СИСТЕМА ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА И СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА
SYSTEM FOR PURIFYING OFF-GAS AND METHOD FOR PURIFYING OFF-GAS

Область техники
Данное изобретение касается системы очистки отходящего газа для очистки отходящего газа на борту корабля, например, из двигателя корабля, горелки или бойлера. Изобретение также касается способа очистки отходящего газа на борту корабля, например, из двигателя корабля, горелки или бойлера с помощью такой системы очистки отходящего газа.
Уровень техники
х
х
Большие корабли обычно приводятся в движение двигателями, работающими на серосодержащем топливе. При сгорании такого топлива образуется отходящий газ, содержащий оксиды серы (SО). Отходящий газ обычно также содержит мелкие частицы, такие как сажа, масло и тяжелые металлы, и оксиды азота (NО). Чтобы уменьшить воздействие отходящего газа на окружающую среду, отходящий газ необходимо очищать перед его выбросом в атмосферу. Например, отходящий газ можно пропускать через скруббер, промываемый  текучей средой скруббера, вследствие чего примеси в отходящем газе захватываются в текучей среде скруббера.
х
Скруббер может быть так называемым скруббером с незамкнутым циклом, который использует природную щелочность морской воды, чтобы вымывать оксиды серы из отходящего газа. Морская вода подается из моря через скруббер для поглощения SО и мелких частиц из отходящего газа перед тем, как ее сбрасывают обратно в море.
2
3
Альтернативно, скруббер может быть так называемым скруббером с замкнутым циклом, который использует циркулирующую пресную воду или морскую воду в комбинации с щелочным агентом, таким как гидроксид натрия (NаОН) или карбонат натрия (NаСО), чтобы вымывать оксиды серы и мелкие частицы из отходящего газа. В таком скруббере количества водных сульфитных, сульфатных солей и мелких частиц в циркулирующей пресной воде или морской воде постепенно увеличивается. Таким образом, чтобы контролировать качество циркулирующей пресной или морской воды, ее небольшое количество можно периодически или непрерывно заменять чистой пресной или морской водой и либо сохранять на корабле, либо выпускать за борт после очистки от мелких частиц.
WО 2011/104302 описывает оборудование для очистки отходящего газа, содержащее скруббер с замкнутым циклом и центробежный сепаратор для разделения загрязненной текучей среды скруббера на грязную фазу, которая содержит большую часть мелких частиц, и очищенную текучую среду скруббера. Хотя это оборудование для очистки отходящего газа хорошо функционирует, оно может быть неспособно производить очищенную текучую среду скруббера, достаточно чистую от мелких частиц, чтобы выпускать ее за борт, особенно, если поток текучей среды скруббера велик. Если очищенная текучая среда скруббера не может быть выпущена за борт, ее необходимо сохранять на борту корабля для дальнейшего выпуска.
JP 2004 081933 раскрывает оборудование очистки сточной воды для очистки сточной воды из скруббера, промывающего газ, для промывки отходящего газа сгорания.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является обеспечить систему очистки отходящего газа для очистки отходящего газа на борту корабля и способ очистки отходящего газа с помощью такой системы, который, по меньшей мере, частично решает указанную проблему. Основной концепцией изобретения является использовать центробежный сепаратор для удаления большинства мелких частиц, также называемых здесь МЧ, из текучей среды скруббера и затем мембранный фильтр для удаления остальных мелких частиц из текучей среды скруббера, чтобы сделать ее достаточно чистой, чтобы выпускать за борт. Система и способ очистки отходящего газа согласно данному изобретению задаются в формуле изобретения и обсуждаются ниже.
