[发明专利]涤气器系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及从废气中除去各成分，且特别涉及从船舶发动机排出气体中除去二氧化硫(SO₂)和诸如烟灰、油及重金属的颗粒物质的系统和方法。

发明背景

化石燃料含有硫，硫在燃烧期间形成气态硫氧化物SO_x。在燃料排气中的SO_x的量根据燃料的硫含量的天然差异而改变。占来自化石燃料燃烧的SO_x排放物的95%以上的主导成分是二氧化硫SO₂。SO₂是直接损害动植物的毒性气体。SO₂向大气排放的次要影响是形成硫酸盐气溶胶且SO₂排放的第三公认的结果是酸雨。

为了满足对降低硫氧化物排放的现有和即将来临的法规，使用具有低硫含量的燃料是一个选项。然而，天然低硫燃料的可得性有限且脱硫炼油法成本高且需要能量。使用低硫燃料的潜在持续性供选方案是在燃烧过程之后从排出气体中除去各成分。

由于法规需求，某些烟气脱硫(FGD)或涤气技术正从其常用的地面应用改造到船舶应用。所谓的排气涤气器或仅仅是涤气器对于在船上的应用似乎是有前途的。一些公知的涤气技术在下文简短描述。

石灰石

湿式涤气器特别是从燃煤发电厂和水泥厂公知，其中它们数十年来已经具有从烟气中除去SO₂的优选的解决方案。烟气通常通过使水和石灰石的浆料在形成石膏的情况下循环来净化，将石膏收集并脱水。大部分石膏被出售且作为例如在波特兰水泥(Portland cement)中的填料使用。在这些应用中典型地具有超过98%的SO₂去除效率。发生的化学反应可如下正式书写：

SO₂(g) + CaCO₃(s) + ?O₂(g) → CaSO₄(s) + CO₂(g)          (1)

在涤气过程之前，通常将煤尘粒子收集在静电过滤器或袋滤器中，因此避免浆料污染且由此避免最终石膏产物污染。再次，由于需要粒子过滤器和储存并处理粉状石灰石反应物和石膏产物，所以认为通常用石灰石涤气在船上并不恰当。

具有加入的氢氧化钠的淡水

在其他地面设施中，氢氧化钠水溶液代替石灰石用作碱中和剂。

SO₂(g) + 2 NaOH(aq) + ? O₂(g) →2 Na²⁺ + SO₄^2-+ H₂O    (2)

所形成的硫酸钠通常在来自涤气器的排出水中解离。从工艺角度来看，因为避免了处理石灰石和石膏粉，所以使用氢氧化钠水溶液比使用石灰石更容易。然而，由于氢氧化钠的成本，这些应用局限于较小的设施。然而，可以将碳酸钠(Na₂CO₃)或碳酸氢钠(NaHCO₃)作为较便宜的供选方案使用。对于在船上使用的另一主要缺点在于根据条件将需要大量的淡水。然而，淡水的可得性在船上通常有限。

海水

已知用海水处理废气的技术。表面海水的pH通常为8.1-8.9。使用该天然碱度来中和吸收的二氧化硫不仅自惰性气体系统(IGS)船公知，而且自数种地面设施公知。已经为油轮工业供应IGS四十年以上，且海水涤气器现在是许多这样的系统的集成部分。在吸收在海水中的情况下，根据以下反应，SO₂在水中将主要最终成为亚硫酸氢盐和硫酸盐：

SO₂ (g) ? SO₂(aq)                     (3)

SO₂(aq) + H₂O ? HSO₃^-+ H⁺                (4)

HSO₃^-+ O₂(aq) → SO₄^2-+ H⁺                  (5)