一種船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)，包含依次連接的水泵、電催化裝置、增壓泵、反應(yīng)塔，以及與反應(yīng)塔連接的除塵裝置、煙囪、循環(huán)泵，所述循環(huán)泵還連接電催化裝置輸入端和排放管；所述除塵裝置、反應(yīng)塔和煙囪通過氣體管線連接；所述水泵、電催化裝置、增壓泵、反應(yīng)塔、循環(huán)泵通過液體管線連接。本發(fā)明采用電催化裝置產(chǎn)生的活性水與反應(yīng)塔的構(gòu)造結(jié)合，使脫氮除硫集合到一個設(shè)備中完成；利用活性水氧化不穩(wěn)定的氮氧化物和硫氧化物，減少和縮小了系統(tǒng)設(shè)備的體積，增加了處理效率；所有反應(yīng)用化學(xué)物質(zhì)均為在線產(chǎn)生，可避免人工采購和船舶儲存化工原料的困難；根據(jù)船舶尾氣流量和排放濃度，實現(xiàn)船舶尾氣處理系統(tǒng)的自動化運行，效率更高。
【專利說明】一種船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種尾氣無害化處理系統(tǒng)，具體涉及一種船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)， 屬于環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國際航運業(yè)及遠(yuǎn)洋船舶運輸?shù)陌l(fā)展，船舶發(fā)動機所產(chǎn)生的廢氣排放已成為沿 海地區(qū)尤其是港口的主要污染源。船舶柴油機所使用的燃料為高黏度、高含硫量、高殘?zhí)嫉?重油，其所產(chǎn)生的氣態(tài)排放物中，NOx和SOx占有很大比重。船舶柴油機排放廢氣中的SOx 和NOx等對大氣環(huán)境造成的污染已引起國際社會廣泛的關(guān)注。
[0003] 據(jù)國際海事組織（頂0)的統(tǒng)計：全球的船舶柴油機每年向大氣排放的NOx約為 1000萬噸，SOx約為850萬噸，被污染的海洋大氣可通過氣候作用飄散到1000km以外的地 區(qū)，對全球環(huán)境造成影響。根據(jù)歐盟的調(diào)查，歐洲的機動車排放正逐年下降，但船舶排放卻 在繼續(xù)上升，依據(jù)現(xiàn)行的法規(guī)，到2020年S02、NOx和PM2. 5分別增長42%，47%和56%。船 舶對大氣的污染已經(jīng)不容忽視，特別是在港口、海峽和一些航線密集、船舶流量大的海區(qū)， 船舶排放的廢氣甚至成為該地區(qū)的主要污染源，全球2/3以上的船舶發(fā)動機排氣都產(chǎn)生在 距海岸400km的范圍內(nèi)。2005年在香港葵涌港附近，船舶排放的污染占了 S02排放總量的 36 %，與當(dāng)?shù)氐娜济夯鹆Πl(fā)電站相比，后者僅占6 %。
[0004] 2008年，為了進一步限制船舶排氣污染，頂0第58屆海洋環(huán)境保護委員會批準(zhǔn)了 MARP0L附則VI修正案，明確的提出了降低船舶發(fā)動機SOx和NOx的排放水平。在此修正案 中，提出了燃油中不能超過〇. 1%含硫量以及NOx需滿足Tier III標(biāo)準(zhǔn)。目前，同時脫氮除 硫的技術(shù)很少，常見的單獨脫氮或者單獨脫硫技術(shù)。
[0005] 脫氮技術(shù)包括了氨選擇性催化還原脫硝、碳?xì)浠衔镞x擇性催化還原脫硝、選擇 性催化氧化脫硝、尿素脫硝以及其它各種脫硝方法類似于選擇性催化還原法，選擇性非催 化還原法，從N0的轉(zhuǎn)化方式來分類，主要可以分為還原法（N0還原為N2)和氧化法（N0氧化 為N02等）兩大類。還原法包括SCR、SNCR、液相還原吸收法等，氧化法包括液相氧化法，還 包括其他氧化方法，如選擇性催化氧化法、光催化氧化法、自由基氧化法等，其中以SCR技 術(shù)占主導(dǎo)地位。
