四方仪器|船舶废气脱硫脱硝在线监测系统推荐

导语：

船舶从航行区域上可划分为国际远洋航行船舶和国内航行船舶，近年来，随着全球航运贸易的发展，船舶柴油机排放的尾气成为了大气污染的主要来源之一。其中，在国际远洋船舶燃烧低品质重油所释放的尾气中，NO_x和SO_x所占比例很高。对环境造成了严重的影响。国际海事组织（IMO）针对当前船舶柴油机所产生的污染物，出台《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL73/78）标准 ，主要内容是对船舶排放的消耗臭氧物质、氮氧化物（NO_X）、硫氧化物（SO_X）、挥发性有机化合物（VOCS）及船用焚烧物进行控制，以防止这些排放物对大气的进一步污染。

一、船舶柴油机尾气污染物的成分分析

目前大多数船舶使用的是压燃式发动机，其燃料油中硫含量较高，排放的污染物包括氮氧化物（NO_x）、硫氧化物（S0_x）、一氧化碳（C0）、碳氢化合物（HC）、颗粒物（PM）等，其中NO_x和SO_x为主要污染物，国际海事组织（IMO）将其列为首要控制的船舶尾气污染物，对大气环境造成严重污染破坏。

二、船舶尾气脱硫技术

SO_x的控制技术基本上可以分为三类：燃烧前、燃烧中的脱硫和燃烧后的烟气脱硫，目前控制SO_x最有效的方法就是烟气脱硫。烟气脱硫方法众多，主要的脱硫技术有：石灰石-石膏法、循环流床化法、镁法脱硫、海水法脱硫、氨法脱硫等。

1.循环流化床干法

循环流化床干法脱硫工艺过程较为简单，能耗低。工艺原理是作为脱硫吸收剂的消石灰，与预除尘后的烟气在塔内进行接触混合，烟气中的S0₂、S0与Ca(OH)进行化学反应，从而达到脱除二氧化硫的目的。烟气净化后温度高有利于扩散，腐蚀性小，并且没有“白烟”现象产生，整套工艺没有污水、酸处理问题。干法脱硫对吸收剂要求较高 ，存在脱硫剂利用率低，副产品综合利用困难等问题，考虑到脱硫剂的存放和副产品的储存，此方法在船舶上应用较为困难。

2.石灰石-石膏法

是一种湿法烟气脱硫技术，利用石灰石或生石灰作为吸收剂，对SO₂进行吸收、分离，将其转化为石膏这一稳定的物质的方法。它的工作原理是：吸收剂由水和石灰石粉制成，在吸收塔内与烟气充分接触，浆液中的反应生成CaSO₃。虽然该技术已相当成熟，且脱硫效率高，运行可靠，但石灰石-石膏法需水量大、吸收剂搬运困难，副产物产量大，淡水消耗量大。此方法需要考虑吸收剂和副产物的存放、搬运等问题，船舶上操作空间有限，该方法运行较为困难。

3.镁法脱硫 

与钙法脱硫相比，镁法脱硫原理和脱硫塔结构均类似。其原理是利用氧化镁作为吸收剂，经过制浆系统制成氢氧化镁饱和溶液后，与烟气在脱硫塔内进行充分接触反应，氢氧化镁与烟气中二氧化硫反应生成亚硫酸镁，亚硫酸镁排出后可经过脱水等方法处理，最终实现综合利用。

氧化镁法脱硫工艺的系统比石灰石-石膏法占地面积小，脱硫主体设备投资费用少、脱硫剂资源丰富且用量少，所需的停留时间短。该工艺运行稳定可靠，不易堵塞，而且反应终产物易溶于水，相关法律规定在大型水体或海域中可以作为无染排放物，无需对其进行较为复杂或困难的后续处理。

4.海水法脱硫

海水法脱硫过程是利用天然海水的碱度实现脱除烟气中二氧化硫的一种方法。与其他工艺相比，海水法脱硫有明显的优势。海水作为吸收剂，能有效节约淡水资源；吸收的二氧化硫转化为硫酸盐，可直接排放到海水中；脱硫效率较高，建设和运营成本很低。海水法脱硫虽然具有以上诸多优点，但其设备体积和占地面积较大，且受地域因素的限制，只适合沿海地区。海水有限的天然缓冲能力使其只适用于含硫量较低的烟气，含硫量较高时，脱除效率较低。

三、船舶尾气脱硝技术

船舶尾气主要的氮氧化物成分为NO，NO化学性质稳定，在水中的溶解度很小，所以采用直接吸收法去除NO并不适用。传统的尾气脱硝方法有选择性催化还原技术（SCR）和选择性非催化还原技术（SNCR）。

