CN104162361A - 一种利用海水吸收净化柴油机尾气中so2的装置及吸收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的装置及吸收方法，包括烟气洗涤器、液体循环泵、热管换热器、海水再生罐和曝气风机，烟气洗涤器连接柴油机尾气排放系统，海水再生罐依次经热管换热器和液体循环泵连接烟气洗涤器的进水口，海水再生罐上连接有曝气风机，海水再生罐连接烟气洗涤器的出水口。利用烟气洗涤器内旋流接触器增大气液接触面积，从而实现SO₂的高效稳定去除，吸收效率更高，节约成本。

Description

一种利用海水吸收净化柴油机尾气中SO2的装置及吸收方法

技术领域

 本发明涉及环境污染治理领域，具体地说涉及一种利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的装置及方法。

背景技术

 随着国际贸易和船舶运输业的快速发展，船舶的吨位不断增加，以石油产品为燃料的船舶废气排放造成的大气污染和温室效应已经受到世界范围的高度重视。原油中的硫份在常规炼油塔中大多残留在渣油中，而大型远洋船舶多以重油，残馏油为燃料，其平均含硫量为2.8％，有的高达3.5％甚至4.5％，以废气的形式排放于大气，是导致酸雨污染的主要因素之一。据挪威向IMO提供的资料显示，到2000年，全世界船舶年排放SOx达634万t，约占世界SOx排放总量的4%。特别是在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海域，船舶排放的废气已成为该地区的主要污染源，给全球的大气污染控制提出了严峻的挑战。

目前可满足船舶硫氧化物排放指标的方法有三种：1）低硫燃料；2）使用清洁的替代燃料；3）进行烟气脱硫处理。而烟气脱硫方法又包括干法、半干法和湿法等。使用低硫燃料和替代燃料，船舶主机、副机和锅炉要进行相应的技术改造，除增加改造费用外，船舶也存在不安全性，较低含硫量的油改变了油的化学成分，其化学性质也必然会有一定的改变，这势必要承担一定的风险，另外低硫燃油（替代燃料）目前世界上只有少数港口能加，生物柴油作为替代燃料目前仍在试验阶段，渣油和柴油的价格差约为4000元/t，每年将增加燃料成本百万美元以上，所以目前大部分船东对船舶改造持观望态度。而对含硫量为4.5%的船舶重质燃油，为了等价重油0.1%含硫量的排放标准，船舶烟气净化系统必须达到97.78%的净化效率。这意味着船舶只有加装尾气净化设备才能满足要求。IMO于2008年4月4日通过了《船上SO_x废气滤清系统指南》，废除了2005年7月22日通过的指南，对生产商提供的废气滤清装置排放的尾气，洗涤水相关标准提出了具体指标，并于2009年进行了进一步的修订。目前还没有一套船舶废气滤清系统被世界上多数船东所接受。在烟气洗涤器中利用海水作为吸收液，可以使SO₂得到更大程度的还原净化。

公开号为CN 102363091A的发明专利公开了一种船用尾排气处理系统的海水脱硫装置。脱硫塔采用喷淋塔或填料塔，脱硫塔设置海水进口，脱硫塔采用烟气逆向接触的形式，将待净化烟气通入脱硫塔内，待净化烟气与海水在脱硫塔内充分接触，净化后的烟气从脱硫塔顶部排放。该技术方案中，喷淋塔只有在液气比较高时对SO₂的去除可达到较高的效率，但气液传质效率较差，去除效率不高。对于填料塔，虽然气液接触面积大，但接触效果不高，气液流路无序，影响去除效率；且填料结构相对复杂，不适合船舶上使用，维修不方便。 

公告号为CN 202983515U的实用新型专利公开了一种船舶柴油机尾气海水脱硫装置，包括外壳，尾液收集槽，尾液分离器，湍流球层，喷淋装置，除湿装置。所述的反应容器内若干并联的独立直管，分别在海水脱硫装置的外壳内沿径向垂直设置，并联独立直管错流式喷淋装置；所述除湿装置包含若干旋流式除湿器，分别安装在每个独立直管，位于最顶端海水管上方；所述湍流球层顶部和并联独立直管错流式喷淋装置之间安装有上格栅。通过对喷淋方式进行独立直管式的优化，可在不增加设备和操作的前提下减少脱硫装置高度、压力损失。但该装置对气液传质效率无明显提高，对脱硫效率无实质性改善；且装置结构较为复杂，不适合船舶上使用，维修不方便。

因此，需要开发海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的装置及方法，进一步加强海水脱硫处理效果，促进船运行业的健康发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种结构简单、操作方便、能有效吸收柴油机尾气中SO₂的装置及方法。

本发明采用的技术方案是：一种利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的装置，其包括烟气洗涤器、液体循环泵、热管换热器、海水再生罐和曝气风机，烟气洗涤器连接柴油机尾气排放系统，海水再生罐依次经热管换热器和液体循环泵连接烟气洗涤器的进水口，海水再生罐上连接有曝气风机，海水再生罐连接烟气洗涤器的出水口。

