一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理方法，具有如下步驟：S1、制備含較高有效氯濃度的海水溶液，并與酸性海水溶液混合；S2、高壓蒸汽與步驟S1得到的溶液混合，并與船舶廢氣混合；S3、步驟S2得到的煙氣經(jīng)濕法噴淋處理、除霧后排入大氣。本發(fā)明還公開了一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理裝置。本發(fā)明利用船舶富余電力與蒸汽資源，減少運輸和隨船存儲化學藥品所帶來的船舶安全隱患與額外投資成本，縮短廢氣處理反應時間，降低液相吸收所需額外水泵等耗能，從而進一步縮減船舶廢氣處理裝置運行成本，提高系統(tǒng)經(jīng)濟性，實現(xiàn)一套系統(tǒng)同時脫除船舶廢氣中SOx、NOx與顆粒雜質(zhì)等有害成分，工藝集成度更高，裝置占地面積更小。
【專利說明】
一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理方法及裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于船舶造成大氣污染防治技術領域，具體涉及一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理方法及裝置。
【背景技術】
[0002]據(jù)統(tǒng)計，遠洋船舶運輸貨物量占全球總貨運量超過85%以上。從事國際貿(mào)易的遠洋商船噸位超過300總噸以上的約有5萬余艘，其中絕大多數(shù)是采用柴油機作為動力裝置和發(fā)電裝置。由于船舶燃用的燃料油大多是石油煉制過程中的劣質(zhì)殘渣油，含硫量高、粘度較大、殘?zhí)恐递^高，因此船舶廢氣排放對大氣環(huán)境和人體健康造成了越來越嚴重的影響。
[0003]為減少船舶造成大氣環(huán)境污染，近些年來，國內(nèi)外許多科研院所開展大量船舶廢氣處理研究。目前，已經(jīng)形成商業(yè)化或正在研究過程中的船舶廢氣單一處理技術專利也越來越多。如:專利號201110120210.0《具有廢氣凈化系統(tǒng)的大型二沖程柴油發(fā)動機》、專利號201280045211.6《排氣系統(tǒng)和選擇性催化還原方法》等，通過優(yōu)化十字頭式大型渦輪增壓二沖程柴油發(fā)動機排氣管系，安裝SCR來實現(xiàn)高效脫除廢氣中的氮氧化物，但卻存在脫硝投資和運營成本較高、氨過量泄漏到大氣造成污染、反應溫度窗較窄和催化劑的抗硫中毒等問題;專利號201410146023.3《一種用于處理船舶排放廢氣的系統(tǒng)》與專利號201310259906.0《一種船舶柴油機廢氣洗滌脫硫的設備》，均采用鈉堿洗滌系統(tǒng)將氫氧化鈉和雙氧水作為洗滌劑，去除船舶廢氣中的硫氧化物，但卻需要隨船存儲大量的化學物質(zhì)、占用船舶有效空間，降低船舶安全性。然而，在廢氣綜合處理方面，有關陸地電站和燃煤電廠的煙氣綜合處理研究報道居多，但相關處理技術和裝置很難適應海上環(huán)境特征，且在經(jīng)濟性、空間利用率等方面均難以滿足實船要求。針對船舶廢氣綜合處理技術的報道甚少，如專利號201310116629.8《鈉堿法化學吸收-非熱放電同時脫硫脫硝系統(tǒng)》，通過將非熱等離子放電預氧化與鈉堿吸收技術相結(jié)合，實現(xiàn)船舶廢氣同時脫硫脫硝目的，但該方法卻存在等離子體能耗較高、隨船存儲堿液占用空間和影響安全性等問題;專利號201010540886.0《船舶廢氣的脫硫脫硝方法及處理裝置》，先用臭氧、過氧化氫等噴淋氧化，再用氯化鈉中和吸收實現(xiàn)綜合脫硫脫硝，但該方法需要消耗過量的臭氧和過氧化氫溶液，且生成的硝酸和硫酸對設備的防腐蝕要求很高，設備投資和維護成本升高;