CN107349759A - 一种船舶尾气联合脱硫脱碳处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种船舶尾气联合脱硫脱碳处理装置，包括吸收塔，其内部由下而上分为脱硫段、脱碳段、除雾器，第一膜电解池，对脱硫段废液进行低价态膜电解，再生出吸收液；第二膜电解池，对脱碳段废液进行低价态膜电解，再生出脱碳吸收液，及副产物纯CO2、SO2；脱硫循环泵，将再生出的吸收液重新泵回吸收塔；加料槽，通过加入碱液调节脱碳段吸收液pH；脱碳循环泵，将吸收液泵入吸收塔；补液泵，脱硫吸收液流量较低时，对脱硫吸收液进行补液。本发明通过双回路吸收、膜电解等技术，能有效地除去废气中CO2、SO2，并制备出高纯度CO2、SO2，吸收液可循环利用，操作简单，有效提高经济效益且节能环保。

Description

一种船舶尾气联合脱硫脱碳处理装置
技术领域
本发明涉及的是一种发动机尾气处理装置，具体地说是船舶发动机尾气处理装置。
背景技术
近年来，人类活动向环境中排放了大量的温室气体，导致全球气候变暖步伐加快，温室气体浓度的增加导致全球范围内温度升高，科学观测发现，地球大气中CO2浓度已经由工业革命前的280ppm，上升至目前的380ppm。气候变暖危机四伏，导致一系列人类生存危机，因此全球变暖已成为人类面临的最严重的环境问题之一，引起国际社会的广泛关注。长期以来，航运业有着环境友好的特点，但近些年船舶数量的增加及船舶大型化的发展，海上运输业向大气排放了大量的CO2等温室气体。2011年7月MEPC第62次会议上，国际海事组织(IMO)正式通过新船能效设计指数EEDI。EEDI是衡量船舶CO2能效的一个指标，表征船舶在设计和建造阶段船舶的CO2排放水平的衡量工具，反映船舶满载正常航行过程中，单位船舶载重吨、单位船舶航程的主机和辅机消耗燃料排放的CO2质量。其值越大，表明船舶能效水平越低；反之，船舶能效水平越高。
随着化石类燃料作为主要能源，在燃烧过程中会产生大量SOx、CO2等污染物，SO2是当今人类面临的主要大气污染物之一，对机体有毒害作用,CO2是主要的温室气体。大气中的SO2会形成酸雨对人类健康与自然环境带来严重危害，导致植物生长衰弱、抗逆性降低、生物多样性消失等严重后果，而CO2的大量排放导致全球变暖，两极冰川融化。随着船舶运输业的发展，船舶所排放的SO2、CO2占有全球总排放总量的很大一部分，船舶节能减排已是国际社会的热点。
为保护日益恶化的生态环境，减缓日益严重的温室效应，减少船舶废气中的CO2、SO2至关重要。由于CO2、SO2均为酸性气体，具备联合脱除的条件，故可以实现船舶尾气的联合脱硫脱碳。
发明内容
本发明的目的在于提供减少污染物和温室气体排放的一种船舶尾气联合脱硫脱碳处理装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种船舶尾气联合脱硫脱碳处理装置，其特征是：包括双回路吸收塔、第一膜电解池、第二膜电解池、加料槽、储液池；所述双回路吸收塔自上而下依次为除雾段、脱碳段、脱硫段，除雾段设置除雾器，脱碳段设置脱碳碱性吸收液喷淋装置，脱硫段设置脱硫碱性吸收液喷淋装置，脱硫段处设置尾气进口，除雾器上方设置尾气出口，脱硫段下方设置吸收塔脱硫段出液口，吸收塔脱硫段出液口连通储液池，储液池连通第一膜电解池，脱碳段和脱硫段之间设置回路隔板，回路隔板上方设置集液斗，集液斗处设置集液斗出口，集液斗出口连通第二膜电解池，第一膜电解池的第一出口连通SO2存储罐，第一膜电解池的第二出口连通脱硫循环泵，第二膜电解池的第一出口连通CO2存储罐，第二膜电解池的第二出口连通加料槽，第二膜电解池的第三出口连通补液泵，脱硫循环泵和补液泵的出口汇集后连通脱硫碱性吸收液喷淋装置，加料槽通过脱碳循环泵连通脱碳碱性吸收液喷淋装置。
本发明还可以包括：
1、第二膜电解池与补液泵之间设置补液阀，脱硫循环泵和补液泵与脱硫碱性吸收液喷淋装置之间设置流量计。
