本发明专利技术公开了一种液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置与方法，该装置包含柴油机尾气催化转化器、废气锅炉系统、尾气冷却收集系统、二氧化氮捕集系统、二氧化碳捕集系统，以及天然气空气混合系统；柴油机尾气催化转化器、废气锅炉系统、尾气冷却收集系统、二氧化氮捕集系统、二氧化碳捕集系统设置在柴油机的尾气排气管上并依次相连；天然气空气混合系统设置在柴油机前方，其还与二氧化氮捕集系统通过管道相连。本发明专利技术还公开了一种通过该装置实现液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的方法。本发明专利技术提供的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置与方法，能够实现船舶柴油机尾气的无公害排放，对环境保护具有重要意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种液化天然气应用及船舶柴油机尾气处理的装置与方法，具体地，涉及一种液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置与方法。
技术介绍
船舶柴油机在工作过程中会排放氮氧化物（NOX）、微粒（PM）、硫氧化物（SOX）和二氧化碳（CO2）等众多大气污染物。国际海事组织（IMO）为了对这些有害物进行控制，先后通过并颁布了《73/78船舶防污染公约附则Ⅵ》及其修正案，对船舶NOX、温室气体排放及燃油硫含量提出了严格的限制，这对传统船舶柴油机的应用和发展提出了严峻挑战。在此背景下，以液化天然气作为船舶柴油机主要燃料的方法，成为船舶柴油机节能减排技术的一个重要发展方向。天然气不含C-C键和硫元素，在燃烧过程中能够大幅减少碳烟和SOX的生成；然而，受天然气混合气浓度和燃烧速度的影响，会有一部分天然气以未燃碳氢的形式排出到排气管中，使得碳氢和一氧化碳（CO）排放相比传统柴油机有较大幅度的升高，同时发动机尾气中还有燃烧生成的NOX和CO2排出，进一步降低这些污染物的排放具有重要意义。为了延长续航里程，天然气通常以-164°C的液体状态储存于密封罐中，液化天然气蕴含了大量的冷能。目前，液化天然气在进入发动机气缸前，会被发动机冷却水加热气化成常温状态，液化天然气所携带的这部分冷能实际上最终被用在了冷却发动机上，其并没有被充分利用。为了提高液化天然气冷能的利用效率，申请号为201210461050.0“一种应用液化天然气为燃料的船舶冷能利用装置及方法”的专利，将液化天然气的冷能应用于取冷器和冷源空调系统，达到了液化天然气冷能有效利用的目的，但是在气温较低及冬季时，液化天然气冷能的利用效率不佳；申请号为201410109731.X“一种LNG冷能回收用于汽车零排放和空调的方法与装置”的专利，将液化天然气的冷能用于液化回收CO2，达到了冷能利用和减少发动机有害排放的双重目的，但该方法仅能减少CO2排放。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于液化天然气船舶柴油机的装置与方法，通过利用热交换器将低温天然气转化为可被发动机直接应用的常温气体，同时将液化天然气气化产生的冷能用于捕集船舶柴油机尾气中的NOX、PM、SOX和CO2，使船舶柴油机尾气实现无公害排放。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置与方法，其中，该装置包含柴油机尾气催化转化器（DOC，diesel oxidation catalyst）、废气锅炉系统、尾气冷却收集系统、二氧化氮捕集系统、二氧化碳捕集系统，以及天然气空气混合系统；所述的柴油机尾气催化转化器、废气锅炉系统、尾气冷却收集系统、二氧化氮捕集系统、二氧化碳捕集系统设置在柴油机的尾气排气管上并依次相连，对柴油机尾气进行处理；所述的天然气空气混合系统设置在柴油机的进气口前方，所述的天然气空气混合系统还与二氧化氮捕集系统通过管道相连。上述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其中，所述的天然气空气混合系统包含混合器。新鲜空气与天然气在所述的混合器中进行均匀混合。上述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其中，所述的装置中，柴油机尾气催化转化器直接设置在柴油机排气口之后的排气管上。上述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其中，所述的柴油机尾气催化转化器包含壳体以及设置在壳体内的基体；所述的基体为蜂窝陶瓷基体，在蜂窝陶瓷基体上涂覆有催化剂涂层，所述的催化剂涂层中的催化活性成分主要为铂（Pt）和钯（Pd），其中Pd的含量相对较高，能够十分有效地促进未燃碳氢排放中甲烷的氧化；所述的壳体为金属壳体。上述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其中，所述的柴油机尾气催化转化器，其后的排气管与废气锅炉系统相连，所述的废气锅炉系统包含废气锅炉和旁通管路；所述的废气锅炉设置在排气管上；所述的旁通管路与废气锅炉并联，在旁通管路和废气锅炉前的管道上分别设有阀门。上述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其中，所述的废气锅炉系统，其后的排气管与尾气冷却收集系统相连，所述的尾气冷却收集系统包含第一板式换热器、集液装置和水泵；所述的第一板式换热器设置在排气管上，所述的集液装置和水泵分别与第一板式换热器相连；所述的水泵能够将常温海水泵入第一板式换热器，常温海水在第一板式换热器内与尾气排放方向反向流动并排出，常温海水、水泵和第一板式换热器构成一循环系统。上述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其中，所述的尾气冷却收集系统，其后的排气管与二氧化氮捕集系统相连，所述的二氧化氮捕集系统包含液态二氧化氮储罐和冷却介质循环系统，所述的冷却介质循环系统包含第二板式换热器、对流换热器，和乙二醇泵；所述的第二板式换热器设置在排气管上，所述的液态二氧化氮储罐与第二板式换热器相连；所述的乙二醇泵和对流换热器依次与第二板式换热器相连，并与第二板式换热器构成回路，即冷却介质循环系统。