一种船舶尾气电催化处理系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种船舶尾气电催化处理系统，包含依次连接的水泵、电催化装置、增压泵、反应塔，以及与反应塔连接的除尘装置、烟囱、循环泵，所述循环泵还连接电催化装置输入端和排放管；所述除尘装置、反应塔和烟囱通过气体管线连接；所述水泵、电催化装置、增压泵、反应塔、循环泵通过液体管线连接。本发明采用电催化装置产生的活性水与反应塔的构造结合，使脱氮除硫集合到一个设备中完成；利用活性水氧化不稳定的氮氧化物和硫氧化物，减少和缩小了系统设备的体积，增加了处理效率；所有反应用化学物质均为在线产生，可避免人工采购和船舶储存化工原料的困难；根据船舶尾气流量和排放浓度，实现船舶尾气处理系统的自动化运行，效率更高。
【专利说明】一种船舶尾气电催化处理系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种尾气无害化处理系统，具体涉及一种船舶尾气电催化处理系统， 属于环保【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着国际航运业及远洋船舶运输的发展，船舶发动机所产生的废气排放已成为沿 海地区尤其是港口的主要污染源。船舶柴油机所使用的燃料为高黏度、高含硫量、高残碳的 重油，其所产生的气态排放物中，NOx和SOx占有很大比重。船舶柴油机排放废气中的SOx 和NOx等对大气环境造成的污染已引起国际社会广泛的关注。
[0003] 据国际海事组织（頂0)的统计：全球的船舶柴油机每年向大气排放的NOx约为 1000万吨，SOx约为850万吨，被污染的海洋大气可通过气候作用飘散到1000km以外的地 区，对全球环境造成影响。根据欧盟的调查，欧洲的机动车排放正逐年下降，但船舶排放却 在继续上升，依据现行的法规，到2020年S02、NOx和PM2. 5分别增长42%，47%和56%。船 舶对大气的污染已经不容忽视，特别是在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区， 船舶排放的废气甚至成为该地区的主要污染源，全球2/3以上的船舶发动机排气都产生在 距海岸400km的范围内。2005年在香港葵涌港附近，船舶排放的污染占了 S02排放总量的 36 %，与当地的燃煤火力发电站相比，后者仅占6 %。
[0004] 2008年，为了进一步限制船舶排气污染，頂0第58届海洋环境保护委员会批准了 MARP0L附则VI修正案，明确的提出了降低船舶发动机SOx和NOx的排放水平。在此修正案 中，提出了燃油中不能超过〇. 1%含硫量以及NOx需满足Tier III标准。目前，同时脱氮除 硫的技术很少，常见的单独脱氮或者单独脱硫技术。
[0005] 脱氮技术包括了氨选择性催化还原脱硝、碳氢化合物选择性催化还原脱硝、选择 性催化氧化脱硝、尿素脱硝以及其它各种脱硝方法类似于选择性催化还原法，选择性非催 化还原法，从N0的转化方式来分类，主要可以分为还原法（N0还原为N2)和氧化法（N0氧化 为N02等）两大类。还原法包括SCR、SNCR、液相还原吸收法等，氧化法包括液相氧化法，还 包括其他氧化方法，如选择性催化氧化法、光催化氧化法、自由基氧化法等，其中以SCR技 术占主导地位。
[0006] 选择性催化还原法（selective catalytic reduction, SCR)脱硝技术是在催化剂 作用下，在250° C?600° C的温度范围内，用选择性还原剂(氨或尿素）将NOx还原成无 害的N2,催化剂用于促进还原剂与NOx之间的化学反应。SCR是目前脱硝效率最高、应用最 广泛的脱硝技术，可以实现90%以上的脱硝效果。但该技术也存在如下缺点：① NH3是一 种有毒腐蚀性气体，存储和输运麻烦，对管路设备要求高，造价昂贵；②在该过程中，NH3需 要计量控制加入量，容易泄漏或反应不完全而造成二次污染；③NH3与烟道气中的S02反 应，形成腐蚀性的NH4HS04,易使催化剂中毒；④工作温度范围窄。
