亜硫酸塩（ＨＳＯ３ −）及び亜硫酸塩（ＳＯ３ ２−）イオンは、塩基を用いた反応によって形成される。
二酸化硫黄が溶解するとき、重硫酸塩及び亜硫酸塩は、酸素も含む水中で硫酸塩（ＳＯ４ ２−）に容易に酸化する。 When sulfur dioxide dissolves, bisulfate and sulfite readily oxidize to sulfate (SO 4 2− ) in water that also contains oxygen.
排気ガス中の硫黄の約５％は、ＳＯ３の形態である。ＳＯ３が水と混合されたとき、以下の反応が生じる。
結果として生じるＨ３Ｏ＋は、硫黄を効率的に除去し、かつスクラバシステムの腐食を回避するために、中和されなければならない。閉ループ動作では、中和は、ほとんどの場合、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）のような水溶性の強塩基を加えることによってなされる。 The resulting H 3 O + must be neutralized to effectively remove sulfur and avoid corrosion of the scrubber system. In closed loop operation, neutralization is most often done by adding a water-soluble strong base such as sodium hydroxide (NaOH).
閉ループ動作のスクラバは、米国特許出願第２００８／００４４３３５号明細書に記載されており、スクラビング溶液は、真水と、加えられた硫黄除去剤とからなり、同様の水酸化ナトリウムがスクラバ中を循環する。硫黄除去剤の量は、過度のスクラビング溶液が循環しないように最適化され、ｐＨは、特に、硫黄酸化物を効率的に除去するために必要とされるのと同量の追加の硫黄除去剤が使用されるのみであるので、おおよそｐＨ６のレベルで低く維持される。 A closed loop operation scrubber is described in US Patent Application No. 2008/0044335, where the scrubbing solution consists of fresh water and added sulfur scavenger, and similar sodium hydroxide circulates in the scrubber. . The amount of sulfur scavenger is optimized so that no excess scrubbing solution is circulated, and the pH is in particular the same amount of additional sulfur scavenger that is needed to efficiently remove sulfur oxides. Is kept low at approximately the pH 6 level.
開ループの形態では、これは、重炭酸塩（ＨＣＯ３ −）によって得られ、海水の自然な一部である。 In the open loop form, this is obtained by bicarbonate (HCO 3 − ) and is a natural part of seawater.
したがって、最終的には、ＳＯ２は、海に放出されるか、岸に上げられる硫酸塩などの塩類として除去される。 Thus, ultimately, SO 2 is removed as salts, such as sulfate, released into the sea or lifted to shore.
閉ループのスクラバの設備では、高効率のＳＯｘの除去を与えるために、所定の窓内でｐＨ値を維持することが必要不可欠である。しかしながら、酸性ガスがスクラビングユニットに入り中和添加物と反応するとともに、ｐＨは下がる。 In a closed loop scrubber facility, it is essential to maintain a pH value within a given window to provide highly efficient SO x removal. However, as the acid gas enters the scrubbing unit and reacts with the neutralizing additive, the pH drops.
現在、ダブルアルカリスクラバが実行するのに簡単であり試薬コストが低いので、ダブルアルカリシステムは、石灰石（炭酸カルシウム）又は消石灰（水酸化カルシウム）のスクラバにまさっている。 Currently, double alkali scrubbers are superior to limestone (calcium carbonate) or slaked lime (calcium hydroxide) scrubbers because they are simple to implement and have low reagent costs.
炭酸ナトリウム又は重炭酸ナトリウムなどのさまざまなアルカリ試薬が使用されている。ナトリウム塩類の可溶性はカルシウム塩類よりもかなり高いので、スクラバでは、全ての塩類は溶液中にあり、液体は実際には固体とは無関係である。亜硫酸ナトリウムを含む液体はスクラバから取り出され、アルカリ度は、廃棄物としての石膏及び炭酸ナトリウム（又は重炭酸塩）のスクラビング溶液を形成している反応タンク中の石灰（ＣａＯ）又は石灰石で再生成される。炭酸ナトリウムの一部は廃棄の流れで失われ、オーバーフロータンクに加えられる必要がある。カルシウムは、スラリー中の石膏又は反応しない炭酸カルシウムとして除去される。 Various alkaline reagents such as sodium carbonate or sodium bicarbonate are used. Because sodium salts are much more soluble than calcium salts, in scrubbers, all salts are in solution and the liquid is actually independent of the solid. Liquid containing sodium sulfite is removed from the scrubber and alkalinity is regenerated with lime (CaO) or limestone in the reaction tank forming a gypsum and sodium carbonate (or bicarbonate) scrubbing solution as waste Is done. Some of the sodium carbonate is lost in the waste stream and needs to be added to the overflow tank. Calcium is removed as gypsum or unreacted calcium carbonate in the slurry.
デュアルアルカリシステムは従来の石灰石のスクラバで生じる大きなスケーリングを克服しているが、沈殿した固体は、亜硫酸塩のような、ガスとスクラバの水との間の反応の生成物を含み、硫酸塩及び炭酸塩がなおも形成される。いくつかの廃棄物は再処理されて再使用されることができるが、石膏のような他のものは、スクラバシステムの塞ぎを引き起こしたり、大きな貯蔵チャンバを必要としたりしうる。 While the dual alkaline system overcomes the large scaling that occurs with conventional limestone scrubbers, the precipitated solids contain the products of the reaction between the gas and the scrubber water, such as sulfites, and the sulfate and Carbonate is still formed. Some waste can be reprocessed and reused, but others like gypsum can cause the scrubber system to become clogged or require a large storage chamber.
米国特許第３，９１９，３９４号は、酸化カルシウム又は水酸化物の使用のスケーリングの問題が、水酸化カルシウムのスクラビングシステムに水酸化マグネシウムを加えることによって克服されるプロセスを記載している。マグネシウムイオンは、スクラバの水のより高いアルカリ度（ｐＨ５．５〜１０．０）により少ない追加塩基を与える。マグネシウム塩がカルシウム塩類よりも高い可溶性を有しているので、カルシウム塩類の形成が減少し、したがって、スクラバシステム内に生じるスケーリングも少ない。しかしながら、ｐＨ１０．０を超えると、水酸化マグネシウムはスクラバの水に溶解せず、スケーリング効果の減少は得られない。したがって、このシステムは、従来のカルシウムのスクラバに基礎を置いている。 US Pat. No. 3,919,394 describes a process in which the scaling problem of using calcium oxide or hydroxide is overcome by adding magnesium hydroxide to a calcium hydroxide scrubbing system. Magnesium ions give less additional base due to the higher alkalinity (pH 5.5-10.0) of scrubber water. Because magnesium salts have a higher solubility than calcium salts, the formation of calcium salts is reduced and therefore less scaling occurs within the scrubber system. However, when the pH exceeds 10.0, the magnesium hydroxide is not dissolved in the water of the scrubber and the scaling effect cannot be reduced. The system is therefore based on a conventional calcium scrubber.
現在のアルカリ性の閉ループのスクラバに関する他の問題は、これらが酸の攻撃によって引き起こされる腐食を被ることであり、したがって、設備は酸耐性である必要がある。腐食を防ぐための試みでは、酸性度を緩和するためにアルカリ性の試薬が加えられる。例えばしばしば使用される水酸化ナトリウムを使用する１つの問題は、排気ガスからの酸性ガスを中和するためにそれを大量に加える必要があることであり、水酸化ナトリウムは高価である。 Another problem with current alkaline closed loop scrubbers is that they suffer from corrosion caused by acid attack and therefore the equipment needs to be acid resistant. In an attempt to prevent corrosion, alkaline reagents are added to reduce acidity. For example, one problem with using sodium hydroxide, which is often used, is that it needs to be added in large quantities to neutralize the acid gas from the exhaust gas, and sodium hydroxide is expensive.
したがって、本発明は、スクラビングの効率を損なうことなく腐食の問題を減らし、同時に動作及び設置コストを減らすことを目的とする。 Accordingly, the present invention aims to reduce corrosion problems without compromising scrubbing efficiency and at the same time reduce operating and installation costs.
