專(zhuān)利名稱：一種補(bǔ)氣就地放電氧化與海水洗滌相結(jié)合的海洋船舶尾氣脫硝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于海洋船舶尾氣脫硝的方法，尤其是指一種將補(bǔ)氣就地放電氧 化和海水洗滌兩個(gè)過(guò)程串聯(lián)為一體的海洋船舶尾氣脫硝方法，屬于大氣污染控制和海洋船 舶尾氣排放控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
船用柴油機(jī)中的燃油經(jīng)過(guò)高溫燃燒后會(huì)產(chǎn)生氮氧化物(95%以上是一氧化氮 NO)，如果對(duì)船舶排放尾氣中的氮氧化物濃度不加以控制，將會(huì)產(chǎn)生燃煤鍋爐煙氣和機(jī)動(dòng)車(chē) 尾氣一樣的污染。國(guó)際海事組織海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第57屆會(huì)議通過(guò)了 MARP0L73/78公 約新增附則VI的修正案，其中對(duì)氮氧化物的Tier III排放限值非常嚴(yán)格，已經(jīng)遠(yuǎn)非單純改 進(jìn)柴油機(jī)燃燒過(guò)程所能達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，因此，參照燃煤鍋爐煙氣脫硝和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化，對(duì)海 洋船舶尾氣進(jìn)行燃燒后脫硝不失為一個(gè)可行的控制途徑。對(duì)海洋船舶尾氣中氮氧化物濃度進(jìn)行燃燒后控制，目前比較有效的主流方法是分 別針對(duì)氮氧化物的選擇性催化還原(SCR)法。控制氮氧化物排放濃度的SCR法是在催化劑 的作用下，利用氨類(lèi)物質(zhì)(氨或尿素等)有選擇性的對(duì)NO進(jìn)行還原，瑞典已有多艘運(yùn)營(yíng)在 波羅的海的海渡船上的主、輔機(jī)裝用了 SCR，我國(guó)的廣船國(guó)際制造的一艘船舶，在其主、輔機(jī) 上也裝用了 SCR裝置，西門(mén)子公司研發(fā)的SINOX裝置是應(yīng)用SCR法比較成功的產(chǎn)品，使用 該裝置后可將燃用重油的滾裝船尾氣中的氮氧化物排放量從15g/(kW. h)降到2g/(kW. h)。 SCR法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以減少80% 95%的氮氧化物，甚至可以更多，但它也存在尺寸大 (基礎(chǔ)型SCR裝置的體積與柴油機(jī)相當(dāng))、投資大(基礎(chǔ)型SCR裝置的投資是船價(jià)的5% 8%，是柴油機(jī)的50%)、使用費(fèi)高(要消耗大量的氨類(lèi)物質(zhì))、氨的儲(chǔ)運(yùn)和泄漏、催化劑失效 等問(wèn)題，這些問(wèn)題也影響了該技術(shù)被真正推廣應(yīng)用。為探索解決上述問(wèn)題的辦法，楊國(guó)華等(楊國(guó)華，胡文佳，周江華，胡海剛.船舶尾 氣臭氧氧化-海水吸收的脫硫脫硝工藝研究.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2008，26 (3) 278-282)提出用 臭氧氧化結(jié)合海水洗滌工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)海洋船舶尾氣的脫硝，該工藝將臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧 噴入尾氣管道，利用臭氧將尾氣中的NO氧化為NO2，然后在洗滌吸收塔中利用海水噴淋將 NO2轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，從而完成船舶尾氣脫硝的關(guān)鍵步驟。但該臭氧氧化結(jié)合海水洗滌工藝還存在一個(gè)重要問(wèn)題該工藝所需的臭氧發(fā)生器 功耗過(guò)大、體積龐大、價(jià)格昂貴。以3000kW船用柴油機(jī)為例，如果尾氣中NO排量為llg/(kW. h)，那么按照O3摩爾數(shù)NO摩爾數(shù)=1 1的原則，計(jì)算得到氧化NO所需的臭氧發(fā)生器 的產(chǎn)量應(yīng)該為52. 8kg/h，而目前臭氧產(chǎn)量為50kg/h的大型商用氧氣源臭氧發(fā)生器的功率 為400kW、外形尺寸為4900mmX 4000mmX 3000mm、價(jià)格超過(guò)400萬(wàn)元人民幣，可見(jiàn)，如果采用 該工藝，僅氧氣源臭氧發(fā)生器的功耗就占柴油機(jī)功率的13. 33%，如果采用空氣源臭氧發(fā)生 器，則其功耗將增加一倍，另外可以看出，該臭氧發(fā)生器體積龐大、價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于海洋船舶尾氣脫硝的方法，特別是指一種補(bǔ)氣就 地放電氧化與海水洗滌相結(jié)合的海洋船舶尾氣脫硝方法，該方法不采用SCR法，也不采用 功耗過(guò)大、體積巨大、價(jià)格昂貴臭氧發(fā)生器，從而使該海洋船舶尾氣脫硝方法更加實(shí)用化。