2、船舶发动机尾气通过尾气进口进入脱硫段，脱碳段脱碳后的吸收液通过pH调节至6.5-8.0在脱硫段与尾气中的SO2反应，尾气逆流而上通过回路隔板进入脱碳段，脱碳段吸收液pH控制在不低于11.5，尾气中的CO2在吸收液作用下，转化为碳酸盐废液，这些含碳酸盐废液分成两部分，一部分通过隔板格栅溢流至脱硫段，作为脱硫液吸收SO2，另一部分通过集液斗引入第二膜电解池，经过电解回收后通入加料槽调节pH，调节好的吸收液经过脱碳循环泵泵入脱碳碱性吸收液喷淋装置，脱硫段吸收废液经吸收塔脱硫段出液口通入储液池，储液池将废液通入第一膜电解池，废液进行低价态膜电解，再生出脱硫液经脱硫循环泵泵入脱硫碱性吸收液喷淋装置，同时，经第一膜电解池电解得到的SO2通入SO2存储罐，经第二膜电解池电解得到的CO2通入CO2存储罐。
本发明的优势在于：
(1)吸收塔采用双回路吸收塔，塔内三部分可分别完成脱硫、脱碳、除雾。在一个吸收塔内同时完成脱硫脱碳，避免了分别建造脱硫塔和脱碳塔，有效节约成本，提高经济性。
(2)吸收塔内采用同一种吸收液，上部脱碳的反应产物通过调节pH后可用作下部脱硫的吸收剂。避免了吸收剂的浪费同时简化了操作。
(3)装置通过膜电解技术回收了脱硫吸收液，且得到副产品高纯度SO2、CO2。一方面提高了装置的经济性，另一方面CO2还可作为船舶灭火剂使用。
(4)装置对脱硫段吸收液流量进行监控，当吸收液流量过小，打开补液阀，补液泵将上部脱碳反应后的吸收液泵入脱硫吸收液喷淋装置，对脱硫吸收液进行补液，避免下部脱硫吸收液不足，导致脱硫不彻底的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明船舶尾气联合脱硫脱碳装置主要包括：双回路吸收塔1；储液池2；膜电解池I3；脱硫循环泵4；膜电解池II5；回路隔板6；加料槽7；脱碳循环泵8；除雾器9；补液泵10；SO2存储罐11；CO2存储罐12；集液斗13；脱硫碱性吸收液喷淋装置16；脱碳碱性吸收液喷淋装置17；除雾器清洗装置18；流量计19；补液阀20。
如图1所示，船舶发动机尾气与双回路吸收塔1烟气入口相连。吸收塔分三部分，由下而上分别为：脱硫段14，脱碳段15，除雾器9。
双回路吸收塔1下部脱硫段14用于吸收尾气中的SO2，该段吸收液为上段溢流和旁路通入进行补液的脱碳段吸收余液以及吸收废液通过膜电解池I3再生的脱硫吸收液。双回路吸收塔1上部脱碳段15用于吸收尾气中的CO2，吸收液与CO2反应后的余液部分溢流至下部脱硫段14，另一部分通过集液斗引入塔外膜电解池II5进行吸收液再生。
膜电解池II5再生出的吸收液一部分通入加料槽7，加料槽7对再生吸收液进行pH调节，调节至11.5-13.05，组成新吸收液通过脱碳循环泵8泵入脱碳碱性吸收液喷淋装置17入液口；另一部分吸收液连通补液阀20、补液泵10。当流量计19显示脱硫吸收液流量小于预设值时，打开补液阀20，补液泵10对脱硫吸收液进行补液，与膜电解池I3再生出的脱硫吸收液一起通入脱硫碱性吸收液喷淋装置16。
储液池2一端连接吸收塔脱硫段出液口21，另一端连接膜电解池I3，在膜电解池I3中对脱硫废液进行电解再生，再生出的吸收液通过脱硫循环泵4泵入脱硫碱性吸收液喷淋装置16。
膜电解池I3、膜电解池II5与SO2存储罐11和CO2存储罐12相连接。电解副产品高纯度SO2、CO2气体分别通入SO2存储罐11和CO2存储罐12。
回路隔板6将双回路吸收塔分隔为脱硫段14和脱碳段15，回路隔板为格栅结构，确保烟气通过回路隔板6上的格栅进入上层脱碳段15且不会被溢流的吸收液密堵。
集液斗13对脱碳段15吸收余液进行回收，并通入膜电解池II5。除雾器9在吸收塔顶部进行除雾，为防止结垢，除雾器清洗装置18对除雾器进行清洗。
本发明提供的船舶尾气联合脱硫脱碳装置和方法吸收尾气中的CO2、SO2，能有效降低污染物和温室气体的排放，吸收液的再生成可有效地降低成本，提高经济性，同时可回收制备出副产品高纯度SO2气体和CO2气体，CO2还可做为船舶灭火剂使用。
本发明另一目的提供了一种船舶发动机尾气联合脱硫脱碳的方法，该方法采用上述尾气联合脱硫脱碳装置。船舶发动机尾气通过吸收塔烟气入口进入吸收塔下部脱硫段，该段循环吸收液包含有上循环溢流下来的吸收液，上部脱碳后的吸收液通过pH调节至6.5-8.0在脱硫段与烟气中的SO2反应，烟气逆流而上通过回路隔板进入上部脱碳段，脱碳段吸收液pH控制在不低于11.5，烟气中的CO2在吸收液作用下，迅速转化为碳酸盐废液，这些含碳酸盐废液分成两部分，一部分通过隔板格栅溢流至下部脱硫段，作为脱硫液吸收SO2，另一部分通过集液斗引入塔外膜电解池II，经过电解回收后通入吸收段加料槽调节pH，调节好的吸收液经过循环泵泵入脱碳段吸收液入口。下部脱硫段吸收废液经出液口通入储液池，储液池再将废液通入膜电解池I，在膜电解池I中，废液进行低价态膜电解，再生出脱硫液经循环泵泵入脱硫段吸收液入口。同时，膜电解池I、膜电解池II连通SO2、CO2存储罐，经膜电解池电解得到的副产品SO2、CO2通入存储罐收集。
