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CN109475809A - 用于减少海洋二氧化硫排放的方法和系统 - Google Patents

用于减少海洋二氧化硫排放的方法和系统 Download PDF

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CN109475809A CN201780036700.8A CN201780036700A CN109475809A CN 109475809 A CN109475809 A CN 109475809A CN 201780036700 A CN201780036700 A CN 201780036700A CN 109475809 A CN109475809 A CN 109475809A
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Abstract

提供了改进的方法和系统，用于船上去除从船舶产生的二氧化硫。该方法包括将碱性流体(13)喷到烟道气(12)中以产生含有碱性流体的饱和烟道气料流；使含有碱性流体的饱和烟道气料流通过文丘里管(14)以使烟道气中的颗粒冲击碱性流体并使至少一部分二氧化硫与碱性流体反应。

Description

用于减少海洋二氧化硫排放的方法和系统
本申请涉及用于船上去除从船舶产生的二氧化硫的方法和系统。
发明背景
随着全球硫限制和其他硫法规加于海洋工业，对采用新技术减少海洋船舶硫排放的需求将越来越大。目前，一些船舶使用单级分离罐型洗涤器(disengaging drum typescrubber)。这样的系统可能施以显著的尺寸、重量和压降要求，从而限制了这种技术对某些船舶的实施。
因此，期望提供用于减少来自船舶的硫排放的新方法和系统，其可以避免与传统单级洗涤器相关的一个或多个缺点。
发明内容
提供了改进的方法和系统，用于船上去除从船舶产生的二氧化硫。
在一个方面，提供了一种用于洗涤含有颗粒和二氧化硫的船舶烟道气的方法。该方法包括将碱性流体喷到烟道气中以产生含有碱性流体的饱和烟道气料流；使含有碱性流体的饱和烟道气料流流过文丘里管以使烟道气中的颗粒冲击碱性流体并使至少一部分二氧化硫与碱性流体反应。
在另一方面，提供了一种用于洗涤船舶烟道气的系统。该系统包括从船舶产生的含有二氧化硫和颗粒的烟道气料流；碱性流体喷射系统，适于将碱性流体喷到烟道气料流中以产生含有碱性流体的饱和烟道气料流；和文丘里管，适于接收饱和烟道气料流并将烟道气中的颗粒冲击到流体上并使至少一部分二氧化硫与碱性流体反应。
附图的简要说明
图1是说明根据本发明的一个或多个实施方案的用于船上去除二氧化硫的改进系统的示意图。
发明详述
提供了改进的方法和系统，用于船上去除从船舶产生的二氧化硫。在实施方案中，本文公开的方法和系统可以提供从船舶的烟道气中去除二氧化硫和颗粒，同时避免与传统海洋洗涤器相关的一个或多个缺点。例如，在实施方案中，该系统可以比具有相同的硫减少能力的传统海洋洗涤器占据更少的空间和/或更轻的重量。此外，这种系统对烟道气料流的限制较少，从而降低了对用于使烟道气移动通过洗涤器的诱导通风或强制通风风扇的需求或消除了对其的需要。类似地，由于这种改进的系统施加的压降减小，在一些实施方案中可以实现节能。通过使用容易获得的洗涤流体和还原剂，以及开环和闭环切换功能，也可以节省运行成本。
这些优点可以通过使用两级洗涤系统来实现，该系统包括第一级喷射式文丘里管，其中将碱性流体喷到烟道气中以产生含有碱性流体的饱和烟道气料流且饱和烟道气流过文丘里管。值得注意的是，碱性流体可以足以引起流体流过文丘里管以产生通风，推动饱和烟道气通过文丘里管的量喷到文丘里管的喉部中。在一些实施方案中，排放料流通过洗涤系统进料而不使用风扇。在其他实施方案中，可以采用风扇来促进烟道气流过洗涤系统；然而，预计风扇的需求将低于不使用这种喷射式文丘里管的情况。除了产生通风以推动烟道气通过排气系统之外，文丘里管还可以起到使颗粒冲击碱性流体且烟道气中的二氧化硫与流体中的碱性还原剂反应的作用。有利地，大部分二氧化硫可以在该阶段反应并还原成含硫盐。
