一种船舶发动机尾气污染物处理装置及污染物处理方法

1.本发明属于船舶发动机尾气处理领域，特别是涉及一种船舶发动机尾气污染物处理装置及污染物处理方法。


背景技术：

2.船舶发动机在工作过程中会产生大量no
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以及少量的n2o，船舶发动机的燃烧做功是导致船舶废气中no
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和n2o产生的主要原因，在高温条件下，船舶发动机进气中的n2在火焰温度下将n2氧化成no和n2o，船舶尾气中nox是海洋大气以及沿海城市空气的主要污染物之一。
3.n2o则是一种超级温室气体，温室效应是co2的298倍，在带来温室效应的同时还会破坏地球的臭氧层，二者在对环境造成破坏的同时也会影响到人体健康。国际海事组织imo一直以来对船舶尾气排放都有严格的限制标准，其中2016年1月1日起marpol公约tier iii排放标准正式实施，对船舶发动机no
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的排放控制提出了更大的挑战，众多研究机构也在船舶no
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排放控制方面取得了诸多的成果，随着碳中和、碳达峰政策的提出n2o的处理也逐渐受到关注。
4.选择性催化还原技术(scr)技术是目前最有效的脱硝技术，船舶scr技术是用尿素水溶液产的nh3作为还原剂，在v2o5等scr催化剂的作用下将船舶尾气中的no
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还原为n2的技术，在选择性催化还原no
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的过程中会产生n2o，使得尾气中n2o的含量增加，而n2o的处理技术现在多为直接催化分解，直接催化分解n2o技术是在催化剂的作用下将n2o催化分解为n2和o2的技术。船舶尾气中会含有o2，在催化分解n2o的过程中o2会抢占催化分解n2o催化剂上的活性位点，导致低温时分解效率下降。
5.针对现有的船舶尾气中no
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处理方法所存在的问题，开发出一种在低温条件下能更好处理no
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和n2o并避免催化剂应力集中的船用脱硝装置具有重要意义。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明旨在提出一种船舶发动机尾气污染物处理装置,以解决低温条件下现有船舶尾气处理技术中n2o分解效率低且催化剂应力集中的问题。
7.为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种船舶发动机尾气污染物处理装置，包括尿素供给机构、选择性还原组件、壳体、排气道、等离子电离组件和n2o催化分解催化剂，所述尿素供给机构的尿素出口端同向设置在壳体的进气通道内，所述壳体内同轴设置选择性还原组件，所述壳体内壁与选择性还原组件外壁围合而成排气道，所述排气道与壳体的出气通道连通，所述排气道与壳体的连通处设有n2o催化分解催化剂，所述n2o催化分解催化剂与壳体同轴设置，所述选择性还原组件用于接收壳体进气通道输送来的气体与尿素反应后的气体混合物并将其沿着壳体径向输送到排气道内，所述选择性还原组件内壁设置scr催化剂，所述排气道的末端沿着壳体周向设置多个等离子电离组件，所述等离子电离组件用于电离气体。
8.更进一步的，所述壳体为中空回转体，所述壳体包括进气通道、处理通道和出气通道，所述壳体的进气通道和出气通道管径均小于处理通道，所述选择性还原组件设置在处理通道内。
9.更进一步的，所述n2o催化分解催化剂为中空筒状，所述n2o催化分解催化剂设置在处理通道向出气通道管径逐渐收窄的过渡区内。
10.更进一步的，所述尿素供给机构包括尿素喷射组件、电子控制阀和尿素储存组件，所述尿素储存组件的输出端通过电子控制阀与尿素喷射组件连通，所述尿素喷射组件的尿素出口端同向设置在壳体的进气通道内。
11.更进一步的，所述选择性还原组件为回转体。
12.更进一步的，所述选择性还原组件还包括第一密封挡板、柱状金属隔离网和第二密封挡板，所述柱状金属隔离网为圆筒状，所述柱状金属隔离网靠近壳体进气通道一侧开口边缘处设置有第一密封挡板，所述第一密封挡板为圆环状，所述第一密封挡板外边缘与壳体内壁相连，所述柱状金属隔离网另一侧开口设有第二密封挡板，所述scr催化剂设置在柱状金属隔离网内侧网面上。
13.更进一步的，所述选择性还原组件还包括防返流板，所述防返流板设置在柱状金属隔离网靠近壳体进气通道一侧的开口处。
14.更进一步的，所述等离子电离组件设置有两个。
15.更进一步的，所述等离子电离包括弧状外电极和弧状内电极，所述弧状外电极设置在壳体外壁上，所述弧状内电极设置在排气道内。
