CN108704466A - 一种氨法船舶尾气脱硫脱硝一体化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氨法船舶尾气脱硫脱硝一体化装置及方法，包括烟气冷却器、洗涤塔、NO氧化器，还包括废水处理单元和废水中和反应单元；船舶柴油机与烟气三通阀连通，烟气三通阀的一路直接连通到大气，另一路连通到烟气冷却器，烟气冷却器通过洗涤塔烟气截止阀连通到洗涤塔的底部，NO氧化器与洗涤塔的顶部相连，烟气单向阀连通NO氧化器和废水处理单元，废水处理单元与废水中和反应单元相连；本发明提出的船舶脱硫脱硝一体化装置和方法SO2和NO的效率高、经济性好、***组成简单、无二次污染，经过处理的洗涤水中不含硝酸盐，充分满足IMO废水排放的相关控制标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种尾气脱硫脱硝方法及装置，尤其涉及一种氨法船舶尾气脱硫脱硝一体化方法及装置，属于柴油机尾气净化技术领域。
背景技术
随着世界贸易量的增加，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的推进动力装置，船舶柴油机在工作的过程中会产生大量的NO和SO2，这些有害气体会对人体健康和自然环境构成很大的威胁。国际海事组织IMO对于船舶排放一直以来都有严格的限制标准，国内外众多科研机构致力于船舶尾气处理的相关研究。
目前，船舶尾气脱硫技术主要有海水洗涤和碱法洗涤技术，船舶尾气脱硝技术主要有选择性催化还原技术SCR和废气再循环技术EGR。主流的脱硫技术和脱硝技术存在占地面积大、初投资成本高、运行维护管理难度大、耗能高等缺点。因此，脱硫脱硝一体化技术成为研究的热点课题，许多科研工作者提出了脱硫脱硝一体化的技术路线，但是都存在明显的缺陷。
在申请号为201010540886.0的专利《船舶废气的脱硫脱硝方法及处理装置》中利用臭氧和过氧化氢的方法实现船舶尾气的一体化脱除。该发明臭氧的产生会耗费大量的电能，使得整套***的经济性变差；过氧化氢是一种强氧化剂，具有很强的腐蚀性，其储存的难度较大，同时给船员的生产安全带来很大威胁；而且该装置的反应器有三个反应槽，烟气在反应器中会有较大的压降，会严重影响柴油机的工作性能。
在申请号为201010174281.4的专利《一种用于海洋船舶尾气同步脱硫脱硝的方法》中，利用臭氧和海水洗涤的方法将烟气中的NO和SO2转化为硝酸和硫酸，最终排海。该发明中，柴油机产生的烟气经过多个90°转角最终进入洗涤塔，会极大地增加柴油机的背压，影响柴油机的工作性能，该脱硫脱硝一体化方法最终的产物是硝酸和硫酸，IMO的相关排放法规不允许酸性物质直接入海，因此该方法在实际应用中存在较大的问题。
在申请号为201410756640.5的专利《一种船舶内燃机尾气脱硫脱硝方法》中，利用两座洗涤塔实现船舶烟气的脱硫脱硝，该发明中包含两座洗涤塔会带来较大的耗能，同时两座洗涤塔会占用大量的船舶有效空间。在脱硝洗涤塔中，一部分NO2会与H2O反应生成HNO3和NO，会使尾气中含有大量的NO，同时洗涤水中存在硝酸盐，带来二次污染；且苯二胺是一种有毒的化学物质，会严重威胁到船员的身体健康。
综上所述，现有的船舶脱硫脱硝一体化技术在实际应用中存在诸多问题，迫切需要开发高效、经济、能够满足相关排放标准的脱硫脱硝一体化技术。
发明内容
