船用選擇性催化還原減排系統的製作方法

2023-05-09 07:23:26 1

專利名稱：船用選擇性催化還原減排系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種船用選擇性催化還原減排系統。
背景技術：
由船舶造成的大氣汙染已經到了不能忽視的地步，給船舶內部環境和外部環境帶 來日益嚴重的影響，特別是在港口、海峽和一些航線密集、船舶流量大的海區，船舶排放的 廢氣甚至是該地區的主要汙染源。船舶廢氣NOx的減排，國際海事組織IMO已向所有的船旗國提出了三個階段的要 求。從2011年開始實行NOx排放為Tier II限值的規定，到2016年將實行NOx排放為 TierIII限值的規定，由於TierIII規定的NOx限值是發動機本身的技術改進所不能實現 的，而所有的NOx減排措施只有發動機排氣後處理裝置SCR能夠實現TierIII的限值規定。選擇性催化還原(selective catalytic reduction)，簡稱SCR，是降低船用柴油 機NOx排放的有效手段，經過多年來在船用發動機行業的研究，要將船用柴油機的NOx排放 降低到國際海事組織IM0「MARP0L附則VI《防止船舶造成空氣汙染》」所規定的TierIII的 限值，以及更嚴格的地區排放標準，SCR原理是唯一的技術方法。1. SCR反應方程式為尿素溶液還原劑反應=CO(NH2)2+H20 —C02+2NH3 (1)催化劑還原反應4N0+4NH3+02— 4N2+6H20！ (2)4N02+4NH3+ — 3N2+6H20 (3)2.催化劑船用SCR反應器中容納的催化劑結構，採用的橫截面是150mmX150mm，其中的蜂 窩孔可根據不同的應用條件採用20mm X 20mm，25mm X 25mm，30mm X 30mm。常用催化劑組分載體TiO2,活性物質V2O5溫度窗口 280 420°C。但釩基催化劑不能滿足船用低溫工況的使用條件，必須開發新型船用SCR催化 劑。3.還原劑車用SCR還原劑為32. 5%尿素水溶液，它與船用的特點差異主要為車用尿素溶液 需滿足陸用的嚴寒氣候條件的儲存和運輸，尿素溶液的析晶溫度點為-11°C。船用SCR還原 劑的條件，尿素水溶液是首選，其儲存條件高於0°C，其尿素溶液40%的濃度等級符合國際 船舶行業的認可，在全球範圍內可以得到補充。因此，船用SCR原理即，柴油機排氣煙氣(250 450°C)進入尿素水溶液噴射管， 定量噴射的尿素水溶液在130°C以上的煙氣溫度下熱解為氨(NH3),煙氣與氨在噴射管段 內，經混合器的擾動形成均勻的混合氣，並流經反應器中的催化劑，有選擇地將混合煙氣中 的NOx還原為無害的氮氣N2和水H20。經過反應器催化劑的NOx減少率可達90%以上。儘管通用的SCR技術原理已在陸用電廠和車用柴油機上得到應用，但其系統裝置 特點與船舶應用的SCR裝置有較大差別。
上述行業應用的SCR裝置，燃用動力物料和系統裝置的結構特徵與船用燃料和船 用裝置的特徵有重大區別。各行業應用SCR的特點 由於船舶基礎空間緊湊，安排SCR系統裝置需要精巧的設計，所有對船用SCR系統 裝置的設計，特別是反應器的設計提出了較苛刻的要求，再加上船用燃料的特殊性和船舶 運行負荷工況的多變性，因此船用SCR系統裝置的設計要求，特別是催化劑的性能結構參 數與陸用的SCR設計要求有差別。國外船用SCR對其中有效問題予以解決，但對使用高含 硫量的燃料和低溫工況的應用，至今都無有效的解決辦法。所以在船舶上應用SCR，還需解決以下問題1.船舶機艙空間狹小，龐大的SCR系統裝置，特別是體積較大的反應器難以在機 艙布置。因此船用SCR系統裝置必須結構緊湊、小型化的反應器技術開發是關鍵；2.船用燃油含硫量高，目前，全球大量的航運船舶燃油含硫量為4. 5%,2012年可 降低為3. 5%，高於1. 5%以上的燃油使SCR催化劑溫度反應窗口狹小，易中毒，不能滿足船 用SCR高效減排NOx的需要；3.