CN109351188A - 一种船舶尾气低温硫硝脱除装置及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船舶尾气低温硫硝脱除装置及处理方法，其中该装置包括旋转式反应器、氨水喷淋塔和氨水储罐，旋转式反应器设有圆柱形的壳体、顶盖和底盖，壳体内设有蜂窝状柱体，旋转式反应器内设有隔板，隔板将蜂窝状柱体与顶盖和底盖之间的密封空间分为第一空间、第二空间和第三空间，该方法将收集的船舶尾气通过管道导入到第一空间、第二空间和第三空间内，进行充分的反应后，经过引风机通过排气管排出。本发明可高效处理船舶尾气，简化了处理工艺、提高了处理效率和节省装置占用的空间，并降低了消耗的能源，并产生附加产品氨肥。

Description

一种船舶尾气低温硫硝脱除装置及处理方法
技术领域
本发明涉及尾气处理装置，具体涉及一种船舶尾气低温硫硝脱除装置及处理方法。
背景技术
近年来，随着国际国内航运的不断发展，船舶柴油机尾气中SO2与NOX对环境造成日益严重的影响，并威胁人类健康。特别是国内船舶的柴油消耗量约占非道路交通用途柴油的15％，排放大量的SO2与NOX，属于重要环保对象。根据2014年国际海事组织IMO统计数据显示，船舶尾气年排放SO2与NOX分别约占全球排放总量的13％与15％。为了有效控制SO2排放，国际海事组织IMO下属的海上环境保护委员会第70次会议通过决议，确定在2020年在全球海域实行船舶燃油0.5％含硫上限的规定。针对NOx的污染，2017年9月1日，IMO关于NOxTierIII的修正案将正式生效，应严格按照修正的MARPOL附则VI的要求使得NOx的排放在TierIII的限值之下。
现有的以NH3为还原剂的SCR技术始于20世纪70年代的日本，后来在欧美等地广泛应用并得到进一步的完善，但低温烟气的脱硫脱硝一体化技术仍处于发展阶段。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种船舶尾气低温硫硝脱除装置及处理方法，解决了船舶柴油机尾气低温下SO2与NOX等有害物质处理不彻底的问题。
技术方案：本发明一种船舶尾气低温硫硝脱除装置，包括旋转式反应器、氨水喷淋塔和氨水储罐，其中所述旋转式反应器设有圆柱形的壳体、顶盖和底盖，所述壳体内设有蜂窝状柱体，所述旋转式反应器内设有隔板，所述隔板将蜂窝状柱体与顶盖和底盖之间的密封空间分为第一空间、第二空间和第三空间，所述第一空间和第三空间的底部通过U形管连接；所述氨水喷淋塔中部通过管道与第二空间的底部连接，所述氨水储罐通过管道与U形管连接。
进一步的，所述蜂窝状柱体的中心焊接有轴，所述轴与顶盖通过滚动轴承连接，轴与底盖通过V型密封装置连接，这样使得装置的密封性好。
进一步的，所述轴穿过底盖通过凸缘联轴器与电机连接，由电机通过轴带动蜂窝状柱体缓慢顺时针旋转，使各个空间之间的资源利用更加充分。
进一步的，所述V型密封装置包括L型支架，所述L型支架靠近轴的一边两侧设置有V型密封圈和O型圈，且V型密封圈与轴相接触；所述底盖与L型支架远离轴的一边通过紧固螺丝固定连接；所述L型支架靠近轴的一边内侧设置有轴承。
进一步的，所述蜂窝状柱体的材料为堇青石陶瓷，蜂窝状柱体表面涂覆有活性炭层，所述活性炭层上设有氧化物负载，通过活性炭层的吸附蓄热作用和氧化物负载的催化作用使得尾气中的SO2与NOX得到反应，同时能够多次重复利用，更加环保。