この目的のために、一態様における本発明は、排気ガスから硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する方法を提供し、この方法は、
ａ．バッファタンク（Ａ１）に真水に基づいたスクラビング用の水の流れ（Ｌ１）を与える工程と、
ｂ．アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）を得るために、前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）に例えばアルカリ水酸化物、アルカリ土類水酸化物、又は入手可能な強塩基である強塩基を加える工程と、
ｃ．スクラビングユニット（Ａ２）に前記アルカリ性のスクラビング用の水の流れを供給する工程と、
ｄ．硫黄酸化物が減少したスクラブガス（Ｇ２）と、前記硫黄酸化物から形成された沈殿塩及びアルカリ水酸化物からの陽イオンを含む使い尽くしたスクラビング用の水の流れ（Ｌ３）とを得るために、前記スクラビングユニットで前記アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）にＣＯ２を含む排気ガス（Ｇ１）を与える工程と、
ｅ．工程ａで使用される前記スクラビング用の水（Ｌ１）を発生させるために、前記使い尽くしたスクラビング用の水の流れ（Ｌ３）から沈殿塩を除去する工程とを具備し、
前記強塩基は、前記アルカリ性のスクラビング用の水のｐＨが、一般的な条件で、重炭酸塩／炭酸塩の平衡のｐＫａの近くに、又はそれよりも上に保持されるように、所定の割合で前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）に加えられる。
To this end, the present invention in one aspect provides a method for removing sulfur oxides (SO x ) from exhaust gas, the method comprising:
a. Providing the buffer tank (A1) with a stream (L1) of scrubbing water based on fresh water;
b. In order to obtain an alkaline scrubbing water stream (L2), the scrubbing water stream (L1) is, for example, an alkaline hydroxide, an alkaline earth hydroxide, or a strong base that is an available strong base. Adding a step,
c. Supplying a flow of the alkaline scrubbing water to the scrubbing unit (A2);
d. To obtain a scrubbing gas (G2) depleted in sulfur oxides and a depleted scrubbing water stream (L3) containing precipitated salts formed from said sulfur oxides and cations from alkali hydroxides And supplying the exhaust gas (G1) containing CO 2 to the alkaline scrubbing water flow (L2) by the scrubbing unit;
e. Removing the precipitated salt from the depleted scrubbing water stream (L3) to generate the scrubbing water (L1) used in step a,
The strong base has a predetermined pH such that the pH of the alkaline scrubbing water is maintained near or above the pKa of the bicarbonate / carbonate equilibrium under normal conditions. In proportion to the scrubbing water stream (L1).
一般的な条件で重炭酸塩／炭酸塩の緩衝能力内のｐＨを維持するとき、排気ガスからのＣＯ２は、ＣＯ３ ２−及びＨＣＯ３ −に対してスクラビング用の水中で水と反応する。したがって、スクラビング用の水中に存在するＣＯ３ ２−は、排気ガスからの硫黄酸化物から生じる酸を中和し、これにより腐食が回避される。 CO 2 from the exhaust gas reacts with water in scrubbing water against CO 3 2− and HCO 3 − when maintaining a pH within the bicarbonate / carbonate buffer capacity at typical conditions. . Thus, CO 3 2− present in the scrubbing water neutralizes the acid generated from the sulfur oxides from the exhaust gas, thereby avoiding corrosion.
重炭酸バッファシステムのｐＫａは約１０であり、したがって、システムでの好ましいｐＨは１０よりも大きく、より好ましくは１０、１１又は１２のように１０〜１２である。強塩基は、高いｐＨを維持し、かつアルカリ性のスクラビング用の水を重炭酸塩／炭酸塩の平衡のｐＫａの近くに、又はそれよりも上に維持するのに適切であることができる。 The pKa of the bicarbonate buffer system is about 10, so the preferred pH in the system is greater than 10, more preferably 10-12, such as 10, 11 or 12. Strong bases can be suitable to maintain a high pH and to maintain alkaline scrubbing water near or above the pKa of the bicarbonate / carbonate equilibrium.
強塩基は、水溶液中で完全に解離された塩基である。したがって、溶剤と塩基の反応は、水溶液中に解離していない溶液分子を残さないために十分である。 A strong base is a base that has been completely dissociated in an aqueous solution. Therefore, the reaction between the solvent and the base is sufficient to leave no undissociated solution molecules in the aqueous solution.
一実施の形態では、強塩基は、アルカリ水酸化物、アルカリ土類水酸化物又は非水酸化物塩基であることができる。スクラビング用の水をアルカリ化するのに適しているアルカリ水酸化物の例は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、セシウム水酸化物（ＣｓＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、ルビジウム水酸化物（ＲｂＯＨ）であり、好ましい塩基はＮａＯＨ、ＫＯＨであり、最も好ましいのはＮａＯＨである。スクラビング用の水をアルカリ化するのに適しているアルカリ土類水酸化物の例は、水酸化ストロンチウム（Ｓｒ（ＯＨ）２）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）及び水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）２）である。アンモニア（ＮＨ３）などの強い非水酸化物塩基も使用されることができる。アルカリ水酸化物、アルカリ土類水酸化物及び非水酸化物塩基の組合せもまた考慮される。 In one embodiment, the strong base can be an alkali hydroxide, alkaline earth hydroxide or non-hydroxide base. Examples of alkali hydroxides that are suitable for alkalizing scrubbing water include potassium hydroxide (KOH), cesium hydroxide (CsOH), sodium hydroxide (NaOH), lithium hydroxide (LiOH), Rubidium hydroxide (RbOH), preferred bases are NaOH, KOH, and most preferred is NaOH. Examples of alkaline earth hydroxides that are suitable for alkalizing scrubbing water are strontium hydroxide (Sr (OH) 2 ), magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and barium hydroxide (Ba (OH) 2 ). Strong non-hydroxide bases such as ammonia (NH 3 ) can also be used. Combinations of alkali hydroxides, alkaline earth hydroxides and non-hydroxide bases are also contemplated.
一実施の形態では、前記排気ガスは、前記スクラビングユニットに与えられる前に、又は与えられるのと同時に冷却される。排気ガスが冷却されたとき、排気ガスへのアルカリのスクラビング用の水の流量は減少されることができる。 In one embodiment, the exhaust gas is cooled before or at the same time it is fed to the scrubbing unit. When the exhaust gas is cooled, the flow rate of the alkali scrubbing water into the exhaust gas can be reduced.
さらなる一実施の形態では、前記内燃機関によって生成されたエネルギに対するアルカリ性のスクラビング用の水の流量は、２．０〜３．０ｌ／ｋＷｈの範囲に、好ましくは２．５ｌ／ｋＷｈにある。これは、排気ガスの十分な冷却とスクラビングとの両方を確実にする。 In a further embodiment, the flow rate of alkaline scrubbing water relative to the energy produced by the internal combustion engine is in the range of 2.0 to 3.0 l / kWh, preferably 2.5 l / kWh. This ensures both sufficient cooling and scrubbing of the exhaust gas.
塩基は、前記アルカリ性のスクラビング用の水が９〜１２の範囲の、好ましくは１０〜１２の範囲の、より好ましくは２５℃、１気圧で１０〜１１の範囲のｐＨを有するように、前記スクラビング用の水に加えられる。 The base is rubbed so that the alkaline scrubbing water has a pH in the range of 9-12, preferably in the range of 10-12, more preferably in the range of 10-11 at 25 ° C. and 1 atm. Added to the water.
一実施の形態では、ＣＯ２、Ｈ２ＣＯ３、ＨＣＯ３ −又はＣＯ３ ２−の１以上が、工程ｃで前記アルカリ性のスクラビング用の水の流れに前記排気ガスを与える前に、重炭酸塩／炭酸塩バッファシステムを確立するために前記スクラビング用の水に加えられる。プロセスを開始するとき、プロセスへの炭酸塩の追加が代表的になされる。 In one embodiment, one or more of CO 2 , H 2 CO 3 , HCO 3 −, or CO 3 2− may be bicarbonate before providing the exhaust gas to the alkaline scrubbing water stream in step c. Added to the scrubbing water to establish a salt / carbonate buffer system. When starting the process, the addition of carbonate to the process is typically made.
排気ガス中の酸性ガスによって引き起こされる排気系の腐食を抑えるために、ｐＨ値は、酸性ガスがスクラビングシステムへの塩基のドーズによってアルカリ性のスクラビング用の水に溶解されたとき、十分に高いレベルで維持される。 In order to suppress corrosion of the exhaust system caused by acid gases in the exhaust gas, the pH value is at a sufficiently high level when the acid gas is dissolved in alkaline scrubbing water by a base dose to the scrubbing system. Maintained.
