基于磁化耦合电解船用柴油机尾气脱硫脱硝的方法与装置与流程

本发明涉及一种船用柴油机尾气脱硫脱硝的方法与装置，特别是涉及一种基于磁化耦合电解船用柴油机尾气脱硫脱硝的方法与装置。

背景技术：

1、船用柴油机由于燃烧较为劣质的重油，释放出的尾气中污染物较多且成分复杂。并且柴油机燃烧过程中为保证充分燃烧，通常采用较大的过量空气系数，因此燃料中的s和n等元素均转化为以nox和sox占主导的气态污染物，这两种也被国际海事组织列为首要控制的船舶尾气污染物。nox和sox是造成部分极其恶劣环境天气的重要原因，如酸雨、光化学烟雾等，也是呼吸系统、心肺系统疾病癌症等的诱因之一，因此，船用柴油机尾气脱硫脱硝处置及其重要。但是，由于其是移动源，常规的脱硫脱硝方法并不适用于船用柴油机的尾气处理。

2、由于船舶在大海远洋航行的特性，使用海水喷淋的湿法脱硫方法在船舶柴油机尾气处理领域的适应性更高，即采用海水中本身富含的碱性物质对船舶废气中的硫氧化物进行酸碱中和的反应，但是海水中碱性物质浓度较低，通常需要较大的海水循环量。湿法脱硝技术是使nox在液相中发生化学反应或者物理吸附/吸收，以达成脱除的目的，其中湿法脱硝研究最多的是液相氧化吸收法。由于no具有难溶于水的特性，因此通常是采用氧化剂，将废气中的低价态的no氧化成易溶于水的高价态的no2，进而被液相吸收，实现废气的脱硝处理。液相氧化吸收法的脱硝率较高，同时氧化剂也能进一步将废气中的so2氧化为so3，便于后期有效脱除，但是，氧化剂在远洋环境中不便于得到，影响这一技术在船舶柴油机尾气处理领域的推广和应用。因此，需要开发一种便捷式小型化且可深度脱除船用柴油机尾气中nox和sox的方法和装置。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于磁化耦合电解船用柴油机尾气脱硫脱硝的方法与装置，能够通过电解海水，利用阴极产生高浓度次氯酸钠溶液并送入磁化活化装置使得氧化性增强，产生足量的富氧自由基，并结合湿法氧化技术实现对柴油机尾气中的no和部分so2氧化为no2和so3的目的；同时，采用电解海水阳极产生的高浓度naoh溶液对尾气中氧化后的no2和so3进行酸碱中和，实现船用柴油机尾气中nox和sox的深度净化。

2、技术方案：一种基于磁化耦合电解船用柴油机尾气脱硫脱硝的方法，包括如下步骤：将海水通过泵送入电解池，阳极产生高浓度的氢氧化钠碱性溶液，阴极产生高浓度次氯酸钠溶液。高浓度次氯酸钠溶液随后通过泵送被给入磁化活化装置，磁化活化时间为20-60min，其中填充铁基碳纳米颗粒(铁基碳纳米颗粒可通过铁盐浸渍生物质，随后再通过热解碳化后得到，其是一种碳包覆的铁基催化剂)，磁化活化装置由外置的旋转磁场极板(n极和s极)和内置的填充床构成，填充床内装有铁基碳纳米颗粒作为次氯酸钠活化的催化剂，同时，铁基碳纳米颗粒与次氯酸钠溶液的混合物在旋转磁场的作用下会产生旋流转动，增加了磁化活化过程的传热传质，磁化活化过程最佳的温度范围为50-80℃，通过内置的换热盘管提供热量，在磁化活化的作用下，氯酸钠溶液中会产生一定量的富氧自由基(·oh、·ci、·o-)，可显著提高次氯酸钠溶液的氧化能力。磁化活化后的富氧次氯酸钠溶液随后通过泵送给入一级喷淋塔顶部，柴油机尾气先通过盘管换热器降温后给入一级喷淋塔底部，其中的no和部分so2在一级喷淋塔内被富氧次氯酸钠溶液氧化为no2和so3，氧化后的尾气随后再被送入二级喷淋塔内，与从电解池阳极泵送给入的高浓度氢氧化钠碱性溶液发生酸碱中和反应，达到深度净化烟气中no和so2的目的，中和后的脱硫脱硝废水经过沉淀后排放，整个系统可独立运行，适用于船用柴油机尾气深度脱硫脱硝；

