CN112805456A - 排放气体清洁系统和用于清洁排放气体的方法 - Google Patents

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Abstract

提供排放气体清洁系统(1)和用于清洁船上的排放气体(EG)的方法。排放气体清洁系统(1)包括第一子系统(3)，其包括洗涤器单元(15)和离心分离器(9)，该洗涤器单元(15)包括布置成利用洗涤器流体来清洗排放气体(EG)的洗涤器(17)，该离心分离器(9)布置成与洗涤器单元(15)连通以用于在清洗之后接收洗涤器流体，并将它分离为第一部分和第二部分，该第二部分比第一部分污染更多。排放气体清洁系统(1)的特征在于，它还包括第二子系统(5)，该第二子系统(5)包括膜过滤器(21)，该膜过滤器(21)布置成与离心分离器(9)连通，以用于接收从离心分离器(9)输出的第一部分，并将它分离为第三部分和第四部分，该第四部分比第三部分污染更多。

Description

排放气体清洁系统和用于清洁排放气体的方法
技术领域
本发明涉及一种用于清洁船上的排放气体(例如来自船舶发动机、燃烧器或锅炉)的排放气体清洁系统。本发明还涉及一种用于借助于此类排放气体清洁系统来清洁船上的排放气体(例如来自船舶发动机、燃烧器或锅炉)的方法。
背景技术
大船典型地由以含硫燃料操作的发动机驱动。在此类燃料的燃烧中，形成包含硫氧化物(SOX)的排放气体。排放气体典型地还包含颗粒物，诸如烟灰、油和重金属，以及氮氧化物(NOX)。为了降低排放气体对环境的影响，排放气体应在它释放到大气中之前清洁。例如，可使排放气体通过洗涤器以利用洗涤器流体来清洗，由此使排放气体中的污染物捕获于洗涤器流体中。
洗涤器可为所谓的开环洗涤器，其使用海水的天然碱性从排放气体中清洗掉硫氧化物。然后从海中通过洗涤器供给海水，以用于在使排放气体直接往回排出到海之前从排放气体中吸收SOX和颗粒物。
备选地，洗涤器可为所谓的闭环洗涤器，其使用循环的淡水或海水与像氢氧化钠(NaOH)或碳酸钠(Na2CO3)那样的碱性试剂组合来从排放气体中清洗掉硫氧化物和颗粒物。在此类洗涤器中，循环的淡水或海水中的含水亚硫酸盐、硫酸盐和颗粒物的量逐渐增加。因此，为控制循环的淡水或海水的质量，少量的它可偶尔地或连续地由清洁的淡水或海水所代替，并在清洁掉颗粒物之后存储于船上或排出于船外。
WO 2011/104302描述一种排放气体清洁设备，其包括闭环洗涤器和离心分离器，该离心分离器用于使污染的洗涤器流体分离为污染物相(其包含大部分的颗粒物)和清洁的洗涤器流体。虽然该排放气体清洁设备运行良好，它可不能够产生充分地免除颗粒物以排出于船外的清洁的洗涤器流体，尤其是在洗涤器流体的流量高的情况下。如果清洁的洗涤器流体不可排出于船外，它必须存储于船上以用于随后排出。
发明内容
本发明的目标在于提供至少部分地解决上文提到的问题的用于清洁船上的排放气体的排放气体清洁系统和用于借助于此类系统来清洁排放气体的方法。本发明的基本构思在于使用离心分离器来用于从洗涤器流体中去除大部分的颗粒物(在本文中也称为PM)，以及然后使用膜过滤器来用于从洗涤器流体中去除颗粒物的残余，以使它清洁得足以排出于船外。根据本发明的排放气体系统和方法在所附权利要求书中限定并在下文论述。