排気ガス中の二酸化炭素が重炭酸塩及び炭酸塩の形成の下で水と反応することが可能な条件を与えることによって、スクラビングプロセス全体にわたるアルカリ性の領域のほぼ一定のｐＨ値が重炭酸塩／炭酸塩酸／塩基対の反応の効果を緩衝することによって得られる条件が与えられる。 By providing conditions that allow the carbon dioxide in the exhaust gas to react with water under the formation of bicarbonate and carbonate, an almost constant pH value in the alkaline region throughout the scrubbing process is achieved. Conditions obtained by buffering the effect of the carbonate / base pair reaction are given.
これは、従来技術の方法よりも低い割合のアルカリ水酸化物の使用によって排気ガス自体から生成されるバッファシステムである。したがって、システムは、ガス中に存在するＳＯｘ及びＮＯｘに関する排気ガスを取り扱うことができ、同時に、ガスの酸性度によって引き起こされるｐＨの変動を緩和することができる。これは、そうでなければ酸性環境によって引き起こされる設備の腐食のリスクがなく、また、システム中に大量のスラッジを生み出すこともない。 This is a buffer system that is produced from the exhaust gas itself by the use of a lower proportion of alkali hydroxide than the prior art methods. Thus, the system can handle exhaust gases related to SO x and NO x present in the gas, while at the same time mitigating pH fluctuations caused by the acidity of the gas. This eliminates the risk of equipment corrosion otherwise caused by an acidic environment, and does not create large amounts of sludge in the system.
さらなる利点は、排気ガス中の二酸化炭素の一部が水中に溶解され、したがって、二酸化炭素の放出が減少されることである。 A further advantage is that some of the carbon dioxide in the exhaust gas is dissolved in water, thus reducing carbon dioxide emissions.
スクラブガスは、必要に応じて、フィルタ処理後に、環境で使い尽くされることができるか、さらに浄化されることができる。あるいは、スクラブガスは、完全なＳＯｘ除去を確実にするために再びスクラビングされてもよいし、又は、排気ガスの再循環が適切である場合、内燃機関の入口空気側に部分的に再利用されてもよい。 The scrub gas can be exhausted in the environment or further purified after filtering, if desired. Alternatively, the scrub gas may be scrubbed again to ensure complete SO x removal or, if exhaust gas recirculation is appropriate, partially recycled to the inlet air side of the internal combustion engine May be.
閉ループの洗浄システムに適用される水は、真水であり、それは、炭酸塩を含まないことを意味する。それ故、先行技術に記載される高いｐＨでの重い沈殿物に関する問題は回避される。排気ガスを生成する内燃機関によって推進される船に搭載され、真水は、代表的には、真水発生器中で低圧で海水の蒸発に基づいて生成される。 The water applied to the closed loop cleaning system is fresh water, which means it contains no carbonate. Therefore, problems with heavy precipitates at high pH described in the prior art are avoided. Mounted on a ship propelled by an internal combustion engine that produces exhaust gas, fresh water is typically generated based on the evaporation of seawater at low pressure in a fresh water generator.
排気ガスは、代表的には、約５〜７％ｖｏｌのＣＯ２を含んでいる。高いｐＨ、すなわちおおよそ１０〜１１以上では、二酸化炭素は、反応による重炭酸塩／炭酸塩の形成の下で水と反応する。
平衡は、Ｈ＋イオンを消費する水酸化物が多く存在することにより、炭酸塩に向けられる。 The equilibrium is directed to the carbonate by the presence of a large amount of hydroxide that consumes H + ions.
バッファ効果内では、（上に説明したような）水中に酸を形成する排気ガス（ＳＯｘ、ＣＯ２、ＮＯｘ）中の酸性ガスは、以下の反応によって例証されるような、水中で可溶性になった重炭酸塩／炭酸塩のアルカリ性によって初めに中和される。
したがって、形成された重炭酸塩／水素重炭酸塩は、本発明による塩基の追加によってその基本的な形態（炭酸塩と水）に変換される。参照：反応
これは、排気ガス自体から生じる重炭酸塩／炭酸塩の緩衝能力を活用するのに有効であり、さらに、水酸化ナトリウムのようなアルカリ水酸化物の消費は、中和がアルカリ水酸化物によって単独で導かれる標準的なスクラバの動作と比較して小さくなる。供給する必要のある塩基がより少ないので、放出は従来技術の方法と比較して最小である。最終的に、スクラバのより高い平均の、安定しているｐＨ値が、ＳＯｘのより効率的な除去をもたらす。 This is effective to take advantage of the bicarbonate / carbonate buffer capacity generated from the exhaust gas itself, and the consumption of alkali hydroxides such as sodium hydroxide is neutralized by the alkali hydroxides. Compared to standard scrubber operation, which is guided alone. Release is minimal compared to prior art methods because fewer bases need to be supplied. Finally, the higher average scrubber, pH values are stable results in a more efficient removal of SO x.
重炭酸塩／炭酸塩の緩衝能力を使用する他の利点は、ｐＨの局所的な低下を防ぐことによる腐食の防止である。これは、腐食が回避されることができるので、より安い設備が利用されることができることを意味する。 Another advantage of using bicarbonate / carbonate buffering capacity is the prevention of corrosion by preventing local drop in pH. This means that cheaper equipment can be utilized because corrosion can be avoided.
本発明の他の態様では、複数の燃焼チャンバを備えた複数のシリンダと、排気系とを具備する、海洋船のための内燃機関が提供され、前記排気系は、少なくとも、塩基貯蔵タンクと、バッファタンクと、スクラビングユニットとを有し、
前記塩基貯蔵タンクは、塩基ドーズラインを通って前記バッファタンクに塩基を供給するためのドーズ装置を有し、前記バッファタンクは、さらに、準備されたスクラビング用の水の供給ラインを介して前記スクラビングユニットの準備されたスクラビング用の水の流入部に接続されたアルカリ性のスクラビング用の水の供給ラインの流出部が設けられ、前記バッファタンクは、さらに、スクラビング用の水の流入部を有し、前記スクラビングユニットは、さらに、スプリッタを介して前記スクラビング用の水の流入部に接続される、使い尽くしたスクラビング用の水の流出部を有し、前記スクラビングユニットは、さらに、前記燃焼チャンバから生じる１以上の排気ガス流入部と、ＳＯｘ減少排気ガス流出部とを有し、前記排気系には、さらに、ｐＨセンサが設けられ、前記排気系は、前記ｐＨセンサから測定されたｐＨ値を受信するように構成された制御ユニットを有し、前記制御ユニットは、前記アルカリ性のスクラビング用の水のｐＨが、一般的な条件で重炭酸塩／炭酸塩の緩衝能力内に維持されるように、前記塩基貯蔵タンクから塩基を加えるためのドーズ装置を制御するように構成されている。
In another aspect of the invention, there is provided an internal combustion engine for a marine vessel comprising a plurality of cylinders with a plurality of combustion chambers and an exhaust system, the exhaust system comprising at least a base storage tank, A buffer tank and a scrubbing unit;
The base storage tank has a dose device for supplying a base to the buffer tank through a base dose line, and the buffer tank further includes the scrubbing through a prepared scrubbing water supply line. An outlet of an alkaline scrubbing water supply line connected to the prepared scrubbing water inlet of the unit is provided, the buffer tank further comprising a scrubbing water inlet; The scrubbing unit further comprises a depleted scrubbing water outlet connected to the scrubbing water inlet via a splitter, the scrubbing unit further arising from the combustion chamber It has a least one exhaust gas inlet, and a SO x reduction exhaust gas outlet portion, wherein the exhaust system, and In addition, a pH sensor is provided, and the exhaust system has a control unit configured to receive a pH value measured from the pH sensor, and the control unit includes the alkaline scrubbing water. The dose device for adding base from the base storage tank is configured to control so that the pH is maintained within the bicarbonate / carbonate buffer capacity under normal conditions.
重炭酸塩／炭酸塩の緩衝能力を使用する利点は、ｐＨの局所的な低下を防ぐことによる腐食の防止である。これは、腐食が回避されることができるので、より安い設備が利用されることができることを意味する。 An advantage of using the bicarbonate / carbonate buffering capacity is the prevention of corrosion by preventing a local drop in pH. This means that cheaper equipment can be utilized because corrosion can be avoided.
一実施の形態では、排気系の一部である配管及び設備は、非腐食耐性の鋼、プラスチック材料、強化プラスチック材料、繊維強化材料又はガラス繊維強化プラスチックの１つから選択された材料でできている。 In one embodiment, the piping and equipment that are part of the exhaust system may be made of a material selected from one of non-corrosion resistant steel, plastic material, reinforced plastic material, fiber reinforced material or glass fiber reinforced plastic. Yes.