Система очистки отходящего газа согласно настоящему изобретению подготовлена для очистки отходящего газа на борту корабля. Она содержит первую подсистему, которая включает в себя скрубберный блок и центробежный сепаратор. Скрубберный блок содержит скруббер, приспособленный промывать отходящий газ текучей средой скруббера. Центробежный сепаратор находится в сообщении с скрубберным блоком для приема текучей среды скруббера после промывки и ее разделения на первую и вторую фракции, где вторая фракция является более загрязненной, т.е. грязной, чем первая фракция. Скруббер содержит вход отходящего газа для приема отходящего газа и выход отходящего газа для выпуска промытого отходящего газа. Система очистки отходящего газа отличается тем, что она дополнительно содержит вторую подсистему, включающую в себя мембранный фильтр. Мембранный фильтр находится в сообщении с центробежным сепаратором для приема выхода первой фракции из центробежного сепаратора и ее разделения на третью и четвертую фракции, где четвертая фракция является более загрязненной, т.е. грязной, чем третья фракция.
Данная система очистки отходящего газа может быть приспособлена для очистки отходящего газа из судового двигателя на борту корабля, судовой горелки на борту корабля или судового бойлера на борту корабля.
Следует подчеркнуть, что термины "сообщающийся" и "сообщение" в данном тексте означают "прямо или косвенно сообщающийся" и "прямое или косвенное сообщение" соответственно. Аналогично, термины "принимающий", "питающий" и т.д. в данном тексте означают "прямо или косвенно принимающий" и "прямо или косвенно питающий" соответственно. Центробежный сепаратор может принимать всю текучую среду скруббера, никакую текучую среду или часть текучей среды из скрубберного блока, и это может меняться со временем.
Мембранный фильтр может принимать всю первую фракцию, никакую фракцию или часть первой фракции из центробежного сепаратора, и это может меняться со временем.
Центробежный сепаратор может быть, например, высокоскоростным сепаратором, отстойником или их комбинацией.
Мембранный фильтр может быть, например, полимерным или керамическим, или их комбинацией. Кроме того, мембранный фильтр может быть фильтром поперечного потока.
Когда центробежный сепаратор может принимать текучую среду скруббера из скрубберного блока, может происходить очистка текучей среды скруббера от мелких частиц, поглощенных из отходящего газа. Кроме того, когда мембранный фильтр может принимать первую фракцию текучей среды скруббера, т.е. очищенную текучую среду скруббера, из центробежного сепаратора, может происходить дополнительная очистка текучей среды скруббера от мелких частиц, поглощенных из отходящего газа.
Вход текучей среды скруббера в скруббере может находиться в сообщении с выходом текучей среды скруббера в скруббере. Поэтому может происходить рециркуляция текучей среды скруббера, т.е. скруббер замкнутого цикла.
Скрубберный блок может дополнительно содержать бак циркуляции, где бак циркуляции находится в сообщении со скруббером, например, с выходом текучей среды скруббера, для приема текучей среды скруббера из скруббера после промывки, бак циркуляции находится в сообщении со скруббером, например, с входом текучей среды скруббера, для подачи текучей среды скруббера в скруббер, и бак циркуляции находится в сообщении с центробежным сепаратором для подачи текучей среды скруббера в центробежный сепаратор.
Центробежный сепаратор находится в сообщении с скрубберным блоком для подачи первой фракции текучей среды скруббера в скрубберный блок, например, скруббер и/или его бак циркуляции, если таковой присутствует. Тем самым, становится возможным возврат более чистой текучей среды скруббера в скрубберный блок, что может означать, что уровень мелких частиц в текучей среде скруббера в скрубберном блоке поддерживается достаточно низким.
Центробежный сепаратор может подавать всю первую фракцию, никакую или часть первой фракции текучей среды скруббера в скрубберный блок, и это может меняться со временем.
Первая подсистема может дополнительно содержать переключающий модуль, сообщающийся с центробежным сепаратором, скрубберным блоком и мембранным фильтром. Переключающий модуль может быть приспособлен принимать первую фракцию текучей среды скруббера из центробежного сепаратора и подавать первую фракцию текучей среды скруббера в мембранный фильтр и/или скрубберный блок.
Переключающий модуль может принимать всю первую фракцию, никакую или часть первой фракции текучей среды скруббера, и это может меняться со временем. Кроме того, переключающий модуль может подавать всю первую фракцию, никакую или часть первой фракции текучей среды скруббера в мембранный фильтр, и это может меняться со временем.
