WO2017067088A1

WO2017067088A1 - 海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法及装置

Info

Publication number: WO2017067088A1
Application number: PCT/CN2015/100086
Authority: WO
Inventors: 彭斯干
Original assignee: 彭斯干
Priority date: 2015-10-18
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2017-04-27
Also published as: CN109069993A; CN105289246A; CN114887457A

Abstract

一种海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化的方法及装置，包括向填料洗涤装置导入发动机尾气和海水，洗涤后将净化尾气和洗涤海水排出洗涤装置，洗涤海水经水质恢复后排往大海，其中，填料洗涤装置设置有干填料因子为10～2000/m的填料层（8）。

Description

海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法及装置

技术领域

本发明海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法及装置，适用于海洋船舶、海洋平台等海洋工程动力设施排放的高温尾气净化，属于海洋工程技术领域。

背景技术

近20年来，随着全球环境资源问题日益突出，对于海洋船舶、海洋平台等海洋工程设施动力尾气排放造成二氧化硫为主的大气污染，进行管控的国际立法逐年严格，联合国海事组织(IMO)实行防治船舶大气污染的低硫法令，其中有船舶低硫燃油法规，及低硫燃油替代法规。鉴于大量使用低硫燃油将引起高成本和高碳排放等根本原因，人们长期以来一直渴望低成本、低碳排放的海水洗涤净化工艺，能尽快成为替代低硫燃油的绿色实用工艺。海水洗涤净化工艺，即海水EGC(Exhaust Gas Clean)工艺，也称为“NSW EGC”、“OSW EGC”等，原理上仅用(Only)海水洗涤发动机尾气，洗涤排水经现有技术简单处理即可排往大海且对海洋生态环境友好，因此可以超低成本高效减排海洋工程动力设施以二氧化硫为主的大气污染物。同时，现代海洋工程对安全和健康作业环境要求的提升，使人们对海水洗涤净化工艺实用化的期待有增无减。

但现有技术中，例如图5所示的中国专利号为ZL 200920065586.4，名称为“一种适用于海上平台作业的海水烟气脱硫除尘一体化洗涤器”的技术方案，将火电领域以碱化工品作为洗涤介质的传统工艺方法及装置，转用于海洋工程领域以海水作为洗涤介质的场合，存在以下问题：

1)吸收二氧化硫效果不佳，污染减排不达要求，丧失海水洗涤工艺高效减排的环保优势。这主要是因为火电领域传统工艺专用的喷淋塔，在洗涤介质转变为海水时的传质强度大为降低。

2)为改善吸收效果，不得不增加海水喷淋密度，同时又增加了尾气阻力，加上传统洗涤装置不能直接处理发动机高温尾气，须另设尾气预冷却器和消耗预冷却水。这些都使运行能耗和维护成本升高，导致海水洗涤工艺丧失低成本的经济优势。

3)体积庞大，只能吊挂在船舱、机舱外，无法实现在线运行(On Line)。

该类技术方案，还有一些为改善吸收效果，不得不在海水洗涤系统中添加碱化工品，反而失去Only海水的技术特征，及对海洋生态环境友好的优势，造成环境经济成本攀升，结果变成被大多海域禁止排放而无法使用的工艺。

分别或同时存在以上问题和缺点的现有技术，没能成为替代低硫燃油的实用工艺，也未能发挥熄灭火星、消除热污染和净化烟尘等安全、健康和环保功能。

再例如专利号为ZL 200880129628.4的中国专利，公开了对海洋工程动力设施尾气仅用海水进行填料洗涤净化的技术方案，但由于较为初步，已引起人们对提升、优化该类技术方案的进一步期盼。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术缺点，为海洋船舶、海洋平台等海洋工程设施，提供一种海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法及装置，通过对仅用海水进行填料洗涤净化装置多项技术参数的改进优化，在保持对海洋生态环境友好的优势前提下，实现仅用海水洗涤，高效低成本减排海洋工程动力尾气，如发动机尾气中以二氧化硫为主的大气污染物，使之成为执行IMO低硫燃油替代法规的可靠途径；同时还能彻底熄灭尾气火星，提高涉油设施安全等级，并将高温尾气降至常温消除热污染，以及减少烟尘污染，为海洋工程设施人员创造安全、健康的作业环境。

本发明海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法的技术方案包括下述步骤：

一种海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法，步骤包括向洗涤装置导入发动机尾气和海水、在洗涤装置中用海水洗涤尾气、将洗涤后的净化尾气和洗涤海水排出洗涤装置；所述的在洗涤装置中用海水洗涤尾气是在填料洗涤装置中通过填料层进行的填料洗涤，所述的填料洗涤装置包括干填料因子为10～2000/m的填料层，尾气通过该填料层的时间为0.05～20秒。

