用于回收利用所捕獲的凝聚的碳煙的系統(tǒng)和相關(guān)方法
【專利摘要】回收利用所捕獲的凝聚的碳煙的方法，所述凝聚的碳煙通過柴油排放控制后處理(DECAT)系統(tǒng)捕獲并收集自所述柴油排放控制后處理(DECAT)系統(tǒng)，所述方法包括：收集所捕獲的凝聚的柴油碳煙(CADS)作為原料，將所述CADS裝載入受控的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化(TCC)過程反應(yīng)器中，在所述受控的TCC過程反應(yīng)器中采用分時(shí)段的加熱和加壓直到所述CADS充分地分解，以回收固體、液體燃料和氣體，用管道將在所述受控的TCC過程反應(yīng)器中產(chǎn)生的熱解油(焦油)和蒸氣輸送到腔室，將所述熱解油和蒸氣冷卻和冷凝為液體形式，和再循環(huán)在所述受控的TCC過程反應(yīng)器中所產(chǎn)生的熱解氣體，用于作為熱源和能源使用。
【專利說明】用于回收利用所捕獲的凝聚的碳煙的系統(tǒng)和相關(guān)方法
[0001]本申請(qǐng)要求2012年9月5日提交的美國專利申請(qǐng)13/604，103的優(yōu)先權(quán)并要求2011年9月6日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)61/531，126的權(quán)利，這些申請(qǐng)通過引用明確地并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開涉及用于回收利用所捕獲的凝聚的柴油碳煙(captured agglomerateddiesel soot ；CADS)的系統(tǒng)。本公開更具體地涉及用于回收利用所捕獲的收集自排放控制系統(tǒng)的凝聚的柴油碳煙的系統(tǒng)。本公開還涉及回收利用所捕獲的凝聚的柴油碳煙的環(huán)境友好的方法，用于排放控制系統(tǒng)。
[0003]mm
[0004]眾所周知，柴油機(jī)所排放的顆粒物質(zhì)損害呼吸系統(tǒng)的健康和環(huán)境，這已是引人注目的全球性問題，該問題對(duì)于為了經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)而妥協(xié)于采用更能負(fù)擔(dān)的起的但較不令人滿意的化石燃料的需要的發(fā)展中國家來說是更繁重的。如果來自諸如聯(lián)合國("UN")、國際能源署(International Energy Agency)、石油輸出國組織等可靠來源的預(yù)測(cè)是準(zhǔn)確的,在缺乏可行的且負(fù)擔(dān)得起的PM(顆粒物)補(bǔ)救選擇的情況下，預(yù)期發(fā)展中國家中柴油排放所導(dǎo)致的問題會(huì)加劇，即，如果發(fā)展中國家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)超過經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)的成員國增長(zhǎng)，且如果使用柴油燃料的增長(zhǎng)超過了使用大多數(shù)其它能源的增長(zhǎng)。
[0005]富裕的OE⑶國家的企業(yè)和政府已經(jīng)在旨在減少各種發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的PM上，特別是柴油PM的舉措上花費(fèi)了數(shù)十億美元。遺憾的是，那些舉措通過支持以因其低含硫量已成為日益渴求的的低硫輕質(zhì)原油為中心的石油峰值概念，尤其(inter alia)促進(jìn)了全球燃料價(jià)格的實(shí)質(zhì)性增長(zhǎng)。由于為ULSD燃料補(bǔ)充以采用先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)的“清潔的”新的發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)所執(zhí)行的煉油廠和管道的升級(jí)以及其它物流(logistics)的效果，柴油燃料價(jià)格也上升了。
[0006]先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)尤其設(shè)計(jì)為，在過濾器堵塞(plug-ups)使發(fā)動(dòng)機(jī)背壓上升至增加燃料消耗、降低功率且可能潛在地甚至造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞的水平之前，燃燒在它們的過濾器上所捕獲的碳煙，這被稱為是再生的過程。每當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱到足夠燃燒碳煙時(shí)，先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)的再生發(fā)生。但如果排氣本質(zhì)上沒有足夠的熱，則必須采取復(fù)雜的措施以促進(jìn)碳煙的點(diǎn)燃，該復(fù)雜的措施典型地包含利用貴金屬催化劑的被動(dòng)再生和/或涉及注射到所述排氣流的燃料的輔助再生。
[0007]訴諸于兩者任一種形式的先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)再生，特別是在涉及燃料注射的輔助再生的情況下，會(huì)產(chǎn)生燃料損失(fuel penalties)、導(dǎo)致溫室氣體(GHG)排放的逐步增加。許多著名的科學(xué)家和氣候?qū)＜艺J(rèn)為GHG排放是實(shí)質(zhì)上促成CC的主要的GW作用力(forces),這也是聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(“IPCC”)所普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)。
[0008]復(fù)雜的活性成分、敏感的貴金屬催化劑、為避免催化劑毒物和S02到負(fù)載(laden)PM硫酸鹽的反作用的轉(zhuǎn)化(counteractive conversion)所需的ULSD燃料、和與燃料損失相關(guān)的GHG的逐漸上升的合計(jì)的成本和其它效果已阻礙努力去在發(fā)展中國家的無情的污染者所知的數(shù)以百萬計(jì)的等候的柴油機(jī)上大規(guī)模地改進(jìn)先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)。如果先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)不是不實(shí)用的，主要的關(guān)注點(diǎn)依然是關(guān)于它們的價(jià)格和可靠性/耐用性，特別是在具有高含硫量的燃料使得先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)無效的國家中。
[0009]發(fā)展中國家比以往任何時(shí)候都需要減少柴油PM的可行的方案，并且那些真正能負(fù)擔(dān)得起的具有功能的硫耐受特性的方案將被認(rèn)為是特別有創(chuàng)新的。通過實(shí)施作為DECAT+回收利用方案的完整的部分的本教導(dǎo)所產(chǎn)生的協(xié)同增效效應(yīng)將填充該空白并幫助緩和在發(fā)展中的世界陷入僵局的無數(shù)互相關(guān)聯(lián)的能量擔(dān)憂。源自DECAT+回收利用(為了強(qiáng)調(diào)所突出顯示的)的主要的益處如下所述:
[0010]提高更耐用/可靠的DECAT改進(jìn)的負(fù)擔(dān)能力
[0011]由于再生所需的貴金屬催化劑和復(fù)雜的活性成分，在發(fā)展中國家中，迄今在卡車和公交車上所試驗(yàn)的先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)通常是不可靠的且過于昂貴的。進(jìn)一步，由于一些很好的記載的缺陷，對(duì)于大規(guī)模的實(shí)施來說，它們是不現(xiàn)實(shí)的，這些缺陷尤其包括:(a)非ULSD燃料的不耐受性，因?yàn)榱蛞阎獣?huì)使催化劑中毒，(b)PM排放控制效率的損失，當(dāng)使用150ppm的硫柴油燃料時(shí)所述PM排放控制效率下降至0%,以及(c)當(dāng)硫水平超過150ppm時(shí)，S02到負(fù)載PM硫酸鹽的反作用的轉(zhuǎn)化增加，這反映了高排氣溫度分布(該分布有利于S03的產(chǎn)量)和貴金屬催化劑的存在的影響——當(dāng)使用350ppm硫柴油燃料時(shí)，該影響到達(dá)到PM排放是它們的基線水平的兩倍多的這樣的程度。凝聚、捕獲和收集碳煙的DECAT系統(tǒng)是更可靠的因此也是更耐用的(特別是在城市的走走停停的駕駛周期中，相對(duì)較低的排氣溫度環(huán)境往往導(dǎo)致先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)的失效)，由于它們的簡(jiǎn)單的被動(dòng)設(shè)計(jì)花費(fèi)更少，且耐受發(fā)展中國家所普遍采用的柴油燃料(經(jīng)常含有350+ppm的硫；許多甚至超過1，OOOppm硫水平)。
[0012]與通過本發(fā)明的方法處理CADS相關(guān)的經(jīng)濟(jì)的和其它的益處幫助抵消兼容的DECAT系統(tǒng)的已經(jīng)降低的成本，但不適用于燃燒碳煙的先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)。在分解了本發(fā)明的協(xié)同益處后，兼容的DECAT系統(tǒng)的改進(jìn)應(yīng)用的凈成本僅包含與先進(jìn)DECAT系統(tǒng)有關(guān)的總成本的一小部分。
[0013]改善呼吸系統(tǒng)健康和環(huán)境
[0014]雖然安裝有采用ULSD燃料的清潔的新發(fā)動(dòng)機(jī)的先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)可以有效降低治理基準(zhǔn)PM水平，但是在這些應(yīng)用中仍然從排氣管漏出的有害的超細(xì)納米顆粒:(a)在數(shù)量上與采用高硫燃料的臟舊的發(fā)動(dòng)機(jī)在基線(無后處理)條件下所排放的顆粒大約是相同的；(b)對(duì)呼吸系統(tǒng)的健康構(gòu)成更嚴(yán)重的威脅，因?yàn)樗鼈兩钊敕谓M織更深；和(c)在大氣中造成損害，因?yàn)樗鼈兣c存在于大氣中的其它元素黏合形成二次PM。
[0015]與本發(fā)明兼容的DECAT系統(tǒng)通過采用排氣冷卻方案替代地產(chǎn)生益處。降低排氣溫度迫使重的VOC級(jí)分(fractions)凝結(jié)成納米尺寸的顆粒,可以以高頻率捕獲該納米尺寸的顆粒并且可以在排氣離開尾管之前將該納米尺寸的顆粒除去。當(dāng)所述黏合的顆粒在被捕獲和收集之前通過凝聚(agglomerative)的過濾器移動(dòng)時(shí)，實(shí)質(zhì)上增強(qiáng)了超細(xì)的揮發(fā)性納米顆粒吸附到更大的PM種類(特別是黑炭)上。
[0016]本教導(dǎo)提供了對(duì)兼容的DECAT系統(tǒng)所捕獲和收集的凝聚的柴油碳煙的環(huán)境友好的處理，通過所述兼容的DECAT系統(tǒng)，排氣(VOC)毒性被消除，而經(jīng)由TCC過程，有效地產(chǎn)生了 CADS原料，以用于回收利用。[0017]加快了 GW作用力和因此而產(chǎn)生的CC的逆轉(zhuǎn)