Мембранный фильтр может быть в сообщении с скрубберным блоком для подачи четвертой фракции текучей среды скруббера в скрубберный блок, например, скруббер и/или бак циркуляции, если таковой присутствует.
Мембранный фильтр может подавать всю четвертую фракцию, никакую или часть четвертой фракции текучей среды скруббера в скрубберный блок, и это может меняться со временем.
Вторая подсистема может дополнительно содержать блок анализа воды, организованный так, чтобы определять число ≥1 величин параметров третьей фракции текучей среды скруббера. Данные величины параметров могут быть использованы, чтобы принимать решение о дальнейшей судьбе третьей фракции текучей среды скруббера.
Мембранный фильтр может быть в сообщении с скрубберным блоком для подачи третьей фракции текучей среды скруббера в скрубберный блок, т.е. скруббер или бак циркуляции, если таковой присутствует, если, по меньшей мере, одна из упомянутых величин параметров превышает или равна соответствующей предельной величине. Тогда третья фракция текучей среды скруббера может быть слишком грязной для выпуска из системы очистки отходящего газа.
Система очистки отходящего газа может быть организована так, чтобы выпускать третью фракцию текучей среды скруббера из системы очистки отходящего газа, если каждая из упомянутых величин параметров находится ниже упомянутой соответствующей предельной величины. Например, третья фракция текучей среды скруббера может выпускаться за борт или в бак временного хранения для позднейшего выпуска за борт.
Первая подсистема может дополнительно содержать блок химического дозирования, организованный так, чтобы подавать химическое вещество в текучую среду скруббера. Тем самым эффективность системы очистки отходящего газа может быть оптимизирована. Например, блок химического дозирования может быть организован так, чтобы подавать химическое вещество в текучую среду скруббера ниже по ходу от скрубберного блока или выше по ходу, т.е. до того, как она принимается центробежным сепаратором. Кроме того, данное химическое вещество может содержать флокулянт и/или коагулянт. Тем самым эффективность центробежного сепаратора может быть оптимизирована. Также химическое вещество может содержать щелочной агент для регулировки рН текучей среды скруббера.
Кроме того, первая подсистема может дополнительно содержать блок флокуляции ниже по ходу от блока химического дозирования и выше по ходу от центробежного сепаратора организованный так, чтобы удерживать текучую среду скруббера перед тем, как ее принимает центробежный сепаратор, давая достаточное время для флокуляции. Тем самым эффективность центробежного сепаратора может быть дополнительно оптимизирована.
Способ согласно настоящему изобретению приспособлен для очистки отходящего газа на борту корабля с помощью системы очистки отходящего газа. Данный способ содержит промывку отходящего газа текучей средой скруббера в скруббере, содержащемся в скрубберном блоке, и разделение текучей среды скруббера после промывки в центробежном сепараторе на первую и вторую фракцию, где вторая фракция является более грязной, чем первая фракция. Скрубберный блок и центробежный сепаратор содержатся в первой подсистеме данной системы очистки отходящего газа. Данный способ отличается тем, что дополнительно содержит пропускание первой фракции текучей среды скруббера через мембранный фильтр, чтобы разделять ее на третью и четвертую фракции, где четвертая фракция является более грязной, чем третья фракция. Мембранный фильтр содержится во второй подсистеме данной системы очистки отходящего газа.
Данный способ может быть приспособлен для очистки отходящего газа из судового двигателя на борту корабля, судовой горелки на борту корабля или судового бойлера на борту корабля.
Данный способ может дополнительно содержать рециркуляцию текучей среды скруббера через скруббер.
Данный способ дополнительно содержит подачу первой фракции текучей среды скруббера в скрубберный блок из центробежного сепаратора.
Данный способ может дополнительно содержать подачу четвертой фракции текучей среды скруббера в скрубберный блок.
