专利名称：一种补气就地放电氧化与海水洗涤相结合的海洋船舶尾气脱硝方法
技术领域：
本发明涉及一种用于海洋船舶尾气脱硝的方法，尤其是指一种将补气就地放电氧 化和海水洗涤两个过程串联为一体的海洋船舶尾气脱硝方法，属于大气污染控制和海洋船 舶尾气排放控制领域。
背景技术：
船用柴油机中的燃油经过高温燃烧后会产生氮氧化物(95%以上是一氧化氮 NO)，如果对船舶排放尾气中的氮氧化物浓度不加以控制，将会产生燃煤锅炉烟气和机动车 尾气一样的污染。国际海事组织海洋环境保护委员会第57届会议通过了 MARP0L73/78公 约新增附则VI的修正案，其中对氮氧化物的Tier III排放限值非常严格，已经远非单纯改 进柴油机燃烧过程所能达到的标准，因此，参照燃煤锅炉烟气脱硝和机动车尾气净化，对海 洋船舶尾气进行燃烧后脱硝不失为一个可行的控制途径。对海洋船舶尾气中氮氧化物浓度进行燃烧后控制，目前比较有效的主流方法是分 别针对氮氧化物的选择性催化还原(SCR)法。控制氮氧化物排放浓度的SCR法是在催化剂 的作用下，利用氨类物质(氨或尿素等)有选择性的对NO进行还原，瑞典已有多艘运营在 波罗的海的海渡船上的主、辅机装用了 SCR，我国的广船国际制造的一艘船舶，在其主、辅机 上也装用了 SCR装置，西门子公司研发的SINOX装置是应用SCR法比较成功的产品，使用 该装置后可将燃用重油的滚装船尾气中的氮氧化物排放量从15g/(kW. h)降到2g/(kW. h)。 SCR法的最大优点是可以减少80% 95%的氮氧化物，甚至可以更多，但它也存在尺寸大 (基础型SCR装置的体积与柴油机相当)、投资大(基础型SCR装置的投资是船价的5% 8%，是柴油机的50%)、使用费高(要消耗大量的氨类物质)、氨的储运和泄漏、催化剂失效 等问题，这些问题也影响了该技术被真正推广应用。为探索解决上述问题的办法，杨国华等(杨国华，胡文佳，周江华，胡海刚.船舶尾 气臭氧氧化-海水吸收的脱硫脱硝工艺研究.内燃机学报，2008，26 (3) 278-282)提出用 臭氧氧化结合海水洗涤工艺来实现海洋船舶尾气的脱硝，该工艺将臭氧发生器产生的臭氧 喷入尾气管道，利用臭氧将尾气中的NO氧化为NO2，然后在洗涤吸收塔中利用海水喷淋将 NO2转化为硝酸盐，从而完成船舶尾气脱硝的关键步骤。但该臭氧氧化结合海水洗涤工艺还存在一个重要问题该工艺所需的臭氧发生器 功耗过大、体积庞大、价格昂贵。以3000kW船用柴油机为例，如果尾气中NO排量为llg/(kW. h)，那么按照O3摩尔数NO摩尔数=1 1的原则，计算得到氧化NO所需的臭氧发生器 的产量应该为52. 8kg/h，而目前臭氧产量为50kg/h的大型商用氧气源臭氧发生器的功率 为400kW、外形尺寸为4900mmX 4000mmX 3000mm、价格超过400万元人民币，可见，如果采用 该工艺，仅氧气源臭氧发生器的功耗就占柴油机功率的13. 33%，如果采用空气源臭氧发生 器，则其功耗将增加一倍，另外可以看出，该臭氧发生器体积庞大、价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于海洋船舶尾气脱硝的方法，特别是指一种补气就 地放电氧化与海水洗涤相结合的海洋船舶尾气脱硝方法，该方法不采用SCR法，也不采用 功耗过大、体积巨大、价格昂贵臭氧发生器，从而使该海洋船舶尾气脱硝方法更加实用化。