轮机实务论文

船舶废气中CO2的回收与利用随着现代社会经济的发展，国际交流和世界经济全球化已经成为发展的重要特点。

随之而来的是越来越高效和可靠的物流运输，而航运作为一种最经济和稳定的交通方式，已经成为世界经济全球化最重要的物流方式。

由于航运业的特殊性，要求船舶具有良好的稳定性。

最重要的，要求船舶具有良好的经济性。

因此，绝大部分远洋船舶使用经济性和稳定性较好的船用燃料油。

此类油品含碳量高，多以渣油和石蜡沥青为主要成分。

船用燃料油在使用燃烧不完全，分油机分油效率不高等都会造成燃油的浪费同时对空气造成很大污染。

在另一方面，由于地球资源有限，以石油为代表的能源资源正在日渐枯竭。

目前，温室气体大量排放所产生的温室效应，已经对自然条件和人类生存条件带来了诸多负面影响。

例如，气温升高，海平面上升，频繁恶劣天气等。

因而，“温室效应”引起的气候变化已成为一个全球性热点环境问题，愈来愈引起世界各国的关注。

为此，必须提高能源的利用率。

同时，全球气候变暖，要求减少CO2的排放。

综合以上因素，船舶废气中CO2的回收与利用已经成为目前为止解决以上问题的最佳方案。

这既解决了污染问题，又解决了燃料原料来源问题，是一举几得的好事。

船舶废气中CO2，与其他设备所产生的排放不同。

由于船舶的特殊性，船舶废气中CO2的回收利用必须利用特殊手段和设备。

以下先介绍几种常用的CO2的回收利用技术：1物理吸附1.1加压水洗法1.2低温甲醇法1.3碳酸丙烯醋法1.5N一甲基吡咯烷酮法2化学吸附2.1MEA溶液2.2其他有机胺溶液2.3混合有机胺溶液3吸附分离3.1常温固体吸附剂3.2高温吸附剂3.3MOF分离二氧化碳4膜分离4.1高分子膜4.2无机膜5、离子液体6、低温蒸馏7、变压吸附分离大气中主要的温室气体是水汽（H2O），水汽所产生的温室效应大约占整体温室效应的60%～70％，其次是二氧化碳（CO2）大约占了26％，其他的还有臭氧（O3），甲烷（CH4），氧化亚氮（N2O）全氟碳化物（PFCs）、氢氟碳化物（HFCs）、含氯氟烃（HCFCs）及六氟化硫（SF6）等。

在各种温室气体中，CO2 以其较长的寿命年限(50～200年)及超高的排放量，而且二氧化碳是化学惰性的，不能通过光化学或化学作用去除。

因而除水汽外对“温室效应”的贡献最大。

人类燃烧煤、油、天然气和树木，产生大量二氧化碳和甲烷进入大气层后使地球升温，使碳循环失衡，改变了地球生物圈的能量转换形式。

自工业革命以来，大气中二氧化碳含量增加了25%，远远超过科学家可能勘测出来的过去16 万年的全部历史纪录，而且目前尚无减缓的迹象。

因而，二氧化碳在全球范围的“温室效应”中扮演着十分重要的角色，应当作为温室气体削减与控制的重点，CO2减排是可持续发展的必然要求。

绝大多数排放的二氧化碳是由化石燃料所引起的。

据欧盟有关部门测算，至2010年－2015年化石燃料的份额占居能源总量的80%，化石燃料仍是任何一个工业化国家所依赖的重要的能源，不可能短时间被其它能源所取而代之。

所以，从烟道气中捕集二氧化碳是二氧化碳减排的重要课题。

另外，有些天然气中含有较多的二氧化碳，如果利用这些天然气就必须分离出二氧化碳提高甲烷的含量。

这一方面提高了天然气的热值，另一方面减少了二氧化碳向大气中排放。

船舶废气中CO2的分离从气体中分离二氧化碳常用的方法有：物理吸收法，化学吸收法，吸附分离法，膜分离法和深冷法等。

各种方法的原理在工业上的应用情况，以及目前在该领域的研究情况如下：1、物理吸收物理吸收是利用原料气中的二氧化碳(CO2)在吸收剂中的溶解度较大而其他气体溶解度较小从而除去二氧化碳的方法。

根据亨利定律在加压下溶解度高，低压下实现解析。

因而，通常应用于溶质气体分压较高的场合。

一般，吸收是采用高压及低温，解吸是采用减压或加温，减压解吸可较大幅度降低能耗。

一般物理吸收法工艺流程见图1-1。

因而，物理吸收法的关键是选用吸收剂必须对CO2的溶解度大、选择性好、无腐蚀、性能稳定。

物理吸收法主要有以下几种：环丁砜法，聚乙二醇二甲醚法，碳酸丙烯酯法，N-甲基吡咯烷酮法，磷酸三丁酯法。

工业上采用物理吸收法如表l-1所示。

物理吸收法全部采用有机化合物做吸收溶剂，吸收CO2过程为物理吸收过程。

溶液的酸气负荷正比于气相中酸气分压，当富液压力降低时，即放出吸收的酸性气体组分；由于物理溶剂对重烃有较大的溶解度，因而物理吸收法常用于酸气分压超过3.5公斤/厘米2，重烃含量低的天然气净化，其中某些方法可选择性地脱除H2S。

