(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガスからＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２ガス成分を除去する方法であって、
ａ）前記燃焼排ガスからＳＯｘを除去するために、第１のプラズマ中においてＳＯｘガス分子に衝突してＳＯｘガス分子を解離させる量の反応性電子又はイオンを含む前記第１のプラズマを与える第１の液体媒体と前記燃焼排ガスとを接触させ、
ｂ）前記燃焼排ガスからＣＯ２を除去するために、第２のプラズマ中においてＣＯ２ガス分子に衝突してＣＯ２ガス分子を解離させる量の反応性電子又はイオンを含む前記第２のプラズマを与える第２の液体媒体とステップａ）で得られた燃焼排ガスとを接触させ、
ｃ）前記燃焼排ガスからＮＯｘを除去するために、第３のプラズマ中においてＮＯｘガス分子に衝突してＮＯｘガス分子を解離させる量の反応性電子又はイオンを含む前記第３のプラズマを与える第３の液体媒体とステップｂ）で得られた燃焼排ガスとを接触させることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１、第２及び第３の液体媒体は、それぞれ各々のイオン化定数（ｐＫａ）に実質的に等しい又は近いｐＨ値を持つことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の液体媒体は、ｐＨが９から１１で、炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩又はこれらを組み合わせたもので飽和した淡水であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の液体媒体は、ｐＨが２から４の硫酸溶液であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の液体媒体は、ｐＨが９から１１で、炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩又はこれらを組み合わせたもので飽和した淡水又は海水であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第３の液体媒体は、ｐＨが１０から１２で、炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩又はこれらを組み合わせたもので飽和した淡水又は海水であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１、第２及び第３のプラズマは、少なくとも１つのアノード及び少なくとも１つのカソードを含む電解槽において、それぞれ前記第１、第２及び第３の液体媒体を電気分解することで生成され、
前記電気分解は、前記液体媒体中において陽イオンを除去し、かつ電子又はイオンを残すように前記アノード及びカソードにおける陰イオン及び陽イオンの発生速度を選択的に制御することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記アノードは、金属、金属酸化物、黒鉛及び白金めっきチタンから成るグループより選択された材料から成ることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記カソードは、ニッケル、鋼、ニッケルめっき鋼、銅、黒鉛及び金属酸化物から成るグループより選択された材料から成ることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記アノード及びカソードは、物理的分離によって分離されていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記物理的分離は、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）フィルタークロス又は多孔機械セパレータによって行なわれることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記カソードで生成された水素を迅速に遊離させるために、底から上へと強い水流を噴出させて上向きに前記液体媒体を動かすステップを更に備えたことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記アノード及びカソードの材料、表面条件、電流密度及び電位によって、陰イオン及び陽イオンの発生速度が選択的に制御されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１、第２及び第３のプラズマは、それぞれ前記第１、第２及び第３の液体媒体に時変電磁波を与えることで生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記時変電磁波は、０．５ｋＨｚから５００ｋＨｚの周波数を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１、第２及び第３の液体媒体は、それぞれ前記燃焼排ガスと接触した後に回収され、前記ガス成分の解離に必要な反応性電子又はイオンを産生するために活性化され、連続的に再循環されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップａ）乃至ｃ）において、前記液体媒体は、それぞれ−１００から−５００ｍＶの酸化還元電位を持つことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップａ）乃至ｃ）の各々において、前記プラズマは、衝突前に時変電磁波処理を受けることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
燃焼排ガスからＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２ガス成分を除去するシステムであって、
前記システムは、タワーと、電子生成システムと、を備え、
前記タワーは、ＳＯｘを除去するための第１のステージと、ＣＯ２を除去するための第２のステージと、ＮＯｘを除去するための第３のステージと、を有し、
前記第１のステージは、反応性電子又はイオンを含む第１のプラズマを与える第１の液体媒体を注入するための第１の注入口と、前記第１のステージを上方に通り抜ける前記燃焼排ガスが前記第１の液体媒体と接触するように該第１の液体媒体を下方に噴霧して前記第１のステージの断面を横切る前記第１の液体媒体のフィルムを形成する噴霧手段と、を有し、
前記第２のステージは、反応性電子又はイオンを含む第２のプラズマを与える第２の液体媒体を注入するための第２の注入口と、前記第１のステージからの前記燃焼排ガスが前記第２の液体媒体と接触するように該第２の液体媒体を下方に噴霧して前記第２のステージの断面を横切る前記第２の液体媒体のフィルムを形成する噴霧手段と、を有し、
前記第３のステージは、反応性電子又はイオンを含む第３のプラズマを与える第３の液体媒体を注入するための第３の注入口と、前記第２のステージからの前記燃焼排ガスが前記第３の液体媒体と接触するように該第３の液体媒体を下方に噴霧して前記第３のステージの断面を横切る前記第３の液体媒体のフィルムを形成する噴霧手段と、を有し、
前記電子生成システムは、
