CN109890482B - 用于清洁来自处理由柴油机排放的废气的湿式洗涤器的液体流出物的方法 - Google Patents

用于清洁来自处理由柴油机排放的废气的湿式洗涤器的液体流出物的方法 Download PDF

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Abstract

为了简单地、紧凑地且经济地清洁来自处理由柴油机(E)排放的废气(1)的湿式洗涤器(WS)的液体流出物(4)，本发明提出：将固体颗粒(7)放入所述洗涤器(WS)中，所述固体颗粒(7)含有以重量计在25％与75％之间的活性炭和以重量计在25％与60％之间的水泥并且具有在30μm与500μm之间的平均尺寸，以及将离开所述洗涤器(WS)的所述待清洁流出物(4)送到固体‑液体分离器(SLS)，在所述固体‑液体分离器(SLS)中将所述流出物分离为澄清部分(5)和含有所述固体颗粒(7)的油污(6)。

Description

用于清洁来自处理由柴油机排放的废气的湿式洗涤器的液体 流出物的方法
【技术领域】
本发明涉及一种用于清洁来自处理由柴油机排放的废气（具体地，由海船的柴油机排放的废气）的湿式洗涤器的液体流出物的方法。
【背景技术】
海船，无论是渡轮或其它船只，大多数使用燃料油作为确保其推进的柴油机的燃料。这种燃料含有以重量计高达5%的硫，大多数时候以重量计常常在0.5%与3.5%之间。在这些发动机的燃烧过程期间，这种硫会转换成二氧化硫（SO2）。结果，这些发动机的废气是酸性的且是有害的。因此，船只必须集成有在将这些废气排放到大气之前从这些废气中减少二氧化硫排放的装置，除非使用硫含量非常低的燃料，然而，这会使成本高得多。
最常提出的用于在船上捕获废气中含有的二氧化硫的技术是用海水洗涤这些废气。该技术通过洗涤器使用海水的碱性中和二氧化硫来实施，通常不需要依赖于另外的中和试剂。EP 1 889 812提供了该技术的详细示例。硫被转移到在洗涤器中循环的海水洗涤液体并且集中在洗涤器的液体回路中。需要进行清洗来排出硫：该清洗由送入洗涤器中的液体的大部分形成，该洗涤器然后在开环配置下操作，从而不将离开洗涤器的流出物循环回洗涤器，或者其由送入洗涤器中的液体的小部分形成，洗涤器然后闭环操作，从而使离开洗涤器的大部分流出物循环回洗涤器，例如，小于5%的该流出物被排空。无论洗涤器是开环操作还是闭环操作，起初处于氧化状态（+4）下的硫在洗涤器中或在其辅助设备中被氧化，使得仅仅硫处于氧化状态（+6）下的硫酸盐流被排出到环境中，该排放对环境无影响。
然而，柴油发动机中的燃烧还会生成有机化合物，包括油、煤烟、焦油和其它芳香分子。这各种有机化合物是有毒的，并且有可能会致癌。在发动机启动和关闭阶段期间会以更大的浓度排放烟气中的这些物质，并且另外，洗涤器中循环的液体的清洗越少，所有这些物质的浓度越高。有机化合物重量轻，并且如果不经处理就排出洗涤器流出物，则这些有机化合物可能最终会形成油泽或虹彩膜。
显然，可以通过常规过滤（例如，在活性碳床上）来去除有机化合物。然而，这种解决方案要求约几厘米/秒的低过滤速度，考虑到要通过过滤处理的流的大小，这种低过滤速度会导致尺寸非常大的过滤装置，因此不适合用于船只。
通过倾析去除有机化合物在理论上也是可能的，这是由于更轻的芳香化合物倾向于分离并且上升到表面，因为芳香化合物具有比水更低的密度，更不必说海水了。然而，所述倾析无法实际应用在船只上，同样是考虑到要处理的流。
对添加至在洗涤器中循环的液体的固体进行吸附也是可能的，但会遇到禁止性的难题。鉴于待处理的流较大并且考虑到装置的可接受的尺寸，在这些固体与待处理液体之间的接触时间非常短。因此，必须使用非常活跃的固体，诸如活性炭。然而，活性炭与水相比具有较低的密度差，甚至跟海水差不多的密度，这意味着仅仅高效的固体-液体分离就会需要依赖过滤器或离心机。然而，如已经指出的，依赖于过滤器势必会导致非常慢的过滤速度。针对离心机，这种旋转机成本高，需要维护并且难以用在船只上。
【发明内容】
本发明的目的是提出一种能够实现处理柴油发动机（尤其是在船只上的柴油发动机）所排放的废气的洗涤器排出的液体中含有的有机污染物的简单、紧凑和经济处理的方法。
为此，本发明的主题是一种用于清洁处理由柴油发动机排放的废气的湿式洗涤器的液体流出物的方法，其中：
将固体颗粒放入洗涤器中，固体颗粒含有以重量计在25%与75%之间的活性炭和以重量计在25%与60%之间的水泥并且具有在30 µm与500 µm之间的平均尺寸，以及
将离开洗涤器的待清洁流出物送到固体-液体分离器，在固体-液体分离器中将流出物分离为澄清部分和含有固体颗粒的油污。