Данный способ может дополнительно содержать определение числа ≥1 величин параметров третьей фракции текучей среды скруббера.
Данный способ может дополнительно содержать подачу третьей фракции текучей среды скруббера в скрубберный блок, если, по меньшей мере, одна из упомянутых величин параметров превышает или равна соответствующей предельной величине.
Данный способ может дополнительно содержать выпуск третьей фракции текучей среды скруббера из системы очистки отходящего газа, если каждая из упомянутых величин параметров находится ниже упомянутой соответствующей предельной величины.
Данный способ может дополнительно содержать подачу химического вещества, содержащего, например, флокулянт и/или коагулянт и/или щелочной агент для регулировки рН, в текучую среду скруббера в первой подсистеме, например, ниже по ходу от скрубберного блока и выше по ходу от центробежного сепаратора. Кроме того, данный способ может содержать удерживание текучей среды скруббера в блоке флокуляции после подачи в него химического вещества и до ее подачи в центробежный сепаратор, обеспечивая достаточное время для флокуляции.
Обсуждаемые выше преимущества различных вариантов осуществления системы очистки отходящего газа согласно данному изобретению также присутствуют для соответствующих других вариантов осуществления способа очистки отходящего газа согласно настоящему изобретению.
Другие цели, признаки, аспекты и преимущества данного изобретения будут понятны из последующего подробного описания, а также из чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет теперь описано более подробно со ссылкой на приложенные схематичные изображения, где
Фиг.1 представляет собой блок-схему, схематично изображающую систему очистки отходящего газа согласно данному изобретению, и
Фиг.2 представляет собой блок-схему, изображающую способ очистки отходящего газа согласно данному изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Фиг.1 изображает систему 1 очистки отходящего (выхлопного) газа, содержащую первую подсистему 3 и вторую подсистему 5. В свою очередь, первая подсистема 3 содержит блок флокуляции 7, центробежный сепаратор 9 в форме высокоскоростного сепаратора, отстойник 10, блок химического дозирования 11, переключающий модуль 13 и скрубберный блок 15, где скрубберный блок 15 содержит скруббер 17 и бак циркуляции 19. Вторая подсистема 5 содержит мембранный фильтр 21 поперечного типа с размером пор 0,15 микрометра, блок анализа воды 23 и переключающий модуль 25. Система очистки отходящего газа организована так, чтобы очищать отходящий газ ОГ из судового дизельного двигателя 27 на борту корабля (не показано). Соответственно, скруббер 17 содержит вход 29 отходящего газа для приема отходящего (выхлопного) газа ОГ из двигателя 27 и выход 31 отходящего газа для выпуска очищенного отходящего газа ООГ.
Фиг.2 изображает способ очистки отходящего газа ОГ из двигателя 27. Внутри скруббера 17 отходящий газ промывают текучей средой скруббера ЖС (этап А) в форме пресной воды, содержащей щелочной агент, такой как гидроксид натрия (NаОН). Скруббер работает обычным образом, не описываемым здесь дополнительно. Текучая среда скруббера ЖС подается из бака циркуляции 19 скруббер 17 через вход 33 текучей среды скруббера. Внутри скруббера 17 текучую среду скруббера ЖС поглощает примеси из отходящего газа ОГ, очищая его, после чего текучая среда скруббера ЖС подается через выход 35 текучей среды скруббера в бак циркуляции 19. Следовательно, вход 33 текучей среды скруббера косвенно сообщается, т.е. через бак циркуляции 19, с выходом 35 текучей среды скруббера, вследствие чего текучая среда скруббера ЖС циркулирует через скруббер 17 (этап В).