船用發動機運行工況變化頻繁，低負荷工況時，相當一部分柴油機的排氣溫度 過低，超出了一般釩基催化劑允許的最低反應溫度，NOx減排效率降低，氨逃逸增加；4.國內生產的應用於SCR裝置的催化劑多是針對電廠脫硝的產品，還不能完全適 應船舶應用的特點；5.由於船舶航行的安全要求，SCR系統還原劑不能採用電廠通用的氨還原劑，尿 素溶液還原劑是船舶應用SCR的首選，但由於使用環境不同及成本因素的考慮以及全球範 圍內尿素溶液的供應，又不能應用車用32. 5%尿素溶液，因此必須使用40%的尿素水溶液 作為船用SCR還原劑；6.國際、國內尚未頒布船用SCR系統裝置的檢測、認證方法，只有通過首臺船用 SCR應用檢測實踐才能予以解決。7.國內自主的船用柴油機產品，性能落後，匹配SCR系統裝置的減排性能與可靠 性受限制。

發明內容
本發明的目的在於提供一種結構合理、工作性能好的船用選擇性催化還原減排系統。本發明的技術解決方案是一種船用選擇性催化還原減排系統，其特徵是包括將還原劑與發動機煙氣混合 的混合器，混合器與反應器煙氣進口連接；反應器包括殼體，殼體上設置煙氣進口、淨化氣 出口，殼體內設置催化劑模塊；所述還原劑為尿素水溶液。尿素水溶液中尿素的質量濃度為39. 5 40. 5%。對於四衝程增壓中冷、轉速為600 1200r/min柴油機，其硫含量 1. 5%的燃油產生的煙氣，且煙氣溫度為280 420°C時，催化劑採用硫化後的鈷 氧化物，鈷氧化物中S與CoxOy的質量比S CoxOy = 10 83 ；對於四衝程增壓中冷、轉速 為1500 2100r/min柴油機，其硫含量< 1. 5 %的燃油產生的煙氣，且煙氣溫度為300 550°C時，催化劑採用Cu-ZSM-5，其中Cu與ZSM-5的質量比Cu ZSM-5 = 10 86 ；對於 二衝程低速柴油機、轉速為70-120r/min柴油機，其硫含量 1. 5 %的燃油產生的煙氣， 且煙氣溫度為200 300°C時，催化劑採用&-Mn0x-Ti02，且質量比& MnOx TiO2 = 4 10 84。殼體內設置多層催化劑模塊，每層催化劑模塊下方設置吹灰裝置。在最下方一層催化劑模塊下方設置格柵層，格柵層上設置不鏽鋼網層。在每層催化劑模塊對應部位的殼體上設置方便催化劑模塊更換的反應器門。所述 混合器有蒸發段，蒸發段後設置混合段，蒸發段前設置煙氣進口和還原劑噴射進口，混合段 中設置擾流裝置。還原劑噴射進口與還原劑噴射器連接。本發明結構合理、工作性能好，還原劑與煙氣均勻的混合氣體，經過反應器內的催 化劑時，煙氣中的NOx被選擇還原為無害的氮氣N2和水H2O,實現NOx達標排放。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖1是本發明一個實施例的結構示圖。圖2是反應器的結構示圖。圖3是混合器的結構示圖。
具體實施例方式一種船用選擇性催化還原減排系統，包括將還原劑與發動機煙氣混合的混合器1， 混合器與反應器2煙氣進口連接；反應器包括殼體3，殼體上設置煙氣進口 4、淨化氣出口 5，殼體內設置催化劑模塊6 ；所述還原劑為尿素水溶液。尿素水溶液中尿素的質量濃度為 39. 5 40. 5%。對於四衝程增壓中冷、轉速為600 1200r/min柴油機，其硫含量 1. 5%的燃油產生的煙氣，且煙氣溫度為280 420°C時，催化劑採用硫化後的鈷 氧化物，鈷氧化物中S與CoxOy的質量比S CoxOy = 10 83 ；對於四衝程增壓中冷、轉速 為1500 2100r/min柴油機，其硫含量< 1. 5 %的燃油產生的煙氣，且煙氣溫度為300 550°C時，催化劑採用Cu-ZSM-5，其中Cu與ZSM-5的質量比Cu ZSM-5 = 10 86 ；對於 二衝程低速柴油機、轉速為70-120r/min柴油機，其硫含量 1. 