CN104043327A - 一种船舶尾气电催化处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船舶尾气电催化处理系统,包含依次连接的水泵、电催化装置、增压泵、反应塔,以及与反应塔连接的除尘装置、烟囱、循环泵,所述循环泵还连接电催化装置输入端和排放管;所述除尘装置、反应塔和烟囱通过气体管线连接;所述水泵、电催化装置、增压泵、反应塔、循环泵通过液体管线连接。本发明采用电催化装置产生的活性水与反应塔的构造结合,使脱氮除硫集合到一个设备中完成;利用活性水氧化不稳定的氮氧化物和硫氧化物,减少和缩小了系统设备的体积,增加了处理效率;所有反应用化学物质均为在线产生,可避免人工采购和船舶储存化工原料的困难;根据船舶尾气流量和排放浓度,实现船舶尾气处理系统的自动化运行,效率更高。

Description

一种船舶尾气电催化处理系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种尾气无害化处理系统,具体涉及一种船舶尾气电催化处理系统, 属于环保技术领域。
背景技术
[0002] 随着国际航运业及远洋船舶运输的发展,船舶发动机所产生的废气排放已成为沿 海地区尤其是港口的主要污染源。船舶柴油机所使用的燃料为高黏度、高含硫量、高残碳的 重油,其所产生的气态排放物中,NOx和SOx占有很大比重。船舶柴油机排放废气中的SOx 和NOx等对大气环境造成的污染已引起国际社会广泛的关注。
[0003] 据国际海事组织(頂0)的统计:全球的船舶柴油机每年向大气排放的NOx约为 1000万吨,SOx约为850万吨,被污染的海洋大气可通过气候作用飘散到1000km以外的地 区,对全球环境造成影响。根据欧盟的调查,欧洲的机动车排放正逐年下降,但船舶排放却 在继续上升,依据现行的法规,到2020年S02、NOx和PM2. 5分别增长42%,47%和56%。船 舶对大气的污染已经不容忽视,特别是在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区, 船舶排放的废气甚至成为该地区的主要污染源,全球2/3以上的船舶发动机排气都产生在 距海岸400km的范围内。2005年在香港葵涌港附近,船舶排放的污染占了 S02排放总量的 36 %,与当地的燃煤火力发电站相比,后者仅占6 %。
[0004] 2008年,为了进一步限制船舶排气污染,頂0第58届海洋环境保护委员会批准了 MARP0L附则VI修正案,明确的提出了降低船舶发动机SOx和NOx的排放水平。在此修正案 中,提出了燃油中不能超过〇. 1%含硫量以及NOx需满足Tier III标准。目前,同时脱氮除 硫的技术很少,常见的单独脱氮或者单独脱硫技术。
[0005] 脱氮技术包括了氨选择性催化还原脱硝、碳氢化合物选择性催化还原脱硝、选择 性催化氧化脱硝、尿素脱硝以及其它各种脱硝方法类似于选择性催化还原法,选择性非催 化还原法,从N0的转化方式来分类,主要可以分为还原法(N0还原为N2)和氧化法(N0氧化 为N02等)两大类。还原法包括SCR、SNCR、液相还原吸收法等,氧化法包括液相氧化法,还 包括其他氧化方法,如选择性催化氧化法、光催化氧化法、自由基氧化法等,其中以SCR技 术占主导地位。
[0006] 选择性催化还原法(selective catalytic reduction, SCR)脱硝技术是在催化剂 作用下,在250° C〜600° C的温度范围内,用选择性还原剂(氨或尿素)将NOx还原成无 害的N2,催化剂用于促进还原剂与NOx之间的化学反应。SCR是目前脱硝效率最高、应用最 广泛的脱硝技术,可以实现90%以上的脱硝效果。但该技术也存在如下缺点:① NH3是一 种有毒腐蚀性气体,存储和输运麻烦,对管路设备要求高,造价昂贵;②在该过程中,NH3需 要计量控制加入量,容易泄漏或反应不完全而造成二次污染;③NH3与烟道气中的S02反 应,形成腐蚀性的NH4HS04,易使催化剂中毒;④工作温度范围窄。