[0006] 選擇性催化還原法（selective catalytic reduction, SCR)脫硝技術(shù)是在催化劑 作用下，在250° C?600° C的溫度范圍內(nèi)，用選擇性還原劑(氨或尿素）將NOx還原成無 害的N2,催化劑用于促進還原劑與NOx之間的化學(xué)反應(yīng)。SCR是目前脫硝效率最高、應(yīng)用最 廣泛的脫硝技術(shù)，可以實現(xiàn)90%以上的脫硝效果。但該技術(shù)也存在如下缺點：① NH3是一 種有毒腐蝕性氣體，存儲和輸運麻煩，對管路設(shè)備要求高，造價昂貴；②在該過程中，NH3需 要計量控制加入量，容易泄漏或反應(yīng)不完全而造成二次污染；③NH3與煙道氣中的S02反 應(yīng)，形成腐蝕性的NH4HS04,易使催化劑中毒；④工作溫度范圍窄。
[0007] 脫硫技術(shù)主要包括濕法和干法兩種技術(shù)。濕法脫硫技術(shù)是使用液態(tài)的堿性脫硫劑 與煙氣中的二氧化硫發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，以去除煙氣中的二氧化硫。干法煙氣脫硫技術(shù)是 指加入的脫硫劑為干態(tài)，脫硫產(chǎn)物仍為干態(tài)的脫硫工藝，干法脫硫造價高，設(shè)備比較復(fù)雜， 一直不是主流的脫硫技術(shù)。
[0008] 海水通常呈堿性，這使得海水具有天然的酸堿緩沖能力及吸收SOx能力。海水脫 硫技術(shù)就是利用海水作為廢氣中SOx的吸收劑，無需其它任何添加劑，也不產(chǎn)生任何廢棄 物。海水脫硫洗滌系統(tǒng)有兩種不同的實現(xiàn)形式：第一種，海水洗滌廢氣-開式模式，充分洗 滌的廢水直接排入海中；第二種，淡水洗滌廢氣-閉式模式，洗滌廢水經(jīng)處理后可直接排入 水中。作為一種新型的脫硫工藝，海水煙氣脫硫以其技術(shù)成熟、工藝簡單、投資省、運行維護 方便、脫硫效率和投運率高等特點，備受船舶制造商和營運商的青睞。海水脫硫技術(shù)主要包 括脫硫塔和曝氣池兩個裝置，他們體積都很大，安裝在船上占用很大空間，同時給設(shè)備的安 裝和使用帶來很大不便。
[0009] 因此，需要一種能同時脫氮除硫并且具有體積小，效率高的船舶尾氣處理系統(tǒng)或 方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明旨在解決上述問題，提供一種體積小，效率高的船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)， 能有效的去除船舶尾氣中的硫氧化物和氮氧化物，摒棄傳統(tǒng)的SCR脫氮技術(shù)以及曝氣氧化 脫硫技術(shù)，將脫氮除硫合為一體，縮小氣液接觸時間，不僅免去化學(xué)原料的采購、運輸和儲 存的繁瑣，而且減少了占用船舶的空間。
[0011] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)，包含依 次連接的水泵、電催化裝置、增壓泵、反應(yīng)塔，以及與反應(yīng)塔連接的除塵裝置、煙囪、循環(huán)泵， 所述循環(huán)泵還連接電催化裝置輸入端和排放管；所述除塵裝置、反應(yīng)塔和煙?通過氣體管 線連接；所述水泵、電催化裝置、增壓泵、反應(yīng)塔、循環(huán)泵通過液體管線連接。
[0012] 進一步的，所述系統(tǒng)還包括過濾裝置，過濾裝置通過液體管線連接在水泵與電催 化裝置之間。
[0013] 更進一步的，所述過濾裝置采用過濾精度為的自動反沖洗過濾裝置。
[0014] 進一步的，所述電催化裝置內(nèi)采用編織拉升形成的三維網(wǎng)狀平行結(jié)構(gòu)。
[0015] 進一步的，所述反應(yīng)塔由單層或者多層液體分布器、氣體霧化裝置組成，反應(yīng)塔上 方設(shè)置有錐形雙層百葉除霧器。
[0016] 進一步的，所述系統(tǒng)還設(shè)置有流量和尾氣排放濃度檢測裝置，流量和尾氣濃度排 放裝置連接循環(huán)泵。
