CN115485465A - 船舶的温室气体减排装置及具备其的船舶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种船舶的温室气体减排装置，包括：海水供应部110，所述海水供应部110供应海水；氨水制造部120，所述氨水制造部120使清水与NH3反应而制造并供应氨水；吸收塔130，所述吸收塔130形成有CO2去除部133，所述CO2去除部133使从船舶引擎10排出的废气与从海水供应部110供应的海水反应并冷却，使冷却的废气与来自氨水制造部120的氨水反应，将CO2转换成NH4HCO3(aq)，去除CO2；及氨再生部140，所述氨再生部140使从吸收塔130排出的NH4HCO3(aq)与Ca(OH)2或Mg(OH)2反应，使NH3(g)再生并回归供应到氨水制造部120；从废气分离排出NOX、SOX、CO2，使得满足IMO温室气体排出管制，去除SOX后去除CO2，提高CO2去除效率性，去除因NH3再生时残存的SOX导致的副反应，使得在回收氨时不包含杂质。

Description

船舶的温室气体减排装置及具备其的船舶
技术领域
本发明涉及一种能够从船舶引擎排出的废气中分离排出NOX与SOX、CO2，满足IMO温室气体排放管制，去除SOX后去除CO2，提高CO2溶解度与CO2去除效率性的船舶的温室气体减排装置及具备其的船舶。
背景技术
最近，由于化石燃料无分别使用导致的温室气体排放的影响，正在发生地球变暖现象和与此相关的环境灾害。
因此，将与不释放作为典型温室气体的二氧化碳而是进行捕集和存储相关的一系列技术称为CCS(Carbon dioxide Capture and Storage：碳捕获和储存)技术，最近倍受瞩目，在CCS技术中，化学吸收法(chemical absorption)由于能够进行大规模处理，因而是其中使用最多的技术。
另外，二氧化碳排放管制通过国际海事组织(IMO)的船舶能效设计指数(EEDI)进行管制，目标是在2050年减少2008年排放量的50％以上，由于2030年需减少2008年排放量的40％，因而不排放CO2或捕集已排放CO2的技术倍受瞩目。
作为参考，直接捕集及存储二氧化碳的CCS技术中的CO2捕集技术，可以根据对象工序的CO2发生条件而多样地接近，目前代表性技术有吸收法、吸附法和膜分离法，其中，湿式吸收法就陆地工厂而言，技术成熟度高，CO2的大量处理容易，可以说是最接近CCS技术商用化的捕集技术，作为吸收剂，主要使用胺系列和氨。
另一方面，前面提及的减少二氧化碳排放或捕集已生成二氧化碳的技术目前在船舶中尚没有商用化案例，将氢或氨用作燃料的方法目前也在开发中，尚未达到商业化水平的阶段。
特别是在为了使用高硫油而具备洗涤器(scrubber)的船舶中，SOX的溶解度大，先变成NaSO3的化合物，因而存在直至SOX全部实现溶解之前，难以去除CO2的缺点。
因此，对于使用化石燃料的船舶，提出了把用于将船舶引擎排出的排放气体中CO2转换成不对环境造成影响的物质并排出或转换成有用物质进行存储的技术应用于船舶的必要性。
发明内容
技术问题
本发明的思想要实现的技术课题在于提供一种船舶的温室气体减排装置及具备其的船舶，使得从废气分离排出NOX、SOX、CO2，满足IMO温室气体排放管制，去除SOX后去除CO2，提高CO2溶解度和CO2去除效率性，使用Ca(OH)2或Mg(OH)2，节省NH3再生费用，减小过滤器后端部的容量大小，在去除CO2时，只消耗NH3、Ca(OH)2或Mg(OH)2，节省去除费用。
技术方案
为了达成前述目的，本发明包括：海水供应部，所述海水供应部供应海水；氨水制造部，所述氨水制造部使清水与NH3反应而制造并供应氨水；吸收塔，所述吸收塔形成有CO2去除部，所述CO2去除部使从船舶引擎排出的废气与从所述海水供应部供应的海水反应并冷却，使所述冷却的废气与来自所述氨水制造部的氨水反应，将CO2转换成NH4HCO3(aq)，去除CO2；及氨再生部，所述氨再生部使从所述吸收塔排出的NH4HCO3(aq)与Ca(OH)2或Mg(OH)2反应，使NH3再生并回归供应到所述氨水制造部。
另外，所述吸收塔可以还包括吸收、去除从所述船舶引擎排出的废气的NOx的NOx吸收部，所述CO2去除部可以使所述去除了NOx的废气与从所述海水供应部供应的海水反应并冷却，使所述冷却的废气与来自所述氨水制造部的氨水反应，将CO2转换成NH4HCO3(aq)，去除CO2，所述氨再生部可以使NH3再生并回归供应到所述氨水制造部及所述NOX吸收部。
另外，所述吸收塔可以还包括SOx吸收部，所述SOx吸收部使从所述船舶引擎排出的废气与从所述海水供应部供应的海水反应，在冷却的同时使SOx溶解、去除，所述CO2去除部可以使所述去除了SOx的废气与来自所述氨水制造部的氨水反应，将CO2转换成NH4HCO3(aq)，去除CO2。
另外，所述吸收塔可以由NOX吸收部、SOX吸收部、所述CO2去除部层叠形成，其中，所述NOX吸收部吸收、去除从所述船舶引擎排出的废气的NOX，所述SOX吸收部使所述去除了NOX的废气与从所述海水供应部供应的海水反应，在冷却的同时使SOX溶解、去除，所述CO2去除部使所述去除了SOX的废气与来自所述氨水制造部的氨水反应，将CO2转换成NH4HCO3(aq)，去除CO2；所述氨再生部可以使NH3再生并回归供应到所述氨水制造部及所述NOX吸收部。
