Технология снижения выбросов дымовых газов
Группа изобретений относится в целом к способам и системам сокращения выбросов парниковых газов, таких как CO2, CO, NO, NOx и SOx, но не ограничиваясь ими, из дымовых газов. Способ обработки дымового газа содержит один или несколько компонентов. Через магнитное поле и электрическое поле пропускают раствор для образования активированного раствора. Активированный раствор вводят в контакт с дымовым газом таким образом, чтобы один или несколько компонентов дымового газа, по меньшей мере, частично поглощались активированным раствором с образованием остаточного раствора. Частота колебаний электрического поля составляет от 0,3 Гц до 300 кГц. Плотностью магнитного потока магнитного поля составляет от 0,01 мкТл до 1 мТл. Также представлена система обработки дымового газа, в которой указанный дымовой газ содержит один или несколько компонентов и дымоход, оснащенный представленной системой. Группа изобретений обеспечивает снижение CO2 и других парниковых газов, содержащихся в дымовых газах и выбрасываемых в атмосферу. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к способам и системам сокращения выбросов парниковых газов, таких как CO2, CO, NO, NOx и SOx, но не ограничиваясь ими, из дымовых газов.
Уровень техники
Проблемы выбросов парниковых газов становятся все более актуальными. Основной вклад человека в эту проблему, - это неконтролируемые выбросы парниковых газов электростанциями, нефтеперерабатывающими заводами, промышленными системами производства электроэнергии и тепла, морскими судами, цементными заводами и печами, мусоросжигательными заводами и любыми другими промышленными системами или процессами, которые выделяют парниковые газы (в совокупности называемые системами или процессами выбросов дымовых газов). Существует растущий спрос на электроэнергию во всем мире, и более 60% электроэнергии в мире вырабатывается тепловыми электростанциями, такими как электростанции, работающие на ископаемом топливе (например, на угле). Эта цифра вряд ли существенно изменится в течение следующих 20 лет, поскольку ископаемые виды топлива дешевы, имеются в большом количестве, а технология получения энергии из них хорошо известна.
Способы сокращения выбросов парниковых газов, в частности выбросов CO2, включают в себя использование ядерной энергии. Ядерная энергетика не производит CO2, но все еще существует много проблем, связанных с хранением ядерных отходов, что препятствует его широкому использованию. Секвестрация углерода - это еще одна технология, которую изучают как способ сокращения или удержания от попадания в атмосферу CO2, выделяемого из электростанций, работающих на ископаемом топливе.
Однако секвестрация углерода является очень дорогой и ограниченной по мощности. Ее не всегда можно масштабировать и в силу этого, как правило, она может быть нацелена только на средних и крупных производителей CO2, например электростанции, которые выделяют 25000 тонн CO2 в год или более. Это оставляет ряд крупных производителей CO2 меньшего масштаба незатронутыми и/или неконтролируемыми.
Кроме того, уже хорошо известна технология "очистки" дымовых газов с помощью реагентов на основе извести или известняке для удаления SO2 или HCl из дымовых газов, но она мало влияет на газы NOx или даже CO2, которые считают главными виновниками глобального потепления.
Учитывая, что глобальное потребление энергии растет, возникнет необходимость в альтернативах, которые помогут сократить выбросы CO2.
Следует понимать, что если в настоящем документе упоминается какая-либо ссылка на существующий уровень техники, то такая ссылка не является признанием того, что она является частью общих знаний в данной области техники в Австралии или любой другой стране.
Сущность изобретения
Предложен способ обработки дымового газа, содержащего один или несколько компонентов, причем способ содержит следующее: пропускают раствор через магнитное поле и электрическое поле для получения активированного раствора, и активированный раствор приводят в контакт с дымовым газом так, чтобы один или несколько компонентов дымового газа были по меньшей мере частично поглощены активированным раствором с образованием остаточного раствора.
Не будучи связанным теорией, считается, что активация раствора, такого как вода, помогает увеличить растворимость растворенных веществ, таких как ионы в растворе. Например, для труднорастворимых минералов, таких как кальцит, считается, что наличие магнитного поля и электрического поля помогает разупорядочить гидратированные агрегаты CaCO3, образуя жидкие эмульсии для преобразования их в различные кластеры пренуклеации и, следовательно, различные кристаллические структуры. Это способствует увеличению числа граней и углов кристаллов (т.е. увеличивается площадь поверхности агрегатов), что в свою очередь помогает увеличить диссоциацию и растворимость. Это означает, что количество ионов, присутствующих в растворе, может увеличиваться, что может привести к увеличению реакционной способности активированного раствора с дымовым газом. Если растворенные вещества являются ионами, то активация может помочь увеличить радиус гидратации каждого иона и дольше удерживать каждый ион в растворе. Это может помочь повысить способность компонентов дымового газа, таких как CO2, преобразовываться или поглощаться активированным раствором, например, растворяться с образованием CO32-. Другими словами, коэффициент распределения компонентов, составляющих дымовой газ, между газовой фазой и водной фазой смещается в сторону водной фазы. Если в дымовом газе присутствуют частицы углерода, они могут накапливаться в остаточном растворе. Если агрегаты имеют размер больше 100 нм, то они могут начать преломлять свет и изменять цвет воды. Активированный раствор может вступать в реакцию с одним или несколькими компонентами дымового газа. Например, активированный раствор может способствовать превращению CO2 в углерод и кислород и/или преобразованию CO2 в CO32-, который затем может также вступать в реакцию с ионами с образованием нерастворимых минералов.
