一种基于电解海水的船舶废气综合处理方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于电解海水的船舶废气综合处理方法，具有如下步骤：S1、制备含较高有效氯浓度的海水溶液，并与酸性海水溶液混合；S2、高压蒸汽与步骤S1得到的溶液混合，并与船舶废气混合；S3、步骤S2得到的烟气经湿法喷淋处理、除雾后排入大气。本发明还公开了一种基于电解海水的船舶废气综合处理装置。本发明利用船舶富余电力与蒸汽资源，减少运输和随船存储化学药品所带来的船舶安全隐患与额外投资成本，缩短废气处理反应时间，降低液相吸收所需额外水泵等耗能，从而进一步缩减船舶废气处理装置运行成本，提高系统经济性，实现一套系统同时脱除船舶废气中SOx、NOx与颗粒杂质等有害成分，工艺集成度更高，装置占地面积更小。
【专利说明】
一种基于电解海水的船舶废气综合处理方法及装置
技术领域
[0001]本发明属于船舶造成大气污染防治技术领域，具体涉及一种基于电解海水的船舶废气综合处理方法及装置。
【背景技术】
[0002]据统计，远洋船舶运输货物量占全球总货运量超过85%以上。从事国际贸易的远洋商船吨位超过300总吨以上的约有5万余艘，其中绝大多数是采用柴油机作为动力装置和发电装置。由于船舶燃用的燃料油大多是石油炼制过程中的劣质残渣油，含硫量高、粘度较大、残炭值较高，因此船舶废气排放对大气环境和人体健康造成了越来越严重的影响。
[0003]为减少船舶造成大气环境污染，近些年来，国内外许多科研院所开展大量船舶废气处理研究。目前，已经形成商业化或正在研究过程中的船舶废气单一处理技术专利也越来越多。如:专利号201110120210.0《具有废气净化系统的大型二冲程柴油发动机》、专利号201280045211.6《排气系统和选择性催化还原方法》等，通过优化十字头式大型涡轮增压二冲程柴油发动机排气管系，安装SCR来实现高效脱除废气中的氮氧化物，但却存在脱硝投资和运营成本较高、氨过量泄漏到大气造成污染、反应温度窗较窄和催化剂的抗硫中毒等问题;专利号201410146023.3《一种用于处理船舶排放废气的系统》与专利号201310259906.0《一种船舶柴油机废气洗涤脱硫的设备》，均采用钠碱洗涤系统将氢氧化钠和双氧水作为洗涤剂，去除船舶废气中的硫氧化物，但却需要随船存储大量的化学物质、占用船舶有效空间，降低船舶安全性。然而，在废气综合处理方面，有关陆地电站和燃煤电厂的烟气综合处理研究报道居多，但相关处理技术和装置很难适应海上环境特征，且在经济性、空间利用率等方面均难以满足实船要求。针对船舶废气综合处理技术的报道甚少，如专利号201310116629.8《钠碱法化学吸收-非热放电同时脱硫脱硝系统》，通过将非热等离子放电预氧化与钠碱吸收技术相结合，实现船舶废气同时脱硫脱硝目的，但该方法却存在等离子体能耗较高、随船存储碱液占用空间和影响安全性等问题;专利号201010540886.0《船舶废气的脱硫脱硝方法及处理装置》，先用臭氧、过氧化氢等喷淋氧化，再用氯化钠中和吸收实现综合脱硫脱硝，但该方法需要消耗过量的臭氧和过氧化氢溶液，且生成的硝酸和硫酸对设备的防腐蚀要求很高，设备投资和维护成本升高;专利号201410374452.6《一种用于二冲程柴油机的废气污染物联合脱除装置》，采用湿法洗涤方式去除SOx，再将部分低温干净废气再循环，降低发动机NOx生成量，但该方案脱硝效率有限，且会导致发动机燃烧不充分，HC和CO排放量增加等问题。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出一种基于电解海水的船舶废气综合处理方法及装置，该方法联合电解海水预氧化技术与湿法喷淋技术，采用蒸汽驱动气相氧化方式强化NO吸收效率，实现船舶废气脱硫、脱硝与脱颗粒物(PM)的目的。基于该方法设计一种能够借助船舶富余电力与蒸汽资源，满足船舶在海上航行期间的废气处理需求，处理效率高，装置集成度高，且不影响船舶航行安全的船舶废气综合处理装置。