[0018]鑒于先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)通過使用貴金屬催化劑和/或注射入排氣流的額外的燃料來加強(qiáng)碳煙的燃燒使得GHG排放逐步增加，本發(fā)明是基于環(huán)境更友好的TCC過程的方案的一部分，其主要關(guān)注從兼容的DECAT系統(tǒng)收集的PM碳煙的高效處置。
[0019]在備受關(guān)注和爭(zhēng)議的舉行聯(lián)合國氣候變化框架公約和京都議定書締約國的第五次會(huì)議的2009年12月哥本哈根峰會(huì)的結(jié)果中，柴油機(jī)所排放的有毒的炭黑煤煙(“BCS”)已作為具有當(dāng)?shù)睾偷貐^(qū)特別是在發(fā)展中國家和結(jié)冰/多雪的地區(qū)的影響的主要的GW(和因此而產(chǎn)生的CC)系數(shù)而日益受到人們的關(guān)注。這源于這樣的事實(shí):當(dāng)漂流在大氣中或降落/沉降到地面上時(shí)，BCS有效地吸收陽光、變暖和輻射加熱。積累在雪和冰上(特別是在至關(guān)重要的北極和喜馬拉雅地區(qū))的BCS降低了反照率(即，反射光的能力)，造成了當(dāng)?shù)氐娜诨?，該融化進(jìn)一步降低反射率。結(jié)果得到的就是變暖的正反饋圈。
[0020]盡管為了各種健康的理由一直在尋求PM的治理選項(xiàng)，但最近全球組織根據(jù)氣溶膠科學(xué)家和氣候?qū)＜业娜找嬖龆嗟陌l(fā)表的研究已開始針對(duì)BCS，這些氣溶膠科學(xué)家和氣候?qū)＜覍CS的消除引證為能夠在短期內(nèi)(通常認(rèn)為是未來的二(2)十年)扭轉(zhuǎn)GW作用力所造成的CC的最有利的手段。這是由于相對(duì)于C02和其它GHG的幾十年而言，BCS的大氣壽命僅有幾周的事實(shí)。
[0021]應(yīng)該在發(fā)展中國家加快減少BCS排放的近期舉措的共識(shí)似乎已形成，不僅是為了明顯的健康的理由，更是為了獲得(buy)長(zhǎng)期GHG減排舉措(其更多地被認(rèn)為是發(fā)達(dá)國家的主要責(zé)任)所需的有價(jià)值的額外的時(shí)間。本發(fā)明是專門為推進(jìn)這樣的近期舉措而設(shè)計(jì)的新穎的雙面方案(DECAT+回收利用方案)的完整的部分，其可以通過以下方式完成:(i)對(duì)復(fù)雜多面的GW罪魁禍?zhǔn)?BCS)(通常是CADS的主要成分)進(jìn)行TCC，以將其分解為CB或CBFS (視情況而定)以及其它有價(jià)值的副產(chǎn)；和(ii)選擇性地允許硫酸鹽排放以在BCS消除的同時(shí)，在計(jì)劃和管理基礎(chǔ)上提供極其重要的大氣冷卻力，如以下更充分地解釋。
[0022]消除與加負(fù)擔(dān)于發(fā)展中國家的大量相關(guān)的能源問題相互關(guān)聯(lián)的僵局
[0023]本教導(dǎo)解決了相互關(guān)聯(lián)的能源問題，該問題如此復(fù)雜，以致“雞和蛋”的僵局在先處理哪個(gè)的方面是長(zhǎng)期拖延的。幸運(yùn)地是，所述僵局可以在這種情況下被解除，而沒有與較富裕國家所追求的以ULSD為中心的舉措相關(guān)的繁重的成本和組織負(fù)擔(dān)。在用兼容的DECAT系統(tǒng)實(shí)施本教導(dǎo)時(shí)所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)將使發(fā)展中國家能夠積極解決迫切的問題，以下將隨附它們的各自的方案提到這些問題。
[0024]用兼容的DECAT系統(tǒng)改造迄今為止被擔(dān)心為損失的的成因的20，000，000+高-發(fā)射器發(fā)動(dòng)機(jī)(也稱為超級(jí)發(fā)射器)，所述兼容的DECAT系統(tǒng)具有如此實(shí)惠的價(jià)格和高硫燃料耐受性，以致發(fā)展中國家將能更好地給予補(bǔ)貼和/或立法授權(quán)，以確保符合之前認(rèn)為是行不通的有意義的排放標(biāo)準(zhǔn)。沒有這里所定義的DECAT+回收利用方案所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，在未來的許多年中，高-發(fā)射器發(fā)動(dòng)機(jī)將不斷噴出有害的GW-作用力BCS，假設(shè)通常長(zhǎng)壽命的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是成立的。
[0025]由于與本發(fā)明可兼容的DECAT系統(tǒng)不存在易受硫毒物損害的貴金屬成分，所以轉(zhuǎn)化了極端脫硫運(yùn)動(dòng)的繁重的效果。在這種情況下，考慮OE⑶國家中的環(huán)境保護(hù)署(“EPA”)隨著時(shí)間的推移所發(fā)起的規(guī)定的柴油燃料的運(yùn)動(dòng)的歷史發(fā)展進(jìn)程，是有指導(dǎo)意義的。
[0026]公路及非公路車輛所采用的柴油燃料中的硫的水平在相當(dāng)一段時(shí)間以來都限制在0.5% (5000ppm)每ASTM國際標(biāo)準(zhǔn)。在20世紀(jì)90年代，隨著降低該限制至0.05 %(500ppm)的“低”的水平的最初的主要移動(dòng)，該主要移動(dòng)在當(dāng)時(shí)由一些減少硫?qū)M排放物(也稱為硫酸鹽顆粒，這里將更充分地論述)的影響的合法愿望所推動(dòng)，燃料質(zhì)量越來越受EPAs規(guī)定。然而，最終被發(fā)現(xiàn)所需的減少硫含量低于500ppm的增量的努力并沒有同量地降低柴油排氣中所測(cè)定的PM。他們也被證明是非常昂貴的策略。
[0027]盡管存在前面段落中提到的因素，鑒于在本領(lǐng)域經(jīng)歷的進(jìn)行中的先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)失敗，伴隨著與S02氣體到負(fù)載PM的硫酸鹽的反作用的(counteractive)轉(zhuǎn)化相關(guān)聯(lián)的相關(guān)問題，更積極的脫硫舉措(至350ppm，然后至50ppm)本質(zhì)上被作為技術(shù)的促成者來實(shí)施。最終，它們被強(qiáng)制一路降至作為嚴(yán)格的OEM排放控制標(biāo)準(zhǔn)的一部分而頒布的ULSD水平(15ppm ；0.0015% )，所述OEM排放控制標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)某些模型的2007年以及2007年以后的柴油車輛而被授權(quán)的。
[0028]采用DECAT+回收利用方案的發(fā)展中國家的市場(chǎng)可以避免與OECD的對(duì)極端脫硫的活動(dòng)的喜好相關(guān)聯(lián)的繁重的負(fù)擔(dān)，同時(shí)仍然大幅減少污染和改善他們的環(huán)境和健康。
[0029]避免了與以上提到的問題相關(guān)聯(lián)的昂貴的煉油廠、管道和其它物流(Logistics)。柴油燃料含有化學(xué)鍵合硫，這很大程度上取決于原油質(zhì)量；也就是，尤其為什么相對(duì)于重酸級(jí)原油，輕質(zhì)原油更受到喜愛。煉油廠通過采用采用復(fù)雜的加氫裂解和加氫處理模塊來減少硫，但不幸的是，那些都是非常昂貴的策略。在美國，那種性質(zhì)的個(gè)別煉油廠的升級(jí)已經(jīng)超過10億美元，該設(shè)想，至少對(duì)忽視的發(fā)展中國家的市場(chǎng)是不切實(shí)際的，尤其是當(dāng)考慮到結(jié)束游戲本質(zhì)上涉及將硫含量從可以說是微不足道的水平(0.1%左右)降低至做作的ULSD(0.0015% )，僅僅是為了試圖挽救在任何情況下將保持昂貴的離譜的過于硫敏感的(sulfur-sensitive)先進(jìn)的 DECAT 系統(tǒng)。
[0030]還需要專用的不含硫的管道和其它輸送系統(tǒng)來確保ULSD不會(huì)與“不干凈的”燃料混合，以免硫毒物的發(fā)作(wrath)會(huì)造成損失。發(fā)展中國家通過轉(zhuǎn)而追求這里所概述的DECAT+回收利用方案可以避免那些昂貴的物流負(fù)擔(dān)。
[0031]對(duì)彌漫全球能源市場(chǎng)的膨脹的石油峰值偏見提供急需的反作用力，可以有效地通過使得所預(yù)計(jì)的未來的原油需求從根本上從輕質(zhì)原油轉(zhuǎn)移到重酸級(jí)。人們特別是在能源交易社區(qū)的人普遍將輕質(zhì)原油認(rèn)為是世界上最令人垂涎的能源來源。輕質(zhì)原油儲(chǔ)量已經(jīng)或?qū)⒑芸臁斑_(dá)到頂點(diǎn)(peaked) ”，這取決于人們選擇相信哪位分析家/權(quán)威人士。
[0032]由于目前相對(duì)較少的反對(duì)者，在21世紀(jì)的大部分時(shí)間中，石油峰值的概念已促進(jìn)石油價(jià)格的穩(wěn)步提高(與ULSD的出現(xiàn)同時(shí)發(fā)生)。石油峰值助養(yǎng)了日益看漲的貿(mào)易偏見，每當(dāng)全球經(jīng)濟(jì)顯示出增長(zhǎng)的跡象時(shí)，該貿(mào)易偏見都會(huì)刺激投機(jī)者抬高價(jià)格。它有時(shí)還推動(dòng)套利者，大幅加大支持相對(duì)于具有更高硫含量的“較小(lesser) ”級(jí)別的輕質(zhì)原油的折扣。
[0033]2008年，當(dāng)大量地貿(mào)易的布倫特和西德克薩斯中質(zhì)原油(WTI)基準(zhǔn)的輕質(zhì)原油期貨合約價(jià)格徘徊在150美元每桶附近時(shí)，現(xiàn)貨市場(chǎng)進(jìn)行貼現(xiàn)以誘導(dǎo)煉油商購買超過了 25美元每桶的重酸級(jí)原油。斷言關(guān)于輕質(zhì)原油儲(chǔ)備已經(jīng)達(dá)到頂點(diǎn)的程度的權(quán)威人士還預(yù)測(cè)一旦全球經(jīng)濟(jì)重新步入正軌，將很快就會(huì)超過150美元的價(jià)格。然而，它會(huì)使得注定像上一個(gè)一樣爆破的新的能源市場(chǎng)泡沫膨脹，因?yàn)樗男Ч€會(huì)造成另一次全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)，從而逐步升級(jí)波動(dòng)的擔(dān)憂，該擔(dān)憂已經(jīng)導(dǎo)致關(guān)鍵的石油產(chǎn)業(yè)投資決定的延遲和取消。
[0034]從根本上(忽略了技術(shù)力量的投機(jī)貿(mào)易商可以說不時(shí)造成荒謬的價(jià)格峰值(spike))，石油峰值偏見的概念尤其內(nèi)在地假設(shè)，服務(wù)于發(fā)展的而在經(jīng)濟(jì)上又受到挑戰(zhàn)的市場(chǎng)的煉油商將不可避免的與OECD對(duì)手方(counterpart)(其幾乎鎖定了目前全球生產(chǎn)的所有石油)抬價(jià)競(jìng)買以處理最終將很可能伴隨著先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)被采用的ULSD燃料。這種假設(shè)是誤導(dǎo)人的且可以說是浪費(fèi)的，考慮到重酸原油的全球儲(chǔ)備大大高于輕質(zhì)品種，并且以更快的速度增長(zhǎng)。那些假設(shè)還忽略了一個(gè)事實(shí)，那就是這十年來大量的亞洲和中東地區(qū)煉油能力開始上線，其主要致力于處理重酸級(jí)原油，盡管不一定具有為了生產(chǎn)ULSD燃料而大大地花費(fèi)更多的意圖。