本发明的目的是为了提供了一种高效、经济、能够满足相关排放标准的氨法船舶尾气脱硫脱硝一体化装置。本发明还提供了一种氨法船舶尾气脱硫脱硝一体化方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种氨法船舶尾气脱硫脱硝一体化装置，包括烟气冷却器3、洗涤塔9、NO氧化器12，还包括废水处理单元29和废水中和反应单元35；
船舶柴油机1与烟气三通阀2连通，烟气三通阀2的一路直接连通到大气，另一路连通到烟气冷却器3，烟气冷却器3通过洗涤塔烟气截止阀10连通到洗涤塔9的底部，NO氧化器12与洗涤塔9的顶部相连，烟气单向阀20连通NO氧化器12和废水处理单元29，废水处理单元29与废水中和反应单元35相连；
所述的烟气冷却器3与依次连接的冷却剂出口流量计6、冷却剂三通电磁阀7、冷却器5、冷却剂入口流量计4构成回路；
所述的洗涤塔9包括上下两层喷淋喷淋***：下层喷淋***喷淋氨溶液，上层喷淋***喷淋废水处理单元29产生的酸性洗涤水；
尿素溶液储存罐17与尿素溶液供给泵19相连，尿素溶液供给泵19通过尿素溶液单向阀18与尿素溶液热解发生器25相连，尿素溶液热解发生器25与氨溶液缓冲柜22相连，氨溶液缓冲柜22通过氨溶液喷淋供给泵23与下层喷淋***相连；
尿素热解温度控制单元15采集尿素热解温度传感器16的温度信号，从而调节冷却剂三通电磁阀7的旁通开度，其中尿素溶液热解发生器25中热解的热量来源于冷却烟气的冷却器5的热量；氨溶液喷射控制单元14采集烟气入口SO2浓度传感器11的信号，从而控制氨溶液流量控制电磁阀21的开度；
所述的废水处理单元29的上部通过铁合金粉末加装控制电磁阀27与铁合金粉末储存罐26相连，底部与渣滓储存柜30相连，所述的废水处理单元29的废水出口安装有滤器28，废水中和反应单元35通过滤器28与废水中和反应单元35相连，废水中和反应单元35与废水水质监测装置37相连；铁合金粉末加装控制单元31采集硝酸根离子浓度传感器32的信号，从而控制铁合金粉末加装控制电磁阀27的开度；废水中和控制单元34采集废水pH传感器36的信号，从而控制废水中和控制电磁阀33的开度。
一种氨法船舶尾气脱硫脱硝一体化方法，包括以下步骤：
a.船舶柴油机1排出的烟气经过烟气三通阀2和烟气冷却器3；
b.从烟气冷却器3排出的低温烟气从洗涤塔9的底部进入，经过下层喷淋***将烟气中的SO2转化为(NH4)2SO3和NH4HSO3，之后烟气上行经过上层喷淋***，除去挥发的氨气，烟气经过除雾器13和排气引风机8排出洗涤塔9；
c.排出洗涤塔9的烟气进入NO氧化器12，烟气中的NO被氧化为NO2；烟气从底部进入废水处理单元29，其中的NO2与洗涤液中的(NH4)2SO3和NH4HSO3反应生成N2、(NH4)2SO4和少量的硝酸盐，废水处理单元29中的少量硝酸盐用铁合金粉末处理，将硝酸盐转变为铵盐，当废水处理单元29中排出的废水符合排放标准，则废水排入大海，否则废水进行循环再次处理；
d.尿素溶液储存在尿素溶液储存罐17中，尿素溶液供给泵19将尿素溶液驳运至尿素溶液热解发生器25中，尿素热解温度控制单元15采集尿素热解温度传感器16的温度信号，从而调节冷却剂三通电磁阀7的旁通开度，进而实现尿素热解的加温过程；
储存在尿素溶液热解发生器25中产生的氨溶液被驳运至氨溶液缓冲柜22中，之后被氨溶液喷淋供给泵23输送至下层喷淋***，氨溶液喷射控制单元14采集烟气入口SO2浓度传感器11的信号，从而控制氨溶液流量控制电磁阀21的开度，实现烟气的脱硫；