另外，所述海水供应部可以包括：海水泵，所述海水泵从船外通过海底吸入箱接受供应海水，抽吸到所述SOX吸收部；及调节阀，所述调节阀根据废气的量，调节从所述海水泵供应的海水的流量。
另外，所述氨水制造部可以包括：清水罐，所述清水罐存储清水；清水泵，所述清水泵从所述清水罐抽吸供应清水；氨水制造塔，所述氨水制造塔由塔罐、NH3喷射喷嘴、清水喷射喷嘴、第一填充材料和冷却套管构成，其中，所述NH3喷射喷嘴在所述塔罐下端形成，向上方喷射NH3，所述清水喷射喷嘴在所述塔罐上端形成，向下方喷射来自所述清水泵的清水，所述第一填充材料在所述NH3喷射喷嘴与所述清水喷射喷嘴之间形成，使清水与NH3接触，溶解NH3而生成氨水，所述冷却套管对所述塔罐因溶解反应导致的发热进行冷却；及氨水泵，所述氨水泵从对排放到所述氨水制造塔下端的氨水进行存储的氨水存储罐向所述CO2去除部的上端供应氨水。
另外，所述氨水制造塔可以还包括除雾板，所述除雾板在所述塔罐的上部以曲折的多板形态形成，使从清水飞散的雾向所述第一填充材料方向回归。
另外，还可以包括将从所述氨水制造塔的上端排出的NH3供应到所述CO2去除部的下端的NH3供应管。
另外，所述第一填充材料可以由设计得增大单位体积的接触面积的蒸馏塔填料分多段构成。
另外，可以在分多段构成的所述蒸馏塔填料之间还形成有溶液再分配器。
另外，所述塔罐的直径及高度可以设计得使清水的流速及NH3的流速达到溢流速度的1/2。
另外，可以从所述氨再生部通过所述氨水制造部的NH3喷射喷嘴供应NH3，或者在NH3损耗或不足时，从另外的NH3存储罐供应NH3，补偿损耗及不足部分。
另外，所述NOX吸收部可以从所述氨再生部通过鼓风机或压缩机，利用第一NH3喷射喷嘴直接接受供应NH3，或者在NH3不足时，通过尿素水供应泵，利用第二NH3喷射喷嘴接受供应尿素水存储罐的尿素水，补偿不足部分。
另外，所述SOX吸收部可以包括与所述调节阀连接而向下方喷射海水的多段的海水喷射喷嘴。
另外，可以在所述海水喷射喷嘴下部，分多段分别形成有多孔性上板，所述多孔性上板形成有供废气穿过的流路，从而海水与废气能够接触。
另外，可以在所述海水喷射喷嘴下部，分别形成有填充了使得海水与废气接触的第三填充材料的吸收装置，从而海水能够溶解SOX。
另外，所述SOX吸收部可以包括罩住废气流入管的雨伞形态的隔壁，以便清洗水不逆流。
另外，所述CO2去除部可以包括：氨水喷射喷嘴，所述氨水喷射喷嘴与所述氨水泵连接，向下方喷射氨水；第二填充材料，所述第二填充材料使CO2与氨水接触，将CO2转换成NH4HCO3(aq)；冷却套管，所述冷却套管在填充有所述第二填充材料的吸收装置的每个区间分多段形成，对因CO2去除反应导致的发热进行冷却；水喷雾器，所述水喷雾器捕集未与CO2反应而排出到外部的NH3；除雾板，所述除雾板以曲折的多板形态形成，使氨水向所述第二填充材料方向回归；隔壁，所述隔壁形成得使氨水不逆流；及切断板，所述切断板为罩住所述隔壁的废气流入孔的雨伞形态。
另外，所述吸收塔可以还包括EGE，所述EGE在所述NOX吸收部与所述SOX吸收部之间形成，使所述船舶引擎的废热与锅炉水进行热交换。
另外，可以还包括蒸汽生成部，所述蒸汽生成部包括：辅助锅炉，所述辅助锅炉接受供应经热交换的蒸汽和饱和水形态的混合物，分离蒸汽并供应到蒸汽消耗处；锅炉水循环水泵，所述锅炉水循环水泵从所述辅助锅炉向所述EGE循环供应锅炉水；阶式罐，所述阶式罐从所述蒸汽消耗处回收冷凝的冷凝水；供应泵及调节阀，所述供应泵及调节阀调节从所述阶式罐向所述辅助锅炉的锅炉水的量并供应。
另外，所述氨再生部可以包括：Ca(OH)2存储罐，所述Ca(OH)2存储罐存储Ca(OH)2；混合罐，所述混合罐借助于搅拌机，搅拌从所述吸收塔排出的NH4HCO3(aq)与Ca(OH)2，生成CaCO3(s)和H2O，使NH3(g)再生；过滤器，所述过滤器从所述混合罐吸入溶液及沉淀物，分离CaCO3(s)；高压泵，所述高压泵以高压将所述溶液及沉淀物移送到所述过滤器；及CaCO3(s)存储罐，所述CaCO3(s)存储罐存储泥浆或固体状态的CaCO3(s)。
另外，所述氨再生部可以包括：Mg(OH)2存储罐，所述Mg(OH)2存储罐存储Mg(OH)2；混合罐，所述混合罐借助于搅拌机，搅拌从所述吸收塔排出的NH4HCO3(aq)和Mg(OH)2，生成MgCO3(s)和H2O，使NH3(g)再生；过滤器，所述过滤器从所述混合罐吸入溶液及沉淀物，分离MgCO3(s)；高压泵，所述高压泵以高压将所述溶液及沉淀物移送到所述过滤器；及MgCO3(s)存储罐，所述MgCO3(s)存储罐存储泥浆或固体状态的MgCO3(s)。
另外，可以将借助于所述过滤器而分离的氨水或清水供应到所述氨水制造部，或将相对于总循环清水而由所述混合罐追加生成的过剩氨水或过剩清水存储于所述清水罐。
另外，可以在所述Ca(OH)2存储罐中，使从所述清水罐供应的清水与CaO反应而生成Ca(OH)2。