[0017] 上述船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)的應(yīng)用過程，包括以下步驟： 天然海水經(jīng)水泵泵入過濾裝置，在過濾裝置內(nèi)去除天然海水中的雜質(zhì)，其精度為 lOMffl-lmm，過濾裝置具有自動反沖洗功能，過濾裝置的出水進入電催化裝置，在電催化裝置 內(nèi)產(chǎn)生活性水，活性水通過增壓泵進入反應(yīng)塔，反應(yīng)塔內(nèi)的氣體霧化裝置細(xì)化活性水； 船舶尾氣通過除塵裝置從反應(yīng)塔的底部進入反應(yīng)塔，與進入反應(yīng)塔的活性水進行逆向 接觸，脫除船舶尾氣中的氮氧化物和硫氧化物，船舶尾氣在反應(yīng)塔內(nèi)上升經(jīng)過塔內(nèi)上部的 除霧器后由煙@排出； 活性水與船舶尾氣接觸后失去活性，流量和尾氣排放濃度檢測裝置檢測船舶尾氣流 量、船舶尾氣排放濃度的值，根據(jù)測定值確定電催化裝置內(nèi)所需水的流量和濃度，循環(huán)泵連 接在反應(yīng)塔下部，依據(jù)流量和尾氣排放濃度檢測裝置的指令，確定失活水排海和循環(huán)的比 例，全自動檢測和控制循環(huán)至電催化裝置繼續(xù)活化或排入海中。
[0018] 進一步的，所述電催化裝置產(chǎn)生的活性水的活性物質(zhì)濃度為0. 5-50mg/L。
[0019] 進一步的，所述電催化設(shè)備的催化劑材料采用三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，分別為基層、中間結(jié) 合層和催化層，中間結(jié)合層和催化層含有Ti、Sn、Sb、Pb、Ir的氧化物。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：采用電催化裝置產(chǎn)生的活性水與反應(yīng)塔的構(gòu)造結(jié)合，使 脫氮除硫集合到一個設(shè)備中完成；利用活性水氧化不穩(wěn)定的氮氧化物和硫氧化物，減少和 縮小了系統(tǒng)設(shè)備的體積，增加了處理效率；所有反應(yīng)用化學(xué)物質(zhì)均為在線產(chǎn)生，可避免人工 采購和船舶儲存化工原料的困難；根據(jù)船舶尾氣流量和排放濃度，實現(xiàn)船舶尾氣處理系統(tǒng) 的自動化運行，效率更高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。
[0022] 圖1是本發(fā)明實施例1的工藝流程圖； 圖2是本發(fā)明實施例2的工藝流程圖。
[0023] 圖中：1、水泵，2、過濾裝置，3、電催化裝置，4、增壓泵，5、除塵裝置，6、反應(yīng)塔，7、煙 囪，8、循環(huán)泵，9、流量和尾氣排放濃度檢測裝置。 具體實施例
[0024] 實施例1 如圖1所述的一種船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)，包含依次連接的水泵1、電催化裝置3、增 壓泵4、反應(yīng)塔6,以及與反應(yīng)塔6連接的除塵裝置5、煙@ 7、循環(huán)泵8,所述循環(huán)泵8還連接 電催化裝置3輸入端和排放管；所述除塵裝置5、反應(yīng)塔6和煙@ 7通過氣體管線連接；所 述水泵1、電催化裝置3、增壓泵4、反應(yīng)塔6、循環(huán)泵8通過液體管線連接。此例中水泵入口 進入的是淡水。
[0025] 所述電催化裝置3內(nèi)采用編織拉升形成的三維網(wǎng)狀平行結(jié)構(gòu)。
[0026] 所述反應(yīng)塔6由單層或者多層液體分布器、氣體霧化裝置組成，反應(yīng)塔6上方設(shè)置 有錐形雙層百葉除霧器。優(yōu)選多層液體分布器、氣體霧化裝置。
[0027] 所述系統(tǒng)還設(shè)置有流量和尾氣排放濃度檢測裝置9,流量和尾氣濃度排放裝置9 連接循環(huán)泵8。
[0028] 電催化裝置3采用了催化電極在微電流密度下產(chǎn)生高濃度的羥基自由基。半導(dǎo)體 催化電極在電場中產(chǎn)生"空穴"效應(yīng)，半導(dǎo)體催化電極處于一定強度的電場時，其價帶電子 會越過禁帶進入導(dǎo)帶，同時在價帶上形成電激空穴，空穴有很強的俘獲電子的能力。在水中 具有大量的離子狀態(tài)的0H-，在水中發(fā)生的電催化氧化反應(yīng)中，0H-失去電子生成強氧化性 的· 0H，化學(xué)方程式如下。