回路中的冷却介质为乙二醇，其流动方向由对流换热器通过乙二醇泵流向第二板式换热器，再由第二板式换热器流向对流换热器。上述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其中，所述的二氧化氮捕集系统，其后的排气管与二氧化碳捕集系统相连，所述的二氧化碳捕集系统包含第三板式换热器和二氧化碳储罐；所述的第三板式换热器设置在排气管上，所述的二氧化碳储罐与第三板式换热器相连，所述的第三板式换热器还通过管道与对流换热器以及天然气空气混合系统的混合器相连。上述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其中，所述的装置还包含天然气储罐，所述的天然气储罐与所述的第三板式换热器相连，两者之间设有由天然气储罐向第三板式换热器开放的单向阀。液化天然气储存于天然气储罐中，柴油机开始运行时，天然气储罐中的液化天然气经由单向阀进入第三板式换热器和对流换热器吸热气化后，被送入天然气空气混合系统，然后进入柴油机燃烧。本专利技术还提供了一种通过上述的装置实现液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的方法，其中，该方法包含：步骤1，通过柴油机尾气催化转化器，对柴油机的尾气进行氧化催化转换，经过DOC重整后，将尾气中的NMHC、CH4和CO转化为CO2和H2O，NO转化为NO2，SO2转化为SO3；利用DOC改变柴油机排出尾气的成分，在催化剂的作用下，柴油机尾气发生如下反应：4NMHC+5O2→4CO2+2H2OCH4+2O2→CO2+2H2O2CO+O2→2CO22NO+O2→2NO22SO2+O2→2SO3其中，NMHC为非甲烷碳氢，CH4为天然气的主要成分甲烷，NO为一氧化氮，NO2为二氧化氮，SO2为二氧化硫，SO3为三氧化硫。步骤2，打开废气锅炉前的阀门，保持旁通管路上的阀门关闭，将DOC排出的尾气引入到废气锅炉系统，利用废气锅炉回收尾气余热；当废气锅炉缺水或不需要加热或时，关闭废气锅炉前的阀门，同时开启旁通管路上的阀门，使尾气经由旁通管路通过；步骤3，向尾气冷却收集系统中的第一板式换热器通入常温海水，将废气锅炉系统排出的尾气引入到尾气冷却收集系统，通过调节水泵的流量使通过后的尾气温度降至100°C以下；当排气温度低于100°C时，尾气中的水蒸气会冷凝成冷凝水，并吸附在尾气中的微小颗粒上，冷凝水与尾气中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其特征在于，该装置包含柴油机尾气催化转化器、废气锅炉系统、尾气冷却收集系统、二氧化氮捕集系统、二氧化碳捕集系统，以及天然气空气混合系统；所述的柴油机尾气催化转化器、废气锅炉系统、尾气冷却收集系统、二氧化氮捕集系统、二氧化碳捕集系统设置在柴油机的尾气排气管上并依次相连；所述的天然气空气混合系统设置在柴油机的进气口前方，所述的天然气空气混合系统还与二氧化氮捕集系统通过管道相连。
【技术特征摘要】
1.一种液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其特征在于，该装置包含柴油机尾气催化转化器、废气锅炉系统、尾气冷却收集系统、二氧化氮捕集系统、二氧化碳捕集系统，以及天然气空气混合系统；所述的柴油机尾气催化转化器、废气锅炉系统、尾气冷却收集系统、二氧化氮捕集系统、二氧化碳捕集系统设置在柴油机的尾气排气管上并依次相连；所述的天然气空气混合系统设置在柴油机的进气口前方，所述的天然气空气混合系统还与二氧化氮捕集系统通过管道相连。2. 如权利要求1所述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其特征在于，所述的天然气空气混合系统包含混合器。3. 如权利要求2所述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其特征在于，所述的装置中，柴油机尾气催化转化器直接设置在柴油机排气口之后的排气管上。4. 如权利要求3所述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其特征在于，所述的柴油机尾气催化转化器包含壳体以及设置在壳体内的基体；所述的基体为蜂窝陶瓷基体，在蜂窝陶瓷基体上涂覆有催化剂涂层，所述的催化剂涂层中的催化活性成分为铂和钯；所述的壳体为金属壳体。5. 如权利要求4所述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其特征在于，所述的柴油机尾气催化转化器，其后的排气管与废气锅炉系统相连，所述的废气锅炉系统包含废气锅炉和旁通管路；所述的废气锅炉设置在排气管上；所述的旁通管路与废气锅炉并联，在旁通管路和废气锅炉前的管道上分别设有阀门。6. 如权利要求5所述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其特征在于，所述的废气锅炉系统，其后的排气管与尾气冷却收集系统相连，所述的尾气冷却收集系统包含第一板式换热器、集液装置和水泵；所述的第一板式换热器设置在排气管上，所述的集液装置和水泵分别与第一板式换热器相连；所述的水泵能够将常温海水泵入第一板式换热器，常温海水在第一板式换热器内与尾气排放方向反向流动并排出。7. 如权利要求6所述的液化天然气船舶柴油机实现尾气无公害排放的装置，其特征在于，所述的尾气冷却收集系统，其后的排气管与二氧化氮捕集系统相连，所述的二氧化氮捕集系统包含液态二氧化氮储罐和冷却介质循环系统，所述的冷却介质循环系统包含第二板式...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏立江，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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