CN117242243A - 船舶用二氧化碳以及硫氧化物的捕获、以及碳资源化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可以利用碱性碱混合液对排出气体中的二氧化碳进行捕获，并将所捕获的二氧化碳适用于对排出气体中的硫氧化物进行捕获的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，所述船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统可以将利用所捕获的二氧化碳制造出来的碳酸钠或碳酸氢钠作为对从船舶中排出的排出气体中的硫氧化物进行捕获的脱硫剂使用，从而可以利用一个系统同时对二氧化碳以及硫氧化物进行捕获。

Description

船舶用二氧化碳以及硫氧化物的捕获、以及碳资源化系统
技术领域
本发明涉及一种可以利用碱性碱混合液对排出气体中的二氧化碳进行捕获，并将所捕获的二氧化碳适用于对排出气体中的硫氧化物进行捕获的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统。
背景技术
因为船舶通常需要较高的输出功率的特性，因此使用重燃油(HFO，Heavy FuelOil)作为燃料，而且会将排出气体以含有有害物质的状态排放到大气中。作为如上所述的排出气体中的代表性的有害物质，包括如微细粒子、氮氧化物、硫氧化物以及二氧化碳等。
尤其是，二氧化碳被认为是导致全球变暖现象的温室气体，虽然二氧化碳的全球变暖指数与其他温室气体相对较低，但是因为其占据所有温室气体排放量中的80％且可以对排放量进行监管，因此备受人们的关注。鉴于此，国际海事组织(IMO)最终决定对今后建造的新船舶适用船舶能效设计指标(EEDI，Energy Efficiency Design Index)，因此直至2025年为止，温室气体的排放量与目前相比需要平均减少30％。
因此，正在呈现出从现有的重油(HFO，Heavy Fuel Oil)以及船用柴油(MDO，Marine Diesel Oil)向液化天然气(LNG，Liquefied Natural Gas)转换的趋势，但是在使用液化天然气(LNG)的情况下，虽然可以满足与NOx以及SOx相关的监管要求，但是却无法满足日益强化的与二氧化碳的排放相关的监管要求。
对于此，作为减少二氧化碳排放的方法之一，在船舶中可以应用在从燃烧气体中捕获二氧化碳进行捕获之后注入并储藏到如海洋以及地内等地下场所中的碳捕获和存储(CSS，Carbon Capture and Storage)以及向经过第一次或第二次采集之后残留在地下的石油注入二氧化碳而再次进行采集的强化采油技术(EOS，Enhanced Oil Recovery)等二氧化碳处理技术。
但是，为了对在原油运输船舶中产生的排出气体中的二氧化碳进行处理，必须对所生成的二氧化碳进行捕获并移送到外部，因此具有所消耗的费用较高且如二氧化碳的液化工程等系统过于复杂的问题。
因此，迫切需要一种可以有效地减少从船舶排出的二氧化碳的方案。
发明内容
本发明的目的在于解决如上所述的现有问题而提供一种可以减少从船舶生成的排出气体中的二氧化碳以及硫氧化物的系统。
此外，本发明提供一种可以利用碱性碱混合液对排出气体中的二氧化碳进行捕获，并将所捕获的二氧化碳适用于对排出气体中的硫氧化物进行捕获的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统。
为了解决如上所述的课题，
本发明的一实施例提供一种船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，包括：搅拌器，用于供应碱性碱混合液；吸收塔，通过使得从所述搅拌器供应过来的碱性碱混合液与经过安装在下部的起泡器形成微细气泡的排出气体发生反应而对所述排出气体中的二氧化碳进行捕获；分离器，对在所述吸收塔中捕获的包含二氧化碳的的反应物进行收集，并在所述反应物中对二氧化碳反应物以及废溶液进行分离；以及，排出部，通过从所述分离器中奖二氧化碳反应物供应至所述吸收塔而对所述排出气体中的硫氧化物进行捕获，并对所捕获的硫氧化物、二氧化碳反应物以及剩余排出气体进行排出。
所述起泡器可以利用所述排出气体形成排出气体微气泡。
所述搅拌器可以对从碱性碱溶液储藏槽供应过来的碱性碱溶液与从供水源供应过来的水进行混合。