[0007] 脱硫技术主要包括湿法和干法两种技术。湿法脱硫技术是使用液态的碱性脱硫剂 与烟气中的二氧化硫发生酸碱中和反应，以去除烟气中的二氧化硫。干法烟气脱硫技术是 指加入的脱硫剂为干态，脱硫产物仍为干态的脱硫工艺，干法脱硫造价高，设备比较复杂， 一直不是主流的脱硫技术。
[0008] 海水通常呈碱性，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SOx能力。海水脱 硫技术就是利用海水作为废气中SOx的吸收剂，无需其它任何添加剂，也不产生任何废弃 物。海水脱硫洗涤系统有两种不同的实现形式：第一种，海水洗涤废气-开式模式，充分洗 涤的废水直接排入海中；第二种，淡水洗涤废气-闭式模式，洗涤废水经处理后可直接排入 水中。作为一种新型的脱硫工艺，海水烟气脱硫以其技术成熟、工艺简单、投资省、运行维护 方便、脱硫效率和投运率高等特点，备受船舶制造商和营运商的青睐。海水脱硫技术主要包 括脱硫塔和曝气池两个装置，他们体积都很大，安装在船上占用很大空间，同时给设备的安 装和使用带来很大不便。
[0009] 因此，需要一种能同时脱氮除硫并且具有体积小，效率高的船舶尾气处理系统或 方法。
【发明内容】
[0010] 本发明旨在解决上述问题，提供一种体积小，效率高的船舶尾气电催化处理系统， 能有效的去除船舶尾气中的硫氧化物和氮氧化物，摒弃传统的SCR脱氮技术以及曝气氧化 脱硫技术，将脱氮除硫合为一体，缩小气液接触时间，不仅免去化学原料的采购、运输和储 存的繁琐，而且减少了占用船舶的空间。
[0011] 为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种船舶尾气电催化处理系统，包含依 次连接的水泵、电催化装置、增压泵、反应塔，以及与反应塔连接的除尘装置、烟囱、循环泵， 所述循环泵还连接电催化装置输入端和排放管；所述除尘装置、反应塔和烟?通过气体管 线连接；所述水泵、电催化装置、增压泵、反应塔、循环泵通过液体管线连接。
[0012] 进一步的，所述系统还包括过滤装置，过滤装置通过液体管线连接在水泵与电催 化装置之间。
[0013] 更进一步的，所述过滤装置采用过滤精度为的自动反冲洗过滤装置。
[0014] 进一步的，所述电催化装置内采用编织拉升形成的三维网状平行结构。
[0015] 进一步的，所述反应塔由单层或者多层液体分布器、气体雾化装置组成，反应塔上 方设置有锥形双层百叶除雾器。
[0016] 进一步的，所述系统还设置有流量和尾气排放浓度检测装置，流量和尾气浓度排 放装置连接循环泵。
[0017] 上述船舶尾气电催化处理系统的应用过程，包括以下步骤： 天然海水经水泵泵入过滤装置，在过滤装置内去除天然海水中的杂质，其精度为 lOMffl-lmm，过滤装置具有自动反冲洗功能，过滤装置的出水进入电催化装置，在电催化装置 内产生活性水，活性水通过增压泵进入反应塔，反应塔内的气体雾化装置细化活性水； 船舶尾气通过除尘装置从反应塔的底部进入反应塔，与进入反应塔的活性水进行逆向 接触，脱除船舶尾气中的氮氧化物和硫氧化物，船舶尾气在反应塔内上升经过塔内上部的 除雾器后由烟@排出； 活性水与船舶尾气接触后失去活性，流量和尾气排放浓度检测装置检测船舶尾气流 量、船舶尾气排放浓度的值，根据测定值确定电催化装置内所需水的流量和浓度，循环泵连 接在反应塔下部，依据流量和尾气排放浓度检测装置的指令，确定失活水排海和循环的比 例，全自动检测和控制循环至电催化装置继续活化或排入海中。
[0018] 进一步的，所述电催化装置产生的活性水的活性物质浓度为0. 5-50mg/L。
[0019] 进一步的，所述电催化设备的催化剂材料采用三层复合结构，分别为基层、中间结 合层和催化层，中间结合层和催化层含有Ti、Sn、Sb、Pb、Ir的氧化物。