所述的烟气洗涤器包括不锈钢壳体、液体流量计、循环液喷头、除雾板和3级气液旋流接触器，不锈钢壳体的下部设有连接柴油机尾气排放系统的进气口，不锈钢壳体的底部设有海连接水再生罐的出水口，不锈钢壳体的顶部设有出气口，循环液喷头、除雾板和3级气液旋流接触器由上至下依次设置于不锈钢壳体内，循环液喷头经液体流量计连接液体循环泵。

所述气液旋流接触器包括壳圈、支撑杆、联动芯壳、控制盒、驱动电机、驱动轴、锥齿轮传动组、叶片轴、叶片和压力传感器，壳圈同轴固定于不锈钢壳体内，联动芯壳经多根支撑杆同轴固定于壳圈内，壳圈上固定由相互连接的控制盒和驱动电机，驱动电机经驱动轴支承穿接于联动芯壳上并传动设置于联动芯壳内的锥齿轮传动组，多根叶片轴均匀环绕壳圈轴向支承穿接于壳圈和联动芯壳上并连接锥齿轮传动组，叶片轴上穿接有叶片，叶片上设有连接控制盒的压力传感器。

所述3级气液旋流接触器的叶片数量由下至上递减。

所述叶片与送气垂直面的角度                                               ，其中控制盒采集海水再生罐内流体密度ρ、压力传感器探测送气流阻ΔP、循环液喷头送液速度v，控制α调整范围30-50°。

一种利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的方法，包括以下步骤：

将海水通入海水再生罐并检测流体密度ρ；

将柴油机尾气由烟气洗涤器下部进气口通入，由叶片上压力传感器探测送气流阻ΔP；

液体循环泵将海水再生罐内海水经热管换热器抽送至循环液喷头，同时计量循环液喷头送液速度v；

由控制盒计算叶片角度，并通过驱动电机控制角度调整，满足在不同流体密度ρ、送气流阻ΔP及送液速度v时，实时调整叶片角度在30-50°内，使待净化烟气与循环液在气液旋流接触器上充分接触，净化后的烟气从不锈钢壳体顶部排放，洗涤后的液体进入海水再生罐经曝气风机持续曝气通过液体循环泵向烟气洗涤器内打循环使用。

所述的烟气洗涤器内的液气比为2:1-5:1。

所述的柴油机尾气温度200-350℃，其中SO₂浓度为0~4500 mg/ Nm³。

所述的热管换热器调节海水温度为40-60℃。

在烟气洗涤器中，气流通过叶片时产生旋转和离心运动，吸收液通过除雾板均匀分配到各叶片，并在旋流接触器的叶片上形成很大表面积的水膜，与旋转向上的气流形成旋转和离心的效果，喷成细小液滴，从而大大提高吸收作用。同时，采用可控吸收角度的叶片，在不同气、液参数时能实时调整吸收角度，实现SO₂的的最大吸收效率。

本发明提供的利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的方法，利用旋流接触器增大气液接触面积，从而实现SO₂的高效稳定去除。与传统吸收装置相比，SO₂的气液传质效率和速率得到明显提升；与石灰石-石膏法相比，吸收效率更高，节约成本。总体来讲，本发明提供的方法无二次污染，经济成本低，可满足船舶上苛刻的空间要求；能处理的SO₂浓度高达4500 mg/ Nm³，平均去除效率可达到85-95%。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为烟气洗涤器结构示意图；

图3为气液旋流接触器结构示意图。

图中：烟气洗涤器1，不锈钢壳体101，进气口2，出气口3，出水口4，液体流量计5，循环液喷头6，除雾板7，气液旋流接触器8，壳圈801，支撑杆802，联动芯壳803，控制盒804，驱动电机805，驱动轴806，锥齿轮传动组807，叶片轴808，叶片809，压力传感器810，液体循环泵9，热管换热器10，海水再生罐11，曝气风机12。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1-3所示，一种利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的装置包括烟气洗涤器1、进气口2、出气口3、出水口4、液体流量计5、循环液喷头6、除雾板7、气液旋流接触器8、液体循环泵9、热管换热器10、海水再生罐11和曝气风机12。烟气洗涤器1的不锈钢壳体101内由上至下依次设有液体流量计5、循环液喷头6、除雾板7和3级气液旋流接触器8，不锈钢壳体101的下部设有进气口2，不锈钢壳体101的底部设有出水口4，不锈钢壳体101的顶部设有出气口3，烟气洗涤器1进气口2连接柴油机尾气排放系统，海水再生罐11依次经热管换热器10、液体循环泵9和液体流量计5连接循环液喷头6，海水再生罐11上连接有曝气风机12，海水再生罐11连接烟气洗涤器的出水口4。气液旋流接触器8包括壳圈801、支撑杆802、联动芯壳803、控制盒804、驱动电机805、驱动轴806、锥齿轮传动组807、叶片轴808、叶片809和压力传感器810，壳圈同轴固定于不锈钢壳体内，联动芯壳经多根支撑杆同轴固定于壳圈内，壳圈上固定由相互连接的控制盒和驱动电机，驱动电机经驱动轴支承穿接于联动芯壳上并传动设置于联动芯壳内的锥齿轮传动组，多根叶片轴均匀环绕壳圈轴向支承穿接于壳圈和联动芯壳上并连接锥齿轮传动组，叶片轴上穿接有叶片，叶片上设有连接控制盒的压力传感器；3级气液旋流接触器的叶片数量由下至上递减。