[0007] 脱硫技术主要包括湿法和干法两种技术。湿法脱硫技术是使用液态的碱性脱硫剂 与烟气中的二氧化硫发生酸碱中和反应,以去除烟气中的二氧化硫。干法烟气脱硫技术是 指加入的脱硫剂为干态,脱硫产物仍为干态的脱硫工艺,干法脱硫造价高,设备比较复杂, 一直不是主流的脱硫技术。
[0008] 海水通常呈碱性,这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SOx能力。海水脱 硫技术就是利用海水作为废气中SOx的吸收剂,无需其它任何添加剂,也不产生任何废弃 物。海水脱硫洗涤系统有两种不同的实现形式:第一种,海水洗涤废气-开式模式,充分洗 涤的废水直接排入海中;第二种,淡水洗涤废气-闭式模式,洗涤废水经处理后可直接排入 水中。作为一种新型的脱硫工艺,海水烟气脱硫以其技术成熟、工艺简单、投资省、运行维护 方便、脱硫效率和投运率高等特点,备受船舶制造商和营运商的青睐。海水脱硫技术主要包 括脱硫塔和曝气池两个装置,他们体积都很大,安装在船上占用很大空间,同时给设备的安 装和使用带来很大不便。
[0009] 因此,需要一种能同时脱氮除硫并且具有体积小,效率高的船舶尾气处理系统或 方法。
发明内容
[0010] 本发明旨在解决上述问题,提供一种体积小,效率高的船舶尾气电催化处理系统, 能有效的去除船舶尾气中的硫氧化物和氮氧化物,摒弃传统的SCR脱氮技术以及曝气氧化 脱硫技术,将脱氮除硫合为一体,缩小气液接触时间,不仅免去化学原料的采购、运输和储 存的繁琐,而且减少了占用船舶的空间。
[0011] 为达到上述目的,本发明的技术方案如下:一种船舶尾气电催化处理系统,包含依 次连接的水泵、电催化装置、增压泵、反应塔,以及与反应塔连接的除尘装置、烟囱、循环泵, 所述循环泵还连接电催化装置输入端和排放管;所述除尘装置、反应塔和烟®通过气体管 线连接;所述水泵、电催化装置、增压泵、反应塔、循环泵通过液体管线连接。
[0012] 进一步的,所述系统还包括过滤装置,过滤装置通过液体管线连接在水泵与电催 化装置之间。
[0013] 更进一步的,所述过滤装置采用过滤精度为的自动反冲洗过滤装置。
[0014] 进一步的,所述电催化装置内采用编织拉升形成的三维网状平行结构。
[0015] 进一步的,所述反应塔由单层或者多层液体分布器、气体雾化装置组成,反应塔上 方设置有锥形双层百叶除雾器。
[0016] 进一步的,所述系统还设置有流量和尾气排放浓度检测装置,流量和尾气浓度排 放装置连接循环泵。
[0017] 上述船舶尾气电催化处理系统的应用过程,包括以下步骤: 天然海水经水泵泵入过滤装置,在过滤装置内去除天然海水中的杂质,其精度为 lOMffl-lmm,过滤装置具有自动反冲洗功能,过滤装置的出水进入电催化装置,在电催化装置 内产生活性水,活性水通过增压泵进入反应塔,反应塔内的气体雾化装置细化活性水; 船舶尾气通过除尘装置从反应塔的底部进入反应塔,与进入反应塔的活性水进行逆向 接触,脱除船舶尾气中的氮氧化物和硫氧化物,船舶尾气在反应塔内上升经过塔内上部的 除雾器后由烟@排出; 活性水与船舶尾气接触后失去活性,流量和尾气排放浓度检测装置检测船舶尾气流 量、船舶尾气排放浓度的值,根据测定值确定电催化装置内所需水的流量和浓度,循环泵连 接在反应塔下部,依据流量和尾气排放浓度检测装置的指令,确定失活水排海和循环的比 例,全自动检测和控制循环至电催化装置继续活化或排入海中。
[0018] 进一步的,所述电催化装置产生的活性水的活性物质浓度为0. 5-50mg/L。
[0019] 进一步的,所述电催化设备的催化剂材料采用三层复合结构,分别为基层、中间结 合层和催化层,中间结合层和催化层含有Ti、Sn、Sb、Pb、Ir的氧化物。
[0020] 本发明的有益效果在于:采用电催化装置产生的活性水与反应塔的构造结合,使 脱氮除硫集合到一个设备中完成;利用活性水氧化不稳定的氮氧化物和硫氧化物,减少和 缩小了系统设备的体积,增加了处理效率;所有反应用化学物质均为在线产生,可避免人工 采购和船舶储存化工原料的困难;根据船舶尾气流量和排放浓度,实现船舶尾气处理系统 的自动化运行,效率更高。