在废水处理单元29中，铁合金粉末加装控制单元31采集硝酸根离子浓度传感器32的信号，从而控制铁合金粉末加装控制电磁阀27的开度，实现铁合金粉末的适量添加；
在废水处理单元的废水出口安装滤器28，过滤的渣滓被收集到渣滓储存柜30中，废水处理单元排出的废水进入废水中和反应单元35中，废水中和控制单元34采集废水pH传感器的信号，从而控制废水中和控制电磁阀33的开度，控制废水的pH在7.0～8.0之间，从废水中和控制单元34排出的废水经过废水水质监测装置37，若水质合格，则废水排海，若水质不合格，则废水通过废水排出三通阀38被循环至废水处理单元的继续处理。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.NO氧化方法为臭氧氧化法、等离子法或催化氧化法。
2.烟气冷却器中的冷却剂为油或水。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1本发明的脱硫脱硝一体化技术只有一座洗涤塔，相关的配套动力机械较少，能够很大程度地减少船舶有效空间的使用，同时会极大地减少能耗，经济性好；
2本发明中的洗涤液为氨溶液，氨溶液是通过尿素热解产生的，尿素溶液价格合理，同时尿素溶液在船上的存储较为方便；
3本发明采用洗涤塔的形式实现脱硫脱硝一体化，气相与液相之间的接触面积较大，反应效率高；
4本发明中尿素热解热量来源于烟气冷却的热量，实现了废热的有效利用，极大地降低了能耗，同时减少了尿素热解加热的设备，使***组成更加简单；
5本发明为防止氨水中的氨气挥发形成氨逃逸，增加一层除氨喷淋，实现了过量氨的收集，在尾气净化过程中不会产生二次污染；
6本发明废水处理单元中使用价格低廉的铁合金粉末作为添加药品，实现了废水中硝酸根离子的脱除，使产生的废水完全符合IMO的控制标准；
7本发明的脱硫脱硝一体化技术能够完全脱除柴油机尾气中的NO和SO2，所产生的洗涤水中不含硝酸盐，排放废水的pH通过调控能够满足IMO对于排海废水的要求标准；
8发明能改极大地减少***的占地面积，消耗物的成本明显降低。本发明采用湿法洗涤脱除技术能够有效提高脱除效率，***组成较为简单，同时降低了***的能耗以及***维护的难易程度。
附图说明
图1是：本发明的氨法船舶尾气脱硫脱硝一体化装置和方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1，其中1为船舶柴油机、2为烟气三通阀、3为烟气冷却器、4为冷却剂入口流量计、5为冷却器、6为冷却剂出口流量计、7为冷却剂三通电磁阀、8为排气引风机、9为洗涤塔、10为洗涤塔烟气截止阀、11为烟气入口SO2浓度传感器、12为NO氧化器、13为除雾装置、14为氨溶液喷射控制单元、15为尿素热解温度控制单元、16为尿素热解温度传感器、17为尿素溶液储存罐、18为尿素溶液单向阀、19为尿素溶液供给泵、20为烟气单向阀、21为氨溶液流量控制电磁阀、22为氨溶液缓冲柜、23为氨溶液喷淋供给泵、24为洗涤废水驳运泵、25为尿素溶液热解发生器、26为铁合金粉末储存罐、27为铁合金粉末加装控制电磁阀、28为滤器、29为废水处理单元、30为渣滓储存柜、31为铁合金粉末加装控制单元、32为硝酸根离子浓度传感器、33为废水中和控制电磁阀、34为废水中和控制单元、35为废水中和反应单元、36为废水pH传感器、37为废水水质监测装置、38为废水排出三通阀。
