用于交通工具或机械工程的发动机废气排放的处理装置的制作方法

本发明涉及船舶内燃机燃气排放的控制。本发明尤其涉及用于海上发动机废气排放的处理设备和使用该海上发动机废气排放的处理设备处理废气的方法。

背景技术：

随着全球经济发展的快速增长，特别是世界贸易的全球化物流事业的迅猛发展，促使海运航行业的突飞猛进，远洋航线遍布全球各个大小港口，船越造越多，船舶的吨位也越造越大，船舶海运承载了全球货运总量的80-90％。

当船舶为世界经济发展作出重大贡献的同时，随之而来的是船舶的内燃机排放污染量的增加。

船舶内燃机采用以柴油机动力为主(也有燃气轮机等)，但都是以石化燃料为主燃料，尤其随着石油资源的紧缺，燃料价格飞涨，船用柴油机都已改用价格较低的重柴油甚至渣油来平衡费效比。但是重油和渣油含硫量是普通柴油的几倍，同时由于燃烧速度慢和杂质多，因此形成的积炭和排放的颗粒成倍增加，另外船用柴油发动机的动力(马力)都是在几千匹至几万匹之间的大功率，这种大功率发动机产生的氮氧化合物(NOX)、碳氢(HC)和一氧化碳(COX)都是车用发动机的几十倍，这样就造成了空气的重污染，同时也污染了大海和河流。

而要控制船用柴油机的排放，可行的做法有是(A)设计新型低排放柴油机和(B)选用低污染燃料。但是这对于已经在应用的大量船用柴油机来说已经于事无补。

目前在船舶内燃机废气的脱硫处理中，采用海水烟气脱硫和喷雾干燥法。

在海水烟气脱硫方法中，海水烟气脱硫是利用海水的天然碱性吸收烟气中SO₂的一种脱硫工艺。由于雨水将陆地上岩层的碱性物质(碳酸盐)带到海中，天然海水通常呈碱性，PH值一般大于7，其主要成分是氯化物、硫酸盐和一部分可溶性碳酸盐，以重碳酸盐(HCO₃^-)计，自然碱度约为1.2～2.5mmol/L，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO₂的能力。海水脱硫的一个基本理论依据就是自然界的硫大部分存在于海洋中，硫酸盐是海水的主要成份之一，脱硫处理后的二氧化硫绝大部分最终以硫酸盐的形式排入大海。

烟气中SO₂与海水接触发生以下主要反应：

SO₂(气态)+H₂O→H₂SO₃→H⁺+HSO₃^-

HSO₃^-→H⁺+SO₃^2-

SO₃^2-+1/2O₂→SO₄^2-

例如，如图1所示，除污构件包括：除污容器4，在除污容器4内的从下到上顺序设置的气体整流器5、喷雾装置6、气水分离器7，设置在除污容器4上的排气管8，将海水输送到喷雾装置6的输送泵9，与除污容器4内部连通的颗粒集滤器10。

从发动机或柴油机1的排气口排出的废气通过废气涡轮增压器2增压而进入引出的排气管3，排气管3延伸进入除污容器4的底部，使从柴油机1排出的废气在排气管3形成高速喷出的废气流进入除污容器4，进入除污容器4底部的废气流得到扩容减速并上升至气体整流器5，使废气均匀地分布至除污容器内，并通过气体整流器5继续上升。输送泵9将海水输送到在气体整流器5上方的喷雾装置6，海水经过喷雾装置6喷射形成高密度雾化海水，与经过气体整流器5上升的废气流发生多相位接触和碰撞，废气流中的颗粒(PM)和二氧化硫(SOX)及其他有害气体被雾状海水捕捉、中和，喷雾装置6可以多层的方式布置，例如，喷雾装置6包括第一层喷雾器6a和第二层喷雾器6b，甚至视情况还可设置第三层、第四层喷雾器，每个喷雾器包括多个喷射头。通过第一层喷雾器6a喷射出的雾状海水吸收和捕捉废气流中的颗粒和有害气体后，废气流继续上升至第二层喷雾器6b，其中的少量漏网的颗粒和有害气体被第二层喷雾器6b喷射出的雾状海水继续捕捉和吸收，这样可以使有害气体的吸收率达到95％。以上两层喷雾器6a和6b的颗粒的捕捉率使废气经过如上处理后其细微颗粒达到PM2.5或以下，这时的废气达到了排放标准，变成了可排放气体。排放气体中含有一定水量，气体继续上升，直至进入设置在喷雾装置6上方的气水分离器7，以将其中的水量，即水滴，除掉，而除掉水滴的气体通过排气管8排入大气中。喷射出的雾状海水经过与废气接触和碰撞后，由于重力作用通过沉降下落到除污容器4的底部，而后从排出口流入到颗粒集滤器10，被收集后进行废物处理，对海水进行充氧处理，使溶入海水的SO₂经充氧后转化为硫酸盐，而硫酸盐是海水的组成部分，海水经过如此处理后排出。

