一种船舶尾气处理装置

本发明属于船舶发动机二氧化碳减排领域，特别是涉及一种船舶尾气处理装置。

背景技术：

1、船舶海运作为当前世界主流的运输方式，其每年所产生的co2占据全世界co2排放的3％，船舶行业降低碳排放的形势刻不容缓。在船舶领域想要实现碳减排有以下几种方式：船体结构优化，航行参数优化、余热回收、替代燃料以及碳捕集，前三项的减排能力均比较有限，而替代燃料受限于当前的科学技术水平，实现大规模应用仍旧有待研究，并且港口相应的配套设施也不太完善。因此想要短时间之内实现船舶领域大幅度降碳，碳捕集技术是最有潜力的技术。此外，由于在陆地的碳捕集技术发展较为成熟，以陆地碳捕集技术为基础，结合船舶的实际情况开发专门用于船舶的碳捕集系统具有较强可行性。

2、碳捕集技术有燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧和化学链燃烧，由于船上空间有限并且还需要考虑到经济性等问题，燃烧前捕集、燃烧后捕集和化学链燃烧都无法在船上得到有效的应用，燃烧后捕集凭借无需对原有发动机进行修改，捕集效率高等优点是最具上船潜力的碳捕集技术。燃烧后捕集技术有化学吸收法、物理吸附法和膜法等，其中应用最为广泛、发展最为成熟的就是化学吸收法。化学吸收法通过化学吸收剂与co2之间进行可逆化学反应来实现对co2的选择性吸收以及再生。目前陆地上化学吸收法中使用最广泛的吸收剂为单乙醇胺，具有价格便宜，吸收效果较好等优点，但是再生能耗较高，再生效率较低，且对设备具有一定腐蚀性。

3、在陆地上，应用化学吸收法的二氧化碳捕集装置再生过程需要使用到再生塔，由于船舶空间限制等因素的影响，在船上同时布置水洗塔、吸收塔以及再生塔会占据大量的船上空间，针对再生塔结构进行优化具有十分重要的现实意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种船舶尾气处理装置,以解决传统再生塔结构巨大不适于船上使用的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种船舶尾气处理装置，包括喷淋装置、吸收剂接收槽和尾气输送耦合催化填料模块，所述吸收剂接收槽设置在尾气输送耦合催化填料模块的下端，所述喷淋装置设置在尾气输送耦合催化填料模块的上方；所述尾气输送耦合催化填料模块包括由下到上依次布置的尾气输入层、催化填料嵌合气液换热层和尾气输出层，所述尾气输入层用于将输入的气体分流并与喷淋装置喷淋的吸收剂富液热交换，所述催化填料嵌合气液换热层用于接收喷淋装置喷出并穿过尾气输出层的吸收剂富液并传递给尾气输入层，所述催化填料嵌合气液换热层用于将尾气输入层输送来的气体传递到尾气输出层，所述尾气输出层用于输出气体，所述吸收剂接收槽用于接收流经尾气输入层的吸收剂富液。

3、更进一步的，所述尾气输入层包括尾气输入段、气液最终热交换层和第一气液热交换块，所述尾气输入段内设置多个用于分流气体的整流格栅，所述尾气输入段的出口端与气液最终热交换层的进口端连通，所述气液最终热交换层内均匀布置多个横纵交错的第一气液热交换块，所述气液最终热交换层的下端与吸收剂接收槽相连。

4、更进一步的，所述第一气液热交换块为竖向中空方管，所述第一气液热交换块的下端管口与吸收剂接收槽连通。

5、更进一步的，所述第一气液热交换块周壁上设置翅片。

6、更进一步的，所述催化填料嵌合气液换热层包括嵌合式气液换热管、催化剂填料和壳体，所述壳体下端开口与气液最终热交换层上端开口连通，所述嵌合式气液换热管设置有多个且均设置在壳体内，多个所述嵌合式气液换热管一一对应的连接在每个第一气液热交换块的上端管口上，每个所述嵌合式气液换热管内均设置有催化剂填料。

