船舶废气清洁系统技术方案

一种船舶废气洗涤设备，包括：具有第一端和第二端的外壳，废气入口，至少一个骤冷器，至少一个预处理器，包括文氏管入口和文氏管出口的至少一个文氏管组件，冲击篮，至少一个除雾器，废气出口，以及接收器。一种用于洗涤船舶废气的过程，包括冷却废气、预处理废气、清洗废气、混合废气以及排除经洗涤的废气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及一种用于从船舶发动机废气中去除诸如二氧化硫和颗粒物之类副产品的船舶废气洗涤设备，以及用于洗涤船舶废气以便去除所述副产品的过程。
技术介绍
商业航运已成为欧洲空气污染的最大来源之一。其结果是，国际海事组织(IMO)已收紧其对于减少硫氧化物(SOx)和颗粒物(PM)的排放要求(例如，参见海洋环境保护委员会第59次会议，2009年7月16日)。减少硫氧化物的一个方法是使用低硫燃料。然而，这种燃料的成本比目前船舶燃料更高并且当以船只所需要的速率被消耗时，对船主引入了显著的成本。幸运的是，IMO规程允许使用替代技术来减少来自传统船舶燃料的SOx排放。吸收涉及将受污染的流出气体与液体吸收剂接触，从而使得废气中的一种或多种组分被选择性地溶解到相对不挥发的液体中。洗涤效果涉及亨利定律：在一定体积的液体中溶解的气体的质量与气体的压力成正比：-P＝Hx-x为气体在溶液相中的溶解度-H是亨利常数-P是在溶液上方的气体的分压。-在液体中溶解气体通常是放热过程。因此，降低温度通常会增加气体在液体中的溶解度。当含硫燃料燃烧时形成SOx气体(尤其是SO2)。SO2溶解在水蒸气中形成酸并且与空气中的其它气体和颗粒相互作用以形成硫酸
盐和对人和环境有害的其他产品(例如，亚硫酸烟雾和酸雨)。SO2在水中的溶解度随着水-气混合物的温度降低而急剧上升。吸收系统被设计成将SO2从气相转化到液相，这通过在气体和液体之间提供密切接触来实现，这使得气体最佳地扩散到溶液中。在不受理论束缚的情况下，从气体流中去除污染物的机制按照三个步骤来发生：1)将污染气体扩散到液体的表面，2)转化穿过气-液界面，和3)溶解的气体从界面扩散到液体中。物质从一个相(气体)转化到另一相(液体)需要时间。转化率与相之间的接触表面、转化的阻力、以及针对传质所呈现的驱动力成正比，并且可以由以下公式来表示：转化率＝(驱动力)×(转化适用区域)/(转化的阻力)转化率中的任何增加会导致通常更经济的更紧凑传质设备。驱动力是要被转化的物质的化学势。每一种物质都有化学(或“质量”)势，它驱动物质从一个相到另一个相。值(Y1-Y2)是在气相中的浓度(或驱动力)中的差。值(X1-X2)是在液相中的浓度(或驱动力)中的差。在系统中所需要的气体传质(即，Y1-Y2)可以通过所需数量的气体质量净转化单元(NTU)来表示。针对系统所需的NTU数量可以被确定如下：-重油含有3.5％的硫浓度或35000ppm-当燃料在发动机中燃烧时，35000中的大约1000ppm被转换成SO2气体(其余的硫未被燃烧，并被附到颗粒上等)–馈送到废气清洁系统中的硫气体浓度继而为1,000ppm-因此，Y1＝1,000ppm-满足MARPOL附则VI规程的所需Y2为大约<＝30ppm-因此，Y2＝30ppm–给出Y1-Y2＝1000-30＝970ppm以对数的形式，我们得到：Ln(Y1-Y2)＝Ln(Y1)/Ln(Y2)＝Ln(Y1/Y2)＝Ln(1000/30)＝3.50-值3.50被定义为需要被去除的所需气体传质单元数量(即，从气体转化至液体状态的SO2气体质量)-NTU-R＝系统所需的净转化单元＝3.50因此，NTU-R可以看作是该系统的所需气体传质效率。当气体从时间“t0”到时间“tn”经过系统时，SO2气体浓度必须从1000ppm降低至30ppm以下。换句话说，系统应具有3.50NTU的气体传质能力，即Ln(Y1-Y2)＝Ln(Y1)/Ln(Y2)＝Ln(Y1/Y2)＝Ln(1000/30)＝3.50。