输送泵9连接于电脑自动控制装置D，上述的整个运作过程都通过电脑自动控制装置D中的顺序自动控制装置SCS由电脑自动控制装置D中的电脑综合自动控制装置DCS自动控制。

如图2所示，图2中示意性地示出了气体整流器5的大致的结构，在气体整流器5中设置了筛网，通过该筛网的废气流均匀地分布至除污容器的内部。

如图3所示，图3中示意性地示出喷雾装置6的结构，在该喷雾装置6中排列了多个喷射头，使输送泵9输入的海水从多个喷射头中喷射出，形成雾状海水。

如图4所示，图4中示意性地示出气水分离器7的结构，经过废气处理的排放气体经过气水分离器7使其中的水分被去除。

该技术采用海水作为吸收剂，因此运行成本极低，容易推广使用不受资源限制，没有二次污染。但对于大型船舶来讲，其脱硫的效率还有改进的空间。

在喷雾干燥法中，以石灰水为脱硫剂的喷雾干燥法脱硫工艺过程：石灰水浆)经雾化器雾化成雾滴20～60um，在吸收器内与含硫热烟气混合接触，SO2和Ca(OH)2发生强烈的化学反应，生成CaSO3和CaSO4，烟气中的热量将雾滴水分逐渐蒸发，最终得到CaSO3和CaSO4干粉，其中大部分经脱硫塔下部排除，随气流排除的小部分细粉经除尘器收集。

但是，该方法用于船舶内燃机具有局限性，用于旧船的改造不经济。

技术实现要素：

为了克服现有技术的中的上述缺陷，本发明提供一种用于海上发动机废气排放的处理设备，所述设备包括：

脱硫装置，所述脱硫装置包括：

容器；

上容腔，中容腔和下容腔，其中，所述下容腔用于容纳流体，所述中容腔进行脱硫处理，所述上容腔进行气液分离处理；

第一入口和第二入口，分别与所述中容腔流体连通，所述第一入口输入要处理的废气，所述第二入口能够与海水流体连通；

第一出口和第二出口，所述第一出口与所述上容腔流体连通以排放被脱硫的废气，所述第二出口与所述下容腔流体连通；

存放氧化镁的氧化镁储仓；

氢氧化镁制备罐，所述氢氧化镁制备罐能够与所述脱硫装置的所述第二入口、所述氧化镁储仓和所述海水流体连通；

氧化柜，所述氧化柜与所述脱硫装置的所述第二出口流体连通以接纳在所述脱硫装置的所述下容腔中的脱硫流体，还与空气连通以接纳所述空气，所述氧化柜包括流体出口以排放其中的充气流体；

排液处理器，所述排液处理器与所述氧化柜的所述流体出口流体连通以接纳所述氧化柜中的所述充气流体，所述排液处理器包括：

固液分离器以收集所述充气流体中的液体并分离所述充气流体中的固体；和

废固体收集器以收集所述充气流体中的固体；

其中，所述固液分离器包括排放所述液体的液体出口。

在一较佳实施方案中，所述脱硫装置还包括：第三入口，所述第三入口能够与所述脱硫装置的所述下容腔流体连通，以在所述氢氧化镁制备罐与所述下容腔之间形成流体连通；第三出口，所述第三出口能够与所述脱硫装置的所述下容腔流体连通，以在所述第二入口与所述下容腔之间形成流体连通。