1.选择性催化还原（SCR）

选择性催化还原技术的原理是：利用排放的尾气中含有的有机物，作为还原剂或者添加还原剂，在氧的浓度高于氮氧化物的浓度（两个数量级以上）的条件下，优先把发动机排气中的含有的氮氧化物，高选择性地还原为氮气，从而对尾气中的氮氧化物进行了非常有效的脱除，控制了其对环境造成的污染。

选择性催化还原脱硝技术已应用在的船舶废气装置中，燃媒与燃油略有差别但是烟气处理机制基本相同。船舶废气选择性催化还原脱硝效率高达到70~80%，

2.选择性非催化还原技术（SNCR）

选择性非催化还原技术脱除NO的原理是：在没有催化剂的作用下，将还原剂喷入炉腔内，炉腔内的温度约为 850~1100℃，适合脱硝反应的发生，还原剂在高温炉腔内迅速热解形成氨气，把烟气中的氮氧化物还原为氮气和水蒸气。

还原剂可以选择氨、尿素等，且还原剂只与烟气中的NO发生反应，O₂不参与反应。SNCR法烟气脱硫效率一般为30 ~80 %，因其以炉腔作为反应器 ，所以效率受锅炉结构影响较大，该技术设备规模化，占地面积小，没有副产物的二次污染，系统运行稳定可靠。

四、船舶尾气脱硫脱硝一体化技术

主流的SCR法和海水洗涤法在分别脱除船舶尾气中的NO_x和SO_x上存在一些问题，单纯的脱硫技术或者脱硝技术有这么复杂的工艺或者设备，如果单独采用两套分别脱硫脱硝的装备用于船舶尾气的脱硫脱硝 ，势必将大大增 加设备的制造成本，且分步脱硫脱硝技术存在流程复杂，运行成本高等问题 。

所以，国际上把研究方向都致力于开发技术简单，运行成本低，脱除效率更高的应用于尾气一体化脱硫脱硝的技术。目前，船舶尾气一体化脱硫脱硝技术主要有氧化吸收法、改性海水法和低温等离子体法等。

1.氧化吸收法 

氧化吸收法可以处理尾气中难以被吸收剂除去的成分，主要指的是NO，此方法是将No氧化为NO₂，再用吸收剂吸收。氧化剂可以是过氧化氢，二氧化氯，臭氧等，吸收剂主要是碱性溶液和亚硫酸盐溶液。

已有人研究用二氧化氯和双氧水作为氧化剂，使用二氧化氯时脱硫率和脱硝率可达90%和80%， 实现了S0₂和NO两种污染物的同时去除。过氧化氢氧化能力有限，结合紫外线提高其氧化性能后， 脱硫脱硝率可以达到95%。与以上二者相比，O₃具有强氧化性。

2.改性海水法

本文上述介绍的海水洗涤法仅适用于烟气中SO₂浓度较低的情况，SO2浓度较高时去除效率明显降低，并且对难溶于水的NO脱除作用微乎其微。所以越来越多的学者研究改性海水法以提高脱除效率。

例如运用电解的方法对海水进行改性，生成氢氧化钠溶液提高海水的pH值，不但节约了海水用量，而且减小了吸收塔的体积。但是船舶上电量有限，电解海水耗电量大，运行费用较高；有学者研究镁法脱硫和海水法联合使用的镁基-海水法可有效提高脱除效率，氢氧化镁浆液加人海水中使天然海水的碱性提高，此方法不但提高了气体污染物的去除效率，而且浆液不容易堵塞喷嘴。但是船舶空间有限，氢氧化镁也不是港口的常备物资，使其广 泛推广受到限制。由此可见 ，改性海水法与海水法相比，可以有效提高污染物的去除率，但仍面临着诸多问题，需要进一步研究。

结语：

船舶尾气排放造成的大气污染问题越来越引起公众的关注，世界各国都开始采取行动研究更加行之有效的方法来减少船舶尾气排放对环境的污染。目前烟气处理方法主要分为三大类：脱硫、脱硝和脱硫脱硝一体化。目前相对成熟的处理技术只能除去单一污染物质，不能实现多种污染物同时高效去除。所以，研究高效、经济、环保的船舶尾气处理技术将是船舶尾气净化的发展方向。

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参考资料：刘城君，张文涛，王廷勇《浅谈船舶废气SCR脱硝技术》；李海娇，李亚倩等《船舶废气脱硫脱硝研究进展》

（来源：工业过程气体监测技术）