进一步的技术方案是：

所述的海水洗涤净化方法，其通过填料层进行的填料洗涤，是将温度为200℃至500℃的发动机尾气直接导入填料层进行的洗涤。

所述的海水洗涤净化方法，其填料层尾气进入端设置耐温段，该耐温段的高度大于填料层总高度的1‰，耐温段填料和结构材料耐受温度≥200℃。

所述的海水洗涤净化方法，其洗涤装置中用海水洗涤尾气，海水流量在发动机尾气流量与海水流量的比值为20～2000的范围内选取，其中发动机尾气流量的单位为Nm³/h，海水流量单位为m³/h。

所述的海水洗涤净化方法，其填料洗涤是在与外部大气隔绝的条件下进行的洗涤。

所述的海水洗涤净化方法，其干填料因子为20～1500/m，或30～1000/m，或40～500/m。

所述的海水洗涤净化方法，其尾气通过填料层的时间为0.1～15秒，或0.5～10秒，或1～5秒。

所述的海水洗涤净化方法，其填料层在尾气进入端设置耐温段，该耐温段的高度大于填料层总高度的1％。

所述的海水洗涤净化方法，洗涤海水排出洗涤装置后，经现有技术海水水质恢复工艺低成本处理后直接排入大海。

本发明海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法的海水洗涤净化装置的技术方案是：

一种用于本发明所述的海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法的海水洗涤净化装置，它包括洗涤装置的壳体，该壳体底部或侧壁有高温尾气导入口，顶部有净化尾气排出口，上部有洗涤海水注入口，下部有水封及酸性海水排出口；壳体内上部设置有除雾器，布水器，中部设置有干填料因子为10～2000/m的填料层。

进一步的技术方案是：

所述的海水洗涤净化装置，其填料层下部设置有耐温段，该耐温段由耐受温度≥200℃的填料或/和结构件组成，耐温段高度大于填料层总高度的1‰，耐温段材质选自于金属、陶瓷及塑料。

所述的海水洗涤净化装置，其填料层8的总高度为尾气通过填料层的时间与填料泛点气速的乘积，所述的时间为0.05～20秒。

所述的海水洗涤净化装置，其填料层由散装填料或/和规整填料组成。

所述的海水洗涤净化装置，与海洋工程发动机原有消音灭火器一体化设置。

所述的海水洗涤净化装置，其通用部分的结构和参数参照化工设计手册的填料塔工艺要求确定。

本发明海洋工程尾气仅用海水洗涤净化方法及装置的技术效果显著：

本发明进一步提升、优化了填料洗涤技术方案，为海洋船舶、海洋平台等空间紧凑的海洋工程设施，提供一种仅用海水洗涤净化方法及装置，能直接净化烟温200℃至500℃的海洋工程发动机尾气，大幅减排发动机尾气中以二氧化硫为主的气体污染物，洗涤排水经海水水质恢复等现有技术工艺处理直接排入大海；具有良好的熄灭火星、消音功能，以及消除热污染和烟尘污染效果，提高了燃油、运油、采油等涉油海洋工程设施的安全性，显著改善作业人员的健康环境；系统造价和运行成本低，可靠性和运行率高，而且总体效率高、体积小，可与发动机消音器一体化设置以实现在线运行(On Line)，成为执行IMO低硫燃油替代法规的实用绿色工艺。

附图说明

附图中所示的图号标记对应的相关部件或结构的名称为：

图1是本发明海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法的海水洗涤净化装置的一个实施例示意图，本实施例尾气从填料洗涤装置底部导入。

图2是本发明装置的另一个实施例示意图，本实施例尾气从填料洗涤装置侧壁导入。

图3a是一种花环填料示意图，该填料堆成填料层的填料因子为30～300；

图3b是一种鲍尔环填料示意图，该填料堆成填料层的填料因子为100～700。

图4是本发明方法的工艺流程示意图。

图5是ZL 200920065586.4号专利的现有海洋工程喷淋式海水洗涤装置的示意图，与本发明的装置的显著区别在于：1、高温尾气在进行洗涤前进行预冷却，设置有预冷却器15及预冷却水入口16；2、采用空心喷淋塔，设置有2层喷淋器17，及2个空心喷淋区18。

图6是一种填料因子小于10的现有板式填料洗涤装置示意图。

附图中：

1—壳体，2—高温尾气导入口，3—洗涤海水注入口，4—净化尾气排出口，5—酸性海水排出口，6—除雾器，7—布水器，8—填料层，9—填料层耐温段，10—水封，11—海洋工程发动机，12—水质恢复装置，13—空心喷淋塔壳体，14—预冷却器高温尾气导入口，15—预冷却器，16—预冷却水入口，17—喷淋器，18—空心喷淋区。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明的一种海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法及装置作进一步说明如下。

