船舶尾气脱硫治理技术现状与应用

严立海

摘 要：随着社会经济的迅猛发展，特别是世界经济一体化格局逐步形成，各国之间的经贸来往更加频繁，海上船舶运输价廉便捷的特点使其成为了国际贸易货物运输中的主要形式。但由于船舶发动机主要是柴油机，采用的燃料是柴油等重油，相对于其它机动车尾气，船舶排出的尾气NOx、SOx（氮化物、硫化物）浓度较高，而SOx等不仅对人的各个器官产生毒害作用，极大危害人体健康，而且形成的酸雨对地球上的树林、住宅建筑、水生动植物都造成损害。就此，本文浅谈船舶尾气脱硫治理技术现状与应用，以期提拱一定的参考价值。

关键词：船舶尾气;脱硫治理技术;现状;应用

1船舶尾气硫氧化物排放政策

船舶排放的SOx主要来源于船舶动力装置（大型柴油机）使用的高硫重油，为了对船用柴油机排放的SOx加以控制，MARPOL公约要求，在波罗的海、北海、北美以及美国加勒比海四大排放控制区（即ECA区域）内，船舶燃油的硫含量在2015年1月1日以后，不得超过0.1%;在2020年1月1日以后，除排放控制区以外的全球其它海域船用燃油的最大硫含量不得超过0.5%，至2030年，将最终提高到0.1%。为了降低船舶尾气对我国沿海地区的污染程度，交通运输部于2016年1月1日出台了《珠三角、长三角、环渤海（京津冀）水域船舶排放控制区实施方案》，在珠三角、长三角、环渤海（京津冀）水域设立了三个船舶大气污染物排放控制区，自2018年1月1日起，船舶在排放控制区内所有港口靠岸停泊期间都要使用硫含量≤0.5%m/m的燃油;自2019年1月1日起，船舶进入排放控制区后，必须使用硫含量≤0.5%m/m的燃油。相信以后我国法规对燃油硫含量的要求也会与国际接轨，日渐严格。

2船舶尾气脱硫治理技术

2.1海水脱硫法

海水脱硫原理是通过中和作用洗去烟气中的硫化物。海水一般呈碱性，其pH值的范围在7.5-8.5之间，海水中主要成分为氯化物，以及碳酸盐和硫酸盐等。一般碱度范围1.3-2.6mmol/L，鉴于海水中的碳酸盐类物质对酸性化合物有中和和吸收效果，原因为尾气中的SO2与海水进行化合生成S032-：SO2+H2O→2H++SO32-，生成的H+的随之与海水中的碳酸根离子形成反应：H++HCO3→CO2+H2O。但由于硫酸会使海水酸度增高，导致氧的溶解量降低，对海洋生物的生长不利，所以给尾气脱硫后的海水是不允许立即排入海里的，一般需要将SO32-转化为SO42-后再排入大海。船舶如果在大海航行，则应用海水脱硫法是最具优势的，因为海水的来源廉价而方便，但如果在内陆江河的航行，因为江河是淡水，所以要脱硫则只能在淡水中添加碳酸钠或氢氧化钠等碱性添加剂，以此使淡变成碱性，具备脱硫效果。海水脱硫法常做成开放式，海水吸收SO2后再经过曝气系统处理，满足标准要求后才能排入海洋，因而需要在船舶尾部增设曝气系统，对脱硫后的海水进行稀释、曝气处理后再排入海中。而需要在江河和大海都要航行的船舶，则需要两种系统同时配备，随时切换使用。

