船舶大趋势一船舶废气处理

船舶大趋势一船舶废气

处理

IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

2017船舶大趋势（一）船舶废气处理国际海事组织IMO下属的海上环境保护委员会第70次会议通过决议，确定2020年在全球海域实行船舶燃油%含硫上限的规定,之前划设的四大排放控制区仍然实行%的限制。船舶尾气排放中含有大量的硫氧化物、氮氧化物等颗粒物，对大气环境造成的污染已日趋受到国际社会的广泛关注。

在世界货物运输中，海洋运输占据了很大的比例。海洋货物运输具有通行能力大、运输量大、运费低廉、对货物的适应性强、速度较低、风险较大等特点。目前，国际贸易总运量中的三分之二以上，我国进出口货物运输总量的90%都是利用海洋运输。随着运输船舶数量的剧增，船舶排放污染物对大气环境和海洋环境造成的污染和危害也日趋严重。船舶柴油机燃烧排放的尾气主要以二氧化硫SO2和氮氧化物NO2为主，根据2014年国际海事组织(IMO)统计数据显示，船舶尾气年排放SO2、NO2分别约占全球排放总量的13%和15%。相关报告也指出，船舶产生尾气所造成的大气污染约占整个大气污染总量的5%～11%。为了减少船舶尾气中硫氧化物SO2、氮氧化物NO2及颗粒物对大气环境的影响，最直接的方法就是减少船舶燃料油中的硫含量和氮含量，IMO和欧美发达国家通过制定相关法规，对船用燃料油中的硫含量和氮含量设定了限值标准，并加以施行。除此之外，近年来国内外一些船用设备厂商及科研院所在

船舶硫氧化物、氮氧化物排放控制技术方面开展了大量的研究工作。本文概述了船舶硫氧化物、氮氧化物排放控制的相关法规，重点介绍了船舶脱硫脱硝技术的现状，并分析了船舶尾气排放控制技术的未来发展趋势。1船舶尾气排放控制法规介绍船舶硫氧化物排放控制法规由于船舶排放尾气中含有大量的硫氧化物SO2，这些硫氧化物的排放造成了严重的大气污染，国际社会与地区性组织纷纷立法限制船舶硫氧化物排放。降低燃油中的硫含量是最有效最直接的减排措施，因此，国际海事组织(IMO)、美国环保局(USEPA)、欧洲环境署(EEA)等针对全球和局部海域船舶燃油硫含量做出了日趋严苛的限值规定。MARPOL公约附则Ⅵ2005年起开始生效，船舶在欧美地区硫排放控制区(SECA)航行时，船舶燃油硫含量限值标准为%(质量分数)，然而从2015年起，当船舶进入SECA时，燃油硫含量标准相比之前需降低90%以上，这使得从事国际贸易的远洋船舶面临严峻的减排压力。此外，除目前IMO规定的SECA外，墨西哥海岸、香港、澳大利亚、中国珠三角、长三角、环渤海(京津冀)等地区的近岸海域也都已成为SECA，未来全球范围内所有近岸海域均有可能划为SECA范畴，因此这将对船舶硫氧化物排放控制技术的发展产生重要的促进作用。船舶氮氧化物排放控制法规MARPOL公约附则VI对氮氧化物NO2的排放针对低速级(N<130r><2000r>根据表1-1所示，2016年1月1日以后，对于低速级、中速机、高速机三种柴油机，

其相应的氮氧化物NO2的排放标准将比现阶段分别降低%、%和%。鉴于IMO对船舶柴油机燃烧排放的二氧化硫SO2和氮氧化物NO2的排放量已作出的明确规定，许多国家和地区也都在积极采取各种措施限制船舶尾气排放。2船舶尾气脱硫技术研究烟气脱硫的技术研究起源于20世纪初期，据不完全统计，世界各国研发、使用的烟气脱硫技术多达200多种，按脱硫工艺是否加水和脱硫产物的干湿形态分为三种：干法、半干法和湿法。当前国际社会脱硫技术的主要工艺有石膏烟气脱硫法、旋转喷雾干燥脱硫法和海水脱硫法等。石膏烟气脱硫法石膏烟气脱硫法在一些国家的发电厂得到了广泛应用。该法主要是选用价格低廉的石灰石，然后将石灰石打磨成粉，添加清水制成脱硫吸收石灰浆液，经溶解、中和、氧化和结晶等一系列的反应后，最终生成二水石膏。目前，虽然该工艺在工业烟气脱硫中得到了广泛应用，且通过适当添加有机酸等化学物质，可使得脱硫的效率提高到90%以上。但对于处理船舶尾气而言，该技术仍存在占地面积大、系统管理复杂、初期投资大、磨损和腐蚀设备较为严重等问题。所以，亟须优化石膏法烟气脱硫工艺并提高该工艺的性价比，对后期投入船舶使用将大有裨益。旋转喷雾干燥脱硫法旋转喷雾干燥烟气脱硫法(SDA)最早由丹麦NIRO公司开发，目前已广泛应用于液态原料生产固态粉末的化工、制药、食品等现代工业废气处理系统中。该方法反应系统主要由石灰石浆液制备系统、反应塔系统、除尘净化系

