一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫方法，具有如下步骤：抽取两份等量的天然海水，并加入等量的钠碱溶液，钠碱海水混合溶液与废气发生酸碱中和反应，洗涤后的气体达标后排入大气，反应后的洗涤液经去渣、曝气处理以及达标后排入海中。本发明还公开了一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫装置。本发明降低了海水泵功率以及能耗，投资运行成本低，系统更加紧凑，并通过控制系统精确调控钠碱溶液的添加量，大大提高洗涤液的碱度，增强了海水吸收SOx的能力，使曝气后洗涤液的pH值大于6.5，本发明利用混合柜使钠碱溶液可以顺利与天然海水混合，避免了海水管路水压过高不利于钠碱溶液进入的问题，提高了产品效率和实用程度。
【专利说明】
一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫方法及装置
技术领域
[0001] 本发明属于船舶造成大气污染防治技术领域，具体涉及一种基于钠碱海水的船舶 柴油机废气脱硫方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在经济全球化的持续影响下，世界各国之间的贸易往来越来越频繁，国际间的货 运量也随之增大。陆上运输作为一种传统的运输方式，容易受地理条件、运输能力等多种因 素的限制，在国际间大宗货物运输方面发展乏力。水上运输因其具有运载量大、运营成本低 等独特的优势，现已成为国际货物运输中最主要的运输方式。目前，超过90%的远洋船舶采 用柴油机作为主要动力，由于燃油费用占船舶总营运成本的50%以上，大部分船舶柴油机 都燃用价格低廉的重油。重油含硫量高，燃烧后产生的硫氧化物会对大气环境造成严重污 染。
[0003] 为了减少船舶排放的硫氧化物对大气环境的污染，国际海事组织(頂0)、欧洲环境 署、美国环保局、美国加州空气资源委员会等制定了严格的法规以限制船舶硫氧化物的排 放。MARP0L公约附则VI要求自2012年1月1日起，全球范围内船舶加装的燃油含硫量不得超 过3.5% (m/m);自2015年1月1日起，在硫氧化物排放控制区内船舶燃油含硫量不得超过 0.1% (m/m) 〇
[0004] 目前，各大船用柴油机生产厂家、科研院所研究的主要方向是应用湿法洗涤技术 脱除船舶柴油机废气中的硫氧化物。目前已经有很多关于船舶废气脱硫技术的专利报道， 如：《一种船舶柴油机废气洗涤脱硫的设备》（专利号CN103331093B)中，通过向淡水中加入 NaOH来提高淡水的碱度，用以中和废气中的酸性硫氧化物。虽然闭式碱液脱硫系统脱硫效 率较好，但是它们仅能满足船舶在港口或排放控制区内短暂使用（一般为数小时）的需求， 无法满足船舶在公海长时间航行的需求。专利《涤气器系统及方法》(专利号CN103842051A) 中，提出开式、闭式和混合式三种脱硫工作模式，该方法在一定程度上提高了系统的经济 性，但随着船舶航行状态频繁的改变，该系统并不能在开式与闭式之间随意切换，因此无法 保证装置的灵活性。更重要的是该系统并不能有效解决开式脱硫曝气后溶液的pH值较低、 海水用量大，闭式脱硫运行时间短等问题。
【发明内容】
[0005] 根据上述提出的技术问题，本发明提供一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫 方法及装置。本发明采用的技术手段如下：
[0006] -种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫方法，具有如下步骤：
[0007] S1、抽取两份等量的天然海水，并分别充入到混合柜I和混合柜n内；
[0008] S2、分别向所述混合柜I和所述混合柜n中加入等量的钠碱溶液，混合均匀后，得 到两份钠碱海水混合溶液；