他の実施の形態では、前記スクラビングユニットは、非腐食耐性の鋼、プラスチック材料、強化プラスチック材料、繊維強化材料又はガラス繊維強化プラスチックの１つから選択された材料でできた壁を有する。 In another embodiment, the scrubbing unit has a wall made of a material selected from one of non-corrosion resistant steel, plastic material, reinforced plastic material, fiber reinforced material or glass fiber reinforced plastic.
排気ガスは、変化しうる高温であり、代表的には約４５０℃である。アルカリ性のスクラビング用の水の冷たい真水が排気ガスを冷却するが、これは、スクラバのフローを減少させるために排気ガスのさらなる冷却を与えるのに効果的であることができる。これは、例えばスクラビングユニットの上流に少なくとも１つの排気ガス冷却器を設けることにより得られることができる。排気ガスを冷却することによって、スクラビングユニットに供給された排気ガスは、４０〜１００℃の範囲の温度に下がることができ、これは、スクラビングユニットでより軽くてより安い設備を使用することを可能にする。 The exhaust gas is a variable temperature and is typically about 450 ° C. Cold fresh water of the alkaline scrubbing water cools the exhaust gas, which can be effective to provide further cooling of the exhaust gas to reduce scrubber flow. This can be obtained, for example, by providing at least one exhaust gas cooler upstream of the scrubbing unit. By cooling the exhaust gas, the exhaust gas supplied to the scrubbing unit can be lowered to a temperature in the range of 40-100 ° C, which makes it possible to use lighter and cheaper equipment in the scrubbing unit To.
一実施の形態では、冷却は、排気ガス流入部を介して排気ガスを水に注入することによって得られる。水のこの注入は、システムにおける水の平衡を確実にする。 In one embodiment, the cooling is obtained by injecting exhaust gas into the water via the exhaust gas inlet. This injection of water ensures water balance in the system.
他の実施の形態では、冷却は、スクラビングユニットに流れる排気ガスの中にアルカリ性のスクラビング用の水をスプレーするための１以上のスプレー装置が設けられたスクラビングユニットによって得られる。スクラビングユニットにアルカリ性のスクラビング用の水をスプレーすることによって、スクラビングユニット内の圧力低下が防止され、したがって、ガスをスクラビングユニットを通させるのに必要なパワーが最小化される。さらに、アルカリ性のスクラビング用の水の小滴の移動は、沈殿したスラッジの起こりうるスケール堆積又は塞ぎを防止する。 In another embodiment, the cooling is obtained by a scrubbing unit provided with one or more spray devices for spraying alkaline scrubbing water into the exhaust gas flowing to the scrubbing unit. By spraying the scrubbing unit with alkaline scrubbing water, a pressure drop in the scrubbing unit is prevented, thus minimizing the power required to pass gas through the scrubbing unit. In addition, the movement of water droplets for alkaline scrubbing prevents possible scale deposition or plugging of the precipitated sludge.
前記スクラビングユニットは、前記スクラビングユニットにおいて前記排気ガスの流れ経路を横切って延びている充填材料の第１の容積よりも上に位置された第１のアレイのスプレー装置を備えたチャンバを有し、必要に応じて、前記チャンバは、前記スクラビングユニットにおいて前記排気ガスの流れ経路を横切って延びている充填材料の少なくとも第２の容積よりも上に位置された第２のアレイのスプレー装置を有することが考慮される。 The scrubbing unit has a chamber with a first array of spray devices positioned above a first volume of filler material extending across the exhaust gas flow path in the scrubbing unit; Optionally, the chamber has a second array of spray devices positioned above at least a second volume of filler material extending across the exhaust gas flow path in the scrubbing unit. Is considered.
上のものの組合せも考慮され、すなわち、冷却は、スクラビングユニットから上流と、スクラビングユニットとの両方で提供される。 Combinations of the above are also considered, i.e. cooling is provided both upstream from the scrubbing unit and both at the scrubbing unit.
前記充填材料は、ガスと接触する液体表面を改良する。これは、平衡を高め、したがって、スクラビング効率を増加させることができる。一実施の形態では、充填材料は、プラスチック体又はプラスチックシートでできている。 The filler material improves the liquid surface in contact with the gas. This can increase the balance and thus increase the scrubbing efficiency. In one embodiment, the filling material is made of a plastic body or plastic sheet.
さらに、広範囲な冷却が、３０〜５５℃、３５〜５０℃、４０〜５５℃、４０℃のような、６０℃未満の温度を与えるので、大きな表面を与えるプラスチックでできた充填材料を使用することは効果的であることができ、したがって、排気ガスのよりいっそう効率的なスクラビングが得られることができる。プラスチックの充填材料もまた、６０℃よりも高い温度で使用されることができる。 In addition, extensive cooling gives temperatures below 60 ° C., such as 30-55 ° C., 35-50 ° C., 40-55 ° C., 40 ° C., so use filling materials made of plastic that give a large surface. This can be effective and thus a more efficient scrubbing of the exhaust gas can be obtained. Plastic filler materials can also be used at temperatures above 60 ° C.
さらなる一実施の形態では、スクラビングユニットをバッファタンクに接続しているスプリッタが存在する。これは、使用済みの緩衝剤の放出を可能にする。 In a further embodiment, there is a splitter connecting the scrubbing unit to the buffer tank. This allows the release of the used buffer.
本発明によるいくつかの実施の形態の例が、概略的な図面を参照して以下により詳細に説明される。 Some example embodiments according to the invention will be described in more detail below with reference to schematic drawings.
図１に示される排気系、すなわち閉ループのスクラバを動作させるために、排気系Ｂには真水が供給される。水は、どの点に供給されてもよいが、好ましくは、初めにバッファタンクＡ１に供給される。塩基、例えば、アルカリ水酸化物が、ＣＯ２が炭酸塩を形成するように水と反応するｐＨ値に達するために、塩基ドーズラインＬ０を介してバッファタンクＡ１中の水に加えられる。このようにして、準備されたスクラビング用の水の流れＬ２が得られる。真水への塩基、例えばアルカリ水酸化物の追加は、好ましくは、ｐＨが９〜１２の範囲、適切には１０〜１２の範囲、より好ましくは１０〜１１の範囲になるまで続けられる。炭酸塩／重炭酸塩の平衡のｐＫａは、室温で１０．２３であり、温度に依存しており、ｐＨは、平衡が炭酸塩側に向かっていく限り、変わってもよい（ｐＫａは−ｌｏｇ１０Ｋａであり、Ｋａは酸性度定数である）。 In order to operate the exhaust system shown in FIG. 1, that is, the closed loop scrubber, fresh water is supplied to the exhaust system B. The water may be supplied to any point, but is preferably supplied to the buffer tank A1 first. A base, for example an alkali hydroxide, is added to the water in the buffer tank A1 via the base dose line L0 in order to reach a pH value at which CO 2 reacts with water so as to form carbonate. In this way, the prepared scrubbing water flow L2 is obtained. The addition of a base, such as an alkali hydroxide, to fresh water is preferably continued until the pH is in the range of 9-12, suitably in the range of 10-12, more preferably in the range of 10-11. The pKa of the carbonate / bicarbonate equilibrium is 10.23 at room temperature and is temperature dependent, and the pH may vary as long as the equilibrium goes toward the carbonate side (pKa is −log 10 Ka, where Ka is the acidity constant).
塩基は、通常、化学産業でバルクとして入手可能なようにして、固体又は水溶液中に提供される。ＮａＯＨは、代表的には、使用前に水に溶解されることができるペレット又はフレークであるか、水中で５０％までの溶液に容易に溶解することができる。安全面から水溶液が好まれる。 The base is usually provided in solid or aqueous solution, making it available in bulk in the chemical industry. NaOH is typically pellets or flakes that can be dissolved in water prior to use, or can easily be dissolved in up to 50% solution in water. An aqueous solution is preferred for safety.
