船舶尾氣脫硫治理技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用

嚴(yán)立海

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，特別是世界經(jīng)濟(jì)一體化格局逐步形成，各國(guó)之間的經(jīng)貿(mào)來(lái)往更加頻繁，海上船舶運(yùn)輸價(jià)廉便捷的特點(diǎn)使其成為了國(guó)際貿(mào)易貨物運(yùn)輸中的主要形式。但由于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)主要是柴油機(jī)，采用的燃料是柴油等重油，相對(duì)于其它機(jī)動(dòng)車尾氣，船舶排出的尾氣NOx、SOx（氮化物、硫化物）濃度較高，而SOx等不僅對(duì)人的各個(gè)器官產(chǎn)生毒害作用，極大危害人體健康，而且形成的酸雨對(duì)地球上的樹(shù)林、住宅建筑、水生動(dòng)植物都造成損害。就此，本文淺談船舶尾氣脫硫治理技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用，以期提拱一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：船舶尾氣;脫硫治理技術(shù);現(xiàn)狀;應(yīng)用

1船舶尾氣硫氧化物排放政策

船舶排放的SOx主要來(lái)源于船舶動(dòng)力裝置（大型柴油機(jī)）使用的高硫重油，為了對(duì)船用柴油機(jī)排放的SOx加以控制，MARPOL公約要求，在波羅的海、北海、北美以及美國(guó)加勒比海四大排放控制區(qū)（即ECA區(qū)域）內(nèi)，船舶燃油的硫含量在2015年1月1日以后，不得超過(guò)0.1%;在2020年1月1日以后，除排放控制區(qū)以外的全球其它海域船用燃油的最大硫含量不得超過(guò)0.5%，至2030年，將最終提高到0.1%。為了降低船舶尾氣對(duì)我國(guó)沿海地區(qū)的污染程度，交通運(yùn)輸部于2016年1月1日出臺(tái)了《珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放控制區(qū)實(shí)施方案》，在珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)渤海（京津冀）水域設(shè)立了三個(gè)船舶大氣污染物排放控制區(qū)，自2018年1月1日起，船舶在排放控制區(qū)內(nèi)所有港口靠岸停泊期間都要使用硫含量≤0.5%m/m的燃油;自2019年1月1日起，船舶進(jìn)入排放控制區(qū)后，必須使用硫含量≤0.5%m/m的燃油。相信以后我國(guó)法規(guī)對(duì)燃油硫含量的要求也會(huì)與國(guó)際接軌，日漸嚴(yán)格。

2船舶尾氣脫硫治理技術(shù)

2.1海水脫硫法

海水脫硫原理是通過(guò)中和作用洗去煙氣中的硫化物。海水一般呈堿性，其pH值的范圍在7.5-8.5之間，海水中主要成分為氯化物，以及碳酸鹽和硫酸鹽等。一般堿度范圍1.3-2.6mmol/L，鑒于海水中的碳酸鹽類物質(zhì)對(duì)酸性化合物有中和和吸收效果，原因?yàn)槲矚庵械腟O2與海水進(jìn)行化合生成S032-：SO2+H2O→2H++SO32-，生成的H+的隨之與海水中的碳酸根離子形成反應(yīng)：H++HCO3→CO2+H2O。但由于硫酸會(huì)使海水酸度增高，導(dǎo)致氧的溶解量降低，對(duì)海洋生物的生長(zhǎng)不利，所以給尾氣脫硫后的海水是不允許立即排入海里的，一般需要將SO32-轉(zhuǎn)化為SO42-后再排入大海。船舶如果在大海航行，則應(yīng)用海水脫硫法是最具優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)楹Ｋ膩?lái)源廉價(jià)而方便，但如果在內(nèi)陸江河的航行，因?yàn)榻邮堑砸摿騽t只能在淡水中添加碳酸鈉或氫氧化鈉等堿性添加劑，以此使淡變成堿性，具備脫硫效果。海水脫硫法常做成開(kāi)放式，海水吸收SO2后再經(jīng)過(guò)曝氣系統(tǒng)處理，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求后才能排入海洋，因而需要在船舶尾部增設(shè)曝氣系統(tǒng)，對(duì)脫硫后的海水進(jìn)行稀釋、曝氣處理后再排入海中。而需要在江河和大海都要航行的船舶，則需要兩種系統(tǒng)同時(shí)配備，隨時(shí)切換使用。

2.2干式脫硫法

干式脫硫法與海水脫硫法相比，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，所需能耗也低。但由于其處理后其溫度仍較高，反而有利于處理物的快速擴(kuò)散，避免通常的“白煙”形成，整個(gè)過(guò)程也沒(méi)有污水、需要另加其它處理工藝等缺陷。其處理過(guò)程為：尾氣先進(jìn)行預(yù)除塵處理，然后被消石灰脫硫吸收，再在反應(yīng)塔里充分混合并發(fā)生發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，尾氣中的SOX與氫氧化鈣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成CaSO3H2O以及CaSO4等，從而達(dá)到脫除二氧化硫的目的。干式脫硫法最大制約因素是脫硫劑的供給和反應(yīng)后副產(chǎn)物的堆積處理。干式脫硫法的特點(diǎn)是：對(duì)吸收劑要求高，脫硫劑利用率不高，反應(yīng)后副產(chǎn)品多，處理和利用還比較麻煩。脫硫劑穩(wěn)定性較低，需要現(xiàn)場(chǎng)配置，需要增加配置裝置，因此此方法還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，還沒(méi)有在實(shí)際航行船只上進(jìn)行更多相關(guān)試驗(yàn)。