專利號201410374452.6《一種用于二沖程柴油機的廢氣污染物聯(lián)合脫除裝置》，采用濕法洗滌方式去除SOx，再將部分低溫干凈廢氣再循環(huán)，降低發(fā)動機NOx生成量，但該方案脫硝效率有限，且會導致發(fā)動機燃燒不充分，HC和CO排放量增加等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明提出一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理方法及裝置，該方法聯(lián)合電解海水預氧化技術與濕法噴淋技術，采用蒸汽驅(qū)動氣相氧化方式強化NO吸收效率，實現(xiàn)船舶廢氣脫硫、脫硝與脫顆粒物(PM)的目的?；谠摲椒ㄔO計一種能夠借助船舶富余電力與蒸汽資源，滿足船舶在海上航行期間的廢氣處理需求，處理效率高，裝置集成度高，且不影響船舶航行安全的船舶廢氣綜合處理裝置。
[0005]本發(fā)明采用的技術手段如下:
[0006]—種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理方法，具有如下步驟:
[0007]S1、制備含較高有效氯濃度的海水溶液，并與酸性海水溶液混合；
[0008]S2、高壓蒸汽與步驟SI得到的溶液混合，并與船舶廢氣混合；
[0009]S3、步驟S2得到的煙氣經(jīng)濕法噴淋處理、除霧后排入大氣。
[0010]所述步驟SI得到的溶液為所述含較高有效氯濃度的海水溶液與所述酸性海水溶液混合后得到的溶液。
[0011]高壓蒸汽與步驟SI得到的溶液混合，利用高壓蒸汽的高壓、高溫特性實現(xiàn)氣液混合與加熱，從而更進一步降低含較高有效氯濃度的海水溶液中氯氣溶解度，促進濕氯氣釋放，提高氣相中氯氣濃度，隨后氣液混合溶液噴入到船舶廢氣內(nèi)，將船舶廢氣中NO與SO2迅速氧化為NO2和S032—、S042—。主要化學反應如下:
[0012]NO (g) +Cl 2+H2O4NO2 (g)+2HC1，
[0013]S02(g)—S02(l)，
[0014]S02(1)+H20—HS03—+H30+，
[0015]HSO3—+H2O4SO32—+H30+，
[0016]2S032—+02—2S042—，
[0017]所述濕法噴淋處理指的是天然海水將步驟S2得到的煙氣中N02、S02、S032—等易溶于水的酸性成分、顆粒雜質(zhì)吸收，并同時吸收未完全消耗的氯氣等氧化劑。脫除船舶廢氣中的S0x、N0x與PM有害成分，從而實現(xiàn)船舶廢氣同時脫硫、脫硝、脫顆粒物的目的。主要化學反應如下:
[0018]N02(g)—N02(l)，
[0019]Ν02(1)+Η20—ΗΝ03+ΗΝ02，
[0020]2Ν02 (I)+20Η—4Η2Ο+ΝΟ2—+ΝΟ3—，
[0021 ] Ν0(1 )+Ν02( I )+20Η—4Η2Ο+2ΝΟ2—，
[0022]Ν02—+HC10—HC1+N03—，
[0023]所述含較高有效氯濃度的海水溶液通過無隔膜海水電解法制備。
[0024]所述酸性海水溶液為所述濕法噴淋處理后得到的廢液再經(jīng)過分離凈化后得到的溶液，其用于調(diào)節(jié)所述含較高有效氯濃度的海水溶液的pH值，所述pH值的范圍為2-6，使所述含較高有效氯濃度的海水溶液中有效氯平衡向氯氣方向移動。
[0025]所述高壓蒸汽為船舶鍋爐富余的高壓蒸汽。
[0026]本發(fā)明還公開了一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理裝置，包括主海水管，電解海水單元，調(diào)節(jié)器，蒸汽噴射混合器，分離凈化裝置，洗滌塔，海水供給栗，預氧化器，稀釋混合器和污泥柜，所述洗滌塔內(nèi)設有噴淋裝置和除霧裝置，
