一种船舶尾气净化系统的制作方法

本实用新型属于船舶尾气净化技术，具体涉及一种船舶尾气净化系统。

背景技术：

海运是在世界范围内运输大型货物最经济、最高效的方式。全世界每天大约有5万艘货轮往返于各国之间，它们承担着地球上90％的物流。清洁、可持续的海运工业对于国际贸易来说是一个的重要的组成部分，对于那些居住在沿海和内陆的港口地区的人尤为重要。

随着世界船舶总吨位增长、低质高硫分燃油的普遍使用，导致船舶废气污染物排量巨大。据研究统计，目前从事国际贸易的船舶柴油机所产生的硫氧化物已占世界排放总量的7％以上，每年已超过900万吨，特别是在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大海区和港口城市，船舶排放的硫氧化物已成为该地区的主要污染源。为了限制海运对环境的影响，国际海事组织(imo)下属的海洋环境保护委员会(mepc)根据国际防止船舶造成污染公约(marpol)的附录6制定了限制船舶造成的空气污染的条例，提出了特定排放控制区(eca)和全球范围的硫氧化物(sox)，氮氧化物(nox)强制性排放标准。

为了满足硫氧化物的排放标准的限制，船主们目前面临两个选择：使用低硫燃料和使用硫氧化物净气装置。事实上大中型远洋船舶so2排放量巨大，一艘10万吨级的船舶，航运中每天耗油40吨左右，若所用燃油的硫分含量在3.5％，经计算每天向大气排放的so2气体总量高达2.8吨，如果采用降低船用燃油含硫量的方法来满足日趋严格的国际排放标准，将大幅提高船舶的营运成本，使得航运公司不堪重负。因此，对船舶柴油机含硫废气进行净处理成为当前研究的技术方向。目前大多的含硫废气净化处理多集中在使用脱硫塔或脱硫装置本身，安装复杂，且处理费用高。

技术实现要素：

基于此，本实用新型提供了一种船舶尾气净化系统，通过分离膜过滤技术和碱性吸收剂捕获相结合的方法对船舶尾气进行净化处理从而降低船舶尾气中硫氧化物的含量，使其达到排放标准，克服了现有的船舶尾气净化装置应用成本高而限制低成本高硫含量燃油在船舶领域的广泛应用，同时采用模块化安装，解决了现有的脱硫塔或脱硫装置安装复杂，处理费用高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种船舶尾气净化系统，所述净化系统包括按尾气流通方向依次连通的除尘器和膜分离器，所述膜分离器的内部由一膜元件分隔形成第一空腔和第二空腔，所述第一空腔的入口与所述除尘器的出口连通，所述第一空腔的出口连通有用于将处理后船舶尾气排出的尾气排出管道，在所述尾气排出管道中按照尾气流通方向依次设有尾气分析仪和三通阀，所述三通阀还分别连通有用于将达标尾气排入大气的第一排出管和用于将未达标尾气排入所述第一空腔的第二排出管；所述第二空腔的入口连通有碱液储存装置，所述第二空腔的出口连通有饱和碱液回收装置。本实用新型中的净化系统采用完全模块化安装，首先将船舶尾气经过除尘器的处理除去尾气中的大部分颗粒物，然后将其通入膜分离器中通过分离膜过滤技术和碱性吸收剂捕获相结合的方法对船舶尾气进行净化处理，同时在尾气排出管道中设有尾气分析仪检测净化后的尾气，当净化后的硫氧化物含量达标后打开第一排出管道排入大气；当净化后的硫氧化物含量不达标，则打开第二排出管道将尾气再排入膜分离器中进行净化处理。具体的，在该净化系统中通过膜元件把烟道尾气和碱性吸收液分开，烟道尾气中的酸性气体如硫氧化物通过膜元件的微孔进入第二空腔中，在第二空腔中与碱性吸收剂发生化学反应变成一种亚硫酸盐溶解在水溶液中，随着碱性吸收液侧亚硫酸盐浓度的增大接近饱和后被泵打入饱和碱液回收装置进行资源回收处理，同时碱液储存装置中的碱性吸收剂重新补充到第二空腔中吸收烟道尾气中的硫氧化物等酸性物质。在该分离系统中陶瓷膜元件起到把碱性吸收液和烟道尾气隔开的作用，而膜元件中的微孔起到对烟道气中酸性气体硫氧化物选择透过的作用。

进一步的，所述净化系统还包括plc控制器，所述三通阀为三通电磁阀，所述plc控制器分别与所述尾气分析仪、所述三通电磁阀电连接采用三通电磁阀组装成一入两出的管路，尾气分析仪检测到尾气中硫氧化物通过电信号反馈给plc控制器，当plc控制器接收信号低于其设定值则含量达标，通过电控制三通电磁阀关闭第二排出管道，打开第一排出管道将达标尾气排入大气；当plc控制器接收信号高于其设定值则含量不达标，通过电控制三通电磁阀关闭第一排出管道，打开第二排出管道将达标尾气重新排入膜分离器的第一空腔中再进行净化处理。