2.3石灰石脫硫法

系利用石灰石或生石灰為化學(xué)吸收劑，把尾氣中的SOX進(jìn)行分離和吸收，然后將其轉(zhuǎn)化為石膏類物質(zhì)。其過(guò)程：先把石灰石加工成流體狀，再放置于吸收塔里，與尾氣混合充分，變成濃漿狀，濃漿中的CaCO3與進(jìn)行SO2反應(yīng)，得到CaSO3，然后和空氣中的氧氣反應(yīng)生成CaSO4，最后得到石膏物。此法雖然技術(shù)方案比較成熟，而且運(yùn)行可靠，脫硫效率高，吸收劑成本低，但此法需水量較大，吸收劑的運(yùn)輸量大，副產(chǎn)物多。因此此法由于吸收劑和副產(chǎn)物的量較多，造成運(yùn)輸和堆放的不便，加上船舶上可操作空間小，實(shí)際使用并不太方便。

2.4鎂式脫硫法

鎂式脫硫的方法主要以氧化鎂作為吸收劑，首先在制漿器械中制得Mg（OH）2溶液，然后使之與尾氣在反應(yīng)塔內(nèi)進(jìn)行充分接觸，其中Mg（OH）2與尾氣中的SO2反應(yīng)生成MgSO2，MgSO2經(jīng)過(guò)脫水，干燥后可做其它用途。此法脫硫工藝所用的硬件設(shè)備與比石灰石法相比，所需空間體積小，投資費(fèi)用低，脫硫劑用量少，成本低，反應(yīng)時(shí)間短，工藝運(yùn)行可靠，與其它方法相比，管路不易堵塞，最終反應(yīng)物溶于水，MgSO2可以在大型水體或海域中可以作為無(wú)污染排放物，無(wú)需對(duì)其進(jìn)行較為較為麻煩的凈化處理。正是由于此原因，故鎂法脫硫與鈣法相比，具有較好的應(yīng)用前景。

2.5再生技術(shù)

現(xiàn)有的DPF技術(shù)主要由顆粒物捕集和顆粒再生兩部分組成。微粒捕集器的捕集機(jī)理是主要利用過(guò)濾器過(guò)濾尾氣中所含的顆粒物并進(jìn)行收集。顆粒物達(dá)到一定量之后，就進(jìn)行燃燒將之轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸迹–O2）排出。過(guò)濾體不會(huì)自動(dòng)清除捕集到的微粒物質(zhì)，隨著沉積微粒量的增加，會(huì)造成排氣背壓的升高，從而影響柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。所以當(dāng)過(guò)濾體內(nèi)的微粒達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行清除，該過(guò)程被稱為微粒捕集器的再生過(guò)程。捕獲的顆粒物的燃燒方法大致分為兩類。分別為“捕獲再生切換式”及“連續(xù)再生式”。利用2個(gè)過(guò)濾器交替進(jìn)行PM捕獲及燃燒（再生），交替進(jìn)行該方式被稱為“捕獲再生切換式”。采用催化劑技術(shù)的連續(xù)再生式顆粒捕捉器，在過(guò)濾器的尾氣流入孔內(nèi)壁上，涂布貴金屬催化劑及基礎(chǔ)金屬，一邊捕獲顆粒物，一邊使用尾氣進(jìn)行連續(xù)燃燒。或者在過(guò)濾器前方設(shè)置白金類氧化催化劑層，利用尾氣中的氮氧化物（NOx）經(jīng)過(guò)催化劑層生成二氧化氮，在過(guò)濾器內(nèi)捕獲顆粒物，同時(shí)使用生成的二氧化氮燃燒顆粒物，最大的特點(diǎn)在于，不是用氧燃燒。

結(jié)語(yǔ)：船舶尾氣排放形成的地球環(huán)境污染問(wèn)題，正越來(lái)越引起社會(huì)各界的廣泛重視，目前世界各國(guó)都已紛紛采取措施，持續(xù)投入巨資，研究開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新工藝，來(lái)滿足船舶尾氣治理的需要，以迅速減少船舶尾氣排放，保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境。另外，在源頭上減排也被提上重要的位置，也是最根本有效的減少污染的措施，這需要在船用燃料上尋求突破，短期內(nèi)仍較難有大的進(jìn)展。另一方面，高效地把尾氣中的多種污染物同時(shí)進(jìn)行凈化處理，也是未來(lái)船舶尾氣凈化技術(shù)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]李海嬌，李亞倩，黃意淇，李建軍.船舶廢氣脫硫脫硝研究進(jìn)展[J].四川化工，2018，21（01）：17-20.

[2]盧志剛，洪文俊，鄭靜珍.我國(guó)船舶尾氣污染物排放現(xiàn)狀與對(duì)策[J].綠色科技，2018（02）：53-54+58.

[3]姜偉成，范春華，董麗華.船舶尾氣處理技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2017，17（11）：122-125.