船用选择性催化还原减排系统技术方案

本发明专利技术公开了一种船用选择性催化还原减排系统，包括将还原剂与发动机烟气混合的混合器，混合器与反应器烟气进口连接；反应器包括壳体，壳体上设置烟气进口、净化气出口，壳体内设置催化剂模块；所述还原剂为尿素水溶液。本发明专利技术结构合理、工作性能好，还原剂与烟气均匀的混合气体，经过反应器内的催化剂时，烟气中的ＮＯｘ被选择还原为无害的氮气Ｎ２和水Ｈ２Ｏ，实现ＮＯｘ达标排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种船用选择性催化还原减排系统。
技术介绍
由船舶造成的大气污染已经到了不能忽视的地步，给船舶内部环境和外部环境带 来日益严重的影响，特别是在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区，船舶排放的 废气甚至是该地区的主要污染源。船舶废气NOx的减排，国际海事组织IMO已向所有的船旗国提出了三个阶段的要 求。从2011年开始实行NOx排放为Tier II限值的规定，到2016年将实行NOx排放为 TierIII限值的规定，由于TierIII规定的NOx限值是发动机本身的技术改进所不能实现 的，而所有的NOx减排措施只有发动机排气后处理装置SCR能够实现TierIII的限值规定。选择性催化还原(selective catalytic reduction)，简称SCR，是降低船用柴油 机NOx排放的有效手段，经过多年来在船用发动机行业的研究，要将船用柴油机的NOx排放 降低到国际海事组织IM0“MARP0L附则VI《防止船舶造成空气污染》”所规定的TierIII的 限值，以及更严格的地区排放标准，SCR原理是唯一的技术方法。1. SCR反应方程式为尿素溶液还原剂反应=CO(NH2)2+H20 —C02+2NH3 (1)催化剂还原反应4N0+4NH3+02— 4N2+6H20！ (2)4N02+4NH3+ — 3N2+6H20 (3)2.催化剂船用SCR反应器中容纳的催化剂结构，采用的横截面是150mmX150mm，其中的蜂 窝孔可根据不同的应用条件采用20mm X 20mm，25mm X 25mm，30mm X 30mm。常用催化剂组分载体TiO2,活性物质V2O5温度窗口 280 420°C。但钒基催化剂不能满足船用低温工况的使用条件，必须开发新型船用SCR催化 剂。3.还原剂车用SCR还原剂为32. 5%尿素水溶液，它与船用的特点差异主要为车用尿素溶液 需满足陆用的严寒气候条件的储存和运输，尿素溶液的析晶温度点为-11°C。船用SCR还原 剂的条件，尿素水溶液是首选，其储存条件高于0°C，其尿素溶液40%的浓度等级符合国际 船舶行业的认可，在全球范围内可以得到补充。因此，船用SCR原理即，柴油机排气烟气(250 450°C)进入尿素水溶液喷射管， 定量喷射的尿素水溶液在130°C以上的烟气温度下热解为氨(NH3),烟气与氨在喷射管段 内，经混合器的扰动形成均勻的混合气，并流经反应器中的催化剂，有选择地将混合烟气中 的NOx还原为无害的氮气N2和水H20。经过反应器催化剂的NOx减少率可达90%以上。尽管通用的SCR技术原理已在陆用电厂和车用柴油机上得到应用，但其系统装置 特点与船舶应用的SCR装置有较大差别。上述行业应用的SCR装置，燃用动力物料和系统装置的结构特征与船用燃料和船 用装置的特征有重大区别。各行业应用SCR的特点 由于船舶基础空间紧凑，安排SCR系统装置需要精巧的设计，所有对船用SCR系统 装置的设计，特别是反应器的设计提出了较苛刻的要求，再加上船用燃料的特殊性和船舶 运行负荷工况的多变性，因此船用SCR系统装置的设计要求，特别是催化剂的性能结构参 数与陆用的SCR设计要求有差别。国外船用SCR对其中有效问题予以解决，但对使用高含 硫量的燃料和低温工况的应用，至今都无有效的解决办法。所以在船舶上应用SCR，还需解决以下问题1.船舶机舱空间狭小，庞大的SCR系统装置，特别是体积较大的反应器难以在机 舱布置。因此船用SCR系统装置必须结构紧凑、小型化的反应器技术开发是关键；2.船用燃油含硫量高，目前，全球大量的航运船舶燃油含硫量为4. 