本发明提出一种湿法洗涤的船舶脱硫脱硝一体化装置和方法，本发明的洗涤液为氨溶液，氨溶液是由尿素溶液配制的。在洗涤塔中，烟气中的SO2被氨溶液吸收，发生反应生成NH42SO3和NH4HSO3，洗涤塔排出的烟气中的NO在NO氧化装置中被氧化为NO2。在废水处理单元中，NO2与洗涤液中的NH42SO3和NH4HSO3作用，生成硝酸盐和氮气。至此，柴油机尾气中的SO2转变为硫酸盐，尾气中的NO转变为硝酸盐和氮气。为避免海水富营养化，符合IMO对洗涤废水排放的要求，在废水处理单元中用铁合金粉末将废水中的硝酸盐还原为铵盐，实现绿色排放。
本发明提供的脱硫脱硝一体化技术具体实施步骤如下：
1船舶柴油机排出的废气经过烟气三通阀和烟气冷却器。
2从烟气冷却器排出的低温废气从反应塔的底部进入反应塔，经过反应塔中的下层氨喷淋***将烟气中的SO2转化为NH42SO3和NH4HSO3，之后烟气上行经过除氨喷淋***，将下层喷淋***挥发的氨气去除，防止氨逃逸。烟气经过除雾器和排气引风机排出洗涤塔。
3排出反应塔的废气进入NO氧化器，在NO氧化器中，烟气中的NO被氧化为NO2。烟气从废水水处理反应单元的底部进入废水水处理反应单元，在废水水处理反应单元中，烟气中的NO2与洗涤液中的NH42SO3和NH4HSO3反应生成N2、NH42SO4和少量的硝酸盐，废水处理单元中的少量硝酸盐用铁合金粉末处理，将硝酸盐转变为铵盐，当水处理单元中排出的废水符合IMO的排放标准，则废水排入大海，如果水质不符合排放标准，则进行循环再次处理。
4***中的氨溶液是尿素水溶液通过热解的方式制取的，其中热解的热量来源于冷却烟气的冷却剂的热量，这种方式能够极大地节省能耗。
本发明涉及到得化学反应如下：
1洗涤塔：
SO2+2NH3·H2O→NH42SO3+H2O
SO2+NH3·H2O→NH4HSO3
2水处理单元：
4NO2+H2O+3NH42SO3→N2↑+3NH42SO4+2HNO3
4NO2+H2O+3NH4HSO3→N2↑+3NH4HSO4+2HNO3
NO3 -+10H++8e-→NH4 ++3H2O
Fe→Fe2++2e-
NO3 -+10H++4Fe→NH4 ++3H2O+4Fe2+
本发明提出的一体化脱除技术做详细的说明：本发明是基于氨法的船舶尾气一体化脱除技术。船舶柴油机1产生的废气经过烟气三通阀2，烟气进入烟气冷却器3中，低温烟气通过洗涤塔烟气截止阀10之后从洗涤塔的底部进入洗涤塔9，在洗涤塔中，烟气中的SO2与下层洗涤的氨溶液反应，烟气中的硫元素转化为亚硫酸盐和亚硫酸氢盐，含有少量氨气的烟气在洗涤塔中继续上行，氨气与上层洗涤的酸性洗涤水反应，氨气转化为铵盐。经过洗涤的烟气经过除雾器13和排气引风机8排出洗涤塔，在NO氧化器12中，烟气中的NO被氧化为NO2，之后烟气进入废水处理单元29中，烟气中的NO2与洗涤水中亚硫酸盐和亚硫酸氢盐反应，烟气中的氮被转化为氮气和硝酸，经过处理的烟气从废水处理单元29的上方排入大气。
尿素溶液储存在尿素溶液储存罐17中，尿素溶液供给泵19将尿素溶液驳运至尿素溶液热解发生器25中，尿素热解温度控制单元15采集尿素热解温度传感器16的温度信号，从而调节冷却剂三通电磁阀7的旁通开度，进而实现尿素热解的加温过程。储存在尿素溶液热解发生器25中产生的氨溶液被驳运至氨溶液缓冲柜22中，之后被氨溶液喷淋供给泵23输送至下层喷淋***，氨溶液喷射控制单元14采集烟气入口SO2浓度传感器11的信号，从而控制氨溶液流量控制电磁阀21的开度，实现烟气的脱硫。