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種補(bǔ)氣就地放電氧化與海水洗滌相結(jié)合的海洋船舶尾氣脫硝方法，由補(bǔ)氣、就 地放電氧化和海水洗滌三個(gè)步驟串聯(lián)組成，相應(yīng)地，可以將利用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行海 洋船舶尾氣脫硝的系統(tǒng)分成補(bǔ)氣區(qū)、就地放電氧化區(qū)和海水洗滌區(qū)，補(bǔ)氣區(qū)由一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī) 和一段氣體混合管道構(gòu)成，就地放電氧化區(qū)由一臺(tái)等離子體發(fā)生器構(gòu)成，海水洗滌區(qū)由一 臺(tái)海水洗滌塔構(gòu)成。將船用柴油機(jī)產(chǎn)生的尾氣引入氣體混合管道，利用一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)給此管 道內(nèi)的尾氣補(bǔ)充空氣，尾氣與補(bǔ)充進(jìn)來(lái)的空氣在此管道內(nèi)充分混合；然后將補(bǔ)充過(guò)空氣的 尾氣引入等離子體發(fā)生器，在該等離子體發(fā)生器內(nèi)，尾氣中的氧氣分子被高能電子撞擊后 產(chǎn)生大量氧自由基和臭氧，這些氧化性物質(zhì)將NO氧化為NO2和N2O5等；然后將等離子體發(fā) 生器流出的尾氣引入海水洗滌塔的下部，洗滌塔的上部向下噴淋通過(guò)一臺(tái)大海水泵吸上來(lái) 的海水，尾氣與海水在洗滌塔內(nèi)的填料中接觸后，在此過(guò)程中，NO2和N2O5等與水和海水中 的堿性物質(zhì)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，處理后的尾氣經(jīng)除霧后由洗滌塔上部出口流往煙 ，將洗 滌后的含硝酸鹽的海水經(jīng)洗滌塔下部出口排入海洋，從而完成海洋船舶尾氣脫硝過(guò)程。本發(fā)明的技術(shù)效果如下與將臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧噴入尾氣中將NO氧化脫除相比，本發(fā)明提供方法所 使用的等離子體發(fā)生器功耗低、體積小、價(jià)格便宜。仍以3000kW船用柴油機(jī)為例，利用等離 子體發(fā)生器進(jìn)行該船用柴油機(jī)的尾氣脫硝時(shí)，其總功率為40kW左右，且其外形尺寸不超過(guò) 2000mmX 2000mmX 2000mm、造價(jià)不超過(guò)60萬(wàn)元人民幣，可見(jiàn)這些指標(biāo)均大大低于相應(yīng)的大 型臭氧發(fā)生器的指標(biāo)。本發(fā)明所提供的方法能夠達(dá)到上述技術(shù)效果的原理是①由于通過(guò)氣體放電產(chǎn)生 臭氧時(shí)，臭氧容易受溫度等因素的影響而邊產(chǎn)生邊分解，這就導(dǎo)致臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧 量比較少，所以利用臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧后再噴入尾氣的方法具有功耗過(guò)大、體積巨大、價(jià) 格昂貴等缺點(diǎn)，而在本發(fā)明中，直接將尾氣引入等離子體發(fā)生器，在尾氣中的氧氣通過(guò)放電 產(chǎn)生臭氧和臭氧分解這兩個(gè)過(guò)程中，都有氧自由基的生成，因此所產(chǎn)生的沒(méi)來(lái)得及分解的 臭氧和氧自由基都能實(shí)時(shí)地將NO氧化，實(shí)現(xiàn)了就地氧化，克服了異地產(chǎn)生臭氧少、臭氧產(chǎn) 生過(guò)程中自由基利用率低的問(wèn)題。②由于柴油機(jī)排放的尾氣中氧含量較低(5%左右)，而 本發(fā)明在等離子體發(fā)生器中就地氧化NO和臭氧發(fā)生器一樣，也需要?dú)庠粗杏休^多的氧氣 來(lái)放電產(chǎn)生臭氧和氧自由基，因此本發(fā)明在將尾氣引入等離子體發(fā)生器之前，使尾氣先通 過(guò)一段氣體混合管道，利用一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)給此管道內(nèi)的尾氣補(bǔ)充空氣，尾氣與補(bǔ)充進(jìn)來(lái)的空 氣在此管道內(nèi)充分混合，空氣中氧濃度較高，能夠產(chǎn)生足夠量的、供NO就地氧化所需要的 臭氧和氧自由基。


圖1是利用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行海洋船舶尾氣脫硝的系統(tǒng)組成示意圖。圖1中標(biāo)號(hào)名稱1、船用柴油機(jī)；2、鼓風(fēng)機(jī)；3、氣體混合管道；4、等離子體發(fā)生器；5、海水洗滌塔；6、填料；7、海水泵；8、海洋；9、海水洗滌區(qū)；10、就地放電氧化區(qū)；11、補(bǔ)氣區(qū)。