因此，基于本发明的其中一个构思是受益于活性炭能够通过在洗涤器中进行吸附来捕获有机化合物的优越性能，同时使该活性炭足够重从而使得可以高效地且简单地将活性炭与离开洗涤器的液体流出物的剩余部分分开。根据本发明，将活性炭（按照调整的比例）与颗粒尺寸合适的固体颗粒形式的水泥相结合。因此，本发明允许机敏地向这些固体颗粒赋予比常规吸附剂（即黏土或活性炭）的密度高得多的密度，同时为这些固体颗粒维持较大的比表面积：该较大的比表面积确保当固体颗粒在洗涤器的液体电路中循环时能够高效地捕获有机化合物，同时固体颗粒的体积密度有助于固体-液体分离器的动作，离开洗涤器的流出物被引导向固体-液体分离器。本发明有利地使得可以使用水力旋流器作为固体-液体分离器，虽然对所述水力旋流器的依赖性与技术上先入为主的观点有关，根据该观点，鉴于它们有限的分离能力，这些水力旋流器不能实现与水相比密度太低并且与海水相比更是如此的常规吸附剂的高效分离。
根据本发明的方法的附加有利特点：
- 放入洗涤器中的固体颗粒具有在50 µm与150 µm之间的平均尺寸；以及
- 放入洗涤器中的固体颗粒具有在50 µm与100 µm之间的平均尺寸；
- 固体-液体分离器包括一个或多个水力旋流器；
- 固体-液体分离器包括离心机；
- 放入洗涤器中的固体颗粒的量是使送到固体-液体分离器的流出物中的这些固体颗粒的浓度在10 mg/l与1000 mg/l之间；
- 以水基悬浮液的形式将固体颗粒放入洗涤器中;
- 当洗涤器开环操作时，将澄清部分排空，并且当洗涤器闭环操作时，将澄清部分至少部分地循环回洗涤器;
- 用含有海水的洗涤液来操作洗涤器;
- 该方法在海船上实施。
【附图说明】
本发明将通过阅读以下描述并且参照附图得到更好地理解，以下描述仅仅被提供作为示例，在图中，图1是实施根据本发明的清洁方法的装置的示意图。
【具体实施方式】
图1图示了实现对柴油发动机E排放的废气1的处理的装置。根据一个优选的但非限制性的使用背景，发动机E确保装有该装置的海船的推进。在所有情况下，发动机E使用含硫燃料，尤其是燃料油，结果是，除了碳气（CO2）、水汽（H2O）、氮气（N2）和氧气（O2）等主要组分之后，烟气1还含有硫的氧化物，尤其是二氧化硫（SO2）。烟气1还含有氮氧化物（NOx）、以及通过在发动机E内部的燃烧所生成的有机化合物。这些有机化合物包括：尤其是煤烟、焦油、油（特别是气溶胶形式）、芳香碳氢化合物（诸如PAH）、芳香有机氯化合物（诸如PCB）、二恶英和呋喃（诸如PCDD/F）、和其它无机化合物。
该装置包括两个功能单元，即湿式洗涤器WS，其处理烟气1以从烟气去除污染物；以及固体-液体分离器SLS，其处理洗涤器WS的液体流出物。
洗涤器WS是众所周知的技术： 其包括洗涤塔和相关联的附件，尤其包括泵、容器、储存罐、包层和管路以及可选的换热器。不考虑洗涤器WS的设计，将烟气1和洗涤液2送入该洗涤器WS中： 通过使烟气1与洗涤液2接触，从被洗涤液捕获的烟气去除烟气中的各种污染物。因此，离开洗涤器WS的烟气被清洁，即被净化，并且在洗涤器WS的出口处，烟气形成流3，流3被排出到大气中。液体流出物4在离开洗涤器4之后被引导到固体-液体分离器SLS。
洗涤液2通常主要由水组成，可选地，可以将水与脱硫试剂（诸如氢氧化钠或氧化镁）混合。如果该装置在船只上，则洗涤液2含有海水。实际上，当洗涤器WS开环操作时，洗涤液2基本上，甚至完全由淡水W（可选地，淡海水）组成，而当洗涤器WS具有闭环操作时，洗涤液2由淡水W（可选地，淡海水）和来自固体-液体分离器SLS的盐水的混合物组成，如下面阐释的。要注意，可以通过冷凝烟气1中的水来得到部分洗涤液2。
流出物4含有烟气1中的由发动机E排放且被洗涤器WS捕获的污染物。一些这种污染物是由于烟气中含有的硫氧化物和氮氧化物的捕获引起的，这些氧化物在流出物4中尤其以硫酸盐和氯化物的形式存在，取决于洗涤器WS开环操作还是闭环操作，硫酸盐和氯化物的浓度或大或小。流出物4中含有的其它污染物是颗粒元素，这些颗粒元素是由于烟气1中含有的有机化合物的捕获引起的，并且在流出物4中具有大约1 µg/l到1 mg/l 的浓度（取决于种类），但在发动机E的暂时操作阶段中可能会更高，尤其是在发动机启动和关闭阶段期间。流出物4还可以含有有意添加到洗涤器WS的固体，诸如氧化催化剂，例如。
固体-液体分离器SLS是众所周知的技术： 在实践中，其包括分离设备的所有器件，其形成单个单元或分布在串联或并联布置的多个组之间。这些布置是众所周知的。根据一个有利实施例，该实施例的相关性将在下面变得显而易见，固体-液体分离器SLS由水力旋流器或级联安装的多个水力旋流器形成。作为变型，固体-液体分离器包括离心机，所述离心机可选地与其它分离设备相关联。