上述方法中脱碳段吸收液pH控制在6.5-8.0。
上述方法中脱硫段吸收液pH控制在11.5-13.05。
本发明涉及化学方程式为：
CO2+H2O→H2CO31
2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O2
Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO33
2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O4
Na2CO3+SO2+H2O→Na2SO3+H2O+CO25
2NaHCO3+SO2+H2O→2NaHSO3+CO2+H2O6
CO2和水反应生成碳酸，碳酸再与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，反应需要控制pH大于11.5。
吸收塔脱碳段吸收废液由碳酸钠、氢氧化钠以及少量碳酸氢钠组成。部分吸收废液经由隔板溢流至下部。
在吸收塔脱硫段碳酸钠和氢氧化钠组成吸收液在pH为6.5-8.0时与SO2反应生成亚硫酸钠与亚硫酸氢钠。碳酸钠吸收SO2产生的CO2进入上部脱碳段被吸收。再循环中脱碳吸收液通过集液斗引入塔外膜电解池II进行电解，电解产物通过加料调节pH可再次作为脱硫段吸收液循环使用，同时也可作为脱硫吸收液进行补液。
本发明提供的船舶尾气联合脱硫脱碳装置和方法，可有效吸收尾气中的SO2与CO2。装置结构紧凑、大大提高了经济性，同时可得到高纯度CO2和SO2作为副产品，CO2还可作为船舶备用灭火剂。

Claims (3)

1.一种船舶尾气联合脱硫脱碳处理装置，其特征是：包括双回路吸收塔、第一膜电解池、第二膜电解池、加料槽、储液池；所述双回路吸收塔自上而下依次为除雾段、脱碳段、脱硫段，除雾段设置除雾器，脱碳段设置脱碳碱性吸收液喷淋装置，脱硫段设置脱硫碱性吸收液喷淋装置，脱硫段处设置尾气进口，除雾器上方设置尾气出口，脱硫段下方设置吸收塔脱硫段出液口，吸收塔脱硫段出液口连通储液池，储液池连通第一膜电解池，脱碳段和脱硫段之间设置回路隔板，回路隔板上方设置集液斗，集液斗处设置集液斗出口，集液斗出口连通第二膜电解池，第一膜电解池的第一出口连通SO2存储罐，第一膜电解池的第二出口连通脱硫循环泵，第二膜电解池的第一出口连通CO2存储罐，第二膜电解池的第二出口连通加料槽，第二膜电解池的第三出口连通补液泵，脱硫循环泵和补液泵的出口汇集后连通脱硫碱性吸收液喷淋装置，加料槽通过脱碳循环泵连通脱碳碱性吸收液喷淋装置。
2.根据权利要求1所述的一种船舶尾气联合脱硫脱碳处理装置，其特征是：第二膜电解池与补液泵之间设置补液阀，脱硫循环泵和补液泵与脱硫碱性吸收液喷淋装置之间设置流量计。
3.根据权利要求1或2所述的一种船舶尾气联合脱硫脱碳处理装置，其特征是：船舶发动机尾气通过尾气进口进入脱硫段，脱碳段脱碳后的吸收液通过pH调节至6.5-8.0在脱硫段与尾气中的SO2反应，尾气逆流而上通过回路隔板进入脱碳段，脱碳段吸收液pH控制在不低于11.5，尾气中的CO2在吸收液作用下，转化为碳酸盐废液，这些含碳酸盐废液分成两部分，一部分通过隔板格栅溢流至脱硫段，作为脱硫液吸收SO2，另一部分通过集液斗引入第二膜电解池，经过电解回收后通入加料槽调节pH，调节好的吸收液经过脱碳循环泵泵入脱碳碱性吸收液喷淋装置，脱硫段吸收废液经吸收塔脱硫段出液口通入储液池，储液池将废液通入第一膜电解池，废液进行低价态膜电解，再生出脱硫液经脱硫循环泵泵入脱硫碱性吸收液喷淋装置，同时，经第一膜电解池电解得到的SO2通入SO2存储罐，经第二膜电解池电解得到的CO2通入CO2存储罐。
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