进一步的，所述第一空间的顶部通过管道与集气管连接；所述第三空间的顶部通过管道与引风机连接；所述第二空间的顶部通过管道与送风机连接。
进一步的，所述第一空间与集气管之间设置有三通阀，所述三通阀一端通过管道与排气管连接；所述氨水喷淋塔内设置有若干喷淋嘴，且氨水喷淋塔底部通过管道与鼓风机连接。
进一步的，所述喷淋嘴通过管道分别与氨水储罐和氨水喷淋塔底部连接，所述氨水喷淋塔顶端设置有气体出口，由于氨水喷淋塔底部鼓入空气氧化亚硫酸铵以及部分未冷凝的水蒸气，因此在氨水喷淋塔顶端要设置气体出口，起到一个集气的作用。
一种船舶尾气低温硫硝脱除处理方法，使用上述的船舶尾气低温硫硝脱除装置，包括如下步骤：
(1)集气管将收集的船舶尾气通过管道导入到第一空间内，同时电机通过轴带动蜂窝状柱体缓慢顺时针旋转；
(2)尾气中的SO2、O2和H2O在与氧化物负载的催化作用下在第一空间反应生成硫酸并吸附在活性炭层上，脱除SO2的尾气从第一空间底部通过U形管进入第三空间内，同时氨水储罐的氨水通过管道与U形管内脱除SO2的尾气混合后进入第三空间；
(3)此时蜂窝状柱体则经过顺时针旋转，旋转至第二空间，送风机将400℃的蒸汽导入第二空间内，此时吸附在活性炭层上的硫酸在高温环境下分解生成SO2气体，同时活性炭层中的部分活性炭发生氧化，蒸汽携带SO2通过第二空间底部的管道进入氨水喷淋塔内，氨水喷淋塔内的若干喷淋嘴喷出氨水与SO2以及鼓风机鼓入的O2反应形成氨肥；
(4)此时蜂窝状柱体则经过顺时针旋转，旋转至第三空间，进入第三空间的氨水与脱除SO2的尾气，由于活性炭层的蓄热作用，此时蜂窝状柱体的表面温度仍然维持在350℃左右，氨水气化后产生的NH3与尾气中的NOx通过氧化物负载的催化作用选择性催化还原生成氮气，在第二空间内被氧化的活性炭层同时被还原；
(5)净化后的尾气经过引风机通过排气管排出。
有益效果：本发明低温下高效处理船舶尾气中的SO2与NOX，其优点在于，净化船舶尾气的同时产生了副产品氨肥，解决了硫的回收问题。通过活性炭层的吸附蓄热作用和氧化物负载的催化作用，在一定的条件下具有高活性，能达到较高的脱硫脱硝率，从而满足了船舶废气排放规定，减少了环境污染。
附图说明
图1为本发明船舶尾气低温硫硝脱除装置结构示意图；
图2为旋转式反应器结构示意图；
图3为旋转式反应器内部俯视图；
图4为顶盖和底盖结构示意图；
图5为V型密封装置结构示意图；
图6为滚动轴承结构示意图；
图7为凸缘联轴器结构示意图。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1至图4所示，本发明一种船舶尾气低温硫硝脱除装置，包括旋转式反应器1、氨水喷淋塔2和氨水储罐3，其中旋转式反应器1设有圆柱形的壳体11、顶盖12和底盖13，壳体11内设有蜂窝状柱体14，蜂窝状柱体14与顶盖12和底盖13组成密闭空间，旋转式反应器1内设有2块隔板15，隔板15将蜂窝状柱体14与顶盖12和底盖13之间的密封空间分为第一空间16、第二空间17和第三空间18，其中第一空间16作用是吸附SO2，第二空间17作用是利用400℃水蒸气再生吸附材料，并制取高浓度SO2，第三空间18作用是采用氨气与NOx反应生成N2，因第一空间16反应较慢故占用大部分空间，第二空间17和第三空间18占用较小空间。三个空间分占比例可根据实际情况进行调整，第一空间16和第三空间18的底部通过U形管113连接。
