舶用ジェット式小型スクラバ内部におけるSOx除去予測モデルの構築

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15224
• 研究機関: 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所
• 研究代表者: 馬 驍 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (10825920)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 排ガス処理 / SOx / 湿式スクラバ

研究実績の概要

地球環境負荷低減のため、船舶から排出されるガスの浄化が求められており、その一つの手段として、ガス中の硫黄分（SOx）を除去するスクラバ技術がある。本技術は、大気に放出する前の排ガスに洗浄水を噴霧することで、ガス中の硫黄分を洗浄水中に溶解させるものである。しかしながら舶用スクラバは大型となってしまい、小型船舶に搭載することが困難であることが現状の課題である。代表者らの先行研究において、ガスに噴霧する条件をパラメータとして実験を行った結果、小型のスクラバでも十分に排ガスの浄化が可能である結果を取得できた。しかしながら、小型スクラバ内における浄化のメカニズムについては明らかにできておらず、過去の研究においても詳細に記述した前例はない。
本研究は、スクラバ内に生じている物理現象を明らかにするため、SOx吸収に関する解析モデルの構築ならびに詳細な可視化計測を実施する。
今年度は昨年度までに構築した一次元の計算モデルにおける蒸発挙動に関する記述を改良し、これまでの先行研究で得られている実機試験と同条件で解析を行った。エンジン負荷ごとに、スクラバ通過前後の排ガスに含まれるSOx率の変化について試験結果と計算結果の比較した。その結果、いずれの条件においてもSOx除去量について定量的な一致を示した。これら得られた結果から、スクラバ内の流動条件とSOx吸収の相関について考察を行い、学術論文として投稿を行った。また可視化試験では、実際のスクラバで用いているスプレーノズルを用いた試験装置の構築を行い、ノズルから噴射される液滴径分布の撮影を実施している。この撮影結果を解析することで、本研究で構築しているモデルへ組み込み、モデルの拡張を行う。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

SOxスクラバ内の熱・物質輸送について記述した一次元のモデルを改良し、任意の洗浄水液滴径で計算を安定させることができた。本モデルを用いて、これまでに当研究グループで実施した実機試験の条件から計算結果を算出し、実機試験の結果と比較した。可視化装置については装置の改良を行いつつ、予備試験を実施した。得られた撮影画像を解析するプログラムを作成し、3年目には解析結果をモデルに組み込むことで、モデルの改良・拡張を実施していく。

今後の研究の推進方策

今年度に構築した数値モデルは、異なる径の噴霧液滴の蒸発挙動も考慮した一次元モデルで簡略化した。実際のスクラバでは、噴霧は拡がりを持ってノズルから噴き出しており、またスクラバ下部に液膜が形成されている。これらこれまで考慮できていない点について、より詳細なモデルを構築する。
可視化計測では、昨年度から実施しているスクラバ内の撮影を継続して行い液滴径について詳細な情報を取得する。またスクラバ全体の様子を撮影し、液膜厚さの変化、噴霧の角度について詳細な情報を取得し、モデルの拡張を行っていく。

次年度使用額が生じた理由

新型感染症の拡大に伴って、当所出張費用として使用する金額などから次年度使用額が生じた。
次年度使用額は、可視化試験装置の改良ならびに物品購入費用、論文掲載費などとして使用する予定である。