[0009] S3、将所述混合柜I中的钠碱海水混合溶液与废气在洗涤塔中逆向接触而发生酸 碱中和反应，洗涤后的气体达标后排入大气，反应后的洗涤液经去渣、曝气处理以及达标后 排入海中；
[0010] S4、待所述混合柜I中的钠碱海水混合溶液完全消耗后，将所述混合柜n中的钠碱 海水混合溶液与废气在洗涤塔中逆向接触而发生酸碱中和反应，洗涤后的气体达标后排入 大气，反应后的洗涤液经去渣、曝气处理以及达标后排入海中，
[0011] 同时，抽取与所述步骤1抽取的其中一份天然海水等量的天然海水充入到所述混 合柜I，并加入与步骤S2中向所述混合柜I加入的钠碱溶液等量的钠碱溶液，之后混合均匀；
[0012] S5、待所述混合柜n中的钠碱海水混合溶液完全消耗后，将所述混合柜I中的钠碱 海水混合溶液与废气在洗涤塔中逆向接触而发生酸碱中和反应，洗涤后的气体达标后排入 大气，反应后的洗涤液经去渣、曝气处理以及达标后排入海中，
[0013] 同时，抽取与所述步骤1抽取的其中一份天然海水等量的天然海水充入到所述混 合柜n，并加入与步骤S2中向所述混合柜n加入的钠碱溶液等量的钠碱溶液，之后混合均 匀；
[0014] S6、重复步骤S4和步骤S5,直至船舶柴油机停止工作不再产生废气为止。
[0015] 气体达标指的是将排入大气的上述各步骤中提到的气体中S02和C02的气体浓度进 行S〇2(ppm)/C〇2 (% v/v)比值计算，当所述比值低于MARP0L公约附则VI (如下表)的相关限值 时，即为达标。
[0018] 洗涤液达标指的是上述各步骤中提到的洗涤液经去渣、曝气处理后，其pH值大于 等于6.5时，即为达标。
[0019] 所述步骤S2中所述钠碱溶液为质量分数为20 % -60 %的NaOH溶液。
[0020] 当钠碱海水混合溶液与废气在洗涤塔中逆向接触而发生酸碱中和反应，洗涤后的 气体未达标或反应后的洗涤液经去渣、曝气处理后未达标时，提高加入到所述混合柜I和所 述混合柜n的钠碱溶液的用量。
[0021 ]本发明还公开了一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫装置，包括海水栗，两 个混合柜，加碱栗，碱液柜，喷淋栗，洗涤塔，排水栗I，水力旋流器，污泥柜，曝气池和排水栗 n，
[0022]所述混合柜底部设有搅拌器，所述混合柜内设有用于检测所述混合柜内液位高度 的双位电极，
[0023]所述洗涤塔的侧壁下端设有废气入口，所述洗涤塔的上端设有排气口，所述排气 口的侧壁设有用于检测气体成分的烟气分析仪，所述洗涤塔内设有喷淋装置，
[0024]所述曝气池内设有用于检测所述曝气池内液体pH值的pH计，所述曝气池的底部设 有曝气风机，
[0025] 所述海水栗通过三通阀I分别与两个所述混合柜连通，
[0026] 所述碱液柜通过所述加碱栗和三通阀n分别与两个所述混合柜连通，
[0027] 两个所述混合柜通过三通阀m和所述喷淋栗与所述喷淋装置连通，
[0028] 所述洗涤塔的下端通过排水栗I与所述水力旋流器连通，
[0029] 所述水力旋流器分别与所述污泥柜和所述曝气池连通，
[0030] 所述曝气池上设有排水栗n。
[0031] 所述一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫装置还包括与所述加碱栗、所述pH 计和所述烟气分析仪电连接的控制系统I，和与所述海水栗和两个所述双位电极电连接的 控制系统n。
[0032] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0033] 1、本发明用少量钠碱溶液替代大量天然海水，降低了海水栗功率以及能耗，投资 运行成本低。随着天然海水消耗量的减小，洗涤塔、混合柜等装置的尺寸也会明显减小，使 系统更加紧凑。
[0034] 2、本发明通过向混合柜中加入少量钠碱溶液，大大提高洗涤液的碱度。这样既增 强了海水吸收S0X的能力，又使曝气后洗涤液的pH值大于6.5,从而满足頂0关于湿法洗涤曝 气后洗涤液的pH值高于6.5的要求。