随着废气穿过清洁反应器系统，SO2以不同的速率和以不同的效率被吸收；其原因在于要从气体转化至液体的SO2物质的驱动力(化学势)下降。在构建具有多个气体清洁区域的气体清洁系统时，可以串联布置这些区域。例如，废气从时间t0到tn经过清洁区域。每个区域都有其自身的清洁能力(即效率)，这由区域的NTU值来测量；区域效率取决于在区域内的SO2浓度、温度、表面接触面积、接触时间等。所有区域的能力总和必须等于所需的气体传质能力，在这种情况下是针对所有区域的NTU总和＝3.50。吸附是涉及使气流通过所制备的多孔固体(吸附剂)的表面的传质过程。多孔固体物质的表面通过物理或化学吸附来吸引并保持该气体。换句话说，吸附是两个颗粒或分子的键合。吸附剂可以是提供键合位置的任何固体材料。在气体清洁系统的情况下，颗粒物颗粒提供键合位置。吸附物可以是悬浮中的任何溶解的分子物质或颗粒。在气体清洁系统的情况下，有三种吸附物(即，三种类型的东西被键合到吸附剂)：1.在气体蒸汽中的SO2分子被键合到颗粒物(PM)颗粒2.VOC(挥发性有机化合物)被键合到PM颗粒3.小的PM颗粒被键合到更大的PM颗粒，形成颗粒簇。用于降低来自废气中的SOx排放的当前技术包括使用氢氧化钠溶液的湿式洗涤器。然而，采用这些技术的设备大而笨重，并且无法容易地安置在船上的有限范围中。限制湿式洗涤器在船上使用的
其他因素包括重量和电力的限制。美国专利7,018,451公开了一种使用溶剂或试剂并气体与溶剂或试剂的湍流混合通过吸附从气体混合物中除去酸性气体和酸性气体成分的方法。美国专利7,273,513公开了一种同时从气流中吸收选定的酸性气体成分和闪蒸出在包括溶剂或试剂的液体流中夹带的烃的方法，其中所述试剂是胺。美国专利8,524,180公开了一种从使用水或在废气压力中具有最小压降的碱或盐的水溶液从柴油机废气中除去颗粒物的方法。美国申请公开2013/0213231公开了使用气旋作用和风扇来增加通过双管装置的废气速度来洗涤废气的方法和双管装置。使用包含碱性水溶液的液体来实现废气洗涤。因此，对于高效、紧凑、简单设计的湿废气洗涤器——尤其是满足这些技术要求同时足够紧凑例如可以在船舶上使用的洗涤器——仍然存在长期需要。
技术实现思路
本公开内容的船舶废气洗涤设备是系统，优选的是被设计用于减少二氧化硫的闭环系统，优选地在燃烧的残余燃料油高达3.5％的硫含量时减少至少约98％的二氧化硫。在一个方面中，提供一种船舶废气洗涤设备，包括：a)具有第一端和第二端的外壳；b)靠近所述第一端的废气入口，用于接受含有二氧化硫和颗粒物的高温废气；c)靠近所述废气入口的至少一个骤冷器，用于用至少一种骤冷液体冷却所述高温废气以得到冷却的废气；d)至少一个预处理器，用于用至少一种预处理液体预处理所述冷却的废气以得到经预处理的废气；e)至少一个文氏管组件，在一个实施例中为同心文氏管组件，
其包括文氏管入口和文氏管出口，所述文氏管入口用于接受所述经预处理的废气，所述文氏管出口用于用至少一种清洗液体清洗所述经预处理的废气以得到含有所述至少一种清洗液体的多个液滴的清洗过的废气并将所述清洗过的废气传送至所述文氏管出口；优选地，所述至少一种清洗液体经由至少一个清洗喷嘴而被引入。在另一个实施例中，所述设备包括至少两个或更多文氏管组件。在一个实施例中，所述至少两个或更多文氏管组件的每一个是相似的尺寸和配置。在另一个实施例中，所述至少两个或更多文氏管组件的每一个具有不同的尺寸。在另一个实施例中，所述至少两个或更多文氏管组件的每一个具有不同配置。