另外，可以在所述Mg(OH)2存储罐中，使从所述清水罐供应的清水与MgO反应而生成Mg(OH)2。
另外，可以还包括排出部，所述排出部由清洗水罐、水处理装置及泥浆存储罐构成，其中，所述清洗水罐存储从所述吸收塔排出的清洗水，所述水处理装置具备调节浊度的过滤单元和用于pH调节的中和剂注入单元，以便借助于移送泵而移送到所述清洗水罐的清洗水满足船外排出条件，所述泥浆存储罐分离存储固态的排出物。
另一方面，本发明可以提供一种具备前面列举的温室气体减排装置的船舶。
技术效果
根据本发明，具有的效果是，在从船舶引擎排出的废气中，将NOX、SOX、CO2转换成不对环境造成影响的物质并分离排出，或转换成有用物质并存储，以便满足IMO温室气体排放管制，去除SOX后去除CO2，提高CO2溶解反应速度和CO2溶解度与CO2去除效率性，可以使用Ca(OH)2或Mg(OH)2节省NH3再生费用，可以减小过滤器后端部的容量大小，在去除CO2时，只消耗比较廉价的NH3损耗部分、Ca(OH)2或Mg(OH)2(CaO或MgO)，可以节省去除费用，消除因NH3再生时残留的SOX导致的副反应，可以使NH3损耗最小化，使得在回收氨时不包含杂质，只投入Ca(OH)2或Mg(OH)2(CaO或MgO)，氨水浓度没有变化，可以减小过滤器的容量大小。
附图说明
图1图示了本发明实施例的船舶的温室气体减排装置的概略性构成图。
图2图示了体现图1的船舶的温室气体减排装置的系统回路图。
图3分离图示了图2的船舶的温室气体减排装置的海水供应部。
图4分离图示了图2的船舶的温室气体减排装置的氨水制造部。
图5分离图示了图2的船舶的温室气体减排装置的吸收塔。
图6分离图示了图5的吸收塔的SOX吸收部。
图7分离图示了图2的船舶的温室气体减排装置的蒸汽生成部。
图8分离图示了图2的船舶的温室气体减排装置的氨再生部及氨水制造部。
图9示例性图示了应用于图2的船舶的温室气体减排装置的多样填充材料。
发明的实施形态
下面以附图为参考，对本发明的实施例进行详细说明，以便本发明所属技术领域的普通技术人员能够容易地实施。本发明可以以多种相异的形态体现，不限于在此说明的实施例。
本发明一个实施例的船舶的温室气体减排装置包括：海水供应部，所述海水供应部供应海水；氨水制造部，所述氨水制造部使清水与NH3反应而制造并供应氨水；吸收塔，所述吸收塔形成有CO2去除部，所述CO2去除部使从船舶引擎排出的废气与从海水供应部供应的海水反应并冷却，使冷却的废气与来自氨水制造部的氨水反应，将CO2转换成NH4HCO3(aq)，去除CO2；及氨再生部，所述氨再生部使从吸收塔排出的NH4HCO3(aq)与Mg(OH)2反应，使NH3再生并回归供应到氨水制造部。
此时，根据引擎的种类及规格(低压引擎或高压引擎)、向引擎供应的燃料的种类(HFO、MDO、MGO、LNG、氨等)，吸收塔可以选择性包括NOx吸收部或SOx吸收部而构成，或全部包括地构成。
特别是关于SOx吸收部，如后所述，可以使SOx与海水反应而溶解，可以一次执行废气的冷却与SOx吸收。
另一方面，本发明另一实施例的船舶可以提供具备前面提及的船舶的温室气体减排装置的船舶。
下面记述在吸收塔层叠形成有NOx吸收部、SOx吸收部、CO2去除部的实施例，但并非限定于此，如前所述，NOx吸收部及/或SOx吸收部可以根据引擎和燃料的种类而决定配备与否。
本发明实施例的船舶的温室气体减排装置的要旨在于，整体上包括：海水供应部110，所述海水供应部110供应海水；氨水制造部120，所述氨水制造部120使清水与NH3反应而制造并供应氨水；吸收塔130，所述吸收塔130形成有CO2去除部133，所述CO2去除部133使从船舶引擎10排出的废气与从海水供应部110供应的海水反应并冷却，使冷却的废气与来自氨水制造部120的氨水反应，将CO2转换成NH4HCO3(aq)，去除CO2；及氨再生部140，所述氨再生部140使从吸收塔130排出的NH4HCO3(aq)与Ca(OH)2(aq)或Mg(OH)2(aq)反应，使NH3(g)再生并回归供应到氨水制造部120；从废气分离排出NOX、SOX、CO2，使得满足IMO温室气体排放管制，去除SOX后去除CO2，提高CO2去除效率性，去除因NH3再生时残存的SOX导致的副反应，使得在回收氨时不包含杂质。
下面参照图1至图9，具体地详细叙述前述船舶的温室气体减排装置的构成。
首先，海水供应部110将海水供应到吸收塔130的SOX吸收部132，具体而言，如图2及图3所示，可以包括：海水泵111a、b，所述海水泵111a、b从船外通过海底吸入箱(seachest)(图上未示出)吸入并接受供应海水，抽吸到SOX吸收部132；调节阀112，所述调节阀112根据废气的量，调节从海水泵111a、b供应的海水的流量。其中，海水泵111a、b可以由从船外吸入海水的吸入泵(suction pump)111a和将海水抽吸移送到SOX吸收部132的海水移送泵111b构成。
作为参考，根据船舶是靠岸时或航海时，可以根据水深而从吸入上部海水的高海底吸入箱或吸入下部海水低海底吸入箱选择性地供应到海水泵111a、b。即，在船舶靠岸时，上部海水比下部海水干净，因而可以使用高海底吸入箱，在船舶航海时，下部海水比上部海水干净，因而可以使用低海底吸入箱。