準備に続いて、又はアルカリ性のスクラビング用の水の再装填と同時に、複数のシリンダを有し、各シリンダが燃焼チャンバＡ４を備えた内燃機関が、低エンジン負荷で定常状態で起動され動作される。複数の燃焼チャンバがあり、燃焼チャンバの数ｎが整数で定義され、ｎは代表的にはクロスヘッドタイプの２ストローク内燃機関に関して４〜１５の範囲にあり、４ストロークミディアムスピード内燃機関に関して４〜３６の範囲にある。２ストロークタイプの内燃機関は、タイプＭＣ又はＭＥなどのマンディーゼルターボ製であることができるか、タイプＲＴＡ又はＲＴＡフレックスなどのワルトシラ製であることができるか、三菱製であることができる。これらのエンジンは、コンテナ船、ばら積貨物船、油送船、製品タンカー、自動車運搬船、フェリー、ガスタンカー、ローロー船、供給船などの船の推進エンジンとして使用される。４ストロークタイプの内燃機関は、言及されたタイプの船のエンジンルームの補助エンジンか、客船、クルーズ船、沖合施設などのような船の推進エンジンである。内燃機関はまた、高圧送電線網への電気を生成する定置発電所の原動機であることができる。内燃機関は、代表的には、ターボチャージ搭載エンジンであり、また、代表的には、重燃料油タイプ又は鉱油タイプの燃料油が供給されるか、燃料ガスが供給される。 Following the preparation or simultaneously with the reloading of alkaline scrubbing water, an internal combustion engine having a plurality of cylinders, each cylinder with a combustion chamber A4, is started and operated in a steady state at a low engine load. . There are a plurality of combustion chambers, where the number n of combustion chambers is defined as an integer, where n is typically in the range of 4-15 for a crosshead type 2-stroke internal combustion engine, and 4-4 for a 4-stroke medium speed internal combustion engine. It is in the range of 36. The two-stroke type internal combustion engine can be made of Man Diesel turbo, such as type MC or ME, can be made of Wartsila, such as type RTA or RTA flex, or can be made of Mitsubishi. These engines are used as propulsion engines for ships such as container ships, bulk carriers, oil carriers, product tankers, car carriers, ferries, gas tankers, low-low ships, and supply ships. A four-stroke type internal combustion engine is an auxiliary engine in the engine room of a mentioned type of ship or a propulsion engine of a ship such as a passenger ship, a cruise ship, an offshore facility, etc. The internal combustion engine can also be the prime mover of a stationary power plant that generates electricity to the high voltage power grid. The internal combustion engine is typically a turbocharged engine, and is typically supplied with heavy fuel oil type or mineral oil type fuel oil or fuel gas.
排気ガスＧ１ｎは、スクラビングユニットＡ２に方向付けられる。ここで、ｎは燃焼チャンバからのガスの流れの数である。 The exhaust gas G1 n is directed to the scrubbing unit A2. Where n is the number of gas flows from the combustion chamber.
スクラビングユニットＡ２には、アルカリ性のスクラビング用の水の流れＬ２が第１のアレイのスプレー装置などにつながるように、１以上の層で１以上のスプレー装置が設けられることができる。 The scrubbing unit A2 may be provided with one or more spray devices in one or more layers so that the alkaline scrubbing water flow L2 is connected to the first array spray device and the like.
排気ガスがスクラビング用の水と接触したとき、特にＳＯｘから形成された硫酸を中和するために使用される緩衝剤を与えるために、酸性ガスがスクラビング用の水に溶解される。 When the exhaust gas is in contact with the water for scrubbing, particularly in order to provide a buffer used to neutralize the sulfuric acid formed from SO x, the acid gas is dissolved in water for scrubbing.
スクラビングからスクラブガスＧ２と使い尽くしたスクラビング用の水Ｌ３とが与えられる。 Scrub gas G2 and exhausted scrubbing water L3 are provided from the scrub.
４．０〜５．０ｖｏｌ％の範囲の、好ましくは４．５ｖｏｌ％のＣＯ２の含有量と、０〜１０ｐｐｍの範囲のＳＯｘの含有量とを含むスクラブガスＧ２が、スクラビングユニットＡ２を出る。この出口から、スクラブガスＧ２が、スクラビングユニットＡ２から排気ガス管に流れる。 Ranging 4.0～5.0Vol%, preferably a content of 4.5 vol% of CO 2, scrubbing gas and a content of the SO x in the range of 0 to 10 ppm G2 is, exits the scrubbing unit A2 . From this outlet, the scrub gas G2 flows from the scrubbing unit A2 to the exhaust gas pipe.
スクラブガスＧ２が１以上のさらなるスクラビング工程を受けることもまた考慮される。したがって、使用済みのスクラバのガス出口が第２のスクラビングユニットに接続されることが考慮される。第２のスクラビングユニットには、好ましくはバッファタンクＡ１であるバッファタンクから供給される、本発明によるスクラビング用の水が与えられる。３以上の連続するスクラビングユニットが考慮されることができる。使用済みのスクラバのガス出口がＮＯｘのためにスクラバに接続されるか、排気ガス循環システムに接続され、排気ガスの一部が内燃機関の空気の入口側に再循環されることもまた考慮される。 It is also contemplated that the scrub gas G2 undergoes one or more additional scrubbing steps. Therefore, it is considered that the gas outlet of the used scrubber is connected to the second scrubbing unit. The second scrubbing unit is provided with scrubbing water according to the present invention, preferably supplied from a buffer tank, which is buffer tank A1. More than two consecutive scrubbing units can be considered. It is also considered that the gas outlet of the used scrubber is connected to the scrubber for NO x or connected to the exhaust gas circulation system and part of the exhaust gas is recirculated to the air inlet side of the internal combustion engine. Is done.
水酸化物塩基、炭酸塩の緩衝剤及び硫酸塩類を含む使い尽くしたスクラビング用の水の流れＬ３は、スクラビングユニットＡ２から代表的には断続的なスプリッタＡ３を通過してバッファタンクＡ１に向けられる。 A spent scrubbing water stream L3 containing hydroxide base, carbonate buffer and sulfates is directed from the scrubbing unit A2 to the buffer tank A1 typically through the intermittent splitter A3. .
スプリッタＡ３は、浄化装置、ろ過ユニット、凝集ユニット、遠心分離装置又は沈殿タンク（図示されない）であることができる浄化ユニットに使い尽くしたスクラビング用の水Ｌ４の一部を向けることができる。 Splitter A3 can direct a portion of exhausted scrubbing water L4 to a purification unit, which can be a purification unit, a filtration unit, a flocculation unit, a centrifuge, or a precipitation tank (not shown).
さらなる一実施の形態（図示されない）では、バッファタンクとスクラビングユニットとの少なくとも一方の堆積した沈殿物がそれぞれのユニットから取られ、浄化ユニットに向けられることが考慮される。 In a further embodiment (not shown), it is contemplated that at least one deposited sediment of the buffer tank and the scrubbing unit is taken from each unit and directed to the purification unit.
浄化ユニットは、沈降装置、遠心分離装置又は他のこのような固液分離装置又は単純な沈殿タンクであることができる。 The purification unit can be a sedimentation device, a centrifuge device or other such solid-liquid separation device or a simple sedimentation tank.
浄化ユニットでは、使い尽くしたスクラビング用の水Ｌ４の一部は保持され、炭酸塩、亜硫酸塩及び硫酸塩などの化合物である固体が使い尽くしたスクラビング用の水に沈殿する。沈殿物は、浄化ユニットで使い尽くしたスクラビング用の水の下側の厚くなった部分を形成し、この部分は廃棄されることができ、上澄みが排気系に戻されてもよい。 In the purification unit, a part of the used scrubbing water L4 is retained, and solids such as carbonates, sulfites and sulfates are precipitated in the used scrubbing water. The sediment forms a thickened portion below the scrubbing water that has been used up in the purification unit, which can be discarded and the supernatant returned to the exhaust system.
使い尽くしたスクラビング用の水Ｌ３は、バッファタンクに戻される。互いに対するタンクの位置決めに応じて、１以上の液体のポンプが液体の循環を容易にするために配置されることができる。 The scrubbing water L3 that has been used up is returned to the buffer tank. Depending on the positioning of the tank relative to each other, one or more liquid pumps can be arranged to facilitate liquid circulation.
動作中、生成された水は、亜硫酸塩、硫酸塩及び炭酸塩の沈殿したスラリーの放出を補うために、バッファタンクなどのシステムに供給されることができる。 In operation, the generated water can be supplied to a system such as a buffer tank to supplement the release of the precipitated slurry of sulfite, sulfate and carbonate.
スクラビング中に形成された固体の再浮遊のためにスラッジタンクがあってもよい。アルカリ水酸化物が水酸化ナトリウムであれば、スクラビング中に形成された塩類は、以下の通りである。
スクラバ中のカルシウムイオン濃度は、真水の使用により非常に低く、海水の使用に匹敵する。 The calcium ion concentration in the scrubber is very low due to the use of fresh water, comparable to the use of seawater.