[0029] 陽極表面：H20 + h+ - · OH-Cat + H+ OH- + h+ - · OH-Cat 陰極表面：02 + e -· 02-H20 + 02- - · 00H + OH- 超級氧自由基與水反應(yīng)產(chǎn)生雙氧水和氫氧根離子 ? OOH + H20 + e- - H202 + 0H-雙氧水繼續(xù)反應(yīng)H202 + e- - · OH + 0H-綜合反應(yīng)為：02+2H20====4 · OH-Cat 采用電催化技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的曝氣技術(shù)，利用電催化技術(shù)產(chǎn)生的極強氧化能力的羥基自 由基，與船舶尾氣中的氮氧化物和硫氧化物接觸時，瞬間把一氧化氮氧化為二氧化氮，二氧 化氮溶于水后生成穩(wěn)定的硝酸鈉；同時羥基自由基可將水中的亞硫酸鈉氧化為穩(wěn)定的硫酸 鈉，從而去除船舶尾氣中的氮氧化物和硫氧化物。
[0030] 實施例2 如圖2所示，與實施例一不同之處在于，所述系統(tǒng)還包括過濾裝置2,過濾裝置2通過液 體管線連接在水泵1與電催化裝置3之間。此實施例直接利用海水。
[0031] 所述過濾裝置2采用過濾精度為的自動反沖洗過濾裝置。
[0032] 其余連接結(jié)構(gòu)與實施例1相同。
[0033] 實施例3 上述船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)的應(yīng)用過程，包括以下步驟： 天然海水經(jīng)水泵1泵入過濾裝置2,在過濾裝置2內(nèi)去除天然海水中的雜質(zhì)，其精度為 lOMffl-lmm，過濾裝置2具有自動反沖洗功能，過濾裝置2的出水進入電催化裝置3,在電催化 裝置3內(nèi)產(chǎn)生活性水，活性水通過增壓泵4進入反應(yīng)塔6,反應(yīng)塔6內(nèi)的氣體霧化裝置細(xì)化 活性水； 船舶尾氣通過除塵裝置5從反應(yīng)塔的底部進入反應(yīng)塔6,與進入反應(yīng)塔6的活性水進行 逆向接觸，脫除船舶尾氣中的氮氧化物和硫氧化物，船舶尾氣在反應(yīng)塔6內(nèi)上升經(jīng)過塔內(nèi) 上部的除霧器后由煙囪7排出； 活性水與船舶尾氣接觸后失去活性，流量和尾氣排放濃度檢測裝置9檢測船舶尾氣流 量、船舶尾氣排放濃度的值，根據(jù)測定值確定電催化裝置3內(nèi)所需水的流量和濃度，循環(huán)泵 8連接在反應(yīng)塔6下部，依據(jù)流量和尾氣排放濃度檢測裝置9的指令，確定失活水排海和循 環(huán)的比例，全自動檢測和控制循環(huán)至電催化裝置3繼續(xù)活化或排入海中。
[0034] 所述電催化裝置3產(chǎn)生的活性水的活性物質(zhì)濃度為0. 5_50mg/L。
[0035] 所述電催化裝置3的催化劑材料采用三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，分別為基層、中間結(jié)合層和 催化層，中間結(jié)合層和催化層含有Ti、Sn、Sb、Pb、Ir的氧化物。
[0036] 本例中尾氣中氮氧化物濃度為758ppm，二氧化硫濃度為2409ppm，二氧化碳濃度 為5%，過濾裝置精度為50ppm，電催化裝置的活性水濃度為20mg/L，除硫效率達到95%，脫氮 效率達到了 85. 8%，二氧化碳脫除率達到91. 3%。
[0037] 本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露 的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā) 明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)，其特征在于：包含依次連接的水泵（1)、電催化裝置 (3)、增壓泵（4)、反應(yīng)塔（6)，以及與反應(yīng)塔（6)連接的除塵裝置（5)、煙囪（7)、循環(huán)泵（8)， 所述循環(huán)泵（8 )還連接電催化裝置（3 )輸入端和排放管；所述除塵裝置（5 )、反應(yīng)塔（6 )和 煙囪（7)通過氣體管線連接；所述水泵（1)、電催化裝置（3)、增壓泵（4)、反應(yīng)塔（6)、循環(huán) 泵（8)通過液體管線連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)，其特征在于：所述電催化裝置（3) 內(nèi)采用編織拉升形成的三維網(wǎng)狀平行結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求1所述的船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)，其特征在于：所述反應(yīng)塔（6)由單層 或者多層液體分布器、氣體霧化裝置組成，反應(yīng)塔（6)上方設(shè)置有錐形雙層百葉除霧器。
4. 如權(quán)利要求1所述的船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)，其特征在于：還設(shè)置有流量和尾氣 排放濃度檢測裝置（9 )，流量和尾氣濃度排放裝置（9 )連接循環(huán)泵（8 )。
5. 如權(quán)利要求1所述的船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)，其特征在于：還包括過濾裝置（2)， 過濾裝置（2 )通過液體管線連接在水泵（1)與電催化裝置（3 )之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)，其特征在于：所述過濾裝置（2)采用 過濾精度為的自動反沖洗過濾裝置。
7. 如權(quán)利要求5所述的船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)，其應(yīng)用過程，特征在于包括以下步 驟：天然海水經(jīng)水泵（1)泵入過濾裝置（2 )，在過濾裝置（2 )內(nèi)去除天然海水中的雜質(zhì)，其精 度為過濾裝置（2)具有自動反沖洗功能，過濾裝置（2)的出水進入電催化裝置 (3 )，在電催化裝置（3 )內(nèi)產(chǎn)生活性水，活性水通過增壓泵（4 )進入反應(yīng)塔（6 )，反應(yīng)塔（6 )內(nèi) 的氣體霧化裝置細(xì)化活性水； 船舶尾氣通過除塵裝置（5)從反應(yīng)塔的底部進入反應(yīng)塔（6)，與進入反應(yīng)塔（6)的活性 水進行逆向接觸，脫除船舶尾氣中的氮氧化物和硫氧化物，船舶尾氣在反應(yīng)塔（6)內(nèi)上升經(jīng) 過塔內(nèi)上部的除霧器后由煙囪（7)排出； 活性水與船舶尾氣接觸后失去活性，流量和尾氣排放濃度檢測裝置（9)檢測船舶尾氣 流量、船舶尾氣排放濃度的值，根據(jù)測定值確定電催化裝置（3)內(nèi)所需水的流量和濃度，循 環(huán)泵（8)連接在反應(yīng)塔（6)下部，依據(jù)流量和尾氣排放濃度檢測裝置（9)的指令，確定失活 水排海和循環(huán)的比例，全自動檢測和控制循環(huán)至電催化裝置（3 )繼續(xù)活化或排入海中。
8. 如權(quán)利要求7所述的船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)的應(yīng)用過程，特征在于：所述電催化 裝置（3)產(chǎn)生的活性水的活性物質(zhì)濃度為0. 5-50mg/L。
9. 如權(quán)利要求7所述的船舶尾氣電催化處理系統(tǒng)的應(yīng)用過程，特征在于：所述電催化 裝置（3)的催化劑材料采用三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，分別為基層、中間結(jié)合層和催化層，中間結(jié)合層 和催化層含有Ti、Sn、Sb、Pb、Ir的氧化物。
【文檔編號】B01D53/60GK104043327SQ201410278747
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月21日
【發(fā)明者】杜清華, 劉曉翠, 劉炳言, 曹學(xué)磊, 曹學(xué)良 申請人:曹學(xué)良