[0035]很難想象經(jīng)濟(jì)上受到挑戰(zhàn)的發(fā)展中國家會(huì)同意從極其重要的社會(huì)和其它項(xiàng)目中轉(zhuǎn)移額外的數(shù)十億美元來幫助承包將硫從令人滿意的PM控制水平(0.05% -0.1%)降低至做作的ULSD(0.0015% )所需的昂貴的煉油廠模塊，這本質(zhì)上是作為支持昂貴的離譜的硫不耐受的先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)的促成者，硫容忍先進(jìn)DECAT系統(tǒng)。通過采用本發(fā)明，以避免這樣的轉(zhuǎn)向。
[0036]促進(jìn)遠(yuǎn)洋船舶(“0GV”)符合新燃料和排放標(biāo)準(zhǔn)
[0037]本簡(jiǎn)介部分目前專注于通過其CADS的TCC處理是本發(fā)明的多方面DECAT+回收利用方案的最后階段的設(shè)想。當(dāng)處理基于陸地(主要是卡車和公共汽車)的應(yīng)用時(shí)，對(duì)于待從回收利用方面(facet)分叉的DECAT方面(凝聚、捕獲和收集)，它是唯一實(shí)用的DECAT方面(集聚、捕捉和收集)從回收利用方面分為兩部分。
[0038]將集成的DECAT+回收利用系統(tǒng)安裝在基于陸地的車輛板(onboard)，在邏輯上和經(jīng)濟(jì)上是都不可行的。另一方面，OGV應(yīng)用獨(dú)特地提供合適的規(guī)模經(jīng)濟(jì)和空間環(huán)境，從而保證集成的DECAT+回收利用系統(tǒng)的板上安裝能夠進(jìn)一步包含以下新穎的協(xié)同特征:(i)從用于在本發(fā)明的那些方面共處理的OGV石油貨物存儲(chǔ)區(qū)域捕獲有毒的(VOC)蒸氣，其中，CADS副產(chǎn)品油和氣體被冷卻并凝縮成可再用的液體燃料；和(ii)收集食物、臨床、衛(wèi)生(sanitary)、固體、黑水(污水)、壓載水、艙底水和洗滌器系統(tǒng)污泥廢物形式的有害的OGV材料，用于引入到本發(fā)明的TCC反應(yīng)器作為增加的原料，該增加的原料與CADS共處理或分開地處理(視情況而定)，伴隨著的是因此而生成的副產(chǎn)品燃料在OGV的主要或輔助發(fā)動(dòng)機(jī)中的再使用，以及所述副產(chǎn)品氣體被再循環(huán)為TCC反應(yīng)器熱和電的不可或缺的的來源。
[0039]OGV包括乘客游艇、船舶和遠(yuǎn)洋班輪、集裝箱船、散貨船、滾裝船、冷藏船、原油、化學(xué)品和氣體油輪、拖輪和海軍艦艇。由于OGV攜帶覆蓋數(shù)十萬億tonne-miles/年的大約90%的世界貿(mào)易(包括全球所消耗的三分之二的石油和石油產(chǎn)品消耗)，所以船主們認(rèn)為他們的相對(duì)環(huán)境足跡與其它運(yùn)輸模式相比是較輕(light)的，但當(dāng)他們的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒具有非常高的硫含量(通常是ULSD中的幾千倍)殘余燃料或餾分燃料時(shí)，他們無疑排放大量的空氣污染物，從而提供了具有與S0x/S02和其它污染物并存的VOC和PAH的有害的PM混合物。
[0040]自2010年7月I日起，運(yùn)貨商開始面臨要么燃燒具有低硫含量的燃料要么采用后處理的方案的新的規(guī)定，所述處理的方案代表新頒布的燃料的可持續(xù)的替代選擇，其通過使得S0x/S02等效的降低來幫助消除PM和其它污染物。國際海事組織(“MO”)已經(jīng)配合位于全世界范圍內(nèi)的國家(主要是OE⑶)的EPA在排放控制的地區(qū)(也稱為ECA，通常在沿海港口的200英里范圍內(nèi))將OGV燃料中的硫的限值從15000pPM減少到lOOOOppm。IMO在別處要求到2012年I月將硫限值從45000pPM減少到35000ppm，然后到2020年再降低到5，OOOppm，但是后者的水平取決于將于2018年完成的燃料可用性(availability)研究。
[0041]實(shí)施與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的DECAT+回收利用方案將提高負(fù)擔(dān)不起(或者在某些情況下甚至可靠地操作)頒布的低硫燃料的OGV所有者的符合轉(zhuǎn)向力(compliance efforts),所述頒布的低硫燃料用于通過IMO和ECAs來實(shí)施。預(yù)計(jì)頒布的燃料成本會(huì)相當(dāng)?shù)囟嘤?已經(jīng)證實(shí)多達(dá)60+% )迄今所采用的燃料。幾乎可以肯定，它們的今后的使用通過以全球?qū)嵱玫姆绞降淖璧K平衡原油儲(chǔ)量、生產(chǎn)和煉油場(chǎng)輸出的轉(zhuǎn)向力而可能會(huì)加劇石油峰值的恐懼。因此，所述可能性與2018燃料可用性研究相關(guān)。
[0042]OGV的符合可以通過傳送/許可(passing)本發(fā)明的PM減少的排氣流來增強(qiáng),至Ij那時(shí)候，通過幾種已知的海洋洗漆器(marine scrubbers)的任意一種,所述PM減少的排氣基本上消除了有害的BCS、VOC和PAH級(jí)分，所述海洋洗滌器是進(jìn)入市場(chǎng)來解決來自上述的IM0/ECA法規(guī)的商業(yè)機(jī)遇的。一些海洋洗滌器利用海水的自然緩沖能力來去除所述排氣中的硫并將無害的流出物(effluent)排入大海,其可以用于制備用于諸如EGR或SCR等延伸的NOx降低后處理選項(xiàng)的洗滌過S0x/S02的排氣。在其它情況中，可以使PM減少的排氣通過海洋洗滌器而連同減少S0x/S02同時(shí)也減少C02和N0x，所述海洋洗滌器采用超低頻電解。應(yīng)該注意的是，類似的洗滌器設(shè)備和延伸的后處理選項(xiàng)也可以安裝在以地面為基地的CADS回收利用設(shè)備上，尤其是那些位于海水附近的CADS回收利用設(shè)備上。
[0043]根據(jù)本教導(dǎo)，在使用任何洗滌器設(shè)備之前，最有害的和最大量的PM級(jí)分(即，BCS、V0C.PAH)已經(jīng)經(jīng)由TCC工藝被聚集、捕獲、收集和回收利用為可重用的固體、液體燃料和氣體副產(chǎn)品；因此，由PM級(jí)分創(chuàng)造了價(jià)值，所述PM級(jí)分否則將構(gòu)成“洗滌器污泥”。結(jié)果，通過減少伴隨的海洋洗滌器污泥基礎(chǔ)設(shè)施(不知不覺地超過迄今為止所提供的水平)和在OGVs上所需的特殊處理，以及位于陸地上的有資質(zhì)的污泥處理/治理設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)較多的成本節(jié)約。由用于OGVs的綜合的DECAT+回收利用系統(tǒng)所產(chǎn)生的燃料副產(chǎn)品可以在船的主要或輔助發(fā)動(dòng)機(jī)中再利用，且副產(chǎn)品氣體可以再循環(huán)為用于TCC反應(yīng)器的不可或缺熱和電源。
[0044]盡管就在人口稠密的陸地地區(qū)減少了酸雨和二次PM而言，燃料的脫硫通常產(chǎn)生了有意義的環(huán)境益處，但它可能是及時(shí)去考慮在遠(yuǎn)海實(shí)施更積極的硫降低舉措的不確定的點(diǎn)。在2009年12月哥本哈根氣候峰會(huì)宣傳時(shí)和會(huì)后，大量的科學(xué)研究組合(portfolio)已經(jīng)涌現(xiàn)來強(qiáng)調(diào)硫酸鹽作為最有效的已知為抵消GW力和過去幾十年中所產(chǎn)生的CC的冷卻劑所起的重要的作用。特別是，他們引用了北半球地區(qū)的益處，該益處歸因于在亞洲和美國之間穿過的OGVs排放的Sox的冷卻效果，他們還引用了在喜馬拉雅冰川地區(qū)類似地重要益處，喜馬拉雅冰川地區(qū)充當(dāng)著地球上六分之一的人口的水庫，同時(shí)還發(fā)出了需要更多的時(shí)間特別是去改進(jìn)和實(shí)施碳捕獲和隔離系統(tǒng)警報(bào)，所述碳捕獲和隔離系統(tǒng)警報(bào)被吹捧為從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看的降低C02(被許多人視為最大的GW作用力)的最佳手段。根據(jù)關(guān)于該問題以集中于OGV排放的研究參與討論的瑞典和丹麥學(xué)者:(i)從氣候的角度來看，Sox排放的冷卻效果在位于遠(yuǎn)離沿海地區(qū)的清潔空氣中是較大的，(ii)就脫硫選項(xiàng)來說，地理地區(qū)分的法規(guī)可以在這種情況下提供最好的方案和(iii)由于地球的氣候系統(tǒng)正處于一個(gè)引爆點(diǎn)(tipping point)的嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn),迫切需要開發(fā)用于調(diào)節(jié)大氣中諸如硫酸鹽等短暫的冷卻作用力的更好的策略和指標(biāo)(metrics)，因?yàn)樗鼈円坏┗竞谋M(不可避免地會(huì)出現(xiàn)指定用于遠(yuǎn)海的更激進(jìn)的/積極的燃料脫硫舉措)，GHG相關(guān)的GW的效果很可能變得更加戲劇性。
[0045]在OGVs上將CADS回收利用與可兼容的DECAT系統(tǒng)結(jié)合是新的方案，該方案提供了一個(gè)“雙重成功”的效力，旨在加快由GW作用力所造成的CC的逆轉(zhuǎn)。通過涉及兩個(gè)有效的已知具有有限壽命的氣溶膠，DECAT+回收利用方案提供了積極的變暖作用力BCS排放的降低，同時(shí)運(yùn)用將選擇性地允許(enable)源自O(shè)GV的S0x/S02排放的硫酸鹽的形成的控制，以提供大氣中所需的極其重要的地區(qū)冷卻作用力來緩和GW作用力。這種類型的策略最近已被學(xué)者們證明，這些學(xué)者利用無人駕駛飛機(jī)在地水準(zhǔn)面和高達(dá)15000英尺的海拔高度進(jìn)行了廣泛的空氣取樣。通過采用本發(fā)明，消除硫酸鹽形成排放的OGVs海洋洗滌器的選擇性約定(engagement)(或解約,視情況而定)，通過使用可編程的或“預(yù)設(shè)的”DECAT+回收利用排氣氣體流旁通閥來控制。相反，目前為止所開發(fā)的已知的海洋洗滌器沒有一個(gè)被設(shè)計(jì)為來從S0x/S02和硫酸鹽顆粒的消除中分叉消除固體和可溶性有機(jī)PM級(jí)分。因此，為了提供硫酸鹽，他們必須同時(shí)地消除BCS、VOC和PAH。
[0046]從各方面考慮起來，本教導(dǎo)提供了全球性方案，該全球性方案經(jīng)濟(jì)地和靈活地解決了，尤其是在那些無法承擔(dān)許多富裕的OECD國家所采用的極端的脫硫運(yùn)動(dòng)的國家中的各種引人關(guān)注的圍繞“臟柴油”復(fù)合體(complex)的健康、環(huán)境、能源和氣候變化問題。
[0047]討論
[0048]本節(jié)提供了與本公開相關(guān)的背景信息，其不一定是現(xiàn)有技術(shù)。
[0049]柴油PM形成和它對(duì)碳煙組合物的影響
[0050]在柴油機(jī)的燃燒室內(nèi)部，既形成單個(gè)(核模式)的碳顆粒也形成凝聚的(在多個(gè)核模式顆粒已經(jīng)結(jié)合之后)碳顆粒。在排氣系統(tǒng)中，根據(jù)占主導(dǎo)地位的溫度、顆粒進(jìn)行有限的氧化并進(jìn)一步凝聚。