Термин "абсорбировать" следует толковать в широком смысле, охватывая взаимодействие активированного раствора с компонентами дымовых газов, напр. абсорбцию компонентов дымовых газов, а также преобразование компонентов дымовых газов в другие формы, напр., преобразование CO2 в CO32-. Для осуществления преобразования компоненты дымовых газов обычно должны быть абсорбированы до того, как может произойти преобразование.
В одном варианте осуществления магнитное поле может быть создано магнитной катушкой. Катушка может генерировать плотность магнитного потока от 0,0002 нТл до 10 Тл, и из любого другого поддиапазона между этими значениями. Например, катушка может генерировать плотность магнитного потока от примерно 1 мТл до 1 Т, от примерно 0,01 мкТл до 1 Тл, от примерно 0,01 мкТл до 1 мТл, от примерно 1 мкТл до 200 мкТл и от примерно 0,01 мкТл до 200 мкТл. В некоторых вариантах осуществления может использоваться плотность потока, превышающая 10 Тл. В некоторых вариантах осуществления магнитное поле может быть обеспечено магнитным полем Земли. Специалист должен понимать, что плотность потока может быть выражена в других единицах, таких как Веберы (Вб) на м2 и Гауссы (Гаусс).
В одном варианте осуществления электрическое поле имеет форму осциллирующей синусоидальной волны, генерируемой на первой антенне или диполе, и осциллирующей синусоидальной волны, генерируемой на второй антенне или диполе. Синусоидальная волна, генерируемая на первой антенне или диполе, может быть на 180° сдвинута по фазе относительно синусоидальной волны, генерируемой на второй антенне или диполе. В некоторых вариантах осуществления синусоидальная волна может представлять собой квадратную волну. Первая и вторая антенны или диполь могут быть связаны с генератором электрического поля. Магнитное поле может находиться между первой антенной или диполем и второй антенной или диполем. Частота колеблющегося электрического поля может принимать значение в диапазоне от 0,3 Гц до 2000 ТГц и в любом другом поддиапазоне, например от 0,3 Гц до 100 МГц, от 0,3 Гц до 1 МГц, от 0,3 Гц до 500 кГц, от 0,3 Гц до 300 кГц и от 0,3 Гц до 100 кГц.
В одном варианте осуществления приведение в контакт активированного раствора с дымовым газом может содержать впрыскивание активированного раствора в дымовой газ в виде пара и/или тумана. Пар может содержать туман. Активированный раствор может быть введен в дымовой газ с помощью генератора аэрозоля. Раствор может быть водным. Раствором может быть вода. Вода может содержать добавки, способствующие адсорбции и/или преобразованию компонентов дымовых газов. Добавки могут включать в себя соль(соли) или другие растворенные вещества. Вода может быть морской. В некоторых вариантах осуществления раствор находится в виде пара, и пар активируют до контакта с дымовым газом. Другими словами, раствор преобразуют в пар перед его активацией. В некоторых других вариантах осуществления раствор сначала активируют, а затем преобразуют в пар, а активированный пар затем контактирует с дымовым газом.
В одном варианте осуществления способ может включать сбор остаточного раствора. По меньшей мере частично абсорбированные один или несколько компонентов дымового газа могут быть извлечены из остаточного раствора. Например, углеродные частицы могут быть собраны и направлены на дальнейшую переработку при производстве углеродных материалов, таких как углеродные нанотрубки. Когда частицы поглощаются активированным раствором, они могут быть взвешены, а не поглощены или преобразованы в другие формы. Как вариант, извлеченные углеродные частицы могут быть использованы в качестве исходного сырья для тепловой электростанции.
В одном варианте осуществления способ может выполняться непрерывно. Однако в некоторых вариантах осуществления этот метод может работать циклически, например в режиме "включено-выключено". Способ может реагировать на увеличение выбросов дымовых газов путем увеличения скорости, с которой активированный раствор контактирует с дымовым газом.
Также раскрыта система обработки дымового газа, имеющего один или несколько компонентов, содержащая: трубопровод, который выполнен с возможностью подачи раствора в дымовой газ; генератор электрического поля, связанный с раствором, подаваемым в дымовой газ, причем генератор электрического поля выполнен с возможностью генерировать электрическое поле; магнитное поле, связанное с раствором, подаваемым в дымовой газ; при этом система сконфигурирована так, что подаваемый в дымовой газ раствор активируют электрическим полем и магнитным полем для образования активированного раствора, причем активированный раствор пропускают через отверстие для того, чтобы ввести его в контакт с дымовым газом, чтобы по меньшей мере частично поглотить один или несколько компонентов дымового газа для образования остаточного раствора.