其中，调节阀112可以为调节海水流量的手动操作型隔膜阀或电磁阀，但并非限定于此，只要是可以根据废气的量来调节通过海水喷射喷嘴132a的海水喷射量，任何形态的阀门均可应用。
然后，氨水制造部120使清水与再生或不足时补充的NH3反应，制备并供应氨水(NH4OH(aq))。
具体而言，如图2及图4所示，氨水制造部120可以包括：清水罐121，所述清水罐121存储清水(fresh water)；清水泵122，所述清水泵122从清水罐121抽吸、供应清水；氨水制造塔123，所述氨水制造塔123由塔罐123a、NH3喷射喷嘴123b、清水喷射喷嘴123c、填充材料123d构成，其中，所述NH3喷射喷嘴123b在塔罐123a下端形成，向上方喷射NH3，所述清水喷射喷嘴123c在塔罐123a上端形成，向下方喷射来自清水泵122的清水，所述填充材料123d在NH3喷射喷嘴123b与清水喷射喷嘴123c之间形成，使清水与NH3接触，溶解NH3而生成氨水，所述冷却套管123e对因根据下述[化学式1]的溶解反应导致的塔罐123a发热进行冷却；及氨水泵124，所述氨水泵124从存储排放(drain)到氨水制造塔123下端的氨水的氨水存储罐124a，向在CO2去除部133上端形成的氨水喷射喷嘴133a供应氨水。
【化学式1】
NH3+H2O→NH4OH(aq)，(发热反应，1650MJ/ton)
其中，清水罐121可以存储在船内生产的蒸馏水(distilled water)或在借助于过滤器144分离CaCO3或MgCO3时而分离移送到氨水制造塔123的清水(或氨水)。另外，清水罐121也可以存储相比氨水生成及NH3再生所需的总循环清水，穿过混合罐143及过滤器144而追加生成的过剩清水(参考图8)。
另一方面，如果参考图4，氨水制造塔123可以还包括除雾板123f，所述除雾板123f在塔罐123a的上部清水喷射喷嘴123c上端以曲折的多板形态形成，使从清水飞散的雾(mist)向填充材料123d方向回归，由于清水可以通过废气排出到外部，因而雾冲撞到曲折，液滴(droplet)变大，可以使得向下部的填充材料123d方向排液。
另外，可以还包括将排气到氨水制造塔123上端的NH3(g)向CO2去除部133下端供应的NH3供应管123g，使未能溶解而排气的过剩NH3(g)被穿过CO2去除部133而流下的氨水吸收，使NH3的损耗实现最小化。
另一方面，如果由氨再生部140再生的NH3借助于氨水制造塔123而生成氨水，或未达到向NOX吸收部131的第一NH3喷射喷嘴131b供应的量而发生NH3不足部分，或NH3本身发生损耗部分，则也可以配备另外的NH3存储罐123h来供应NH3，使得补偿损耗及不足部分。即，使得可以从氨再生部140利用氨水制造部120的NH3喷射喷嘴123b或鼓风机(blower)131a或压缩机，利用NOX吸收部131的第一NH3喷射喷嘴131b直接供应NH3，或者在NH3损耗或不足时，可以从NH3存储罐123h接受供应NH3，替代损耗部分或不足部分。
另外，塔罐123a的直径及高度优选设计得使清水的流速及NH3的流速达到溢流速度(flooding velocity)的1/2，由此，可以在NH3通过NH3喷射喷嘴123b以比常压略高的压力喷射的状态下，抵消塔罐123a的浸润状态下的压力下降。
另外，填充材料123d可以由设计得增大单位体积的接触面积的蒸馏塔填料(distilling column packing)分多段构成，可以考虑单位面积的接触面积与气体压力下降和溢流速度，选定适合图9所示工序的蒸馏塔填料。
另一方面，可以在分多段构成的蒸馏塔填料之间形成有溶液再分配器(图上未示出)，使得防止清水的沟流(channeling)现象。
另外，氨水泵124可以由离心泵(centrifugal pump)构成，从氨水制造塔123向CO2去除部133抽吸大量的氨水，有效进行供应。
另外，冷却套管123e可以考虑NH3的溶解度进行冷却，使得溶解反应的反应温度保持在30℃至50℃。
然后，吸收塔130如图2及图5所示，由NOX吸收部131、SOX吸收部132、CO2去除部133沿竖直方向层叠形成，依次吸收、去除NOX、SOX、CO2，其中，所述NOX吸收部131吸收去除从主引擎或发电用引擎等船舶引擎10排出的废气的NOX，所述SOX吸收部132使去除了NOX的废气与海水反应，在冷却的同时溶解、去除SOX，所述CO2去除部133使去除了SOX的废气与从氨水制造部120供应的氨水反应，将CO2转换成NH4HCO3(aq)，去除CO2。
其中，吸收塔130可以包括NOX吸收部131、SOX吸收部132、CO2去除部133和后述的EGE 134构成，既可以分别由个别模块构成，实现模块化而结合构成，也可以以单一的塔形态统合构成，吸收塔130本身也可以由单一塔或多个塔构成。
具体而言，NOX吸收部131作为SCR(Selective Catalyst Reactor：选择性催化剂反应器)，可以从氨再生部140，通过鼓风机131a或压缩机，直接接受供应NH3，利用第一NH3喷射喷嘴131b喷射NH3，或在NH3不足时，将尿素水存储罐131c的尿素水(UREA)，通过尿素水供应泵131d接受供应，利用第二NH3喷射喷嘴131e进行喷射，补偿NH3不足部分。