前記第１の液体媒体中で前記第１のプラズマを発生させるための第１の電子生成ユニットと、
前記第２の液体媒体中で前記第２のプラズマを発生させるための第２の電子生成ユニットと、
前記第３の液体媒体中で前記第３のプラズマを発生させるための第３の電子生成ユニットと、を有することを特徴とするシステム。
【請求項２０】
前記噴霧手段の各々は、スクリーンタイプ螺旋状ノズルであることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１のステージへの前記第２の液体媒体の浸潤又は干渉を防ぐために、前記第１のステージと前記第２のステージとの間にスペーサが設けられていることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１、第２及び第３の電子生成ユニットは、前記タワーの外部に配置されていることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第１の電子生成ユニットは、前記タワーの第１のステージ内部に配置され、
前記第２の電子生成ユニットは、前記タワーの第２のステージ内部に配置され、
前記第３の電子生成ユニットは、前記タワーの第３のステージ内部に配置されていることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
前記電子生成ユニットの各々は、少なくとも１つのアノード及び少なくとも１つのカソードを有する電解槽を有し、
前記電解槽において前記液体媒体の電気分解を行うために、前記アノード及びカソードに直流が印加されることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
前記アノードは、金属、金属酸化物、黒鉛及び白金めっきチタンから成るグループより選択された材料により形成されていることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記カソードは、ニッケル、鋼、ニッケルめっき鋼、銅、黒鉛及び金属酸化物から成るグループより選択された材料により形成されていることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記アノード及びカソードは、該アノードをＰＰ又はＰＥバッグで覆うことにより互いに物理的に分離されていることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項２８】
前記カソードの表面から水素ガスを取り除くために、プロペラ撹拌器又はエアリフト供給器が設けられていることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項２９】
前記電解槽から水素ガスを消散させるために、該電解槽の上に圧縮空気リフトベンチュリが設けられていることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項３０】
前記電解槽において前記液体媒体を注入するための注入口は、前記カソードに近い位置に設けられていることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項３１】
前記電解槽は、非導電性の裏打ち又はコーティングを有する非金属材料又は金属材料にから成ることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項３２】
前記電子生成ユニットの各々は、時変電磁波を生成するための手段を有し、
前記液体媒体は、プラズマ生成のために前記時変電磁波で処理されることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項３３】
前記時変電磁波は、０．５ｋＨｚから５００ｋＨｚの範囲の周波数を有することを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記時変電磁波を生成するための手段は、互いに距離を置いて前記液体媒体中に浸漬された少なくとも２つの電極アンテナを含むタンクと、前記２つの電極アンテナ間に接続された電磁波生成カードと、前記電磁波生成カードに接続されたＤＣ電源と、を有することを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項３５】
前記２つの電極アンテナは、マグネシウム、バリウム、銅、鋼、酸化イリジウム又は酸化ルテニウム又はこれらの混合物のような金属酸化物といった金属、又は黒鉛から成ることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記第１、第２及び第３の液体媒体の各々が前記タワーに注入される前に時変電磁波を受けるように、時変電磁波を生成するための更なる手段が設置されていることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項３７】
前記タワーの第１、第２及び第３のステージの各内部に排出ファンが取り付けられていることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項３８】
前記ステージの各々の壁に、この壁に当たった前記液体媒体を排水するための排水チャネルが設けられていることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染物質及び温室効果ガスを除去する方法及びシステムに関し、特に、湿式プラズマ環境において電子衝撃を用いて燃焼排ガスからＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２といったガス成分を同時に除去する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染物質及び温室効果ガス、特に、ＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２といったガス成分の環境への悪影響が広く認知されてきたのに伴い、多くの排ガス規制法が、これら汚染物質及び温室効果ガスの排出を規制しようとしている。これら法制の要求を満たすために多くの試みが成され、その１つに燃焼後ガス減少技術がある。しかしながら、この技術は、燃焼排ガスの複雑な性質により満足できるものではない。燃焼排ガスの組成は、使用燃料のタイプに依存して大きく異なることが知られている。しかしながら、ＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２は、燃焼プロセスにおいて同時に発生する三大共通ガスである。従って、他のガスからの影響を無視しつつ、１種のガスだけの減少を考慮することは非現実的である。
【０００３】
当技術分野で利用可能な技術の殆どは、後述するように１種のガスを除去するものである。
【０００４】
ＳＯ２は、通常、湿式又は乾式石灰洗浄プロセスにより除去される。このプロセスは、液相又は固相のいずれかにおける化学反応プロセスであって、ＳＯ２を除去するがＮＯｘを除去しない。その上、石灰ＣａＯを得ようと原材料であるＣａＣＯ３を加熱すると、ＣＯ２が放出される。石灰は、このプロセスにおいて消耗反応物として用いられる。
【０００５】