[0051]離開發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒通常分為三種主要級(jí)分:固體級(jí)分(“S0L”)；可溶的有機(jī)級(jí)分(“S0F”)；和硫酸鹽微粒。PM前體包括烴類、硫氧化物和水，所述前體可以表現(xiàn)為氣體或蒸氣的形式。
[0052]SOL主要包括元素碳(又稱為無機(jī)碳，炭黑或“BC”)，元素碳是產(chǎn)生可見的討厭的黑煙排放物的最主要的原因的物質(zhì)。PM的SOL級(jí)分還包括富勒烯，富勒烯是輕油或重油燃燒過程中首先形成的，并粘附在BC上。某些柴油碳煙富勒烯(例如C60和C70)是用于合成單壁碳納米管的前體，所述單壁碳納米管是迅速發(fā)展的納米技術(shù)市場(chǎng)的不可或缺的分子組分。
[0053]SOL的另一種形式是非碳灰，非碳灰是由燃燒室燃燒包含在發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油中的添加劑、由發(fā)動(dòng)機(jī)磨損所造成的金屬氧化物雜質(zhì)、由發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管和其它排氣部件腐蝕所產(chǎn)生的鐵氧化物所形成的。使用金屬燃料添加劑和催化劑來在較低溫度水平時(shí)提高過濾器再生的前景的DECAT系統(tǒng)傾向于產(chǎn)生無碳灰顆粒。在現(xiàn)代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)配備了先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)以最大化地消除PM的應(yīng)用中，非碳灰的相對(duì)重要性是更顯著的，因?yàn)檫@樣的灰不能經(jīng)由過濾器再生除去，因?yàn)樗遣豢扇嫉?。因此，隨著所述灰顆粒的累積，它們可能會(huì)導(dǎo)致過濾器堵塞和增加的發(fā)動(dòng)機(jī)反壓力，這需要通過諸如壓縮空氣法或水脈沖法等機(jī)械手段來更頻繁的清洗先進(jìn)的DECAT過濾器。相比之下，盡管非碳灰數(shù)量在臟舊柴油機(jī)應(yīng)用采用與本發(fā)明兼容的DECAT系統(tǒng)的情況下是不太重要一個(gè)問題，但無論產(chǎn)生什么灰都能夠在任何情況下通過這里所限定的循環(huán)方法與其它CADS成分一起被凝聚、捕獲和收集，然后最終回收作為在建筑骨料中使用的副產(chǎn)品。
[0054]吸附在碳顆粒表面上的或以細(xì)小的液滴形式存在的烴類包括柴油PM的S0F。全部PM的SOF部分可以變化主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件和排氣溫度分布。較低的排氣溫度傾向于導(dǎo)致更高的SOF水平，而相對(duì)更高的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和排氣溫度傾向于導(dǎo)致較低的SOF水平。在“濕”微粒中，SOF可能占全部PM的多達(dá)50 %以上，SOF的構(gòu)成比例可能高達(dá)50 %或更多的點(diǎn)，這表明了在顆粒表面上的多層烴吸附。在“干”微粒中，SOF含量可能低至10%以下。
[0055]SOF通常主要包括由潤滑油衍生的烴類、以及更高的沸騰終點(diǎn)(boiling-end)柴油燃料烴類。潤滑烴類被認(rèn)為是核模式SOF的主要貢獻(xiàn)者，所述潤滑烴類是揮發(fā)性的納米顆粒，當(dāng)它們逸出排氣管時(shí)可以損害肺和環(huán)境。
[0056]SOF還包含與柴油排放氣體一起排放的大部分的PAH。PAH是具有以各種的、幾乎成簇的形式連接的多個(gè)苯環(huán)的芳香烴。PAH是致突變的，在某些情況下是致癌的，所以根據(jù)有毒空氣法規(guī)，它們引起了政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)的特別的注意。PAH可以包括幾十個(gè)化合物，其中一些具有非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包括具有氮原子或硫磺的環(huán)。在排放氣體中的PAH分為氣相(較輕的、2環(huán)化合物)和微粒相。具有4個(gè)以上環(huán)的最有害的化合物幾乎只在柴油PM的SOF中能夠找到。
[0057]處理PAH含量對(duì)CB制造商來說是一個(gè)重要的問題，尤其是在勞動(dòng)力法規(guī)防御它的有害影響的美國和歐盟。國際炭黑協(xié)會(huì)(ICBA)已發(fā)起了研究，以調(diào)查當(dāng)在受控的工藝條件下在高溫通過烴類的熱解產(chǎn)生工業(yè)CB，從而形成不可避免的痕量的雜質(zhì)如PAH時(shí)會(huì)發(fā)生什么。2005年在杜塞爾多夫大學(xué)的一項(xiàng)這樣的研究得出的結(jié)論是:吸附在CB表面上的PAH不是“生物可利用的”;即，體液不能從所述CB表面浸出PAH。根據(jù)突出的ICBA成員，Cabot公司，只能通過使用強(qiáng)有機(jī)溶劑在苛刻的實(shí)驗(yàn)條件下(通常用索氏提取通過甲苯來進(jìn)行)在高溫時(shí)從CB表面提取那些PAH，這些不能代表正常的工業(yè)處理或環(huán)境條件。
[0058]本教導(dǎo)為將經(jīng)受足夠高的TCC溫度(如果必要的話，在1300°C -1600°C的范圍中或更高)的CADS提供了選項(xiàng)，以確保吸附在CB顆粒上的PAH水平滿足管控標(biāo)準(zhǔn)。它還提供了將CADS轉(zhuǎn)化為CBFS (而不是CB本身)的選項(xiàng)，所述CBFS然后可以出售給將最終將所述原料處理為完全兼容的商業(yè)級(jí)CB的制造商，或出售給愿意接受CBFS用于被認(rèn)為是適當(dāng)?shù)娜魏味翁幚淼钠渌?。硫酸鹽微粒主要包括水合硫酸，因此，大多是液體。硫酸鹽微粒的形成需要的H2S04分子和H20分子之間的相互作用。人們認(rèn)為硫酸鹽顆粒分離自碳顆粒且主要作為核模式顆粒存在于排放的氣體中。它們的形成取決于H2S04和H20的蒸氣壓力，該蒸氣壓力是諸如硫水平、燃料硫至S03的轉(zhuǎn)化、空氣/燃料比例、溫度和相對(duì)濕度的函數(shù)。
[0059]除了硫酸之外，硫酸微粒還可以包括諸如硫酸鈣(CaS04)等硫酸鹽，所述硫酸鈣在H2S04和源自潤滑油添加劑的鈣化合物之間的反應(yīng)中形成；它們的親水性低于硫酸。
[0060]與本發(fā)明兼各的DECAT系統(tǒng)能夠濃縮和凝聚硫酸鹽化合物并最后在捕猶和收集它們之前將它們從柴油排氣中分離出來。那些硫酸鹽化合物成為通過本回收利用發(fā)明所分解的CADS的不可或缺的部分。應(yīng)該注意的是本教導(dǎo)的一些實(shí)施方案可以采用洗滌器設(shè)備來消除后期S0x/S02排放物。作為綜合的DECAT+回收利用系統(tǒng)的實(shí)施方案的一部分，可以選擇性地以有計(jì)劃的和管理的方式繞過所述洗滌器，所述綜合的DECAT+回收利用系統(tǒng)的實(shí)施方案安裝在航行在遠(yuǎn)海路線的OGVs上，在所述遠(yuǎn)海路線上硫酸鹽排放被認(rèn)為是加快CC的逆轉(zhuǎn)所需的重要的大氣冷卻作用力，所述CC是由諸如BCS和GHG等GW作用力所造成的，如以上所更充分說明的。
[0061]不像燃燒碳煙的采用貴金屬催化劑和過濾器的先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)，所述貴金屬催化劑和過濾器是如此易受硫毒物損害以致它們僅限于與燃料和相對(duì)干凈的現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)一起的OECD強(qiáng)制要求的使用，而與本發(fā)明兼容的DECAT系統(tǒng)能夠在全球范圍內(nèi)與幾乎所有的發(fā)動(dòng)和任何硫含量的燃料一起有效地運(yùn)作。
[0062]具有在宏觀尺度上處理“臟”發(fā)動(dòng)機(jī)殘余碳煙的影響和燃料對(duì)GW和CC的貢獻(xiàn)的能力，以及具有與硫酸鹽顆粒形成和后處理相關(guān)的獨(dú)特性(peculiarities),代表了本發(fā)明與可兼容的DECAT系統(tǒng)的集成所推動(dòng)的實(shí)質(zhì)的新穎性特征。
[0063]受控的TCC過程
[0064]本發(fā)明的不可或缺的TCC過程與在先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)中所采用的柴油PM的燃燒或焚燒相比是更高效的和環(huán)境友好的。燃燒僅僅是在高溫下用于產(chǎn)生熱的燃料的燃料的氧化，且這樣做也沒有產(chǎn)生有用的中間氣體、液體或固體。燃燒的產(chǎn)物包括加熱、二氧化碳和水。不完全燃燒的產(chǎn)物包括CO和烴類以及大部分作為污染物和灰其它反應(yīng)產(chǎn)物。
[0065]當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料和排放污染物時(shí)，先進(jìn)DECAT系統(tǒng)必須在過濾器被堵塞之前焚燒PM碳煙，從而加劇了 GHG排放。相反地，與本發(fā)明兼容的DECAT系統(tǒng)并不依賴燃燒來消除PM或防止過濾器堵塞。通過改進(jìn)現(xiàn)有的DECAT技術(shù)，本發(fā)明不僅有助于減少PM和其它污染物而沒有加劇GHG排放，而且還將CADS最佳地利用作為用于這里所限定的加值的回收利用方法的原料。
[0066]所述熱解的TCC過程在加熱的反應(yīng)器中分解合適的原料，通常不需要添加空氣或氧氣。當(dāng)固態(tài)燃料燃燒時(shí)，熱解是發(fā)生的第一個(gè)化學(xué)反應(yīng)。熱解的各種模式(烘焙、緩慢、常規(guī)、快速等)通過影響它們的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素來區(qū)分，所述因素諸如為加熱速率(加熱時(shí)間的長(zhǎng)短和強(qiáng)度)、占主導(dǎo)地位的溫度和壓力、以及環(huán)境大氣的存在、催化劑的存在和原料的物理和化學(xué)組成。反應(yīng)在一定的溫度范圍內(nèi)發(fā)生，且在所述過程中初步形成的那些副產(chǎn)品可以經(jīng)歷在二次反應(yīng)中的轉(zhuǎn)化。熱解反應(yīng)的順序和速率的控制、以及影響速率的因素確定副產(chǎn)品產(chǎn)量和混合物。
[0067]烘焙是預(yù)處理熱解方法，所述方法通常在200°C -300°C進(jìn)行以干燥原料和提高它的發(fā)熱值。以相對(duì)慢的加熱速率、300 V -750 V的中低溫度和長(zhǎng)停留時(shí)間為特點(diǎn)的緩慢/常規(guī)熱解條件還會(huì)引起脫水反應(yīng)，通過該脫水反應(yīng)原料的分子量降低且生成炭和水蒸汽。利用緩慢熱解，所述固體的副產(chǎn)品混合物、液體和氣體傾向于是相對(duì)地更平衡的。
[0068]隨著加熱速率和溫度水平的逐漸增加，固體和氣體的相對(duì)比例減少，且液體部分隨著自由基和低分子量揮發(fā)性化合物諸如H2、C0和C02的形成而增加。增加的溫度也減少炭的形成、改變炭的化學(xué)組成并將非芳香烴轉(zhuǎn)化成芳香烴。
