船舶尾氣脫硝工藝及系統(tǒng)、脫硫脫硝一體化工藝及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于船舶尾氣處理與節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，具體為一種船舶尾氣脫硝工藝及系統(tǒng)、脫硫脫硝一體化工藝及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀我國面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)之一就是環(huán)境問題，其中大氣污染因嚴重破壞地球生態(tài)系統(tǒng)健康以及威脅人體健康安全而越來越受到人們的高度關(guān)注。隨著全球船舶航運業(yè)的快速發(fā)展，船舶排放的尾氣對大氣造成的污染也日趨嚴重。船舶排放的尾氣主要以硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)為主，它們能夠引起環(huán)境酸化，破壞對流層臭氧，營養(yǎng)富集等不良影響，對全球人類健康造成危害。為了防止船舶造成的空氣污染以及加強對海洋生態(tài)環(huán)境的保護，國際海事組織(MO)制定了一系列船舶防污染公約以限制船舶尾氣的排放。為了滿足IMO的排放限值，必須對船舶排放的尾氣進行凈化處理。因此，船舶尾氣處理已迫在眉睫，研發(fā)高效、節(jié)能、環(huán)保的脫硫脫硝處理系統(tǒng)具有重大的現(xiàn)實意義。
[0003]目前，船舶尾氣處理技術(shù)大致可以分為三大類:單獨脫硫、單獨脫硝和脫硫脫硝一體化。
[0004]脫硫技術(shù)主要有石膏法、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、海水法、鈉堿法等。石膏法是利用石灰石漿液吸收SO2生成CaSO3，經(jīng)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)镃aSO4排出收回，但存在初期投資大、設(shè)備占地面積大、系統(tǒng)復(fù)雜、需要在船上儲備石灰石等問題。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法是利用旋轉(zhuǎn)噴霧吸收塔將霧化的尾氣與熟石灰漿液接觸進行脫硫，但存在脫硫效率不高，脫硫后產(chǎn)物容易腐蝕、堵塞設(shè)備等問題。海水法是利用海水自身的堿度來吸收S02，該方法高效環(huán)保、經(jīng)濟性和可靠性高，但存在設(shè)備占地大、脫硫效果受海水鹽度影響大、腐蝕設(shè)備等問題。鈉堿法是利用NaOH和SO2生成Na2SO3,經(jīng)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)镹a2SO4排出收回，該法是目前脫硫的主流的方法，已經(jīng)成功應(yīng)用到船舶尾氣脫硫處理中。
[0005]脫硝技術(shù)主要有液體吸收法、固體吸附法和催化法等。液體吸收法主要是利用酸、堿和絡(luò)合物吸收N0X，該方法具有工藝設(shè)備簡單、能耗低、一次性投資成本低等特點，但存在脫硝效率不高、需要投加額外氧化劑、吸收劑循環(huán)再生困難等問題。固體吸附法是通過物理吸附的方式來脫除N0X，吸附劑的性能是影響NOJ兌除的關(guān)鍵。隨著新型吸附劑不斷的被研發(fā)出來，使得該方法具有一定的應(yīng)用前景。催化法是目前較為成熟的脫硝技術(shù)，又可分為選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR) ACR法是利用還原劑氨類物質(zhì)在催化劑作用下，將NOx還原為無毒污染的仏和出0，該法脫硝效率能夠達到90%以上，但存在設(shè)備龐大、初期投資巨大和運行費用高等問題，且氨在船上儲運會給船舶安全帶來隱患，特別是當尾氣中有SO2存在時，會和氨反應(yīng)生成硫酸氨，污染催化劑和堵塞催化反應(yīng)器的通道。SNCR法是在高溫(通常在900?1200°C)、無催化劑的條件下向尾氣中噴射還原劑將NOx還原為N2和H2O,該方法最主要的特點是不需要使用催化劑，但存在脫硝效率不高(一般只能達到50%)、能耗高、過量的還原劑造成二次污染等問題。