Когда текучая среда скруббера ЖС циркулирует через скруббер 17, она становится все более и более загрязненной. Чтобы обеспечить эффективную работу скруббера 17,  текучая среда скруббера не должна быть слишком загрязненной. Соответственно, часть текучей среды скруббера ЖС непрерывно откачивают из бака циркуляции 19 для очистки. Чтобы обеспечить достаточное количество текучей среды скруббера в баке циркуляции 19, его пополняют текучей средой скруббера, чтобы восполнить откачанную текучую среду скруббера. Это пополнение может включать в себя добавление чистой пресной воды и щелочного агента извне системы 1 очистки отходящего газа. Кроме того, "внутреннее" пополнение текучей среды скруббера может иметь место путем возврата текучей среды скруббера в бак циркуляции 19 после очистки, как будет дополнительно описано ниже.
Химическое вещество, содержащее коагулянт в форме полихлорида алюминия и щелочной агент для доведения рН текучей среды скруббера до 6,5, подают с помощью блока химического дозирования 11 в текучую среду скруббера ЖС, откачиваемую из бака циркуляции 19 (этап С), до того, как она поступает в блок флокуляции 7, сообщающийся с баком циркуляции 19. Внутри блока флокуляции 7 текучая среда скруббера ЖС, содержащая коагулянт, сохраняется и перемешивается, позволяя надлежащую флокуляцию (этап D), перед тем, как ее направляют в центробежный сепаратор 9, сообщающийся с блоком флокуляции 7 и, таким образом, (косвенно) с баком циркуляции 9. Центробежный сепаратор 9 разделяет текучую среду скруббера ЖС, содержащую хлопья, на первую и вторую фракции (этап Е). Вторая фракция, которая является более загрязненной, чем первая фракция, выпускается в отстойник 10 (этап F). То, что происходит с очищенной первой фракцией, зависит от того, в каком режиме находится система 1 очистки отходящего газа.
В первом режиме переключающий модуль 13 установлен так, что 100% первой фракции подается обратно в скрубберный блок 15, более конкретно, в его бак циркуляции 19 (этап G), который находится в сообщении с центробежным сепаратором 9, вследствие чего бак циркуляции 19 пополняется очищенной текучей средой скруббера. Во втором режиме переключающий модуль 13 установлен так, что х%, 0≤х≤100, первой фракции подается обратно в бак циркуляции 19 (этап G), пополняя его (в зависимости от величины х), тогда как (100-х)% первой фракции подается в мембранный фильтр 21, который находится в сообщении с центробежным сепаратором 9. х регулируется и может оставаться постоянным или меняться во время работы системы 1 очистки отходящего газа. От того, находится ли система 1 очистки отходящего газа в первом режиме или во втором режиме, зависит, кроме прочего, количество водных солей сульфита и сульфата в текучей среде скруббера, и количество текучей среды скруббера в первой подсистеме 3.
Мембранный фильтр 21 разделяет первую фракцию на третью и четвертую фракции (этап Н). Четвертая фракция, которая является более загрязненной, чем третья фракция, подается обратно в скрубберный блок 15, более конкретно в бак циркуляции 19 (этап I), который находится в сообщении с мембранным фильтром 21, вследствие чего бак циркуляции 19 пополняется текучей средой скруббера. То, что происходит с очищенной третьей фракцией, зависит от того, насколько она загрязнена.
Величину мутности, величину рН и величину ПАУ (полициклические ароматические углеводороды) третьей фракции определяют с помощью блока анализа воды 23 (этап J), сообщающегося с переключающим модулем 25. Переключающий модуль 25 устанавливают так, что, если одна или несколько величин из величины мутности, величины рН и величины ПАУ превышает или равна соответствующей предельной величине, здесь 25 НЕМ, 6,5 и 2250 ч/млн соответственно, третью фракцию подают обратно в скрубберный блок 15, более конкретно бак циркуляции 19 (этап К), который находится в сообщении с мембранным фильтром 21, вследствие чего бак циркуляции 19 пополняется очищенной текучей средой скруббера. Кроме того, если величина мутности, величина рН и величина ПАУ находятся все ниже соответствующих предельных величин, третью фракцию выпускают из системы 1 очистки отходящего газа (этап L) за борт или в бак временного содержания (не показан) для дальнейшего выпуска, например, если корабль находится в области, где сброс за борт запрещен.