7、更进一步的，所述催化剂填料为由催化剂涂覆的金属鲍尔环、金属波纹板或金属丝网波纹填料，所述催化剂组成为xzsm-5·yal2o3·zti(oh)2，其中x＝0.1-0.4，y＝0.2-0.4，z＝0.2-0.7。

8、更进一步的，所述嵌合式气液换热管为倾斜管路。

9、更进一步的，所述尾气输出层包括尾气输出段、气液初步热交换层和第二气液换热块，所述气液初步热交换层内设置多个与嵌合式气液换热管一一对应的第二气液换热块，所述第二气液换热块为中空管状，每个所述第二气液换热块的出口端与对应位置的嵌合式气液换热管上端管口连通，每个所述第二气液换热块的进口端用于承接喷淋装置喷淋的吸收剂富液，所述尾气输出层的进气端与壳体上端开口连通，尾气输出层的出气端与尾气输出段连通。

10、更进一步的，每四个相邻的第二气液换热块开口中心的连线形成一个虚拟方块，每个所述虚拟方块的竖直中心线上对应设置一个喷淋装置的喷头。

11、更进一步的，所述气液初步热交换层的顶壁为倾斜面。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、1、船舶尾气处理装置通过采用层式结构分别设置尾气输入层、催化填料嵌合气液换热层和尾气输出层，让吸收剂能够在大平面上充分实现与气体之间的热量交换，降低再生塔体积，强化换热面积；

14、2、通过在尾气输入段内设置整流格栅，能够帮助气体更加均匀地进入到尾气输送耦合催化填料模块中进行热交换；

15、3、通过在尾气输出段内设置整流格栅，帮助气体更加均匀地进入到再生装置中；

16、4、通过在第一气液热交换块外壁设置翅片的方式，能强化吸收剂富液与船舶尾气之间的换热；

17、5、通过在嵌合式气液换热管内设置催化剂填料填料的方式，并结合分流后与第一气液热交换块充分换热的气体与嵌合式气液换热管进行换热的方式，能够保障船舶尾气中的余热能量得到进一步回收，同时通过催化剂涂覆规整填料的方式来对吸收剂富液进行催化再生，减少再生过程所需要的温度，最大限度降低再生热负荷，提升再生效率；

18、6、通过气液初步热交换层的顶壁为倾斜面的设置方式，能够强化吸收剂富液的流动，减少在气液初步热交换层顶板上的堆积残留；

19、7、通过对喷淋装置喷头位置的限定，能够实现提升吸收剂在尾气出气层上方的停留时间，提升吸收剂的再生效果；

20、8、本船舶尾气处理装置能够与传统二氧化碳捕集系统中的吸收塔进行上下叠放，让二氧化碳捕集系统整体占用空间进一步降低，提升了在船上应用二氧化碳捕集系统的可能性。

技术特征：

1.一种船舶尾气处理装置，其特征在于：包括喷淋装置(1)、吸收剂接收槽(2)和尾气输送耦合催化填料模块(3)，所述吸收剂接收槽(2)设置在尾气输送耦合催化填料模块(3)的下端，所述喷淋装置(1)设置在尾气输送耦合催化填料模块(3)的上方；所述尾气输送耦合催化填料模块(3)包括由下到上依次布置的尾气输入层(4)、催化填料嵌合气液换热层(5)和尾气输出层(6)，所述尾气输入层(4)用于将输入的气体分流并与喷淋装置(1)喷淋的吸收剂富液热交换，所述催化填料嵌合气液换热层(5)用于接收喷淋装置(1)喷出并穿过尾气输出层(6)的吸收剂富液并传递给尾气输入层(4)，所述催化填料嵌合气液换热层(5)用于将尾气输入层(4)输送来的气体传递到尾气输出层(6)，所述尾气输出层(6)用于输出气体，所述吸收剂接收槽(2)用于接收流经尾气输入层(4)的吸收剂富液。