在第二阶段，将饱和烟道气引入分离/洗涤塔中。在洗涤塔中，含硫盐和水可以在分离区中从烟道气中分离，并且在废气最终排放到大气之前，可以在洗涤塔的填料段中进行额外的二氧化硫和水去除。
有利地，可以洗涤大量的颗粒，并且在烟道气到达分离/洗涤塔之前，大部分SOx可以转化成盐。因此，当烟道气流入洗涤器的分离区时，发生烟道气的颗粒和含硫组分的大部分物理分离。
有利地，可以使用海水(例如，根据需要从海中获得和/或储存在船舶上罐中)，同时添加碱性还原剂以充当洗涤流体。尽管在本系统中可以使用氢氧化钠作为还原剂，但是在实施方案中可以有利地使用碳酸氢钠或碳酸钠，因为改进的本文公开的两级系统的有效性和海水的天然碱度。碳酸氢钠和二氧化硫的反应如式1所示。
2NaHCO3+SO2→Na2SO3+2CO2+H2O (式1)
本发明的系统和方法可以用于任何需要减少烟道气硫排放的船舶上。例如，该系统可以用在以0至80MW的功率范围操作的船舶上，包括主发动机、辅助发动机和锅炉。
本发明的系统和方法也可以用于具有各种组成的烟道气。例如，该系统和方法可用于具有150至2500ppmv，例如150至2000ppmv，或150至1800ppmv，或150至1500ppmv，或150至1200ppmv，或150至1000ppmv，或150至500ppmv，或2000至2500ppmv，或1800至2500ppmv，或1500至2500ppmv，或1000至2500ppmv，或500至2500ppmv的SO2组成的烟道气。烟道气可以含有例如0至6体积％的CO2，2至15体积％的O2，3至10体积％的H2O和至多95体积％的N2。
本系统的二氧化硫去除可以在85-90％(基于质量传递)的范围内，其中化学计量量的碳酸氢钠用作还原剂。使用大于化学计量量的碳酸氢钠可以实现大于90％的效率，例如高达99％。对于2微米或更大的颗粒，本系统的颗粒去除可以在95-99％(基于质量传递)的范围内，对于1微米和更大的颗粒，颗粒去除可以在90％-99％的范围内。
用于海洋硫减排的系统的示例性实施方案示于图1中。系统10可以包含在船舶上，并从船舶接收烟道气12。含有二氧化硫和颗粒的烟道气12与碱性流体混合，碱性流体通过一个或多个喷嘴13喷到烟道气12中，以使烟道气12用碱性流体饱和。来自喷嘴13的喷雾可以在文丘里管14的喉部的大致方向，促进烟道气中的颗粒冲击到碱性流体上，并且当饱和烟道气通过喉部并进入文丘里管时二氧化硫与流体反应。
然后废气流入分离器16的分离区17，其中液体和盐从烟道气中分离并通过液体流出物管线38排出。然后气体在通过烟囱30离开分离器16之前经过一个或多个填料区18，其可以是规整填料或无规填料。可以将碱性流体喷到填料上，以便于去除残留在分离器16中的废气中的未反应的二氧化硫，并便于去除气体中夹带的水。
在图1的实施方案中，不需要诱导通风或强制通风风扇来将烟道气12移动通过系统10。这可以实现，因为来自位于喷射洗涤器顶部的喷嘴的并流水射流能够诱导或增加洗涤器内的烟道气压力。水喷雾应具有足够的体积和压力，以提供足够的烟道气夹带和足够的接触功率和液滴尺寸以洗涤颗粒。在其他实施方案中，可以使用诱导通风或强制通风风扇；然而，预期使用这种喷射式文丘里管将减少对这种风扇的需求。
系统10可以闭环、开环(任选部分循环)操作，或者可以在闭环操作和开环操作之间切换。操作模式之间的切换可以通过例如打开或关闭所需的阀36以将液体流出物从管线38引导至污泥罐32、至碱性流体储罐24或部分液体流出物至两者来实现。
船上水处理和/或监测系统也可用于分析水质或在污泥罐32中所含的流出物被排放到海洋或其他适当的排放位置之前处理污泥罐32中所含的流出物。可根据需要将海水22添加到污泥罐32中，以例如稀释污泥罐32中捕获的污染物、处理流出物、或促进其内容物的物理分离。根据需要，可以将中和和其他添加剂添加到污泥罐32中。根据需要，储罐32的内容物可以通过一个或多个排出口34排出。