[0035] 3、本发明通过控制系统精确调控脱硫装置。控制系统I控制钠碱海水混合溶液的 碱度，在保证功能的前提下节约药品、降低机械负荷，延长机械寿命。控制系统n实时监测 两个混合柜中的液位高度，在其中一个混合柜的液位较低时切换至另外一个混合柜，即实 现两个混合柜的交替运行，并且及时补入天然海水，确保系统持续运转，使曝气后洗涤液的 pH值、排入大气的气体中S0X浓度稳定在相关限值以下。
[0036] 4、本发明利用混合柜使钠碱溶液可以顺利与天然海水混合，避免了海水管路水压 过高不利于钠碱溶液进入的问题，提高了产品效率和实用程度。
[0037]基于上述理由，本发明可在船舶造成大气污染防治等领域广泛推广。
【附图说明】
[0038]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0039] 图1是本发明的【具体实施方式】中一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫装置的 结构示意图。
【具体实施方式】
[0040] 实施例1
[0041 ] -种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫方法，具有如下步骤：
[0042] S1、抽取两份等量的天然海水，并分别充入到混合柜I和混合柜n内；
[0043] S2、分别向所述混合柜I和所述混合柜n加入等量的钠碱溶液，混合均匀后，得到 两份钠碱海水混合溶液，来自于钠碱溶液中的〇!T会与天然海水中的镁离子、钙离子等发生 化学反应，产生乳白色碱性悬浊物，涉及的化学反应如下：
[0044] Mg2++20H--Mg(0H)2(丄），
[0045] Ca2++20H--Ca(0H)2⑴；
[0046] S3、将所述混合柜I中的钠碱海水混合溶液与废气在洗涤塔中逆向接触而发生酸 碱中和反应，Mg(OH)2、Ca(OH) 2等碱性悬浊物可以随钠碱海水混合溶液一起与废气混合反 应，由于钠碱溶液的加入可以大幅度提高海水的碱度，此时仅需要相对较少的钠碱海水混 合溶液去吸收废气中的S0 X，涉及的化学反应如下：
[0047] S〇2(g)+H2〇^S〇2(i)+H20,
[0048] S〇2(i)+H2〇-HS〇3-+H+，
[0049] HS〇3-+H+-S032-+2H+，
[0050] S〇3(g)+H2〇^S〇3(i)+H20,
[0051 ] S03(i)+H2〇-S〇42-+2H+，
[0052] Mg2++S032--MgS03，
[0053] Mg2++S〇42--MgS〇4，
[0054] Ca2++S032--CaS03(丄），
[0055] Ca2++S〇42--CaS〇4(丄），
[0056] Mg(OH)2+2S〇2-Mg(HS03)2，
[0057] Ca(OH)2+2S〇2-Ca(HS03)2，
[0058]洗涤后的气体达标后排入大气，反应后的洗涤液经去渣、曝气处理以及达标后排 入海中；
[0059] S4、待所述混合柜I中的钠碱海水混合溶液完全消耗后，将所述混合柜n中的钠碱 海水混合溶液与废气在洗涤塔中逆向接触而发生酸碱中和反应，洗涤后的气体达标后排入 大气，反应后的洗涤液经去渣、曝气处理以及达标后排入海中，
[0060] 同时，抽取与所述步骤1抽取的其中一份天然海水等量的天然海水充入到所述混 合柜I，并加入与步骤S2中向所述混合柜I加入的钠碱溶液等量的钠碱溶液，之后混合均匀； [0061 ] S5、待所述混合柜n中的钠碱海水混合溶液完全消耗后，将所述混合柜I中的钠碱 海水混合溶液与废气在洗涤塔中逆向接触而发生酸碱中和反应，洗涤后的气体达标后排入 大气，反应后的洗涤液经去渣、曝气处理以及达标后排入海中，
[0062]同时，抽取与所述步骤1抽取的其中一份天然海水等量的天然海水充入到所述混 合柜n，并加入与步骤S2中向所述混合柜n加入的钠碱溶液等量的钠碱溶液，之后混合均 匀；
[0063] S6、重复步骤S4和步骤S5，直至废气完全处理完为止。