[0006]針對船舶尾氣處理，若采用單項脫除，不但占地面積大、能耗高，且投資、操作和運行費用高。因此，脫硫脫硝一體化處理系統(tǒng)勢必是船舶尾氣綜合治理的發(fā)展方向，具有廣闊的實際應(yīng)用前景?，F(xiàn)有脫硫脫硝一體化技術(shù)主體思路是將上述單獨脫硫或單獨脫硝技術(shù)有機結(jié)合使用，但無論是先脫硫還是先脫硝普遍存在脫硫、脫硝效率不高、投資與運行費用較高、固體物質(zhì)在船上儲存困難、能耗高、脫硫脫硝技術(shù)難以有效銜接等問題。由于船舶尾氣處理技術(shù)受船舶類型、船舶空間、能耗等因素的限制，陸地上使用的脫硫脫硝技術(shù)無法在船舶上應(yīng)用。因此，通過技術(shù)革新、改進或優(yōu)化，研發(fā)出高效、經(jīng)濟的船舶尾氣處理系統(tǒng)具有現(xiàn)實和重大的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種船舶尾氣脫硝工藝及系統(tǒng)、脫硫脫硝一體化工藝及系統(tǒng)，當船舶使用低硫油時，可采用本發(fā)明的船舶尾氣脫硝工藝，船舶尾氣脫硝工藝及系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較高的脫硝效率，節(jié)省能耗，而當船舶使用硫含量較高時，本發(fā)明的脫硫脫硝一體化工藝及系統(tǒng)將脫硫和脫硝結(jié)合在一起，達到較高的脫硫脫硝效率的同時大大節(jié)省了成本，滿足尾氣排放標準。
[0008]—種船舶尾氣脫硝工藝，其包括以下步驟:
(1)尾氣降溫
船舶排放的船舶尾氣進行降溫；
(2)N0x吸附
降溫后的船舶尾氣進入吸附塔，船舶尾氣中的NOx被吸附塔中吸附劑吸附，吸附NOx后的凈化廢氣通過排氣管排放，當排氣管末端監(jiān)測到NOx穿透濃度達到排放限值時，關(guān)閉吸附塔的尾氣進口和出口；
(3)脫附吸附在吸附劑上的NOx
吸附劑升溫，脫附NOx時，開啟脈沖等離子體裝置，布置在吸附床中的脈沖等離子體放電電極放電使得吸附在吸附劑上的NOx脫附，脫附的NOx被負壓風(fēng)機抽出吸附塔，形成等離子體協(xié)同變溫變壓脫附，吸附塔得到再生，再生完成后的吸附塔等待進行下一次的吸附；
(4)低溫等離子體分解
脫附出來的NOx氣體進入脈沖等離子體反應(yīng)器處理，NOx部分分解成N2，部分被氧化為
NO2;
(5)吸收還原
步驟(4)中分解或氧化后的氣體被送入還原塔，通過Na2S03溶液噴淋，將N02還原成N2，同時Na2SO3溶液被氧化成Na2SO4溶液;處理后的氣體組分為N2和少量殘余NOx，處理后的氣體被送回至吸附塔前與船舶尾氣混合，重復(fù)步驟(2)-(5)。
[0009]其進一步特征在于，步驟(I)中降溫包括油氣換熱器換熱降溫和海水冷卻兩個步驟，海水冷卻步驟具體為:經(jīng)油氣換熱器換熱后的船舶尾氣進入。海水冷卻塔，向海水冷卻塔內(nèi)噴淋海水使船舶尾氣進一步冷卻。
[0010]吸附塔包括兩個或兩個以上，當進行吸附工作的吸附塔排出的尾氣經(jīng)排氣管末端煙氣監(jiān)測儀監(jiān)測到NOx穿透濃度達到排放限值時關(guān)閉該吸附塔的尾氣進口和出口，進行步驟(4)的脫附工作，脫附工作完成的吸附塔重新打開尾氣進口和出口進行吸附工作;兩種工作狀態(tài)的吸附塔交替工作實現(xiàn)船舶尾氣的連續(xù)吸附； 吸附劑為工業(yè)級H-ZSM-300疏水型分子篩，或上述分子篩與其他硅鋁比的H型分子篩混合使用，步驟(4)中吸附塔內(nèi)吸附劑升溫至120度時開啟脈沖等離子體裝置，布置在吸附床中的脈沖等離子體線板式電極放電，使得吸附在吸附劑上的NOx脫附；步驟(4)中的脈沖等離子體放電電極與步驟(5)中的脈沖等離子體反應(yīng)器采用同一套電源，一個電極布置于吸附塔內(nèi)，另一個布置于吸附塔外的脈沖等離子體反應(yīng)器。
[0011]—種船舶尾氣脫硫脫硝一體化工藝，其包括以下步驟:
(1)尾氣降溫
船舶排放的船舶尾氣進行降溫；
(2)洗滌水洗滌
降溫后的船舶尾氣進入洗滌塔，向洗滌塔內(nèi)噴淋洗滌水洗滌船舶尾氣中的PM;
(3)鈉堿吸收
經(jīng)淡水洗滌后的船舶尾氣進入鈉堿吸收塔，向鈉堿吸收塔噴淋NaOH溶液吸收船舶尾氣的SOx，NaOH溶液吸收SOx后生成Na2SO3溶液并收集；
(4)N0x吸附
去除PM和SOx后的船舶尾氣進入吸附塔，船舶尾氣中的NOx被吸附塔中吸附劑吸附，吸附NOx后的凈化廢氣通過排氣管排放，當排氣管末端煙氣監(jiān)測儀監(jiān)測到NOx穿透濃度達到排放限值時，關(guān)閉吸附塔的尾氣進口和出口；
(5)脫附吸附在吸附劑上的吸附水
當吸附塔內(nèi)不再通入船舶尾氣時，對吸附塔內(nèi)吸附劑加熱至100度，吸附水受熱脫附形成水蒸氣，水蒸氣通過負壓風(fēng)機抽走；
(6)脫附吸附在吸附劑上的NOx
吸附劑繼續(xù)升溫，同時開啟脈沖等離子體裝置，布置在吸附床中的脈沖等離子體放電電極放電使得吸附在吸附劑上的NOx脫附，脫附的NOx被負壓風(fēng)機抽出吸附塔，形成等離子體協(xié)同變溫變壓脫附，吸附塔得到再生，再生完成后的吸附塔等待進行下一次的吸附；
(7)低溫等離子體分解
脫附出來的NOx氣體進入脈沖等離子體反應(yīng)器處理，NOx部分分解成N2，部分被氧化為
NO2;
(8)吸收還原
步驟(7)中分解或氧化后的氣體被送入還原塔，通過步驟(3)中產(chǎn)生的Na2SO3溶液噴淋，將NO2還原成N2，同時溶液中的Na2SO3被氧化成Na2SO4;處理后的氣體組分為N2和少量殘余NOx，處理后的氣體被送回至淡水洗滌塔前與船舶尾氣混合，重復(fù)步驟(2)-(8)。
[0012]其進一步特征在于，步驟(2)中洗滌塔噴淋的洗滌水為淡水，步驟(3)鈉堿吸收與步驟(4)N0x吸附之間還包括海水冷卻步驟:
步驟(3)中去除SOx后的船舶尾氣進入海水