在废水处理单元29中，铁合金粉末加装控制单元31采集硝酸根离子浓度传感器32的信号，从而控制铁合金粉末加装控制电磁阀27的开度，实现铁合金粉末的适量添加。在废水处理单元的废水出口安装滤器28，过滤的渣滓被收集到渣滓储存柜30中，废水处理单元排出的废水进入废水中和反应单元35中，废水中和控制单元34采集废水pH传感器的信号，从而控制废水中和控制电磁阀33的开度，控制废水的pH在7.0～8.0之间，从废水中和控制单元排出的废水经过废水水质监测装置37，若水质合格，则废水排海；若水质不合格，则废水通过废水排出三通阀38被循环至废水处理单元的继续处理。
本文所提到的铁合金粉末应该被广泛地理解为以铁为反应主体金属粉末，本文中涉及的NO氧化方法应当包括臭氧氧化法、等离子法、催化氧化法等所有能将NO氧化为NO2的技术手段，本发明在烟气冷却器中提到的冷却剂包括油、水等所有起冷却作用的液体介质。
本文提到的洗涤塔应该被广泛地理解为包括填料塔、喷淋塔等所有利用湿法洗涤的脱除污染物的塔型。
虽然本文中已经结合实施例对本发明进行了描述，但应该理解的是，本发明不局限于所公开的实施方式，而是在如所附权利要求中限定的一样涵盖其特征的各种组合或者修改已经包含在本发明的范围内的一些其他应用。
综上：本发明公开了一种基于氨法的船舶柴油机脱硫脱硝一体化装置和方法。该套装置主要包括烟气冷却、烟气洗涤、NO氧化、氨溶液制取、废水处理等流程。在洗涤塔中利用氨溶液喷淋洗涤将烟气中的SO2脱除，在废水处理单元中，NO2与洗涤水中的硫酸盐和硫酸氢盐反应，从而实现烟气脱硝。本发明的洗涤塔设置两层喷淋，下层为洗涤脱硫喷淋，上层通过喷淋酸性洗涤水防止氨逃逸。在废水处理单元中，通过铁合金粉末在酸性环境中与硝酸根离子反应，将废水中的硝酸根离子转化为铵盐。本发明提出的船舶脱硫脱硝一体化装置和方法SO2和NO的效率高、经济性好、***组成简单、无二次污染，经过处理的洗涤水中不含硝酸盐，充分满足IMO废水排放的相关控制标准。
Claims (4)
1.一种氨法船舶尾气脱硫脱硝一体化装置，包括烟气冷却器(3)、洗涤塔(9)、NO氧化器(12)，其特征是，还包括废水处理单元(29)和废水中和反应单元(35)；
船舶柴油机(1)与烟气三通阀(2)连通，烟气三通阀(2)的一路直接连通到大气，另一路连通到烟气冷却器(3)，烟气冷却器(3)通过洗涤塔烟气截止阀(10)连通到洗涤塔(9)的底部，NO氧化器(12)与洗涤塔(9)的顶部相连，烟气单向阀(20)连通NO氧化器(12)和废水处理单元(29)，废水处理单元(29)与废水中和反应单元(35)相连；
所述的烟气冷却器(3)与依次连接的冷却剂出口流量计(6)、冷却剂三通电磁阀(7)、冷却器(5)、冷却剂入口流量计(4)构成回路；
所述的洗涤塔(9)包括上下两层喷淋喷淋***：下层喷淋***喷淋氨溶液，上层喷淋***喷淋废水处理单元(29)产生的酸性洗涤水；
尿素溶液储存罐(17)与尿素溶液供给泵(19)相连，尿素溶液供给泵(19)通过尿素溶液单向阀(18)与尿素溶液热解发生器(25)相连，尿素溶液热解发生器(25)与氨溶液缓冲柜(22)相连，氨溶液缓冲柜(22)通过氨溶液喷淋供给泵(23)与下层喷淋***相连；尿素热解温度控制单元(15)采集尿素热解温度传感器(16)的温度信号，从而调节冷却剂三通电磁阀(7)的旁通开度，其中尿素溶液热解发生器(25)中热解的热量来源于冷却烟气的冷却器(5)的热量；氨溶液喷射控制单元(14)采集烟气入口SO2浓度传感器(11)的信号，从而控制氨溶液流量控制电磁阀(21)的开度；