统、飞灰输送及处理系统、活性炭喷射系统、自动化控制系统等组成，其脱硫工艺流程如图2所示。SDA技术的脱硫效率一般在70%～95%，在处理中低硫燃料燃烧排放的尾气时取得了较好的效果，但是在处理高硫燃料燃烧排放的尾气时，由于需要高浓度的石灰石浆液作为脱硫吸收剂，则会给设备带来堵塞、腐蚀等一系列问题。除此之外，反应的终产物为CaSO4、CaCl2和CaF2，这些物质的处理也比较困难。由于远洋船舶一般使用劣质的重燃料油作为燃料，含硫量相对较高，因而对于SDA技术而言，目前亟须改善处理高硫燃料燃烧排放尾气的脱硫工艺，提高脱硫效率，同时研发新型的脱硫吸收剂，使得反应的终产物可以回收利用。海水脱硫法海水脱硫法是近几十年发展起来一种较为成熟的脱硫技术，最早是在二十世纪六十年代由美国率先提出。该方法充分利用了天然海水的酸碱缓冲能力和强中和酸性气体的能力来有效脱除烟气中SO2。该技术工艺采用的系统主要由烟气系统、供排海水系统、SO2吸收系统、海水水质恢复系统四部分组成。其主要工艺流程如图3所示。由于海水脱硫工艺流程简单、高效环保、可靠性和经济性较高，对生态环境的污染较小，被认为是较理想的船舶尾气处理方法之一。但目前海水脱硫法在处理高硫燃料燃烧排放的尾气时效果不佳，设备占用空间大，在低盐度海域脱硫效率低，一旦上述问题得以解决，将能大大推动该项技术在船舶尾气处理方面的应用。

3船舶尾气脱硝技术研究烟气脱硝技术主要用于控制氮氧化物(NOX)的排放，分为烟气净化技术和低NOX燃烧控制技术两类。对于船舶尾气处理技术而言，主要是研究烟气净化技术，目前较为成熟的方法有选择性非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)两类。选择性非催化还原法(SNCR)20世纪70年代中期，SNCR脱硝技术首先应用于日本的燃气和燃油电厂，后逐步推广到欧美等发达国家。SNCR脱硝技术是通过向高温(温度范围一般在900℃～1200℃)烟气中喷射CON2H4或氨等还原剂，将NOX还原成N2和H2O，采用的工艺主要由还原剂制备与存储系统、稀释系统、计量及分配系统、增温增压系统、喷射系统、蒸发系统等组成。其主要工艺流程如图4所示。SNCR脱硝技术对于处理船舶尾气而言，在处理燃油机组燃烧排放的尾气时，仅仅使得NOx排放量降低30%～50%，如何提高SNCR技术在此方面的脱硝效率，是今后重点研究的方向之一。选择性催化还原法(SCR)SCR技术是日本在20世纪70年代末至80年代初首先提出的，后续逐步在欧美等发达国家得到了推广应用。SCR脱硝技术主要是利用还原剂氨类物质，经催化剂的作用，有选择性地将烟气中的NOX还原为无毒无污染的N2和

H2O，采用的装置如图5所示。主要是由还原剂制备与存储设备、NH3混合罐、NH3蒸发器、混合器、SCR反应器、气-气换热器、电除尘器及控制系统等组成。制备的NH3被泵送到氨蒸发器里与水蒸气混合发生汽化，当稀释的空气与氨水的混合比