根据本发明的排放气体清洁系统布置成用于清洁船上的排放气体。它包括第一子系统，其包括洗涤器单元和离心分离器。洗涤器单元包括布置成利用洗涤器流体来清洗排放气体的洗涤器。离心分离器布置成与洗涤器单元连通以用于在清洗之后接收洗涤器流体，并将它分离为第一部分和第二部分，该第二部分比第一部分污染更多，即，更脏。洗涤器包括用于接收排放气体的排放气体入口和用于输出清洗的排放气体的排放气体出口。排放气体清洁系统的特征在于，它还包括第二子系统，该第二子系统包括膜过滤器。膜过滤器布置成与离心分离器连通，以用于接收从离心分离器输出的第一部分，并将它分离为第三部分和第四部分，该第四部分比第三部分污染更多，即，更脏。
排放气体清洁系统可布置成用于清洁来自船上的船舶发动机、船上的船舶燃烧器或船上的船舶锅炉的排放气体。
应强调的是，在文本各处，“连通(communicating)”和“连通(communication)”分别意指“直接地或间接地连通”和“直接的或间接的连通”。类似地，在文本各处，“接收”、“供给”等分别意指“直接地或间接地接收”和“直接地或间接地供给”。
离心分离器可接收来自洗涤器单元的洗涤器流体的全部、零(nothing)或一些，且这可随时间变化。
膜过滤器可从离心分离器接收洗涤器流体的第一部分的全部、零或一些，且这可随时间变化。
离心分离器可例如为高速分离器、倾析器或其组合。
膜过滤器可例如为聚合物或陶瓷或其组合。此外，膜过滤器可为交叉流动型的。
因为离心分离器可接收来自洗涤器单元的洗涤器流体，可允许洗涤器流体清洁掉从排放气体吸收的颗粒物。此外，因为膜过滤器可从离心分离器接收洗涤器流体的第一部分(即，清洁的洗涤器流体)，可允许洗涤器流体进一步清洁掉从排放气体吸收的颗粒物。
洗涤器的洗涤器流体入口可布置成与洗涤器的洗涤器流体出口连通。从而可允许洗涤器流体的再循环，即，闭环洗涤器。
洗涤器单元还可包括循环储箱，其中循环储箱与洗涤器连通，例如与其洗涤器流体出口连通以用于在清洗之后从洗涤器接收洗涤器流体，循环储箱与洗涤器连通，例如与其洗涤器流体入口连通，以用于将洗涤器流体供给至洗涤器，且循环储箱与离心分离器连通，以用于将洗涤器流体供给至离心分离器。
离心分离器可与洗涤器单元连通，以用于将洗涤器流体的第一部分供给至洗涤器单元，例如其(如果存在这样的)洗涤器和/或循环储箱。从而可能使较清洁的洗涤器流体返回到洗涤器单元，其可允许洗涤器单元中的洗涤器流体的颗粒物水平保持充分地低。
离心分离器可将洗涤器流体的第一部分的全部、零或一些供给至洗涤器单元，且这可随时间变化。
第一子系统还可包括与离心分离器、洗涤器单元和膜过滤器连通的切换(switch)模块。切换模块可布置成接收从离心分离器输出的洗涤器流体的第一部分，并将洗涤器流体的第一部分供给至膜过滤器和/或洗涤器单元。
切换模块可从离心分离器接收洗涤器流体的第一部分的全部、零或一些，且这可随时间变化。此外，切换模块可将洗涤器流体的第一部分的全部、零或一些供给至膜过滤器和/或洗涤器单元，且这可随时间变化。
膜过滤器可与洗涤器单元连通，以用于将洗涤器流体的第四部分供给至洗涤器单元，例如其(如果存在这样的)洗涤器和/或循环储箱。
膜过滤器可将洗涤器流体的第四部分的全部、零或一些供给至洗涤器单元，且这可随时间变化。
第二子系统还可包括水分析单元，其布置成确定洗涤器流体的第三部分的参数值的数字≥1。参数值可用来决定洗涤器流体的第三部分的进一步处理。
如果所述参数值中的至少一个超过或等于相应的极限值，膜过滤器可与洗涤器单元连通，以用于将洗涤器流体的第三部分供给至洗涤器单元，即，其(如果存在这样的)洗涤器或循环储箱。然后，洗涤器流体的第三部分可过脏以至于不能从排放气体系统中排出。
如果所述参数值中的每个低于所述相应的极限值，排放气体清洁系统可布置成将洗涤器流体的第三部分从排放气体清洁系统中排出。例如，洗涤器流体的第三部分可排出于船外，或排出到临时存储的储箱以用于随后排出于船外。