また、ＳＯ２は、ＮａＯＨ添加有り又は無しにおける海水又は淡水洗浄により除去され得る。このプロセスにおいて、ＳＯ２は液相化学反応により除去され、自然環境に有害な酸性水又はＣＯ２の生成を伴う。水中のアルカリ度又は添加されたＮａＯＨが、このプロセスにおいて消耗反応物として用いられる。この場合もやはり、このプロセスは、ＮＯｘ又はＣＯ２を除去することができない。
【０００６】
ＮＯｘは、一般に、選択的触媒還元（ＳＣＲ）プロセスにより除去される。このＳＣＲプロセスでは、尿素又はアンモニアが、ＮＯｘを窒素及び酸素に還元するのに用いられる。ＳＣＲプロセスは、ＮＯｘのみを除去することができ、ＳＯｘ又はＣＯ２を除去することはできない。そのうえ、ＳＯｘは、ＳＣＲプロセスにおける触媒を毒する。ＳＣＲプロセスの別の欠点は、３００℃以上の高温がガス還元を触媒するのに必要とされることである。これは、多くの燃焼プラントの燃焼後システムにおいて非現実的であり、特に、廃熱利用設備が排気ガスからの余熱回収に必要とされる場合には深刻である。ＳＣＲシステムでは、触媒ガス還元を行うために高い熱エネルギーを利用する液相化学反応が起こる。
【０００７】
また、ＮＯｘは、化学酸化プロセスによっても除去される。このプロセスでは、ＮＯｘが水に溶けて硝酸塩又は亜硝酸塩を形成する前に、ＮＯをＮＯ２そして最終的にＮ２Ｏ５に変換するためにＮＯｘがオゾンや酸といった酸化剤と反応させられる。このプロセスは、排水中に高含量の硝酸塩又は亜硝酸塩を含むので、自然環境問題を引き起こす虞がある。また、このプロセスは、ＣＯ２及びＳＯｘを除去できない。
【０００８】
一般に、燃焼排ガス中のＣＯ２は、ＳＯｘ又はＮＯｘよりも容量組成において何百倍も多い。当技術分野では、ＣＯ２除去に利用可能な適切又は実行可能な技術がない。ＣＯ２を処理する１つのアプローチは、例えば、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）のような化学物質を用いてＣＯ２を捕捉し、加熱によってＣＯ２を解放して貯蔵するいわゆる炭素吸着保管（ＣＣＳ）法である。この方法は、ＣＯ２を大気中に放出するのではなく、ＣＯ２を地下に貯蔵する。
【０００９】
一般に、当技術分野における大規模なＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２ガスの減少に利用可能な技術は、化学物質を用いて液相反応を介して行われる。
【００１０】
電気化学プロセスが、汚染ガス除去のための水酸化ナトリウム産生に提案されている（Sukheon An及びOsami Nishida、JSME International Journal、series B、vol46、No1、2003参照）。このプロセスは、本質的に、ＳＯｘ及びＣＯ２ガスを液相中和により除去するのに必要なＮａＯＨを産生するために、電気分解された海水を用いる。アノード側で発生する酸性水は、その後、液相化学反応によりＮＯｘを硝酸塩に酸化するのに用いられる。この文献で議論されているように、全体のプロセスは、液相化学反応に基づいて機能する。ＳＯ２は液相反応により硫酸ナトリウムに変換され、ＮＯｘは液相で硝酸ナトリウムに変換され、そしてＣＯ２は液相で重炭酸塩及び炭酸塩に変換される。このプロセスは、硝酸塩廃棄に関する問題を抱え、１ｇのＣＯ２を除去するのに液相反応で１モル当量重量のＮａＯＨを必要とする。これは必然的に、膨大な量のＮａＯＨ又は電気分解によりＮａＯＨを産生するための大量の電力を必要とする。このプロセスの使用に伴う問題は、電気分解プロセスの間に生成されるＣＯ２量が、燃焼排ガスから除去される必要のあるＣＯ２量よりも恐らく多いことである。更に、ＮＯｘ除去の結果生じる硝酸塩及びこの過程で生じる洗浄水は、排水を処理する大規模な排水処理プラントを別に設置しない限り環境問題を引き起こすであろう。このプロセスが閉ループシステムで行われるとすると、このシステムは、海水又は淡水中の限られた量の反応物がＣＯ２、ＳＯｘ及びＮＯｘの変換に使い切られた場合には、更なる液相反応が起こらない飽和点に達するであろう。このような制限は、このプロセスを閉ループシステムで用いることを非現実的にする。このプロセスは、海水反応物の供給が連続的である開ループシステムでのみ応用に結びつき得る。しかしながら、発生する硝酸塩、排水及びＣＯ２除去に必要とされるエネルギー問題といった課題は、依然として解決されていない。
【００１１】
すべての上記方法は、液相反応に基づいている。現在、ＮＯｘガスを除去するための乾式プラズマ技術を用いた方法及びシステムがある。これら方法及びシステムに共通する特徴は、プラズマを発生させるために高電圧の反応チャンバを用いることである。プラズマの発生は、通常、炭や燃料を燃焼させる燃焼排ガスシステムでは実際上達成不可能な清浄環境を必要とする。乾式プラズマに基づいた方法では、ＵＳパテントnos. 7240484、7377101、7198764、7188469で論じられているように、ＮＯｘがＮ２やＯ２に分解されるようにＮＯｘガス分子へ照射される電子流が高電圧及び高出力で生成される。
【００１２】
乾式プラズマに基づいた方法及びシステムを用いることの欠点は、清浄な環境が必要とされること、そして高電圧及び高エネルギーが消費されることである。特に、ＣＯ２を除去するのに消費されるエネルギーは非常に大きい。これは、乾式プラズマに基づいた方法及びシステムの大規模応用を制限し、特に、ＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２すべてのガスを減少させる必要がある場合には深刻である。
【００１３】
以上のように、汚染物質及びＳＯ２、ＮＯｘ及びＣＯ２といった温室効果ガスは、すべて燃焼排ガス中において発生かつ互いに混合され、燃焼排ガスが排出される前に除去される必要がある。しかしながら、上記プロセス及びシステムは、汚染物質及び温室効果ガスの１種を除去するものか、あるいは実用的でない。これらガスすべてが個々のプロセスにより除去されるのであれば、３つすべてのガスを除去するのに３つの異なる処理プラントの設置が必要となる。これは、最終産物の保管及び廃棄に関する問題に加えて、多大な資本コスト、広大な貯蔵スペース及び高コストな試薬を必要とする。
【００１４】
低コストで燃焼排ガスから汚染物質及び温室効果ガスを同時に除去することができ、かつ最終産物の廃棄及び原材料の保管を考慮することなく大気及び海洋環境に害を与えない方法及びシステムが求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するものであって、環境に優しく、かつ燃焼排ガスからガス成分を同時に除去する方法及びシステムを提供することを主な目的とする。
【００１６】
本発明の別の目的は、非常に経済的かつエネルギー効率高く、燃焼排ガスからガス成分を同時に除去する方法及びシステムを提供することである。
【００１７】
本発明の更に別の目的は、容易に入手可能な原材料を比較的少量用い、かつその材料を燃焼排ガス処理後にリサイクル可能とした、燃焼排ガスからガス成分を同時に除去する方法及びシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のこれら目的及び利点は、以下のステップを含んだ燃焼排ガスからＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２ガス成分を除去する方法を提供することで達成される。
ａ）燃焼排ガスからＳＯ２を除去するために、第１のプラズマ中においてＳＯｘガス分子に衝突してＳＯｘガス分子を解離させる量の反応性電子又はイオンを含む第１のプラズマを与える第１の液体媒体と燃焼排ガスとを接触させ、