在一较佳实施方案中，所述脱硫装置还包括：第四入口，所述第四入口能够与所述脱硫装置的所述下容腔流体连通，以在所述排液处理器的所述固液分离器与所述下容腔之间形成液体连通。

在一较佳实施方案中，所述脱硫装置还包括：第五入口，所述第五入口能够与所述脱硫装置的所述上容腔流体连通，以在所述第二入口与所述上容腔之间形成流体连通。

在一较佳实施方案中，所述处理设备还包括PAH处理器，所述PAH处理器与所述排液处理器的所述固液分离器的液体出口流体连通，以接纳所述固液分离器中的所述液体并吸附所述液体中的PAH，所述PAH处理器包括排放其中的被处理液体的液体排放口。

根据上述的一种用于海上发动机废气排放的处理设备，本发明还提供使用上述的用于海上发动机废气排放的处理设备处理废气的第一方法，所述方法包括如下步骤：

制备脱硫液：提供氧化镁，用海水制成氢氧化镁液体；

提供所述脱硫液：将所述氢氧化镁液体提供到所述脱硫装置的中容腔；

脱硫废气：在所述脱硫装置的所述中容腔对输入的废气进行脱硫处理。

在一较佳实施方案中，提供所述脱硫液的步骤还包括：将所述氢氧化镁液体输入到所述脱硫装置的下容腔，与所述下容腔中的流体混合；将混合后的流体提供到所述脱硫装置的中容腔。

根据使用上述的用于海上发动机废气排放的处理设备处理废气的第一方法，如果上述第一方法中的所述氧化镁用完，所述方法包括还包括第二方法，所述第二方法包括如下步骤：

制备脱硫液：提供海水，用海水作为脱硫液；

提供所述脱硫液：将所述海水提供到所述脱硫装置的中容腔；

脱硫废气：在所述脱硫装置的所述中容腔对输入的废气进行脱硫处理。

根据上述的一种用于海上发动机废气排放的处理设备，本发明还提供使用上述的用于海上发动机废气排放的处理设备处理废气的第三方法，所述第三方法包括如下步骤：

制备脱硫液：提供海水，用海水作为脱硫液；

提供所述脱硫液：将所述海水提供到所述脱硫装置的中容腔；

脱硫废气：在所述脱硫装置的所述中容腔对输入的废气进行脱硫处理。

在上述的第二方法和第三方法中，提供所述脱硫液的步骤还包括：将所述海水输入到所述脱硫装置的下容腔，与所述下容腔中的流体混合；将混合后的流体提供到所述脱硫装置的中容腔。

在上述的第二方法和第三方法中，提供所述脱硫液的步骤还包括：将所述脱硫液提供到所述脱硫装置的上容腔。

本发明的改进方面在于，把海水脱硫法和海水·镁基脱硫法两种技术合二为一。用一套船用柴油机脱硫装置实施两种脱硫法，发挥两种不同技术的优势，通过优势互补解决船用柴油机废气排放净化问题，这是船舶特定环境下脱硫技术的新发展，以适应船舶空间狭小、淡水资源匮乏的情况。充分利用海水资源是船舶亲水平台最佳选择，船舶远洋航行针对不同的国家海域环保要求选择不同的脱硫法，可用海水脱硫法，也可选择海水·镁基脱硫法。这样，既可以大大降低远航运输成本，提高船舶航行经济性，同时又能够执行国际海事组织对船舶柴油机排放的环保要求。

附图说明

图1是现有技术的船舶内燃机废气处理装置的示意图；

图2是图1中的气体整流器的构造的仰视示意图；

图3是图1中的喷雾装置的构造的仰视示意图；

图4是图1中的气水分离器的构造的仰视示意图；

图5是根据本发明的用于船舶发动机废气排放的处理设备，其基于海水和镁的双基法进行工作。

具体实施方式

原理说明

氧化镁脱硫法的技术已成熟，仅次于钙法的脱硫工艺，多用于火力发电厂。氧化镁作为脱硫剂是因为氧化镁具有碱性氧化物的通性，其无臭、无味、无毒，是典型的碱土金属氧化物，当与水结合在一定条件下生成氢氧化镁，呈微碱性反应，饱和水溶液的PH为10.3－11。氧化镁脱硫化学反应如下：