同时，蜂窝状柱体14的中心焊接有轴19，轴19与顶盖12通过滚动轴承110连接，轴19与底盖13通过V型密封装置111连接，底盖13设有支架，这样使得装置的密封性好；轴19穿过底盖13通过凸缘联轴器112与电机9连接，由电机9通过轴19带动蜂窝状柱体14缓慢顺时针旋转，使各个空间之间的资源利用更加充分。旋转式反应器1中的蜂窝状柱体14由堇青石陶瓷作为基材，蜂窝状柱体14表面涂覆有活性炭层作为吸附材料，同时活性炭层上设有Ce，Cu，V，Fe，Mn和Cr的1种或2种以上元素的氧化物负载。
第一空间16的顶部通过管道与集气管4连接；第三空间18的顶部通过管道与引风机5连接，设置引风机5用于抽取脱硫脱硝后的尾气，第三空间18中尾气经过脱硫脱硝后速度降低，使用引风机5排出的同时使第三空间18气压减小，有利于第一空间16内尾气通过管道自主进入第三空间18进行反应，同时将净化后的尾气经过引风机5通过排气管8排出；第二空间17的顶部通过管道与送风机6连接，氨水喷淋塔2中部通过管道与第二空间17的底部连接，将400℃的蒸汽通过第二空间17送入蜂窝状柱体14中，用于吸附材料活性炭层的再生与SO2的脱附，脱附的高浓度SO2气体在氨水喷淋塔2中，氨水喷淋塔2内设置有若干喷淋嘴21，且氨水喷淋塔2底部通过管道与鼓风机10连接，使得氨水与SO2气体及鼓入的O2充分反应生成氨肥，即硫酸铵；同时喷淋嘴21通过管道分别与氨水储罐3和氨水喷淋塔2底部连接，此时氨水储罐3仅用于定时给喷淋嘴21补充消耗的氨水，而且氨水喷淋要设置喷淋循环，因气液反应不可能一次完成，将氨水喷淋塔2底部的液体通过泵和管道回收，再次利用喷淋嘴21喷淋，反应更加充分；氨水喷淋塔2顶端设置有气体出口22，由于氨水喷淋塔2底部鼓入O2氧化亚硫酸铵以及部分未冷凝的水蒸气，气体会集中在氨水喷淋塔2的顶端，因此在氨水喷淋塔2顶端要设置气体出口，此时氨水喷淋塔2的顶端实则起到一个集气的作用，再将气体排出；
氨水储罐3通过管道与U形管113连接，使得氨水储罐3的氨水通过管道与U形管113内脱除SO2的尾气混合后进入第三空间18；第一空间16与集气管4之间设置有三通阀7，所述三通阀7一端通过管道与排气管8连接，此连接处也同样设置有三通阀7，当需要对该装置进行维护时，关闭靠近集气管4的三通阀7与第一空间16连接的端口以及关闭靠近排气管8的三通阀7与引风机5连接的端口，打开靠近集气管4的三通阀7通过管道与排气管8连接的端口，即可对该装置进行维护。
如图5所示，轴19与底盖13通过V型密封装置111连接，V型密封装置111包括L型支架113，L型支架113两边均与底盖13紧密接触，同时L型支架113靠近轴19的一边两侧设置有V型密封圈114和O型圈115，且V型密封圈114与轴19相接触；V型密封圈114和O型圈115都是嵌入在轴19与底盖13之间，L型支架113、V型密封圈114和O型圈115增加密封效果，进一步的防止尾气和液体从轴19处流出，底盖13与L型支架113远离轴19的一边通过紧固螺丝116固定连接；L型支架113靠近轴19的一边内侧设置有轴承117。
如图6所示，轴19与顶盖12通过滚动轴承110连接。
如图7所示，轴19穿过底盖13通过凸缘联轴器112与电机9连接，凸缘联轴器112通过锁紧螺丝118将轴19与电机的轴连接，且轴19与电机的轴的连接处还有垫圈119用于防止轴19与电机的轴碰撞。
一种船舶尾气低温硫硝脱除处理方法，使用上述的船舶尾气低温硫硝脱除装置，包括如下步骤：
(1)集气管4将收集的船舶尾气通过管道导入到第一空间16内，同时电机9通过轴19带动蜂窝状柱体14缓慢顺时针旋转；