1.1、加压水洗法这是脱碳的最古老的方法。

早期的合成氨厂中的脱碳多采用加压水洗法。

因为CO2是酸性气体，CO2在水中的溶解度较N2和H2大得多，而且其溶解度与CO2的分压成正比。

此法常在填料塔或筛板塔中进行。

此法设备简单，但因为吸收剂(水)的选择性差，氢氮气的损失大，并污染二氧化碳，二氧化碳的净化度差，出口气体中CO2含量一般在2%(体积)。

再者，由于水洗的喷淋密度大，动力消耗高，设备庞大，改方式对于设备及技术操作要求较高，由于船舶特殊性，该方法不具有可操作性。

（1）精馏法：该法利用吸附剂吸附杂质，精馏出轻组分，可得到高纯液态产品。

如后续做干冰，则采用高压精馏法。

较常用的是低温精馏法，一般在1 ．5～2 ．5 MP a 、…4 0 2 0 o E 下操作，经过前级脱硫后，还采用脱硫效果较高的脱硫剂进行深层脱硫，并采用沸石分子筛作为脱水剂进行脱水，可选择性的吸附气体中的醇、醛、高级烃等，回收的CO2鼬度可以达到食品级。

本法需要低温操作，能耗较高、分离效果较差，且成本较高，不适应中小规模的生产。

我国大连理工大学张永春副教授等立足于CO2回收、精制技术，成功开发出吸附精馏法回收CO2新工艺，并推广应用到生产过程中。

该技术采用特殊配方制成的固体复合吸附剂，有针对性地把CO2：中的重组分杂质分步吸附除尽，再利用热泵精馏技术，把轻组分杂质分离除尽，使CO2鼬度达到9 9 ．9 9 6 ％以上。

（2）吸附法：吸附法是一种利用固态吸附剂对原料气中的CO2 ，进行有选择性的可逆吸附作用来分离回收CO2的新技术。

吸附剂在高温( 或高压) 条件下吸附CO2，降温( 或降压) 后将CO2獬吸出来,通过周期性的温度变化实现CO2其它气体的分离。

采用吸附法时，一般需要多座吸附塔并联使用，以保证整个过程中能连续的输入原料气，连续地取出CO2未吸附气体，其关键是吸附剂的载荷能力，其主要决定因素是温差( 或压差) 。

固体吸附剂吸附CO2的能力视温度及压力而定。

通常CO2分压愈高以及气体温度愈低，所能吸附CO2量愈多。

由于排放气体中带有水气及微粒，水气会与CO2产生竞争吸附而降低C O 吸附量；微粒则会进入吸附剂而造成吸附剂失活，而且进入吸附剂孔径之后，即不易由减压或升温予以去除。

基于这些因素，物理吸附相较于化学吸收，是比较不具竞争力的，虽在文献中已有报导使用分子筛活性碳及沸石可达到近百分之百的CO2回收，但均是在不存在水气及微粒的条件下操作的。

（3）膜分离法：膜分离法是一种以压力为驱动力的过程。

各个组分有不同的渗透速率，从而实现分离。

工业上常见的分离CO2的膜有：醋酸纤维膜、乙基纤维素膜、聚苯醚及聚砜膜、聚酰亚胺膜、聚苯氧改性膜、二胺基聚砜复合膜、含二胺的聚碳酸酯复合膜、丙烯酸酯的低分子含浸膜等，均表现出优异的CO2掺透性。

膜分离法工艺较简单、操作方便、能耗低、投资费用比溶剂吸收法低、经济合理，广泛应用于工业中，膜分离法的缺点是需要前级处理脱水和过滤，且很难得到高纯度的CO2。

当前很多工艺改进了膜分离技术，采用了膜分离一吸收联合法膜分离，两者结合起来可取长补短，前者作粗分离，后者作精分离，既可达到有效分离又可节省投资费用。

(4)吸收法：吸收法主要包括物理吸收法和化学吸收法。

物理吸收法利用在各组分在溶剂中的溶解度随着压力、温度变化的原理进行分离。

常用吸收剂有丙烯酸酯、 N 一甲基一 2 一 D g l ~ i 咯烷酮、醇、二甲醚乙醇、聚乙二醇以及噻吩烷等高沸点溶剂。

CO21 ℃和7 1 3 9 MPa - F，或在2 3～1 2 ℃和1 1 5 9～2 1 3 9 MP a - F 液化,对烟气进行多级压缩和冷却使CO2液化实现分离。

典型的物吸收法有加压水洗法、 N 一甲基吡咯烷酮法、低温甲醇法、碳丙烯酯法等。

该法选择性差、回收率低。

其消耗热能比化学吸法小，不易腐蚀，但吸收剂会因硫化物劣化而减少再生次数。

是该方法经济性不佳，运行成本和能耗都比较高，在工业中少应用。

化学吸收法是使原料气和化学溶剂在吸收塔内发生化学反应，CO2 被吸收至溶剂中成为富液，富液进入脱析塔加热分解出CO2，从而达到分离回收CO2的目的。

该方法的关键是控制好吸收塔和解析塔的温度与压力。

所选用的吸收剂应具有对溶质CO2有选择性、吸收剂不易挥发，并避免在气体中引进新的杂质，腐蚀性小、粘度低、毒性小、不易燃。

常用的吸收剂有醇胺立体障碍醇胺及碳酸盐等水溶液，吸收剂浓度通常不超过 5 0 ％，因浓度过高时，会产生严重的腐蚀。