其中，如果分解尿素水，则发生NH3和CO2，因而可以优选直接供应NH3，减小CO2发生量，可以在NOX吸收部131的上端形成有感知NOX浓度的NOX传感器131f(参照图5)。
另外，SOX吸收部132作为与海水第一次接触的区段，由与调节阀112连接而向下方喷射海水的多段的海水喷射喷嘴132a构成，可以在溶解SOX并去除碳烟(soot)粉尘的同时，通过海水喷射喷嘴132a或另外的冷却套管(图上未示出)，将废气的温度冷却到CO2去除部133要求的27℃至33℃，优选可以冷却到30℃左右。
另一方面，如图6的(a)所示，在海水喷射喷嘴132a下部，分别分多段形成有形成供废气穿过的流路的多孔性上板132b，使得海水与废气顺利接触，或者如图6的(b)所示，也可以在海水喷射喷嘴132a下部，分别形成有填充使得海水与废气接触的填充材料的吸收装置132c，使得海水溶解SOX。
另一方面，为了进一步提高SOX的溶解度，可以由投入形成碱离子的化合物例如投入NaOH或MgO的碱性药品的闭合回路系统(closed loop system)构成。
作为参考，闭合回路系统虽然伴随着追加的碱性药品消耗，但具有循环的海水的量少的优点，只喷射海水并将溶解的SOX排出到船外的开放回路系统(open loop system)无追加碱性药品消耗，具有简化的优点，要使这种优点最大化，也可以由结合了开放回路及闭合回路的混合系统构成。
因此，通过SOX吸收部132首先去除SOX后，接着通过CO2去除部133去除CO2，SOX溶解度增大，先变成Na2SO3等化合物，可以解决在直至SOX的溶解全部实现之前难以去除CO2的难题，提高CO2溶解度及CO2去除效率性。
其中，在借助于SOX吸收部132而排液到排出部160的清洗水中，一同包含SO3 -、SO4 2-、碳烟、NaSO3、NaSO4、MgCO3、MgSO4及其他离子化合物，SOX吸收部132可以包括雨伞形态的隔壁132e，所述隔壁132e罩住废气流入管132d，以便清洗水不逆流到NOX吸收部131或EGE134。
另外，CO2去除部133如图4及图5所示，包括：氨水喷射喷嘴133a，所述氨水喷射喷嘴133a与氨水泵124连接，向下方喷射氨水；填充材料133b，所述填充材料133b使CO2与氨水接触，根据下述[化学式2]，将CO2转换成NH4HCO3(aq)；冷却套管(图上未示出)，所述冷却套管在填充了填充材料133b的吸收装置每个区间分多段形成，使因CO2去除反应导致的发热冷却，使得保持在30℃至50℃；水喷雾器133c，所述水喷雾器133c捕集未与CO2反应便排出到外部的NH3；除雾板133d，所述除雾板133d以曲折的多板形态形成，使氨水向填充材料133b方向回归；隔壁133e，所述隔壁133e形成得使氨水不逆流到SOX吸收部132；切断板133f，所述切断板133f为罩住隔壁133e的废气流入孔133e-1的雨伞形态。
【化学式2】
2NH4OH+CO2->(NH4)2CO3+H2O
(NH4)2CO3+CO2+H2O->2NH4HCO3
其中，CO2去除部133使前面去除了NOX和SOX的废气与氨水反应而首先去除，在CO2去除工序中，不发生因NOX和SOX导致的副反应，可以使杂质发生实现最小化，在后续工序，可以获得杂质少的NH4HCO3。
另外，填充材料133b可以由设计得增大单位体积的接触面积的蒸馏塔填料分多段构成，可以考虑单位面积的接触面积、气体的压力下降和溢流速度，选定适合如图9所示工序的蒸馏塔填料。
另一方面，吸收塔130可以还包括EGE(Exhaust Gas Economizer：废气经济器)134，所述EGE在NOX吸收部131与SOX吸收部132之间形成，使船舶引擎10的废热与锅炉水进行热交换。
然后，氨再生部140使从吸收塔130排出的NH4HCO3(aq)与Ca(OH)2或Mg(OH)2反应，使NH3再生并回归供应到氨水制造部120及NOX吸收部131进行再使用，将CO2存储为CaCO3(s)或MgCO3(s)形态，或者排出。
具体而言，如图2及图8所示，氨再生部140可以包括：存储Ca(OH)2或Mg(OH)2的Ca(OH)2存储罐141或Mg(OH)2存储罐141；混合罐143，所述混合罐143借助于搅拌机142，搅拌从吸收塔130的CO2去除部133排出的NH4HCO3(aq)与Ca(OH)2或Mg(OH)2，根据下述[化学式3]或[化学式4]，生成CaCO3(s)或MgCO3(s)和H2O，再生NH3(g)；过滤器144，所述过滤器144从混合罐143吸入溶液及沉淀物，分离CaCO3(s)或MgCO3(s)；高压泵145，所述高压泵145将溶液及沉淀物以高压移送到过滤器144；及CaCO3(s)存储罐(图上未示出)或MgCO3(s)存储罐(图上未示出)，所述CaCO3(s)存储罐或MgCO3(s)存储罐对泥浆或移送到干燥器(dryer)(图上未示出)而成为固体的固体状态的CaCO3(s)或MgCO3(s)进行存储。