第一子系统还可包括化学定量单元，其布置成向洗涤器流体供应化学物质。从而可优化排放气体清洁系统的效率。例如，化学定量单元可布置成在洗涤器单元的下游和在离心分离器的上游(即，在洗涤器流体由离心分离器接收之前)向洗涤器流体供应化学物质。此外，化学物质可包含絮凝剂和/或凝结剂。从而可优化离心分离器的效率。此外，化学物质可包含用于调节洗涤器流体的pH的碱性试剂。
另外，第一子系统还可包括在化学定量单元下游和在离心分离器上游的絮凝单元，其布置成在洗涤器流体由离心分离器接收之前容纳洗涤器流体以允许充分的时间来用于絮凝。从而可进一步优化离心分离器的效率。
根据本发明的方法布置成用于借助于排放气体清洁系统来清洁船上的排放气体。方法包括在包括于洗涤器单元中的洗涤器中利用洗涤器流体来清洗排放气体，以及在清洗之后在离心分离器中将洗涤器流体分离为第一部分和第二部分，该第二部分比第一部分污染更多。洗涤器单元和离心分离器包括于排放气体清洁系统的第一子系统中。方法的特征在于，还包括使洗涤器流体的第一部分通过膜过滤器以将它分离为第三部分和第四部分，该第四部分比第三部分污染更多。膜过滤器包括于排放气体清洁系统的第二子系统中。
方法可布置成用于清洁来自船上的船舶发动机、船上的船舶燃烧器或船上的船舶锅炉的排放气体。
方法还可包括使洗涤器流体通过洗涤器再循环。
方法还可包括将洗涤器流体的第一部分从离心分离器供给至洗涤器单元。
方法还可包括将洗涤器流体的第四部分供给至洗涤器单元。
方法还可包括确定洗涤器流体的第三部分的参数值的数字≥1。
方法还可包括如果所述参数值中的至少一个超过或等于相应的极限值，将洗涤器流体的第三部分供给至洗涤器单元。
方法还可包括如果所述参数值中的每个低于所述相应的极限值，将洗涤器流体的第三部分从排放气体清洁系统中排出。
方法还可包括在第一子系统中(例如在洗涤器单元的下游和在离心分离器的上游)向洗涤器流体供应化学物质(包含例如絮凝剂和/或凝结剂和/或调节pH的碱性试剂)。此外，方法可包括在向洗涤器流体供应化学物质之后和在将洗涤器流体供给至离心分离器之前将洗涤器流体容纳于絮凝单元中，以允许充分的时间来用于絮凝。
对于根据本发明的用于清洁排放气体的方法的对应的不同实施例，也存在根据本发明的排放气体清洁系统的不同实施例的在上文论述的优点。
本发明的还其它的目标、特征、方面和优点将从以下详细描述中以及从图中显现。
附图说明
现在将参照所附示意图来更详细地描述本发明，所附示意图中
图1是示意性地示出根据本发明的排放气体清洁系统的框图，以及
图2是示出根据本发明的用于清洁排放气体的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出包括第一子系统3和第二子系统5的排放气体清洁系统1。继而，第一子系统3包括絮凝单元7、呈高速分离器形式的离心分离器9、污泥储箱10、化学定量单元11、切换模块13和洗涤器单元15，该洗涤器单元15包含洗涤器17和循环储箱19。第二子系统5包括具有0.15微米的孔尺寸的交叉流动型的膜过滤器21、水分析单元23和切换模块25。排放气体清洁系统构造成清洁来自船(未示出)上的船舶柴油发动机27的排放气体EG。相应地，洗涤器17包括用于接收来自发动机27的排放气体EG的排放气体入口29，以及用于释放所清洗的排放气体EGW的排放气体出口31。
图2示出用于清洁来自发动机27的排放气体EG的方法。在洗涤器17内部，利用呈包含像氢氧化钠(NaOH)那样的碱性试剂的淡水形式的洗涤器流体SF来清洗排放气体(步骤A)。洗涤器以本文中未进一步描述的常规方式运转。洗涤器流体SF从循环储箱19通过洗涤器17的洗涤器流体入口33供给至洗涤器17。在洗涤器17内部，洗涤器流体SF吸收来自排放气体EG的污染物以清洁它，随之洗涤器流体SF通过洗涤器流体出口35往回供给至循环储箱19。因此，洗涤器流体入口33与洗涤器流体出口35间接地(即，经由循环储箱19)连通，由此洗涤器流体SF通过洗涤器17再循环(步骤B)。
