CN109126458A - 船舶烟气脱硫方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船舶烟气脱硫装置及方法，属于大气污染控制和海洋船舶尾气排放控制领域，利用海水的碱度对船舶烟气中的SOx进行吸收，随后通过电解法处理洗涤水，对洗涤水的COD值和pH值进行调节，洗涤水的处理效果满足IMO及EPA关于船舶烟气清洗系统排放水的相关要求。本发明不需要船舶储备碱性物质对烟气中的硫化物进行吸收，同时洗涤水不需稀释或曝气处理，装置具有体积小，易操作，运行稳定等特点，处理后洗涤水可直接排海。

Description

船舶烟气脱硫方法及装置
技术领域
本发明涉及一种船舶烟气脱硫方法及装置，属于大气污染防治技术领域。
背景技术
在世界货物运输中，海洋运输占据很大比例，随着运输船舶数量的剧增，船舶烟气排放对大气环境的危害也日趋严重。硫氧化物（SOx）是船舶烟气主要污染物（其中SO2占比90%以上），根据2014年国际海事组织（IMO）统计数据显示，船舶烟气SO2年排放约占全球排放总量的 13%。IMO于1997年通过《MAPPOL73/78公约一附则Ⅵ》，对船舶硫氧化物排放进行明确限定。从2012年1月1日起，全球重质燃油的含硫量从现在的4.5%降低至3.5%，到2020年1月1日全球重质燃油的含硫量降低到0.5%。对于SOx 排放控制区，从2010年7月1日开始，该区域船舶所使用的燃油含硫量不得超过1.0%，从2015年1月1日起不超过0.1%。
目前，降低船舶烟气SO2排放的主要技术包括：燃料前处理(获得低硫油) 、燃料代替（如LNG）及烟气后处理。虽然采用前处理燃料或代替燃料能够达到IMO的排放限值要求，但由于涉及到现有燃油提炼及船舶燃油燃烧设备结构改进，将大幅提高船舶的运行成本。
船舶烟气后处理技术通过对船舶烟气排放系统的尾端进行改造，不涉及现有燃油及燃烧设备的改动，是目前实现船舶烟气合规排放的主要技术手段。船舶烟气脱硫的方法主要是采用碱性吸收剂对烟气中的SO2进行吸收分离，根据吸收剂种类可分为钙法、镁法、氨法、钠法及海水法等。其中海水法由于利用海水的天然碱性，不需要储存和消耗NaOH，MgO等碱性试剂，具有较高的经济性和安全性。
海水脱硫系统采用海水吸收船舶烟气中的SO2。天然海水pH 值一般为7.3~8.3，碱度为2.0~3.0 mmol/L，虽然能够实现对烟气中SO2的充分吸收，但排放洗涤水呈弱酸性，pH约为3~6，不满足IMO（pH≥6.5）及EPA(pH≥6.0)的洗涤水排放要求。并且洗涤水中的硫化物主要以还原性HSO3 -、SO3 2-形式存在，COD值也不满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船舶烟气脱硫方法及实施该方法的装置，采用电解法对海水烟气脱硫系统的洗涤水进行进一步处理，电解槽阳极产生的NaClO可将洗涤水中的SO3 2-及HSO3 -氧化为SO4 2-，从而减少洗涤水对排放水域溶解氧的消耗，降低COD值，以使排放洗涤水满足排放要求。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种船舶烟气脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）利用海水的碱度对船舶烟气中的SOx进行吸收洗涤；
（2）对洗涤水进行固液分离；
（3）采用电解法对固液分离出的洗涤水进行进一步处理，并排出船体外。
一种实施所述的船舶烟气脱硫方法的装置，包括海水脱硫装置，其特征在于，所述海水脱硫装置的洗涤水排放口与一固液分离器的入口连接，该固液分离器的液体出口与一海水电解装置的入口连接，该海水电解装置的出口引出船体外；该固液分离器的固体出口与一渣柜连接。