(2)此时尾气中SO2浓度为600ppm，O2浓度为13％，尾气温度为150℃左右，尾气中的SO2、O2及H2O在氧化物负载的催化作用下在第一空间16反应生成硫酸并吸附在活性炭层上，脱除SO2的尾气从第一空间16底部通过U形管113进入第三空间18内，同时氨水储罐3的氨水通过管道与U形管113内脱除SO2的尾气混合后进入第三空间18；
尾气在第一空间16内，尾气温度大约在150℃左右发生的化学反应为：
SO2+H2O+1/2O2+C→C-H2SO4
式中C-H2SO4为吸附在活性炭上的硫酸；
(3)此时蜂窝状柱体14则经过顺时针旋转，旋转至第二空间17，送风机6将400℃的蒸汽导入第二空间17内，此时吸附在活性炭层上的硫酸在高温环境下分解生成浓度约为20％的SO2气体，同时活性炭层中的部分活性炭发生氧化，蒸汽携带SO2通过第二空间17底部的管道进入氨水喷淋塔2内，氨水喷淋塔2内的若干喷淋嘴21喷出氨水与SO2及鼓入的O2反应形成氨肥；同时保持蒸汽的压力应略大于尾气压力，避免了第一空间16与第三空间18尾气中的氧气进入第二空间17氧化活性炭；
反应生成的硫酸吸附在活性炭上，然后经过旋转，吸附硫酸的部分进入第二空间17，此时蒸汽对其进行加热，在400℃的温度下发生的化学反应为：
C-H2SO4→C-O+H2O+SO2
式中C-O为活性炭表面氧化生成的含氧官能团。
氨水喷淋塔中制取氨肥，即硫酸铵的反应为：
氨水喷淋塔处设置的鼓风机10，为该反应输送氧气。
(4)此时蜂窝状柱体14则经过顺时针旋转，旋转至第三空间18，步骤(1)中进入第三空间18的氨水与脱除SO2的尾气，由于活性炭层的蓄热作用，此时蜂窝状柱体14的表面温度仍然维持在350℃左右，尾气中NOx浓度为1500ppm，O2浓度为13％，氨水气化后产生的NH3与尾气中的NOx通过氧化物负载的催化作用选择性催化还原生成氮气，在第二空间17内被氧化的活性炭层同时被还原；
氨水通过管道再经过第一空间16与第三空间18的U形管113进入第三空间18，第三空间18的蜂窝状柱体14由第二空间17旋转过来，此时温度大约在350摄氏度左右，发生以下化学反应：
2NO+2NH3+1/2O2→2N2+3H2O
2NO+2NH3+C-O→2N2+3H2O+C
与此同时，设置引风机5用于抽取脱硫脱硝后的尾气，第三空间18中尾气经过脱硫脱硝后速度降低，使用引风机5排出的同时使第三空间18气压减小，有利于第一空间16内尾气通过管道自主进入第三空间18进行反应；
(5)最后净化后的尾气经过引风机5通过排气管8排出。

Claims (9)

1.一种船舶尾气低温硫硝脱除装置，其特征在于：包括旋转式反应器(1)、氨水喷淋塔(2)和氨水储罐(3)，其中所述旋转式反应器(1)设有圆柱形的壳体(11)、顶盖(12)和底盖(13)，所述壳体(11)内设有蜂窝状柱体(14)，所述旋转式反应器(1)内设有隔板(15)，所述隔板(15)将蜂窝状柱体(14)与顶盖(12)和底盖(13)之间的密封空间分为第一空间(16)、第二空间(17)和第三空间(18)，所述第一空间(16)和第三空间(18)的底部通过U形管(113)连接；所述氨水喷淋塔(2)中部通过管道与第二空间(17)的底部连接，所述氨水储罐(3)通过管道与U形管(113)连接。
2.根据权利要求1所述的一种船舶尾气低温硫硝脱除装置，其特征在于：所述蜂窝状柱体(14)的中心焊接有轴(19)，所述轴(19)与顶盖(12)通过滚动轴承(110)连接，轴(19)与底盖(13)通过V型密封装置(111)连接。