[0064] 所述步骤S2中所述钠碱溶液为质量分数为20%_60%的NaOH溶液。
[0065] 当钠碱海水混合溶液与废气在洗涤塔中逆向接触而发生酸碱中和反应，洗涤后的 气体未达标或反应后的洗涤液经去渣、曝气处理后未达标时，自动地适当提高加入到所述 混合柜I和所述混合柜n的钠碱溶液的用量。
[0066] 实施例2
[0067] 如图1所示，一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫装置，包括海水栗1，两个混 合柜，加碱栗2，碱液柜3，喷淋栗4，洗涤塔5，排水栗16，水力旋流器7，污泥柜8，曝气池9和排 水栗n i o，两个混合柜分别为混合柜ill和混合柜n 12，
[0068] 所述混合柜底部设有搅拌器13,所述混合柜内设有用于检测所述混合柜内液位高 度的双位电极14，
[0069] 所述洗涤塔5的侧壁下端设有废气入口 15,所述洗涤塔5的上端设有排气口 16,所 述排气口 16的侧壁设有用于检测气体成分的烟气分析仪17,所述洗涤塔5内设有喷淋装置 18，
[0070] 所述曝气池9内设有用于检测所述曝气池9内液体pH值的pH计19,所述曝气池9的 底部设有曝气风机20，
[0071] 所述海水栗1通过三通阀121分别与两个所述混合柜连通，
[0072] 所述碱液柜3通过所述加碱栗2和三通阀II 22分别与两个所述混合柜连通，
[0073] 两个所述混合柜通过三通阀III23和所述喷淋栗4与所述喷淋装置18连通，
[0074]所述洗涤塔5的下端通过排水栗124与所述水力旋流器7连通，
[0075] 所述水力旋流器7分别与所述污泥柜8和所述曝气池9连通，
[0076] 所述曝气池9上设有排水栗1125。
[0077] 所述一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫装置还包括与所述加碱栗2、所述 pH计19和所述烟气分析仪17电连接的控制系统126,和与所述海水栗1和两个所述双位电极 14电连接的控制系统1127。
[0078] 天然海水通过海水栗1、三通阀121进入混合柜111和混合柜n 12,得到两份等量的 天然海水，控制系统126根据所述pH计19和所述烟气分析仪17的检测结果控制加入到混合 柜111和混合柜II12中钠碱溶液的用量，钠碱溶液通过加碱栗2和三通阀II 22进入到混合柜 111和混合柜n 12，之后通过搅拌器13混合均匀，得到两份钠碱海水混合溶液，混合柜111中 钠碱海水混合溶液通过三通阀HI23和喷淋栗4与喷淋装置18连通，同时，混合柜II12中钠碱 海水混合溶液通过三通阀III23与喷淋栗4断开连通，
[0079] 当双位电极14检测到混合柜111中液位低于所设定的最低液位时，混合柜111中钠 碱海水混合溶液通过三通阀m23与喷淋栗4断开连通，混合柜n 12中钠碱海水混合溶液通 过三通阀m23和喷淋栗4与喷淋装置连通，同时，三通阀121与混合柜111保持连通，与混合 柜n 12断开连通，控制系统1127控制海水栗1开启，天然海水通过海水栗1、三通阀121进入 混合柜111，当双位电极14检测到混合柜111中液位达到所设定的最高液位时，控制系统n 27控制海水栗1关闭，随后三通阀n 22与混合柜111保持连通，与混合柜n 12断开连通，控制 系统126根据所述pH计19和所述烟气分析仪17的检测结果控制加入到混合柜111中钠碱溶 液的用量，钠碱溶液通过加碱栗2和三通阀n 22进入到混合柜111，之后通过搅拌器13混合 均匀。
[0080] 钠碱海水混合溶液在洗涤塔5内与废气逆向接触而发生酸碱中和反应，废气中的 S0X被钠碱海水混合溶液脱除，反应后洗涤液通过排水栗16进入水力旋流器7,经水力旋流 器7分离，分离后的杂质进入污泥柜8,分离后的液体进入曝气池9进行曝气处理，经曝气处 理后的液体通过排水栗n 10排出舷外或暂时存入废水储存柜中。曝气过程发生如下化学反 应：
[0081 ] 2MgS03+〇2-2MgS〇4，