所述碱性碱溶液与水可以以1:1至1:5的比例进行混合。
所述碱性碱混合液的平均pH可以是pH 12以上。
所述碱性碱混合液，可以包含：从由SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3构成的组中选择的一种以上的氧化物；从由Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb构成的组中选择的一种以上的金属；以及，从由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)以及过氧化氢(H2O2)构成的组中选择的一种以上的液态组合物。
所述吸收塔可以通过安装在上部的多个喷嘴从所述搅拌器供应碱性碱混合液。
所述吸收塔可以以串联、并联或串联和并联的复合排列构成。
所述船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，还可以包括：监控部，用于对所述吸收塔内的碱性碱混合液的水位以及pH进行监控；以及，控制部，借助于所述监控部对碱性碱混合液的供应量进行调节。
所述二氧化碳反应物可以包含碳酸钠(Na2CO3)或碳酸氢钠(NaHCO3)。
根据本发明的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，可以通过对从船舶排出的排出气体中的二氧化碳进行捕获而减少二氧化碳，而且可以利用所述所捕获的二氧化碳制造出碳酸钠或碳酸氢钠。
此外，根据本发明的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，可以将利用所捕获的二氧化碳制造出来的碳酸钠或碳酸氢钠作为对从船舶中排出的排出气体中的硫氧化物进行捕获的脱硫剂使用，从而可以利用一个系统同时对二氧化碳以及硫氧化物进行捕获。
附图说明
图1是对根据本发明的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统进行图示的模式图。
具体实施方式
本发明可以进行多种变更并具有多种实施例，接下来将在附图中对特定实施例进行例示并在详细说明中进行具体的说明。
但是，这并不是为了将本发明限定于特定的实施形态，而是应该理解为包含本发明的思想以及技术范围内所包含的所有变更物、均等物乃至替代物。
在对多种构成要素进行说明的过程中可能会使用如第一以及第二等术语，但是所述构成要素并不因为所述术语而受到限定。所述术语只是用于将一个构成要素与其他构成要素进行区分。例如，在不脱离本发明之权利要求范围的情况下，第一构成要素可以命名为第二构成要素，同理，第二构成要素也可以命名为第一构成要素。
在本发明中，如“包括”或“具有”等术语只是用于表明说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或所述之组合存在，并不应该理解为事先排除一个或多个其他特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或所述之组合存在或被附加的可能性。
接下来，将参阅附图对本发明的较佳实施例进行详细的说明。
本发明提供一种船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，包括：搅拌器，用于供应碱性碱混合液；吸收塔，通过使得从所述搅拌器供应过来的碱性碱混合液与经过安装在下部的起泡器形成微细气泡的排出气体发生反应而对所述排出气体中的二氧化碳进行捕获；分离器，对包含在所述吸收塔中捕获的二氧化碳的的反应物进行收集，并在所述反应物中对二氧化碳反应物以及废溶液进行分离；以及，排出部，通过从所述分离器中奖二氧化碳反应物供应至所述吸收塔而对所述排出气体中的硫氧化物进行捕获，并对所捕获的硫氧化物、二氧化碳反应物以及剩余排出气体进行排出。
接下来，将参阅附图对根据本发明的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统进行更为详细的说明。
图1是对根据本发明的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统100进行图示的模式图。
如图1所示，根据本发明的船舶用捕获系统100，是一种利用碱性碱溶液对从船舶排出的排出气体中的二氧化碳进行捕获，并利用所捕获的二氧化碳对所述排出气体中的硫氧化物进行捕获的系统，包括吸收塔110、包括起泡器(bubbler)113的二氧化碳捕获部111、排出气体排出源120、搅拌器130、分离器140以及排出部150。