本发明的技术效果是：采用电解法对脱硫洗涤塔排出水进行处理，由于在电解海水产生的次氯酸钠能够将洗涤水中HSO3 2-、SO3 2-转化为海水中的常量元素SO4 2-，降低了洗涤水的COD值；同时电解槽阴极产生的OH-能够消耗一定量的H+，提高了排放洗涤水的pH值。经测试，该海水船舶烟气脱硫系统洗涤水的水质参数满足IMO及EPA相关要求，不需要采用大量海水稀释或者曝气池等装置，系统体积小，运行稳定，易操作。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
附图标记说明：1、海水泵，2、流量计，3、除雾器清洗气动阀，4、海水喷淋气动阀，5、预喷淋气动阀，6、除雾器，7、洗涤塔，8、除雾器清洗喷嘴，9、海水喷淋喷嘴，10、海水预喷淋喷嘴，11、文丘里管，12、固液分离器，13、渣柜，14、电解槽，15、搅拌器，16、整流器，17、系统控制柜，18，船体，19、烟气引入管，20、洗涤水排放口，21、处理后气体排放口。
具体实施方式
本发明的一种船舶烟气脱硫方法，包括以下步骤：
（1）利用海水的碱度对船舶烟气中的SOx进行吸收洗涤；
（2）对洗涤水进行固液分离；
（3）采用电解法对固液分离出的洗涤水进行进一步处理，并排出船体外。
参见图1，本发明一种实施上述方法的船舶烟气脱硫装置，包括海水脱硫装置、固液分离器12和海水电解装置，该海水脱硫装置的洗涤水排放口20与一固液分离器12的入口连接，该固液分离器12的液体出口与海水电解装置的入口连接，该海水电解装置的出口引出船体18外。该固液分离器12的固体出口与一渣柜13连接。
所述的海水脱硫装置包括海水泵1、流量计2和洗涤塔7，在该洗涤塔7的顶端和底部分别设有处理后气体排放口21和所述的洗涤水排放口20，在该洗涤塔7内的上部从上至下依次设有除雾器6、除雾器清洗喷嘴8和海水喷淋喷嘴9，该除雾器清洗喷嘴8和海水喷淋喷嘴9的入口伸出洗涤塔7外，并分别通过除雾器清洗气动阀3和海水喷淋气动阀4与流量计2的出口连接，海水泵1的入口从船体18外引入海水，海水泵1的出口与流量计2的入口连接；在该洗涤塔7的下部分连接有烟气引入管19。
所述的烟气引入管19向上弯曲延伸，在其入口为文丘里管11，在该文丘里管11内设有海水预喷淋喷嘴10，后者通过预喷淋气动阀5与所述的海水管路连接。
所述的固液分离器12采用碟片分离机。
所述的海水电解装置包括电解槽14、搅拌器15、整流器16和系统控制柜17，在电解槽14的底部装有搅拌器15，电解槽14内的阳极和阴极通过整流器16与系统控制柜17连接；设在该电解槽14上部的入口与所述固液分离器12的液体出口连接，设在该电解槽14下部的出口引出船体18外。
本发明采用电解法对海水脱硫装置排出的洗涤水进行处理。海水电解装置的电解槽14内主要发生以下反应：
阴极区：2H+ + 2e- → H2 （1）
阳极区：H2O+SO3 2- - 2e- → SO4 2-+2H+ （2）
H2O+HSO3 -- 2e- → SO4 2- +3H+ （3）
总反应：SO3 2- + H2O → SO4 2-+H2 （4）
HSO3 - + H2O→ SO4 2-+H2 + H+ （5）
烟气中的SO2在洗涤塔内充分与海水进行反应溶解，形成弱酸性的H2SO3，HSO3 -等。在海水船舶废气脱硫系统的洗涤水中，硫化物主要以HSO3 -、SO3 2-的形式存在。当洗涤水流经电解槽时，在电解槽发生反应（4）和（5），脱硫洗涤水中的亚硫酸根被氧化为SO4 2-, 并且，水体中的部分H+转化为H2排出，pH值升高。
电解槽14的壳体采用玻璃钢材质，阴极为平板石墨电极，阴极区发生还原反应（1），阴极也可选用铂复合材料和不锈钢材质。阳极采用石墨电极，发生氧化反应（2）和（3），阳极板也可选用铂复合材质。