[0005]本发明采用的技术手段如下:
[0006]—种基于电解海水的船舶废气综合处理方法，具有如下步骤:
[0007]S1、制备含较高有效氯浓度的海水溶液，并与酸性海水溶液混合；
[0008]S2、高压蒸汽与步骤SI得到的溶液混合，并与船舶废气混合；
[0009]S3、步骤S2得到的烟气经湿法喷淋处理、除雾后排入大气。
[0010]所述步骤SI得到的溶液为所述含较高有效氯浓度的海水溶液与所述酸性海水溶液混合后得到的溶液。
[0011]高压蒸汽与步骤SI得到的溶液混合，利用高压蒸汽的高压、高温特性实现气液混合与加热，从而更进一步降低含较高有效氯浓度的海水溶液中氯气溶解度，促进湿氯气释放，提高气相中氯气浓度，随后气液混合溶液喷入到船舶废气内，将船舶废气中NO与SO2迅速氧化为NO2和S032—、S042—。主要化学反应如下:
[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]所述湿法喷淋处理指的是天然海水将步骤S2得到的烟气中N02、S02、S032—等易溶于水的酸性成分、颗粒杂质吸收，并同时吸收未完全消耗的氯气等氧化剂。脱除船舶废气中的S0x、N0x与PM有害成分，从而实现船舶废气同时脱硫、脱硝、脱颗粒物的目的。主要化学反应如下:
[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]所述含较高有效氯浓度的海水溶液通过无隔膜海水电解法制备。
[0024]所述酸性海水溶液为所述湿法喷淋处理后得到的废液再经过分离净化后得到的溶液，其用于调节所述含较高有效氯浓度的海水溶液的pH值，所述pH值的范围为2-6，使所述含较高有效氯浓度的海水溶液中有效氯平衡向氯气方向移动。
[0025]所述高压蒸汽为船舶锅炉富余的高压蒸汽。
[0026]本发明还公开了一种基于电解海水的船舶废气综合处理装置，包括主海水管，电解海水单元，调节器，蒸汽喷射混合器，分离净化装置，洗涤塔，海水供给栗，预氧化器，稀释混合器和污泥柜，所述洗涤塔内设有喷淋装置和除雾装置，
[0027]天然海水经过所述主海水管进入所述电解海水单元，得到的含较高有效氯浓度的海水溶液与所述分离净化装置产生的酸性海水在所述调节器内混合，之后，进入所述蒸汽喷射混合器内与船舶锅炉富余的高压蒸汽混合，并进入所述预氧化器与船舶废气混合反应，得到的烟气进入所述洗涤塔与依次经过所述主海水管、所述海水供给栗和所述喷淋装置的天然海水混合，得到的烟气经过所述除雾装置排入大气，得到的废液进入所述分离净化装置，经所述分离净化装置得到的酸性海水一部分进入所述调节器、一部分进入所述稀释混合器与经过所述主海水管进入的天然海水混合稀释后经过所述主海水管排海，经所述分离净化装置得到的颗粒杂质进入到所述污泥柜。
[0028]所述分离净化装置脱除所述湿法喷淋处理后得到的废液中的颗粒杂质，得到所述酸性海水。
[0029]所述电解海水单元包括电解槽和位于所述电解槽内的阳极和阴极，所述阳极与所述阴极之间设有电解电源，所述电解电源是采用直流交替换向或脉冲模式电解的电源，所述阳极与所述阴极之间保持一定的间距和面积比。天然海水进入所述电解槽，经所述电解电源电解后，电化学反应产生大量有效氯成分，制备得到所述含较高有效氯浓度的海水溶液。
[0030]所述电解槽内所述阴极与所述阳极发生的主要化学反应如下:
[0031]阳极:
[0032]2Cr-2e—Cl2(l)，
[0033]Cl2(l)+H20—HCl+HC10，
[0034]HC10—C10—+H+，
[0035]2HC10+C10——C103—+H++C1—，
[0036]阴极:
[0037]2Η20+2θ—20Η—+H2(g)，
[0038]本发明具有以下优点:
[0039]1、相比传统利用化学药品处理脱硝法，本发明利用船舶自身富余电力资源制备含较高有效氯浓度的海水溶液，用于氧化脱硝，氧化剂在线制备与使用，减少了运输和随船存储化学药品所带来的船舶安全隐患与额外投资成本。
