JP7270157B2 - 船舶排気ガス浄化装置及び方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2019年3月13日付で出願された大韓民国特許出願第10-2019-0028477号に基づく優先権を主張するものであり、その出願内容全体が本出願に参照として取り込まれる。
(式1)2SO2+O2→2SO3
(式2)SO3+H2O+NH3→NH4HSO4
(式3)2NO+O2→2NO2
(式4)NO+NO2+NH3→2N2+3H2O
図5に示すような実験装置を用意した。図5の実験装置の下で、N2(100%)シリンダ1から流量調節器6を調節してN2を97ml/分の速度、NO(8%)/SO2(5%)/N2(87%)混合ガスシリンダ2からNO/SO2/N2混合ガスを1ml/分の速度、O2(3%)/N2(97%)混合ガスシリンダ(3)からO2/N2混合ガスを1ml/分の速度で、それぞれの予熱器7を通過させながら250℃まで加熱してから、1番目のガス混合器8に送り込む。これと共に蒸留水貯留槽4から蒸留水を流量調節計で0.3g/時間の速度で供給しながら予熱器7で250℃まで加熱してから、同じく一番目のガス混合器8に投入する。これらのSO2、NO、O2、水蒸気から構成される混合ガスは、二番目のガス混合器に送られ、NH3(NH3-8%、N2-92%)シリンダ5から流量調節器6を介して1ml/分の速度で予熱され供給される250℃のNH3と再度混合され、これらの最終混合ガスは反応器入口サンプルポート9を通って冷却器11と反応器Furnace 13(内径5cm、外径13cm、長さ42cm)で最終反応温度に調整され、反応器12(内径8mm、外径10mm、長さ48cm)、反応器出口サンプルポート10及び気体Bubbler 16を通って外部に排出される。図5の未説明の図面符号14は、硫酸水素アンモニウム合成触媒として白金が0.5wt%担持されているアルミナ0.5gであり、図面符号15は触媒支持用石綿である。
実験例1と同様な方法にて実験を行い、原料混合ガス中のNH3の濃度を500ppmから1100ppmまで変化させ、反応温度は220℃と固定して実験を行った。その結果を表2にまとめて表した。
反応器内部に白金が0.5wt%担持されているアルミナ0.5gを装入した状態で実験を行い、触媒装入のない場合と比較した。NH3の投入濃度を600ppmから900ppmまで変化させ、その他実験条件は実験例2と同様に適用した。実験結果は下記の表3のとおりである。
本発明の一側面は、排気ガス中のSO2を除去するためにNH3を投入及び反応させて硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)に変換してから、これを水又は海水に溶解させて最終的に海に放流及び廃棄することを目的とし、したがって、硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)の完璧な溶解のための水の量を確定することは非常に重要である。
反応器内部にNOxSCR常用触媒(V2O5/TiO2/WO3)を装入し、実験例1と同様な方法にて実験を行った。参考として、予熱器の温度はいずれも210℃に固定し、触媒が装入された反応器の温度は350℃に昇温して実験を行った。原料混合ガス中のNH3の濃度を1200ppmから2000ppmまで変化させながら、反応器出口でSO2、NOx、そしてNH3の濃度を測定し、その結果を表5にまとめて表した。
120:湿式スクラバー
130:SCR装置
140:アンモニア供給装置
Claims (11)
- 二酸化硫黄除去装置、湿式スクラバー及びSCR装置を含む船舶排気ガス浄化装置であって、
前記二酸化硫黄除去装置は、150~300℃の船舶排気ガスにアンモニア(NH3)を投入して前記船舶排気ガスに含まれている二酸化硫黄(SO2)を硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)に変換させ、
前記SCR装置は、前記二酸化硫黄除去装置を通過した船舶排気ガスを200~450℃に予熱し、予熱された船舶排気ガスにアンモニア(NH 3 )を投入して予熱された前記船舶排気ガスに含まれている窒素酸化物(NO x )を窒素(N 2 )に還元させ、
前記湿式スクラバーは、前記SCR装置を通過した船舶排気ガスに含まれている硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)を原水に溶解させて除去する、船舶排気ガス浄化装置。 - 前記船舶排気ガスに含まれている二酸化硫黄(SO2)のモル当量に対し1~2倍のアンモニア(NH3)が前記二酸化硫黄除去装置に投入される、請求項1に記載の船舶排気ガス浄化装置。