不考虑固体-液体SLS的设计，通过将这些流出物4分成澄清部分5和油污6，该油污6由液体和悬浮液形式的元素（这些元素引起这些液体的浑浊）形成，来确保在流出物4的液体组成物与固体组成物之间的分离。将油污6完全从装置排空并且释放或储存以进行合适的后续处理。可以将澄清部分5全部从装置排空或以流5’的形式至少部分地循环回洗涤器WS中，在通往洗涤器WS的入口处，流5’形成部分洗涤液2。在实践中，当洗涤器WS开环操作时，排空整个澄清部分5，而当洗涤器WS闭环操作时，流5’由大部分澄清部分5形成，例如，超过95%。
根据本发明，直接地或间接地将固体颗粒7添加到洗涤器WS中。这些固体颗粒7主要由水泥和活性碳的混合物形成。这些固体颗粒7因此含有以重量计在25%与60%之间的水泥和以重量计在25%与75%之间的活性碳。另外，固体颗粒7具有在30 µm与500 µm之间，优选地在50 µm与150 µm之间，尤其优选地在50 µm与100 µm之间的平均尺寸，上面提到的平均尺寸通常称为《d50 》并且被定义为该值使得以重量计50%的固体颗粒具有比该值更小的尺寸。换言之，称为《d50 》的平均尺寸是固体颗粒7的尺寸，使得更大的固体颗粒的重量与更小的固体颗粒的重量相同。
例如，通过在水中混合水泥和尤其是粉状的活性碳以及可选地其它化合物，来制备固体颗粒7。该混合物静置，并且在进行干燥之后，将其碎裂，例如，粉碎成期望的颗粒尺寸。
根据一种规定，为了方便使用固体颗粒7，将固体颗粒7以水基悬浮液的形式添加到洗涤器WS中，该悬浮液有可能含有除了固体颗粒7之外的其它组成物： 按照非限制性的方式，这些其它组成物是具有将亚硫酸盐氧化成硫酸盐和/或表面活性剂和/或金属盐的催化性能的固体。
因为固体颗粒7具有水泥部分，所以固体颗粒7的密度比诸如黏土或活性碳等常规吸附剂的密度要高得多： 在流出物4中，固体颗粒7因此具有高得足以通过固体-液体分离器SLS将固体颗粒7高效分离出来的体积密度，使得可以在油污6中发现固体颗粒，即使该分离器由一个或多个水力旋流器组成，即，与诸如离心机等其它更复杂的分离装置相比，具有有限截止阈值的分离设备。同时，因为固体颗粒7具有活性碳部分，所以固体颗粒7高效地捕获在洗涤液2在洗涤器WS中循环时被洗涤液2吸收的有机化合物： 通过固体颗粒7的活性碳的吸附作用，通过捕获这些有机化合物来去除这些有机化合物，固体颗粒7因此高效地清洁流出物4。可以理解，对于固体颗粒7，活性碳含量的增加会更好地促进对流出物4的清洁，但是固体颗粒7中活性碳含量越高，流出物中的这些颗粒的体积密度越低，并且随后通过固体-液体分离器SLS对其的分离越难。另外，如果活性碳的含量以重量计超过了75%，则固体颗粒7的抗性变低并且它们会非常容易分解。
同样，重要的是，固体颗粒7不应该过细，即，它们的平均《d50 》尺寸不应该小于30µm，否则通过液体-固体分离器SLS将它们从剩余的流出物4分离出来会变得太过低效，它们也不应该太大，不应该具有大于500 µm的《d50 》平均大小，否则固体颗粒7的比表面面积（表示为m2/g）会变得过小并且期望的对流出物4中的有机化合物的捕获会变得低效。
要注意，不必以非常高的清洁率（例如，高于90 %）来从流出物4去除有机化合物，即便这种清洁率是很好的。流出物4中的污染物的相应浓度，尤其是有机化合物的浓度，最常见的是足够低，这表明更低的清洁率是足够的。另外，除了固体颗粒7中的活性碳含量之外的因素对清洁率存在影响： 这些其它因素尤其是接触时间和温度，当接触时间增加时会降低清洁率，当温度增加时会降低清洁率，对吸附等温线有不利影响。在实践中，优选地在15°C与60°C之间，更优选地在20°C与40°C之间，进行将固体颗粒7与在洗涤器WS中循环的液体的接触。
根据一种附加特征，流出物4中的固体颗粒7的浓度优选地在10 mg/l与1000 mg/l之间，该浓度的值直接取决于放入洗涤器WS中的固体颗粒7的量。当浓度低于10 mg/l时，在洗涤器WS中会存在不足量的活性炭。浓度高于1 g/l则会在装置中产生腐蚀或磨损的问题。
实验
准备五份固体颗粒样本：
样本A含有100%水泥；
样本B含有100%活性碳；
样本C含有75%活性碳和25%水泥；
样本D含有50%活性碳、30%水泥和20%膨润土；以及
样本E含有50 %活性碳和50%水泥。
将这五份样本中的每一分放入洗涤器WS中，同时手动地将用作示踪物的预定有机分子送入洗涤器WS中。下表将本实验的数据进行了分组。
样本 样本的固体颗粒的平均尺寸《d50》（单位：微米） 洗涤器WS的流出物中的示踪物的清洁率（单位：%） 使用水力旋流器对固体颗粒的有可能的分离
A 40 1 是
B 40 89至99 否
C 100至315 71 是
D 100至310 43 是
E 64至100 60 是
经发现，从清洁有机化合物的观点看，仅由活性碳组成的样本B表现出优越的性能，然而，却不能通过固体-液体分离器SLS分离本样本B的固体颗粒。另一方面，具有满足之前针对固体颗粒7给出的规格的固体颗粒的样本C、D和E则同时表现出令人满意的对流出物4中的有机化合物的清洁和通过分离器SLS实现了高效的分离。