[0082] 2CaS〇3+〇2-2CaS〇4(丄）。
[0083]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫方法，其特征在于具有如下步骤： 51、 抽取两份等量的天然海水，并分别充入到混合柜I和混合柜Π 内； 52、 分别向所述混合柜I和所述混合柜Π 中加入等量的钠碱溶液，混合均匀后，得到两 份钠碱海水混合溶液； 53、 将所述混合柜I中的钠碱海水混合溶液与废气在洗涤塔中逆向接触而发生酸碱中 和反应，洗涤后的气体达标后排入大气，反应后的洗涤液经去渣、曝气处理以及达标后排入 海中； 54、 待所述混合柜I中的钠碱海水混合溶液完全消耗后，将所述混合柜Π 中的钠碱海水 混合溶液与废气在洗涤塔中逆向接触而发生酸碱中和反应，洗涤后的气体达标后排入大 气，反应后的洗涤液经去渣、曝气处理以及达标后排入海中， 同时，抽取与所述步骤1抽取的其中一份天然海水等量的天然海水充入到所述混合柜 I，并加入与步骤S2中向所述混合柜I加入的钠碱溶液等量的钠碱溶液，之后混合均匀； 55、 待所述混合柜Π 中的钠碱海水混合溶液完全消耗后，将所述混合柜I中的钠碱海水 混合溶液与废气在洗涤塔中逆向接触而发生酸碱中和反应，洗涤后的气体达标后排入大 气，反应后的洗涤液经去渣、曝气处理以及达标后排入海中， 同时，抽取与所述步骤1抽取的其中一份天然海水等量的天然海水充入到所述混合柜 Π ，并加入与步骤S2中向所述混合柜Π 加入的钠碱溶液等量的钠碱溶液，之后混合均匀； 56、 重复步骤S4和步骤S5，直至船舶柴油机停止工作不再产生废气为止。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤S2中所述钠碱溶液为质量分数为 20 %-60 % 的 NaOH 溶液。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当钠碱海水混合溶液与废气在洗涤塔中逆 向接触而发生酸碱中和反应，洗涤后的气体未达标或反应后的洗涤液经去渣、曝气处理后 未达标时，自动地适当提高加入到所述混合柜I和所述混合柜Π 的钠碱溶液的用量。4. 一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫装置，其特征在于:包括海水栗，两个混合 柜，加碱栗，碱液柜，喷淋栗，洗涤塔，排水栗I，水力旋流器，污泥柜，曝气池和排水栗Π ， 所述混合柜底部设有搅拌器，所述混合柜内设有用于检测所述混合柜内液位高度的双 位电极， 所述洗涤塔的侧壁下端设有废气入口，所述洗涤塔的上端设有排气口，所述排气口的 侧壁设有用于检测气体成分的烟气分析仪，所述洗涤塔内设有喷淋装置， 所述曝气池内设有用于检测所述曝气池内液体PH值的pH计，所述曝气池的底部设有曝 气风机， 所述海水栗通过三通阀I分别与两个所述混合柜连通， 所述碱液柜通过所述加碱栗和三通阀Π 分别与两个所述混合柜连通， 两个所述混合柜通过三通阀m和所述喷淋栗与所述喷淋装置连通， 所述洗涤塔的下端通过排水栗I与所述水力旋流器连通， 所述水力旋流器分别与所述污泥柜和所述曝气池连通， 所述曝气池上设有排水栗π。5. 根据权利要求4所述的一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫装置，其特征在于： 所述一种基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫装置还包括与所述加碱栗、所述PH计和所述 烟气分析仪电连接的控制系统I，和与所述海水栗和两个所述双位电极电连接的控制系统 Π O
【文档编号】B01D53/92GK105879677SQ201610239766
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】韩志涛, 宋永惠, 潘新祥, 杨少龙, 孙凯强, 张宇康
【申请人】大连海事大学