附图说明
[0021] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的阐述。
[0022] 图1是本发明实施例1的工艺流程图; 图2是本发明实施例2的工艺流程图。
[0023] 图中:1、水泵,2、过滤装置,3、电催化装置,4、增压泵,5、除尘装置,6、反应塔,7、烟 囱,8、循环泵,9、流量和尾气排放浓度检测装置。 具体实施例
[0024] 实施例1 如图1所述的一种船舶尾气电催化处理系统,包含依次连接的水泵1、电催化装置3、增 压泵4、反应塔6,以及与反应塔6连接的除尘装置5、烟@ 7、循环泵8,所述循环泵8还连接 电催化装置3输入端和排放管;所述除尘装置5、反应塔6和烟@ 7通过气体管线连接;所 述水泵1、电催化装置3、增压泵4、反应塔6、循环泵8通过液体管线连接。此例中水泵入口 进入的是淡水。
[0025] 所述电催化装置3内采用编织拉升形成的三维网状平行结构。
[0026] 所述反应塔6由单层或者多层液体分布器、气体雾化装置组成,反应塔6上方设置 有锥形双层百叶除雾器。优选多层液体分布器、气体雾化装置。
[0027] 所述系统还设置有流量和尾气排放浓度检测装置9,流量和尾气浓度排放装置9 连接循环泵8。
[0028] 电催化装置3采用了催化电极在微电流密度下产生高浓度的羟基自由基。半导体 催化电极在电场中产生"空穴"效应,半导体催化电极处于一定强度的电场时,其价带电子 会越过禁带进入导带,同时在价带上形成电激空穴,空穴有很强的俘获电子的能力。在水中 具有大量的离子状态的0H-,在水中发生的电催化氧化反应中,0H-失去电子生成强氧化性 的· 0H,化学方程式如下。
[0029] 阳极表面:H20 + h+ - · OH-Cat + H+ OH- + h+ - · OH-Cat 阴极表面:02 + e -· 02-H20 + 02- - · 00H + OH- 超级氧自由基与水反应产生双氧水和氢氧根离子 • OOH + H20 + e- - H202 + 0H-双氧水继续反应H202 + e- - · OH + 0H-综合反应为:02+2H20====4 · OH-Cat 采用电催化技术代替传统的曝气技术,利用电催化技术产生的极强氧化能力的羟基自 由基,与船舶尾气中的氮氧化物和硫氧化物接触时,瞬间把一氧化氮氧化为二氧化氮,二氧 化氮溶于水后生成稳定的硝酸钠;同时羟基自由基可将水中的亚硫酸钠氧化为稳定的硫酸 钠,从而去除船舶尾气中的氮氧化物和硫氧化物。
[0030] 实施例2 如图2所示,与实施例一不同之处在于,所述系统还包括过滤装置2,过滤装置2通过液 体管线连接在水泵1与电催化装置3之间。此实施例直接利用海水。
[0031] 所述过滤装置2采用过滤精度为的自动反冲洗过滤装置。
[0032] 其余连接结构与实施例1相同。
[0033] 实施例3 上述船舶尾气电催化处理系统的应用过程,包括以下步骤: 天然海水经水泵1泵入过滤装置2,在过滤装置2内去除天然海水中的杂质,其精度为 lOMffl-lmm,过滤装置2具有自动反冲洗功能,过滤装置2的出水进入电催化装置3,在电催化 装置3内产生活性水,活性水通过增压泵4进入反应塔6,反应塔6内的气体雾化装置细化 活性水; 船舶尾气通过除尘装置5从反应塔的底部进入反应塔6,与进入反应塔6的活性水进行 逆向接触,脱除船舶尾气中的氮氧化物和硫氧化物,船舶尾气在反应塔6内上升经过塔内 上部的除雾器后由烟囱7排出; 活性水与船舶尾气接触后失去活性,流量和尾气排放浓度检测装置9检测船舶尾气流 量、船舶尾气排放浓度的值,根据测定值确定电催化装置3内所需水的流量和浓度,循环泵 8连接在反应塔6下部,依据流量和尾气排放浓度检测装置9的指令,确定失活水排海和循 环的比例,全自动检测和控制循环至电催化装置3继续活化或排入海中。