2.根据权利要求1所述的一种船舶尾气处理装置，其特征在于：所述尾气输入层(4)包括尾气输入段(7)、气液最终热交换层(8)和第一气液热交换块(9)，所述尾气输入段(7)内设置多个用于分流气体的整流格栅，所述尾气输入段(7)的出口端与气液最终热交换层(8)的进口端连通，所述气液最终热交换层(8)内均匀布置多个横纵交错的第一气液热交换块(9)，所述气液最终热交换层(8)的下端与吸收剂接收槽(2)相连。

3.根据权利要求2所述的一种船舶尾气处理装置，其特征在于：所述第一气液热交换块(9)为竖向中空方管，所述第一气液热交换块(9)的下端管口与吸收剂接收槽(2)连通。

4.根据权利要求2或3所述的一种船舶尾气处理装置，其特征在于：所述第一气液热交换块(9)周壁上设置翅片。

5.根据权利要求4所述的一种船舶尾气处理装置，其特征在于：所述催化填料嵌合气液换热层(5)包括嵌合式气液换热管(10)、催化剂填料(11)和壳体(15)，所述壳体(15)下端开口与气液最终热交换层(8)上端开口连通，所述嵌合式气液换热管(10)设置有多个且均设置在壳体(15)内，多个所述嵌合式气液换热管(10)一一对应的连接在每个第一气液热交换块(9)的上端管口上，每个所述嵌合式气液换热管(10)内均设置有催化剂填料(11)。

6.根据权利要求5所述的一种船舶尾气处理装置，其特征在于：所述催化剂填料(11)为由催化剂涂覆的金属鲍尔环、金属波纹板或金属丝网波纹填料，所述催化剂组成为xzsm-5·yal2o3·zti(oh)2，其中x＝0.1-0.4，y＝0.2-0.4，z＝0.2-0.7。

7.根据权利要求5或6所述的一种船舶尾气处理装置，其特征在于：所述嵌合式气液换热管(10)为倾斜管路。

8.根据权利要求7所述的一种船舶尾气处理装置，其特征在于：所述尾气输出层(6)包括尾气输出段(12)、气液初步热交换层(13)和第二气液换热块(14)，所述气液初步热交换层(13)内设置多个与嵌合式气液换热管(10)一一对应的第二气液换热块(14)，所述第二气液换热块(14)为中空管状，每个所述第二气液换热块(14)的出口端与对应位置的嵌合式气液换热管(10)上端管口连通，每个所述第二气液换热块(14)的进口端用于承接喷淋装置(1)喷淋的吸收剂富液，所述尾气输出层(6)的进气端与壳体(15)上端开口连通，尾气输出层(6)的出气端与尾气输出段(12)连通，所述尾气输出段(12)内设置多个整流格栅。

9.根据权利要求8所述的一种船舶尾气处理装置，其特征在于：每四个相邻的第二气液换热块(14)开口中心的连线形成一个虚拟方块，每个所述虚拟方块的竖直中心线上对应设置一个喷淋装置(1)的喷头。

10.根据权利要求8或9所述的一种船舶尾气处理装置，其特征在于：所述气液初步热交换层(13)的顶壁为倾斜面。

技术总结
本发明提出了一种船舶尾气处理装置，属于船舶发动机二氧化碳减排领域。解决传统再生塔结构巨大不适于船上使用的问题。它包括喷淋装置、吸收剂接收槽和尾气输送耦合催化填料模块，吸收剂接收槽设置在尾气输送耦合催化填料模块的下端，喷淋装置设置在尾气输送耦合催化填料模块的上方；尾气输送耦合催化填料模块包括由下到上依次布置的尾气输入层、催化填料嵌合气液换热层和尾气输出层，催化填料嵌合气液换热层用于接收喷淋装置喷出并穿过尾气输出层的吸收剂富液并传递给尾气输入层，催化填料嵌合气液换热层用于将尾气输入层输送来的气体传递到尾气输出层，吸收剂接收槽用于接收流经尾气输入层的吸收剂富液。它主要用于船舶尾气的处理。

技术研发人员：席鸿远,周松,朱云龙,郝泽,任建军,莫杰
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13