[0040]2、相比传统湿法氧化气液吸收过程，本发明将含较高有效氯浓度的海水溶液，通过调整pH值与蒸汽喷射加热，进一步获取含较高湿氯气浓度的氧化剂，实现高效快速气相氧化，缩短了废气处理反应时间，减少了液相吸收所需额外水栗等耗能。
[0041]3、相比传统的船舶废气脱硝技术，本发明充分利用船舶自身富余电力与蒸汽资源，实现高效氧化吸收no、so2等有害成分，有效降低了船舶废气处理装置运行成本，提高了系统经济性。
[0042]4、相比传统单一脱硫或脱硝技术，本发明采用电解海水预氧化技术与湿法喷淋技术协同作用的船舶废气综合处理技术，实现一套系统同时脱除船舶废气中的S0x、N0x与颗粒杂质，工艺集成度更高，装置占地面积更小。
[0043]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】
[0044]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。
[0045]图1是本发明的【具体实施方式】中一种基于电解海水的船舶废气综合处理方法的系统流程图。
[0046]图2是本发明的【具体实施方式】中一种基于电解海水的船舶废气综合处理装置的结构示意图。
[0047]图3是本发明的【具体实施方式】中电解海水单元的结构示意图。
[0048]图4是本发明的【具体实施方式】中蒸汽喷射混合器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0049]实施例1
[0050]如图1所示，一种基于电解海水的船舶废气综合处理方法，具有如下步骤:
[0051]S1、无隔膜海水电解法制备含较高有效氯浓度的海水溶液，主要化学反应如下:
[0052]阳极:
[0053]2Cr-2e—Cl2(l)，
[0054]Cl2(l)+H20—HCl+HC10，
[0055]HC10—C10—+H+，
[0056]2HC10+C10——C103—+H++C1—，
[0057]阴极:
[0058]2Η20+2θ—20Η—+H2(g)，
[0059]之后，与酸性海水溶液混合，所述酸性海水溶液为湿法喷淋处理后得到的废液再经过分离净化后得到的溶液。所述酸性海水溶用于调节所述含较高有效氯浓度的海水溶液的pH值，所述pH值的范围为2-6，使所述含较高有效氯浓度的海水溶液中有效氯平衡向氯气方向移动；
[0060]S2、船舶锅炉富余的高压蒸汽经蒸汽喷射混合器与步骤SI得到的溶液混合，并与船舶废气混合，利用高压蒸汽的高压、高温特性驱动气液混合与加热，从而更进一步降低含有效氯成分的海水溶液中氯气溶解度，促进湿氯气释放，提高气相中氯气浓度，随后喷入到船舶废气内，将船舶废气中的NO与SO2迅速氧化为NO2和S032—、S042—等，主要化学反应如下:[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、步骤S2得到的烟气经湿法喷淋处理、除雾后排入大气，
[0067]湿法喷淋处理后得到的废液再经过分离净化后得到的溶液，一部分用于调节所述含较高有效氯浓度的海水溶液的PH值(即所述酸性海水溶液)、一部分与天然海水混合稀释后排海，
[0068]湿法喷淋处理后得到的废液再经过分离净化后得到的颗粒杂质进入到所述污泥柜，主要化学反应如下:
[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]实施例2
[0075]如图2-4所示，一种基于电解海水的船舶废气综合处理装置，包括主海水管I，电解海水单元2，调节器3，蒸汽喷射混合器4，分离净化装置5，洗涤塔6，海水供给栗7，预氧化器8，稀释混合器9和污泥柜10，所述洗涤塔6内设有喷淋装置11和除雾装置12，