ｂ）燃焼排ガスからＣＯ２を除去するために、第２のプラズマ中においてＣＯ２ガス分子に衝突してＣＯ２ガス分子を解離させる量の反応性電子又はイオンを含む第２のプラズマを与える第２の液体媒体とステップａ）で得られた燃焼排ガスとを接触させ、そして、
ｃ）燃焼排ガスからＮＯｘを除去するために、第３のプラズマ中においてＮＯｘガス分子に衝突してＮＯｘガス分子を解離させる量の反応性電子又はイオンを含む第３のプラズマを与える第３の液体媒体とステップｂ）で得られた燃焼排ガスとを接触させる。
【００１９】
必要であれば、この方法のステップａ）乃至ｃ）を１回又は複数回繰り返してもよい。
【００２０】
本発明によれば、第１、第２及び第３の液体媒体は、それぞれのイオン化定数（ｐＫａ）に実質的に等しい又は近いｐＨを持つ。
【００２１】
本発明の一実施形態では、第１の媒体は、ｐＨが９から１１で炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩又はこれらを組み合わせたもので飽和した淡水であり、第２の媒体は、ｐＨが９から１１で炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩又はこれらを組み合わせたもので飽和した淡水又は海水であり、そして第３の媒体は、ｐＨが１０から１２で炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩又はこれらを組み合わせたもので飽和した淡水又は海水である。
【００２２】
硫酸溶液は、ＳＯ２ガスの急増があったり、硫酸溶液のｐＨが２から４の範囲で制御される場合には、第１の媒体として使用可能である。
【００２３】
好ましくは、プラズマは、電気分解プロセス又は時変電磁波を用いて生成され得る。媒体中でプラズマを形成する１つの手段は、媒体の酸化還元ポテンシャル（ＯＲＰ）である。ＯＲＰが、例えば、−１００ｍＶから−５００ｍＶ負の方向に変化する場合には、媒体は還元的かつ過剰な電子を含有し、媒体中で生成されたプラズマが還元反応に適していることを示す。
【００２４】
電気分解プロセスは、少なくとも１つのアノード及び少なくとも１つのカソードを含む電気分解セル中で行われ、アノード及びカソードにおける陰イオン及び陽イオンの発生速度を選択的に制御することで媒体中から陽イオンを除去し、かつ同媒体中に電子を残す。陰イオン及び陽イオンの発生速度は、アノード及びカソードの材料、表面条件、電流密度及び電位により選択的に制御され得る。
【００２５】
アノード及びカソードは、プラズマの生成を容易にするために、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）フィルタクロス若しくは他の多孔機械セパレータといった電子及びイオンの移動を物理的にスローダウンさせるものにより物理的に分離される。プラズマの生成を容易にする別の方法は、カソードで発生した水素を迅速に遊離させ、かつ媒体中に電子を残すために、底から上方へと強水流を噴出させて媒体マスを上向きに移動させるものである。
【００２６】
プラズマを生成するための時変電磁波は、通常、０．５ｋＨｚから５００ｋＨｚの範囲の周波数を持つ。
【００２７】
ガス除去を増強するために、プラズマは、衝突前に時変電磁波処理を受けることが有利である。
【００２８】
本発明のもう１つの態様は、燃焼排ガスからＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２ガス成分を除去するシステムを提供することである。このシステムは、タワーと、電子生成システムと、を備える。
【００２９】
タワーは、ＳＯｘを除去するための第１のステージと、ＣＯ２を除去するための第２のステージと、ＮＯｘを除去するための第３のステージと、を有し、
第１のステージは、反応性電子又はイオンを含む第１のプラズマを与える第１の液体媒体を注入するための第１の注入口と、第１のステージを上方に通り抜ける燃焼排ガスが第１の液体媒体と接触するように第１の液体媒体を下方に噴霧して第１のステージの断面を横切る第１の液体媒体のフィルムを形成する噴霧手段と、を有し、
第２のステージは、反応性電子又はイオンを含む第２のプラズマを与える第２の液体媒体を注入するための第２の注入口と、第１のステージからの燃焼排ガスが第２の液体媒体と接触するように第２の液体媒体を下方に噴霧して第２のステージの断面を横切る第２の液体媒体のフィルムを形成する噴霧手段と、を有し、
第３のステージは、反応性電子又はイオンを含む第３のプラズマを与える第３の液体媒体を注入するための第３の注入口と、第２のステージからの燃焼排ガスが第３の液体媒体と接触するように第３の液体媒体を下方に噴霧して第３のステージの断面を横切る第３の液体媒体のフィルムを形成する噴霧手段と、を有する。
【００３０】
電子生成システムは、
第１の液体媒体中で第１のプラズマを発生させるための第１の電子生成ユニットと、
第２の液体媒体中で第２のプラズマを発生させるための第２の電子生成ユニットと、
第３の液体媒体中で第３のプラズマを発生させるための第３の電子生成ユニットと、を有する。
【００３１】
本発明によれば、各々の噴霧手段は、燃焼排ガスと接触する媒体の薄フィルム形成に有利なスクリーンタイプ螺旋状ノズルである。
【００３２】
本発明の別の実施形態では、第１のステージと第２のステージとの間に、第１のステージへの第２の液体媒体の浸潤又は干渉を防ぐためのスペーサが設けられる。
【００３３】
第１、第２及び第３の電子生成ユニットは、タワーの外部又はタワーの各ステージ内部に配置され得る。電子生成ユニットがタワー内部に配置された場合には、プラズマは生成されると直ちにガスと接触して外部生成タンクが不要となるので、必要とされるエネルギー及びスペースが非常に小さくなると共に、タワー外部における更なる媒体処理がなくなる。
【００３４】
好ましくは、排出ファン及び／又は流線内部構造が、タワーの第１、第２及び第３のステージ各々の内部にステージの背圧を低減するために取り付けられる。また、個々のステージの壁に、壁に当たった媒体を排水するための排水溝が設けられる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、本システムは、閉ループシステムの形態で供給される、又は開ループシステムとして構築される。ここで言う「閉ループシステム」とは、媒体が再処理を受けるためにリサイクルされ、かつ連続的に再循環されるシステムを指す。また、ここで言う「開ループシステム」とは、媒体が燃焼排ガスと接触した後に廃棄されるシステムを指す。
【００３６】
従来技術で利用可能なプロセス及びシステムとは対照的に、本発明の方法及びシステムは、３つすべてのガスを同時に除去することができ、これにより、資本コストを大きく低減し、かつ非常に少ないエネルギーしか必要としない。更に、本発明で得られる最終産物は、環境に優しく、生態系に影響を与えず、そして廃棄を考慮する必要がない。
【００３７】
本発明に係る方法の最も大きな利点は、液体媒体がガス成分を解離させるのに必要な電子又はイオンの発生に利用され、媒体自身は電子キャリアとしてだけ作用して反応に関与しないことである。これにより、従来技術で利用可能な乾式プラズマ法で見られるような高エネルギー及び高電圧消費が回避される。本発明の方法は、当技術分野の乾式プラズマ法と区別するために「湿式プラズマ法」と呼び得る。
【００３８】