所述吸收塔110可以是指用于对二氧化碳进行捕获的设施、建筑物以及设备等。此外，位于所述吸收塔110的下端的二氧化碳捕获部111是吸收塔110的一部分，可以是指通过对排出气体进行气泡而对二氧化碳进行捕获的部分。
所述吸收塔110在下端包括用于对二氧化碳进行捕获的二氧化碳捕获部111，从而通过使得碱性碱混合液与排出气体(排出气体的微气泡)进行反应而对排出气体中的二氧化碳进行捕获。
所述吸收塔110在上部安装有喷嘴，从而从搅拌器130通过所述喷嘴将碱性碱混合液喷射到吸收塔110的内部，并使其聚集在下端的二氧化碳捕获部111中。在喷射所述碱性碱混合液的同时，从排出气体排出源120供应过来的排出气体将通过吸收塔110下部的二氧化碳捕获部111内部的起泡器113，从而供应生成微气泡(microbubble)的排出气体，而碱性碱混合液与排出气体微气泡将在所述二氧化碳捕获部111的内部发生反应并对二氧化碳进行捕获。关于所述微气泡，在向碱性碱混合液供应排出气体时，将在通过在排出气体排出源120的出口处形成有微细小孔的起泡器113的过程中生成气泡。
此外，在所述吸收塔110的内部包括水位指示器(level indicator)112，从而可以对吸收塔110内的溶液的水位进行检测。
所述喷嘴可以包括多个喷嘴，而且可以以一段以上的多段形成。所述喷嘴与搅拌器130连接，从而可以从搅拌器130供应碱性碱混合液。
所述起泡器113可以使得从排出气体排出源120供应过来的排出气体通过，从而在排出气体中生成微气泡，而且所述微气泡的气泡大小越小，排出气体与碱溶液的反应面积将越大，从而提升二氧化碳的捕获能力。例如，所述微气泡可以是指存在于水溶液上的大小大约为50μm以下的气泡。
所述吸收塔110可以以串联、并联或串联和并联的复合排列构成。
例如，在排出气体的流速较快的情况下，所述吸收塔110可以串联排列。在因为流速过快而有未反应的CO2从吸收塔排出的情况下，可以通过将吸收塔串联安装而对未反应CO2进行捕获。
此外，又例如，在排出气体的流量较多的情况下，所述吸收塔110可以并联排列。当排出气体的流量超过吸收塔可捕获的量时，可以通过将吸收塔并联而提升可捕获的二氧化碳的量。
所述排出气体排出源120可以使用排出二氧化碳以及硫氧化物的所有气体，例如，可以是发电厂排出气体的后端或引擎排出气体的后端，在本发明中可以是从船舶的锅炉、焚烧炉以及引擎等中排出的排出气体。
所述搅拌器130将从碱性碱溶液储藏槽131供应过来的碱性碱溶液与从供水源132供应过来的水进行混合并供应到所述吸收塔110的喷嘴中。
所述由碱性碱溶液以及水混合而成的碱性碱混合液可以在供应量或需求量增加的情况下通过单独连接的旁路(by-pass)136管路进行供应。
所述碱性碱溶液与水可以以1:1至1:5的比例进行混合。例如，所述碱性碱溶液以及水可以按照1:1至1:4、1:1至1:3、1:1至1:2、1:2至1:5、1:2至1:3或1:3至1:5的比例进行混合。
在所述碱性碱溶液以及水中，碱性碱溶液的混合比越高，二氧化碳的捕获率也将变得越高，但是可以在考虑到成本的情况下对水的混合比进行调节。
所述碱性碱混合液的特征在于，包括：从由SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3构成的组中选择的一种以上的氧化物；从由Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb构成的组中选择的一种以上的金属；以及，从由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)、氢氧化钾(KOH)以及过氧化氢(H2O2)构成的组中选择的一种以上的液态组合物。
所述供水源132可以包括可轻易地在系统安装场所中获取到的所有用水，例如，可以是海水。
所述碱性碱混合液的平均pH可以是pH 12以上。例如，所述pH可以是pH 12至pH12.5、pH 12、pH 12.2、pH 12.3或pH 12.5。所述碱性碱混合液的pH可以利用所述吸收塔110内部的pH计(pH meter)进行测定，在所述吸收塔110内部的碱性碱混合液的pH低于10.5的情况下，将无法继续对二氧化碳进行捕获，因此为了对所述碱性碱混合液的pH进行调节，所述碱性碱溶液以及水的量可以在各个阀132、133中调节为0至100％并供应到搅拌器130中。