MgO+H₂O＝Ma(OH)₂

Mg(OH)₂+SO₂＝MgSO₃十H₂O

MgSO₃十H₂O+SO₂＝Mg(HSO₃)₂

MgSO₃+1/2O₂＝MgSO₄

氧化镁还具有高度耐火绝缘性能，氧化镁的这些特性加上和海水中和后反应成氢氧化镁，制成脱硫剂解决了船舶缺乏淡水的问题。采用海水和氧化镁来脱硫同时发挥了海水具有自然的1.2-2.5mg当量的碱性物质和PH为7.8-8.3的酸性缓冲能力，两者共同吸收柴油机排放烟气中的S02，海水可作为氧化镁脱硫剂中的倍增剂，同时氧化镁难溶于水却容易溶于海水，因此海水、镁的双基组合法应用于船舶柴油机亲海水平台的脱硫显得相得益彰，使整个系统结构更简单，运行成本比钙基脱硫更经济。

本发明的一个实施例是对船舶柴油机排出的废气进行技术处理，称之为后处理技术。

本发明的技术不仅能够应用在船舶内燃机燃气排放的控制，还可应用于类似的具有废气污染情况的海水其它交通工具及机械工程中，例如，海上石油、矿产开采钻井平台，海上、海岸柴油机发电机组及柴油机动力源。因此，本发明的保护范围不限于说明书的实施例。

如图5所示，示出了根据本发明的用于海上发动机废气排放的处理设备，该设备包括脱硫装置60、氧化镁储仓50、氢氧化镁制备罐40、氧化柜30、排液处理器20和PAH处理器70。

脱硫装置60包括容器67、上容腔68a、中容腔68b和下容腔68c，其中，下容腔68c用于容纳流体，中容腔68b进行脱硫处理，上容腔68a进行气液分离处理。脱硫装置60还包括第一入口61、第二入口62、第三入口63，第四入口64和第五入口65以及第一出口61a、第二出口62a和第三出口63a。

第一入口61和第二入口62分别与中容腔68b流体连通，第一入口61输入要处理的废气，第二入口62能够与海水流体连通从而能够输入海水。第一出口61a与上容腔68a流体连通以排放被脱硫的废气，第二出口62a与下容腔68c流体连通。

第三入口63能够与脱硫装置60的下容腔68c流体连通，以在氢氧化镁制备罐40与下容腔68c之间形成流体连通管道，以将氢氧化镁制备罐40中的氢氧化镁脱硫液通过第三入口63输送到下容腔68c。第三出口63a能够与脱硫装置60的下容腔68c流体连通，以在第二入口62与下容腔68c之间形成流体连通管道，以将下容腔68c中的流体通过第三出口63a输送到中容腔68b。

第四入口64能够与脱硫装置60的下容腔68c流体连通，以在排液处理器20的固液分离器21与下容腔68c之间形成液体连通管道，从而将固液分离器21的至少部分液体回送到下容腔68c中。第五入口65能够与脱硫装置60的上容腔68a流体连通，以在第二入口62与上容腔68a之间形成流体连通管道，从而将输入脱硫装置60的中容腔68b中以对废气进行脱硫的海水的一部分输送到脱硫装置60的上容腔68a，以用于气液分离的操作中，以清洗进行气液分离操作的装置。

如图5所示，氢氧化镁制备罐40能够与脱硫装置60的第二入口62、氧化镁储仓50和海水分别流体连通。氧化镁储仓50用于存放氧化镁，氧化镁储仓50中的氧化镁和海水分别输送到氢氧化镁制备罐40中，从而在氢氧化镁制备罐40内产生氢氧化镁液体。氢氧化镁制备罐40中的氢氧化镁液体可以直接通过第二入口62输入到脱硫装置60的中容腔68b。在一较佳实施例中，氢氧化镁制备罐40中的氢氧化镁液体也可以通过第三入口63输入到脱硫装置60的下容腔68c中，与留存在脱硫装置60的下容腔68c中的流体混合，而后一起通过第三出口63a经第二入口62输送到脱硫装置60的中容腔68b进行脱硫处理。

