用于從廢氣中除去SOx和NOx的方法和凈化設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于從廢氣中除去SOx和NOx的方法和凈化設(shè)備
[0001]本發(fā)明涉及用于凈化來自內(nèi)燃機的廢氣的方法和設(shè)備。
[0002]更具體地，本發(fā)明涉及從廢氣中除去S0x、N0x和顆粒(particulate)物質(zhì)，所述廢氣典型地源自船(vessel)或具有內(nèi)燃機的其它類型的移動式設(shè)備(mobile units)上的內(nèi)燃機，所述內(nèi)燃機依靠柴油或含有高含量的硫的重油運轉(zhuǎn)。
[0003]當(dāng)柴油或含有高含量的硫(即硫的含量高于約lOOppm)的重油燃燒時，將形成S0x、NOx和煙灰/顆粒物質(zhì)。由于對船的排放物的較嚴(yán)格的限制，在廢氣釋放到空氣中之前必須將大部分的S0x，NOx和顆粒物質(zhì)(顆粒和煙灰)從廢氣中除去。
[0004]從廢氣中除去S0x的熟知的方法為通過使用洗滌器，在其中通過使用水除去S0x。洗滌器的問題為它們有龐大的結(jié)構(gòu)以及使用大量的功率(power)。當(dāng)用水除去S0x時的最終產(chǎn)物為污泥，其為有害廢棄產(chǎn)物，必須儲存并沉積以進行進一步處理。因為洗滌器有龐大的結(jié)構(gòu)，它們還需要非常大的空間和相當(dāng)程度的重建，若其將被裝配(retrofit)在船或其它類型的移動式設(shè)備上。
[0005]在AU 2007219270中公開了生產(chǎn)高濃度并且純的硫酸的方法，其中硫源在燃燒室內(nèi)燃燒，排出物中的S02被催化氧化為503并且所述S0 3與水化合成硫酸。然后冷凝所述硫酸以便將所述硫酸從所述排出物分離出來。通過冷卻含303的氣體至剛好低于硫酸的酸露點來完成硫酸的分離。硫酸沉積在冷凝器內(nèi)部管道的表面上并且被收集和冷卻。在這個過程中的典型溫度如下:
離開冷凝器的廢氣的溫度在100°C以上，產(chǎn)生的硫酸溫度剛好低于酸露點(至少125°C并且通常更高，取決于硫的含量)。對硫酸(濃縮并熱的)的處理和冷卻，如在這個過程中的，需要特別的裝置。此外，這個過程需要大量的能量并且安裝本身是需要空間的。
[0006]由于空間和能量對于內(nèi)燃機的移動使用來說是非常重要的，因此公開在該澳大利亞公開物中的方法目前都沒有被使用在海運業(yè)中。此外，在船上和1C-發(fā)動機的其它移動式應(yīng)用上，對具有腐蝕性的冷凝物的處理會是一個問題。
[0007]因此本發(fā)明的目的為提供用于從來自內(nèi)燃機的廢氣中除去S02、N0X和顆粒以及煙灰的方法和設(shè)備，其將補救上文所述的問題。
[0008]本發(fā)明的另一個目的為獲得用于從來自內(nèi)燃機的廢氣中除去S02、N0X和顆粒以及煙灰的方法和設(shè)備，其中所述方法比已知的方法更節(jié)能。
[0009]本發(fā)明的另一個目的為獲得用于從來自內(nèi)燃機的廢氣中除去S02、N0X和顆粒以及煙灰的方法和設(shè)備，其中所述方法的最終產(chǎn)物可在船/車輛(vehicle)上儲存并且其在市場上至少具有某種價值。
[0010]本發(fā)明的另一個目的為提供用于從來自內(nèi)燃機的廢氣中除去S02、N0X和顆粒以及煙灰的設(shè)備，其為緊湊型(compact)的并且容易在現(xiàn)有的船和車輛上裝配。
[0011]另一個目的為提供避免形成污泥的方法和設(shè)備。
[0012]用如在權(quán)利要求1中所定義的請求保護的方法和如在權(quán)利要求9中所定義的請求保護的凈化設(shè)備，以及獨立權(quán)利要求16、17和18中所定義的來實現(xiàn)這些目的。請求保護的發(fā)明的其它實施方案定義在從屬權(quán)利要求中。
[0013]請求保護的本發(fā)明能夠除去顆粒、煙灰和硫并且能夠減少來自內(nèi)燃機(1C-發(fā)動機)排放物的N0X。在所述方法中，顆?？杀怀?，在催化反應(yīng)器內(nèi)302被氧化為S03并且N0被氧化為N02。S0#P NO 2與水反應(yīng)分別形成硫酸和硝酸。此后在冷凝器中通過冷卻廢氣至在廢氣中的水的露點以下將硫酸和硝酸從廢氣中冷凝出來。由此在一個步驟內(nèi)使用廢氣中可得的水將硫和NOx兩者除去。另一個優(yōu)點為通過冷卻至在廢氣中的水的露點以下從而避免了酸霧的形成。