当洗涤器流体SF通过洗涤器17再循环时，它受越来越多的污染。为保证洗涤器17的有效操作，洗涤器流体必须不受过多污染。相应地，洗涤器流体SF中的一些连续地从循环储箱19泵送来被清洁。为保证循环储箱19中充分的洗涤器流体量，利用洗涤器流体来补充它，以补偿泵送出的洗涤器流体。该补充可涉及从排放气体清洁系统1外部添加清洁的淡水和碱性试剂。此外，洗涤器流体的“内部”补充可通过使洗涤器流体在清洁之后返回到循环储箱19来进行，如下文将进一步描述的。
在洗涤器流体SF接收于与循环储箱19连通的絮凝单元7中之前，由化学定量单元11向从循环储箱19泵送出的洗涤器流体SF供应化学物质(步骤C)，该化学物质包含呈聚氯化铝形式的凝结剂和用于将洗涤器流体pH调节至6.5的碱性试剂。在絮凝单元7内部，容纳和混合包含凝结剂的洗涤器流体SF，以允许在它由与絮凝单元7连通且因此与循环储箱9(间接地)连通的离心分离器9接收之前适当的絮凝(步骤D)。离心分离器9使包含絮凝剂的洗涤器流体SF分离为第一部分和第二部分(步骤E)。比第一部分污染更多的第二部分排出到污泥储箱10(步骤F)。对于较清洁的第一部分所发生的情况取决于排放气体清洁系统1处于哪种模式。
在第一模式中，切换模块13设置成使得100%的第一部分往回供给至洗涤器单元15，更特别为其循环储箱19(步骤G)，该循环储箱19与离心分离器9连通，由此利用清洁的洗涤器流体来补充循环储箱19。在第二模式中，切换模块13设置成使得x%(0≤x<100)的第一部分往回供给至循环储箱19(步骤G)来补充其(取决于x的值)，而(100-x)%的第一部分供给至膜过滤器21，该膜过滤器21与离心分离器9连通。在排放气体清洁系统1的操作期间，x是可调节的且可保持恒定或变化。排放气体清洁系统1处于第一模式还是第二模式尤其取决于洗涤器流体中的含水亚硫酸盐和硫酸盐的量以及第一子系统3中的洗涤器流体的量。
膜过滤器21将第一部分分离为第三部分和第四部分(步骤H)。比第三部分污染更多的第四部分往回供给至洗涤器单元15，更特别为其循环储箱19(步骤I)，该循环储箱19与膜过滤器21连通，由此利用洗涤器流体来补充循环储箱19。对于较清洁的第三部分所发生的情况取决于它污染多少。
第三部分的浊度值、pH值和PAH(多环芳烃)值由水分析单元23来确定(步骤J)，且连通至切换模块25。切换模块25设置成使得如果浊度值、pH值和PAH值中的一个或多个超过或等于相应的极限值(这里分别为25 NTU、6.5和2250 ppb)，第三部分往回供给至洗涤器单元15，更特别为其循环储箱19(步骤K)，该循环储箱19与膜过滤器21连通，由此利用清洁的洗涤器流体来补充循环储箱19。此外，如果浊度值、pH值和PAH值全都低于相应的极限值，将第三部分从排放气体清洁系统1中排出(步骤L)、排出于船外或排出到临时容纳的储箱(未示出)以用于随后排出，例如，如果船在其中禁止排出于船外的区域中。
因此，从循环储箱19泵送出的洗涤器流体首先借助于离心分离器9来清洁。离心分离器9有效地去除大多数的颗粒物，且能够处理非常高的PM水平而不受阻塞。因此，离心分离器9能够且适合于使在排放气体清洁系统1的第一子系统3中循环的洗涤器流体保持充分地免除PM。然而，如果第一子系统3中的洗涤器流体的流量高，离心分离器9可不能够去除足够的颗粒物来使洗涤器流体清洁得足以排出于船外。然后借助于膜过滤器21来进一步清洁洗涤器流体的清洁的(这里为第一)部分。膜过滤器21有效地去除几乎全部的剩余颗粒物。由于通过膜过滤器21供给的洗涤器流体由离心分离器9来预清洁，洗涤器流体中的PM水平低到足以不堵塞膜过滤器21。从而允许通过膜过滤器的比正常的显著更高的流量。