进一步的，所述膜元件为陶瓷微滤膜、陶瓷超滤膜中的至少一种。

优选的，所述陶瓷微滤膜的平均孔径为0.05～10μm，所述陶瓷超滤膜的平均孔径为2～50nm。

优选的，构成所述陶瓷微滤膜或陶瓷超滤膜的陶瓷材料包括氧化物材料、氮化物材料、碳化物材料中的至少一种。

进一步的，所述膜元件包括平板膜、管式膜、多通道膜、中空纤维膜中的一种。

进一步的，所述陶瓷微滤膜的平均孔径为0.05～10μm，所述陶瓷超滤膜的平均孔径为2～50nm。

进一步的，构成所述陶瓷微滤膜或陶瓷超滤膜的陶瓷材料包括氧化物材料、氮化物材料、碳化物材料中的至少一种。

进一步的，所述膜元件包括平板膜、管式膜、多通道膜、中空纤维膜中的一种。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本实用新型的净化系统将分离膜过滤技术和碱液吸收剂捕获相结合，在该分离系统中陶瓷膜元件起到把碱性吸收液和船舶尾气隔开的作用，而膜元件件中的微孔起到对船舶尾气中酸性气体硫氧化物选择透过的作用。在该净化系统中通过膜元件把烟道尾气和碱性吸收液分开，烟道尾气中的酸性气体如硫氧化物通过膜元件的微孔进入碱性吸收液一侧，在该碱性吸收液侧与碱性吸收剂发生化学反应变成一种亚硫酸盐溶解在水溶液中，随着碱性吸收液侧亚硫酸盐浓度的增大接近饱和后被泵打入亚硫酸盐回收装置进行资源回收处理，同时碱液储存装置重新补充的碱性吸收剂进入第二空腔中吸收烟道尾气中的硫氧化物等酸性物质，通过该净化系统有效解决了采用低成本低质高硫含量燃油在船舶领域中应用产生的高硫排放问题。

2、本实用新型在尾气排出管道中设有尾气分析仪和三通阀，采用三通阀组装成一入两出的管路，当尾气分析仪检测到尾气中硫氧化物含量达标时，则打开第一排出管道，将达标尾气排入大气；当尾气分析仪检测到尾气中硫氧化物含量未达标时，则打开第二排出管道，将尾气再次排入膜分离器中进行净化处理，直至含量达标后排入大气。采用一入两出管路，严格控制排出尾气中硫氧化物含量达标后排入大气。

3、该净化系统采用模块化安装，安装过程简单，操作容易，处理费用低，非常适合船舶尾气的处理，极大降低了安装难度和处理成本，并且吸收的硫氧化物可以进行资源化利用。采用该净化系统处理后的船舶尾气可以达到尾气硫氧化物的排放标准。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例中船舶尾气净化系统示意图；

图2为本实用新型另一较佳实施例中船舶尾气净化系统示意图。

图中：1-除尘器、2-膜分离器、3-碱液储存装置、4-饱和碱液回收装置5-尾气分析仪、6-三通阀、7-尾气排出管道、8-plc控制器、21-膜元件、22-第一空腔、23-第二空腔、71-第一排出管道、72-第二排出管道。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将结合具体的实施例对本实用新型进行更全面的描述。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。

图1示出了一种船舶尾气净化系统，所述净化系统包括除尘器1、膜分离器2、碱液储存装置3、饱和碱液回收装置4、尾气分析仪5和三通阀6。

膜分离器2的内部由一膜元件21分隔形成第一空腔22和第二空腔23，膜元件21可以选自陶瓷微滤膜或陶瓷超滤膜，当膜元件21为陶瓷超滤膜时，其优选的平均孔径为0.05～10μm，当膜元件21为陶瓷微滤膜时，其优选的平均孔径为2～50nm，构成所述陶瓷微滤膜或陶瓷超滤膜的陶瓷材料可以选自氧化物材料、氮化物材料、碳化物材料中的至少一种，可以理解的是，以上陶瓷组成仅用于举例，陶瓷材料可以从本领域技术人员知晓的常规陶瓷材料中进行选择，其均可以实现本实用新型的技术方案。具体的，膜元件21的形状可以有多种形式，其可以选自平板膜、管式膜、多通道膜、中空纤维膜中的任一种。在本实施例中，膜元件21为平板膜。