所述的废水处理单元(29)的上部通过铁合金粉末加装控制电磁阀(27)与铁合金粉末储存罐(26)相连，底部与渣滓储存柜(30)相连，所述的废水处理单元(29)的废水出口安装有滤器(28)，废水中和反应单元(35)通过滤器(28)与废水中和反应单元(35)相连，废水中和反应单元(35)与废水水质监测装置(37)相连；铁合金粉末加装控制单元(31)采集硝酸根离子浓度传感器(32)的信号，从而控制铁合金粉末加装控制电磁阀(27)的开度；废水中和控制单元(34)采集废水pH传感器(36)的信号，从而控制废水中和控制电磁阀(33)的开度。
2.一种氨法船舶尾气脱硫脱硝一体化方法，其特征是，包括以下步骤：
a.船舶柴油机(1)排出的烟气经过烟气三通阀(2)和烟气冷却器(3)；
b.从烟气冷却器(3)排出的低温烟气从洗涤塔(9)的底部进入，经过下层喷淋***将烟气中的SO2转化为(NH4)2SO3和NH4HSO3，之后烟气上行经过上层喷淋***，除去挥发的氨气，烟气经过除雾器(13)和排气引风机(8)排出洗涤塔(9)；
c.排出洗涤塔(9)的烟气进入NO氧化器(12)，烟气中的NO被氧化为NO2；烟气从底部进入废水处理单元(29)，其中的NO2与洗涤液中的(NH4)2SO3和NH4HSO3反应生成N2、(NH4)2SO4和少量的硝酸盐，废水处理单元(29)中的少量硝酸盐用铁合金粉末处理，将硝酸盐转变为铵盐，当废水处理单元(29)中排出的废水符合排放标准，则废水排入大海，否则废水进行循环再次处理；
d.尿素溶液储存在尿素溶液储存罐(17)中，尿素溶液供给泵(19)将尿素溶液驳运至尿素溶液热解发生器(25)中，尿素热解温度控制单元(15)采集尿素热解温度传感器(16)的温度信号，从而调节冷却剂三通电磁阀(7)的旁通开度，进而实现尿素热解的加温过程；
储存在尿素溶液热解发生器(25)中产生的氨溶液被驳运至氨溶液缓冲柜(22)中，之后被氨溶液喷淋供给泵(23)输送至下层喷淋***，氨溶液喷射控制单元(14)采集烟气入口SO2浓度传感器(11)的信号，从而控制氨溶液流量控制电磁阀(21)的开度，实现烟气的脱硫；
在废水处理单元(29)中，铁合金粉末加装控制单元(31)采集硝酸根离子浓度传感器(32)的信号，从而控制铁合金粉末加装控制电磁阀(27)的开度，实现铁合金粉末的适量添加；
在废水处理单元的废水出口安装滤器(28)，过滤的渣滓被收集到渣滓储存柜(30)中，废水处理单元排出的废水进入废水中和反应单元(35)中，废水中和控制单元(34)采集废水pH传感器的信号，从而控制废水中和控制电磁阀(33)的开度，控制废水的pH在7.0～8.0之间，从废水中和控制单元(34)排出的废水经过废水水质监测装置(37)，若水质合格，则废水排海，若水质不合格，则废水通过废水排出三通阀(38)被循环至废水处理单元的继续处理。
3.根据权利要求2所述的一种氨法船舶尾气脱硫脱硝一体化方法，其特征是，所述的NO被氧化为NO2的方法为臭氧氧化法、等离子法或催化氧化法。
4.根据权利要求2或3所述的一种氨法船舶尾气脱硫脱硝一体化方法，其特征是，所述烟气的冷却器(5)中的冷却剂为油或水。
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