实施例1：是本发明一种海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法的基本实施例，如附图1、2、3a、3b、4所示，实施步骤包括向洗涤装置导入发动机尾气和海水、在洗涤装置中用海水洗涤尾气、将洗涤后的净化尾气和洗涤海水排出洗涤装置；其特征在于，所述的在洗涤装置中用海水洗涤尾气是在填料洗涤装置中通过填料层进行的填料洗涤，所述的填料洗涤装置包括干填料因子为10～2000/m的填料层，尾气通过该填料层的时间为0.05～20秒。所述的干填料因子(Factor)为a/ε³，单位是1/m，其中a为填料层的总比表面积，单位是m²/m³，ε为填料层空隙体积与填料层体积的比值，单位是m³/m³。

本发明技术路线与附图5、附图6所代表的现有技术的主要区别：

一是，本发明采用填料洗涤技术路线，是因为海水洗涤工艺的溶解反应需要较大的气液接触面，而填料因子大的填料塔，其填料层比表面积也大，能提供溶解反应需要的气液接触面积，但填料因子过大则会因阻力大造成背压过大影响发动机工况，而且填料洗涤的效果还受洗涤时间的影响，为此，本发明提出适用填料因子和洗涤时间的参数。

图5所示现有技术显示采用传统脱硫工艺专用的喷淋塔；传统脱硫工艺一般不用填料塔，即使早期例如图6一类填料因子很小的填料塔也逐渐弃用，是因为碱性化工原料易于结垢堵塞，必须采用气液接触面很小的空心喷淋塔；显然，将传统脱硫工艺专用的喷淋塔、填料塔，转用于海水洗涤工艺，就会造成二氧化硫吸收效果不佳。

二是，本发明洗涤装置将温度为200℃至500℃的发动机高温尾气直接导入填料层进行洗涤，因而造价和运行成本低，运行更为可靠。附图5所示现有技术，因其传统工艺洗涤单元不能直接处理发动机高温尾气，必须设置尾气的预冷却器、消耗预冷却水，使得体积增加，制造和运行成本升高，可靠性下降。

三是，本发明由于效率高、体积小，易于实现洗涤装置与发动机消音器一体化，成为与海洋工程动力设施在线运行的实用工艺；附图5所示现有技术方案由于效率低、体积大难以实现在线运行。

实施例2：是在实施例1基础上的进一步实施例。

所述的通过填料层进行的填料洗涤，是将温度为200℃至500℃的发动机尾气直接导入填料层进行的洗涤。所述的填料层，其尾气进入端设置耐温段，该耐温段的高度大于填料层总高度的1‰，耐温段填料和结构材料耐受温度≥200℃。所述在洗涤装置中用海水洗涤尾气，海水流量在发动机尾气流量与海水流量的比值为20～2000的范围内选取为200，其中发动机尾气流量的单位为Nm³/h，海水流量单位为m³/h。本实施例导入尾气的流量为10000Nm³/h，海水流量为50m³/h。所述的填料洗涤，是使所述的尾气和海水以逆流方式通过填料层进行的洗涤；所述的填料洗涤，是在与外部大气隔绝的条件下进行的洗涤，这是因为在填料洗涤装置内下部设有水封，使洗涤装置内部洗涤过程与外部空气隔绝；从水封底部排出口排出的酸性海水经过海水水质恢复装置等后续工序排入大海。经过本发明洗涤净化工艺排放的发动机尾气，按重量百分比计量，二氧化硫减少了95％，氮氧化物减少了15％，烟尘减少了80％。

实施例3：是在实施例2的基础上一种优化的实施例。所述的干填料因子为20～1500/m。当干填料因子为30～1000/m，或40～500/m时，则是另外的两个不同的实施例。还有实施例是：应用如图3a所示一种花环填料的实施例，该填料堆成填料层的干填料因子为30～300；应用如图3b所示一种鲍尔环填料的实施例，该填料堆成填料层的干填料因子为100～700。

实施例4：是在实施例2的基础上一种优化的实施例，所述的通过填料层进行的填料洗涤，其尾气的通过时间为0.1～15秒；所述的填料层在尾气进入端设置耐温段，该耐温段的高度大于填料层总高度的1％；导入尾气的流量为80000Nm³/h，尾气流量与海水流量的比值选取为160。当所述的通过填料层进行的填料洗涤，其尾气的通过时间为0.5～10秒或1～5秒时，则构成另外两个不同的实施例。