本発明に係るシステムのタワーは、従来の洗浄機とは構造的に異なる。通常、従来の洗浄機は、長い通路を確保するために可能な限り長いカラムと、媒体と燃焼排ガスとの間で最大接触表面が得られるように霧状ミストノズルと、を有するように構成されている。従来の洗浄機に対して、本発明のタワーは、通路が短くなるように構成され、かつ燃焼排ガスと反応させるのにタワーの断面を横切る媒体の薄フィルムを使用する。この媒体の薄フィルムを用いることで、媒体と燃焼排ガスとの間の接触時間が劇的に低減され、タワーは高さにして１メートル以下の短さとされ得る。
【００３９】
本発明の課題、特徴、利点及び技術効果は、添付の図面を参照して本発明の概念及び構造に関する以下の記述により更に説明される。図面は、いかなる様式でも本発明を限定するものではなく、ほんの一例として本発明を示している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に従って構築され、かつ電子生成ユニットがタワー外部に配置された燃焼排ガスからガス成分を除去するシステムを示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態に従って構築され、かつ電子生成ユニットがタワー内部に配置された燃焼排ガスからガス成分を除去するシステムを示す概略図である。
【図３】図３は、電気分解を利用した電子生成ユニットを示す概略図である。
【図４】図４は、時変電磁波を利用した電子生成ユニットを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下の記述では、好ましい実施形態を提示する。この記述は、本発明を限定するものではなく単に本発明の一般原理を記述するものであって、本発明の範囲は添付のクレームにより更に理解される。
【００４２】
本発明は、好ましい実施形態で図示及び記述されるが、多くの異なる構造、大きさ、形状及び材料で構成され得る。
【００４３】
第１、第２、第３などの語彙は、ここでは種々の要素、成分、特性及び／又は部位を記述するのに用いられているが、これらは上記語彙に限定されるものではない。上記語彙は、ある要素、成分、特性又は部位を他のものと区別するためだけに用いられている。従って、以下で議論される第１の要素、成分、特性又は部位は、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、成分、特性又は部位と呼ばれてもよい。
【００４４】
従来のプロセスでは、燃焼排ガスからガス成分を除去するために液相反応が行われ、ガス成分の除去後には利用される反応物及び産物並びに排水廃棄に関する課題が残ることが既に知られている。これら課題を回避するために乾式プラズマプロセスが用いられるが、このプロセスは、ガス分子への照射に高エネルギー及び高電圧を必要とする。本発明の方法は、乾式プラズマプロセスのように気相でのガス分子への衝突又は衝撃に必要とされる電子又はイオンを生成するのに液体媒体を利用するが、これら電子又はイオンは、比較的低エネルギーかつ比較的低電圧で液体媒体中に産生される。
【００４５】
本発明によれば、電子又はイオンは、液体媒体の電気分解により液体媒体中で産生され得る。通常の電気分解プロセスでは、陽イオン及び陰イオンは電解液中でバランスが取れており、過剰な電子流は産生されない。過剰な電子又はイオンを発生させるために、Ｈ＋イオンのような陽イオンがカソードから除去されて、その結果、過剰な電子が液体媒体中に残るように、例えば、電極の材料、表面条件、電流密度、電位を制御することによるカソード又はアノードにおける陽イオン又は陰イオンの発生速度の選択的制御が必要となる。過剰な電子を測定する手段は、液体媒体（すなわち、電解液）の酸化還元ポテンシャル（ＯＲＰ）である。ＯＲＰが負の方向に変化する場合には、電解液は還元的であり、過剰な電子を含有していることを示す。このような電解液は、電子キャリアであって、本発明の方法に利用することができる。
【００４６】
液体媒体中で電子又はイオンを産生する別のアプローチは、時変電磁波を用いるものである。時変電磁波の周波数を選択された範囲で制御することで、液体媒体のＯＲＰは、本発明の方法で利用するのに望ましい負の方向へシフトし得る。時変電磁波を用いることの利点は、液体媒体の電気分解により誘導される望ましくない産物、例えば、海水を液体媒体として用いた場合には塩素ガスの生成を排除できることである。
【００４７】
過剰な電子を有する液体媒体がＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２ガス分子を含む燃焼排ガスと接触すると、これらガス分子は、高い反応性を持つ電子流による衝突を受け、その結果、ガス分子の化学結合が振動及び励起されてガス分子の原子、元素、サブ元素、電子、イオン、フリーラジカル、エネルギー及びその他のものへの解離が起こる。この際、酸素量の増加及び微量のＣＯ、Ｃ及びＮ２が、検出及び測定される。この衝突は、ずっと大きなエネルギーを要する乾式プラズマの場合と同様である。
【００４８】
本発明の方法では、液体媒体が電子又イオンを含むプラズマを供給するのに用いられているので、燃焼排ガス中のガス成分と液体媒体との間の液相反応、及び燃焼排ガス中のガス成分と液体媒体により運ばれた電子との間の気相反応が同時に起こる可能性が高い。従って、気相反応の進行を保証するために、液相反応を阻害する手段が必要となる。驚くべきことに、液体媒体が緩衝液である場合には、ＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２と液体媒体との反応により発生した酸は、緩衝液により中和されることが見出された。この緩衝反応によりガスの溶液に溶ける速度が遅くなるので、ガス分子は、電子の衝突を受けて個々の元素又はサブ元素形態へ分解される気相反応を受け易くなる。緩衝成分は連続的に消費されるので、電子消費を埋め合わせするように絶え間なく電子を補給する必要がある。このため、本発明の方法は、電子供給を維持するために電気分解又は時変電磁波プロセスにより液体媒体が絶え間なく再活性化される閉ループシステムで行われ得る。システムが純粋な気相反応により行われる場合、液体媒体のｐＨ、伝導度、アルカリ度を含む化学的特性は変化しない。
【００４９】
緩衝特性を維持する緩衝液として、緩衝液は、自身のイオン化定数ｐＫａが自身のｐＨ値に等しい又は近い条件、すなわち、最大緩衝条件で操作されることが重要である。
【００５０】
液体媒体として用いられる多くの水性緩衝イオン溶液がある。これら緩衝液は、個々に用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。例えば、海水を媒体として用い、この海水に炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩及びこれらと同類のものを含む多くの異なる緩衝液の混合物を含ませてもよい。典型的な個々の緩衝液は、酢酸塩、２−アミノ−２−メチル−１，３−プロパンジオール、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、アミノ−１−プロパンスルホン酸、アンモニア、ヒ酸塩、バルビタール、ビシン、ビス−トリスプロパン、ホウ酸塩、カコジル酸塩、炭酸塩、クエン酸塩、Ｌ−システイン、ジエタノールアミン、ジグリコレート、３，３−ジメチルグルタル酸、エタノールアミン、Ｎ−メチルモルホリン、グリセロール２−リン酸、グリシン、グリシンアミド、グリシルグリシン、グリシルグリシルグリシン、Ｌ−ヒスチジン、ヒドラジン、イミダゾール、マレイン酸塩、２−メルカプトエタノール、メチルアミン、２−メチルイミダゾール、シュウ酸塩、リン酸塩、フタル酸塩、ピペラジン、ＰＩＰＥＳ、ＰＯＰＳＯ、ピロリン酸塩、コハク酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、Ｌ−酒石酸、トリシン、トリエタノールアミン、トリエチルアミンを含むが、これらに限定されない。
