[发明专利]基于膜的废气洗涤方法和系统

说明书

      相关申请案的交叉参考      

本申请案主张2013年6月14日申请的第61/835,288号美国专利申请案的优先权，所述美国专利申请案的内容以全文引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及处理燃烧气体以移除例如硫、氮和碳的氧化物等污染物。本发明具有处理来自例如船舶柴油发动机等内燃机的排气的特定应用。

背景技术

船舶柴油发动机为用于船舶运输的大部分船提供动力。这些发动机通常燃烧重燃料油(HFO)，其含有高浓度的硫和其它杂质。燃烧过程产生高浓度的硫氧化物(SOX)、氮氧化物(NOX)、例如CO₂的碳氧化物(COX)，以及随着新的新兴排放要求而经受增加的限制的其它气体。

减少船舶发动机排放的一个方法是转换到较高提纯的燃料或馏出物。这些馏出物比HFO更昂贵。替代方案是在将燃烧废气排放到大气中之前对燃烧废气进行后处理、清洁或洗涤。

已经开发海水洗涤器作为清洁船舶发动机排气的后处理解决方案。常用过程是将含水的碱或氨吸附剂喷射到排气流中。然而，这些“湿式”海水洗涤器可需要大量的水且因此产生大量废水，所述废水可包含例如硫酸钙等金属盐、烟尘、油和重金属。这可产生有毒沉淀物，其需要复杂的船上水处理以及在指定端口的沉淀物弃置。所得系统是大的、复杂的、昂贵且能量密集的，从而使船燃料消耗增加多达百分之三。虽然常规海水洗涤器系统可较适合于固定的基于陆地的电厂，但它们只是太大且复杂而无法在船舶应用中有效操作。同样，此些系统无法很好地适合于从船舶发动机排气移除CO₂。

船舶排气的处理可主要通过修改现有基于陆地的技术以将船舶废气鼓泡通过离子液体而实现。然而，此方法由于船舶排气的高流动速率以及鉴于船舶的空间和重量约束所需的离子液体的所得大体积而可能是不实际的。压缩废气以鼓泡通过离子液体所需的能量可能超过从船可用的总能量。

中国专利200710012371.1中已提出用于使用膜片技术洗涤船舶发动机废气的系统。

本发明的一个目的是提供用于减少来自例如船舶柴油发动机等源的一或多个目标排放气体的浓度的经改善的方法和系统。

发明内容

用于从船舶发动机废气移除不希望的化合物的常规海水洗涤器使用的替代方案是使用膜片技术从所述废气分离和处理一或多种目标排放气体(TEG)，例如SOX、NOX和/或COX。使用膜片优于例如基于海水的洗涤器等基于传统溶剂的提取过程的优点包含与常规基于水的洗涤器相比潜在地更小、更能量有效且产生较少的废水。虽然在过去已经提出基于膜片的系统，但本发明涉及在包含关于船舶用途的多种应用中使这些系统高效的改进。

根据一个方面，本发明涉及一种用于减少来自发动机废气的源的目标排放气体(TEG)的浓度的方法，包括以下步骤：：

-将所述气体引导到含有至少一个中空纤维陶瓷膜片阵列的封闭空间中，其中所述废气接触所述膜片的外表面，在所述外表面上所述废气内的TEG选择性渗透通过所述膜片，进而降低所述废气内的所述TEG的浓度；

-使能够保持所述TEG的载体液体循环通过所述中空纤维陶瓷膜片的孔，进而升高所述载体液体内所述TEG化合物的浓度；

-从所述封闭空间排放含有减少TEG浓度的所述废气且从所述中空纤维陶瓷膜片阵列排放所述液体，其中所述排放的液体含有溶解于其中的TEG分子。

所述液体可在“开放”操作模式或者可使用的闭合环路模式中的一者中从膜片组合件排放到环境中，例如其中所述TEG与所述液体分离且所述液体经再循环通过所述膜片阵列。

所述载体液体可包括离子液体、氢氧化钠、淡水或海水中的一者。所述离子液体可包括对所述TEG特定的任务特定离子液体(TSIL)。如果所述载体液体是离子液体，那么所述方法可包括在所述液体进入排放导管之后执行的进一步步骤：分离所述TEG与所述载体液体以用于存储以及使所述载体液体再循环通过所述膜片。

所述TEG可包括硫氧化物、氮氧化物或例如CO₂的碳氧化物中的一或多者。

方法可包含进一步步骤：确定未处理废气内的TEG的浓度，确定将所述未处理气体中的TEG浓度减少到目标水平所需的液体流的最佳速率，以及选择性控制通过所述膜片阵列的液体流的速率以匹配液体流的所述最佳速率。