Магнитное поле может быть создано магнитным генератором, который предназначен для генерирования магнитного поля. В некоторых вариантах осуществления магнитное поле обеспечивается магнитным полем Земли. В одном варианте осуществления генератор магнитного поля может представлять собой магнитную катушку, выполненную с возможностью генерировать магнитное поле в диапазоне от 0,0002 мкТл до 10 Тл, и в любом другом поддиапазоне между этими значениями. Например, катушка может генерировать плотность магнитного потока от примерно 1 мТл до 1 Т, от примерно 0,01 мкТл до 1 Тл, от примерно 0,01 мкТл до 1 мТл и от примерно 0,01 мкТл до 200 мкТл. Может использоваться магнитный поток, превышающий 10 Тл. В одном варианте осуществления генератор электрического поля может иметь первую антенну или диполь и вторую антенну или диполь для генерирования осциллирующей синусоидальной волны между ними. В одном варианте осуществления генератор магнитного поля может быть расположен между первой антенной или диполем и второй антенной или диполем. Это может помочь повысить эффективность активации раствора.
В одном варианте осуществления частота колеблющегося электрического поля может принимать значение в диапазоне от 0,3 Гц до 2000 кТГц и в любом другом поддиапазоне, например от 0,3 Гц до 100 МГц, от 0,3 Гц до 1 МГц, от 0,3 Гц до 500 кГц, от 0,3 Гц до 300 кГц и от 0,3 Гц до 100 кГц. В одном варианте осуществления отверстие может представлять собой устройство для образования пара и/или тумана активированного раствора в дымовом газе. Например, устройство может представлять собой сопло, которое генерирует мелкодисперсный туман.
Генератор электрического поля и генератор магнитного поля могут быть выполнены в одном устройстве. Например, устройство может быть таким, как описано в US 2014/0374236. В одном варианте осуществления устройство содержит две антенны, корпус для удержания жидкости, включающей в себя растворитель и растворенное вещество, генератор, функционально соединенный с двумя антеннами для генерирования осциллирующего напряжения в каждой антенне, причем напряжение в каждой из них сдвинуто по фазе относительно напряжения в другой для создания осциллирующего электрического поля, и жидкость в корпусе подвергают воздействию электрического поля в присутствии магнитного поля для изменения химических и/или физических свойств растворенного вещества, без контакта жидкости с двумя антеннами. Раствор может быть активирован с помощью электрического поля и магнитного поля, как описано в US 2014/0374236.
В одном варианте осуществления система может также содержать коллекторное отверстие для сбора остаточного раствора. Коллекторное отверстие может обеспечивать сбор и дальнейшую очистку по меньшей мере частично поглощенного одного или нескольких компонентов дымового газа. В одном варианте осуществления система может быть выполнена с возможностью непрерывной обработки дымовых газов.
В одном варианте осуществления генератор электрического поля и генератор магнитного поля могут быть расположены снаружи трубопровода, а раствор может проходить внутри трубопровода. Поскольку некоторые тепловые электростанции уже имеют трубопроводы, например для систем газоочистки, то генератор электрического поля и генератор магнитного поля можно легко установить на существующих тепловых электростанциях.
В одном варианте осуществления система может дополнительно содержать насос для перекачивания активированного раствора через трубопровод.
Способ и система могут быть использованы на электростанции, работающей на ископаемом топливе, такой как угольная электростанция. В этих вариантах осуществления раствор может быть активирован перед входом в бойлер, который будет генерировать активированный пар, который затем может контактировать с дымовым газом. Как вариант, система может быть установлена сразу на одном или нескольких дымоходах. Таким образом, в изобретении также предложен дымоход, оснащенный указанной выше системой. На дымоходе может быть установлено более одной системы.
Также раскрыта система, как указано выше, используемая для выполнения упомянутого выше способа.
Генератор электрического поля и генератор магнитного поля могут быть установлены с помощью монтажных приспособлений сравнительно низкого технического уровня без необходимости, в большинстве случаев, отключения электростанции, работающей на ископаемом топливе. Установка может быть аналогична установке водопроводной системы. Требования к мощности для работы указанной выше системы и способа могут быть рассчитаны для любой операции и могут быть основаны на размере комбинации насоса и водопровода, как это требуется для указанной задачи.
Мощность, необходимая для работы указанной выше системы и способа может быть минимальной и, если требуется, может быть получена от соответствующей комбинации солнечной панели/ветрогенератора и батареи при низком напряжении. Стандартная сетевая или генераторная мощность может быть использована для питания водопроводной системы - расчеты мощности могут быть доступны после того, как станут известны такие технические детали установки и выбросов, как размер установки, размеры дымохода, состав газа, включая объем и температуру и т.д.
Система и способ, описанные выше, могут быть масштабируемыми, где, чем больше дымовая труба и количество дымового газа, тем большее требуется количество активированной воды.
Термин "дымовой газ" обычно используют для обозначения газовых выбросов, включающих в себя, но не ограничиваясь, CO, CO2, SO2, NO и NOx, образующихся при сжигании горючего топлива. Например, способ или система могут быть использованы для обработки выбросов парниковых газов из таких источников, как электростанции, нефтеперерабатывающие заводы, промышленные системы выработки электроэнергии и тепла, морские суда и мусоросжигательные заводы, цементные заводы, известковые заводы, печи, коммерческие и прогулочные суда. Поэтому способ и система, описанные выше, могут быть использованы для обработки дымовых газов в различных областях применения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан вариант осуществления системы обработки дымового газа.