【００５１】
緩衝液は、無機酸、カルボン酸、アルコール、オキシム、ヒドロキサム酸、ペルオキシド、プロトン化種、スルフィン酸、スルホン酸、プロトン化窒素、アミン、アミド、アミド及びカルバミン酸塩、イミド、スルホンアミド、グアニジウム、ヒドラゾン、プロトン化複素環化合物、ヒドロキサム酸及びアミジン、複素環化合物、炭化水素、アミド、ケトン、ニトリル、ヘテロ芳香族、硫化物、スルホキシド、スルホニウム、スルフィミド及びスルホキシミン、スルホン、エーテル、セレン化物、アンモニウム、ホスホニウム、ホスホン酸塩及びホスフィンオキシド、ホスフィンオキシド、イミンのようにグループ化され得る。
【００５２】
燃焼排ガスはＳＯｘ、ＣＯ２及びＮＯｘガス成分の混合物を含むので、これら３つのガス間での競合反応が起こり得る。液体媒体のｐＨ値及びイオン特性、並びに液体媒体と燃焼排ガスとの接触温度を選択的に制御することで、ガス成分は個々に低減され得る。
【００５３】
本発明の方法によれば、ＳＯｘ、ＣＯ２及びＮＯｘガス成分は、タワーの３つの異なるステージを一度通ることで除去され得る。図１は、本発明の第１の実施形態に従って構築されたシステムを示す。本実施形態において、システムは、タワーと、第１の電子生成ユニット２１０、第２の電子生成ユニット２２０及び第３の電子生成ユニット２３０を含む電子生成システムと、備える。これら電子生成ユニットは、タワーの外部に配置され、パイプラインを介してタワーに接続されている。
【００５４】
図１に示すように、タワーは、その底部に設けられた第１のステージ１１０と、第１のステージ１１０の上に設けられた第２のステージ１２０と、第２のステージ１２０の上に設けられた第３のステージ１３０と、を有する。燃焼排ガス１０は、タワーの底部に設けられた第１の注入口１１２を介して第１のステージ１１０へ入り、第２のステージ１２０及び第３のステージ１３０を通って上へ通り抜けて、タワー上部に設けられたガス排気口１３２を介して排気される。電子生成ユニット２１０、２２０、２３０は、３つの異なるステージ１１０、１２０、１３０の各々について電子流を与える。
【００５５】
第１のステージ１１０において、過剰の電子を含むアルカリ性又は酸性媒体が、電子又はイオンを供給するのに用いられ得る。アルカリ性媒体の一例は、ｐＨが９から１１でＭｇＣＯ３で飽和した淡水である。ＭｇＣＯ３溶液のｐＨ値が、ＭｇＣＯ３水溶液のｐＫａ値と等しい９から１１の範囲に維持されることが重要である。これは、ＭｇＣＯ３溶液が最大緩衝条件で機能することを保証する。最大緩衝条件では、まず、ＳＯ２が水と反応してＳＯ４２＋及びＨ＋を与え、次いで、Ｈ＋が緩衝液により中和されて液相反応が完了するので、燃焼排ガス中のＳＯ２とＭｇＣＯ３溶液との間の液相反応は抑制される。ＭｇＣＯ３溶液が過剰の電子を含んでいない場合には、上記のような液相反応は起こるであろうが、液相反応プロセスは緩衝効果によりずっと遅くなる。しかしながら、ＭｇＣＯ３溶液が過剰の電子を含んでいる場合には、これら電子は、ＳＯ２と反応するために液相反応と競合する。このようにして、ＳＯ２ガスは、より容易なルートである気相反応に進む。気相反応において、ＳＯ２分子は、高還元性電子の衝突を受けて酸素ガス及び単体Ｓ（硫黄）に変換される。
【００５６】
高度に還元的な媒体は、ＳＯｘガスを除去する気相反応が起こる前に−１００から−５００ｍＶのＯＲＰを持つ。媒体のＯＲＰは、ＳＯｘガスを除去した後に正の方向に戻る。しかしながら、液相反応ではＨ＋が発生しないので、ｐＨは一定のままである。本発明では中和プロセスは必要ではなく、ＭｇＣＯ３溶液において硫酸塩も発生しない。更に重要なことは、ＭｇＣＯ３を含む淡水が、他のガスが存在する中でＳＯｘの選択的除去に用いられていることである。ＳＯｘ除去の後にＯＲＰは正の方向へ戻るので、ＭｇＣＯ３溶液は、第１の電子生成ユニット２１０に戻って負のＯＲＰを得るように再生される。この再生プロセスにおいて、ｐＨ値は殆ど変動なくほぼ一定のままである。伝導度及びその他の水パラメータも、ほぼ一定である。これもまた、ＳＯｘ除去が完全に気相反応により進行していることの指標である。
【００５７】
ＳＯｘガスの除去は、液体媒体の組成に敏感である。ある場合には、特定の強イオン性元素を溶液中に加えないようにすべきである。さもなければ、液相反応が気相反応に勝り、液体媒体が再生され得ない。そこで、第２のステージ１２０からの海水に含まれるＮａＣｌ又はその他の強イオン性溶液の浸潤又は干渉を回避するために、第１のステージ１１０と第２のステージ１２０との間にスペーサが設けられる。
【００５８】
上記の他にも、第１の液体媒体として利用可能な水性緩衝イオン溶液がある。溶液は、自身のｐＫａに近い又は等しいｐＨで機能すればよく、例えば、炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩といった多くの異なる緩衝液混合物を含む海水が、第１の液体媒体として用いられる。上で議論したように、緩衝条件が維持されている場合には、ＳＯｘを液相反応の代わりに気相反応へと向かわせることが容易となる。
【００５９】
あるいは、酸性媒体が、第１のステージ１１０に用いられ得る。酸性媒体の一例は、ｐＨが２から４の硫酸溶液である。酸性媒体の使用は、通常の予想量を超えるＳＯ２ガスの急増がある場合に特に有利である。仮にアルカリ性ベースの緩衝液を用いるとすると、ＳＯ２の過剰供給は、電子の供給が不十分な場合には緩衝作用を破壊し、これが起こった場合には、ＳＯ２は溶液に溶け込んで緩衝液の酸性化を引き起こし、その緩衝能を失わせる。硫酸緩衝液が用いられる場合には、仮にＳＯ２供給が過剰であっても、緩衝液はその緩衝能を十分に維持し得る。もちろん、酸性媒体を用いる場合には、タワー又は第１の電子生成ユニット２１０を形成する材料の腐食問題を考慮する必要がある。
【００６０】
電子は、ＭｇＣＯ３溶液の電気分解又はＭｇＣＯ３溶液に時変電磁波をかけることで第１の電子生成ユニット２１０において生成される。図３は、電気分解を利用した電子生成ユニットの概略図を示す。図例のように、電子生成ユニットは、電解槽３１０と、互いに間隔を置いて配置されたアノード３２０及びカソード３３０と、を有する。アノード３２０は、金属、金属酸化物、黒鉛、シリコン鉄、白金めっきチタン及びニオブ材料といった不活性又は半消耗材料により形成され得る。カソードは、金属材料又は黒鉛、典型的にはニッケル、鋼、ニッケルめっき鋼、銅、金属酸化物及びこれらと同様のものにより形成され得る。アノード及びカソードは、膜、イオン膜又は物理的分離により分離されている。好ましくは、物理的分離は、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリエチレン（ＰＥ）フィルタクロスにより実現される。物理的分離の使用は、所望の効果を得るのに十分な程度、電解槽におけるイオンの移動を物理的に遅くし得る。この機械的ＰＰ又はＰＥフィルタセパレータを用いて、電極間に配置された膜の使用によって引き起こされる問題は除かれる。電解槽において、電解液は、電気分解プロセスにおいてアノード側で非常に酸性となり、カソード側でアルカリ性となる。このような非常に酸性及びアルカリ性の環境では、膜は脆弱となり、これら酸性及びアルカリ性溶液の取り扱いは問題となる。本発明では、カソードからアノードを分離するために、アノードがＰＰ又はＰＥバッグ３５０で覆われている。ＭｇＣＯ３溶液が電気分解される場合には、酸性水の発生はなく、全電解液はアルカリ性である。