在所述吸收塔110内部的碱性碱混合液的水位低于90％(利用水位指示器(levelindicator)进行测定)的情况下，可以从所述搅拌器130通过对阀135进行调节而投入碱性碱混合液，而在溶液的水位达到100％的情况下，可以停止投入。与此同时，可以将碱性碱溶液与水进行混合，以使得碱性碱混合液的pH达到12。
因为在供应到所述吸收塔110中的碱性碱混合液的量与从所述分离器140排出的溶液的量相同时可以持续性地维持二氧化碳捕获系统，因此可以通过对阀135(必要时包括旁路(by-pass)阀)进行调节而将与安装在从所述吸收塔110到分离器140的管路中安装的流量计(flow meter)值相同量的碱性碱混合液供应到吸收塔110中，从而将净流量(netflow)调整为0。
包含在所述吸收塔110中捕获的二氧化碳的反应物将移动到分离器140，并在所述反应物中对二氧化碳反应物以及废溶液进行分离。所述二氧化碳反应物可以是液体状态，而所述废溶液可以是凝胶(gel)状态。例如，所述分离器140可以利用离心分离法对液状的二氧化碳反应物与凝胶状的废溶液进行分离。
在所述反应物中，除二氧化碳反应物之外的废溶液将移动到废水处理槽141中进行废弃。例如，所述废溶液可以包含完成催化剂作用的碱性碱混合液(如伊利石矿物以及水等)。
所述二氧化碳反应物可以包含碳酸钠(Na2CO3)或碳酸氢钠(NaHCO3)。
所述二氧化碳反应物可以通过如下述反应式1所示的碱性碱混合物与二氧化碳的反应而生成。
<反应式1>
2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O
Na2CO3+H2O+CO2→2NaHCO3
通过将在所述分离器140中分离的二氧化碳反应物供应到所述吸收塔110中而对捕获二氧化碳之后剩余的排出气体中的硫氧化物进行捕获。此时，所述二氧化碳反应物可以作为用于去除硫氧化物的脱硫催化剂进行再利用。借此，可以利用一个系统对二氧化碳进行捕获并对所捕获的二氧化碳进行再利用，
所述二氧化碳反应物以及残留排出气体中的硫氧化物将按照下述反应式2发生进行反应并完成捕获。
<反应式2>
2NaHCO3+SO2+1/2O2→Na2SO4+2CO2+H2O
Na2CO3+SO2+1/2O2→Na2SO4+2CO2
在所述吸收塔110中完成硫氧化物的捕获之后，存在于吸收塔110中的包含所捕获的硫氧化物的溶液、二氧化碳反应物以及去除二氧化碳以及硫氧化物之后的剩余的排出气体可以通过排出部150排放到外部。具体来讲，通过所述排出部150排出的物质可以包括去除二氧化碳以及硫氧化物之后的残留的排出气体(如N2以及O2等)以及在二氧化碳反应物与硫氧化物进行反应而去除硫氧化物时形成的硫酸钠(Na2SO4)，所述硫酸钠可以以粒子大小极小的固体状态浮游在剩余的排出气体内并与剩余的排出气体一起排出。
此时，在对所述剩余的排出气体进行排放时，二氧化碳的浓度不会超过监管要求的基准值，因此可以以需要排放所述剩余的排出气体的大气中的二氧化碳浓度为基准(管理员事先对大气中的二氧化碳浓度进行测定之后设定的基准)，排放出不超过基准的剩余的排出气体。
例如，所述包含所捕获的硫氧化物的溶液可以是硫酸钠(Na2SO4)，而二氧化碳反应物可以是碳酸钠(Na2CO3)或碳酸氢钠(NaHCO3)。
所述船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统100，还可以包括：监控部160，用于对所述吸收塔内的碱性碱混合液的水位以及pH进行监控；以及，控制部161，借助于所述监控部160对碱性碱混合液的供应量进行调节。
监控部160将对所述船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统100的所有过程中测定到的气量计(gas meter)、pH计(pH meter)以及流量计(flow meter)的值进行管理，并以在监控部160显示出来的值为基础对控制部161进行调节。对于从所述控制部161输入的值，可以以百分比对阀114、133、134、135进行调节。
根据本发明的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统100，可以通过对从船舶排出的排出气体中的二氧化碳进行捕获而减少二氧化碳，而且可以利用所述所捕获的二氧化碳制造出碳酸钠或碳酸氢钠。