[0027]天然海水經(jīng)過所述主海水管進入所述電解海水單元，得到的含較高有效氯濃度的海水溶液與所述分離凈化裝置產(chǎn)生的酸性海水在所述調(diào)節(jié)器內(nèi)混合，之后，進入所述蒸汽噴射混合器內(nèi)與船舶鍋爐富余的高壓蒸汽混合，并進入所述預氧化器與船舶廢氣混合反應，得到的煙氣進入所述洗滌塔與依次經(jīng)過所述主海水管、所述海水供給栗和所述噴淋裝置的天然海水混合，得到的煙氣經(jīng)過所述除霧裝置排入大氣，得到的廢液進入所述分離凈化裝置，經(jīng)所述分離凈化裝置得到的酸性海水一部分進入所述調(diào)節(jié)器、一部分進入所述稀釋混合器與經(jīng)過所述主海水管進入的天然海水混合稀釋后經(jīng)過所述主海水管排海，經(jīng)所述分離凈化裝置得到的顆粒雜質(zhì)進入到所述污泥柜。
[0028]所述分離凈化裝置脫除所述濕法噴淋處理后得到的廢液中的顆粒雜質(zhì)，得到所述酸性海水。
[0029]所述電解海水單元包括電解槽和位于所述電解槽內(nèi)的陽極和陰極，所述陽極與所述陰極之間設有電解電源，所述電解電源是采用直流交替換向或脈沖模式電解的電源，所述陽極與所述陰極之間保持一定的間距和面積比。天然海水進入所述電解槽，經(jīng)所述電解電源電解后，電化學反應產(chǎn)生大量有效氯成分，制備得到所述含較高有效氯濃度的海水溶液。
[0030]所述電解槽內(nèi)所述陰極與所述陽極發(fā)生的主要化學反應如下:
[0031]陽極:
[0032]2Cr-2e—Cl2(l)，
[0033]Cl2(l)+H20—HCl+HC10，
[0034]HC10—C10—+H+，
[0035]2HC10+C10——C103—+H++C1—，
[0036]陰極:
[0037]2Η20+2θ—20Η—+H2(g)，
[0038]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0039]1、相比傳統(tǒng)利用化學藥品處理脫硝法，本發(fā)明利用船舶自身富余電力資源制備含較高有效氯濃度的海水溶液，用于氧化脫硝，氧化劑在線制備與使用，減少了運輸和隨船存儲化學藥品所帶來的船舶安全隱患與額外投資成本。
[0040]2、相比傳統(tǒng)濕法氧化氣液吸收過程，本發(fā)明將含較高有效氯濃度的海水溶液，通過調(diào)整pH值與蒸汽噴射加熱，進一步獲取含較高濕氯氣濃度的氧化劑，實現(xiàn)高效快速氣相氧化，縮短了廢氣處理反應時間，減少了液相吸收所需額外水栗等耗能。
[0041]3、相比傳統(tǒng)的船舶廢氣脫硝技術，本發(fā)明充分利用船舶自身富余電力與蒸汽資源，實現(xiàn)高效氧化吸收no、so2等有害成分，有效降低了船舶廢氣處理裝置運行成本，提高了系統(tǒng)經(jīng)濟性。
[0042]4、相比傳統(tǒng)單一脫硫或脫硝技術，本發(fā)明采用電解海水預氧化技術與濕法噴淋技術協(xié)同作用的船舶廢氣綜合處理技術，實現(xiàn)一套系統(tǒng)同時脫除船舶廢氣中的S0x、N0x與顆粒雜質(zhì)，工藝集成度更高，裝置占地面積更小。
[0043]基于上述理由本發(fā)明可在船舶造成大氣污染防治等領域廣泛推廣。
【附圖說明】
[0044]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0045]圖1是本發(fā)明的【具體實施方式】中一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理方法的系統(tǒng)流程圖。
[0046]圖2是本發(fā)明的【具體實施方式】中一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理裝置的結(jié)構示意圖。
[0047]圖3是本發(fā)明的【具體實施方式】中電解海水單元的結(jié)構示意圖。