На фиг. 2 показан другой вариант осуществления системы обработки дымового газа.
На фиг. 3 показан вариант осуществления устройства, применяемого для обработки дымового газа.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 показан вариант осуществления системы 10 обработки дымового газа. Раствор в виде воды 11 удерживают в резервуаре 12, сообщающемся с трубопроводом 14. Насос 16 присоединен к трубопроводу 14, чтобы перекачивать воду из резервуара 12 через генератор 18 магнитного поля и генератор 20 электрического поля. Генератор 18 магнитного поля и генератор 20 электрического поля расположены вокруг внешней поверхности трубопровода 14, так что они расположены вокруг трубопровода 14 коаксиально. Трубопровод 14 проходит сначала через генератор 18 магнитного поля, а затем через генератор 20 электрического поля, но в других вариантах осуществления порядок может быть обратным, или, как вариант, генератор 18 магнитного поля и генератор 20 электрического поля выполняют в одном том же устройстве. В одном варианте генератор 18 магнитного поля расположен между первой и второй антеннами генератора 20 электрического поля. В некоторых вариантах используют более двух антенн. Как вариант, в некоторых вариантах используют одну или несколько антенн. Генератор 20 магнитного поля представляет собой магнитную катушку, которая выполнена с возможностью генерировать плотность магнитного потока от 0,0002 мкТл до 10 Тл. Генератор электрического поля выполнен с возможностью генерировать частоту колебаний от примерно 0,3 Гц до 2000 кГц. Кроме того, в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, генератор электрического поля выполнен с возможностью генерировать осциллирующую синусоидальную волну, получаемую на первой антенне или диполе и на второй антенне или диполе, причем осциллирующая синусоидальная волна, генерируемая на первой антенне, сдвинута по фазе на 180° относительно синусоидальной волны, генерируемой на второй антенне.
В некоторых вариантах генератор 18 магнитного поля не требуется, так как система 10 может полагаться на фоновые магнитные поля, например, на магнитное поле земли. Вода может представлять собой соленую воду, или по меньшей мере она может быть более соленой, чем питьевая вода. В некоторых вариантах в системе 10 используют питьевую, например, водопроводную воду.
Трубопровод 14 проходит от генератора 20 электрического поля во вторичный трубопровод 22. Со вторичным трубопроводом сообщается множество отверстий в виде распылительных сопел 26. Распылительные сопла 26 проходят через стенку дымохода 24, так что они контактируют с внутренним объемом 25 дымохода 24. При использовании системы 10 воду посредством включения насоса 16 пропускают через генератор 18 магнитного поля и генератор 20 электрического поля, чтобы активировать воду. Затем, эту активированную воду подают во внутренний объем 25 в виде мелкодисперсного тумана, так что, проходя через внутренний объем, она может контактировать с дымовым газом, как показано стрелкой 28. Конкретное расположение дымохода 24, распыляющих сопел 26, трубопровода 14 и вторичного трубопровода 22 на фиг. 1 является только примером и может принимать множество других форм. Например, в некоторых вариантах распыляющие сопла 26 прикреплены к трубопроводу 14, а вторичный трубопровод 22 не используют. В других вариантах осуществления может иметься больше или меньше четырех распылительных сопел. В других вариантах распылительные сопла выполнены в виде отдельных групп, чтобы обрабатывать отдельные участки дымохода 24. В других вариантах на дымоход 24 устанавливают более одной системы 10, чтобы обрабатывать дымовой газ 28. Дымовой газ 28 может находиться под давлением, чтобы он мог проходить через дымоход, либо для перемещения дымового газа 28 может быть использован вентилятор или насос.
Как только мелкодисперсный туман из активированной воды контактирует с дымовым газом 28, компоненты дымового газа, такие как частицы углерода, CO2, CO, NO, NOx, и SOx, поглощаются активированным туманом, образуя остаточный туман, который затем конденсируется в остаточную воду. При использовании системы 10 объем активированного тумана будет подан во внутренний объем 25, при этом общий объем зависит от интенсивности дозы активированной воды и типа дымового газа, который необходимо обработать (например, от ожидаемого количества загрязняющих веществ, которые необходимо уловить активированным туманом). Чтобы предотвратить заводнение дымохода 24, предусмотрен выпуск 30 для стока остаточной воды. Выпуск 30 в некоторых вариантах выполнен в виде отстойника, чтобы можно было собирать остаточную воду, но не выпускать из дымохода 24 дымовой газ 28. Хотя на фиг. 1 не показано, остаточную воду затем удаляют, и тогда можно извлечь и обработать и/или повторно использовать компоненты в остаточном растворе, такие как частицы углерода.
В некоторых вариантах осуществления воду 11 подают под действием силы тяжести, что устраняет необходимость в насосе 16. Вместо него может использоваться клапан или аналогичное устройство для управления потоком воды, проходящей через трубопровод 14. Воду могут непрерывно прокачивать через генератор 18 магнитного поля и генератор 20 электрического поля для обработки дымового газа 28, либо может быть использован импульсный способ перекачки.