[0020] 本发明的有益效果在于：采用电催化装置产生的活性水与反应塔的构造结合，使 脱氮除硫集合到一个设备中完成；利用活性水氧化不稳定的氮氧化物和硫氧化物，减少和 缩小了系统设备的体积，增加了处理效率；所有反应用化学物质均为在线产生，可避免人工 采购和船舶储存化工原料的困难；根据船舶尾气流量和排放浓度，实现船舶尾气处理系统 的自动化运行，效率更高。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的阐述。
[0022] 图1是本发明实施例1的工艺流程图； 图2是本发明实施例2的工艺流程图。
[0023] 图中：1、水泵，2、过滤装置，3、电催化装置，4、增压泵，5、除尘装置，6、反应塔，7、烟 囱，8、循环泵，9、流量和尾气排放浓度检测装置。 具体实施例
[0024] 实施例1 如图1所述的一种船舶尾气电催化处理系统，包含依次连接的水泵1、电催化装置3、增 压泵4、反应塔6,以及与反应塔6连接的除尘装置5、烟@ 7、循环泵8,所述循环泵8还连接 电催化装置3输入端和排放管；所述除尘装置5、反应塔6和烟@ 7通过气体管线连接；所 述水泵1、电催化装置3、增压泵4、反应塔6、循环泵8通过液体管线连接。此例中水泵入口 进入的是淡水。
[0025] 所述电催化装置3内采用编织拉升形成的三维网状平行结构。
[0026] 所述反应塔6由单层或者多层液体分布器、气体雾化装置组成，反应塔6上方设置 有锥形双层百叶除雾器。优选多层液体分布器、气体雾化装置。
[0027] 所述系统还设置有流量和尾气排放浓度检测装置9,流量和尾气浓度排放装置9 连接循环泵8。
[0028] 电催化装置3采用了催化电极在微电流密度下产生高浓度的羟基自由基。半导体 催化电极在电场中产生"空穴"效应，半导体催化电极处于一定强度的电场时，其价带电子 会越过禁带进入导带，同时在价带上形成电激空穴，空穴有很强的俘获电子的能力。在水中 具有大量的离子状态的0H-，在水中发生的电催化氧化反应中，0H-失去电子生成强氧化性 的· 0H，化学方程式如下。
[0029] 阳极表面：H20 + h+ - · OH-Cat + H+ OH- + h+ - · OH-Cat 阴极表面：02 + e -· 02-H20 + 02- - · 00H + OH- 超级氧自由基与水反应产生双氧水和氢氧根离子 ? OOH + H20 + e- - H202 + 0H-双氧水继续反应H202 + e- - · OH + 0H-综合反应为：02+2H20====4 · OH-Cat 采用电催化技术代替传统的曝气技术，利用电催化技术产生的极强氧化能力的羟基自 由基，与船舶尾气中的氮氧化物和硫氧化物接触时，瞬间把一氧化氮氧化为二氧化氮，二氧 化氮溶于水后生成稳定的硝酸钠；同时羟基自由基可将水中的亚硫酸钠氧化为稳定的硫酸 钠，从而去除船舶尾气中的氮氧化物和硫氧化物。
[0030] 实施例2 如图2所示，与实施例一不同之处在于，所述系统还包括过滤装置2,过滤装置2通过液 体管线连接在水泵1与电催化装置3之间。此实施例直接利用海水。
[0031] 所述过滤装置2采用过滤精度为的自动反冲洗过滤装置。
[0032] 其余连接结构与实施例1相同。
[0033] 实施例3 上述船舶尾气电催化处理系统的应用过程，包括以下步骤： 天然海水经水泵1泵入过滤装置2,在过滤装置2内去除天然海水中的杂质，其精度为 lOMffl-lmm，过滤装置2具有自动反冲洗功能，过滤装置2的出水进入电催化装置3,在电催化 装置3内产生活性水，活性水通过增压泵4进入反应塔6,反应塔6内的气体雾化装置细化 活性水； 船舶尾气通过除尘装置5从反应塔的底部进入反应塔6,与进入反应塔6的活性水进行 逆向接触，脱除船舶尾气中的氮氧化物和硫氧化物，船舶尾气在反应塔6内上升经过塔内 上部的除雾器后由烟囱7排出； 活性水与船舶尾气接触后失去活性，流量和尾气排放浓度检测装置9检测船舶尾气流 量、船舶尾气排放浓度的值，根据测定值确定电催化装置3内所需水的流量和浓度，循环泵 8连接在反应塔6下部，依据流量和尾气排放浓度检测装置9的指令，确定失活水排海和循 环的比例，全自动检测和控制循环至电催化装置3继续活化或排入海中。
[0034] 所述电催化装置3产生的活性水的活性物质浓度为0. 5_50mg/L。