本发明吸收SO₂方法的步骤是：

将海水通入海水再生罐并检测流体密度ρ；

将温度200-350℃，SO₂浓度为0~4500 mg/ Nm³的柴油机尾气由烟气洗涤器下部进气口通入，由叶片上压力传感器探测送气流阻ΔP；

液体循环泵将海水再生罐内海水经热管换热器调节海水温度为40-60℃抽送至循环液喷头，同时计量循环液喷头送液速度v；

控制烟气洗涤器内的液气比为2:1-5:1，由控制盒计算叶片角度，并通过驱动电机控制角度调整，满足在不同流体密度ρ、送气流阻ΔP及送液速度v时，实时调整叶片角度在30-50°内，使待净化烟气与循环液在气液旋流接触器上充分接触，净化后的烟气从不锈钢壳体顶部排放，洗涤后的液体进入海水再生罐经曝气风机持续曝气通过液体循环泵向烟气洗涤器内打循环使用。

Claims (9)

1.一种利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的装置，其特征在于，包括烟气洗涤器、液体循环泵、热管换热器、海水再生罐和曝气风机，烟气洗涤器连接柴油机尾气排放系统，海水再生罐依次经热管换热器和液体循环泵连接烟气洗涤器的进水口，海水再生罐上连接有曝气风机，海水再生罐连接烟气洗涤器的出水口。

2.根据权利要求1所述的一种利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的装置，其特征在于，所述的烟气洗涤器包括不锈钢壳体、液体流量计、循环液喷头、除雾板和3级气液旋流接触器，不锈钢壳体的下部设有连接柴油机尾气排放系统的进气口，不锈钢壳体的底部设有海连接水再生罐的出水口，不锈钢壳体的顶部设有出气口，循环液喷头、除雾板和3级气液旋流接触器由上至下依次设置于不锈钢壳体内，循环液喷头经液体流量计连接液体循环泵。

3.根据权利要求2所述的一种利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的装置，其特征在于，所述气液旋流接触器包括壳圈、支撑杆、联动芯壳、控制盒、驱动电机、驱动轴、锥齿轮传动组、叶片轴、叶片和压力传感器，壳圈同轴固定于不锈钢壳体内，联动芯壳经多根支撑杆同轴固定于壳圈内，壳圈上固定由相互连接的控制盒和驱动电机，驱动电机经驱动轴支承穿接于联动芯壳上并传动设置于联动芯壳内的锥齿轮传动组，多根叶片轴均匀环绕壳圈轴向支承穿接于壳圈和联动芯壳上并连接锥齿轮传动组，叶片轴上穿接有叶片，叶片上设有连接控制盒的压力传感器。

4.根据权利要求3所述的一种利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的装置，其特征在于，所述3级气液旋流接触器的叶片数量由下至上递减。

5.根据权利要求3或4所述的一种利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的装置，其特征在于，所述叶片与送气垂直面的角度                                                ，其中控制盒采集海水再生罐内流体密度ρ、压力传感器探测送气流阻ΔP、循环液喷头送液速度v，控制α调整范围30-50°。

6.一种利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的方法，包括以下步骤：

将海水通入海水再生罐并检测流体密度ρ；

将柴油机尾气由烟气洗涤器下部进气口通入，由叶片上压力传感器探测送气流阻ΔP；

液体循环泵将海水再生罐内海水经热管换热器抽送至循环液喷头，同时计量循环液喷头送液速度v；

由控制盒计算叶片角度，并通过驱动电机控制角度调整，满足在不同流体密度ρ、送气流阻ΔP及送液速度v时，实时调整叶片角度在30-50°内，使待净化烟气与循环液在气液旋流接触器上充分接触，净化后的烟气从不锈钢壳体顶部排放，洗涤后的液体进入海水再生罐经曝气风机持续曝气通过液体循环泵向烟气洗涤器内打循环使用。

7.根据权利要求6所述的利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的方法，其特征在于：所述的烟气洗涤器内的液气比为2:1-5:1。

8.根据权利要求6所述的利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的方法，其特征在于：所述的柴油机尾气温度200-350℃，其中SO₂浓度为0~4500 mg/ Nm³。

9.根据权利要求6所述的利用海水吸收净化柴油机尾气中SO₂的方法，其特征在于：所述的热管换热器调节海水温度为40-60℃。