В одном варианте (не показан) активированная вода может проходить через бойлер, связанный с электростанцией, после генератора 18 магнитного поля (если имеется) и генератора 20 электрического поля. Вторичный трубопровод 22 или аналогичный ему расположен после бойлера, а дымоход 24 связан с бойлером.
В одном варианте используют устройство 200 для создания магнитного поля и электрического поля, как показано на фиг. 3. Сигнал, подаваемый на генератор 206 магнитного поля (ЭМ) устройства 200, генерируют волновым дубликатором и фазогенератором 204, который также подает сигнал на генератор 208 электрического поля (фиг. 3.). На вход волнового дубликатора и фазогенератора 204 подают сигнал от волнового генератора с перестраиваемым частотным выходным модулем 202. Компоновка устройства 200 помогает гарантировать, что частота сигнала катушки магнитного поля совпадает с частотой сигнала антенны. Такая компоновка может также помочь обеспечить, чтобы фаза катушки магнитного поля была такой же, как и у одной из антенн. В варианте, показанном на фиг. 3, магнитные катушки, связанные с генератором магнитного поля, расположены между антеннами генератора электрического поля.
На фиг. 2 показан другой вариант осуществления системы 100 обработки дымовых газов. В системе 100 дымовой газ проходит через дымоход 112. У дымохода 112 имеется впускное отверстие 114 для дыма, которое позволяет впускать дымовой газ в дымоход 112. При использовании впускное отверстие 114 для дыма будет соединено с выпускным отверстием камеры сгорания. Камеру сгорания используют для сжигания горючего топлива. Таким образом, выхлопные газы из камеры сгорания выводят через выпускное отверстие, и они поступают во впускное отверстие 114 для дыма. Термин "камера сгорания" широко используется для обозначения камер сгорания электростанций, нефтеперерабатывающих заводов, промышленных энергетических и тепловых систем, морских судов и мусоросжигательных заводов, цементных заводов, известковых заводов, печей, коммерческих и прогулочных судов.
Дымоход 112 имеет вытяжной вентилятор 116, предназначенный для того, чтобы способствовать прокачке дымового газа через дымоход 112. Вытяжной вентилятор 116 не требуется во всех вариантах для прокачки дымового газа через дымоход 112. Дымоход 112 также имеет коллекторное отверстие в виде отстойника 118, которое служит в качестве точек улавливания остатков для сбора остаточного раствора. Общая U-образная форма дымохода 112 позволяет остаточному раствору собираться в отстойнике 118, не ограничивая поток дымового газа через дымоход 112.
Дымоход 112 имеет первичную промывочную камеру 112а и вторичную промывочную камеру 112b. Однако может иметься любое количество промывочных камер, и общее количество промывочных камер будет зависеть от количества и типа дымового газа, подлежащего обработке.
Смотровое окно 124 расположено после вентилятора 116, чтобы обеспечить визуальный контроль обработанного дымового газа и позволить датчикам (не показаны) отслеживать состав дымового газа в присутствии активированного тумана. В некоторых вариантах датчики сообщаются с насосом, используемым для перекачивания воды по трубе 120. Например, если датчик обнаруживает, что уровень (уровни) компонентов в дымовом газе после обработки выше порогового значения, то с помощью программируемой компьютерной логики (PLC) насосу может быть дана команда увеличить скорость перекачки для повышения скорости образования активированного пара и/или тумана, чтобы увеличить скорость поглощения компонентов дымовых газов.
Вокруг дымохода 112 расположен трубопровод в виде трубы 120. Один конец трубы 120 сообщается с резервуаром, который может содержать некоторый объем раствора, такого как вода (не показан). Труба 120 имеет отверстия в виде распылительных сопел 122. В варианте, показанном на фиг. 2, система имеет четыре распылительных сопла, расположенных по длине дымохода 112, но в другом варианте осуществления система может иметь больше или меньше четырех распылительных сопел. Количество распылительных сопел зависит от размера дымохода 112 и количества дымового газа, подлежащего обработке. Вода, проходящая через трубу 120, выходит из распылительных сопел для образования водяного тумана в дымоходе 112, где водяной туман контактирует с дымовым газом, проходящим через дымоход 112. В некоторых вариантах отверстия имеют такую форму, которая создает пар в дополнение к туману или вместо него.
Перед формированием водяного тумана воду пропускают через электрическое поле и магнитное поле, чтобы получить активированный раствор (не показан). Таким образом, туман, образующийся из активированной воды, можно считать активированным туманом. Электрическое поле генерируют с помощью генератора электрического поля, а магнитное поле генерируют с помощью генератора магнитного поля (не показан) или в некоторых вариантах используют магнитное поле Земли. В варианте, показанном на фиг. 2, раствор активируют с помощью электрического поля и магнитного поля, как описано в US 2014/0374236. В некоторых вариантах воду активируют, когда она проходит через трубу 112 перед выходом из распылительных сопел 122. Это позволяет постоянно активировать воду по мере необходимости. Однако в некоторых вариантах активируют большой объем воды, сохраняют ее в резервуаре, а затем перекачивают по трубе 120. В этих вариантах вода может быть активирована, например, вне системы и транспортирована в резервуар, или вода может быть активирована один раз в резервуаре.