[0035] 所述电催化装置3的催化剂材料采用三层复合结构，分别为基层、中间结合层和 催化层，中间结合层和催化层含有Ti、Sn、Sb、Pb、Ir的氧化物。
[0036] 本例中尾气中氮氧化物浓度为758ppm，二氧化硫浓度为2409ppm，二氧化碳浓度 为5%，过滤装置精度为50ppm，电催化装置的活性水浓度为20mg/L，除硫效率达到95%，脱氮 效率达到了 85. 8%，二氧化碳脱除率达到91. 3%。
[0037] 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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发 明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
【权利要求】
1. 一种船舶尾气电催化处理系统，其特征在于：包含依次连接的水泵（1)、电催化装置 (3)、增压泵（4)、反应塔（6)，以及与反应塔（6)连接的除尘装置（5)、烟囱（7)、循环泵（8)， 所述循环泵（8 )还连接电催化装置（3 )输入端和排放管；所述除尘装置（5 )、反应塔（6 )和 烟囱（7)通过气体管线连接；所述水泵（1)、电催化装置（3)、增压泵（4)、反应塔（6)、循环 泵（8)通过液体管线连接。
2. 如权利要求1所述的船舶尾气电催化处理系统，其特征在于：所述电催化装置（3) 内采用编织拉升形成的三维网状平行结构。
3. 如权利要求1所述的船舶尾气电催化处理系统，其特征在于：所述反应塔（6)由单层 或者多层液体分布器、气体雾化装置组成，反应塔（6)上方设置有锥形双层百叶除雾器。
4. 如权利要求1所述的船舶尾气电催化处理系统，其特征在于：还设置有流量和尾气 排放浓度检测装置（9 )，流量和尾气浓度排放装置（9 )连接循环泵（8 )。
5. 如权利要求1所述的船舶尾气电催化处理系统，其特征在于：还包括过滤装置（2)， 过滤装置（2 )通过液体管线连接在水泵（1)与电催化装置（3 )之间。
6. 如权利要求5所述的船舶尾气电催化处理系统，其特征在于：所述过滤装置（2)采用 过滤精度为的自动反冲洗过滤装置。
7. 如权利要求5所述的船舶尾气电催化处理系统，其应用过程，特征在于包括以下步 骤：天然海水经水泵（1)泵入过滤装置（2 )，在过滤装置（2 )内去除天然海水中的杂质，其精 度为过滤装置（2)具有自动反冲洗功能，过滤装置（2)的出水进入电催化装置 (3 )，在电催化装置（3 )内产生活性水，活性水通过增压泵（4 )进入反应塔（6 )，反应塔（6 )内 的气体雾化装置细化活性水； 船舶尾气通过除尘装置（5)从反应塔的底部进入反应塔（6)，与进入反应塔（6)的活性 水进行逆向接触，脱除船舶尾气中的氮氧化物和硫氧化物，船舶尾气在反应塔（6)内上升经 过塔内上部的除雾器后由烟囱（7)排出； 活性水与船舶尾气接触后失去活性，流量和尾气排放浓度检测装置（9)检测船舶尾气 流量、船舶尾气排放浓度的值，根据测定值确定电催化装置（3)内所需水的流量和浓度，循 环泵（8)连接在反应塔（6)下部，依据流量和尾气排放浓度检测装置（9)的指令，确定失活 水排海和循环的比例，全自动检测和控制循环至电催化装置（3 )继续活化或排入海中。
8. 如权利要求7所述的船舶尾气电催化处理系统的应用过程，特征在于：所述电催化 装置（3)产生的活性水的活性物质浓度为0. 5-50mg/L。
9. 如权利要求7所述的船舶尾气电催化处理系统的应用过程，特征在于：所述电催化 装置（3)的催化剂材料采用三层复合结构，分别为基层、中间结合层和催化层，中间结合层 和催化层含有Ti、Sn、Sb、Pb、Ir的氧化物。
【文档编号】B01D53/60GK104043327SQ201410278747
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月21日 优先权日:2014年6月21日
【发明者】杜清华, 刘晓翠, 刘炳言, 曹学磊, 曹学良 申请人:曹学良