- 前記二酸化硫黄除去装置内に硫酸水素アンモニウム合成触媒が搭載され、前記硫酸水素アンモニウム合成触媒は、硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)の生成を促進させる役割をする、請求項1に記載の船舶排気ガス浄化装置。
- 前記硫酸水素アンモニウム合成触媒は、酸化触媒、酸化触媒と固体酸の混合物、及び酸化触媒の固体酸担体のいずれか一つ又はこれらの混合物である、請求項3に記載の船舶排気ガス浄化装置。
- 前記酸化触媒は、MnO2、V2O5、Ni、Pd、及びPtのいずれか一つ又はこれらの混合物であり、
前記固体酸は、玄武岩、花崗岩、石灰岩、砂岩、シェール、変成岩、カオリナイト(kaolinite)、アタパルジャイト(attapulgite)、ベントナイト(bentonite)、モンモリロナイト(montmorillonite)、ゼオライト(zeolite)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)、酸化セシウム(CeO2)、酸化バナジウム(V2O5)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化クロム(Cr2O3)、硫酸カルシウム(CaSO4)、硫酸マンガン(MnSO4)、硫酸ニッケル(NiSO4)、硫酸銅(CuSO4)、硫酸コバルト(CoSO4)、硫酸カドミウム(CdSO4)、硫酸マグネシウム(MgSO4)、硫酸鉄(II)(FeSO4)、硫酸アルミニウム(Al2(SO4)3)、硝酸カルシウム(Ca(NO3)2)、硝酸亜鉛(Zn(NO3)2)、硝酸鉄(III)(Fe(NO3)3)、リン酸アルミニウム(AlPO4)、リン酸鉄(III)(FePO4)、リン酸クロム(CrPO4)、リン酸銅(Cu3(PO4)2)、リン酸亜鉛(Zn3(PO4)4)、リン酸マグネシウム(Mg3(PO4)2)、塩化アルミニウム(AlCl3)、塩化チタン(TiCl4)、塩化カルシウム(CaCl2)、フッ化カルシウム(CaF2)、フッ化バリウム(BaF2)、及び炭酸カルシウム(CaCO3)からなる群より選ばれる1種又は1種以上を含む混合物である、請求項4に記載の船舶排気ガス浄化装置。 - 前記湿式スクラバーの溶解対象物質は、硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)であり、前記湿式スクラバーに投入される原水は、硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)の質量に対し100~2000倍である、請求項1に記載の船舶排気ガス浄化装置。
- 前記SCR装置に還元剤として投入されるアンモニア(NH3)は、前記予熱された船舶排気ガスに含まれている窒素酸化物(NOx)のモル当量に対し0.7~1.5倍の量で投入される、請求項1に記載の船舶排気ガス浄化装置。
- 150~300℃の船舶排気ガスに含まれている二酸化硫黄(SO2)にアンモニア(NH 3 )を投入して硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)に変換させる二酸化硫黄除去段階と、
前記二酸化硫黄除去段階後に、前記船舶排気ガスを200~450℃に予熱し、予熱された船舶排気ガスに含まれている窒素酸化物(NO x )にアンモニア(NH 3 )を投入して窒素酸化物(NO x )を除去する窒素酸化物除去段階と、
前記窒素酸化物除去段階後に、前記二酸化硫黄除去段階で変換された硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)を原水に溶解させて除去する硫酸水素アンモニウム除去段階とを含んでなる、船舶排気ガス浄化方法。 - 前記二酸化硫黄除去段階において、硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)の合成効率を最大化するために、前記船舶排気ガスに含まれている二酸化硫黄(SO2)のモル当量に対し1~2倍のアンモニア(NH3)を投入する条件、及び硫酸水素アンモニウム合成触媒を搭載する条件を選択的に適用するか、又はこれらを組み合わせて適用する、請求項8に記載の船舶排気ガス浄化方法。
- 前記硫酸水素アンモニウム除去段階において、硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)を溶解させるために硫酸水素アンモニウム(NH4HSO4)の質量に対し100~2000倍の原水が投入される、請求項8に記載の船舶排気ガス浄化方法。
- 前記窒素酸化物除去段階はSCR装置によって行われ、
前記船舶排気ガスに含まれている窒素酸化物(NOx)のモル当量に対し0.7~1.5倍のアンモニア(NH3)を投入する条件を選択的に適用するか、又はこれらを組み合わせて適用する、請求項8に記載の船舶排気ガス浄化方法。
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