全部或部分液体流出物也可以再循环到碱性流体储罐24。可以在循环之前通过船载水处理系统处理液体流出物。在储罐24中，还原剂26加入到淡水28中。还原剂26可以是适于与二氧化硫反应的任何材料，例如碳酸氢钠或碳酸钠。可以根据需要将海水22添加到储罐24中的流体中以用作碱性流体20。在闭环操作中，可以代替海水22而添加储存的船载淡水28。
系统10可以以非循环模式使用，或者在一些实施方案中，已经通过填料段18的至少一部分烟道气可以再循环，例如，在文丘里管14的上游。
因此，在实施方案中，用于洗涤含有颗粒和二氧化硫的船舶烟道气的方法可包括将碱性流体喷到烟道气中以产生含有碱性流体的饱和烟道气料流；使含有碱性流体的饱和烟道气料流流过文丘里管以使烟道气中的颗粒冲击碱性流体并使至少一部分二氧化硫与碱性流体反应。
在任何实施方案中，可以以足以使烟道气能够在抽吸下流过文丘里管而无需风扇辅助的量添加碱性流体。此外，在任何实施方案中，碱性流体与烟道气料流在文丘里管的方向并流喷射。
在任何实施方案中，该方法可包括使烟道气流过文丘里管下游的分离器以将水从烟道气中分离。分离器可以是例如洗涤器。在任何实施方案中，洗涤器可具有分离区，用于接收已经通过文丘里管的烟道气，和至少一个填料段，用于在烟道气通过分离区后接收烟道气。
在任何实施方案中，碱性流体可包含海水。在任何实施方案中，碱性流体可包含碳酸氢钠、碳酸钠或其组合。
在任何实施方案中，该方法可以在船舶上进行。在任何实施方案中，船舶的烟道气可具有150至2500ppmv的SO2浓度。在任何实施方案中，船舶可具有0至80MW的操作功率。
在任何实施方案中，可以去除烟道气中85％至99％的二氧化硫，基于质量传递测量。在任何实施方案中，可以去除烟道气中95％至99％的2微米或更大的颗粒，基于质量传递测量。在任何实施方案中，可以去除烟道气中90至99％的1微米和更大的颗粒，基于质量传递测量。
在任何实施方案中，可以收集和再循环碱性流体。
此外，在实施方案中，用于洗涤船舶烟道气的系统可包括从船舶产生的含有颗粒和二氧化硫的烟道气料流；碱性流体喷射系统，适于将碱性流体喷到烟道气料流中，以产生含有碱性流体的饱和烟道气料流；和文丘里管，适于接收饱和烟道气料流并将烟道气中的颗粒冲击到流体上并使至少一部分二氧化硫与碱性流体反应。
在任何实施方案中，碱性流体喷射系统可以以足以使烟道气能够在抽吸下流过文丘里管而无需风扇辅助的量喷射碱性流体。此外，在任何实施方案中，碱性流体喷射系统将碱性流体与烟道气料流在文丘里管的方向并流喷射。
在任何实施方案中，该系统可包括文丘里管下游的分离器，用于将水从烟道气中分离。分离器可以是例如洗涤器。在任何实施方案中，洗涤器可具有分离区，用于接收已经通过文丘里管的烟道气，和至少一个填料段，用于在烟道气通过分离区后接收烟道气。
在任何实施方案中，碱性流体可包含海水。在任何实施方案中，碱性流体可包含碳酸氢钠、碳酸钠或其组合。
在任何实施方案中，系统可位于船舶上。在任何实施方案中，烟道气可具有150至2500ppmv的SO2浓度。船舶可具有0至80MW的操作功率。
在任何实施方案中，系统可以去除烟道气中85％至99％的二氧化硫，基于质量传递测量。在任何实施方案中，系统可以去除烟道气中95至99％的2微米或更大的颗粒，基于质量传递测量。在任何实施方案中，系统可以去除烟道气中90至99％的1微米和更大的颗粒，基于质量传递测量。
在任何实施方案中，系统可以以闭环模式、开环模式操作，或者可以在开环模式和闭环模式之间切换。在闭环模式中，系统捕获的含硫盐和颗粒可以储存在储罐中。在闭环操作期间，每程可以循环大部分水，例如，每程再循环注入系统中的总水量的至少80体积％，至少90体积％或至少95体积％，以最小化添加到系统中的补充淡水和/或海水的量。