При использовании активированный туман контактирует с дымовым газом, что позволяет поглощать активированным туманом компоненты дымового газа, такие как частицы углерода, CO2, CO, NO, NOx и SOx, с образованием остаточного тумана. Затем капли остаточного тумана могут собираться в отстойник 118 для получения остаточного раствора. Затем остаточный раствор удаляют, и тогда можно извлечь и повторно использовать компоненты из остаточного раствора, такие как частицы углерода.
Примеры
Система
Барабан из нержавеющей стали диаметром 525 см и высотой 460 см был оснащен топкой и вентилятором, чтобы способствовать горению. Для направления дымового газа из камеры сгорания в дымоход был использован гибкий алюминиевый трубопровод длиной 125 мм.
Дымоход, аналогичный описанному на фиг. 2, содержал одну камеру размером 100 мм на 1000 мм, оснащенную тремя распылителями, и одну камеру размером 100 мм на 850 мм, оснащенную одним единственным распылителем. Под каждой промывочной камерой был выполнен U-образный модуль для захвата остатка. У него двойное назначение, он герметично закрывает промывочную камеру от атмосферы, а также создает точку, из которой можно взять для анализа образец использованной текучей среды. Дальний конец U-образного изгиба открыт в атмосферу на уровне, который удерживал уплотнение промывочной камеры на постоянном уровне, позволяя при необходимости собирать остаточную жидкость для дальнейшего анализа. Эта конфигурация автоматически предотвращает заводнение промывочной камеры, независимо от объема жидкости, подаваемой распылительными соплами.
Пробозаборная камера представляла собой трубу размером 100 мм на 1300 мм, оснащенную прозрачным смотровым окном и пробозаборным отверстием, расположенным на расстоянии 1150 мм от четвертого распылительного сопла. Прозрачное окно необходимо для отслеживания и предотвращения засорения датчика Unigas 3000+, а положение пробозаборного отверстия соответствует требованиям к тщательно перемешанной выборке, при этом снижалась вероятность загрязнения датчика анализатора.
Для подачи питания на насос, создающий давление 200 фунтов на квадратный дюйм, вентилятор мощностью 100 Вт и управляемый реостатом вытяжной вентилятор, который был установлен на выпускном конце устройства, чтобы обеспечивать положительный поток через всю систему, была спроектирована электрическая цепь с напряжением 12 В.
Водопроводную воду обрабатывали электрическим полем и магнитным полем, как описано в US 2014/0374236.
Для анализа газа использовали вновь откалиброванный анализатор дымовых газов Unigas 3000+, выполненный с возможностью измерять O2, CO2, CO,SO2, NO и NOx.
Каменный уголь
В горелке из нержавеющей стали был подожжен 1 кг измельченного каменного угля, и при подаче воздуха его довели до температуры свыше 385°C, при которой выходящий поток дыма стал сравнительно прозрачным. Этот выходящий поток был направлен через дымоход и проанализирован с использованием анализатора дымовых газов Unigas 3000+ непосредственно перед активацией и распылением активированной воды. Эти показания были обозначены как "Контрольный образец дыма от угля".
Затем активированную воду закачивали в первую промывочную камеру, подвергая выходящий из горелки поток (выходящий дым) воздействию микротумана, создаваемого тремя распылительными соплами. Использованную остаточную жидкость собирали в первом модуле захвата остатка для дальнейшего анализа. Промытый выходящий дым поступал во вторую промывочную камеру, где его подвергали воздействию микротумана, создаваемого четвертым распылительным соплом. Остаток из этой камеры собирали во втором модуле захвата остатка для возможного дальнейшего анализа.
Затем, поток дыма поступал в пробоотборную камеру и был проанализирован с помощью датчика Unigas 3000+ в том же отверстии. Эти показания были обозначены как "Образец обработанного дыма от угля". Наконец, обработанный поток дыма выпустили в атмосферу с использованием вытяжного вентилятора.
Отбор и анализ образцов газа проводили с использованием анализатора дымовых газов Unigas 3000+. Искомые данные представляли собой сравнение между обработанными и исходными (контрольными) образцами. Чтобы гарантировать, что свойства образцов потока дыма оставались равномерными, основным требованием был короткий промежуток времени между взятиями проб. Способность Unigas 3000+ производить самокалибровку и непрерывный анализ позволила получать образцы в течение минут друг за другом.
Следовательно, данные оказались достаточно точными, чтобы дать надежные результаты для газов, исследуемых в этих экспериментах.
Хотя выходящий из горелки поток дыма был сравнительно прозрачным (Стандарт Ринглмана 1-2), остаточный образец, взятый из первой промывочной камеры (с тремя распылителями) неожиданно оказался темным по сравнению с исходной водой. Это указывает на то, что активированная вода действительно удаляет углерод (и частицы) из потока газа. Остаточный образец из второй промывочной камеры также был темным, даже несмотря на то, что температура во второй промывочной камере была существенно ниже (приближаясь к температуре окружающей среды), чем температура дымовых газов в первой камере. Это указывает на то, что, хотя распыление охлаждает дымовой газ, эффект обработки активированной водой не зависит от температуры.