Claims (10)

1.一种用于清洁来自处理由柴油机排放的废气的湿式洗涤器的液体流出物的方法，其中：
将固体颗粒(7)放入湿式洗涤器(WS)中，所述固体颗粒(7)含有以重量计在25％与75％之间的活性炭和以重量计在25％与60％之间的水泥并且具有在30μm与500μm之间的平均尺寸，以及
将离开所述湿式洗涤器(WS)的待清洁流出物(4)送到固体-液体分离器(SLS)，在所述固体-液体分离器(SLS)中将所述流出物分离为澄清部分(5)和含有所述固体颗粒(7)的油污(6)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，放入所述湿式洗涤器(WS)中的所述固体颗粒(7)具有在50μm与150μm之间的平均尺寸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，放入所述湿式洗涤器(WS)中的所述固体颗粒(7)具有在50μm与100μm之间的平均尺寸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述固体-液体分离器(SLS)包括一个或多个水力旋流器。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述固体-液体分离器(SLS)包括离心机。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，放入所述湿式洗涤器(WS)中的固体颗粒(7)的量是使送到所述固体-液体分离器(SLS)的所述流出物(4)中的这些固体颗粒的浓度在10mg/l与1000mg/l之间。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，以水基悬浮液的形式将所述固体颗粒(7)放入所述湿式洗涤器(WS)中。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，当所述湿式洗涤器(WS)开环操作时，将所述澄清部分(5)排空，并且当所述湿式洗涤器闭环操作时，将所述澄清部分(5)至少部分地循环回所述湿式洗涤器。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，用含有海水的洗涤液(2)来操作所述湿式洗涤器(WS)。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法在海船上实施。
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