アルカリ性のスクラビング用の水の高いアルカリ度により、重炭酸塩と炭酸塩との間の平衡は、炭酸塩に向けられる。これは、通常、望ましくない炭酸カルシウムの沈殿物の形成のリスクを有する。しかしながら、特に、ナトリウム塩類はカルシウムの等価物よりも高い可溶性を有し、それ故、水溶液中でカルシウムイオンを残してより速く沈殿する。したがって、少量のカルシウムの存在にもかかわらず、水垢（主としてＣａＣＯ３）又は石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ）の形成は、本発明によるシステムでは無視されることができる。 Due to the high alkalinity of the alkaline scrubbing water, the equilibrium between bicarbonate and carbonate is directed to the carbonate. This usually has the risk of formation of undesirable calcium carbonate precipitates. In particular, however, sodium salts have a higher solubility than the calcium equivalent and therefore precipitate faster in aqueous solution leaving calcium ions. Thus, despite the presence of small amounts of calcium, the formation of scale (primarily CaCO 3 ) or gypsum (CaSO 4 .2H 2 O) can be ignored in the system according to the invention.
プロセスの任意の点でｐＨが測定されることができる。最も適切には、ｐＨは、バッファタンクＡ１とスクラビングユニットＡ２との少なくとも一方で測定される。ｐＨに関する情報は、適切なアルカリ性のｐＨがスクラビングユニットに与えられることを確実にするためにバッファタンクへのアルカリ水酸化物のドーズ量を評価するために使用され、スクラビングのさらなる監視が、アルカリ度が所望の反応を起こさせるために十分に高いことを確実にする。 The pH can be measured at any point in the process. Most suitably, the pH is measured at least one of the buffer tank A1 and the scrubbing unit A2. Information about the pH is used to assess the alkali hydroxide dose to the buffer tank to ensure that a suitable alkaline pH is provided to the scrubbing unit, and further scrubbing monitoring is required to determine the alkalinity. Is sufficiently high to cause the desired reaction.
さらなる実施の形態では、排気Ｇ１は、スクラビングユニットＡ２に入る前に、又は入るのと同時に、スクラビングユニットＡ２で、それぞれ冷却される。 In a further embodiment, the exhaust G1 is cooled in the scrubbing unit A2 before or at the same time as it enters the scrubbing unit A2.
スクラビングユニットから上流の排気ガス冷却器Ａ５の位置が図２に示される。スクラビングユニットＡ２と一体化された排気ガス冷却器が図３に示される。残りの流れ及びユニットは、図１に関して説明されたものと同じである。 The position of the exhaust gas cooler A5 upstream from the scrubbing unit is shown in FIG. An exhaust gas cooler integrated with the scrubbing unit A2 is shown in FIG. The remaining flows and units are the same as described with respect to FIG.
排気ガス冷却器Ａ５は、直接冷却器、又は間接熱交換器のような間接冷却器、例えば、ガスを冷却するために海水又は水を使用するプレート熱交換器であることができる。伝達された熱は、所望であれば、船の他のどこかを加熱するために使用されてもよい。 The exhaust gas cooler A5 can be a direct cooler, or an indirect cooler such as an indirect heat exchanger, for example a plate heat exchanger that uses seawater or water to cool the gas. The transferred heat may be used to heat somewhere else on the ship, if desired.
排気ガス冷却器が直接冷却器であれば、水は、スクラビングユニットに入る前に、又は入るのと同時に、ガスの流れに単に注入されることができる。冷却のために水が使用されるならば、これは、システムの生成された水を構成してもよい。 If the exhaust gas cooler is a direct cooler, the water can simply be injected into the gas stream before or at the same time as it enters the scrubbing unit. If water is used for cooling, this may constitute the generated water of the system.
冷却器への入口では、排気ガスの温度は、代表的にはおよそ４５０℃である。スクラビングユニットへの入口では、排気ガスは、冷却後、約１００℃の範囲の温度を有する。 At the inlet to the cooler, the exhaust gas temperature is typically around 450 ° C. At the entrance to the scrubbing unit, the exhaust gas has a temperature in the range of about 100 ° C. after cooling.
冷却がスクラビングユニットで与えられることができることもまた考慮され、これは、唯一の冷却手段として、又は、スクラビングユニットＡ２にガスを供給する前に、又は供給するのと同時にさらに冷却することであることができる。スクラビングユニットＡ２の冷却は、排気ガスにアルカリ性のスクラビング用の水又は真水をスプレーする１以上のスプレー装置をスクラビングユニットに設けることによって得られることができる。このようにして、表面はより大きくなり、温度は４０℃付近のように６０℃未満に減少する。 It is also considered that cooling can be provided in the scrubbing unit, which is to be further cooled as the only cooling means or before or simultaneously with supplying gas to the scrubbing unit A2. Can do. Cooling of the scrubbing unit A2 can be obtained by providing the scrubbing unit with one or more spray devices that spray alkaline scrubbing water or fresh water onto the exhaust gas. In this way, the surface becomes larger and the temperature decreases below 60 ° C., such as around 40 ° C.
上述の実施の形態の詳細は、特許請求の範囲内でさらなる実施の形態に組み合わせられることができる。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 排気ガスから硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する方法であって、
ａ．バッファタンク（Ａ１）に真水に基づいたスクラビング用の水の流れ（Ｌ１）を与える工程と、
ｂ．アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）を得るために、前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）に強塩基を加える工程と、
ｃ．スクラビングユニット（Ａ２）に前記アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）を供給する工程と、
ｄ．硫黄酸化物が減少したスクラブガス（Ｇ２）と、前記硫黄酸化物から形成された沈殿塩及び前記強塩基からの陽イオンを含む使い尽くしたスクラビング用の水の流れ（Ｌ３）とを得るために、前記スクラビングユニット（Ａ２）で前記アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）にＣＯ２を含む排気ガス（Ｇ１）を与える工程と、
ｅ．工程ａで使用される前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）を発生させるために、前記使い尽くしたスクラビング用の水の流れ（Ｌ３）から沈殿塩を除去する工程とを具備し、
前記強塩基は、前記アルカリ性のスクラビング用の水のｐＨが、一般的な条件で、重炭酸塩／炭酸塩の平衡のｐＫａの近くに、又はそれよりも上に保持されるように、所定の割合で前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）に加えられる方法。
［２］ 前記強塩基は、アルカリ水酸化物、アルカリ土類水酸化物又は非水酸化物塩基、あるいはこれらの組合せである［１］の方法。
［３］ 前記アルカリ水酸化物は、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム、あるいはこれらの組合せからなるグループから選択される［１］又は［２］の方法。
［４］ 前記排気ガス（Ｇ１）は、前記スクラビングユニット（Ａ２）に与えられる前に、又は与えられるのと同時に冷却される［１］ないし［３］のいずれか１の方法。
［５］ 前記内燃機関によって生成されたエネルギに対する前記アルカリ性のスクラビング用の水の流量は、２．０〜３．０ｌ／ｋＷｈの範囲にある［１］ないし［４］のいずれか１の方法。
［６］ 前記アルカリ水酸化物は、前記アルカリ性のスクラビング用の水（Ｌ２）が９〜１２の範囲の、好ましくは９〜１１の範囲の、より好ましくは２５℃、１気圧で１０〜１１の範囲のｐＨを有するように、前記スクラビング用の水（Ｌ１）に加えられる［１］ないし［５］のいずれか１の方法。
［７］ 前記アルカリ酸化物は、前記アルカリ性のスクラビング用の水（Ｌ２）が２５℃、１気圧で９〜１１の範囲のｐＨを有するように、前記スクラビング用の水（Ｌ１）に加えられる［１］ないし［６］のいずれか１の方法。
［８］ 前記アルカリ酸化物は、前記アルカリ性のスクラビング用の水（Ｌ２）が２５℃、１気圧で１０〜１１の範囲のｐＨを有するように、前記スクラビング用の水（Ｌ１）に加えられる［１］ないし［７］のいずれか１の方法。
［９］ ＣＯ２、Ｈ２ＣＯ３、ＨＣＯ３−及びＣＯ３２−の少なくとも１つが、工程ｃで前記アルカリのスクラビング用の水の流れに前記排気ガス（Ｇ２）を与える前に、重炭酸塩／炭酸塩バッファシステムを確立するために前記スクラビング用の水（Ｌ１）に加えられる［１］ないし［８］のいずれか１の方法。
［１０］ 工程ｅにおいて、沈殿塩が、遠心分離、浄化、沈降、ろ過又は凝集から選択された方法によって、前記使い尽くしたスクラビング用の水から除去される［１］ないし［９］のいずれか１の方法。
［１１］ 複数の燃焼チャンバ（Ａ４）ｎを備えた複数のシリンダと、排気系（Ｂ）とを具備する、海洋船のための内燃機関であって、
前記排気系は、少なくとも、塩基貯蔵タンク（Ａ０）と、バッファタンク（Ａ１）と、
スクラビングユニット（Ａ２）とを有し、
前記塩基貯蔵タンク（Ａ０）は、塩基ドーズライン（Ｌ０）を通って前記バッファタンク（Ａ１）に塩基を供給するためのドーズ装置を有し、
前記バッファタンク（Ａ１）には、さらに、準備されたスクラビング用の水の供給ラインを介して前記スクラビングユニット（Ａ２）の準備されたスクラビング用の水の流入部に接続されたアルカリ性のスクラビング用の水の供給ラインの流出部（Ｌ２）が設けられ、
前記バッファタンクは、さらに、スクラビング用の水の流入部（Ｌ１）を有し、
前記スクラビングユニットは、さらに、スプリッタ（Ａ３）を介して前記スクラビング用の水の流入部（Ｌ１）に接続される、使い尽くしたスクラビング用の水の流出部（Ｌ３）を有し、
