CN114392642A - 一种船舶排烟中二氧化碳捕捉*** - Google Patents

一种船舶排烟中二氧化碳捕捉*** Download PDF

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Abstract

本发明属于温室气体处理技术领域，尤其涉及船舶等排烟中二氧化碳气体的处理装置。一种船舶排烟中二氧化碳捕捉***，包括高压海水泵、氢氧化钠制取装置、捕捉室和生成物储存舱、控制单元；所述高压海水泵通过进液管道与氢氧化钠溶液制取装置连接，氢氧化钠溶液制取装置经由出液管道与捕捉室连接；所述出液管道位于捕捉室内的一端设有雾化喷头；所述捕捉室连接生成物储存舱；所述捕捉室通过排气管道与船舶石化燃料发动机的排烟口连接；所述控制单元与水泵、氢氧化钠溶液制取装置连接，用于控制氢氧化钠溶液制取装置的产量和启停。本发明利用电解氯化钠溶液制取氢氧化钠溶液的原理，将生成的氢氧化钠溶用来处理排烟中的二氧化碳，能耗低，经济环保。

Description

一种船舶排烟中二氧化碳捕捉***
技术领域
本发明属于温室气体处理技术领域，尤其涉及船舶等排烟中二氧化碳气体的捕捉装置。
背景技术
现代船舶大多数以燃烧石化燃料获取动力，石化燃料后，生成大量的以二氧化碳为主的温室气体，为了配合全球减少以二氧化碳为主的温室排放，现在很多厂商在推出二氧化碳捕捉***。
现在推出相对成熟的船舶排烟二氧化碳捕捉***方案主要有用海水冷却后的排烟，进入低温冷却***，将排烟中的二氧化碳制取固态的二氧化碳（商业名称“干冰”），再将干冰冷却储存在船舶上，抵岸进行后回收，将干冰沉入深海中储存。
上述的方案最多的缺点是能耗较大，成本较高。一条船舶每天的能耗需要几十吨至上百吨的碳消耗，燃烧后生成二氧化碳，重量增加2.67倍，排烟中还有燃烧过程中生成氮氧化物，将排烟冷却到海水不能再降低的温度，再进入冷却***，需要大量的海水参与、消耗大量的电能；将再冷却排烟中的二氧化碳冷却成固体的干冰，需要将二氧化碳再次降温，并且吸收二氧化碳的液化和凝结放出的液化和凝结释放出的热量，需要庞大的制冷***才能完成，由于制冷***设备庞大，初置费用高，管理费用大，人工维护复杂，同时也需要庞大的电能作为支持，同时也需要消耗大量的电源，所以这种二氧化碳捕捉方式没有得到广泛的应用。
干冰制取完成后，根据船舶燃烧的燃油数量不同，需要有船舶油舱容量相当或超过的干冰储存空间，需要大容量制冷***继续工作，维持低温，保持干冰不融化状态，也需要制冷装置不停工作来维持。干冰抵岸回收后，也需要制冷装置运行维持低温，使干冰保持不熔化，才能运到深海储存。
当排气冷却至170℃以下，废气中的水份凝结后能够与废气中的酸酐（硫氧化物、氮氧化物）结合成酸性物质，对钢铁制品腐蚀性极强，对于冷却器的耐腐性要求较高，需要使用昂贵的耐腐性较强的钛合金等材料。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中能耗过大、干冰储存空间要求高、需要到指定的深海海域投放的问题，提供一种船舶排烟中二氧化碳处理***，该***利用海上本身存在的海水和本船的电力制取氢氧化钠溶液，并用制取的氢氧化钠溶液与排烟中的二氧化碳发生化学反应生成化学性质相对稳定的碳酸钠或碳酸氢钠，储存在船上，或者交岸回收利用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种船舶排烟中二氧化碳捕捉***，包括高压水泵、氢氧化钠制取装置、二氧化碳捕捉室和生成物储存舱、控制单元，其中，所述高压海水泵通过进液管道与氢氧化钠溶液制取装置连接，氢氧化钠溶液制取装置经由出液管道与二氧化碳捕捉室连接；所述出液管道位于二氧化碳捕捉室内的一端设有雾化喷头；所述二氧化碳捕捉室连接生成物储存舱；所述二氧化碳捕捉室通过排气管道与船舶石化燃料发动机的排烟口连接；所述控制单元与高压水泵、氢氧化钠溶液制取装置连接，用于控制氢氧化钠溶液制取装置的产量和启停。
进一步地，所述的高压水泵与氢氧化钠制取装置之间设有氯化钠反渗透单元。
进一步地，所述的氢氧化钠制取装置包括箱体和设置在所述箱体内的电解电极。
进一步地，所述氢氧化钠制取装置还包括箱体内设置的加热装置，用以浓缩氯化钠溶液。
进一步地，所述氢氧化钠制取装置还包括箱体内设置的氯化钠浓度传感器，所述氯化钠浓度传感器与控制单元相连接。
进一步地，与所述氢氧化钠溶液制取装置连接的进液管道和出液管道上分别设有电控阀，用于调节氢氧化钠制取装置的进液量或出液量。
进一步地，所述箱体上设置氢气排出口。
进一步地，与所述氢氧化钠制取装置连接的出液管道上设有增压泵。
进一步地，其特征在于：所述的捕捉室设有没有被捕捉的尾气排出口。
