用于从废气中除去SOx和NOx的方法和净化设备的制造方法
【专利说明】用于从废气中除去SOx和NOx的方法和净化设备
[0001]本发明涉及用于净化来自内燃机的废气的方法和设备。
[0002]更具体地，本发明涉及从废气中除去S0x、N0x和颗粒(particulate)物质，所述废气典型地源自船(vessel)或具有内燃机的其它类型的移动式设备(mobile units)上的内燃机，所述内燃机依靠柴油或含有高含量的硫的重油运转。
[0003]当柴油或含有高含量的硫(即硫的含量高于约lOOppm)的重油燃烧时，将形成S0x、NOx和烟灰/颗粒物质。由于对船的排放物的较严格的限制，在废气释放到空气中之前必须将大部分的S0x，NOx和颗粒物质(颗粒和烟灰)从废气中除去。
[0004]从废气中除去S0x的熟知的方法为通过使用洗涤器，在其中通过使用水除去S0x。洗涤器的问题为它们有庞大的结构以及使用大量的功率(power)。当用水除去S0x时的最终产物为污泥，其为有害废弃产物，必须储存并沉积以进行进一步处理。因为洗涤器有庞大的结构，它们还需要非常大的空间和相当程度的重建，若其将被装配(retrofit)在船或其它类型的移动式设备上。
[0005]在AU 2007219270中公开了生产高浓度并且纯的硫酸的方法，其中硫源在燃烧室内燃烧，排出物中的S02被催化氧化为503并且所述S0 3与水化合成硫酸。然后冷凝所述硫酸以便将所述硫酸从所述排出物分离出来。通过冷却含303的气体至刚好低于硫酸的酸露点来完成硫酸的分离。硫酸沉积在冷凝器内部管道的表面上并且被收集和冷却。在这个过程中的典型温度如下:
离开冷凝器的废气的温度在100°C以上，产生的硫酸温度刚好低于酸露点(至少125°C并且通常更高，取决于硫的含量)。对硫酸(浓缩并热的)的处理和冷却，如在这个过程中的，需要特别的装置。此外，这个过程需要大量的能量并且安装本身是需要空间的。
[0006]由于空间和能量对于内燃机的移动使用来说是非常重要的，因此公开在该澳大利亚公开物中的方法目前都没有被使用在海运业中。此外，在船上和1C-发动机的其它移动式应用上，对具有腐蚀性的冷凝物的处理会是一个问题。
[0007]因此本发明的目的为提供用于从来自内燃机的废气中除去S02、N0X和颗粒以及烟灰的方法和设备，其将补救上文所述的问题。
[0008]本发明的另一个目的为获得用于从来自内燃机的废气中除去S02、N0X和颗粒以及烟灰的方法和设备，其中所述方法比已知的方法更节能。
[0009]本发明的另一个目的为获得用于从来自内燃机的废气中除去S02、N0X和颗粒以及烟灰的方法和设备，其中所述方法的最终产物可在船/车辆(vehicle)上储存并且其在市场上至少具有某种价值。
[0010]本发明的另一个目的为提供用于从来自内燃机的废气中除去S02、N0X和颗粒以及烟灰的设备，其为紧凑型(compact)的并且容易在现有的船和车辆上装配。
[0011]另一个目的为提供避免形成污泥的方法和设备。
[0012]用如在权利要求1中所定义的请求保护的方法和如在权利要求9中所定义的请求保护的净化设备，以及独立权利要求16、17和18中所定义的来实现这些目的。请求保护的发明的其它实施方案定义在从属权利要求中。
[0013]请求保护的本发明能够除去颗粒、烟灰和硫并且能够减少来自内燃机(1C-发动机)排放物的N0X。在所述方法中，颗粒可被除去，在催化反应器内302被氧化为S03并且N0被氧化为N02。S0#P NO 2与水反应分别形成硫酸和硝酸。此后在冷凝器中通过冷却废气至在废气中的水的露点以下将硫酸和硝酸从废气中冷凝出来。由此在一个步骤内使用废气中可得的水将硫和NOx两者除去。另一个优点为通过冷却至在废气中的水的露点以下从而避免了酸雾的形成。