实施例5：是一种用于本发明所述海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法的海水洗涤净化装置的基本实施例，如附图1、2、3a、3b所示，它包括洗涤装置的壳体1，该壳体1底部或侧壁有高温尾气导入口2，顶部有净化尾气排出口4，上部有洗涤海水注入口3，下部有水封10及酸性海水排出口5；壳体1内上部设置有除雾器6，布水器7，中部设置有干填料因子(Factor)为10～2000的填料层8。另一个实施例的填料层8是由化工设计手册中选择的填料因子为600的一种鲍尔环填料堆成。所述洗涤装置的通用部分设计参照化工设计手册有关填料塔的部分进行。

实施例6：是在实施例5的基础上的进一步实施例，所述的填料层8下部设置有耐温段9，该耐温段由耐受温度≥200℃的填料或/和结构件组成，耐温段高度大于填料层总高度的1‰，耐温段材质选自于金属、陶瓷及塑料。所述的填料层8的总高度为尾气通过填料层的时间与所选填料的泛点气速的乘积，所述的时间为0.05～20秒。所述的填料层8由散装填料组成；所述的填料层8由规整填料组成，或由散装填料与规整填料混合组成，则是另外的实施例。耐温段填料选用陶瓷鲍尔环。所述的洗涤装置与发动机原消音灭火器一体化设置，消音和火星熄灭效果均优于原消音灭火器。

实施例7：是本发明所述海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化装置的进一步的优选实施例。将烟温为350℃的发动机尾气导入洗涤装置，使尾气和海水在洗涤装置内以逆流方式通过填料层；高温尾气经洗涤后的排气温度为30℃。

实施例8：是本发明所述海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化装置的又一个优选实施例。将烟温为460℃的尾气导入洗涤装置；填料层由一种花环填料堆积而成；耐温段由陶瓷拉西环堆成；高温尾气经洗涤后的排气温度为35℃。

本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims

一种海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法，步骤包括向洗涤装置导入发动机尾气和海水、在洗涤装置中用海水洗涤尾气、将洗涤后的净化尾气和洗涤海水排出洗涤装置；其特征在于，所述的在洗涤装置中用海水洗涤尾气是在填料洗涤装置中通过填料层进行的填料洗涤，所述的填料洗涤装置包括干填料因子为10～2000/m的填料层，尾气通过该填料层的时间为0.05～20秒。
根据权利要求1所述的海水洗涤净化方法，其特征在于，所述的通过填料层进行的填料洗涤，是将温度为200℃至500℃的发动机尾气直接导入填料层进行的洗涤。
根据权利要求1所述的海水洗涤净化方法，其特征在于，所述的填料层，其尾气进入端设置耐温段，该耐温段的高度大于填料层总高度的1‰，耐温段填料和结构材料耐受温度≥200℃。
根据权利要求1所述的海水洗涤净化方法，其特征在于，所述在洗涤装置中用海水洗涤尾气，海水流量在发动机尾气流量与海水流量的比值为20～2000的范围内选取，其中发动机尾气流量的单位为Nm³/h，海水流量单位为m³/h。
根据权利要求1所述的海水洗涤净化方法，其特征在于，所述的填料洗涤，是在与外部大气隔绝的条件下进行的洗涤。
根据权利要求1所述的海水洗涤净化方法，其特征在于，所述的干填料因子为20～1500/m，或30～1000/m，或40～500/m。
根据权利要求1或6所述的海水洗涤净化方法，其特征在于，所述的尾气通过填料层的时间为0.1～15秒，或0.5～10秒，或1～5秒。
根据权利要求1所述的海水洗涤净化方法，其特征在于，填料层在尾气进入端设置耐温段，该耐温段的高度大于填料层总高度的1％。
一种用于权利要求1所述海洋工程动力尾气仅用海水洗涤净化方法的海水洗涤净化装置，其特征在于，它包括洗涤装置的壳体(1)，该壳体(1)底部或侧壁有高温尾气导入口(2)，顶部有净化尾气排出口(4)，上部有洗涤海水注入口(3)，下部有水封(10)及酸性海水排出口(5)；壳体(1)内上部设置有除雾器(6)，布水器(7)，中部设置有干填料因子为10～2000/m的填料层(8)。
根据权利要求9所述的海水洗涤净化装置，其特征在于，填料层(8)下部设置有耐温段(9)，该耐温段由耐受温度≥200℃的填料或/和结构件组成，耐温段高度大于填料层总高度的1‰，耐温段材质选自于金属、陶瓷及塑料。
根据权利要求9所述的海水洗涤净化装置，其特征在于，填料层(8)的总高度为尾气通过填料层的时间与填料泛点气速的乘积，所述的时间为0.05～20秒。
根据权利要求9所述的海水洗涤净化装置，其特征在于，填料层(8)由散装填料或/和规整填料组成。