用于减少排气中的SOx的净化系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于减少来自船舶内燃机、燃烧器或锅炉的排气中的SOx和颗粒 物质的净化系统和方法。本发明还涉及这种系统的用途。
【背景技术】
[0002] 在化石燃料的燃烧期间，燃料中的硫以氧化硫（SOx)的形式释放出来。其它污染物 主要是颗粒物质，例如烟灰、油和重金属颗粒以及氮氧化物（NO x)。众所周知的是空气污染 严重地影响了人的健康和环境。众所周知的还有，二氧化硫和氧化氮是酸雨的主要前体。
[0003] 关于国际船运的排放控制的现今条例包括将燃料油的含硫量的上限作为控制SOx 排放的措施。在排放控制区域中存在用于专用燃料-品质规定，并且在不久的将来 预期在容许的燃料硫限制方面具有相当大的减少。遵循若干条欧洲联盟指示规范的MRPOL 附录VI法律在2005年5月生效，其已经控制了船用柴油机对环境的影响。到2015年，作 为示例，关于燃料硫的限制范围和NO x的上限，法律将甚至更为严格 当前具有不同的减少排放的可能性，要么单独地或组合地。一种可能性是使用新的燃 料，例如馏分燃料或低硫燃料。另一可能性是进一步研究控制SOx排放的方法，例如利用碱 剂（如NaOH溶液）的湿式洗涤器技术，其通常用于船舶上，或者利用粒状灰岩（Ca(OH) 2)的 干式洗涤器技术。
[0004] 众所周知今天在船舶工业中为了减少船用发动机的排气中的50：(而应用了排气净 化（EGC)。
[0005] -种众所周知的EGC类型的湿式洗涤器被称为闭合回路洗涤器，其使用循环的淡 水，并结合碱剂如氢氧化钠（NaOH)或碳酸钠（Na 2CO3),以便从排气中洗去硫的氧化物和烟 灰颗粒。为了控制循环的淡水的品质，其少量可临时或连续地被干净的淡水替代，或者储存 在船上，或者在净化之后排出船外。
[0006] 虽然上述类型的洗涤器在本领域中是众所周知的，但是仍存在几个未解决问题。 闭合回路洗涤器系统由于蒸发而引起的耗水量通常太高，从而必须连续地为系统添加大量 的淡水，以保持其平衡。此外，闭合回路洗涤器系统中的水的净化是很关键的。如果水太 脏，就不容许将其排出，并且可能难以避免洗涤器系统内部烟灰的累积，其最终可能阻断阀 门和喷嘴，并造成洗涤器系统构件的故障。同样，中和PH值的化学品如NaOH或似 20)3的消 耗也是太大的，使得操作洗涤器系统变得昂贵。
[0007] EP1857169A1公开了一种淡水洗涤器系统，其包括一种两段式洗涤器，其中第一段 意图用于除硫，而第二段意图用于冷凝。
【发明内容】
[0008] 本发明的一个目的是提供一种容许减少淡水消耗的系统。
[0009] 这通过净化系统来实现，其用于减少来自船舶内燃机、燃烧器或锅炉的排气中的 SOx和颗粒物质，所述净化系统包括： 第一洗涤器工艺回路，其包括第一洗涤器和第一水循环箱，其中来自第一水循环箱的 水设置成在第一洗涤器工艺回路中循环，第一洗涤器设置成接受来自内燃机、燃烧器或锅 炉的排气以及来自第一水循环箱的水，该水至少部分地设置成在第一洗涤器内部通过与排 气的接触而蒸发成水蒸气，由此水蒸气和排气形成湿润的排气； 第二洗涤器工艺回路，其包括第二洗涤器和第二水循环箱，其中来自第二水循环箱的 水设置成在第二洗涤器工艺回路中循环， 位于第一和第二洗涤器之间的连通装置，其容许湿润的排气从第一洗涤器传递至第二 洗涤器；第二洗涤器设置成接受来自第二循环箱的水，该水设置成在第二洗涤器内部至少 部分地冷凝湿润的排气中的水蒸气；和 位于第一和第二洗涤器工艺回路之间的连通装置，其容许水从第二洗涤器工艺回路至 第一洗涤器工艺回路的回流， 净化系统还包括用于将碱剂供给至少第二洗涤器工艺回路的装置，其中供给净化系统 的碱剂总量的至少60%且更优选至少90%被供给第二洗涤器工艺回路。
[0010] 本发明的净化系统具有两段-第一洗涤器工艺回路和第二洗涤器工艺回路。第一 洗涤器工艺回路由于与热排气的接触而是热的，由此使大量的水蒸发。因而，第一洗涤器工 艺回路被认为是蒸发回路。在第一洗涤器工艺回路中，排气被清除颗粒物质，如以下将进一 步所述。