前記スクラビングユニット（Ａ２）は、さらに、前記燃焼チャンバ（Ａ４）ｎから生じる１以上の排出ガス流入部（Ｇ１）ｎと、ＳＯｘ減少排気ガス流出部（Ｇ２）とを有し、
前記排気系（Ｂ）には、さらに、ｐＨセンサが設けられ、
前記排気系は、前記ｐＨセンサから測定されたｐＨ値を受信するように構成された制御
ユニットを有し、
前記制御ユニットは、前記アルカリ性のスクラビング用の水のｐＨが、一般的な条件で重炭酸塩／炭酸塩の緩衝能力内に維持されるように、前記塩基貯蔵タンク（Ａ０）から塩基を加えるためのドーズ装置を制御するように構成されている内燃機関。
［１２］ 前記スクラビング用の水の供給ラインは、非腐食耐性の鋼、プラスチック、強化プラスチック材料、繊維強化材料又はガラス繊維強化プラスチックの少なくとも１つから選択された材料でできた配管でできていることを特徴とする［１１］の内燃機関。
［１３］ 前記スクラビングユニット（Ａ２）は、非腐食耐性の鋼、プラスチック材料、強化プラスチック材料、繊維強化材料又はガラス繊維強化プラスチックの少なくとも１つから選択された材料でできた壁を有する［１１］又は［１２］の内燃機関。
［１４］ 少なくとも１つの排気ガス冷却器（Ａ５）が設けられている［１１］ないし［１３］のいずれか１の内燃機関。
［１５］ 前記少なくとも１つの排気ガス冷却器（Ａ５）は、前記スクラビングユニット（Ａ２）の上流に位置され、前記排気ガス供給ライン（Ｇ１）を介して前記スクラビングユニット（Ａ２）に接続されている［１４］の内燃機関。
［１６］ 前記排気ガス冷却器は、間接又は直接接触冷却器である［１４］又は［１５］の内燃機関。
［１７］ 前記排気ガス冷却器（Ａ５）は、前記スクラビングユニット（Ａ２）に流れる排気ガスにスクラビング用の水をスプレーするための第１のスプレー装置が設けられた前記スクラビングユニット（Ａ２）と一体化されている［１１］ないし［１６］のいずれか１の内燃機関。
［１８］ 前記スクラビングユニット（Ａ２）は、前記スクラビングユニット（Ａ２）において前記排気ガスの流れ経路を横切って延びている充填材料の第１の容積よりも上に位置された第１のアレイのスプレー装置を備えたチャンバを有し、必要に応じて、前記チャンバは、前記スクラビングユニット（Ａ２）において前記排気ガスの流れ経路を横切って延びている充填材料の少なくとも第２の容積よりも上に位置された第２のアレイのスプレー装置を有する［１１］の内燃機関。
［１９］ 前記充填材料は、プラスチック体又はプラスチックシートでできている［１８］の内燃機関。
Details of the above embodiments can be combined with further embodiments within the scope of the claims.
The matters described in the claims at the beginning of the application are appended as they are.
[1] A method for removing sulfur oxide (SOx) from exhaust gas,
a. Providing the buffer tank (A1) with a stream (L1) of scrubbing water based on fresh water;
b. Adding a strong base to the scrubbing water stream (L1) to obtain an alkaline scrubbing water stream (L2);
c. Supplying the alkaline scrubbing water flow (L2) to the scrubbing unit (A2);
d. To obtain a scrubbing gas (G2) depleted in sulfur oxides and a depleted scrubbing water stream (L3) containing precipitated salts formed from the sulfur oxides and cations from the strong base Supplying the exhaust gas (G1) containing CO2 to the flow (L2) of the alkaline scrubbing water in the scrubbing unit (A2);
e. Removing the precipitated salt from the depleted scrubbing water stream (L3) to generate the scrubbing water stream (L1) used in step a,
The strong base has a predetermined pH such that the pH of the alkaline scrubbing water is maintained near or above the pKa of the bicarbonate / carbonate equilibrium under normal conditions. A method added to the scrubbing water stream (L1) in proportion.
[2] The method according to [1], wherein the strong base is an alkali hydroxide, an alkaline earth hydroxide, a non-hydroxide base, or a combination thereof.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the alkali hydroxide is selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide, or a combination thereof.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the exhaust gas (G1) is cooled before being supplied to the scrubbing unit (A2) or simultaneously with being supplied.
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein a flow rate of the alkaline scrubbing water with respect to energy generated by the internal combustion engine is in a range of 2.0 to 3.0 l / kWh.
[6] The alkali hydroxide has an alkaline scrubbing water (L2) in the range of 9 to 12, preferably in the range of 9 to 11, more preferably 25 ° C. and 10 to 11 at 1 atm. The method according to any one of [1] to [5], which is added to the scrubbing water (L1) so as to have a pH in the range.
[7] The alkali oxide is added to the scrubbing water (L1) so that the alkaline scrubbing water (L2) has a pH in the range of 9 to 11 at 25 ° C. and 1 atm. [1] The method according to any one of [6].
[8] The alkali oxide is added to the scrubbing water (L1) so that the alkaline scrubbing water (L2) has a pH in the range of 10 to 11 at 25 ° C. and 1 atm. The method according to any one of [1] to [7].
[9] Before at least one of CO2, H2CO3, HCO3-, and CO32- provides the exhaust gas (G2) to the alkaline scrubbing water stream in step c, the bicarbonate / carbonate buffer system is The method of any one of [1] to [8], which is added to the scrubbing water (L1) to establish.
[10] Any of [1] to [9], wherein in step e, the precipitated salt is removed from the exhausted scrubbing water by a method selected from centrifugation, purification, sedimentation, filtration or flocculation. 1 method.
[11] An internal combustion engine for a marine vessel comprising a plurality of cylinders having a plurality of combustion chambers (A4) n and an exhaust system (B),
The exhaust system includes at least a base storage tank (A0), a buffer tank (A1),
A scrubbing unit (A2),
The base storage tank (A0) has a dose device for supplying a base to the buffer tank (A1) through a base dose line (L0),
The buffer tank (A1) further includes an alkaline scrubbing unit connected to the prepared scrubbing water inlet of the scrubbing unit (A2) via a prepared scrubbing water supply line. An outflow section (L2) of the water supply line is provided;
The buffer tank further has an inflow portion (L1) for scrubbing water,
The scrubbing unit further has an exhausted scrubbing water outlet (L3) connected to the scrubbing water inlet (L1) via a splitter (A3),
The scrubbing unit (A2) further includes one or more exhaust gas inflow portions (G1) n generated from the combustion chamber (A4) n, and an SOx reduced exhaust gas outflow portion (G2).
The exhaust system (B) is further provided with a pH sensor,
The exhaust system is configured to receive a pH value measured from the pH sensor
Has a unit,
The control unit adds base from the base storage tank (A0) so that the pH of the alkaline scrubbing water is maintained within the bicarbonate / carbonate buffer capacity under normal conditions. An internal combustion engine configured to control a dose device.
[12] The scrubbing water supply line is made of a pipe made of a material selected from at least one of non-corrosion resistant steel, plastic, reinforced plastic material, fiber reinforced material or glass fiber reinforced plastic. The internal combustion engine of [11], characterized in that.