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖1和一個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種對(duì)海洋船舶尾氣脫硝的方法作進(jìn)一步 說(shuō)明如下如圖1所示，一種補(bǔ)氣就地放電氧化與海水洗滌相結(jié)合的海洋船舶尾氣脫硝方 法，由補(bǔ)氣、就地放電氧化和海水洗滌三個(gè)步驟串聯(lián)組成，相應(yīng)地將利用本發(fā)明提供的方法 進(jìn)行海洋船舶尾氣脫硝的系統(tǒng)分成補(bǔ)氣區(qū)11、就地放電氧化區(qū)10和海水洗滌區(qū)9，使船用 柴油機(jī)1產(chǎn)生的尾氣按補(bǔ)氣區(qū)11、就地放電氧化區(qū)10和海水洗滌區(qū)9的順序依次通過(guò)，從 而完成尾氣脫硝過(guò)程。所述的補(bǔ)氣區(qū)11由一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)2和氣體混合管道3組成，將船用柴油機(jī)尾氣接入 氣體混合管道3，利用鼓風(fēng)機(jī)2通過(guò)此管道3壁向尾氣中補(bǔ)充空氣，使尾氣中氧含量增加。所述的就地放電氧化區(qū)10由等離子體發(fā)生器4組成，將經(jīng)過(guò)補(bǔ)充空氣后的尾氣引 入等離子體發(fā)生器4，在等離子體發(fā)生器4中，尾氣中的氧氣分子被高能電子撞擊后產(chǎn)生大 量氧自由基和臭氧，這些氧化性物質(zhì)將NO氧化為NO2和N2O5等。所述的海水洗滌區(qū)9由海水洗滌塔5、填料6、一臺(tái)海水泵7組成，將從等離子體發(fā) 生器4流出的尾氣接入海水洗滌塔5的下部，從洗滌塔5的上部向下噴淋通過(guò)海水泵7從 海洋8吸上來(lái)的海水，尾氣與海水在洗滌塔5內(nèi)的填料6表面發(fā)生接觸，在此過(guò)程中NO2和 N2O5等與水和海水中的堿性物質(zhì)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，處理后的尾氣經(jīng)除霧后由洗滌塔5上 部出口流往煙 ，將洗滌后的含硝酸鹽的海水經(jīng)洗滌塔5下部出口排入海洋，從而完成海 洋船舶尾氣脫硝過(guò)程。本實(shí)施例應(yīng)用的海洋船舶柴油機(jī)功率為3000kW，脫硫脫硝之前尾氣中NOx濃度為 llg/(kW. h)，氣體放電反應(yīng)器內(nèi)徑為2000mm，高度為2000mm，海水洗滌塔內(nèi)徑為1320mm，高 度為3500mm，利用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行船舶尾氣脫硝之后NOx濃度為1. lg/(kff. h)。利用本發(fā)明形成的脫硝系統(tǒng)具有能耗低、體積小、價(jià)格便宜、無(wú)需原料儲(chǔ)運(yùn)、產(chǎn)物 可直排海洋等優(yōu)點(diǎn)，適用于船舶尾氣脫硝。
權(quán)利要求
一種補(bǔ)氣就地放電氧化與海水洗滌相結(jié)合的海洋船舶尾氣脫硝方法，其特征在于，將船用柴油機(jī)產(chǎn)生的尾氣按補(bǔ)氣區(qū)、就地放電氧化區(qū)和海水洗滌區(qū)的順序依次通過(guò)，完成尾氣脫硝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種補(bǔ)氣就地放電氧化與海水洗滌相結(jié)合的海洋船舶尾氣 脫硝方法，其特征在于，補(bǔ)氣區(qū)由一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)和氣體混合管道組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種補(bǔ)氣就地放電氧化與海水洗滌相結(jié)合的海洋船舶尾氣 脫硝方法，其特征在于，就地放電氧化區(qū)由等離子體發(fā)生器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種補(bǔ)氣放電氧化與海水洗滌相結(jié)合的海洋船舶尾氣脫硝 方法，其特征在于，海水洗滌區(qū)由海水洗滌塔、填料、一臺(tái)海水泵組成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種補(bǔ)氣就地放電氧化與海水洗滌相結(jié)合的海洋船舶尾氣脫硝方法，屬于大氣污染控制和海洋船舶尾氣排放控制領(lǐng)域，是將尾氣按氣補(bǔ)氣區(qū)、放電氧化區(qū)和海水洗滌區(qū)的順序依次通過(guò)，完成尾氣脫硝。由鼓風(fēng)機(jī)和氣體混合管道組成的補(bǔ)氣區(qū)使尾氣中氧濃度增大；由等離子體發(fā)生器組成的就地放電氧化區(qū)使NO被氧化性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為NO2和N2O5；由海水洗滌塔、填料和海水泵組成的海水洗滌區(qū)使NO2和N2O5轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，并將達(dá)標(biāo)尾氣和洗滌水排放。利用本發(fā)明形成的海洋船舶尾氣脫硝系統(tǒng)具有能耗低、體積小、價(jià)格便宜、產(chǎn)物可直排海洋等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01D53/56GK101982220SQ201010299520
公開(kāi)日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者余剛 申請(qǐng)人:武漢紡織大學(xué)