【化学式3】
NH4HCO3(aq)+Ca(OH)2->CaCO3(s)+2H2O+NH3(g)
【化学式4】
NH4HCO3(aq)+Mg(OH)2->MgCO3(s)+2H2O+NH3(g)
其中，借助于混合罐143内安装的搅拌机142，使NH4HCO3(aq)与Ca(OH)2或Mg(OH)2连续反应，且保持既定温度，以便反应顺利进行。
另一方面，将被过滤器144分离的清水(或氨水)供应到氨水制造部120的清水喷射喷嘴123c，或将相对于氨水生成及NH3再生需要的总循环清水而由混合罐143追加生成的过剩清水(或过剩氨水)存储于清水罐121，可以消除清水的浪费。
另外，Ca(OH)2存储罐141或Mg(OH)2存储罐141还发挥使从清水罐121供应的清水与CaO或MgO反应，生成并存储Ca(OH)2或Mg(OH)2，供应给混合罐143的作用。其中，CaO或MgO的溶解度低，因而应用在需要时向清水投入CaO或MgO而制造Ca(OH)2(aq)或Mg(OH)2(aq)的方式更有效，在CaO或MgO投入时，需伴随加热及搅拌。
由此，不发生氨水浓度减小，可以减小过滤器144的容量大小，可以减少NH3再生费用。即，从理论上而言，使得只消耗MgO，再使用NH3和清水，可以相当大地节省CO2去除费用。
另外，过滤器144从混合罐143吸入溶液和沉淀物，将NaHCO3及其之外副产物的沉淀物借助于高压泵145以高压移送，分离CaCO3或MgCO3，以固体状态存储或排出到船外。其中，作为过滤器的一个示例，可以应用适合高压固体移送导致的沉淀物分离的隔膜过滤器。
另外，将借助于混合罐143而再生的NH3供应到氨水制造部120的NH3喷射喷嘴123b和NOX吸收部131的第一NH3喷射喷嘴131b，使得在制备氨水和去除NOX中再利用，可以使比较昂贵的NH3消耗实现最小化，节省费用。
然后，蒸汽生成部150如图7所示，生成并供应船内加热装备所需的蒸汽，由辅助锅炉151、锅炉水循环水泵152、阶式罐(cascade tank)153、供应泵154及调节阀155构成，其中，所述辅助锅炉151接受供应穿过EGE 134而实现热交换的蒸汽(steam)与饱和水形态的混合物，借助于蒸汽包(steam drum)(图上未示出)而分离蒸汽，供应给蒸汽消耗处，所述锅炉水循环水泵152从辅助锅炉151向EGE 134循环供应锅炉水，所述阶式罐(cascade tank)153从蒸汽消耗处回收被消耗后冷凝而相变的冷凝水，所述供应泵154及调节阀155调节从阶式罐153到辅助锅炉151的锅炉水的量并进行供应。
其中，在船舶引擎10的负载较大的情况下，可从废气接受提供的热量高，可以通过EGE 134充分生产船内需要的蒸汽量，但在并非如此的情况下，也可以在辅助锅炉151本身使燃料燃烧，生成需要的蒸汽。
然后，排出部160如图2所示，由清洗水罐161、水处理装置163及泥浆存储罐164构成，穿过水处理装置163满足船外排出条件的清洗水可以进行船外排出，无法满足船外排出条件的碳烟等固态排出物独立地存储保管于泥浆存储罐164，其中，所述清洗水罐161存储从吸收塔130排出的清洗水，所述水处理装置163具备调节浊度的过滤单元和用于pH调节的中和剂注入单元，以便借助于移送泵而移送到所述清洗水罐的清洗水满足船外排出条件，所述泥浆存储罐164分离存储碳烟等固态的排出物。
另一方面，作为用于满足船外排出条件的中和剂，可以例如NaOH，但假定从吸收塔130排出的物质全部满足酸性或碱性的情形，可以根据需要，选择使用可以分别使这些酸性或碱性中和的中和剂。
因此，根据如上所述的船舶的温室气体减排装置的构成，从自船舶引擎排出的废气，将NOX、SOX、CO2转换成不对环境造成影响的物质并分离排出，或转换成有用物质并存储，以便满足IMO温室气体排放管制，去除SOX后去除CO2，提高CO2溶解反应速度和CO2溶解度与CO2去除效率性，可以使用Ca(OH)2或Mg(OH)2节省NH3再生费用，可以减小过滤器后端部的容量大小，在去除CO2时，只消耗比较廉价的NH3损耗部分和Ca(OH)2或Mg(OH)2(CaO或MgO)，可以节省去除费用，可以以自然状态存在的CaCO3(s)或MgCO3(s)形态存储CO2，CaCO3(s)或MgCO3(s)可以进行海上排出，去除因在NH3再生时残存的SOX导致的副反应，使NH3损耗实现最小化，可以使得在氨回收时不包含杂质，只投入Ca(OH)2或Mg(OH)2，没有氨水浓度变化，可以减小过滤器的容量大小。
以上参照附图图示的实施例说明了本发明。但是，本发明不限于此，可以由本发明所属技术领域的普通技术人员，实现属于与本发明均等范围的多样变形例或其他实施例。因此，本发明真正的保护范围应根据权利要求书确定。

Claims (27)

1.一种船舶的温室气体减排装置，包括：
海水供应部，所述海水供应部供应海水；
氨水制造部，所述氨水制造部使清水与NH3反应而制造并供应氨水；
吸收塔，所述吸收塔形成有CO2去除部，所述CO2去除部使从船舶引擎排出的废气与从所述海水供应部供应的海水反应并冷却，使所述冷却的废气与来自所述氨水制造部的氨水反应，将CO2转换成NH4HCO3(aq)，去除CO2；及
