(57)【要約】  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。
2016526477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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２７】
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。
【請求項２８】
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。
【請求項２９】
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。
【請求項３０】
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。
【請求項３１】
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。
【請求項３２】
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。
【請求項３３】
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。
【請求項３４】
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。
【請求項３５】
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。
【請求項３６】
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。
【請求項３７】
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。
【請求項３８】
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。
【請求項３９】
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。
【請求項４０】
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。
【請求項４１】
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。
【請求項４２】
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。
【請求項４３】
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。
【請求項４４】
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。
【請求項４５】
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。
【請求項４６】
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。
【請求項４７】
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。
【請求項４８】
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。
【請求項４９】
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。
【請求項５０】
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。
【請求項５１】
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。
【請求項５２】
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。
【請求項５３】
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。
【請求項５４】
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。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【０００１】
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。
【技術分野】
【０００２】
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。
【背景技術】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【発明の概要】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
（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。
【００４０】
「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。
【００４１】
「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。
【００４２】
「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。
【００４３】
「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。
【００４４】
「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。
【００４５】
「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。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施例に係る放出物減少システムを示す概略図である。
【図２】本発明に係るガス吸着モジュールの斜視図である。
【図３】図２のガス吸着モジュールの分解斜視図である。
【図４】ガス吸着モジュールと関連するハウジングとガスダクト部品の断面図である。
【図５】ガス吸着モジュールの内部部品の概略図である。
【図６】ＴＥＧの選択的吸着を示す、ガス吸着モジュール内の中空繊維セラミックの膜の概略図である。
【図７】概略図本発明の第１の実施例に係るガス処理システムである。
【図８】本発明の第２の実施例に係るガス処理システムの模式図である。
【図９】本発明の第３の実施例に係るガス処理システムの概略図である。
【図１０】本発明の第４の実施例に係るガス処理システムの概略図である。
【図１１】本発明の第５の実施例に係るガス処理システムの概略図である。
【図１２】本発明の第６の実施例に係るガス処理システムの概略図である。
【図１３】本発明の実施例に係るガス処理システム、特にシステム制御手段を示す概略図である。
【図１４】本発明の一実施例に係る制御システムの動作を示すフローチャートである。
【図１５】本発明のガス吸着モジュール内のＳＯｘ吸着率に対する水の温度の影響を示すグラフである。
【図１６】本発明のガス吸着モジュール内のＳＯｘ吸着率に関する、中空繊維の膜のアレイを通る水の流れの影響を示すグラフである。
【図１７】本発明のガス吸着モジュール内のＳＯｘ吸着率に関する、排気ガスの流れ比（実際の流れ／設計流れ）の影響を示すグラフである。
【図１８】本発明の更なる態様によるガス脱離容器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
（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。
【００６８】
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。
【００６９】
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］）
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
「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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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）
【００９２】
ＴＥＧａ＝目標放出ガス許容限度（ＳＯXでは例えば２５ｐｐｍ）
【００９３】
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）
【００９４】
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）
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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