为达到上述目的，本发明的技术方案如下一种补气就地放电氧化与海水洗涤相结合的海洋船舶尾气脱硝方法，由补气、就 地放电氧化和海水洗涤三个步骤串联组成，相应地，可以将利用本发明提供的方法进行海 洋船舶尾气脱硝的系统分成补气区、就地放电氧化区和海水洗涤区，补气区由一台鼓风机 和一段气体混合管道构成，就地放电氧化区由一台等离子体发生器构成，海水洗涤区由一 台海水洗涤塔构成。将船用柴油机产生的尾气引入气体混合管道，利用一台鼓风机给此管 道内的尾气补充空气，尾气与补充进来的空气在此管道内充分混合；然后将补充过空气的 尾气引入等离子体发生器，在该等离子体发生器内，尾气中的氧气分子被高能电子撞击后 产生大量氧自由基和臭氧，这些氧化性物质将NO氧化为NO2和N2O5等；然后将等离子体发 生器流出的尾气引入海水洗涤塔的下部，洗涤塔的上部向下喷淋通过一台大海水泵吸上来 的海水，尾气与海水在洗涤塔内的填料中接触后，在此过程中，NO2和N2O5等与水和海水中 的碱性物质反应，转化为硝酸盐，处理后的尾气经除雾后由洗涤塔上部出口流往烟 ，将洗 涤后的含硝酸盐的海水经洗涤塔下部出口排入海洋，从而完成海洋船舶尾气脱硝过程。本发明的技术效果如下与将臭氧发生器产生的臭氧喷入尾气中将NO氧化脱除相比，本发明提供方法所 使用的等离子体发生器功耗低、体积小、价格便宜。仍以3000kW船用柴油机为例，利用等离 子体发生器进行该船用柴油机的尾气脱硝时，其总功率为40kW左右，且其外形尺寸不超过 2000mmX 2000mmX 2000mm、造价不超过60万元人民币，可见这些指标均大大低于相应的大 型臭氧发生器的指标。本发明所提供的方法能够达到上述技术效果的原理是①由于通过气体放电产生 臭氧时，臭氧容易受温度等因素的影响而边产生边分解，这就导致臭氧发生器产生的臭氧 量比较少，所以利用臭氧发生器产生臭氧后再喷入尾气的方法具有功耗过大、体积巨大、价 格昂贵等缺点，而在本发明中，直接将尾气引入等离子体发生器，在尾气中的氧气通过放电 产生臭氧和臭氧分解这两个过程中，都有氧自由基的生成，因此所产生的没来得及分解的 臭氧和氧自由基都能实时地将NO氧化，实现了就地氧化，克服了异地产生臭氧少、臭氧产 生过程中自由基利用率低的问题。②由于柴油机排放的尾气中氧含量较低(5%左右)，而 本发明在等离子体发生器中就地氧化NO和臭氧发生器一样，也需要气源中有较多的氧气 来放电产生臭氧和氧自由基，因此本发明在将尾气引入等离子体发生器之前，使尾气先通 过一段气体混合管道，利用一台鼓风机给此管道内的尾气补充空气，尾气与补充进来的空 气在此管道内充分混合，空气中氧浓度较高，能够产生足够量的、供NO就地氧化所需要的 臭氧和氧自由基。
图1是利用本发明提供的方法进行海洋船舶尾气脱硝的系统组成示意图。图1中标号名称1、船用柴油机；2、鼓风机；3、气体混合管道；4、等离子体发生器；5、海水洗涤塔；6、填料；7、海水泵；8、海洋；9、海水洗涤区；10、就地放电氧化区；11、补气区。