[0014]在請求保護的發(fā)明中，典型的溫度如下:
離開冷凝器的廢氣的溫度將在廢氣中的水的露點以下(廢氣的露點溫度取決于燃料的質(zhì)量和發(fā)動機的負荷，但通常在70°C以下)，優(yōu)選地在20°C -70°C的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在20°C _50°C的范圍內(nèi)。冷凝酸的溫度將總低于70°C。冷凝物為硫酸和硝酸的混合物。
[0015]由于低的運行溫度，實施所述方法的設(shè)備沒有占據(jù)許多的空間并且與上文所述的已知方法相比在運行期間需要少得多的能量。
[0016]所述冷凝物的純度對請求保護的發(fā)明而言是無關(guān)緊要的。主要的目標(biāo)為從廢氣中除去硫和其它污染物并且獲得具有某種市場價值，而并非不得不作為有害物質(zhì)(其必須被處置)被處理(如對于洗滌器的污泥)的廢棄產(chǎn)物。有害物質(zhì)的這類處置存在與其相關(guān)的成本。上文提及的硫酸和硝酸的混合物將仍具有某種市場價值。
[0017]請求保護的發(fā)明還包含一個或多個顆粒過濾器，其用于從來自1C-發(fā)動機的廢氣中除去顆粒和煙灰。所述一個或多個顆粒過濾器被放置在催化反應(yīng)器之前以便避免催化劑受污染。
[0018]本發(fā)明的一個方面提供凈化設(shè)備，其中用于從來自1C-發(fā)動機的廢氣中除去顆粒和煙灰的一個或多個顆粒過濾器被放置在冷凝器和或洗滌器的上游以便避免所述冷凝器和或洗滌器內(nèi)的液體被顆粒物質(zhì)污染。
[0019]在使用一段時間后，所述一個或多個顆粒過濾器將被阻塞并將需要被再生。這通常通過在氧化條件下提高廢氣的溫度至800°C以上并由此燃燒掉碳沉積物來進行。
[0020]然而，請求保護的發(fā)明通過使用冷焰氣體(cold flame gas，也稱冷焰氣體(coolflame gas)，使其通過顆粒過濾器)來再生一個或多個顆粒過濾器(當(dāng)它們需要被再生時)。所述冷焰氣體也可被用來在催化反應(yīng)器內(nèi)的催化劑達到其工作溫度之前加熱所述催化劑。冷焰氣體產(chǎn)生于冷焰發(fā)生器(在其中冷焰得以維持)中。在冷焰中，燃料在預(yù)熱的空氣中被部分地氧化。溫度恒定保持在550°C以下，并且該溫度與空氣/燃料比率和停留時間(residence time)無關(guān)。在冷焰過程中，僅小部分的燃料熱值被釋放，通常小于50%，更通常地小于40%，甚至更通常地2-30%或甚至2-20%。此熱量被用來蒸發(fā)剩下的燃料，生成均質(zhì)的氣態(tài)燃料，其包含部分氧化的產(chǎn)物以及剩余部分(蒸發(fā)燃料)。關(guān)于如何產(chǎn)生冷焰氣體的細節(jié)和完整描述可在美國專利US 6，793，693中找到。通過使用冷焰氣體使一個或多個顆粒過濾器再生的方法可在本申請人的專利EP 2，198，133 B中找到。
[0021]如本文中使用的術(shù)語“冷焰”具體地指如在上一個段落中所描述的冷焰現(xiàn)象。該現(xiàn)象對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是熟知的，賦予其的這個名稱指的是這種特別的火焰與傳統(tǒng)火焰和燃料的自燃溫度相比較低的溫度。所述冷焰僅可在這些低溫下(and these lowtemperatures)獲得，在高溫下燃料將自燃并且燃料的正常燃燒將發(fā)生。
[0022]“冷焰氣體”包含蒸發(fā)的燃料，包括自由基和未反應(yīng)的氧氣或空氣的部分氧化的燃料。相應(yīng)地“冷焰氣體”為來自部分氧化過程的氣體，其既不受燃料的完全燃燒也不受氧氣的完全燃燒的控制或限制，因為未反應(yīng)的氧氣和未反應(yīng)的蒸發(fā)燃料均形成冷焰氣體中的一部分。
[0023]請求保護的發(fā)明提供能夠從廢氣中除去硫和NOx的方法和設(shè)備。此外，在一個實施方案中，請求保護的發(fā)明可從廢氣中除去所有以下三種污染物:顆粒物質(zhì)、硫和N0X。由于硫酸的純度是不重要的，冷凝器不需要在高溫下運行。因為這個，需要更少的能量和更小的空間并且不需要特別的設(shè)備用來處理高溫并且濃縮的硫酸。此外，通過請求保護的方法和設(shè)備，