本发明的船舶排烟中二氧化碳捕捉***，充分利用了船上已有设备，和舷外非常方便取汲的海水，利用高压海水泵和氯化钠反渗透膜提纯氯化钠溶液，利用电解氯化钠溶液的原理，制取氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液加压后雾化与排烟中的二氧化碳发生反应，制成物理和化学性质都相对稳定的碳酸钠或碳酸氢钠，可以回收利用或在方便的海域投放，能耗低，管理方便。电解过程中伴生的氢气，也可以回收利用。
附图说明
图1为本发明实施例中船舶排烟中二氧化碳捕捉***的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中氢氧化钠制取装置的结构连接示意图；
图中1.高压海水泵；2.氯化钠溶液反渗透过滤装置；3.电解氯化钠制取氢氧化钠装置；4.氢气处理装置；5.氢氧化钠加压泵；6.石化燃料发动机；7.二氧化碳捕捉室；8.生成物储存舱；9.氢氧化钠雾化喷头；10.排气管；11.进液管道；12.箱体；13.电解阳极；14.出液管道；15.电解阴极；16.加热装置；17.第一电控阀；18.第二电控阀；19.控制单元；20. 氯化钠浓度传感器；21. 排液电控阀。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
本实施例提供一种船舶排烟中二氧化碳捕捉***，该***的结构如图1和图2所示，主要包括：高压海水泵1、氯化钠溶液反渗透过滤装置2、氢氧化钠制取装置3、增压泵5、二氧化碳捕捉室7、氢氧化钠雾化喷头9、生成物储存舱8、控制单元19等。
其中，高压海水泵1通过进液管道11依次连接氯化钠溶液反渗透过滤装置2，氢氧化钠溶液制取装置3通过出液管道14连接到二氧化碳捕捉室7。氯化钠溶液反渗透过滤装置22与氢氧化钠制取装置3之间的进液管道上设有第一电控阀17。出液管道14的前端设有增压泵5和第二电控阀18，出液管道14的末端位于二氧化碳捕捉室7内，该末端安装氢氧化钠雾化喷头9。燃用石化燃料发动机6的排烟口通过排气管10与二氧化碳捕捉室7连接，排气管10的出口位于氢氧化钠雾化喷头9的下方。二氧化碳捕捉室7的顶部设有末被吸收的尾气排出口。
如图2所示，氢氧化钠制取装置3主要由箱体12和箱体内的电解阳极13和电解阴极15，以及加热装置16组成。其中，电解阳极13和电解阴极15在通电后，将箱体内的氯化钠溶液电解，生成氢气和氢氧化钠溶液。加热装置16通过加热的方式达到浓缩氯化钠溶液的目的，以使氯化钠的浓度升高，便于电解反应的顺利进行。箱体12内还安装有氯化钠浓度传感器20，氯化钠浓度传感器20与控制单元19相连。箱体12上还设有氢气处理装置，用于将电解反应产生的氢气排出。箱体12上设有排液电控阀21。
本实施例中，氯化钠溶液反渗透过滤装置2采用反渗透膜，该反渗透膜只允许氯化钠溶液通过，不能使其他盐溶液例如氯化镁、氯化钙等溶液通过，起到过滤纯净氯化钠溶液的作用，使进入箱体内的液体为纯净的氯化钠溶液，以便后续电解反应的进行。
第一电控阀17用于调节进入氢氧化钠制取装置3内的氯化钠溶液的进液量，第二电控阀18用于调节氢氧化钠溶液的出液量。
本实施例中，高压海水泵1、增压泵5、第一电控阀17、第二电控阀18、电解阴极15、电解阳极13及加热装置16、排液电控阀21均与控制单元19相连，接受控制单元19的控制。该控制单元19还与石化燃料发动机6连接，收集石化燃料发动机6的排放信号。作为一种优选方式，控制单元19可选择PLC控制器。
本实施例中，船舶排烟中二氧化碳处理***的工作原理详细描述如下：
在启动石化燃料发动机6之前，控制单元19控制高压海水泵1开始工作，海水经进液管道11，进入氯化钠溶液反渗透过滤装置2，经过滤处理，纯净的氯化钠溶液进入氢氧化钠制取装置3的箱体内，此时，控制单元19控制加热装置16开始工作，对氯化钠溶液加热浓缩，通过氯化钠浓度传感器20监测氯化钠溶液的浓度，当氯化钠溶液浓度值达到设定值时，控制单元19控制第一电控阀17和第二电控阀18关闭，同时控制电解阳极13和电解阴极15开始工作，将氯化钠溶液电解生成氢氧化钠溶液和氢气。生成的氢气通过氢气处理装置4排出后回收利用，比如进入内燃机或燃气锅炉产生蒸汽，发电或推进。生成的氢氧化钠溶液达到设定浓度时，控制单元19控制氢氧化钠制取装置3和高压海水泵1暂停。当控制单元19接收到输入的石化燃料发动机6功率变化信号后，第二电控阀18打开，氢氧化钠溶液在增加泵5的加压作用下，通过出液管道14进入二氧化碳捕捉室7内，经氢氧化钠雾化喷头9的雾化作用，喷出氢氧化钠溶液喷雾，氢氧化钠溶液喷雾与排气管10排出的二氧化碳气体相遇，反应生成碳酸氢钠或碳酸钠，产物进入生成物储存室8内，回收后用于其他用途。二氧化碳捕捉室7中没有反应的尾气经尾气排出口排出。氢氧化钠制取装置3内反应后的残液通过排液电控阀21排出。