Также был выполнен эксперимент для идентификации эффекта использования неактивированной (т.е. обычной водопроводной) воды для обработки дымового газа от каменного угля. Неактивированная вода охлаждала дымовые газы аналогично активированной воде, а также захватывала некоторые частицы, но не оказывала существенного влияния на процентный состав газов в выходящем потоке.
Эти результаты указывают на то, что наличие магнитного и электрического полей помогает растворять агрегаты, частицы, минералогическиие и ионные вещества, которые могут реагировать с дымовым газом. Например, растворимость кальцита может увеличиться, что повысит концентрацию Ca2+ и CO32- в растворе. Увеличение CO32- помогает растворять в растворе CO2, благодаря более высокому значению pH и большей способности образовывать такие соединения, как H2CO3,, которые могут распадаться, образовывая бикарбонат, который затем образует осадок, такой как бикарбонаты кальция. Это эффективно смещает коэффициент распределения CO2 между газовой фазой и водной фазой в сторону водной фазы. Хотя в качестве примера был использован кальций, многие другие соединения, такие как соединения, во множестве обнаруживаемые в водопроводной воде, могут раствориться и вступить в реакцию с дымовым газом, таким как CO2.
Активированная вода также может способствовать сдвигу коэффициента распределения для других газов, таких как NO, NOx и SO2, в сторону водной фазы по причинам аналогичным представленным выше.
Увеличение доли O2 можно объяснить выходом O2, растворенного в активированной воде. Кроме того, удаление CO2 из дымового газа с образованием обработанного дымового газа изменяет состав обработанного дымового газа, и это может изменить парциальное давление каждого газа, составляющего дымовой газ. Если парциальное давление кислорода увеличивается, то это будет способствовать выходу O2, растворенного в активированной воде. Кроме того, большая площадь поверхности активированного тумана и/или пара в дымоходе способствует увеличению количества кислорода, который может выйти из активированного тумана и/или пара. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления наблюдаемое увеличение O2 являлось результатом удаления из дымового газа таких газов, как CO2 и CO, что означает, что теперь то же самое количество O2 занимает большую долю в результирующем обработанном дымовом газе.
Следует понимать, что специфический механизм, посредством которого CO2 и другие газы удаляются из дымового газа при обработке активированной водой, может меняться в зависимости от специфического состава дымового газа и от растворенных компонент, присутствующих в активированной воде.
Таблица 1 - результаты для каменного угля
| Измеряемый газ | Контрольный дым | С активированной водой | Изменение доли |
| O2 | 20,7% | 21,1% | +1,93% |
| CO2 | 0,30% | 0,00% | -100,00% |
| CO | 0,20% | 0,00% | -100,00% |
| NO (ч/млн) | 13 | 6 | -53,85% |
| NOx (ч/млн) | 13 | 6 | -53,85% |
| SO2 (ч/млн) | 10 | 0 | -100,00% |
Дизельное топливо
Ожидались значительные трудности при получении контрольных данных о дыме из-за высокого содержания частиц в дыме от дизельного топлива, которые быстро забивают фильтр Unigas 3000+. Как оказалось, фильтр, хотя и был очень грязным, не был полностью засорен, и были получены значимые результаты.
Тем не менее, эти результаты не следует считать окончательными, и ожидаются улучшения % изменения при использовании более совершенного измерительного оборудования.
Таблица 2 - результаты для дизельного топлива
| Измеряемый газ | Контрольный дым | С активированной водой | Изменение доли |
| O2 | 17,9% | 20,7% | +15,64% |
| CO2 | 2,20% | 0,20% | -90,91% |
| CO | 0,08% | 0,00% | -100,00% |
| NO (ч/млн) | 4 | 0 | -100,00% |
| NOx (ч/млн) | 5 | 0 | -100,00% |
| SO2 (ч/млн) | 70 | 11 | -84,29% |
Бурый уголь
Эксперимент с бурым углем проводился так же, как и для каменного угля, но выходящий дым не был прозрачным. Это может быть связано с более высоким содержанием воды в топливе, так что часть воспринимаемого дыма в действительности могла представлять собой пар.
Таблица 3 - результаты для бурого угля
| Измеряемый газ | Контрольный дым | С активированной водой | Изменение доли |
| O2 | 17,50% | 20,7% | +18,29% |
| CO2 | 2,50% | 0,20% | -88,00% |
| CO | 0,08% | 0,00% | -100,00% |
| NO (ч/млн) | 16 | 3 | -81,25% |
| NOx (ч/млн) | 19 | 4 | -78,95% |
| SO2 (ч/млн) | 16 | 8 | -50,00% |
Бункерное нефтяное топливо
Бункерное нефтяное топливо не воспламеняется при температуре окружающей среды, так что его необходимо нагреть с использованием обычных парафиновых растопок перед тем, как его можно будет зажечь. Это соответствует отчетам морского транспорта (где оно является основным источником топлива), где приходится поддерживать температуру топлива выше 130 градусов по Цельсию, чтобы оно стало воспламеняемым.
Как только это условие выполнено, топливо очень хорошо горит с очень темным (много сажи/частиц) выходящим дымом, что приводит к засорению фильтров Unigas 3000+ вскоре после получения значимых показаний. Последующие показания были признаны сомнительными из-за явного засорения фильтров.
