基于钠碱海水的船舶柴油机废气脱硫系统设计与实验研究

摘要

随着远洋船舶数量的增加，船舶柴油机废气硫氧化物污染也日益严重，引起了世界各国的关注。依据MARPOL公约附则Ⅵ的规定，自2015年1月1日起，远洋船舶在排放控制区内需燃用含硫量低于0.1％的燃油。为满足日益严格的公约要求，世界各国加大了船舶柴油机废气脱硫技术的研发力度。目前，船舶柴油机湿法废气脱硫技术的研发较为成熟，其应用前景也最为广阔。
　　本文在深入总结和分析现有湿法废气脱硫技术的基础之上，提出了一种改进的基于钠碱海水法的船舶柴油机废气湿法脱硫系统。该系统包括开式和闭式两种工作模式。在开式模式下，系统采用钠碱海水作为废气脱硫洗涤液，既增强了系统的脱硫能力，又使脱硫后洗涤液满足IMO关于脱硫后洗涤液pH值高于6.5的要求;在闭式模式下，系统设置了两个碱液循环柜，两个循环柜中的高浓度碱液在运行过程中交替使用，大大增加了系统在闭式模式下的运行时间;脱硫系统使用水力旋流器组作为洗涤废液离心处理装置。系统可根据运行时洗涤水的流量调整使用的旋流器数量，提高了分离系统的使用灵活性。
　　为验证钠碱海水法在开式模式下脱硫的可行性，本文在自行搭建的模拟船舶废气实验台上进行了废气脱硫实验。实验研究了海水中NaOH浓度、Na2CO3浓度和废气中SO2气体浓度对脱硫率以及洗涤液pH值的影响，并进行了NaOH和Na2CO3混合海水脱硫实验。实验结果表明:当海水中NaOH浓度由零增加至4mmol/L时，洗涤液的脱硫率会提高约4.5％，如果继续提高NaOH浓度至5mmol/L，脱硫率基本保持不变。当废气中SO2浓度为1143 mg/m3时，随着海水中NaOH浓度由零升高至5mmol/L，脱硫后洗涤液pH值会由6.25提高到9.90。当废气中SO2浓度由1143mg/m3增加至2857mg/m3时，钠碱海水与海水的脱硫率会分别下降15％和20％，脱硫后洗涤液pH值均会下降3.5左右。在相同条件下，NaOH海水的脱硫率要比Na2CO3海水高1％～2％，但Na2CO3海水保持pH值的能力却明显优于NaOH海水。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 船舶柴油机废气SOx排放控制技术

1．2．1 低硫燃油技术

1．2．2 LNG燃料技术

1．2．3 干法废气脱硫技术

1．2．4 湿法废气脱硫技术

1．3 本文研究意义及内容

第2章 钠碱海水法脱硫理论分析

2．1 碱液吸收SO2过程的相关理论

2．2 碱液吸收SO2过程中的传质速率方程计算

2．2．1 影响钠碱海水脱硫率的主要因素

2．3 气液平衡方程的计算

2．3．1 NaOH吸收SO2平衡方程的计算

2．3．2 海水吸收SO2平衡方程的计算

2．3．3 影响脱硫后洗涤液pH值的主要因素

2．4 本章小结

第3章 船舶柴油机废气湿法脱硫系统的改进设计

3．1 湿法脱硫系统改进方案的提出

3．2 湿法脱硫系统的改进设计

3．2．1 废气脱硫系统工艺流程

3．2．2 供液系统

3．2．3 SO2吸收系统

3．2．4 废水后处理系统

3．3 本章小结

第4章 模拟船舶柴油机废气钠碱海水脱硫实验

4．1 实验装置

4．2 实验仪器和设备

4．3 实验气体和试剂

4．3．1 模拟废气的制备

4．3．2 洗涤液的制备

4．4 实验具体实施步骤

4．5 本章小结

第5章 模拟船舶柴油机废气脱硫实验结果与分析

5．1 酸碱滴定实验

5．2 海水中NaOH浓度对NaOH海水脱硫率和洗涤液pH值的影响

5．3 废气中SO2浓度对NaOH海水脱硫率和洗涤液pH值的影响

5．4 NaOH海水与Na2CO3海水脱硫性能比较

5．5 混合钠碱海水脱硫实验

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

攻读学位期间公开发表论文及专利

致谢

作者简介