【００６１】
本実施形態では、淡水が液体媒体として使用されて電気分解を受ける。そのため、塩素ガスは、電気分解プロセスの間に生成されない。本発明によれば、水中において過剰な電子を生み出すために、カソード側の水中からＨ＋イオンを除去して可能な限り迅速に水素ガスを生成かつ消散させることが重要である。Ｈ＋イオンの除去は、電極の浸水深さ、位置、向き、形状、大きさ、表面条件及び材料を制御することにより影響され得る。また、水フロー条件も、水素遊離速度に影響する。水素遊離を補助する別の方法は、底から上に強い水流を噴出させて水を上向きに移動させることである。カソード表面から水素を取り除くために、プロペラ撹拌器又は強いエアリフト供給器を電解槽３１０に設けてもよい。
【００６２】
水素ガスは、電解槽におけるウォーターヘッド及び電解液分配パイプの吸入位置に敏感である。そのため、電解槽は、電極表面における水素ガス遊離が促進される位置に電解液を引き込んで噴霧するように設計されている。典型的には、電解液注入パイプは、カソードに近い位置に配置される。
【００６３】
また、電解槽の材料も重要である。この材料は、電子が流出しないように選択される。材料は、好ましくは非金属材料である。金属材料が構造強度要件を満たすために必要とされる場合には、電解槽は、エポキシ、ファイバーグラス、ＰＶＣ又はゴムのような非導電性材料により裏打ち又はコートされる必要がある。
【００６４】
酸化還元電位（ＯＲＰ）が−１００から−５００ｍＶ負電圧方向に変化すると、それは過剰な電子又は電子の不均衡が電解液中で発生し、電解液が気相反応を行なうのに必要な還元電子を有することを示す。
【００６５】
水素ガスが発生するので、安全性問題を考慮すべきである。そのため、圧縮空気リフトベンチュリ３４０が、電解槽３１０から水素を迅速に除去するために電解槽の上部に取り付けられる。同時に、４％容量濃度の水素濃度安全限界を超過しないように水素濃度を制御するために、新鮮空気３６０が電解槽３１０に導入される。
【００６６】
図４は、時変電磁波を利用した電子生成ユニットの概略図を示す。図例のように、電子生成ユニットは、タンク４１０と、ＭｇＣＯ３水溶液に浸漬され互いに間隔を置いて配置された２つの電極アンテナ４２０、４３０と、を有する。電子生成ユニットは、２つの電極アンテナ４２０、４３０の間に直列に接続された電磁波生成カード４４０と、電磁波生成カード４４０に接続されたＤＣ電源と、を更に有する。電磁波生成カード４４０は、所望の周波数を生み出せるように種々の周波数域を有する。本実施形態では、所望の周波数は、マイクロ秒から秒オーダーの時変幅を有する０.５ｋＨｚから５００ｋＨｚの範囲であり、好ましくは０.５ｋＨｚから１ｋＨｚの範囲であり、特に好ましくは５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ程度である。
【００６７】
電極アンテナ４２０、４３０は、互いに離れた様式でＭｇＣＯ３溶液中に配置され、ＭｇＣＯ３溶液に広く電磁波を伝える。都合の良いように、電極アンテナ４２０、４３０は、最適な周波数で動作するように離れて配置されている。電磁波形は、方形波、正弦波、鋸波、三角波又はこれらと同様のものである。電極アンテナは、マグネシウム、バリウム、鋼、銅、酸化イリジウム又は酸化ルテニウム又はこれらの混合物のような金属酸化物といった金属、黒鉛、又は他の導電性金属から選択された材料により形成され得る。電極の形状は、実際の設置要件によって変わり、ロッド状、帯状、棒状、ディスク状又は他の幾何学形状とされ得る。電極形状が異なれば、電解液中での電子生成を行なうのに必要な最小電流を維持するための電極駆動電圧は変化する。
【００６８】
ＭｇＣＯ３溶液のＯＲＰが１００ｍＶから５００ｍＶ負の方向にシフトした場合、それは、ＭｇＣＯ３溶液が過剰な電子を有し、湿式プラズマ条件において気相反応に適していることを示す。このようなＭｇＣＯ３溶液は、第１のステージ１１０の上部に汲み上げられて下方に噴霧される。ＭｇＣＯ３溶液は、スクリーン型螺旋状ノズル（図１には示していない）を通って噴霧される。適切な大きさの螺旋状ノズル及び適切な大きさの第１のステージの配置は的確なノズル圧を導き、ＭｇＣＯ３溶液の薄フィルムが、第１のステージ１１０の断面を横切って形成される。このフィルムは非常に薄いが、燃焼排ガスと電子との反応は非常に速く起こるので、気相において燃焼排ガスと電子が反応する接触時間を与えるのには十分である。薄フィルムは、完全に第１のステージの断面を塞ぎ、第１のステージ１１０の底から上がってきた燃焼排ガスをＭｇＣＯ３溶液の薄フィルム、すなわちＭｇＣＯ３溶液中に含まれる電子、と強制的に接触させる。このようにして、ＳＯｘガスは電子の衝突を受けて解離される。
【００６９】
従来の洗浄機は、微細ミストノズルを有し、かつ燃焼排ガスと媒体との間で最大接触面及び最大接触時間を得るために縦長に設計されていると理解される。このような微細ミストノズルでは多くのガス逃げ道がミスト間にあり、これにより気相反応効率が影響され得るので、従来の洗浄機とは対照的に、本発明のタワーは微細ミストノズルの使用を避けている。そのため、本発明では、スプレースクリーン及びミストスクリーンのようなスクリーンタイプ螺旋状ノズルが、タワーの断面を塞ぐフィルムを形成するために適切に用いられる。
【００７０】
驚くべきことに、時変低周波電磁場処理を受けた後の過剰電子を有するＭｇＣＯ３溶液は、ＳＯｘの除去を顕著に増大させることが観察された。そのため、可変低周波電磁場を生成する手段（図示なし）は、ＭｇＣＯ３溶液が導入され第１のステージ１１０へ噴霧される箇所の前に配置される。例えば、この手段は、一部のパイプ片の回りに巻回されたコイルにより構成され、このパイプを通って流れるＭｇＣＯ３溶液に時変低周波電磁場を加える。あるいは、電極アンテナが、ＭｇＣＯ３溶液が第１のステージに流れ込む際に通るパイプ内に配置されてもよい。その後、活性化されたＭｇＣＯ３溶液は、第１のステージ１１０から上がってきた燃焼排ガスと接触するために薄フィルムを形成するように噴霧される。電磁場を生成する手段において、コイル又は電極アンテナを流れる電流及び周波数域は、特異的に除去されるガスの特性に合うように制御される又は予めプログラムされ得る。
【００７１】
ＳＯｘの除去を更に増強するために、第１のステージの壁に当たったＭｇＣＯ３溶液を直ちに排水するための排水チャネル（図示なし）が設けられる。これにより、溶液が壁に沿って下へ流れて長い接触時間及び大きな接触面を与えるのを防止できる。上に議論したように、ガスと溶液との間の長い接触時間及び大きな接触面は、本発明の気相反応のために可能な限り回避されるべきである。
【００７２】