如图5所示，氧化柜30与脱硫装置60的第二出口62a流体连通以接纳在脱硫装置60的下容腔68c中的脱硫流体，氧化柜30还与空气连通以输入空气，氧化柜30包括流体出口以排放其中的充气流体。

如图5所示，排液处理器20与氧化柜30的流体出口流体连通以接纳氧化柜30中的充气流体，排液处理器20包括固液分离器21以收集充气流体并分离充气流体中的固体、和废固体收集器22以收集充气流体中的固体，固液分离器21包括排放液体的液体出口。

脱硫装置60中的下容腔68c中的脱硫流体中的例如低于PH6-6.5的废脱硫剂可以通过第二出口62a进入氧化柜30，用空气泵打入空气强制对其中的废脱硫剂进行氧化，催化废脱硫剂中的亚硫酸镁MgSO₃反应生成硫酸镁MgSO₄，然后进入排液处理器20的固液分离器21，固液分离器21内的上面的清的液体通过第四入口64返回脱硫装置60继续参于循环以进行脱硫处理，其它液体在PH、PAH浊度检测达标后排放。分离出的固体废料装入废固体收集器22的密封容器后回岸统一处理。

如图5所示，处理设备还包括PAH处理器70，PAH处理器70与排液处理器20的固液分离器21的液体出口流体连通，以接纳固液分离器21中的液体并吸附液体中的PAH，PAH处理器70包括排放其中的被处理液体的液体排放口。如果从固液分离器21排出的液体其PAH(多环芳烃)、浊度和硝酸盐检测不达标，则使该液体经过PAH处理器70处理后再排放。

使用本发明的用于海上发动机废气排放的处理设备可以高效地低成本地处理废气。例如，在船舶具有氧化镁的情况下，用海水制成氢氧化镁液体；将制成的氢氧化镁液体作为脱硫剂提供到脱硫装置60的中容腔68b；在脱硫装置的中容腔68b对输入的废气进行脱硫处理。

进一步地，还可将氢氧化镁液体通过第三入口63输入到脱硫装置的下容腔68c，与下容腔68c中的脱硫流体混合；将混合后的流体通过第三出口63a和第二入口62提供到脱硫装置的中容腔68b以进行脱硫处理。

如果氧化镁用完，在还不能补充氧化镁的情况下，用海水作为脱硫液；将海水直接提供到脱硫装置的中容腔68b；在脱硫装置的中容腔68b对输入的废气进行脱硫处理。

进一步地，还可将海水通过第三入口63输入到脱硫装置的下容腔68c，与下容腔68c中的脱硫流体混合；将混合后的流体通过第三出口63a和第二入口62提供到脱硫装置的中容腔68b以进行脱硫处理。

在一较佳实施例中，还可将脱硫液提供到脱硫装置的上容腔68a中，以有助于在上容腔68a中的气液分离处理中清洗进行气液分离操作的装置。

海上的船舶是流动平台，一旦氧化镁得不到及时补充，可直接运用海水脱硫，不影响柴油机排放净化治理。海水、氧化镁组合式废气处理既可以用海水单独治理柴油机废气排放，又可海水和氧化镁组合后治理柴油机废气排放,实现了脱硫高效率和低成本，而且该技术适用于旧船改造，以提升废气处理的效果。

上述示例性的实施例示出了解决本发明要解决的技术问题的技术方案中的两个实施例。在该实施例的示例下，其它符合本发明原理的等效和类似的手段都属于本发明保护的范围中。本发明的基本发明原理是，用一套船用柴油机脱硫装置实施两种脱硫法，可采用海水脱硫法，也可采用海水·镁基脱硫法，以适应船舶空间狭小、淡水资源匮乏的情况，适用于旧船改造，可避免使用淡水，尤其适用于远洋航行，提高了废气排放的净化处理效果，同时又提升了废气排放净化处理的经济性。

以上实施例中的各个特征还可以根据本发明原理在合理范围内作任意组合，这种组合也落入本发明的保护范围内。