[0034] 所述电催化装置3产生的活性水的活性物质浓度为0. 5_50mg/L。
[0035] 所述电催化装置3的催化剂材料采用三层复合结构,分别为基层、中间结合层和 催化层,中间结合层和催化层含有Ti、Sn、Sb、Pb、Ir的氧化物。
[0036] 本例中尾气中氮氧化物浓度为758ppm,二氧化硫浓度为2409ppm,二氧化碳浓度 为5%,过滤装置精度为50ppm,电催化装置的活性水浓度为20mg/L,除硫效率达到95%,脱氮 效率达到了 85. 8%,二氧化碳脱除率达到91. 3%。
[0037] 本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露 的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发 明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (9)

1. 一种船舶尾气电催化处理系统,其特征在于:包含依次连接的水泵(1)、电催化装置 (3)、增压泵(4)、反应塔(6),以及与反应塔(6)连接的除尘装置(5)、烟囱(7)、循环泵(8), 所述循环泵(8 )还连接电催化装置(3 )输入端和排放管;所述除尘装置(5 )、反应塔(6 )和 烟囱(7)通过气体管线连接;所述水泵(1)、电催化装置(3)、增压泵(4)、反应塔(6)、循环 泵(8)通过液体管线连接。
2. 如权利要求1所述的船舶尾气电催化处理系统,其特征在于:所述电催化装置(3) 内采用编织拉升形成的三维网状平行结构。
3. 如权利要求1所述的船舶尾气电催化处理系统,其特征在于:所述反应塔(6)由单层 或者多层液体分布器、气体雾化装置组成,反应塔(6)上方设置有锥形双层百叶除雾器。
4. 如权利要求1所述的船舶尾气电催化处理系统,其特征在于:还设置有流量和尾气 排放浓度检测装置(9 ),流量和尾气浓度排放装置(9 )连接循环泵(8 )。
5. 如权利要求1所述的船舶尾气电催化处理系统,其特征在于:还包括过滤装置(2), 过滤装置(2 )通过液体管线连接在水泵(1)与电催化装置(3 )之间。
6. 如权利要求5所述的船舶尾气电催化处理系统,其特征在于:所述过滤装置(2)采用 过滤精度为的自动反冲洗过滤装置。
7. 如权利要求5所述的船舶尾气电催化处理系统,其应用过程,特征在于包括以下步 骤:天然海水经水泵(1)泵入过滤装置(2 ),在过滤装置(2 )内去除天然海水中的杂质,其精 度为过滤装置(2)具有自动反冲洗功能,过滤装置(2)的出水进入电催化装置 (3 ),在电催化装置(3 )内产生活性水,活性水通过增压泵(4 )进入反应塔(6 ),反应塔(6 )内 的气体雾化装置细化活性水; 船舶尾气通过除尘装置(5)从反应塔的底部进入反应塔(6),与进入反应塔(6)的活性 水进行逆向接触,脱除船舶尾气中的氮氧化物和硫氧化物,船舶尾气在反应塔(6)内上升经 过塔内上部的除雾器后由烟囱(7)排出; 活性水与船舶尾气接触后失去活性,流量和尾气排放浓度检测装置(9)检测船舶尾气 流量、船舶尾气排放浓度的值,根据测定值确定电催化装置(3)内所需水的流量和浓度,循 环泵(8)连接在反应塔(6)下部,依据流量和尾气排放浓度检测装置(9)的指令,确定失活 水排海和循环的比例,全自动检测和控制循环至电催化装置(3 )继续活化或排入海中。
8. 如权利要求7所述的船舶尾气电催化处理系统的应用过程,特征在于:所述电催化 装置(3)产生的活性水的活性物质浓度为0. 5-50mg/L。
9. 如权利要求7所述的船舶尾气电催化处理系统的应用过程,特征在于:所述电催化 装置(3)的催化剂材料采用三层复合结构,分别为基层、中间结合层和催化层,中间结合层 和催化层含有Ti、Sn、Sb、Pb、Ir的氧化物。
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