3、进一步的，柴油机尾气(温度400-700℃)先通过圆盘换热器降温到130-150℃，盘管换热器内换热介质为导热油，导热油升温后循环到磁化活化装置内部的换热盘管，为磁化活化装置的反应提供热量，保持磁化活化过程最佳的温度范围50-80℃，降温后的导热油再循环到尾气盘管换热器，形成能量的闭环。

4、所述的反应过程如下：

5、2no+2naclo+h2o→2no2+2nacl+h2o

6、so2+naclo→so3+nacl

7、2no2+2naoh→nano3+nano2+h2o

8、2naoh+so3→na2so4+h2o

9、一种基于磁化耦合电解的船用柴油机尾气脱硫脱硝的装置，包括海水供给泵，氢氧化钠溶液供给泵，电解池，次氯酸钠溶液供给泵，磁化活化装置，富氧次氯酸钠溶液供给泵，一级喷淋塔，盘管换热器，二级喷淋塔，沉淀池；

10、海水通过海水供给泵与电解池海水入口相连，电解池阳极溶液出口与氢氧化钠溶液供给泵相连，电解池阴极溶液出口与次氯酸钠溶液供给泵相连，次氯酸钠溶液供给泵与磁化活化装置溶液入口相连，磁化活化装置的富氧次氯酸钠溶液出口与一级喷淋塔顶部的液体入口相连，柴油机尾气通过圆盘换热器降温后与一级喷淋塔底部的气体入口相连，柴油机尾气在一级喷淋塔内发生氧化反应，反应后一级喷淋塔顶部的烟气出口与二级喷淋塔底部的气体入口相连，一级喷淋塔的废液出口与沉淀池相连；氢氧化钠溶液供给泵与二级喷淋塔顶部液体进口入口相连，其与氧化后的尾气在二级喷淋塔内发生酸碱中和反应，二级喷淋塔内反应后的废液通过底部的废液出口与沉淀池相连，净化后的尾气通过顶部的气体出口排空；

11、进一步的，磁化活化装置具有的结构如下：磁化活化装置由外置的旋转磁场极板(n极和s极)和内置的填充床构成，填充床内装有铁基碳纳米颗粒作为次氯酸钠活化的催化剂，同时，铁基碳纳米颗粒因其本身具有磁性，其与次氯酸钠溶液的混合物在旋转磁场的作用下会产生旋流转动，增加了磁化活化过程的传热传质，磁化活化装置的填充床内置盘管换热器，其换热介质为导热油，与冷却柴油机尾气的盘管换热器构成一闭环回路，以保证磁化活化反应的温度在50-80℃之间，此温度范围内磁化活化反应活性最高；

12、进一步的，磁化活化装置内填充的铁基碳纳米颗粒可通过铁盐浸渍生物质，随后再通过热解碳化后得到，其是一种碳包覆的铁基催化剂，主要用作活化次氯酸钠溶液产生一定量的富氧自由基(·oh、·ci、·o-)，以提高其氧化能力。

13、本发明所涉及的一种磁化耦合电解的船用柴油机尾气脱硫脱硝的装置的方法与装置，为船用柴油机的尾气处理提供了一种新的途径，本发明采用原料仅为海水，不需要外加其他的化学物质，且反应后的废液经过简单沉淀处理后可直接排放，整个过程绿色环保，经济有效。本发明与现有技术相比，本发明显著优点有：

14、(1)通常的海水先通过电解池阴极产生高浓度的次氯酸钠溶液，其具有一定的氧化效果，但不能达到将柴油机尾气中的no和so2完全氧化的目的，本发明提出的磁化耦合电解系统，通过磁化活化过程进一步的将电解产生的次氯酸钠溶液活化，使其富含高活性和氧化性的富氧自由基(·oh、·ci、·o-)，可将尾气中的no和so2深度氧化，便于后续的深度净化处理，并且磁化活化装置并不需要外加氧化剂且使用寿命长，适合船用柴油机尾气的深度净化；

15、磁化活化装置，创新性的采用外置的旋转磁场极板(n极和s极)和内置的填充床结构，填充床内装有大量的铁基碳纳米颗粒，其在外磁场转动的作用下被带动旋转，产生旋流，不仅加快了系统的传热传质，且促进了活化反应产生富氧自由基。