上文描述的排放气体清洁系统的构件由适合的管路来连接，以允许它们以上文所指定的方式连通。此外，上文描述的排放气体系统可包括使它适当运转的额外构件，诸如泵、阀、传感器、此外的水分析单元、控制单元等。例如，排放气体系统可包括在洗涤器与循环储箱之间的用于测量洗涤器流体pH的pH计或传感器。该pH计可与化学定量单元11连通。
应强调的是，仅出于识别的目的，将根据本发明的方法的步骤命名为步骤A、步骤B等。因此，步骤不需要以特定的顺序(步骤A、步骤B等)来执行。此外，在备选实施例中可省去一个或多个步骤。
本发明的上文描述的实施例应仅看作是示例。本领域技术人员认识到，所论述的实施例可在不脱离发明构思的情况下以多种方式变化。
例如，排放气体清洁系统可利用除了上文所指定的以外的其它凝结剂、利用絮凝剂(例如聚合物，而非凝结剂)或利用凝结剂和絮凝剂的混合物来操作。
膜过滤器可具有比上文给定的更大和更小的另一孔尺寸。
在上文描述的实施例中，水分析单元23布置成确定洗涤器流体的第三部分的浊度值、pH值和PAH值，且第三部分的处理取决于这些值。在备选实施例中，水分析单元可布置成确定这些参数、额外参数和/或其它参数中的仅一个或两个。
排放气体清洁系统不需要包括循环储箱。因此，在备选实施例中，离心分离器9可布置成将第一部分供给至洗涤器17，而非供给至循环储箱。在另一备选实施例中，排放气体清洁系统可为开环型的，以致不包括洗涤器流体的再循环或返回。
洗涤器流体不需要包括淡水和碱性试剂，而可改为包括海水和碱性试剂或其组合。
应强调的是，属性第一、第二、第三等在本文中仅用于区别的目的，且不表示任何种类的特定顺序。
应强调的是，省略了与本发明不相关的细节的描述，且图仅为示意性的并且未根据比例来绘制。

Claims (15)

1. 用于清洁船上的排放气体(EG)的排放气体清洁系统(1)，所述排放气体清洁系统(1)包括第一子系统(3)，所述第一子系统(3)包括
洗涤器单元(15)，所述洗涤器单元(15)包括洗涤器(17)，所述洗涤器(17)布置成利用洗涤器流体来清洗所述排放气体(EG)，以及
离心分离器(9)，所述离心分离器(9)布置成与所述洗涤器单元(15)连通以用于在清洗之后接收所述洗涤器流体，并将它分离为第一部分和第二部分，所述第二部分比所述第一部分污染更多，
其中所述洗涤器(17)包括用于接收所述排放气体(EG)的排放气体入口(29)和用于输出所清洗的排放气体(EGW)的排放气体出口(31)，
所述排放气体清洁系统(1)的特征在于，还包括
第二子系统(5)，所述第二子系统(5)包括膜过滤器(21)，所述膜过滤器(21)布置成与所述离心分离器(9)连通，以用于接收从所述离心分离器(9)输出的所述第一部分，并将它分离为第三部分和第四部分，所述第四部分比所述第三部分污染更多。
2.根据权利要求1所述的排放气体清洁系统(1)，其特征在于，所述洗涤器(17)的洗涤器流体入口(33)布置成与所述洗涤器(17)的洗涤器流体出口(35)连通。