2.2干式脱硫法

干式脱硫法与海水脱硫法相比，工艺相对简单，所需能耗也低。但由于其处理后其温度仍较高，反而有利于处理物的快速扩散，避免通常的“白烟”形成，整个过程也没有污水、需要另加其它处理工艺等缺陷。其处理过程为：尾气先进行预除尘处理，然后被消石灰脱硫吸收，再在反应塔里充分混合并发生发生化学反应，尾气中的SOX与氢氧化钙进行化学反应，生成CaSO3H2O以及CaSO4等，从而达到脱除二氧化硫的目的。干式脱硫法最大制约因素是脱硫剂的供给和反应后副产物的堆积处理。干式脱硫法的特点是：对吸收剂要求高，脱硫剂利用率不高，反应后副产品多，处理和利用还比较麻烦。脱硫剂稳定性较低，需要现场配置，需要增加配置装置，因此此方法还处于实验研究阶段，还没有在实际航行船只上进行更多相关试验。

2.3石灰石脱硫法

系利用石灰石或生石灰为化学吸收剂，把尾气中的SOX进行分离和吸收，然后将其转化为石膏类物质。其过程：先把石灰石加工成流体状，再放置于吸收塔里，与尾气混合充分，变成浓浆状，浓浆中的CaCO3与进行SO2反应，得到CaSO3，然后和空气中的氧气反应生成CaSO4，最后得到石膏物。此法虽然技术方案比较成熟，而且运行可靠，脱硫效率高，吸收剂成本低，但此法需水量较大，吸收剂的运输量大，副产物多。因此此法由于吸收剂和副产物的量较多，造成运输和堆放的不便，加上船舶上可操作空间小，实際使用并不太方便。

2.4镁式脱硫法

镁式脱硫的方法主要以氧化镁作为吸收剂，首先在制浆器械中制得Mg（OH）2溶液，然后使之与尾气在反应塔内进行充分接触，其中Mg（OH）2与尾气中的SO2反应生成MgSO2，MgSO2经过脱水，干燥后可做其它用途。此法脱硫工艺所用的硬件设备与比石灰石法相比，所需空间体积小，投资费用低，脱硫剂用量少，成本低，反应时间短，工艺运行可靠，与其它方法相比，管路不易堵塞，最终反应物溶于水，MgSO2可以在大型水体或海域中可以作为无污染排放物，无需对其进行较为较为麻烦的净化处理。正是由于此原因，故镁法脱硫与钙法相比，具有较好的应用前景。

2.5再生技术

现有的DPF技术主要由颗粒物捕集和颗粒再生两部分组成。微粒捕集器的捕集机理是主要利用过滤器过滤尾气中所含的颗粒物并进行收集。颗粒物达到一定量之后，就进行燃烧将之转变为二氧化碳（CO2）排出。过滤体不会自动清除捕集到的微粒物质，随着沉积微粒量的增加，会造成排气背压的升高，从而影响柴油机的动力性和经济性。所以当过滤体内的微粒达到一定数量时，应该及时进行清除，该过程被称为微粒捕集器的再生过程。捕获的颗粒物的燃烧方法大致分为两类。分别为“捕获再生切换式”及“连续再生式”。利用2个过滤器交替进行PM捕获及燃烧（再生），交替进行该方式被称为“捕获再生切换式”。采用催化剂技术的连续再生式颗粒捕捉器，在过滤器的尾气流入孔内壁上，涂布贵金属催化剂及基础金属，一边捕获颗粒物，一边使用尾气进行连续燃烧。或者在过滤器前方设置白金类氧化催化剂层，利用尾气中的氮氧化物（NOx）经过催化剂层生成二氧化氮，在过滤器内捕获颗粒物，同时使用生成的二氧化氮燃烧颗粒物，最大的特点在于，不是用氧燃烧。

结语：船舶尾气排放形成的地球环境污染问题，正越来越引起社会各界的广泛重视，目前世界各国都已纷纷采取措施，持续投入巨资，研究开发新技术、新工艺，来满足船舶尾气治理的需要，以迅速减少船舶尾气排放，保护人类赖以生存的环境。另外，在源头上减排也被提上重要的位置，也是最根本有效的减少污染的措施，这需要在船用燃料上寻求突破，短期内仍较难有大的进展。另一方面，高效地把尾气中的多种污染物同时进行净化处理，也是未来船舶尾气净化技术的发展方向。

参考文献：

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