5%,2012年可 降低为3. 5%，高于1. 5%以上的燃油使SCR催化剂温度反应窗口狭小，易中毒，不能满足船 用SCR高效减排NOx的需要；3.船用发动机运行工况变化频繁，低负荷工况时，相当一部分柴油机的排气温度 过低，超出了一般钒基催化剂允许的最低反应温度，NOx减排效率降低，氨逃逸增加；4.国内生产的应用于SCR装置的催化剂多是针对电厂脱硝的产品，还不能完全适 应船舶应用的特点；5.由于船舶航行的安全要求，SCR系统还原剂不能采用电厂通用的氨还原剂，尿 素溶液还原剂是船舶应用SCR的首选，但由于使用环境不同及成本因素的考虑以及全球范 围内尿素溶液的供应，又不能应用车用32. 5%尿素溶液，因此必须使用40%的尿素水溶液 作为船用SCR还原剂；6.国际、国内尚未颁布船用SCR系统装置的检测、认证方法，只有通过首台船用 SCR应用检测实践才能予以解决。7.国内自主的船用柴油机产品，性能落后，匹配SCR系统装置的减排性能与可靠 性受限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构合理、工作性能好的船用选择性催化还原减排系统。本专利技术的技术解决方案是一种船用选择性催化还原减排系统，其特征是包括将还原剂与发动机烟气混合 的混合器，混合器与反应器烟气进口连接；反应器包括壳体，壳体上设置烟气进口、净化气 出口，壳体内设置催化剂模块；所述还原剂为尿素水溶液。尿素水溶液中尿素的质量浓度为39. 5 40. 5%。对于四冲程增压中冷、转速为600 1200r/min柴油机，其硫含量< 1.5%的燃 油产生的烟气，且烟气温度为280 420°C时，催化剂采用V2O5-TiO2，其中V2O5 TiO2的质 量比为=V2O5 TiO2=I 90;对于四冲程增压中冷、转速为600 1200r/min柴油机，其 硫含量> 1. 5%的燃油产生的烟气，且烟气温度为280 420°C时，催化剂采用硫化后的钴 氧化物，钴氧化物中S与CoxOy的质量比S CoxOy = 10 83 ；对于四冲程增压中冷、转速 为1500 2100r/min柴油机，其硫含量< 1. 5 %的燃油产生的烟气，且烟气温度为300 550°C时，催化剂采用Cu-ZSM-5，其中Cu与ZSM-5的质量比Cu ZSM-5 = 10 86 ；对于 二冲程低速柴油机、转速为70-120r/min柴油机，其硫含量< 1. 5 %的燃油产生的烟气，且 烟气温度为200 300°C时，催化剂采用MnOx-TiO2，且质量比MnOx TiO2 = 11 85 ；对 于二冲程低速柴油机、转速为70-120r/min柴油机，其硫含量> 1. 5 %的燃油产生的烟气， 且烟气温度为200 300°C时，催化剂采用&-Mn0x-Ti02，且质量比& MnOx TiO2 = 4 10 84。壳体内设置多层催化剂模块，每层催化剂模块下方设置吹灰装置。在最下方一层催化剂模块下方设置格栅层，格栅层上设置不锈钢网层。在每层催化剂模块对应部位的壳体上设置方便催化剂模块更换的反应器门。所述 混合器有蒸发段，蒸发段后设置混合段，蒸发段前设置烟气进口和还原剂喷射进口，混合段 中设置扰流装置。还原剂喷射进口与还原剂喷射器连接。本专利技术结构合理、工作性能好，还原剂与烟气均勻的混合气体，经过反应器内的催 化剂时，烟气中的NOx被选择还原为无害的氮气N2和水H2O,实现NOx达标排放。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术一个实施例的结构示图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船用选择性催化还原减排系统，其特征是：包括将还原剂与发动机烟气混合的混合器，混合器与反应器烟气进口连接；反应器包括壳体，壳体上设置烟气进口、净化气出口，壳体内设置催化剂模块；所述还原剂为尿素水溶液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王德荣，
申请(专利权)人：王德荣，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]