[0076]天然海水经过所述主海水管I进入所述电解海水单元2，得到的含较高有效氯浓度的海水溶液与所述分离净化装置5产生的酸性海水在所述调节器3内混合，之后，进入所述蒸汽喷射混合器4内与船舶锅炉13排出的船舶锅炉富余的高压蒸汽混合，并进入所述预氧化器8与船舶废气混合反应，得到的烟气进入所述洗涤塔6与依次经过所述主海水管1、所述海水供给栗7和所述喷淋装置11的天然海水混合，得到的烟气经过所述除雾装置12排入大气，得到的废液进入所述分离净化装置5，经所述分离净化装置5得到的酸性海水一部分进入所述调节器3、一部分进入所述稀释混合器9与经过所述主海水管I进入的天然海水混合稀释后经过所述主海水管I排海，经所述分离净化装置5得到的颗粒杂质进入到所述污泥柜10。
[0077]所述电解海水单元2包括电解槽2-1和位于所述电解槽2-1内的阳极2-2和阴极2-3，所述阳极2-2与所述阴极2-3之间设有电解电源2-4。
[0078]所述蒸汽喷射混合器4包括工作流体入口端4-1，引射流体入口端4-2，混合器本体4-3与混合器出口 4-4。所述工作流体入口端4-1与所述船舶锅炉13(燃油锅炉或者废气锅炉)相连，所述引射流体入口端4-2与所述调节器3相连，所述混合器出口 4-4与所述预氧化器8相连。所述船舶锅炉13富余的高压蒸汽与所述调节器3中的液体在所述蒸汽喷射混合器本体4-3内充分混合与加热，从而更进一步降低液氯溶液中氯气溶解度，提高气相中氯气浓度。
[0079]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】
1.一种基于电解海水的船舶废气综合处理方法，其特征在于具有如下步骤: 51、制备含较高有效氯浓度的海水溶液，并与酸性海水溶液混合； 52、高压蒸汽与步骤SI得到的溶液混合，并与船舶废气混合； 53、步骤S2得到的烟气经湿法喷淋处理、除雾后排入大气。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述含较高有效氯浓度的海水溶液通过无隔膜海水电解法制备。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述酸性海水溶液为所述湿法喷淋处理后得到的废液再经过分离净化后得到的溶液。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述高压蒸汽为船舶锅炉富余的高压蒸汽。5.一种基于电解海水的船舶废气综合处理装置，其特征在于:包括主海水管，电解海水单元，调节器，蒸汽喷射混合器，分离净化装置，洗涤塔，海水供给栗，预氧化器，稀释混合器和污泥柜，所述洗涤塔内设有喷淋装置和除雾装置， 天然海水经过所述主海水管进入所述电解海水单元，得到的含较高有效氯浓度的海水溶液与所述分离净化装置产生的酸性海水在所述调节器内混合，之后，进入所述蒸汽喷射混合器内与船舶锅炉富余的高压蒸汽混合，并进入所述预氧化器与船舶废气混合反应，得到的烟气进入所述洗涤塔与依次经过所述主海水管、所述海水供给栗和所述喷淋装置的天然海水混合，得到的烟气经过所述除雾装置排入大气，得到的废液进入所述分离净化装置，经所述分离净化装置得到的酸性海水一部分进入所述调节器、一部分进入所述稀释混合器与经过所述主海水管进入的天然海水混合稀释后经过所述主海水管排海，经所述分离净化装置得到的颗粒杂质进入到所述污泥柜。6.根据权利要求5所述一种基于电解海水的船舶废气综合处理装置，其特征在于:所述电解海水单元包括电解槽和位于所述电解槽内的阳极和阴极，所述阳极与所述阴极之间设有电解电源，所述电解电源是采用直流交替换向或脉冲模式电解的电源。
【文档编号】C02F103/08GK105879678SQ201610346180
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】潘新祥, 杨少龙, 韩志涛, 宋立国, 于景奇, 潘博, 杜还, 董景明
【申请人】大连海事大学