Таблица 4 - результаты для бункерного нефтяного топлива
| Измеряемый газ | Контрольный дым | С активированной водой | Изменение доли |
| O2 | 17,50% | 20,7% | +18,29% |
| CO2 | 2,50% | 0,30% | -88,00% |
| CO | 0,08% | 0,01% | -87,50% |
| NO (ч/млн) | 31 | 14 | -54,84% |
| NOx (ч/млн) | 32 | 14 | -56,25% |
| SO2 (ч/млн) | 351 | 60 | -82,91% |
В последующей формуле изобретения и в предшествующем описании, за исключением случаев, когда контекста требует иное в силу языкового выражения или необходимого подтекста, слово "содержать" или его варианты, такие как "содержит" или "содержащий", используют в широком смысле, т.е. обозначают наличие заявленных признаков, но не исключают наличие или добавление дополнительных признаков в различных вариантах осуществления способа и системы.
1. Способ обработки дымового газа, содержащего один или несколько компонентов, включающий:
пропускание раствора через трубопровод, причем с внешней поверхностью трубопровода ассоциирован:
генератор электрического поля, который содержит первую антенну или диполь и вторую антенну или диполь, генерирующий между ними осциллирующую синусоидальную волну, причем указанные первая и вторая антенны или диполи расположены на внешней поверхности трубопровода, так что они не контактируют непосредственно с раствором, пропускаемым через трубопровод, при этом частота колебаний электрического поля составляет от 0,3 Гц до 300 кГц, и
генератор магнитного поля, содержащий магнитную катушку, расположенную на внешней поверхности трубопровода между указанными первой антенной или диполем и второй антенной или диполем, магнитная катушка генерирует магнитное поле с плотностью магнитного потока от 0,01 мкТл до 1 мТл;
причем прохождение раствора через электрическое поле и магнитное поле приводит к образованию активированного раствора;
при этом активированный раствор приводят в контакт с дымовым газом таким образом, чтобы указанные один или несколько компонентов дымового газа, по меньшей мере, частично поглощались активированным раствором с образованием остаточного раствора.
2. Способ по п. 1, в котором электрическое поле имеет вид осциллирующей синусоидальной волны, причем осциллирующая синусоидальная волна, генерируемая на первой антенне или диполе, сдвинута по фазе на 180º относительно синусоидальной волны, генерируемой на второй антенне или диполе.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором для приведения в контакт активированного раствора с дымовым газом впрыскивают активированный раствор в дымовой газ в виде пара и/или тумана.
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором собирают остаточный раствор.
5. Способ по п. 4, в котором извлекают указанные, по меньшей мере, частично поглощенные один или несколько компонентов из остаточного раствора.
6. Способ по любому из пп. 1-5, который выполняют непрерывно.
7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором раствор представляет собой воду.
8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором получают активированный раствор перед бойлером и вводят активированный раствор в контакт с дымовым газом после бойлера.
9. Система обработки дымового газа, в которой указанный дымовой газ содержит один или несколько компонентов, содержащая:
трубопровод, имеющий внутренний проход и отверстие, которое выполнено с возможностью подавать раствор в дымовой;
генератор электрического поля, ассоциированный с внешней поверхностью трубопровода, причем генератор электрического поля выполнен с возможностью генерировать осциллирующую синусоидальную волну с частотой колебаний от 0,3 Гц до 300 кГц, при этом генератор электрического поля содержит первую антенну или диполь и вторую антенну или диполь для генерирования указанной осциллирующей синусоидальной волны между ними, указанные первая и вторая антенны или диполи расположены на внешней поверхности трубопровода, так что они не контактируют непосредственно с раствором внутри трубопровода;
генератор магнитного поля, содержащий магнитную катушку на внешней поверхности трубопровода, указанная магнитная катушка расположена между указанными первой антенной или диполем и второй антенной или диполем, причем генератор магнитного поля выполнен с возможностью генерировать магнитное поле с плотностью магнитного потока от 0,01 мкТл до 1 мТл;
указанная система выполнена таким образом, чтобы раствор, пропускаемый через трубопровод, активировался электрическим полем и магнитным полем для образования активированного раствора, причем активированный раствор пропускается через указанное отверстие в трубопроводе для того, чтобы вводить его в контакт с дымовым газом, чтобы, по меньшей мере, частично поглощались один или несколько указанных компонентов дымового газа для образования остаточного раствора.
10. Система по п. 9, в которой указанное отверстие представляет собой устройство для создания пара и/или тумана из активированного раствора в дымовом газе.
11. Система по п. 9 или 10, которая содержит коллекторное отверстие для сбора остаточного раствора.
12. Система по любому из пп. 9-11, которая выполнена с возможностью непрерывной обработки дымового газа.
13. Система по любому из пп. 9-12, которая содержит насос для перекачивания активированного раствора через трубопровод.
14. Система по любому из пп. 9-13, в которой генератор электрического поля и генератор магнитного поля расположены перед бойлером, а трубопровод с отверстием расположен после бойлера.
15. Система по любому из пп. 9-14, которая при использовании выполняет способ по любому из пп. 1-8.
16. Дымоход, оснащенный системой по любому из пп. 9-14.
17. Дымоход по п. 16, который является частью электростанции.