具体实施例方式结合附图1和一个实施例对本发明的一种对海洋船舶尾气脱硝的方法作进一步 说明如下如图1所示，一种补气就地放电氧化与海水洗涤相结合的海洋船舶尾气脱硝方 法，由补气、就地放电氧化和海水洗涤三个步骤串联组成，相应地将利用本发明提供的方法 进行海洋船舶尾气脱硝的系统分成补气区11、就地放电氧化区10和海水洗涤区9，使船用 柴油机1产生的尾气按补气区11、就地放电氧化区10和海水洗涤区9的顺序依次通过，从 而完成尾气脱硝过程。所述的补气区11由一台鼓风机2和气体混合管道3组成，将船用柴油机尾气接入 气体混合管道3，利用鼓风机2通过此管道3壁向尾气中补充空气，使尾气中氧含量增加。所述的就地放电氧化区10由等离子体发生器4组成，将经过补充空气后的尾气引 入等离子体发生器4，在等离子体发生器4中，尾气中的氧气分子被高能电子撞击后产生大 量氧自由基和臭氧，这些氧化性物质将NO氧化为NO2和N2O5等。所述的海水洗涤区9由海水洗涤塔5、填料6、一台海水泵7组成，将从等离子体发 生器4流出的尾气接入海水洗涤塔5的下部，从洗涤塔5的上部向下喷淋通过海水泵7从 海洋8吸上来的海水，尾气与海水在洗涤塔5内的填料6表面发生接触，在此过程中NO2和 N2O5等与水和海水中的碱性物质反应，转化为硝酸盐，处理后的尾气经除雾后由洗涤塔5上 部出口流往烟 ，将洗涤后的含硝酸盐的海水经洗涤塔5下部出口排入海洋，从而完成海 洋船舶尾气脱硝过程。本实施例应用的海洋船舶柴油机功率为3000kW，脱硫脱硝之前尾气中NOx浓度为 llg/(kW. h)，气体放电反应器内径为2000mm，高度为2000mm，海水洗涤塔内径为1320mm，高 度为3500mm，利用本发明提供的方法进行船舶尾气脱硝之后NOx浓度为1. lg/(kff. h)。利用本发明形成的脱硝系统具有能耗低、体积小、价格便宜、无需原料储运、产物 可直排海洋等优点，适用于船舶尾气脱硝。
权利要求
一种补气就地放电氧化与海水洗涤相结合的海洋船舶尾气脱硝方法，其特征在于，将船用柴油机产生的尾气按补气区、就地放电氧化区和海水洗涤区的顺序依次通过，完成尾气脱硝。
2.根据权利要求1所述的一种补气就地放电氧化与海水洗涤相结合的海洋船舶尾气 脱硝方法，其特征在于，补气区由一台鼓风机和气体混合管道组成。
3.根据权利要求1所述的一种补气就地放电氧化与海水洗涤相结合的海洋船舶尾气 脱硝方法，其特征在于，就地放电氧化区由等离子体发生器组成。
4.根据权利要求1所述的一种补气放电氧化与海水洗涤相结合的海洋船舶尾气脱硝 方法，其特征在于，海水洗涤区由海水洗涤塔、填料、一台海水泵组成。
全文摘要
本发明公开了一种补气就地放电氧化与海水洗涤相结合的海洋船舶尾气脱硝方法，属于大气污染控制和海洋船舶尾气排放控制领域，是将尾气按气补气区、放电氧化区和海水洗涤区的顺序依次通过，完成尾气脱硝。由鼓风机和气体混合管道组成的补气区使尾气中氧浓度增大；由等离子体发生器组成的就地放电氧化区使NO被氧化性物质转化为NO2和N2O5；由海水洗涤塔、填料和海水泵组成的海水洗涤区使NO2和N2O5转化为硝酸盐，并将达标尾气和洗涤水排放。利用本发明形成的海洋船舶尾气脱硝系统具有能耗低、体积小、价格便宜、产物可直排海洋等优点。
文档编号B01D53/56GK101982220SQ201010299520
公开日2011年3月2日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者余刚 申请人:武汉纺织大学