氨再生部，所述氨再生部使从所述吸收塔排出的NH4HCO3(aq)与Ca(OH)2或Mg(OH)2反应，使NH3再生并回归供应到所述氨水制造部。
2.根据权利要求1所述的船舶的温室气体减排装置，其中，
所述吸收塔还包括吸收、去除从所述船舶引擎排出的废气中的NOx的NOx吸收部，
所述CO2去除部使所述去除了NOx的废气与从所述海水供应部供应的海水反应并冷却，使所述冷却的废气与来自所述氨水制造部的氨水反应，将CO2转换成NH4HCO3(aq)来去除CO2，
所述氨再生部使NH3再生并回归供应到所述氨水制造部及所述NOX吸收部。
3.根据权利要求1所述的船舶的温室气体减排装置，其中，
所述吸收塔还包括SOx吸收部，所述SOx吸收部使从所述船舶引擎排出的废气与从所述海水供应部供应的海水反应，在冷却的同时使SOx溶解、去除，
所述CO2去除部使所述去除了SOx的废气与来自所述氨水制造部的氨水反应，将CO2转换成NH4HCO3(aq)来去除CO2。
4.根据权利要求1所述的船舶的温室气体减排装置，其中，
所述吸收塔由NOX吸收部、SOX吸收部、所述CO2去除部层叠形成，其中，所述NOX吸收部吸收、去除从所述船舶引擎排出的废气的NOX，所述SOX吸收部使所述去除了NOX的废气与从所述海水供应部供应的海水反应，在冷却的同时使SOX溶解、去除，所述CO2去除部使所述去除了SOX的废气与来自所述氨水制造部的氨水反应，将CO2转换成NH4HCO3(aq)来去除CO2；
所述氨再生部使NH3再生并回归供应到所述氨水制造部及所述NOX吸收部。
5.根据权利要求3或4所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
所述海水供应部包括：
海水泵，所述海水泵从船外通过海底吸入箱接受供应海水，抽吸到所述SOX吸收部；及
调节阀，所述调节阀根据废气的量，调节从所述海水泵供应的海水的流量。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
所述氨水制造部包括：
清水罐，所述清水罐存储清水；
清水泵，所述清水泵从所述清水罐抽吸供应清水；
氨水制造塔，所述氨水制造塔由塔罐、NH3喷射喷嘴、清水喷射喷嘴、第一填充材料、冷却套管构成，其中，所述NH3喷射喷嘴在所述塔罐下端形成，向上方喷射NH3，所述清水喷射喷嘴在所述塔罐上端形成，向下方喷射来自所述清水泵的清水，所述第一填充材料在所述NH3喷射喷嘴与所述清水喷射喷嘴之间形成，使清水与NH3接触，溶解NH3而生成氨水，所述冷却套管对所述塔罐因溶解反应导致的发热进行冷却；及
氨水泵，所述氨水泵从对排放到所述氨水制造塔的下端的氨水进行存储的氨水存储罐向所述CO2去除部的上端供应氨水。
7.根据权利要求6所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
所述氨水制造塔还包括除雾板，所述除雾板在所述塔罐的上部以曲折的多板形态形成，使从清水飞散的雾向所述第一填充材料方向回归。
8.根据权利要求6所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
还包括将从所述氨水制造塔的上端排出的NH3供应到所述CO2去除部的下端的NH3供应管。
9.根据权利要求6所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
所述第一填充材料由设计得增大单位体积的接触面积的蒸馏塔填料分多段构成。
10.根据权利要求9所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
在分多段构成的所述蒸馏塔填料之间还形成有溶液再分配器。
11.根据权利要求6所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
所述塔罐的直径及高度设计得使清水的流速及NH3的流速达到溢流速度的1/2。
12.根据权利要求6所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
从所述氨再生部通过所述氨水制造部的NH3喷射喷嘴供应NH3，或者在NH3损耗或不足时，从另外的NH3存储罐供应NH3，使得补偿损耗及不足部分。
13.根据权利要求2或4所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
所述NOX吸收部从所述氨再生部通过鼓风机或压缩机，直接接受供应NH3，利用第一NH3喷射喷嘴进行喷射，或者在NH3不足时，通过尿素水供应泵接受供应尿素水存储罐的尿素水，利用第二NH3喷射喷嘴进行喷射，使得补偿NH3不足部分。
14.根据权利要求5所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
所述SOX吸收部包括与所述调节阀连接而向下方喷射海水的多段的海水喷射喷嘴。
15.根据权利要求14所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