Claims (9)

1.一种船舶排烟中二氧化碳捕捉***，其特征在于：包括高压海水泵、氢氧化钠制取装置、二氧化碳捕捉室和生成物储存舱、控制单元，其中，所述高压海水泵通过进液管道与氢氧化钠溶液制取装置连接，氢氧化钠溶液制取装置经由出液管道与二氧化碳捕捉室连接；所述出液管道位于二氧化碳捕捉室内的一端设有雾化喷头；所述二氧化碳捕捉室连接生成物储存舱；所述二氧化碳捕捉室通过排气管道与船舶石化燃料发动机的排烟口连接；所述控制单元与高压水泵、氢氧化钠溶液制取装置连接，用于控制氢氧化钠溶液制取装置的产量和启停。
2.根据权利要求1所述的船舶排烟中二氧化碳捕捉***，其特征在于：所述的高压水泵与氢氧化钠制取装置之间设有氯化钠反渗透单元。
3.根据权利要求1所述的船舶排烟中二氧化碳捕捉***，其特征在于：所述的氢氧化钠制取装置包括箱体和设置在所述箱体内的电解电极。
4.根据权利要求3所述的船舶排烟中二氧化碳捕捉***，其特征在于：所述氢氧化钠制取装置还包括箱体内设置的加热装置，用以浓缩氯化钠溶液。
5.根据权利要求3所述的船舶排烟中二氧化碳捕捉***，其特征在于：所述氢氧化钠制取装置还包括箱体内设置的氯化钠浓度传感器，所述氯化钠浓度传感器与控制单元相连接。
6.根据权利要求3所述的船舶排烟中二氧化碳捕捉***，其特征在于：与所述氢氧化钠溶液制取装置连接的进液管道和出液管道上分别设有电控阀，用于调节氢氧化钠制取装置的进液量或出液量。
7.根据权利要求3所述的船舶排烟中二氧化碳处理***，其特征在于：所述箱体上设置氢气排出口。
8.根据权利要求1所述的船舶排烟中二氧化碳捕捉***，其特征在于：与所述氢氧化钠制取装置连接的出液管道上设有增压泵。
9.根据权利要求1-8任一项所述的船舶排烟中二氧化碳捕捉***，其特征在于：所述的捕捉室设有没有被捕捉的尾气排出口。
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