3.根据权利要求2所述的排放气体清洁系统(1)，其特征在于，所述洗涤器单元(15)还包括循环储箱(19)，其中所述循环储箱(19)与所述洗涤器(17)连通以用于在清洗之后从所述洗涤器(17)接收所述洗涤器流体，所述循环储箱(19)与所述洗涤器(17)连通以用于将所述洗涤器流体供给至所述洗涤器(17)，且所述循环储箱(19)与所述离心分离器(9)连通以用于将所述洗涤器流体供给至所述离心分离器(9)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的排放气体清洁系统(1)，其特征在于，所述离心分离器(9)与所述洗涤器单元(15)连通，以用于将所述洗涤器流体的第一部分供给至所述洗涤器单元(15)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的排放气体清洁系统(1)，其特征在于，所述膜过滤器(21)与所述洗涤器单元(15)连通，以用于将所述洗涤器流体的第四部分供给至所述洗涤器单元(15)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的排放气体清洁系统(1)，其特征在于，所述第二子系统(5)还包括水分析单元(23)，所述水分析单元(23)布置成确定所述洗涤器流体的第三部分的参数值的数字≥1。
7.根据权利要求6所述的排放气体清洁系统(1)，其特征在于，如果所述参数值中的至少一个超过或等于相应的极限值，所述膜过滤器(21)与所述洗涤器单元(15)连通，以用于将所述洗涤器流体的第三部分供给至所述洗涤器单元(15)。
8.根据权利要求7所述的排放气体清洁系统(1)，其特征在于，所述排放气体清洁系统(1)布置成如果所述参数值中的每个低于所述相应的极限值，将所述洗涤器流体的第三部分从所述排放气体清洁系统(1)中排出。
9.用于借助于排放气体清洁系统来清洁船上的排放气体的方法，包括：
在包括于洗涤器单元中的洗涤器中利用洗涤器流体来清洗所述排放气体(步骤A)，
在清洗之后在离心分离器中将所述洗涤器流体分离为第一部分和第二部分(步骤E)，所述第二部分比所述第一部分污染更多，
其中所述洗涤器单元和所述离心分离器包括于所述排放气体清洁系统的第一子系统中，
所述方法的特征在于，还包括
使所述洗涤器流体的第一部分通过膜过滤器以将它分离为第三部分和第四部分(步骤H)，所述第四部分比所述第三部分污染更多，其中所述膜过滤器包括于所述排放气体清洁系统的第二子系统中。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述洗涤器流体通过所述洗涤器再循环(步骤B)。
11.根据权利要求9-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述洗涤器流体的第一部分从所述离心分离器供给至所述洗涤器单元(步骤G)。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述洗涤器流体的第四部分供给至所述洗涤器单元(步骤I)。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定所述洗涤器流体的第三部分的参数值的数字≥1(步骤J)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如果所述参数值中的至少一个超过或等于相应的极限值，将所述洗涤器流体的第三部分供给至所述洗涤器单元(步骤K)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如果所述参数值中的每个低于所述相应的极限值，将所述洗涤器流体的第三部分从所述排放气体清洁系统中排出(步骤L)。
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