[0069]以中等溫度和短停留時(shí)間為特點(diǎn)的快速熱解條件最終會(huì)引起裂解反應(yīng)。在這樣的反應(yīng)過程中，原料被解聚而形成油(焦油)，所述焦油進(jìn)行依賴于加熱速率、溫度和影響化合物的停留時(shí)間的壓力的二次反應(yīng)。當(dāng)采用中等溫度、高壓和長(zhǎng)停留時(shí)間時(shí)，揮發(fā)性化合物和輕油/焦油進(jìn)行重組以形成穩(wěn)定的二次焦油。在快速的加熱速率、高溫(高達(dá)1000°c )和低壓的條件下，油/焦油蒸發(fā)并產(chǎn)生瞬態(tài)氧化的片段，所述瞬態(tài)氧化的片段進(jìn)一步裂解而產(chǎn)生烯烴、CO、N2和如丙酮醇和不飽和的醛等其它烴類。如果高溫水平維持較長(zhǎng)的一段時(shí)間，則烯烴將轉(zhuǎn)化成永久的烴類氣體、可冷凝的芳香蒸氣和顆粒，如果所述顆粒沒足夠純到適于作為商業(yè)級(jí)CB，所述顆?？梢宰鳛镃BFS原料銷售。
[0070]環(huán)境大氣影響加熱速率和二次反應(yīng)的性質(zhì)。在真空中，在氣相中初級(jí)產(chǎn)品迅速地被除去且對(duì)于進(jìn)一步的反應(yīng)是不可用的。水或蒸汽在某些情況下可以加速分子的分解。無機(jī)鹽和酸催化劑的存在在某些情況下有助于降低所述有效過程的溫度。
[0071]利用CADS，快速熱解過程似乎很適合用于產(chǎn)生油(焦油)和蒸氣，所述蒸氣在冷卻和冷凝之后液化成燃料，所述燃料可以直接在鍋爐和內(nèi)燃機(jī)中使用或被精煉用于如馬達(dá)油、化學(xué)品和粘合劑等更高質(zhì)量的用途。利用為所述熱解反應(yīng)器提供不可或缺的可再循環(huán)的熱源和能源的氣體，它還產(chǎn)生氣體和固體炭產(chǎn)品、以及CB或CBFS顆粒(視情況而定)。
[0072]所述氣化的受控的TCC過程，特別是在過去的十年里作為從作為化石燃料的目標(biāo)替代品的有機(jī)(又稱為可再生)原料中創(chuàng)建新能源的優(yōu)選的方法，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)出現(xiàn)。氣化經(jīng)由它的原料材料的反應(yīng)將碳質(zhì)材料轉(zhuǎn)化成CO和H2，與高溫?zé)峤庀啾?，所述氣化的原料材料的反?yīng)通常在更高的溫度、具有受控的氧氣和/或蒸汽的量以及其它試劑的條件下進(jìn)行。得到的氣體混合物(本身是燃料)以液態(tài)和在更小程度上以固體為代價(jià)而增加。所述氣體可以直接在內(nèi)燃機(jī)燃燒、用于生產(chǎn)甲醇(CH4)和H2或經(jīng)由費(fèi)托(Fischer-Tropsch)合成、加氫處理、加氫裂解、克勞斯(Claus)或其它轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換成更清潔級(jí)的燃料和化學(xué)品O
[0073]與僅僅燃燒(或焚燒)相比，高溫氣化的一個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)是氣化是更高效的且更環(huán)境友好的過程，該過程提煉出了腐蝕性成分，從而允許相對(duì)清潔氣體產(chǎn)品由其它有問題的燃料產(chǎn)生。如以上所提及的，在1，300°C至1，600°C甚至更高的溫度進(jìn)行氣化可以增強(qiáng)對(duì)CB或CBFS上的PAH含量的消除。
[0074]包括伴隨著氣化的分階段熱解的受控的TCC過程與僅與氣化相關(guān)聯(lián)的受控的TCC過程相比，可以產(chǎn)生更多的代替氣體的燃料液體。
[0075]當(dāng)CADS中富含硫酸鹽微粒時(shí)，采用僅氣化或分階段的熱解+氣化可能是具有吸引力的方法。硫和硫酸副產(chǎn)品在接觸到“干”或“濕”洗滌器設(shè)備(各種類型的每個(gè)都通常在市場(chǎng)中是可獲得的)之后可以被回收，這與先進(jìn)的DECAT系統(tǒng)方案相比是環(huán)境友好的選項(xiàng)，不然通過所述先進(jìn)的DECAT方案更有害的硫納米顆粒會(huì)逸出排氣管而在大氣中成核并滲入肺組織造成健康損害。
[0076]預(yù)測(cè)篩選技術(shù)是設(shè)計(jì)、校準(zhǔn)和操縱用于將原料最優(yōu)地轉(zhuǎn)化為具有所需的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境價(jià)值的副產(chǎn)品產(chǎn)量和混合物的TCC過程控制參數(shù)的有用的工具，所述預(yù)測(cè)篩選技術(shù)分析原料的動(dòng)力學(xué)和來源于實(shí)驗(yàn)分析程序(“LAPS”)的其它關(guān)鍵數(shù)據(jù)——諸如(i)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(“CFD”)模型，(ii)包括但不限于ChemCad和Aspen HYSYS的化學(xué)過程模擬軟件和
(iii)在進(jìn)行擴(kuò)大至中試反應(yīng)器之前能夠評(píng)估溫度和壓力對(duì)小原料批量的影響的微型反應(yīng)器系統(tǒng)。通常從事于TCC處理領(lǐng)域的工作的化學(xué)工程師和其它專業(yè)人員已經(jīng)變得足夠精通這類技術(shù)而能夠必要時(shí)以本教導(dǎo)的方法所考慮的方式來利用它們。
[0077]模擬為回收利用CADS而設(shè)計(jì)的TCC過程的D.LAPs
[0078]在制定本教導(dǎo)的同時(shí)，在獨(dú)立的材料評(píng)估設(shè)備上對(duì)取自兼容的DECAT系統(tǒng)的CADS樣品進(jìn)行LAPs。所述被評(píng)估的CAD來自燃燒具有1，480ppm硫的燃料的3.7升中國東風(fēng)車用(Chayong) 4缸增壓Euro II柴油機(jī)所產(chǎn)生的排放物。值得注意的是，當(dāng)在上海的在AVL測(cè)試設(shè)備上進(jìn)行的使用歐洲(“ECE”)標(biāo)準(zhǔn)的2008年排放物測(cè)試的過程中相同的發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油燃料組合與可兼容的DECAT系統(tǒng)一起使用時(shí)，PM質(zhì)量從0.616g/kg的基準(zhǔn)降低至僅
0.099g/kg的水平(降低了 84% )。選擇下文記載的LAPs來模擬所采用的TCC過程的效果，以將CADS回收利用為增值的回收的固體、液體燃料和氣體的混合物。
[0079]所述CADS樣品的光學(xué)顯微鏡分析用于獲得它的物理特征梗概。掃描電子顯微鏡(SEM)分析也被用來提供用于地形學(xué)(topography)、斷口金相學(xué)(fractography)和形態(tài)學(xué)以及晶體結(jié)構(gòu)、顆粒尺寸和形狀的高分辨率電子圖像。
[0080]傅里葉變換紅外(FTIR)光譜分析是用來通過紅外輻射的吸收來鑒定化學(xué)鍵官能基團(tuán)，所述紅外輻射的吸收激發(fā)所述鍵的振動(dòng)模式。FTIR是特別能夠鑒定有機(jī)材料以及有機(jī)污染物以及有機(jī)污染物的化學(xué)鍵。
[0081]差示掃描量熱法(DSC)熱分析是用來測(cè)量熔融溫度、熔解熱、反應(yīng)能量和溫度、相轉(zhuǎn)化溫度和能量、和比熱或熱容。DSC熱分析測(cè)量在加熱或冷卻材料時(shí)材料所吸收的或所釋放的能量的量，并提供關(guān)于吸熱的(加熱吸收)和放熱的(放熱)過程的定量和定性數(shù)據(jù)。采用高達(dá)1000°C的溫度。
[0082]熱重分析(TGA)是用來在氦氣和空氣的氛圍內(nèi)測(cè)量作為增加的溫度函數(shù)和等溫地作為時(shí)間的函數(shù)的所述CADS樣品的重量的變化的量，以模擬氣化的效果。所采用的最高溫度水平是1000°C。
[0083]所執(zhí)行的與本發(fā)明的備有關(guān)的LAPs都集中在從下文所引用的可兼容的DECAT系統(tǒng)中去除的相對(duì)“干燥的”的CADS上。這樣做是為了保守地評(píng)估源自TCC過程的液體和氣體，因?yàn)樵趫?zhí)行LAP之前很多液體和氣體已經(jīng)蒸發(fā)了。盡管使用這種保守的方法，DSC結(jié)果在282°C記錄了大量的能量輸出且在約613°C又記錄了大量的能量輸出，后者的能量輸出更大(12.6KJ/g)，這顯然是由于PAH的分解。所分析的來自285°C、733°C和1000°C批量的TGA殘留物，在每種情況下，在遇到大量的顆粒損失(表示大量的液體和氣體的釋放)之后都表現(xiàn)為細(xì)微顆粒的收集，如果還不是符合商業(yè)級(jí)CB的形式，所述細(xì)微顆粒將足夠作為CBFS。
[0084]應(yīng)該注意的是，沒有在早前記錄的1，3000C -1, 600°C范圍內(nèi)執(zhí)行LAPs來模擬氣化的效果，因?yàn)橐呀?jīng)存在大量的專業(yè)文獻(xiàn)來提供合理的保證，保證包含于CB上的任何殘留的PAH在這樣的氣化后，將是會(huì)產(chǎn)生符合可適用的CB工業(yè)管控標(biāo)準(zhǔn)的性質(zhì)(即，非浸出)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0085]本節(jié)提供了本公開的大體的
【發(fā)明內(nèi)容】
，而并不是其全部范圍或其全部特征的全面的公開。
[0086]本教導(dǎo)尤其改進(jìn)了用于收集凝聚的碳煙的相關(guān)的技術(shù)。已知的現(xiàn)有技術(shù)可以用簡(jiǎn)單的被動(dòng)的設(shè)計(jì)類定義排放控制系統(tǒng)，所述簡(jiǎn)單的被動(dòng)的設(shè)計(jì)以排氣冷卻和金屬絲網(wǎng)過濾器的實(shí)施方案為特征來將PM凝聚為更大和更重的碳煙枝晶，所述碳煙枝晶分離自柴油排氣流、由所謂的柴油微粒轉(zhuǎn)換器捕獲并經(jīng)由逆向噴氣脈動(dòng)收集在外部存儲(chǔ)箱或袋中。在關(guān)于柴油碳煙的處理的相關(guān)技術(shù)中，存在它的創(chuàng)造性收集(CADS)的需要。
[0087]本教導(dǎo)提供了新穎的改進(jìn)，尤其在柴油機(jī)排放控制和環(huán)境和氣候變化治理的領(lǐng)域內(nèi)，通過定義CADS回收利用方法而提供了新穎的改進(jìn)，所述CADS回收利用方法采用受控的TCC過程來產(chǎn)生多變的副產(chǎn)品混合物，當(dāng)所述所述CADS回收利用方法結(jié)合包括但不限于以上所論述的那些的可兼容的DECAT系統(tǒng)時(shí)具有重大的益處。本教導(dǎo)主要針對(duì)被忽視的發(fā)展中國家的市場(chǎng)，所述發(fā)展中國家在處理具有引人注目的全球影響的大量的相關(guān)的能源、健康和環(huán)境問題的同時(shí)面臨著在經(jīng)濟(jì)上燃料增長(zhǎng)的需要的挑戰(zhàn)，如這里稍后所更充分地解釋的。
[0088]本教導(dǎo)將如CADS等有害的污染物回收利用作為TCC過程的原料。盡管先前所發(fā)行的基于TCC過程的專利已經(jīng)定義了將諸如化石燃料(煤、石油、頁巖、褐煤、泥炭、石油餾分)和生物質(zhì)(有機(jī)廢物、殘留物或生物質(zhì)增長(zhǎng)的化學(xué)品)等原材料原料轉(zhuǎn)化成商業(yè)上可再度使用的固體、液體和氣體的方法，但他們均不同于本教導(dǎo)。在每種情況中，盡管將各自的原料引入到用于它們的熱化學(xué)的分解的熱解和/或氣化的過程，但動(dòng)力學(xué)參數(shù)是不同的，因?yàn)槊糠N原料的化學(xué)和物理組成是明顯獨(dú)特的。
[0089]如以上所記錄的，本公開通過克服現(xiàn)有的DECAT技術(shù)的CADS處理方面的缺點(diǎn)、通過定義CADS回收利用方法代表了一種改進(jìn)，所述CADS回收利用方法采用受控的TCC過程來產(chǎn)生多變的副產(chǎn)品混合物，當(dāng)所述CADS回收利用方法結(jié)合可兼容的DECAT系統(tǒng)時(shí)具有全球矚目的益處。它主要針對(duì)被忽視的發(fā)展中國家的市場(chǎng)，所述發(fā)展中國家在處理具有大量的全球影響的大量的相關(guān)的能源、健康和環(huán)境問題的同時(shí)面臨著在經(jīng)濟(jì)上燃料增長(zhǎng)的需要的挑戰(zhàn)。
[0090]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，用于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境益處的回收利用的方法是通過凝聚的碳煙的受控的TCC處理來完成的，所述凝聚的碳煙通過兼容的DECAT系統(tǒng)捕獲并收集自所述兼容的DECAT系統(tǒng)，通過所述可兼容的DECAT系統(tǒng)所述方法包括收集所捕獲的凝聚的柴油碳煙(“CADS”)作為原料、將所述CADS裝載入受控的TCC用于熱解(通常不需要添加空氣或氧氣)、和在所述反應(yīng)器中采用分時(shí)段的加熱和壓力直到所述CADS最終充分地分解以回收固體、油(焦油)和蒸氣、和氣體的步驟，所述氣體被分離、收集、存儲(chǔ)和移出用于商業(yè)銷售或傳遞到這里所規(guī)定的附加的過程。所述方法進(jìn)一步包括用管道將在所述反應(yīng)器中所產(chǎn)生的油(焦油)和蒸氣輸送到腔室(chambers)，在所述腔室它們被冷卻并冷凝成液體形式，所述液體形式可以用作用于鍋爐和內(nèi)燃機(jī)或可以精煉用于諸如馬達(dá)油、化學(xué)品和粘合劑等更高質(zhì)量的用途。此外，在所述TCC反應(yīng)器中所產(chǎn)生的氣體可以被再循環(huán)為該方法的操作的不可或缺的熱源和能源。所述副產(chǎn)品油(焦油)、蒸氣和氣體的管道流通過閥門來調(diào)控，所述閥按照伴隨的TCC過程控制系統(tǒng)的指示進(jìn)行打開和關(guān)閉，所述TCC過程控制系統(tǒng)尤其裝備有常用的熱電偶、壓力傳感器和馬達(dá)控制器，用于監(jiān)測(cè)TCC溫度和壓力、以及原料裝載率。
[0091]在本公開的不同的方面，所述CADS可替換地裝載入用于氣化的受控的TCC反應(yīng)器，并在氧氣和/或蒸汽存在下經(jīng)受分時(shí)段的加熱的各種溫度，以產(chǎn)生更傾向于氣體的副產(chǎn)品混合物，在它們變?yōu)檫m于再度使用之前將所述氣體暴露于洗滌器設(shè)備，這時(shí)產(chǎn)生硫和硫酸副產(chǎn)品。所采用的洗滌器設(shè)備的類型可以取決于各種因素，特別是CADS回收的位置(即，它是否在淡水或海水的附近)。一些洗滌器使用如海水或淡水等液體來從氣體流中洗去不想要的污染物；其它的洗滌器將干試劑或漿料(slurry)注入到所述排氣中以消除酸性氣體；一些洗滌器甚至采用超低頻電解來減少伴隨SOx的C02和NOx。這些類型的每一種均可以與本發(fā)明一起使用。[0092]在本公開的進(jìn)一步的方面中，在熱解中所回收的副產(chǎn)品進(jìn)一步暴露于各種水平的分時(shí)段的加熱，作為附加的階段氣化過程的部分，所述附加的階段氣化過程在氧氣和/或蒸汽的存在下發(fā)生以產(chǎn)生副產(chǎn)品混合物，所述副產(chǎn)品混合物具有更多的是液體燃料而不是通過僅氣化所產(chǎn)生的氣體(如以下所記錄的)。
[0093]在本公開的又一個(gè)方面，采用了在OGV上的集成的DECAT+回收利用系統(tǒng)，這不僅是為了從OGV的主發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中所產(chǎn)生的CADS的TCC的處理，而且還為了從所述OGV的石油貨物存儲(chǔ)區(qū)域和如以上所更充分描述的其它OGV廢物中散發(fā)的有毒的(VOC)蒸氣。
[0094]適用性的進(jìn)一步的領(lǐng)域根據(jù)這里所提供的描述將變得顯而易見。在本
【發(fā)明內(nèi)容】
中的描述和具體的實(shí)施例僅是為了說明的目的，而沒有試圖限制本公開的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0095]這里所描述的附圖是僅為了對(duì)所選的實(shí)施方案而不是所有可能的實(shí)施方式的說明的目的，且沒有試圖限制本公開的范圍。
[0096]圖1是示出了已知的柴油碳煙形成過程的流程圖，通過該流程圖，在流經(jīng)可兼容的DECAT系統(tǒng)之后，在柴油機(jī)排氣中的所排放的PM的各種組分最終形成CADS，在所述可兼容的DECAT系統(tǒng)中所述PM的各種組分被凝聚、捕獲和收集。
[0097]圖2是本教導(dǎo)的一個(gè)框圖，通過該框圖，圖1中的CADS經(jīng)受基于熱解的受控的TCC的過程。
[0098]圖3是本教導(dǎo)的框圖，通過該框圖，圖1中的CADS基于氣化經(jīng)受受控的TCC過程。
[0099]圖4是根據(jù)本發(fā)明的過程的替代性實(shí)施方案的框圖，通過該框圖，集成的DECAT+回聲系統(tǒng)在OGV上操作。
[0100]圖5是進(jìn)一步解決了(addressing)OGV排氣流的框圖，該圖進(jìn)一步示出了如何采用排氣流旁路系統(tǒng)來(a)防止船的主發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助發(fā)動(dòng)機(jī)因經(jīng)由逆向噴氣脈動(dòng)的CADS的周期性收集而中斷和(b)使所述DECAT+回收利用排氣(所述排氣這時(shí)已經(jīng)被除去了 CADS但仍富含S0x/S02)選擇性地繞過所述洗滌器以促進(jìn)硫酸鹽排放物的形成，所述硫酸鹽排放物將提供大氣中極其需要的冷卻作用力，以加快由GW作用力所造成的CC的逆轉(zhuǎn)。
[0101]本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)會(huì)在考慮了以下的詳細(xì)描述后變得明顯。
【具體實(shí)施方式】
[0102]現(xiàn)在參照附圖將更充分地描述示例性實(shí)施方案。相應(yīng)的附圖標(biāo)記指示遍及附圖的幾個(gè)視圖的相應(yīng)部分。
[0103]圖1至圖5主要用來幫助描述本教導(dǎo)的主要的實(shí)施方案和特征。以下的描述僅僅是示例性的，而決不試圖限制該發(fā)明、它的應(yīng)用或用途。
[0104]首先參照?qǐng)D1，提供了現(xiàn)有技術(shù)的視圖，該視圖示出了 CADS如何從它的在柴油機(jī)排氣中的起源演變成經(jīng)受本回收利用方法的原料。必須要強(qiáng)調(diào)的是，盡管存在一些基本的相似之處，但不是所有的CADS原料批次都具有相同的組成成分或產(chǎn)生相同的副產(chǎn)品混合物，因?yàn)樗鼈兪莾?nèi)在地不同的發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料(特別是硫水平)、排氣系統(tǒng)和與本發(fā)明兼容的DECAT系統(tǒng)的產(chǎn)品。因此，為了安全和效率以及為了最大化所產(chǎn)生的副產(chǎn)品的價(jià)值，采用預(yù)測(cè)建模技術(shù)工具來建立TCC過程的控制方案、參數(shù)和儀器是有益的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本教導(dǎo)可以與以任何已知的方式所收集的CADS —起使用。
[0105]CADS是凝聚的材料，所述凝聚的材料包含固體(就質(zhì)量而言主要是元素黑碳)顆粒、與PM的變得可吸附至其上的可溶的有機(jī)和硫酸鹽片段，如這里所詳細(xì)描述的。各種CADS成分以小于I %至多達(dá)40%以上的量存在(如在元素/黑碳的情況中)。說明性地，在制定本教導(dǎo)的過程中，一種經(jīng)受LAPs的典型的CADS原料樣品包含46.0% C，,36.9% O、
5.5% SiU.88% AlU.6% CaU.36% SU.35% FeU.3% MgU.09% Na,0.96% F、0.67%Mn,0.64% Zn,0.54% Ag 和 0.2% P。
[0106]幾個(gè)變量可以影響通過本教導(dǎo)所產(chǎn)生的副產(chǎn)品。例如，相對(duì)的CADS “濕度”(即，SOF吸附在碳顆粒上或表現(xiàn)為細(xì)小的液滴的程度)影響通過這種循環(huán)方法所產(chǎn)生的副產(chǎn)品混合物。影響CADS濕度的一些主要的變量是已經(jīng)過去的采集后的時(shí)間和在將CADS裝載入TCC反應(yīng)器之前暴露于造成蒸氣釋放的任意環(huán)境。
[0107]仍然參照?qǐng)D1，CADS原料通常存在為直徑很少大于10微米的小顆粒。結(jié)果，就TCC過程的預(yù)處理而言，需要相對(duì)少的步驟，這樣(a)節(jié)省了后處理時(shí)間和物流；(b)使得CADS成為用于與其它可兼容的TCC過程原料共處理的良好的候選者，如果希望推遲或避免安裝專為本發(fā)明所設(shè)計(jì)的離散設(shè)備的資本成本，從而為再循環(huán)器(recyclers)提供外包的TCC處理的靈活性；和(c)增加了共處理CADS與在OGVs上所產(chǎn)生的其它廢物源的機(jī)會(huì)，如上文先前所描述的和在圖4中更充分地描述的。
[0108]在CADS經(jīng)受TCC處理之前，所述CADS原料可以可選擇地與水、蒸汽和氫氣混合來加速分子的分解以及吸引(attract)硫離開顆粒以增強(qiáng)所述再循環(huán)器符合可適用的CB或CBFS商業(yè)級(jí)規(guī)格(特別關(guān)于硫含量)的能力或如果希望增加硫酸副產(chǎn)品的產(chǎn)量。所述反應(yīng)器中的無機(jī)鹽和酸性催化劑的存在可以在某些情況下幫助降低有效的處理溫度。
[0109]采用預(yù)測(cè)篩選技術(shù)來制定過程控制和建立用于這種回收利用方法的儀器和操作參數(shù)可能是用的。有益于本教導(dǎo)的預(yù)測(cè)篩選技術(shù)包括但不限于(a)LAPs，(b)CFD模型，(c)化學(xué)過程模擬軟件(諸如ChemCad和AspenHYSYS等等)和(d)促進(jìn)研究溫度和壓力對(duì)小原料批量的影響的微型反應(yīng)器系統(tǒng)。當(dāng)嘗試設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)或操縱TCC過程控制參數(shù)時(shí)，每種技術(shù)都能夠有助于評(píng)估以上所提到的和其它因素，所述控制參數(shù)旨在產(chǎn)生將產(chǎn)生所需的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境價(jià)值的CADS副產(chǎn)品混合物。
[0110]本教導(dǎo)的一個(gè)不例性的實(shí)施方案在圖2中不出，其中，樣品CADS原料I被裝載入受控的TCC反應(yīng)器2。其后，采用分時(shí)段的加熱、大氣壓力和其它元素(一些是可選的)直到CADS充分地分解成適用于分離、收集、存儲(chǔ)和作為商品銷售、以及在某些情況下再度使用為用于本教導(dǎo)的不可或缺的熱源和能源的油(焦油)和蒸氣、氣體和固體副產(chǎn)品。
[0111]仍然參照?qǐng)D2，可與本教導(dǎo)一起使用的一種這樣的受控的TCC過程方法是熱解，所述熱解典型的沒有空氣或氧氣。各種熱解類型(烘焙、緩慢、常規(guī)、快速等)通過諸如加熱速率(加熱時(shí)間的長(zhǎng)短和強(qiáng)度)、占主導(dǎo)地位的溫度和壓力、以及環(huán)境大氣的存在等因素來區(qū)分。反應(yīng)在一定的溫度范圍內(nèi)發(fā)生，且在所述過程中初步形成的那些副產(chǎn)品可以經(jīng)歷在二次反應(yīng)中的轉(zhuǎn)化。熱解反應(yīng)的順序和速率的控制、以及影響速率的因素有助于確定副產(chǎn)品產(chǎn)量和混合物。
[0112]烘焙是通常在約200°C至約300°C進(jìn)行以干燥CADS和提高它的發(fā)熱值的預(yù)處理熱解選項(xiàng)。當(dāng)熱解溫度達(dá)到約300°C至約500°C的范圍時(shí)，所述SOF從CADS中釋放出以產(chǎn)生油(焦油)(以下稱為熱解油3)和蒸氣。常見的SOF包括本文先前所公開的那些。所述SOF隨著溫度的上升而逐步分離。
[0113]如圖2中所提到的，熱解油3和蒸氣4可以用管輸送到冷卻和冷凝的腔室5，在腔室5中，它們被液化6并存儲(chǔ)為可再度使用的燃料7。所述可再度使用的燃料可以直接在鍋爐和內(nèi)燃機(jī)中燃燒或可以精煉用于諸如馬達(dá)油、化學(xué)品和粘合劑等更高質(zhì)量的用途。
[0114]當(dāng)所述TCC反應(yīng)器中的溫度達(dá)到近似約500°C至約750°C時(shí)，附加的反應(yīng)發(fā)生，通過該反應(yīng)，形成氣體(在此也稱為熱解氣體8)。所產(chǎn)生的加熱可以再循環(huán)到所述反應(yīng)器以提供本文所限定的方法的不可或缺的熱源和能源9。
[0115]當(dāng)所述TCC反應(yīng)器中的熱解溫度接近近似1000 V時(shí)，所述CADS通常已經(jīng)充分地分解以回收最終能夠被分離的固體商業(yè)級(jí)副產(chǎn)品。分離典型地經(jīng)由旋風(fēng)分離器(cyclone)或離心機(jī)10來進(jìn)行，但也可以使用本領(lǐng)域已知的其它分離方法。在分離所述固體副產(chǎn)品后，將它們移出、存儲(chǔ)并最終作為商品銷售，即CBll或CBFS12(視情況而定)、炭13和非有機(jī)灰14。
[0116]可以提取圖2中的CB、CBFS、炭和烴類蒸氣用于作為原料在各種富勒烯相關(guān)的過程中的任意過程中引入，所述各種富勒烯相關(guān)的過程包括但不限于激光氣化(或消融(ablation))，熱梯度化學(xué)氣相沉積和電弧放電，以使諸如C60和C70等富勒烯可以形成，以成為用于合成單壁碳納米管的前體?；蛘撸瑸榱讼嗤哪康?，所述取自圖1的CADS可以首先經(jīng)受任意上述的富勒烯相關(guān)過程，并將其后的凈殘留CADS材料(前富勒烯(ex-fullerenes))裝載入TCC過程反應(yīng)器并經(jīng)受如在圖2的起點(diǎn)所描述的相同的過程。
[0117]圖3描述了根據(jù)本教導(dǎo)的另一種受控的TCC過程方法。如所示出的，本教導(dǎo)在氧氣和/或蒸汽存在下，采用具有分時(shí)段的加熱的低和/或高溫氣化。目的是產(chǎn)生更傾向于氣體的副產(chǎn)品混合物，以下稱為發(fā)生爐煤氣(producer gas) 16和合成氣體17。
[0118]發(fā)生爐煤氣16通過相對(duì)低的溫度的氣化來實(shí)現(xiàn)，所述相對(duì)低的溫度的氣化通常在約500°C至約750°C發(fā)生以產(chǎn)生CO和H2、C02和一系列諸如甲烷(CH4)等具有來自空氣中的氮(N)的烴類的混合物。得到的混合物最終可以在用于加熱的鍋爐中或用于電或熱電聯(lián)產(chǎn)的內(nèi)燃機(jī)(internal combustion gas engine)中燃燒。
[0119]合成氣體通過相對(duì)較高的溫度的氣化來實(shí)現(xiàn)，所述相對(duì)較高的溫度的氣化通常在約750°C至約1000°C的范圍內(nèi)發(fā)生或在一些情況下在更高的溫度發(fā)生，以產(chǎn)生CO和H2的混合物18，混合物18在凈化去除雜質(zhì)之后，可以用于產(chǎn)生甲醇和氫氣，所述甲醇和氫氣通過其它轉(zhuǎn)化過程19可轉(zhuǎn)化為更清潔級(jí)的可再度使用的燃料20，該其它轉(zhuǎn)化過程19包括但不限于費(fèi)托合成、Claus、加氫處理和加氫裂解。
[0120]發(fā)生爐煤氣16和合成氣體17經(jīng)過洗滌器設(shè)備14以在它們的再度使用或隨后轉(zhuǎn)化成其它更高價(jià)值的副產(chǎn)品之前除去S0x/S02。通常可用于該目的的洗滌器包括多種空氣污染設(shè)備(air pollution devices),所述空氣污染設(shè)備能夠用于從工業(yè)和如以上所提及的其它排氣流中去除微粒和/或氣體(諸如S0x/S02)。通過將發(fā)生爐煤氣16和合成氣體17暴露于洗滌器設(shè)備14所產(chǎn)生的副產(chǎn)品主要包括硫和硫酸15、以及灰。
[0121]應(yīng)當(dāng)理解可將圖2和圖3的教導(dǎo)結(jié)合來產(chǎn)生通過本教導(dǎo)可采用的另一種受控的TCC過程方法。這樣的結(jié)合包括分階段的熱解+氣化(基本上已經(jīng)經(jīng)由圖2和圖3的結(jié)合的效果示出)以產(chǎn)生與通過僅氣化所產(chǎn)生的副產(chǎn)品混合物相比傾向于更多的液體燃料的副產(chǎn)品混合物。
[0122]本教導(dǎo)需要CADS在某些情況下暴露于足夠高的TCC過程溫度(高達(dá)約1300°C至約1600°C或更高的溫度，如果有必要的話)以確保吸附在最終的(finished)CB顆粒上的PAH的性質(zhì)和水平滿足可適用的管控標(biāo)準(zhǔn)。為了將CBFS副產(chǎn)品銷售給可以最終將其加工成充分符合商業(yè)級(jí)CB的CB制造商，本教導(dǎo)還提供了將通過本發(fā)明所處理的CADS轉(zhuǎn)化成CBFS副產(chǎn)品(而不是CB本身)的選項(xiàng)。
[0123]圖4示出了集成的DECAT+回收利用系統(tǒng)是如何在OGV上起作用的，所述OGV包括但不限于乘客游艇、船舶和遠(yuǎn)洋班輪、集裝箱船、散貨船、滾裝船、冷藏船、干貨船、原油、化學(xué)品和氣體油輪、海軍艦艇和其它補(bǔ)給艦，以完成以下:(i)凝聚、捕獲和收集(每圖1)和回收利用(每圖2)由OGV排氣、以及以上所更充分鑒定的各種形式的OGV有毒廢物所產(chǎn)生的CADS (特別是BCS、VOC、PAH片段)，使得液體燃料副產(chǎn)品在所述船的主發(fā)動(dòng)機(jī)或輔助發(fā)動(dòng)機(jī)中再度使用，氣體副產(chǎn)品再循環(huán)以提供用于所述TCC反應(yīng)器的不可或缺的熱源和能源和固體副產(chǎn)品(主要是CB和CBFS)被存儲(chǔ)用于轉(zhuǎn)售；(ii)利用本發(fā)明的回收利用系統(tǒng)的相關(guān)方面將提取自O(shè)GV的石油貨物存儲(chǔ)部分中的缺量空間(ullage spaces)的有毒的(VOC)蒸氣轉(zhuǎn)化成液體燃料；(iii)在需要促進(jìn)OGV符合IMO和ECA燃料和排放物法規(guī)的情況下，用現(xiàn)成且天然的緩沖海水清洗所述DECAT+回收利用處理過的排氣氣體(除去了 BCS、VOC和PAH但典型地富含S0x/S02);或者，為了使先前的所處理的廢氣排氣繞過所述洗滌器，可以在計(jì)劃和管理的基礎(chǔ)上采用選擇性的(編程的)空氣流旁路閥，從而促進(jìn)硫酸鹽顆粒在大氣中形成，在大氣中所述硫酸鹽顆粒的極其重要的冷卻作用力被期望來加快由GW作用力所造成的CC的逆轉(zhuǎn)，如圖5中所更詳細(xì)地描述的；(iv)或者在那是所需的排放策略的情況下，采用超低頻電解洗滌器來連同減少S0x/S02同時(shí)也減少C02和NOx ;和(V)如果NOx的減少是追求代替以上(iv)所提到的選項(xiàng)的所需的排放策略，則使先前所處理的硫減少的(sulfur-depleted)排氣經(jīng)受EGR或SCR形式的延長(zhǎng)的后處理選項(xiàng)。
[0124]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)很容易理解以上在(iii)至(V)中所引用的設(shè)備也可以在基于陸地的CADS回收利用設(shè)備上應(yīng)用，特別是在那些安裝在海水附近的設(shè)備上。
[0125]圖5示出了如何防止OGV排氣流的中斷(和實(shí)際上OGV的主發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助發(fā)動(dòng)機(jī))，所述中斷否則會(huì)由經(jīng)由逆向噴氣脈動(dòng)的CADS的周期性收集而造成。為了防止這樣的中斷，采用脈動(dòng)(pulsing)的自動(dòng)化系統(tǒng)，所述脈動(dòng)的自動(dòng)化系統(tǒng)使用通過可編程的定時(shí)器所預(yù)設(shè)的閥門來(a)周期性地關(guān)閉附隨的柴油微粒過濾器(或現(xiàn)有的DECAR技術(shù)所稱的“轉(zhuǎn)換器”)的進(jìn)口和出口的部分，(b)實(shí)行所述將CADS傳送至收集室(collectionchamber)的脈動(dòng)操作，在本發(fā)明的回收利用方面之前在所述收集室存放所述材料，和(C)重新打開所述轉(zhuǎn)換器的進(jìn)口和出口部分用于恢復(fù)過濾。當(dāng)關(guān)閉一組轉(zhuǎn)換器用于脈動(dòng)時(shí)，在多個(gè)轉(zhuǎn)換器過濾器的布置的情況中，OGV排氣重新定向到其它轉(zhuǎn)換器過濾器組。此外，如前所述，圖5示出了 DECAT+回收利用排氣(所述排氣這時(shí)已經(jīng)被除去了 CADS但仍富含SOx/S02)是如何能夠選擇性繞過所述洗滌器而允許硫酸鹽排放物來提供大氣中極其需要的冷卻作用力，以加快由GW作用力所造成的CC的逆轉(zhuǎn)。
[0126]本公開考慮了結(jié)合產(chǎn)生CADS的可兼容的DECAT系統(tǒng)的實(shí)施，涉及OEM或尤其在卡車、公共汽車、工程車輛和設(shè)備、農(nóng)用車輛和設(shè)備、電力發(fā)電機(jī)和OGVs上的改進(jìn)應(yīng)用。特別是，考慮到本教導(dǎo)可以結(jié)合采用具有350+ppm的硫含量特別是當(dāng)硫含量超過IOOOppm的柴油燃料的應(yīng)用來實(shí)施。
[0127]因此，本發(fā)明特別適合用于發(fā)展中國家的市場(chǎng)，所述發(fā)展中國家的市場(chǎng)由許多高發(fā)射體(high-emitter)(又稱為超級(jí)發(fā)射體)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成且在處理具有大量的全球影響的大量的相關(guān)的能源、健康和環(huán)境問題的同時(shí)面臨著在經(jīng)濟(jì)上燃料增長(zhǎng)的需要的挑戰(zhàn)。
[0128]因此，本教導(dǎo)提供了用于回收利用收集自排放控制系統(tǒng)的凝聚的柴油碳煙的系統(tǒng)和方法，回收利用所述凝聚的柴油碳煙用于TCC反應(yīng)器原料的目的，然后使所述CADS原料經(jīng)受設(shè)計(jì)為將它分解成有價(jià)值的副產(chǎn)品的各種處理步驟，所述副產(chǎn)品被回收、分離和移出用于商業(yè)用途。
[0129]鑒于上述描述，對(duì)本教導(dǎo)的多種修改對(duì)與其相關(guān)的各領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的。因此，本文所提供的描述應(yīng)當(dāng)被解釋為僅是說明性的，且提供用于使本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行制作和使用該發(fā)明和教導(dǎo)實(shí)施其的最好的模式。例如，第三受控的TCC過程，基于階段性的熱解+氣化并沒有在附圖中示出，因?yàn)樗举|(zhì)上是圖2和圖3的重復(fù)。在此保留落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有修改的專有權(quán)。
[0130]為了說明和描述的目的，已經(jīng)提供了所述實(shí)施方案的上述描述。它并沒有試圖是詳盡無疑的或試圖限制本公開。特定實(shí)施方案的單個(gè)的元素或特征通常不局限于該特定的實(shí)施方案，而是可互換的且可以用于所選的實(shí)施方案(如果需要的話)，即使沒有特別地顯示或描述。相同的也可以在許多方面是不同的。在這方面，可以修改本文所描述的每個(gè)實(shí)施方案以包括
[0131]結(jié)合不同的實(shí)施方案所公開的任意結(jié)構(gòu)或方法。這種變化不應(yīng)該被視為背離了本公開，且所有這些修改都旨在包含于所述公開的范圍內(nèi)?？s略詞
[0132]ASTM:美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)
[0133]PM:顆粒物
[0134]BC:炭黑SCR:選擇性催化還原
[0135]BCS:炭黑碳煙
[0136]SEM:掃描電子顯微鏡
[0137]CADS:所捕獲的凝聚的柴油碳煙
[0138]S0F:可溶性有機(jī)級(jí)分
[0139]CB:炭黑
[0140]S0L:固體級(jí)分
[0141]CBFS:黑炭原料
[0142]TCC:熱化學(xué)轉(zhuǎn)化
[0143]CC:氣候變化
[0144]TGA:熱重分析
[0145]CFD:計(jì)算流體力學(xué)
[0146]ULSD:超低硫的柴油
[0147]DECAT:柴油排放控制后處理
[0148]UN:聯(lián)合國
[0149]DSC:差示掃描量熱法[0150]VOC:揮發(fā)性有機(jī)化合物
[0151]ECA:排放控制領(lǐng)域
[0152]ECE:歐洲排放周期
[0153]EGR:排氣再循環(huán)
[0154]EPA:環(huán)境保護(hù)署
[0155]FTIR:傅立葉變換紅外
[0156]GHG:溫室氣體
[0157]GW:全球變暖
[0158]ICBA:國際炭黑協(xié)會(huì)
[0159]IMO:國際海事組織
[0160]IPCC:國際氣候變化委員會(huì)
[0161]LAPS:實(shí)驗(yàn)分析程序
[0162]OE⑶:經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織
[0163]OEM:原始設(shè)備制造商
[0164]OGV:遠(yuǎn)洋船舶
[0165]PAH:多核(也稱為多環(huán))芳香烴
【權(quán)利要求】
1.回收利用所捕獲的凝聚的碳煙的方法，所述凝聚的碳煙通過柴油排放控制后處理(DECAT)系統(tǒng)捕獲并收集自所述柴油排放控制后處理(DECAT)系統(tǒng)，所述方法包括: 收集所捕獲的凝聚的柴油碳煙(CADS)作為原料； 將所述CADS裝載入受控的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化(TCC)過程反應(yīng)器中； 在所述受控的TCC過程反應(yīng)器中采用分時(shí)段的加熱和加壓直到所述CADS充分地分解，以回收固體、液體燃料和氣體； 用管道將在所述受控的TCC過程反應(yīng)器中產(chǎn)生的熱解油(焦油)和蒸氣輸送到腔室； 將所述熱解油和蒸氣冷卻和冷凝為液體形式；和 將在所述受控的TCC過程反應(yīng)器中所產(chǎn)生的熱解氣體再循環(huán)，用于作為熱源和能源使用。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述液體形式可用作用于鍋爐和內(nèi)燃機(jī)的直接燃料且可精煉作為馬達(dá)油、化學(xué)品和粘合劑使用。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括采用可選擇的在200°C_300°C進(jìn)行的烘焙的熱解處理來干燥CADS以提高發(fā)熱值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括將所述CADS與水和/或蒸汽混合以加速分子的分解，以及提供氫氣，所述氫氣吸引CADS的硫級(jí)分而產(chǎn)生更多的硫酸副產(chǎn)品和/或確保CB或CBFS副產(chǎn)品充分不含硫分以滿足適用的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括提供無機(jī)鹽和酸催化劑以降低有效的分子分解過程溫度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括采用快速熱解的工藝，以產(chǎn)生包含相對(duì)更多的液體燃料和更少的氣體的副產(chǎn)品混合物。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括采用慢熱解的工藝以產(chǎn)生相對(duì)更平衡的固體、液體燃料和氣體副產(chǎn)品的混合物。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述TCC過程反應(yīng)器中所采用的用于熱解的加熱在不存在氧氣的條件下為至少1000°c。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法進(jìn)一步包括將所述CADS裝載入TCC反應(yīng)器并用在氧氣和/或蒸汽存在下所采用的分時(shí)段的加熱的溫度進(jìn)行氣化，以產(chǎn)生氣體占比更多的副產(chǎn)品混合物。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，包括: 首先使所述TCC反應(yīng)器中的CADS經(jīng)受熱解；然后在氧氣和/或蒸汽的存在下氣化所述CADS。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述受控的TCC反應(yīng)器中所采用的氣化加熱可以提高到1300°C -1600°C的溫度水平或如果需要的話提高到甚至更高的溫度水平，以減少吸附在所述CB或CBFS副產(chǎn)品上的PAH。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述受控的TCC反應(yīng)器中的氣化反應(yīng)在相對(duì)低的溫度最終產(chǎn)生具有烴類混合物的發(fā)生爐煤氣，所述發(fā)生爐煤氣可以在用于加熱的鍋爐中或用于發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)的內(nèi)燃機(jī)中燃燒。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述受控的TCC反應(yīng)器中的氣化反應(yīng)在相對(duì)較高的溫度(與產(chǎn)生發(fā)生爐煤氣的那些溫度相比)在蒸汽或氧氣存在下最終產(chǎn)生具有CO和H2混合物的合成氣體，所述合成氣體可以用于產(chǎn)生CH4和H2，所述CH4和H2可以傳送到費(fèi)托合成、加氫處理、加氫裂解、克勞斯或其它轉(zhuǎn)化過程，以產(chǎn)生成更清潔級(jí)別的燃料和化學(xué)品。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在發(fā)生爐煤氣和合成氣體再度使用或最終轉(zhuǎn)化成其它更高價(jià)值的副產(chǎn)品之前，使發(fā)生爐煤氣和合成氣體通過洗滌器設(shè)備來除去S0x/S02。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述洗滌器設(shè)備使用諸如海水或淡水等液體來從氣體流中洗去不想要的污染物；或?qū)⒏稍噭┗驖{料注入到所述氣體流中，所述氣體流在干燥之后產(chǎn)生石膏副產(chǎn)品；或采用超低電解過程來減少伴隨SOx的C02和NOx。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中包括炭、CB、CBFS和非碳灰的回收的固體尤其通過旋風(fēng)分離器或離心機(jī)進(jìn)行分離、收集、分裝，然后準(zhǔn)備作為商品銷售。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，回收的炭、CB和CBFS、以及從所述TCC過程反應(yīng)器流動(dòng)至冷凝和冷卻腔室的烴類蒸氣被提取作為原料引入到各種富勒烯形成的過程中的任意過程中，所述各種富勒烯的形成過程包 括但不限于激光氣化(或消融)、熱梯度化學(xué)氣相沉積和電弧放電。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，CADS首先經(jīng)受富勒烯形成的過程，所述富勒烯形成的過程包括但不限于激光氣化(或消融)、熱梯度化學(xué)氣相沉積和電弧放電，之后收集凈殘留的前富勒烯CADS并作為原料引入至受控的TCC反應(yīng)器以進(jìn)行熱解和/或氣化。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，將諸如C60和C70等富勒烯形成為涉及單壁碳納米管的合成的過程的基本部分。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，使CADS原料樣品經(jīng)受預(yù)測(cè)篩選技術(shù)工具，所述預(yù)測(cè)篩選技術(shù)工具包括但不限于實(shí)驗(yàn)分析程序(LAPS)、計(jì)算流體力學(xué)模型、化學(xué)過程模擬軟件(包括但不限于ChemCad和AspenHYSYS等等)和微型反應(yīng)器系統(tǒng)，所述微型反應(yīng)器系統(tǒng)在所述CADS通過本文所限定的方法被處理之前，能夠促進(jìn)研究溫度和壓力對(duì)小批量原料的影響，這些預(yù)測(cè)篩選工具用于設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)或操縱過程控制參數(shù)，以最大化安全性和將原料最大化轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生所需的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境價(jià)值的副產(chǎn)品混合物。
【文檔編號(hào)】F01N3/023GK103930657SQ201280054357
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月6日
【發(fā)明者】邁克爾·B·羅爾夫斯 申請(qǐng)人:迪爾伯恩金融公司