第２のステージ１２０は、燃焼排ガスからＣＯ２を除去するように構成されている。事実上、すべてのＳＯｘが、第１のステージ１１０において実質完全に除去される。そのため、第１のステージから来る燃焼排ガスは、通常、ＣＯ２及びＮＯｘガス成分を含む。第１のステージと同様に、液体媒体のｐＫａが液体媒体のｐＨ値に等しい又は近いという原理が、第２のステージ１２０にも適用される。ｐＫａ及びｐＨ値が適切に選択されている限り、ＣＯ２を除去する能力を持つ溶液は多くある。例えば、ＭｇＣＯ３添加有り又は無しの海水は、気相反応によるＣＯ２除去に非常に優れている。更に、ｐＫａがｐＨ値と等しい条件下でのＭｇＣＯ３を含む淡水も、ＣＯ２除去を行なう媒体として用い得る。本実施形態では、ｐＨが９から１１でＭｇＣＯ３で飽和した海水が、過剰な電子を与える第２のプラズマを生成するための第２の液体媒体として用いられる。
【００７３】
第２のステージ１２０において、ＣＯ２ガスは、徹底的に還元されて微粒子炭素及び酸素並びに微量のＣＯを生成させる。
【００７４】
第２のステージ１２０は構造的に第１のステージ１１０と同一であるので、ここでは詳述しない。第１の電子生成ユニット２１０と同様に、第２のステージに必要な電子を与える第２の電子生成ユニット２２０は、電気分解タイプ又は時変電磁波タイプとされ得る。
【００７５】
ＣＯ２の大部分は、第２のステージ１２０で除去される。従って、第３のステージへ入る燃焼排ガスは、主にＮＯｘ及びほんの少量のＣＯ２を含む。
【００７６】
第３のステージ１３０は、ＮＯｘを除去するように構成されている。ＳＯｘ及びＣＯ２ガス成分は実質的に燃焼排ガスから除去されているので、第３のステージに供給される電子は低減される。このステージでは、ＮＯｘの気相還元に適した環境を作り出すために、好ましくは、液体媒体が非常に高いｐＨ値を有する。好ましくは、ｐＨが１０から１２でＭｇＣＯ３で飽和した淡水又は海水が、ＮＯｘのＮ２及びＯ２ガスへの変換に用いられ得る。
【００７７】
第３のステージ１３０及びこの第３のステージに電子流を与える第３の電子生成ユニット２３０は、構造的に第１のステージ１１０及び第１の電子生成ユニット２１０と同一であるので、ここでは詳述しない。
【００７８】
図１に戻って、ここでは燃焼排ガスからガス成分を除去する閉ループシステムが示されている。図例のように、タワーの各ステージにおいて、ガスと接触した後の水（ここでは「洗浄水」という）は、洗浄水のｐＨがＭｇＣＯ３溶液のｐＫａに等しい又は近い限り、必要な電子を含むプラズマを再生するための液体媒体源として電子生成ユニットに再循環される。閉ループシステムでは、必要とされる液体媒体の量は比較的少ない。
【００７９】
また、本発明の方法は、開ループシステムでも実施できる。開ループシステムでは、液体媒体は、ｐＫａ＝ｐＨ条件を達成するために電気分解又は時変電磁波により一度活性化された後、ガス除去のためにタワーに噴霧される。その後、本発明の排水は、生態系に影響を与えず排水要件を満たしているので、直接に排水される。もちろん、実際の応用要件及び液体媒体の可用性に依存して、３つのステージに対して開ループ及び閉ループシステムを適宜組み合わせることも可能である。
【００８０】
図２は、本発明の第２の実施形態に従って構築された燃焼排ガスからガス成分を除去するシステムを示す。このシステムは、第１の実施形態で開示されたものと大体は同じであるが、電子生成ユニットがタワーの各ステージ内部に配置されている点で異なる。本実施形態でも、システムは閉ループシステム型とされる。
【００８１】
図２に示すように、タワーの３つのステージ１１０、１２０、１３０の各々に対して洗浄水タンク５１０、５２０、５３０がタワーの外部に設けられ、電子生成ユニットが当技術分野において周知の様式でタワーの壁に安全に取り付けられる。第１のステージ１１０を例にすると、電子生成ユニットは、第１のステージの壁に互いに対向して取り付けられた少なくとも２つの電極アンテナ４２０、４３０を含む。洗浄水タンク５１０からのＭｇＣＯ３溶液は、第１のステージ１１０の上部に供給され、スクリーン螺旋状ノズル６００及び電極アンテナ４２０、４３０によって定義された空間を通って下方に噴霧され、ステージの断面を横切るフィルムを形成する。電極アンテナが適切に選択及び配置されると、過剰な電子又はイオンを含むプラズマが、上で議論したような気相反応を行なうために形成される。燃焼排ガスと接触した後、洗浄水は、再生されるために洗浄水タンク５１０へ排水される。
【００８２】
タワーの内部に電子生成ユニットを配置することで、上記第１の実施形態に記載されたシステムと比較して、多くのエネルギー及び空間が節約される。これは、液体媒体がタワー内でプラズマを形成するように活性化されるので、外部設備を除くことができるためである。このような配置の別の利点は、プラズマが燃焼排ガスと直ちに接触するのでエネルギーロスを最小化できることである。これら特性により、液体媒体の薄フィルムであっても、燃焼排ガスからガス成分を除去する所望の効果を得ることができる。
【００８３】
上述のように、本発明のタワーでは長い通路を設ける必要がないので、本発明のタワーを非常にコンパクトに構築し、すべてのガス成分を限局された空間に向かわせることで最良の気相接触反応及び反応を与えることができる。更に、背圧を低減するために、タワーの各ステージ内部に排出ファン又は流線内部構造を設けてもよい。
【００８４】
本発明の方法は、以下の条件で燃焼排ガスを処理してテストされた。
タワーのステージ：
第１のステージ−閉ループ、ｐＨ９から１１のＭｇＣＯ３を含む淡水
第２のステージ−開ループ、ｐＨ９から１１の海水
第３のステージ−開ループ、ｐＨ１０から１２のＭｇＣＯ３を含む淡水
電子生成ユニット：
６６.６７Ｈzの周波数を持つスパイクカード及びアルミニウム／マグネシウム電極アンテナにより産生される時変電磁波タイプ
テストの結果は、ＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２ガスの除去がそれぞれ４５％−７０％、４０％−５０％及び１０％−２５％であることを示した。
【００８５】
このように、本発明は、燃焼排ガスからＳＯｘ、ＮＯｘ及びＣＯ２ガス成分を効率的に除去する方法及びシステムを提供する。本発明は、非常に経済的かつ便利であり、かつ環境に害をもたらさない。先行技術のプロセス及びシステムと比較すると、本発明は、湿式プラズマ環境においてガス成分の解離を可能とするのに必要な電子又はイオンの産生に液体媒体を用い、媒体自身は電子キャリアとしてだけ作用して反応には参加しないという新規及び独自の特徴を示す。これは、高エネルギー及び高電圧の消費を回避する。
【００８６】
先行技術で利用可能なプロセス及びシステムとは対照的に、本発明の方法及びシステムは、低減された資本コストで非常に低いエネルギーを用いて３種すべてのガスを同時に除去することができる。更に、本発明で得られる最終産物は、環境に優しく、生態系に影響を与えないので、最終産物の廃棄を考慮する必要がない。
【００８７】
いくつかの好ましい実施形態に従って本発明の性質を十分に記載したが、本発明は、これら実施形態及び図面の構造及び機能に限定されるものではない。本発明の基本原理が変化、変更又は改変されない限り、本発明の細部に変形を加えてもよい。本発明の範囲から逸脱することなく、当業者の通常知識によって容易に得られる多くの変形及び改変は、本発明の範囲に含まれるべきである。
【図１】
0005411389.tif 000002
【図２】
0005411389.tif 000003
【図３】
0005411389.tif 000004
【図４】
0005411389.tif 000005