在优选实施例中，所述至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶废气洗涤设备，包括：a)具有第一端和第二端的外壳；b)靠近所述第一端的废气入口，用于接受含有二氧化硫和颗粒物的高温废气；c)靠近所述废气入口的至少一个骤冷器，用于用至少一种骤冷液体冷却所述高温废气以得到冷却的废气；d)至少一个预处理器，用于用至少一种预处理液体预处理所述冷却的废气以得到经预处理的废气；e)至少一个文氏管组件，包括文氏管入口和文氏管出口，所述文氏管入口用于接受所述经预处理的废气，所述文氏管出口用于用至少一种清洗液体清洗所述经预处理的废气以得到含有多个清洗液体液滴的清洗过的废气并将所述清洗过的废气传送至所述文氏管出口；f)靠近文氏管出口的冲击篮，用于提供所述清洗后的废气与所述清洗液体的额外的混合；g)至少一个除雾器，用于从所述清洗后的废气中除去所述多个清洗液体液滴以形成已除雾废气；h)在所述第二端处的废气出口，用于排出所述已除雾废气；及i)接收器，用于接收所述至少一种骤冷液体、所述至少一种预处理液体和所述至少一种清洗液体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.17 US 61/928,7261.一种船舶废气洗涤设备，包括：a)具有第一端和第二端的外壳；b)靠近所述第一端的废气入口，用于接受含有二氧化硫和颗粒物的高温废气；c)靠近所述废气入口的至少一个骤冷器，用于用至少一种骤冷液体冷却所述高温废气以得到冷却的废气；d)至少一个预处理器，用于用至少一种预处理液体预处理所述冷却的废气以得到经预处理的废气；e)至少一个文氏管组件，包括文氏管入口和文氏管出口，所述文氏管入口用于接受所述经预处理的废气，所述文氏管出口用于用至少一种清洗液体清洗所述经预处理的废气以得到含有多个清洗液体液滴的清洗过的废气并将所述清洗过的废气传送至所述文氏管出口；f)靠近文氏管出口的冲击篮，用于提供所述清洗后的废气与所述清洗液体的额外的混合；g)至少一个除雾器，用于从所述清洗后的废气中除去所述多个清洗液体液滴以形成已除雾废气；h)在所述第二端处的废气出口，用于排出所述已除雾废气；及i)接收器，用于接收所述至少一种骤冷液体、所述至少一种预处理液体和所述至少一种清洗液体。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少一种骤冷液体、所述至少一种预处理液体和所述至少一种清洗液体是碱性的。3.如权利要求2所述的设备，其中，所述至少一种骤冷液体、所述至少一种预处理液体和所述至少一种清洗液体包括：从包含氢氧化锂，氢氧化钠，氢氧化钾的组中选择的水性碱金属氢氧化物溶液，从包含氢氧化钙，氢氧化镁的组中选择的水性碱土金属氢氧化物溶液，以及它们的组合。4.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个文氏管组件是同心文氏管，还包括连接所述文氏管入口与所述文氏管出口的会聚-发散通路。5.如权利要求3所述的设备，其中，所述碱金属氢氧化物是氢氧化钠。6.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少一种骤冷液体、所述至少一种预处理液体、所述至少一种清洗液体的pH值为约8至约12。7.如权利要求1所述的设备，其中，所述外壳，所述至少一个骤冷器，所述至少一个预处理器，所述至少一个文氏管，所述冲击篮和所述至少一个除雾器由耐热温度至约300℃的材料构造。8.如权利要求1所述的设备，还包括生成器，用于产生所述至少一种骤冷液体、所述至少一种预处理液体和所述至少一种清洗液体。9.如权利要求1所述的设备，还包括分发器，用于分发所述至少一种骤冷液体、所述至少一种预处理液体和所述至少一种清洗液体。10.如权利要求1所述的设备，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：加思·E·詹金斯，基利·G·桑普森，大卫·S·杜蒙，赛义德·米拉德·穆萨维，
申请(专利权)人：船舶废气解决方案公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA