CN101972605A - 一种用于海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的方法，属于大气污染控制和海洋船舶尾气排放控制领域，是将尾气按喷雾增湿降温区、放电氧化区和海水洗涤区的顺序依次通过，完成一体化脱硫脱硝。由小海水泵、尾气增湿降温管道和喷嘴组成的喷雾增湿降温区使尾气增湿降温；由等离子体发生器组成的放电氧化区使SO₂和NO被大量HO₂、·OH等氧化性自由基转化为硫酸和硝酸；由海水洗涤塔、填料、大海水泵组成的海水洗涤区使硫酸和硝酸转化为硫酸盐和硝酸盐，并将达标尾气和洗涤水排放。利用本发明形成的一体化尾气脱硫脱硝系统具有能耗低、体积小、价格便宜、无需海水水质恢复系统和原料储运、产物可直排海洋等优点。

Description

一种用于海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的方法

技术领域

本发明涉及一种用于海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的方法，尤其是指一种将喷雾增湿冷却、放电氧化和海水洗涤三个过程串联为一体的海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝方法，属于大气污染控制和海洋船舶尾气排放控制领域。

背景技术

对于海洋船舶柴油机排放尾气中NO_x和SO_x的净化，目前主要有分别针对两种污染物的SCR法和海水洗涤法，但这两种方法均不能高效率地一体化脱除NO_x和SO_x，这样就难以完全单独利用其中的某一种方法使船舶尾气同时满足国际海事组织MARPOL73/78公约附则VI修正案中分别对NO_x和SO_x浓度的限值要求，因此需要在船舶上同时使用两套系统来分别进行脱硫脱硝，这就势必极大地增加船舶尾气脱硫脱硝的成本。

为使用同一套系统一体化脱除NO_x和SO_x，杨国华等(杨国华，胡文佳，周江华，胡海刚.船舶尾气臭氧氧化-海水吸收的脱硫脱硝工艺研究.内燃机学报，2008，26(3)：278-282)提出用臭氧氧化结合海水洗涤工艺来实现海洋船舶尾气的一体化脱硫脱硝，该工艺利用臭氧氧化将尾气中的NO氧化为NO₂，然后在洗涤吸收塔中利用海水喷淋将NO₂和SO₂转化为硝酸盐和含硫盐，从而完成船舶尾气脱硫脱硝的关键步骤。

但该臭氧氧化结合海水洗涤工艺还存在两个需要解决的问题：①该工艺所需的臭氧发生器功耗过大、体积庞大、价格昂贵。以3000kW船用柴油机为例，如果尾气中NO排量为11g/(kW.h)，那么按照O₃摩尔数∶NO摩尔数＝1∶1的原则，计算得到氧化NO所需的臭氧发生器的产量应该为52.8kg/h，而目前臭氧产量为50kg/h的大型氧气源臭氧发生器的功率为400kW、外形尺寸为4900mm×4000mm×3000mm、价格超过400万，可见，如果采用该工艺，仅氧气源臭氧发生器的功耗就占柴油机功率的13.33％，如果采用空气源臭氧发生器，则其功耗将增加一倍，另外可以看出，该臭氧发生器体积庞大、价格昂贵。②该工艺还需要附加一个处理洗涤废海水的海水水质恢复系统，这不仅会额外消耗大量的电能，而且会使整个尾气脱硫流程延长。这是由于臭氧在干燥气流中氧化SO₂的效率极低，因此它在洗涤塔中被海水内的碱性物质中和后，以SO₃ ^2-的形式存在于洗涤废海水中，使其呈酸性，不能直接排入海洋，所以需要将洗涤废海水送至海水水质恢复系统与大量海水原液在曝气池中混合，在池中，SO₃ ^2-被鼓入的大量空气氧化成SO₄ ^2-，最后将PH值达到一定标准的废海水排入海洋。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的方法，该方法不采用功耗过大、体积巨大、价格昂贵臭氧发生器，而且无需附加海水水质恢复系统，从而使该海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝方法更加实用化。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的方法，由喷雾增湿降温、放电氧化和海水洗涤三个步骤串联组成，相应地，可以将利用本发明提供的方法进行海洋船舶尾气同步脱硫脱硝的系统分成喷雾增湿降温区、放电氧化区和海水洗涤区。将船用柴油机产生的温度为200℃～490℃的尾气引入尾气增湿降温管道，利用一台小海水泵将少量海水从海洋吸上并通过此管道壁上的喷嘴喷入此管道，高温尾气与少量海水接触换热后，海水变为气态水，使尾气含水量增大到20％以上，同时高温尾气温度降到120℃以上；然后将经过增湿降温后的尾气引入一台等离子体发生器，在该等离子体发生器内，尾气中的大量气态水分子被高能电子撞击后产生大量HO₂、·OH等氧化性自由基，这些氧化性自由基经过一系列反应，分别将将SO₂和NO氧化为硫酸和硝酸；然后将从等离子体发生器流出的尾气引入海水洗涤塔的下部，洗涤塔的上部向下喷淋通过一台大海水泵吸上来的海水，尾气与海水在洗涤塔内的填料中接触后，在此过程中，硫酸和硝酸转化为硫酸盐和硝酸盐，处理后的尾气经除雾后由洗涤塔上部出口流往烟囱，将洗涤后的含硫酸盐和硝酸盐的海水经洗涤塔下部出口排入海洋，从而完成海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝。

本发明的技术效果如下：

①与臭氧发生器相比，相应的等离子体发生器功耗低、体积小、价格便宜。仍以3000kW船用柴油机为例，用于该柴油机尾气放电氧化处理的放电反应器总功率为40kW，仅占柴油机功率的1.33％，且其外形尺寸不大于2000mm×2000mm×2000mm、价格不超过60万，可见这些指标均大大低于臭氧发生器的指标。②能够省去海水水质恢复系统。由于在增湿冷却区喷入的海水被高温尾气蒸发为气态水，气态水在等离子体反应器中被高能电子撞击产生大量HO₂、·OH等氧化性自由基，而这些自由基具有极强的氧化能力，能够经过一系列反应后，将SO₂和NO分别快速氧化为硫酸和硝酸，可见，由于尾气中的SO₂和NO在等离子体反应器中提前氧化为硫酸和硝酸，因此在海水洗涤塔中洗涤后的海水含有的本身就是SO₄ ^2-，这就省去了海水水质恢复系统。

附图说明

图1是利用本发明提供的方法进行海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的系统组成示意图。

图1中标号名称：1、船用柴油机；2、小海水泵；3、尾气增湿降温管道；4、喷嘴；5、等离子体发生器；6、海水洗涤塔；7、填料；8、大海水泵；9、海洋；10、海水洗涤区；11、放电氧化区；12、喷雾增湿降温区。

具体实施方式

结合附图1和一个实施例对本发明的一种对海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的方法作进一步说明如下：

如图1所示，一种用于海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的方法，由喷雾增湿降温、放电氧化和海水洗涤三个步骤串联组成，相应地将利用本发明提供的方法进行海洋船舶尾气同步脱硫脱硝的系统分成喷雾增湿降温区12、放电氧化区11和海水洗涤区10，使船用柴油机1产生的温度为200℃～490℃的尾气按喷雾增湿降温区12、放电氧化区11和海水洗涤区10的顺序依次通过，从而完成尾气的一体化脱硫脱硝。

所述的喷雾增湿降温区12由一台小海水泵2、尾气增湿降温管道3和喷嘴4组成，将船用柴油机尾气接入尾气增湿降温管道3，利用一台小海水泵2将少量海水从海洋11中吸上并通过此管道3壁上的喷嘴4喷入此管道3，高温尾气与少量海水接触换热后，海水变为气态水，使尾气含水量增大到20％以上，同时高温尾气温度降到120℃以上。

所述的放电氧化区11由放电反应器5组成，将经过增湿降温后的尾气引入等离子体发生器5，在等离子体发生器5中，气态水被高能电子撞击产生大量HO₂、·OH等氧化性自由基，这些自由基经过一系列反应后，将SO₂和NO分别氧化为硫酸和硝酸。

所述的海水洗涤区10由海水洗涤塔6、填料7、一台大海水泵8组成，将从等离子体发生器5流出的尾气接入海水洗涤塔6的下部，从洗涤塔6的上部向下喷淋通过大海水泵8吸上来的海水，尾气与海水在洗涤塔6内的填料7表面发生接触，在此过程中，硫酸和硝酸转化为硫酸盐和硝酸盐，处理后的尾气经除雾后由洗涤塔6的上部出口流出排空或者流向烟囱，洗涤后的含硫酸盐和硝酸盐的海水经洗涤塔6的下部出口排入海洋9，从而完成海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝。

本实施例应用的海洋船舶柴油机功率为3000kW，脱硫脱硝之前尾气中NO_x浓度为11g/(kW.h)，SO₂浓度为30kg/h，尾气温度为200℃～490℃，等离子体反应器内径为2000mm，高度为2000mm，海水洗涤塔内径为1320mm，高度为3500mm，利用本发明提供的方法进行船舶尾气一体化脱硫脱硝之后NO_x浓度为1.1g/(kW.h)，SO₂浓度为1.3kg/h。

利用本发明形成的一体化脱硫脱硝系统具有能耗低、体积小、价格便宜、无需海水水质恢复系统、无需原料储运、产物可直排海洋等优点，适用于船舶尾气脱硫脱硝。

Claims (4)

1.一种用于海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的方法，其特征在于，将船用柴油机产生的尾气按喷雾增湿降温区、放电氧化区和海水洗涤区的顺序依次通过，完成尾气一体化脱硫脱硝。

2.根据权利要求1所述的一种用于海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的方法，其特征在于，喷雾增湿降温区由小海水泵、尾气增湿降温管道和喷嘴组成。

3.根据权利要求1所述的一种用于海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的方法，其特征在于，放电氧化区由等离子体发生器组成。

4.根据权利要求1所述的一种用于海洋船舶尾气一体化脱硫脱硝的方法，其特征在于，海水洗涤区由海水洗涤塔、填料、大海水泵组成。

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