2 电解槽电流密度由脱硫系统液气比（洗涤海水体积/船舶废气体积比，充分吸收废气中的硫化物）、船舶燃油消耗率及燃油含硫量共同决定。
本发明的装置的工作过程如图1所示，海水泵1从船体18的海底门处抽取天然海水，通过流量计2监测海水流量，根据脱硫系统液气比的要求控制海水流量。船舶柴油机运行时，海水通过预喷淋气动阀5和海水预喷淋喷嘴10进入文丘里管11，与船舶烟气预混匀，同时预喷淋海水还能降低烟气温度。烟气自下而上进入洗涤塔7后与海水喷淋喷嘴9处的喷淋海水充分接触，天然海水吸收烟气中的SO2，形成HSO3 -，高温形成的水雾通过除雾器6后，在惯性力及重力的作用下将烟气中夹带的液滴分离出来。洗涤烟气后的海水含有一定量的颗粒物及碳氢化合物等，洗涤水通过碟片式分离机12将碳氢化合物及颗粒物分离并排放至渣柜13。经过离心分离机12处理的洗涤水进入电解槽14，在外加电场的作用下发生反应（1）、（2）及（3）去除洗涤水中HSO3 -和SO3 2-，电解槽14的电流密度由整流器16及系统控制柜17控制。电解过程中产生少量的H+，可通过提高液气比，利用海水的天然碱度予以中和。处理达标后的洗涤水排放至舷外。
实施例1：
船舶烟气中SO2浓度为750 mg/L，电解槽14的阳极板为石墨电极，阴极板为石墨电极，电流密度为150mA/cm2。系统脱硫效率为95%，脱硫塔7的洗涤水pH值为7.1，COD值为98mg/L。
实施例2：
船舶烟气中SO2浓度为300 mg/L，电解槽14的阳极板为石墨电极，阴极板为不锈钢电极，电流密度120mA/cm2。系统脱硫效率为94%，脱硫塔7的洗涤水pH值7.5，COD值为95 mg/L。

Claims (6)

1.一种船舶烟气脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用海水的碱度对船舶烟气中的SOx进行吸收洗涤；
对洗涤水进行固液分离；
采用电解法对固液分离出的洗涤水进行进一步处理，并排出船体外。
2.一种实施权利要求1所述的船舶烟气脱硫方法的装置，包括海水脱硫装置，其特征在于，所述海水脱硫装置的洗涤水排放口20与一固液分离器12的入口连接，该固液分离器12的液体出口与一海水电解装置的入口连接，该海水电解装置的出口引出船体外；该固液分离器12的固体出口与一渣柜13连接。
3.如权利要求2所述的船舶烟气脱硫装置，其特征在于，所述的海水脱硫装置包括海水泵1、流量计2和洗涤塔7，洗涤塔7的顶端和底部分别设有处理后气体排放口21和所述的洗涤水排放口20，在该洗涤塔7内的上部从上至下依次设有除雾器6、除雾器清洗喷嘴8和海水喷淋喷嘴9，该除雾器清洗喷嘴8的入口和海水喷淋喷嘴9的入口伸出洗涤塔7外，并分别通过除雾器清洗气动阀3和海水喷淋气动阀4与串联的海水泵1和流量计2的出口端连接，海水泵1的入口与船体外的海连通；在该洗涤塔7的下部设有烟气引入管19。
4.如权利要求3所述的船舶烟气脱硫装置，其特征在于，所述的烟气引入管19向上弯曲延伸，其入口为文丘里管11，在该文丘里管11内设有海水预喷淋喷嘴10，后者通过预喷淋气动阀5与所述的串联的海水泵1和流量计2的出口端连接。
5.如权利要求2所述的船舶烟气脱硫装置，其特征在于，所述的海水电解装置包括电解槽14、搅拌器15、整流器16和系统控制柜17，在电解槽14的底部装有搅拌器15，电解槽14内的阳极和阴极通过整流器16与系统控制柜17连接；设在该电解槽14上部的入口与所述固液分离器12的液体出口连接，设在该电解槽14下部的出口引出船体外。
6.如权利要求2所述的船舶烟气脱硫装置，其特征在于，所述的固液分离器12采用碟片分离机。
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