5 %的燃油產生的煙氣， 且煙氣溫度為200 300°C時，催化劑採用&-Mn0x-Ti02，且質量比& MnOx TiO2 = 4 10 84。殼體內設置多層催化劑模塊，每層催化劑模塊下方設置吹灰裝置7。電控系統根據 反應器控制的背壓變化的增幅值或根據使用時間定時驅動煙塵壓力吹掃裝置。在最下方一層催化劑模塊下方設置格柵層8，格柵層上設置不鏽鋼網層9。在每層催化劑模塊對應部位的殼體上設置方便催化劑模塊更換的反應器門10。所述混合器1有蒸發段11，蒸發段後設置混合段12，蒸發段前設置煙氣進口和還 原劑噴射進口，混合段中設置擾流裝置13。還原劑噴射進口與還原劑噴射器14 連接。圖中 還有尿素櫃15。尿素水溶液技術指標 本發明性能結構參數 本發明還可設置電控單元16、監測單元17 電控單元16需要根據柴油機18的功率、轉速、排氣溫度及反應器前後的氮氧化物 濃度，決定尿素溶液的噴射量，即定量控制、煙塵壓力吹掃和煙氣中的NOx監測。定量噴射是船用SCR控制單元中的關鍵技術，需要同時有2種方式控制尿素溶液 的噴射量1)反饋控制尿素定量依據SCR反應器後的NOx濃度；2)前饋控制尿素定量依據船用柴油機的轉速、負荷等參數。
權利要求
一種船用選擇性催化還原減排系統，其特徵是包括將還原劑與發動機煙氣混合的混合器，混合器與反應器煙氣進口連接；反應器包括殼體，殼體上設置煙氣進口、淨化氣出口，殼體內設置催化劑模塊；所述還原劑為尿素水溶液。
2.根據權利要求1所述的船用選擇性催化還原減排系統，其特徵是尿素水溶液中尿 素的質量濃度為39. 5 40. 5%。
3.根據權利要求1或2所述的船用選擇性催化還原減排系統，其特徵是對於四衝程 增壓中冷、轉速為600 1200r/min柴油機，其硫含量 1. 5%的燃油 產生的煙氣，且煙氣溫度為280 420°C時，催化劑採用硫化後的鈷氧化物，鈷氧化物中S 與CoxOy的質量比S CoxOy = 10 83 ；對於四衝程增壓中冷、轉速為1500 2100r/min 柴油機，其硫含量< 1. 5 %的燃油產生的煙氣，且煙氣溫度為300 550°C時，催化劑採用 Cu-ZSM-5，其中Cu與ZSM-5的質量比Cu ZSM-5 = 10 86 ；對於二衝程低速柴油機、轉速 為70-120r/min柴油機，其硫含量 1. 5 %的燃油產生的煙氣，且煙氣溫度為200 300°C 時，催化劑採用 Zr-MnOx-TiO2，且質量比 Zr MnOx TiO2 = 4 10 84。
4.根據權利要求1或2所述的船用選擇性催化還原減排系統，其特徵是殼體內設置 多層催化劑模塊，每層催化劑模塊下方設置吹灰裝置。
5.根據權利要求4所述的船用選擇性催化還原減排系統，其特徵是在最下方一層催 化劑模塊下方設置格柵層，格柵層上設置不鏽鋼網層。
6.根據權利要求4所述的船用選擇性催化還原減排系統，其特徵是在每層催化劑模 塊對應部位的殼體上設置方便催化劑模塊更換的反應器門。
7.根據權利要求1或2所述的船用選擇性催化還原減排系統，其特徵是所述混合器 有蒸發段，蒸發段後設置混合段，蒸發段前設置煙氣進口和還原劑噴射進口，混合段中設置 擾流裝置。
8.根據權利要求7所述的船用選擇性催化還原減排系統，其特徵是還原劑噴射進口 與還原劑噴射器連接。
全文摘要
本發明公開了一種船用選擇性催化還原減排系統，包括將還原劑與發動機煙氣混合的混合器，混合器與反應器煙氣進口連接；反應器包括殼體，殼體上設置煙氣進口、淨化氣出口，殼體內設置催化劑模塊；所述還原劑為尿素水溶液。本發明結構合理、工作性能好，還原劑與煙氣均勻的混合氣體，經過反應器內的催化劑時，煙氣中的NOx被選擇還原為無害的氮氣N2和水H2O，實現NOx達標排放。
文檔編號B01J23/22GK101922333SQ20101025587
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月17日 優先權日2010年8月17日
發明者王德榮 申請人:王德榮