[0048]圖4是本發(fā)明的【具體實施方式】中蒸汽噴射混合器的結(jié)構示意圖。
【具體實施方式】
[0049]實施例1
[0050]如圖1所示，一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理方法，具有如下步驟:
[0051]S1、無隔膜海水電解法制備含較高有效氯濃度的海水溶液，主要化學反應如下:
[0052]陽極:
[0053]2Cr-2e—Cl2(l)，
[0054]Cl2(l)+H20—HCl+HC10，
[0055]HC10—C10—+H+，
[0056]2HC10+C10——C103—+H++C1—，
[0057]陰極:
[0058]2Η20+2θ—20Η—+H2(g)，
[0059]之后，與酸性海水溶液混合，所述酸性海水溶液為濕法噴淋處理后得到的廢液再經(jīng)過分離凈化后得到的溶液。所述酸性海水溶用于調(diào)節(jié)所述含較高有效氯濃度的海水溶液的pH值，所述pH值的范圍為2-6，使所述含較高有效氯濃度的海水溶液中有效氯平衡向氯氣方向移動；
[0060]S2、船舶鍋爐富余的高壓蒸汽經(jīng)蒸汽噴射混合器與步驟SI得到的溶液混合，并與船舶廢氣混合，利用高壓蒸汽的高壓、高溫特性驅(qū)動氣液混合與加熱，從而更進一步降低含有效氯成分的海水溶液中氯氣溶解度，促進濕氯氣釋放，提高氣相中氯氣濃度，隨后噴入到船舶廢氣內(nèi)，將船舶廢氣中的NO與SO2迅速氧化為NO2和S032—、S042—等，主要化學反應如下:[0061 ] NO (g) +Cl 2+H20^N02 (g)+2HC1，
[0062]S02(g)—S02(l)，
[0063]S02(1)+H20—HS03—+H30+，
[0064]HS03—+H2O4SO32—+H30+，
[0065]2S032—+02—2S042—;
[0066]S3、步驟S2得到的煙氣經(jīng)濕法噴淋處理、除霧后排入大氣，
[0067]濕法噴淋處理后得到的廢液再經(jīng)過分離凈化后得到的溶液，一部分用于調(diào)節(jié)所述含較高有效氯濃度的海水溶液的PH值(即所述酸性海水溶液)、一部分與天然海水混合稀釋后排海，
[0068]濕法噴淋處理后得到的廢液再經(jīng)過分離凈化后得到的顆粒雜質(zhì)進入到所述污泥柜，主要化學反應如下:
[0069]N02(g)^N02(l),
[0070]Ν02(1)+Η20—ΗΝ03+ΗΝ02，
[0071 ] 2Ν02(1)+20Η—4Η2Ο+ΝΟ2—+Ν03—，
[0072 ] NO(I) +NO2 (I)+20Η——Η20+2Ν02—，
[0073]Ν02—+HC10—HC1+N03—。
[0074]實施例2
[0075]如圖2-4所示，一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理裝置，包括主海水管I，電解海水單元2，調(diào)節(jié)器3，蒸汽噴射混合器4，分離凈化裝置5，洗滌塔6，海水供給栗7，預氧化器8，稀釋混合器9和污泥柜10，所述洗滌塔6內(nèi)設有噴淋裝置11和除霧裝置12，
[0076]天然海水經(jīng)過所述主海水管I進入所述電解海水單元2，得到的含較高有效氯濃度的海水溶液與所述分離凈化裝置5產(chǎn)生的酸性海水在所述調(diào)節(jié)器3內(nèi)混合，之后，進入所述蒸汽噴射混合器4內(nèi)與船舶鍋爐13排出的船舶鍋爐富余的高壓蒸汽混合，并進入所述預氧化器8與船舶廢氣混合反應，得到的煙氣進入所述洗滌塔6與依次經(jīng)過所述主海水管1、所述海水供給栗7和所述噴淋裝置11的天然海水混合，得到的煙氣經(jīng)過所述除霧裝置12排入大氣，得到的廢液進入所述分離凈化裝置5，經(jīng)所述分離凈化裝置5得到的酸性海水一部分進入所述調(diào)節(jié)器3、一部分進入所述稀釋混合器9與經(jīng)過所述主海水管I進入的天然海水混合稀釋后經(jīng)過所述主海水管I排海，經(jīng)所述分離凈化裝置5得到的顆粒雜質(zhì)進入到所述污泥柜10。