[0014]在请求保护的发明中，典型的温度如下:
离开冷凝器的废气的温度将在废气中的水的露点以下(废气的露点温度取决于燃料的质量和发动机的负荷，但通常在70°C以下)，优选地在20°C -70°C的范围内，更优选地在20°C _50°C的范围内。冷凝酸的温度将总低于70°C。冷凝物为硫酸和硝酸的混合物。
[0015]由于低的运行温度，实施所述方法的设备没有占据许多的空间并且与上文所述的已知方法相比在运行期间需要少得多的能量。
[0016]所述冷凝物的纯度对请求保护的发明而言是无关紧要的。主要的目标为从废气中除去硫和其它污染物并且获得具有某种市场价值，而并非不得不作为有害物质(其必须被处置)被处理(如对于洗涤器的污泥)的废弃产物。有害物质的这类处置存在与其相关的成本。上文提及的硫酸和硝酸的混合物将仍具有某种市场价值。
[0017]请求保护的发明还包含一个或多个颗粒过滤器，其用于从来自1C-发动机的废气中除去颗粒和烟灰。所述一个或多个颗粒过滤器被放置在催化反应器之前以便避免催化剂受污染。
[0018]本发明的一个方面提供净化设备，其中用于从来自1C-发动机的废气中除去颗粒和烟灰的一个或多个颗粒过滤器被放置在冷凝器和或洗涤器的上游以便避免所述冷凝器和或洗涤器内的液体被颗粒物质污染。
[0019]在使用一段时间后，所述一个或多个颗粒过滤器将被阻塞并将需要被再生。这通常通过在氧化条件下提高废气的温度至800°C以上并由此燃烧掉碳沉积物来进行。
[0020]然而，请求保护的发明通过使用冷焰气体(cold flame gas，也称冷焰气体(coolflame gas)，使其通过颗粒过滤器)来再生一个或多个颗粒过滤器(当它们需要被再生时)。所述冷焰气体也可被用来在催化反应器内的催化剂达到其工作温度之前加热所述催化剂。冷焰气体产生于冷焰发生器(在其中冷焰得以维持)中。在冷焰中，燃料在预热的空气中被部分地氧化。温度恒定保持在550°C以下，并且该温度与空气/燃料比率和停留时间(residence time)无关。在冷焰过程中，仅小部分的燃料热值被释放，通常小于50%，更通常地小于40%，甚至更通常地2-30%或甚至2-20%。此热量被用来蒸发剩下的燃料，生成均质的气态燃料，其包含部分氧化的产物以及剩余部分(蒸发燃料)。关于如何产生冷焰气体的细节和完整描述可在美国专利US 6，793，693中找到。通过使用冷焰气体使一个或多个颗粒过滤器再生的方法可在本申请人的专利EP 2，198，133 B中找到。
[0021]如本文中使用的术语“冷焰”具体地指如在上一个段落中所描述的冷焰现象。该现象对于本领域的技术人员而言是熟知的，赋予其的这个名称指的是这种特别的火焰与传统火焰和燃料的自燃温度相比较低的温度。所述冷焰仅可在这些低温下(and these lowtemperatures)获得，在高温下燃料将自燃并且燃料的正常燃烧将发生。
[0022]“冷焰气体”包含蒸发的燃料，包括自由基和未反应的氧气或空气的部分氧化的燃料。相应地“冷焰气体”为来自部分氧化过程的气体，其既不受燃料的完全燃烧也不受氧气的完全燃烧的控制或限制，因为未反应的氧气和未反应的蒸发燃料均形成冷焰气体中的一部分。
[0023]请求保护的发明提供能够从废气中除去硫和NOx的方法和设备。此外，在一个实施方案中，请求保护的发明可从废气中除去所有以下三种污染物:颗粒物质、硫和N0X。由于硫酸的纯度是不重要的，冷凝器不需要在高温下运行。因为这个，需要更少的能量和更小的空间并且不需要特别的设备用来处理高温并且浓缩的硫酸。此外，通过请求保护的方法和设备，