更进一步的，除尘器1的出口与第一空腔22的入口连通，待处理的船舶尾气首先排入除尘器1中除去船舶尾气中的大部分颗粒物，然后排入膜分离器2的第一空腔22中，所述第二空腔23的入口与碱液储存装置3连通，在碱液储存装置3中装有碱液吸收剂(如氢氧化钠、氢氧化钾等)，除去颗粒物的船舶尾气进入第一空腔22的同时，碱液储存装置3中的碱液吸收剂泵入第二空腔23中，除去颗粒物的船舶尾气中的硫氧化物通过膜元件21的微孔从第一空腔22中进入第二空腔23中，经第二空腔23中的碱液吸收剂吸收反应净化，第二空腔23的出口与饱和碱液回收装置4连通，当第二空腔23中的碱液吸收剂吸收饱和后，将其排入饱和碱液回收装置4中，同时碱液储存装置3向第二空腔23中重新补充碱液吸收剂。

请继续参照图1，在第一空腔22的出口连接有尾气排出管道7，尾气分析仪5和三通阀6依次按照尾气流通方向设于尾气排出管道7中，三通阀6还分别连通有用于将达标尾气排入大气的第一排出管71和用于将未达标尾气排入所述第一空腔22的第二排出管72。这里的尾气分析仪5采购自市场，一般市场上可检测硫氧化物的尾气分析仪均可用于本净化系统中。

具体操作时，将船舶尾气通过首先排入除尘器1中去除尾气中的颗粒物，然后排入膜分离器2中的第一空腔22中，同时将碱液储存装置3中的碱液吸收剂泵入第二空腔23中，船舶尾气中硫氧化物从第一空腔22进入第二空腔23中并经过膜元件21的分离过滤，在第二空腔23中与碱液吸收剂进行反应，船舶尾气中的硫氧化物反应形成亚硫酸盐溶液，使得船舶尾气中的硫氧化物含量大大降低，当第二空腔23中的亚硫酸盐达到饱和时，将其排入饱和碱液回收装置4中进行回收处理，同时碱液储存装置3重新补充新的碱液吸收剂进入第二空腔23中。

净化处理后的船舶尾气通过尾气排出管道7排出，经过尾气分析仪5的检测，当尾气中硫氧化物含量达标，则打开第一排出管道71并关闭第二排出管道72，将达标尾气排入大气；当尾气中硫氧化物含量不达标，则打开第二排出管道72并关闭第一排除管道71将尾气再次排入膜分离器2的第一空腔22中进行净化处理后再排放，如此循环，严格控制排入大气的尾气达标。

图2示出了本实用新型优化后的一种船舶尾气净化系统，图2的船舶尾气净化系统将图1中的净化系统进行了优化，在净化系统中加入了plc控制器8，同时将三通阀6更换为三通电磁阀，如图2所示，将plc控制器8分别与尾气分析仪5、三通阀6(三通电磁阀)电连接，其他系统组成和布置均与图1中的净化系统相同。

具体操作时，将船舶尾气通过首先排入除尘器1中去除尾气中的颗粒物，然后排入膜分离器2中的第一空腔22中，同时将碱液储存装置3中的碱液吸收剂泵入第二空腔23中，船舶尾气中硫氧化物从第一空腔22进入第二空腔23中并经过膜元件21的分离过滤，在第二空腔23中与碱液吸收剂进行反应，船舶尾气中的硫氧化物反应形成亚硫酸盐溶液，使得船舶尾气中的硫氧化物含量大大降低，当第二空腔23中的亚硫酸盐达到饱和时，将其排入饱和碱液回收装置4中进行回收处理，同时碱液储存装置3重新补充新的碱液吸收剂进入第二空腔23中。

净化处理后的船舶尾气通过尾气排出管道7排出，经过尾气分析仪5的检测将采集到的数据反馈给plc控制器8，当plc控制器8接收信号低于其预设值则含量达标，通过电控制三通阀6关闭第二排出管道72，打开第一排出管道71将达标尾气排入大气；当plc控制器8接收的来自尾气分析仪5的电信号高于其预设值则含量不达标，通过电控制三通阀6关闭第一排出管道71，打开第二排出管道72将达标尾气重新排入膜分离器2的第一空腔22中再进行净化处理后再排放，如此循环，严格控制排入大气的尾气达标。

本实用新型的净化系统克服了采用低成本低质高硫含量燃油在船舶领域应用产生的高硫排放问题，并且本实用新型的净化系统可以采用独立模块化安装，操作简单，极大的降低了处理费用。同时由于本实用新型的净化系统采用具有耐高温、高压的特性陶瓷膜元件，因此该船舶发动机的尾气可以直接排入该净化系统。该船舶烟道尾气净化系统对烟道气中的硫氧化物吸收率可超过99.7％，通过该净化系统的烟道尾气中硫氧化物的浓度可以满足最严格的排放要求，同时该净化系统中吸收的硫氧化物可以作为副产物进行回收利用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。