可以将利用所述所捕获的二氧化碳制造出来的碳酸钠或碳酸氢钠作为对从船舶中排出的排出气体中的硫氧化物进行捕获的脱硫剂使用，从而可以利用一个系统同时对二氧化碳以及硫氧化物进行捕获。
在上述内容中进行说明的本发明并不因为如上所述的实施例以及附图而受到限定，具有本发明所属技术领域之一般知识的人员应该可以理解，本发明可以在不脱离其技术思想的范围内进行各种置换、变形以及变更。
产业可用性
本发明可以广泛地适用于船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统。

Claims (10)

1.一种船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，包括：
搅拌器，用于供应碱性碱混合液；
吸收塔，通过使得从所述搅拌器供应过来的碱性碱混合液与经过安装在下部的起泡器形成微细气泡的排出气体发生反应而对所述排出气体中的二氧化碳进行捕获；
分离器，对包含在所述吸收塔中捕获的二氧化碳的的反应物进行收集，并在所述反应物中对二氧化碳反应物以及废溶液进行分离；以及，
排出部，通过从所述分离器中奖二氧化碳反应物供应至所述吸收塔而对所述排出气体中的硫氧化物进行捕获，并对所捕获的硫氧化物、二氧化碳反应物以及剩余排出气体进行排出。
2.根据权利要求1所述的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，其特征在于：
所述起泡器利用所述排出气体形成排出气体微气泡。
3.根据权利要求1所述的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，其特征在于：
所述搅拌器对从碱性碱溶液储藏槽供应过来的碱性碱溶液与从供水源供应过来的水进行混合。
4.根据权利要求3所述的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，其特征在于：
所述碱性碱溶液与水以1:1至1:5的比例进行混合。
5.根据权利要求1所述的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，其特征在于：
所述碱性碱混合液的平均pH是pH 12以上。
6.根据权利要求1所述的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，其特征在于：
所述碱性碱混合液，包含：
从由SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3构成的组中选择的一种以上的氧化物；
从由Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb构成的组中选择的一种以上的金属；以及，
从由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)、氢氧化钾(KOH)以及过氧化氢(H2O2)构成的组中选择的1种以上的液态组合物。
7.根据权利要求1所述的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，其特征在于：
所述吸收塔通过安装在上部的多个喷嘴从所述搅拌器供应碱性碱混合液。
8.根据权利要求1所述的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，其特征在于：
所述吸收塔以串联、并联或串联和并联的复合排列构成。
9.根据权利要求1所述的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，其特征在于：
所述船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，包括：
监控部，用于对所述吸收塔内的碱性碱混合液的水位以及pH进行监控；以及，
控制部，借助于所述监控部对碱性碱混合液的供应量进行调节。
10.根据权利要求1所述的船舶用二氧化碳以及硫氧化物捕获系统，其特征在于：
所述二氧化碳反应物包含碳酸钠(Na2CO3)或碳酸氢钠(NaHCO3)。
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