[0011] 同第一洗涤器工艺回路比较，第二洗涤器工艺回路较冷，由此使蒸发的水至少部 分地冷凝并返回到液体形式。蒸发留下了杂质，如盐和颗粒物质，并因此导致纯净的水蒸气 从第一洗涤器工艺回路至第二洗涤器工艺回路的有效输送。通篇使用的措词"纯净"应被 理解为意味着基本上没有硫酸盐和颗粒物质。
[0012] 此外，通过为第二洗涤器工艺回路提供供给净化系统的碱剂总量的至少60%且更 优选至少90%的碱剂，输送到第二洗涤器中的湿润的热排气中所包含的SO x将从排气中洗 去，并氧化成水性亚硫酸盐和硫酸盐。因而，第二洗涤器工艺回路被认为是净化回路，其清 洗排气中的SO x。
[0013] 通过回流，上面清洗30：(而引起的污水返回至第一洗涤器工艺回路中。因此，盐和 颗粒物质将在第一洗涤器工艺中累积并浓缩。仿真实验已经显示了与在第二洗涤器工艺回 路中相比，盐和颗粒物质的浓度在第一洗涤器工艺回路中将高达20倍。如下面将进一步论 述的那样，这是发生在净化系统中的蒸发、冷凝和回流的结果。
[0014] 第二洗涤器工艺回路可包括第一热交换器，其适合于冷却设置成在第二洗涤器工 艺回路中进行循环的水。
[0015] 净化系统可适合于将设置成被第二洗涤器所接受的水的温度保持在0-35Γ的范 围内。水冷却至这个温度可通过热交换器来完成，其利用例如海水作为冷冻剂。应该懂得， 海水温度依赖于地理学和年内的时间而变化。通常，温度越低，更多的水将从湿润的排气中 冷凝下来。应该懂得，可使用不同于海水的其它冷冻剂。
[0016] 净化系统可适合于将设置成被第一洗涤器所接受的水的温度保持在40-70°C的范 围内。这个温度范围是由于第一洗涤器工艺回路中所循环的水遭遇热排气的平衡效应而变 得可用。
[0017] 净化系统可适合于调整碱剂对第二洗涤器工艺回路的供给，使得设置成被第二洗 涤器所接受的水的pH值在6-10的范围内，且更优选在7-8的范围内。在这个范围内的pH 值可提供SOx从排气中的最佳脱除。在传统的洗涤器（例如EP01857169A1中所公开的洗 涤器）中不适宜在高的入口 PH值，例如9或更大的入口 pH值下进行操作，因为这将导致碱 剂的过度消耗以及排出水可能超过可容许的PH排放限制。根据本发明，来自第二洗涤器级 的过量的碱成分不会被排出，而是被消耗在第一洗涤器级中。
[0018] 净化系统可适合于将设置成被第一洗涤器所接受的水的pH值保持在2-8的范围 内，且更优选在2-4的范围内。低的pH值可减少净化系统中的碱剂消耗，其将在下面进行 进一步地论述。
[0019] 通常洗涤器中的洗涤效应通过洗涤水的碱度来确定。第一洗涤器工艺回路的目的 主要是蒸发水，以提供湿润的排气，从而传递给第二洗涤器工艺回路，在第二洗涤器工艺回 路中发生SO x的清洗，以及排气的湿气的冷凝。第一洗涤器工艺回路中的水的pH值对蒸发 工艺没有较大的影响，并因此可尽可能地保持低。然而已知的是，正常的排放标准是高于 6. 5的pH值，由此在排出之前可能需要pH值的调整。
[0020] 从第二洗涤器回路中回流的碱水将在遭遇第一洗涤器工艺回路中的水时发生稀 释，而不会显著地有助于SO x的任何中和，SOx包含在输送给第一洗涤器的排气中。通常不 需要为第一洗涤器工艺回路中的水增加任何碱剂。
[0021] 净化系统可包括与第一洗涤器工艺回路保持连通的第一分离器单元。第一分离器 单元用于除去浓缩在第一洗涤器工艺回路的水中的颗粒物质。
[0022] 净化系统还可包括水净化装置，其适合于获得来自第一分离器单元的剩余水的供 给，其中水净化装置包括第二热交换器和第二分离器单元，第二热交换器适合于冷却剩余 水，从而使包含在剩余水中的盐沉淀，并且第二分离器单元适合于分离沉淀的盐与被冷却 的剩余水。清除沉淀的盐的被冷却的剩余水可返回第二洗涤器工艺回路。
[0023] 根据另一方面，本发明涉及一种利用净化系统减少来自船舶内燃机、燃烧器或锅 炉的排气中的SO x和颗粒物质的方法，所述净化系统包括： 第一洗涤器工艺回路，其包括第一洗涤器和第一水循环箱； 第二洗涤器工艺回路，其包括第二洗涤器和第二水循环箱； 位于第一和第二洗涤器之间的连通装置； 位于第一和第二洗涤器工艺回路之间的连通装置；和 用于将碱剂供给至少第二洗涤器工艺回路的装置；所述方法包括： -使来自第一水循环箱的水在第一洗涤器工艺回路中循环， -使来自第二水循环箱的水在第二洗涤器工艺回路中循环， -将供给净化系统的碱剂总量