一种新型船舶脱硫脱颗粒及CO2吸收方法和装置

一种新型船舶脱硫脱颗粒及co2吸收方法和装置
技术领域
1.本发明涉及船舶柴油机尾气净化技术领域，具体涉及一种新型船舶脱硫脱颗粒及co2吸收方法和装置。


背景技术：

2.随着世界贸易的快速发展，各国之间往来货物量剧增，海运承担着世界上90％以上的货物运输。柴油机由于其良好的性能被广泛地用作船舶推进动力装置。目前船舶发动机主要以劣质重油作为燃料，尾气中含有大量的pm和so2。船舶废气排放的污染物对人体健康和自然环境带来极大的危害，国际海事组织(imo)和各国的环保部门已经制定了严格的排放法规以限制船舶废气污染物的超标排放。
3.pm和so2主要用湿法洗涤技术实现高效脱除，二氧化碳捕集与封存技术(ccs)作为一种高效的温室气体减排措施在路上固定源 co2减排技术领域发挥关键作用，但是由于船舶特殊的条件限制，船舶ccs技术起步较晚，而且技术成熟度相对较低，目前被广泛研究的co2吸收剂主要包括醇胺溶液吸收法，醇胺溶液吸收法具有co2捕集效率高、技术成熟等优点，但是吸收液的再生能耗、醇胺溶液对设备的腐蚀及醇胺溶液的易挥发特性等因素会明显限制其在船舶领域的应用。我国对于船舶co2捕集技术研究起步时间较晚，技术相对不成熟。在申请号为202220638718.3的专利《船用co2捕集与封存系统及船舶》中提供了lng船舶的co2捕集与封存技术，在专利号为201410621722.9的专利《一种回收利用船舶柴油机尾气中co2的方法及装置》中利用醇胺溶液对co2进行吸收之后进行相应的富集。在专利号为202121976371.5的专利《利用船舶尾气余热回收co2的系统》中利用醇胺等有机试剂进行co2的吸附，同时利用柴油机尾气的余热进行co2的解吸，实现co2的吸收和富集。在专利号为 202122652023.9的专利《一种低能耗船舶柴油机烟气co2捕集系统》中也是利用船舶柴油机废气的能量将吸收的co2解析出来，从而实现船舶co2的高效吸收与捕集。综合目前的研究情况可知，目前co2吸收的吸收主要为有机醇胺溶液，该溶液在高温解吸co2时极易分解，对船员的身体由较大的危害。更重要的是，有机醇胺溶液在弱碱性环境中对co2有较好的吸收效果，船舶废气中有浓度较高的so2，so2极易溶解与醇胺溶液中，从而改变醇胺溶液的酸碱性，这会对co2的吸收造成致命的影响。此外，船舶废气中含有大量的颗粒物，颗粒物中的多环芳烃会溶解于醇胺有机吸收溶液中，这会造成co2吸收和解吸效率的下降，上述公开的专利处理流程复杂，涉及多套设备系统，且并没有对船舶柴油机产生的废气进行相应的预处理。无论是在实用性还是在空间方面均存在诸多问题。因此，开发一种高效的脱硫脱颗粒及co2吸收方法的集成化装置对船舶实现绿色低碳的运营目标至关重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种小型、高效、可行的用于船舶废气中 so2、pm及co2脱除的方法和装置，以使船舶so2排放满足相关的法规要求，有效减少船舶pm和co2的排放，减轻船舶废气对人体健康和自然环境的污染，满足双碳目标。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种船舶脱硫脱颗粒及co2吸收方法和装置。
6.所述的装置包括：碳酸盐溶液捕集箱、co2储存器、碳酸氢盐溶液储存柜、冷凝器及洗涤塔模块。
7.上述方案中，进一步地，所述装置洗涤塔模块包括：除雾器一、废气导向器、冷凝器、so2组分传感器、混合器、so2脱除喷淋层、碳酸盐溶液喷淋层、pm脱除喷淋层、填料层、海水透液孔、残渣储存柜、过滤网、离心电机、循环海水储存器、引风机、除雾器二、海水补水泵和循环海水泄放孔。
8.上述方案中，进一步地，所述装置碳酸氢盐溶液储存柜前端和柴油机废气总管连接，后端和洗涤塔模块入口相连。
9.上述方案中，进一步地，所述装置碳酸氢盐溶液储存柜内部设置有烟管加热器，用废气的热量解吸碳酸盐溶液中的co2。
10.上述方案中，进一步地，所述装置洗涤塔模块中so2组分传感器安装在混合器的下方，海水透水孔向下倾斜一定的角度，保证落入的海水洗涤液不会倒流至碳酸氢盐溶液储存柜。
11.上述方案中，进一步地，所述装置洗涤塔模块底部在离心电子的转动作用下，洗涤塔底装有海水洗涤液的部位高速旋转，通过过滤网将海水洗涤液中的残渣过滤，过滤后的海水再次循环洗涤。