在所述海水喷射喷嘴下部，分多段分别形成有多孔性上板，所述多孔性上板形成有供废气穿过的流路，使得海水与废气接触。
16.根据权利要求14所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
在所述海水喷射喷嘴下部，分别形成有填充了使得海水与废气接触的第三填充材料的吸收装置，使得海水溶解SOX。
17.根据权利要求14所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
所述SOX吸收部包括罩住废气流入管的雨伞形态的隔壁，以便清洗水不逆流。
18.根据权利要求6所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
所述CO2去除部包括：
氨水喷射喷嘴，所述氨水喷射喷嘴与所述氨水泵连接，向下方喷射氨水；
第二填充材料，所述第二填充材料使CO2与氨水接触，将CO2转换成NH4HCO3(aq)；
冷却套管，所述冷却套管在填充有所述第二填充材料的吸收装置的每个区间分多段形成，对因CO2去除反应导致的发热进行冷却；
水喷雾器，所述水喷雾器捕集未与CO2反应而排出到外部的NH3；
除雾板，所述除雾板以曲折的多板形态形成，使氨水向所述第二填充材料方向回归；
隔壁，所述隔壁形成得使氨水不逆流；及
切断板，所述切断板为罩住所述隔壁的废气流入孔的雨伞形态。
19.根据权利要求4所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
所述吸收塔还包括EGE，所述EGE在所述NOX吸收部与所述SOX吸收部之间形成，使所述船舶引擎的废热与锅炉水进行热交换。
20.根据权利要求19所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
还包括蒸汽生成部，所述蒸汽生成部包括：辅助锅炉，所述辅助锅炉接受供应经热交换的蒸汽和饱和水形态的混合物，分离蒸汽并供应到蒸汽消耗处；锅炉水循环水泵，所述锅炉水循环水泵从所述辅助锅炉向所述EGE循环供应锅炉水；阶式罐，所述阶式罐从所述蒸汽消耗处回收冷凝的冷凝水；供应泵及调节阀，所述供应泵及调节阀调节从所述阶式罐向所述辅助锅炉的锅炉水的量并供应。
21.根据权利要求6所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
所述氨再生部包括：
Ca(OH)2存储罐，所述Ca(OH)2存储罐存储Ca(OH)2；
混合罐，所述混合罐借助于搅拌机，搅拌从所述吸收塔排出的NH4HCO3(aq)与Ca(OH)2，生成CaCO3(s)和H2O，使NH3(g)再生；
过滤器，所述过滤器从所述混合罐吸入溶液及沉淀物，分离CaCO3(s)；
高压泵，所述高压泵以高压将所述溶液及沉淀物移送到所述过滤器；及
CaCO3(s)存储罐，所述CaCO3(s)存储罐存储泥浆或固体状态的CaCO3(s)。
22.根据权利要求6所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
所述氨再生部包括：
Mg(OH)2存储罐，所述Mg(OH)2存储罐存储Mg(OH)2；
混合罐，所述混合罐借助于搅拌机，搅拌从所述吸收塔排出的NH4HCO3(aq)和Mg(OH)2，生成MgCO3(s)和H2O，使NH3(g)再生；
过滤器，所述过滤器从所述混合罐吸入溶液及沉淀物，分离MgCO3(s)；
高压泵，所述高压泵以高压将所述溶液及沉淀物移送到所述过滤器；及
MgCO3(s)存储罐，所述MgCO3(s)存储罐存储泥浆或固体状态的MgCO3(s)。
23.根据权利要求21或22所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
将借助于所述过滤器而分离的氨水或清水供应到所述氨水制造部，或将相对于总循环清水而由所述混合罐追加生成的过剩氨水或过剩清水存储于所述清水罐。
24.根据权利要求23所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
在所述Ca(OH)2存储罐中，使从所述清水罐供应的清水与CaO反应而生成Ca(OH)2。
25.根据权利要求23所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
在所述Mg(OH)2存储罐中，使从所述清水罐供应的清水与MgO反应而生成Mg(OH)2。
26.根据权利要求1至4中任意一项所述的船舶的温室气体减排装置，其特征在于，
还包括排出部，所述排出部由清洗水罐、水处理装置及泥浆存储罐构成，其中，所述清洗水罐存储从所述吸收塔排出的清洗水，所述水处理装置具备调节浊度的过滤单元和用于pH调节的中和剂注入单元，以便借助于移送泵而移送到所述清洗水罐的清洗水满足船外排出条件，所述泥浆存储罐分离存储固态的排出物。
27.一种具备权利要求1至4中任意一项的船舶的温室气体减排装置的船舶。
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