Таким образом, текучая среда скруббера, откачанная из бака циркуляции 19, очищается сначала с помощью центробежного сепаратора 9. Центробежный сепаратор 9 эффективно удаляет большую часть мелких частиц и способен работать с очень высокими уровнями МЧ без блокировки. Таким образом, центробежный сепаратор 9 способен и подходит для поддержания циркуляции текучей среды скруббера в первой подсистеме 3 системы 1 очистки отходящего газа, достаточно свободной от МЧ. Однако, если поток текучей среды скруббера в первой подсистеме 3 является высоким, центробежный сепаратор 9 может быть неспособным к удалению достаточного количества мелких частиц, чтобы делать текучую среду скруббера достаточно чистой для выпуска за борт. Очищенная, здесь первая, фракция текучей среды скруббера тогда дополнительно очищается с помощью мембранного фильтра 21. Мембранный фильтр 21 эффективно удаляет почти все оставшиеся мелкие частицы. Так как текучая среда скруббера, подаваемая через мембранный фильтр 21, была предварительно очищена с помощью центробежного сепаратора 9, уровень МЧ в текучей среде скруббера является достаточно низким, чтобы не забивать мембранный фильтр 21. Вследствие этого допустим значительно более высокий поток через мембранный фильтр, чем обычно.
Компоненты вышеописанной системы очистки отходящего газа соединяются с помощью подходящих труб, позволяющих им сообщаться вышеуказанным способом. Кроме того, вышеописанная система очистки отходящего газа может содержать дополнительные компоненты, чтобы заставить ее работать надлежащим образом, такие как насосы, клапаны, датчики, дополнительные блоки анализа воды, контрольные блоки и т.д. В качестве примера, система очистки отходящего газа может содержать рН-метр или датчик между скруббером и баком циркуляции для измерения рН текучей среды скруббера. Этот рН-метр может сообщаться с блоком химического дозирования 11.
Следует подчеркнуть, что этапы способа согласно данному изобретению обозначены этап А, этап В и т.д. только в целях идентификации. Таким образом, данные этапы не обязаны выполняться в конкретном порядке этап А, этап В и т.д. Кроме того, один или несколько этапов могут быть пропущены в альтернативных вариантах осуществления.
Вышеописанные варианты осуществления настоящего изобретения следует рассматривать только в качестве примера. Специалист в данной области техники понимает, что обсуждаемые варианты осуществления могут быть изменены различными способами без отклонения от концепции изобретения.
В качестве примера, система очистки отходящего газа может работать с другими коагулянтами, чем указано выше, с флокулянтом, например полимером, вместо коагулянта, или со смесью коагулянта и флокулянта.
Мембранный фильтр может иметь другой размер пор, чем указано, и больше, и меньше.
В вышеописанном варианте осуществления блок анализа воды 23 приспособлен определять величину мутности, величину рН и величину ПАУ третьей фракции текучей среды скруббера, и обращение с третьей фракцией зависит от этих величин. В альтернативных вариантах осуществления блок анализа воды может быть приспособлен определять только один или два из этих параметров, дополнительные параметры и/или другие параметры.
Система очистки отходящего газа не обязана содержать бак циркуляции. Таким образом, в альтернативном варианте осуществления центробежный сепаратор 9 может быть приспособлен подавать первую фракцию в скруббер 17 вместо бака циркуляции. В другом альтернативном варианте осуществления система очистки отходящего газа может быть незамкнутого типа, так что не включает в себя рециркуляцию или возврат текучей среды скруббера.
Текучая среда скруббера не обязана содержать пресную воду и щелочной агент, а может вместо этого содержать морскую воду и щелочной агент или их комбинацию.
Следует подчеркнуть, что признаки первый, второй, третий и т.д. используются здесь только в целях различения, а не выражают какого-либо конкретного порядка.
Следует подчеркнуть, что описание деталей, не значимых для настоящего изобретения, было опущено, и что данные фигуры являются только схематичными, а не изображенными в масштабе.