12.上述方案中，进一步地，所述装置洗涤塔模块顶部为圆弧过渡。
13.本发明还提供了脱硫脱颗粒及co2吸收方法，所述方法包括：
14.(1)由船舶柴油机排出的废气经过碳酸氢盐溶液储存柜由洗涤塔的下部进入洗涤塔内层，在洗涤塔内层设置有文丘里洗涤器用来脱除废气中的pm，同时设有so2脱除喷淋层用来脱除so2，随后经过除雾器在洗涤塔的上部由洗涤塔内层排出至洗涤塔的外层；
15.(2)在洗涤塔外层废气由上向下运行，经过混合器之后进行 so2组分的监测，随后废气继续下行通过填料，在填料中废气与碳酸盐溶液进行反应，将废气中的co2进行吸收，然后净化后的废气由洗涤塔底部的排出口经除雾器和引风机排出；
16.(3)吸收co2的碳酸盐溶液转化为碳酸氢盐溶液集聚在洗涤塔外层的底部，然后碳酸氢盐溶液进入碳酸氢盐溶液储存柜，在废气的热负荷作用下，碳酸氢盐溶液分解为碳酸盐和二氧化碳，释放出的 co2被储存在co2储存器中，碳酸盐溶液进入冷凝器冷凝之后参与下个循环的co2吸收过程。
17.co2的吸收反应如下：
[0018][0019]
碳酸氢盐的分解反应如下：
[0020][0021]
本发明具有以下优势：
[0022]
(1)本发明以碳酸盐溶液作为吸收液，无毒无害，价格低廉， co2吸收和释放构成原理简单，且不会引入其他的污染性分解物；
[0023]
(2)so2和pm的脱除是co2高效吸收的前提，本发明通过巧妙的设计在一套装置中可进行so2、pm及co2的多污染物高效脱除；
[0024]
(3)本发明以废气余热作为碳酸氢盐溶液分解的热源，不仅节约了能源，而且该热源的热量足以保证碳酸氢盐的充分分解；
[0025]
(4)本发明的装置集成度高，可明显降低船舶空间的使用，同时为装置的安装提供极大便利。
附图说明
[0026]
图1是本发明的脱硫脱颗粒及co2吸收的装置示意图。
[0027]
在图1中，1-船舶柴油机，2-碳酸盐溶液补给箱，3-co2储存器，4-碳酸氢盐溶液储存柜，5-烟管加热器，6-除雾器一，7-废气导向器，8-冷凝器，9-so2组分传感器，10-混合器，11-so2脱除喷淋层， 12-碳酸盐溶液喷淋层，13-pm脱除喷淋层，14-填料层，15-海水透液孔，16-残渣储存柜，17-过滤网，18-离心电机，19-循环海水储存器， 20-引风机，21-除雾器二，22-海水补水泵，23-循环海水泄放孔。
具体实施方式
[0028]
船舶柴油机1产生的废气经过碳酸氢盐溶液储存柜4内部的烟管加热器5进入洗涤塔的内部。
[0029]
洗涤塔分为内外两层，首先废气在洗涤塔内层由下向上运行，先后进过pm脱除喷淋层13和so2脱除喷淋层11，pm脱除喷淋层和so2脱除喷淋层均喷淋海水溶液，脱除so2和pm的废气继续在洗涤塔内部向上运动，经过除雾器一6，除雾器一将废气进行汽水分离，最后废气经过废气导向器7由洗涤塔的内层进入洗涤塔的外层。
[0030]
洗涤塔上方设置为圆弧过渡。
[0031]
洗涤塔内层喷淋之后的洗涤海水在重力的作用下集聚在洗涤塔内层底部，落入排气管中的洗涤水通过海水透液孔15向下积聚在洗涤塔内层底部，安装海水透液孔的固定板应该向下倾斜，以保证洗涤海水不会回流。
[0032]
在离心电机18的带动作用下，集聚在内层底部的海水洗涤液高速旋转，通过过滤网17将海水洗涤液中的残渣过滤掉，残渣排至残渣储存柜16中，干净的洗涤海水进入循环海水储存器19中，在水泵的作用下，海水进行循环洗涤，当洗涤海水参数不能满足洗涤要求时，进行洗涤海水的替换，通过循环海水泄放孔23将部分循环海水泄放，同时通过海水补水泵22补充新鲜的海水。
[0033]
被脱除so2和pm的废气在洗涤塔的外层由上向下运动，经过混合器10，在混合器10的下方和碳酸盐溶液喷淋层12的上方安装 so2组分传感器9，用以监测废气中so2的含量，确保co2的吸收过程不受影响。
[0034]
废气向下运动经过填料层14，在填料层14中废气中的co2与碳酸盐溶液反应生成碳酸氢盐，之后废气由洗涤塔的底部排出，在洗涤塔的排出管上装有除雾器二21和引风机20。
[0035]
碳酸氢盐溶液积聚在洗涤塔外层的底部，之后碳酸氢盐溶液进入碳酸氢盐溶液储存柜4中，在烟管加热器5的加热作用下，碳酸氢盐溶液分解为碳酸盐溶液，分解产生的co2进入co2储存器3中。之后碳酸氢盐溶液储存柜中的液体被输送至冷凝器8中进行再次吸收co2，当吸收体系中的碳酸氢盐溶液不足时，碳酸盐溶液补给箱2 向系统中补充碳酸盐溶液。