Claims (31)

1.洗涤含有颗粒和二氧化硫的船舶烟道气的方法，包括：
将碱性流体喷到烟道气中以产生含有碱性流体的饱和烟道气料流；和
使含有碱性流体的饱和烟道气料流流过文丘里管以使烟道气中的颗粒冲击碱性流体并使至少一部分二氧化硫与碱性流体反应。
2.如权利要求1所述的方法，其中加入足以使烟道气能够在抽吸下流过文丘里管而无需风扇辅助的量的碱性流体。
3.如权利要求1所述的方法，其中碱性流体与烟道气料流在文丘里管的方向并流喷射。
4.如权利要求1所述的方法，还包括使烟道气流过文丘里管下游的分离器以将水从烟道气中分离。
5.如权利要求4所述的方法，其中分离器是洗涤器。
6.如权利要求5所述的方法，其中洗涤器具有分离区，用于接收已经通过文丘里管的烟道气，和至少一个填料段，用于在烟道气通过分离区后接收烟道气。
7.如权利要求1所述的方法，其中碱性流体包含海水。
8.如权利要求1所述的方法，其中碱性流体包含碳酸氢钠、碳酸钠或其组合。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述方法在船舶上进行。
10.如权利要求1所述的方法，其中烟道气具有150至2500ppmv的SO2浓度。
11.如权利要求1所述的方法，其中去除烟道气中85％至99％的二氧化硫，基于质量传递测量。
12.如权利要求1所述的方法，其中去除烟道气中95％至99％的2微米或更大的颗粒，基于质量传递测量。
13.如权利要求1所述的方法，其中去除烟道气中90至99％的1微米和更大的颗粒，基于质量传递测量。
14.如权利要求1所述的方法，其中船舶具有0至80MW的操作功率。
15.如权利要求1所述的方法，还包括收集和再循环碱性流体。
16.用于洗涤船舶烟道气的系统，包括：
从船舶产生的含有颗粒和二氧化硫的烟道气料流；
碱性流体喷射系统，适于将碱性流体喷到烟道气料流中，以产生含有碱性流体的饱和烟道气料流；和
文丘里管，适于接收饱和烟道气料流并将烟道气中的颗粒冲击到流体上并使至少一部分二氧化硫与碱性流体反应。
17.如权利要求16所述的系统，其中碱性流体喷射系统以足以使烟道气能够在抽吸下流过文丘里管而无需风扇辅助的量喷射碱性流体。
18.如权利要求16所述的系统，其中碱性流体喷射系统将碱性流体与烟道气料流在文丘里管的方向并流喷射。
19.如权利要求16所述的系统，还包括在文丘里管下游的分离器，用于从烟道气中分离水。
20.如权利要求19所述的系统，其中分离器是洗涤器。
21.如权利要求20所述的系统，其中洗涤器具有分离区，用于接收已经通过文丘里管的烟道气，和至少一个填料段，用于在烟道气通过分离区后接收烟道气。
22.如权利要求16所述的系统，其中碱性流体包含海水。
23.如权利要求16所述的系统，其中碱性流体包含碳酸氢钠、碳酸钠或其组合。
24.如权利要求16所述的系统，其中所述系统位于船舶上。
25.如权利要求16所述的系统，其中烟道气具有150至2500ppmv的SO2浓度。
26.如权利要求16所述的系统，其中所述系统去除烟道气中85％至99％的二氧化硫，基于质量传递测量。
27.如权利要求16所述的系统，其中所述系统去除烟道气中95％至99％的2微米或更大的颗粒，基于质量传递测量。
28.如权利要求16所述的系统，其中所述系统去除烟道气中90％至99％的1微米或更大的颗粒，基于质量传递测量。
29.如权利要求16所述的系统，其中船舶具有0至80MW的操作功率。
30.如权利要求16所述的系统，其中所述系统以闭环模式操作。
31.如权利要求16所述的系统，其中所述系统可在开环和闭环模式之间切换。
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