3.根据权利要求2所述的一种船舶尾气低温硫硝脱除装置，其特征在于：所述轴(19)穿过底盖(13)通过凸缘联轴器(112)与电机(9)连接。
4.根据权利要求2所述的一种船舶尾气低温硫硝脱除装置，其特征在于：所述V型密封装置(111)包括L型支架(113)，所述L型支架(113)靠近轴(19)的一边两侧设置有V型密封圈(114)和O型圈(115)，且V型密封圈(114)与轴(19)相接触；所述底盖(13)与L型支架(113)远离轴(19)的一边通过紧固螺丝(116)固定连接；所述L型支架(113)靠近轴(19)的一边内侧设置有轴承(117)。
5.根据权利要求1所述的一种船舶尾气低温硫硝脱除装置，其特征在于：所述蜂窝状柱体(14)的材料为堇青石陶瓷，蜂窝状柱体(14)表面涂覆有活性炭层，所述活性炭层上设有氧化物负载。
6.根据权利要求1所述的一种船舶尾气低温硫硝脱除装置，其特征在于：所述第一空间(16)的顶部通过管道与集气管(4)连接；所述第三空间(18)的顶部通过管道与引风机(5)连接；所述第二空间(17)的顶部通过管道与送风机(6)连接。
7.根据权利要求1所述的一种船舶尾气低温硫硝脱除装置，其特征在于：所述第一空间(16)与集气管(4)之间设置有三通阀(7)，所述三通阀(7)一端通过管道与排气管(8)连接；所述氨水喷淋塔(2)内设置有若干喷淋嘴(21)，且氨水喷淋塔(2)底部通过管道与鼓风机(10)连接。
8.根据权利要求7所述的一种船舶尾气低温硫硝脱除装置，其特征在于：所述喷淋嘴(21)通过管道分别与氨水储罐(3)和氨水喷淋塔(2)底部连接，所述氨水喷淋塔(2)顶端设置有气体出口(22)。
9.一种船舶尾气低温硫硝脱除处理方法，使用权利要求1-7中任一所述的船舶尾气低温硫硝脱除装置，其特征在于，包括如下步骤：
(1)集气管(4)将收集的船舶尾气通过管道导入到第一空间(16)内，同时电机(9)通过轴(19)带动蜂窝状柱体(14)缓慢顺时针旋转；
(2)尾气中的SO2、H2O与O2通过氧化物负载的催化作用在第一空间(16)反应生成硫酸并吸附在活性炭层上，脱除SO2的尾气从第一空间(16)底部通过U形管(113)进入第三空间(18)内，同时氨水储罐(3)的氨水通过管道与U形管(113)内脱除SO2的尾气混合后进入第三空间(18)；
(3)此时蜂窝状柱体(14)则经过顺时针旋转，旋转至第二空间(17)，送风机(6)将400℃的蒸汽导入第二空间(17)内，此时吸附在活性炭层上的硫酸在高温环境下分解生成SO2气体，同时活性炭层中的部分活性炭发生氧化，蒸汽携带SO2通过第二空间(17)底部的管道进入氨水喷淋塔(2)内，氨水喷淋塔(2)内的若干喷淋嘴(21)喷出氨水与SO2及鼓风机(10)鼓入的O2反应形成氨肥；
(4)此时蜂窝状柱体(14)则经过顺时针旋转，旋转至第三空间(18)，步骤(1)中进入第三空间(18)的氨水与脱除SO2的尾气，由于活性炭层的蓄热作用，此时蜂窝状柱体(14)的表面温度仍然维持在350℃左右，氨水气化后产生的NH3与尾气中的NOx通过氧化物负载的催化作用选择性催化还原生成氮气，在第二空间(17)内被氧化的活性炭层同时被还原；
(5)净化后的尾气经过引风机(5)通过排气管(8)排出。
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