[13] The scrubbing unit (A2) has a wall made of a material selected from at least one of non-corrosion resistant steel, plastic material, reinforced plastic material, fiber reinforced material or glass fiber reinforced plastic [11] Or the internal combustion engine of [12].
[14] The internal combustion engine according to any one of [11] to [13], wherein at least one exhaust gas cooler (A5) is provided.
[15] The at least one exhaust gas cooler (A5) is located upstream of the scrubbing unit (A2), and is connected to the scrubbing unit (A2) via the exhaust gas supply line (G1). [14] The internal combustion engine of [14].
[16] The internal combustion engine of [14] or [15], wherein the exhaust gas cooler is an indirect or direct contact cooler.
[17] The exhaust gas cooler (A5) is integrated with the scrubbing unit (A2) provided with a first spray device for spraying scrubbing water to the exhaust gas flowing through the scrubbing unit (A2). The internal combustion engine according to any one of [11] to [16].
[18] The scrubbing unit (A2) is a first array of sprays positioned above a first volume of filler material extending across the exhaust gas flow path in the scrubbing unit (A2). Having a chamber with an apparatus, and if necessary, said chamber is located above at least a second volume of filler material extending across said exhaust gas flow path in said scrubbing unit (A2) The internal combustion engine of [11], having a second array spray device.
[19] The internal combustion engine of [18], wherein the filling material is made of a plastic body or a plastic sheet.
Claims (17)
ａ．バッファタンク（Ａ１）に真水に基づいたスクラビング用の水の流れ（Ｌ１）を与える工程と、
ｂ．アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）を得るために、前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）に強塩基を加える工程と、
ｃ．スクラビングユニット（Ａ２）に前記アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）を供給する工程と、
ｄ．硫黄酸化物が減少したスクラブガス（Ｇ２）と、前記硫黄酸化物から形成された沈殿塩及び前記強塩基からの陽イオンを含む使い尽くしたスクラビング用の水の流れ（Ｌ３）とを得るために、前記スクラビングユニット（Ａ２）で前記アルカリ性のスクラビング用の水の流れ（Ｌ２）にＣＯ２を含む排気ガス（Ｇ１）を与える工程と、
ｅ．工程ａで使用される前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）を発生させるために、前記使い尽くしたスクラビング用の水の流れ（Ｌ３）から沈殿塩を除去する工程と、
を具備し、
ここにおいて、ＣＯ ２ 、Ｈ ２ ＣＯ ３ 、ＨＣＯ ３ − 及びＣＯ ３ ２− の少なくとも１つが、工程ｃで前記アルカリのスクラビング用の水の流れに前記排気ガス（Ｇ１）を与える前に、重炭酸塩／炭酸塩バッファシステムを確立するために前記スクラビング用の水（Ｌ１）に加えられ、
腐食の問題を減少させ、前記スクラビング用の水の安定したｐＨ値を得る目的をもって、前記強塩基は、前記アルカリ性のスクラビング用の水のｐＨが、重炭酸塩／炭酸塩の平衡のｐＫａよりも上に保持されるように、所定の割合で前記スクラビング用の水の流れ（Ｌ１）に加えられる方法。 In an exhaust system (B) of an internal combustion engine having a plurality of cylinders provided with a plurality of combustion chambers (A4), a method of removing sulfur oxide (SO x ) from exhaust gas,
a. Providing the buffer tank (A1) with a stream (L1) of scrubbing water based on fresh water;
b. Adding a strong base to the scrubbing water stream (L1) to obtain an alkaline scrubbing water stream (L2);
c. Supplying the alkaline scrubbing water flow (L2) to the scrubbing unit (A2);
d. To obtain a scrubbing gas (G2) depleted in sulfur oxides and a depleted scrubbing water stream (L3) containing precipitated salts formed from the sulfur oxides and cations from the strong base Supplying the exhaust gas (G1) containing CO 2 to the flow (L2) of the alkaline scrubbing water in the scrubbing unit (A2);
e. Removing precipitated salts from the depleted scrubbing water stream (L3) to generate the scrubbing water stream (L1) used in step a;
Comprising
Wherein at least one of CO 2 , H 2 CO 3 , HCO 3 −, and CO 3 2− is bicarbonate before providing the exhaust gas (G1) to the alkaline scrubbing water stream in step c. Added to the scrubbing water (L1) to establish a salt / carbonate buffer system;
It reduces the corrosion problems, with the purpose of obtaining a stable pH value of the water for the scrubbing, the strong base, pH of the water for scrubbing the alkalinity, Ri by the pKa of the equilibrium of the bicarbonate / carbonate Added to the scrubbing water stream (L1) at a predetermined rate so that it is also held on.
前記排気系は、少なくとも、塩基貯蔵タンク（Ａ０）と、バッファタンク（Ａ１）と、スクラビングユニット（Ａ２）とを有し、
前記塩基貯蔵タンク（Ａ０）は、塩基添加ライン（Ｌ０）を通って前記バッファタンク（Ａ１）に塩基を供給するための添加装置を有し、
前記バッファタンク（Ａ１）には、さらに、準備されたスクラビング用の水の供給ラインを介して前記スクラビングユニット（Ａ２）の準備されたスクラビング用の水の流入部に接続されたアルカリ性のスクラビング用の水の供給ラインの流出部（Ｌ２）が設けられ、
前記バッファタンクは、さらに、スクラビング用の水の流入部（Ｌ１）を有し、
前記スクラビングユニットは、さらに、スプリッタ（Ａ３）を介して前記スクラビング用の水の流入部（Ｌ１）に接続される、使い尽くしたスクラビング用の水の流出部（Ｌ３）を有し、
前記スクラビングユニット（Ａ２）は、さらに、前記燃焼チャンバ（Ａ４）ｎから生じる１以上の排出ガス流入部（Ｇ１）ｎと、ＳＯｘ減少排気ガス流出部（Ｇ２）とを有し、
前記排気系（Ｂ）には、さらに、ｐＨセンサが設けられ、
前記スクラビング用の水の供給ラインは、非腐食耐性の鋼、プラスチック、強化プラスチック材料、繊維強化材料又はガラス繊維強化プラスチックの少なくとも１つから選択された材料でできた配管でできており、
腐食の問題を減少させ、前記スクラビング用の水の安定したｐＨ値を得る目的をもって、前記排気系は、前記ｐＨセンサから測定されたｐＨ値を受信するように構成された制御ユニットを有し、
前記制御ユニットは、前記アルカリ性のスクラビング用の水のｐＨが、重炭酸塩／炭酸塩の平衡のｐＫａよりも上に維持されるように、前記塩基貯蔵タンク（Ａ０）から塩基を加えるための前記添加装置を制御するように構成されている内燃機関。 An internal combustion engine for a marine vessel comprising a plurality of cylinders with a plurality of combustion chambers (A4) n and an exhaust system (B),
The exhaust system includes at least a base storage tank (A0), a buffer tank (A1), and a scrubbing unit (A2).
The base storage tank (A0) has an addition device for supplying a base to the buffer tank (A1) through a base addition line (L0),
The buffer tank (A1) further includes an alkaline scrubbing unit connected to the prepared scrubbing water inlet of the scrubbing unit (A2) via a prepared scrubbing water supply line. An outflow section (L2) of the water supply line is provided;
The buffer tank further has an inflow portion (L1) for scrubbing water,
The scrubbing unit further has an exhausted scrubbing water outlet (L3) connected to the scrubbing water inlet (L1) via a splitter (A3),
The scrubbing unit (A2) may further include the one or more exhaust gas inflow part arising from the combustion chamber (A4) n and (G1) n, SO x reduction exhaust gas outflow part and (G2),
The exhaust system (B) is further provided with a pH sensor,
The scrubbing water supply line is made of piping made of a material selected from at least one of non-corrosion resistant steel, plastic, reinforced plastic material, fiber reinforced material or glass fiber reinforced plastic;
For the purpose of reducing corrosion problems and obtaining a stable pH value of the scrubbing water, the exhaust system has a control unit configured to receive a pH value measured from the pH sensor;
The control unit, pH of the water for scrubbing the alkalinity, so as to maintain above the pKa of the equilibrium of the bicarbonate / carbonate, said for adding a base from the base storage tank (A0) An internal combustion engine configured to control the addition device.
（Ａ２）に接続されている請求項１２の内燃機関。 Wherein the at least one exhaust gas cooler (A5), the disk is located upstream of the rubbing unit (A2), the exhaust gas supply line (G1) according to claim connected to the scrubbing unit (A2) through 12 Internal combustion engine.
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