基于紫外-電解海水的船舶廢氣脫硝性能與機(jī)理研究.pdf

1、船舶排放廢氣造成了日益嚴(yán)重的大氣污染。近年來，國(guó)際海事組織、各國(guó)環(huán)保部門對(duì)船舶排放SOx與NOx制定了嚴(yán)格地限值規(guī)定?，F(xiàn)有的單獨(dú)脫硫或脫硝技術(shù)已較為成熟，但面對(duì)船舶同時(shí)脫硫脫硝需求，采用單獨(dú)脫硫與脫硝系統(tǒng)的串聯(lián)組合方式勢(shì)必將造成設(shè)備投資過高、占用空間過大、運(yùn)營(yíng)管理過于復(fù)雜等突出問題。而目前，船舶濕法脫硫具有脫硫效率高、成本低、二次污染小等特點(diǎn)，已取得一定的商業(yè)推廣。在此基礎(chǔ)上，通過添加適當(dāng)?shù)难趸瘎瑒t將有可能同時(shí)脫除廢氣中NOx。鑒于此

2、，充分考慮船舶運(yùn)營(yíng)及所處環(huán)境特點(diǎn)，本文提出一種基于紫外/電解海水的濕法脫硝技術(shù)。利用船舶周圍海水資源與自身電力資源解決廢氣排放問題，進(jìn)而探索出一種可行的船舶廢氣濕法綜合處理方法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)海水電解制備有效氯過程，利用無隔膜電解裝置開展了有效氯制備的實(shí)驗(yàn)與模型研究。實(shí)驗(yàn)研究了電極材料、電極間距、電流密度與海水鹽度等因素對(duì)海水電解制備有效氯的影響規(guī)律。分析有效氯生成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及電解槽伏安特性，以有效氯濃度、電流效

3、率、槽電壓、電功率及電解電耗等參數(shù)為目標(biāo)，建立了多因素作用的數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明，當(dāng)有效氯生成速率主要受Cl-擴(kuò)散速率控制時(shí)'增加海水鹽度能顯著提升有效氯生成速率，且降低電解電耗;而當(dāng)有效氯生成速率由Cl-擴(kuò)散傳質(zhì)與電荷轉(zhuǎn)移過程共同作用時(shí)，一定范圍內(nèi)增加電流密度將能提高有效氯生成速率，但對(duì)電流效率影響較小。此外，天然海水電解實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論模型的合理性。在溶液溫度20℃條件下，利用模型預(yù)測(cè)了實(shí)船高鹽度海水（S=40.0‰）電解制備500 m

4、g/L[Cl2]有效氯能耗約3.2 kWh/kg[Cl2]。⑵設(shè)計(jì)并搭建了模擬船舶廢氣脫硫脫硝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及實(shí)驗(yàn)級(jí)別的半連續(xù)鼓泡反應(yīng)器，對(duì)電解海水脫硝的影響因素、反應(yīng)機(jī)理及傳質(zhì)-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明，有效氯濃度、NO入口濃度、溶液初始pH值及O2濃度對(duì)脫硝率影響較大。隨著有效氯濃度、NO入口濃度及O2濃度增加，脫硝率升高。當(dāng)溶液初始pH值從3增加到10，脫硝率先升高后降低。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電解海水中有效氯成分隨pH值的分布規(guī)

5、律以及液相中氮元素質(zhì)量平衡分析結(jié)果，揭示了電解海水脫硝的主要反應(yīng)途徑。隨后，采用經(jīng)典化學(xué)法測(cè)定了鼓泡反應(yīng)器傳質(zhì)性能參數(shù)，并分析了NO吸收速率主要影響因素的作用規(guī)律。運(yùn)用宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論，建立了NO吸收速率方程，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。分析指出了NO吸收傳質(zhì)-反應(yīng)過程的4種潛在強(qiáng)化途徑。建立了NO吸收擬一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)隨NO入口濃度與有效氯濃度變化的多元非線性擬合模型。最后，提出了一種基于電解海水的船舶廢氣處理系統(tǒng)方案，并分析了其經(jīng)濟(jì)性與應(yīng)用優(yōu)

6、勢(shì)。⑶在單獨(dú)電解海水脫硝研究基礎(chǔ)上，基于自行設(shè)計(jì)制作的小型紫外-鼓泡反應(yīng)器，從實(shí)驗(yàn)與模型兩個(gè)角度對(duì)紫外/電解海水強(qiáng)化脫硝方法進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明，脫硝率隨紫外輻照功率、有效氯濃度、O2濃度的增加而上升。當(dāng)溶液pH值在3-10范圍內(nèi)時(shí)，脫硝率始終較高，且脫硝強(qiáng)化因子隨pH值增加而顯著升高。當(dāng)溶液溫度升高，脫硝強(qiáng)化因子下降。當(dāng)NO入口濃度增加時(shí)，脫硝率降低。隨后，建立了擬一級(jí)快速反應(yīng)NO吸收速率方程，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。指明了噴灑塔是紫外/電解