[0077]所述電解海水單元2包括電解槽2-1和位于所述電解槽2-1內(nèi)的陽極2-2和陰極2-3，所述陽極2-2與所述陰極2-3之間設有電解電源2-4。
[0078]所述蒸汽噴射混合器4包括工作流體入口端4-1，引射流體入口端4-2，混合器本體4-3與混合器出口 4-4。所述工作流體入口端4-1與所述船舶鍋爐13(燃油鍋爐或者廢氣鍋爐)相連，所述引射流體入口端4-2與所述調(diào)節(jié)器3相連，所述混合器出口 4-4與所述預氧化器8相連。所述船舶鍋爐13富余的高壓蒸汽與所述調(diào)節(jié)器3中的液體在所述蒸汽噴射混合器本體4-3內(nèi)充分混合與加熱，從而更進一步降低液氯溶液中氯氣溶解度，提高氣相中氯氣濃度。
[0079]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理方法，其特征在于具有如下步驟: 51、制備含較高有效氯濃度的海水溶液，并與酸性海水溶液混合； 52、高壓蒸汽與步驟SI得到的溶液混合，并與船舶廢氣混合； 53、步驟S2得到的煙氣經(jīng)濕法噴淋處理、除霧后排入大氣。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述含較高有效氯濃度的海水溶液通過無隔膜海水電解法制備。3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述酸性海水溶液為所述濕法噴淋處理后得到的廢液再經(jīng)過分離凈化后得到的溶液。4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述高壓蒸汽為船舶鍋爐富余的高壓蒸汽。5.一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理裝置，其特征在于:包括主海水管，電解海水單元，調(diào)節(jié)器，蒸汽噴射混合器，分離凈化裝置，洗滌塔，海水供給栗，預氧化器，稀釋混合器和污泥柜，所述洗滌塔內(nèi)設有噴淋裝置和除霧裝置， 天然海水經(jīng)過所述主海水管進入所述電解海水單元，得到的含較高有效氯濃度的海水溶液與所述分離凈化裝置產(chǎn)生的酸性海水在所述調(diào)節(jié)器內(nèi)混合，之后，進入所述蒸汽噴射混合器內(nèi)與船舶鍋爐富余的高壓蒸汽混合，并進入所述預氧化器與船舶廢氣混合反應，得到的煙氣進入所述洗滌塔與依次經(jīng)過所述主海水管、所述海水供給栗和所述噴淋裝置的天然海水混合，得到的煙氣經(jīng)過所述除霧裝置排入大氣，得到的廢液進入所述分離凈化裝置，經(jīng)所述分離凈化裝置得到的酸性海水一部分進入所述調(diào)節(jié)器、一部分進入所述稀釋混合器與經(jīng)過所述主海水管進入的天然海水混合稀釋后經(jīng)過所述主海水管排海，經(jīng)所述分離凈化裝置得到的顆粒雜質(zhì)進入到所述污泥柜。6.根據(jù)權利要求5所述一種基于電解海水的船舶廢氣綜合處理裝置，其特征在于:所述電解海水單元包括電解槽和位于所述電解槽內(nèi)的陽極和陰極，所述陽極與所述陰極之間設有電解電源，所述電解電源是采用直流交替換向或脈沖模式電解的電源。
【文檔編號】C02F103/08GK105879678SQ201610346180
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】潘新祥, 楊少龍, 韓志濤, 宋立國, 于景奇, 潘博, 杜還, 董景明
【申請人】大連海事大學