16.根据本发明的另一个方面，提供一种船舶发动机尾气污染物处理方法，使用上述一种船舶发动机尾气污染物处理装置，包括以下步骤：
17.s1、船舶尾气由壳体进气通道进入的同时尿素供给机构喷射尿素，尿素分解成nh3；
18.s2、船舶尾气和nh3进入柱状金属隔离网内与scr催化剂接触反应后径向进入排气道内；
19.s3、排气道内气体运动到等离子电离组件进行电离；
20.s4、电离后的气体与n2o催化分解催化剂反应后从壳体出气通道排出。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.1、本船舶发动机尾气污染物处理装置将选择性还原组件、等离子电离组件和n2o催化分解催化剂梯级耦合布置，能够在脱除no
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的同时去除n2o，使得船舶脱硝技术更加完善；
23.2、本船舶发动机尾气污染物处理装置，不同于轴向流经催化剂，而是径向流经scr催化剂，船舶尾气与催化剂层具有更大的接触面积，避免了船舶尾气在壳体进气通道，由于速度、压力的不均匀对催化剂造成的损害，有效强化催化效果并提高了催化剂的寿命；
24.3、本船舶发动机尾气污染物处理装置使用等离子电离组件协同脱除n2o，等离子体与n2o催化剂会产生协同作用，降低o2对n2o分解效率的影响，提高低温分解n2o的效率；
25.4、两组等离子电离组件分开工作可以在满足排放要求的同时尽可能减少能源浪费。
附图说明
26.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
27.图1为本发明所述的一种船舶发动机尾气污染物处理装置的结构示意图；
28.图2为本发明所述的一种船舶发动机尾气污染物处理装置的气体流动方向示意图。
29.尿素喷射组件1；电子控制阀2；尿素储存组件3；第一密封挡板4；防返流板5；壳体6；排气道7；scr催化剂8；柱状金属隔离网9；弧状外电极10；弧状内电极11；第二密封挡板12；n2o催化分解催化剂13。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
31.参见附图说明本实施方式，根据本发明的一个方面，提供一种船舶发动机尾气污染物处理装置，包括尿素供给机构、选择性还原组件、壳体6、排气道7、等离子电离组件和n2o催化分解催化剂13，所述尿素供给机构的尿素出口端同向设置在壳体6的进气通道内，所述壳体6内同轴设置选择性还原组件，所述壳体6内壁与选择性还原组件外壁围合而成排气道7，所述排气道7与壳体6的出气通道连通，所述排气道7与壳体6的连通处设有n2o催化分解催化剂13，所述n2o催化分解催化剂13与壳体6同轴设置，所述选择性还原组件用于接收壳体6进气通道输送来的气体与尿素反应后的气体混合物并将其沿着壳体6径向输送到排气道7内，所述选择性还原组件内壁设置scr催化剂8，所述排气道7的末端沿着壳体6周向设置多个等离子电离组件，所述等离子电离组件用于电离气体。
32.在本实施例中，所述壳体6为中空回转体，所述壳体6包括进气通道、处理通道和出气通道，所述壳体6的进气通道和出气通道管径均小于处理通道，所述选择性还原组件设置在处理通道内，通过管径的设置，能够使气体在进入处理通道内时进行减速，防止压力对选择性还原组件的scr催化剂8造成过大的压力，同时在气体进入出气通道时，由于管路的变径作用会使流速加快，加快气体排出。
33.在本实施例中，所述n2o催化分解催化剂13为中空筒状，所述n2o催化分解催化剂13设置在处理通道向出气通道管径逐渐收窄的过渡区内，能够获得更大的接触面积，使得气体与n2o催化分解催化剂13充分接触，同时便于n2o催化分解催化剂13定位安装在壳体6内。
34.在本实施例中，所述尿素供给机构包括尿素喷射组件1、电子控制阀2和尿素储存组件3，所述尿素储存组件3的输出端通过电子控制阀2与尿素喷射组件1连通，所述尿素喷射组件1的尿素出口端同向设置在壳体6的进气通道内，喷尿素时，通过电子控制阀2控制，将尿素储存组件3内的尿素从尿素喷射组件1喷出。
35.在本实施例中，所述选择性还原组件为回转体，便于定位安装在壳体6内，减小风阻。
36.在本实施例中，所述选择性还原组件还包括第一密封挡板4、柱状金属隔离网9和第二密封挡板12，所述柱状金属隔离网9为圆筒状，所述柱状金属隔离网9靠近壳体6进气通
道一侧开口边缘处设置有第一密封挡板4，所述第一密封挡板4为圆环状，所述第一密封挡板4外边缘与壳体6内壁相连，所述柱状金属隔离网9另一侧开口设有第二密封挡板12，所述scr催化剂8设置在柱状金属隔离网9内侧网面上，scr催化剂8整体为中空柱状。通过柱状金属隔离网9来完成对scr催化剂8的固定，并为气体径向排入排气道7内提供网孔，此种排放方式，能够避免传统轴向气体流动方式给由于速度、压力的不均匀对催化剂造成的损害，从而实现降低背压、减弱催化剂应力集中的目的，有效强化催化效果并提高了催化剂的寿命。
37.在本实施例中，所述选择性还原组件还包括防返流板5，所述防返流板5设置在柱状金属隔离网9靠近壳体6进气通道一侧的开口处，防返流板5设有两个并上下对称布置，防返流板5向壳体6出气通道一侧倾斜，降低迎风风阻的同时防止气体反流。
38.在本实施例中，所述等离子电离组件设置有两个，两个等离子电离组件独立工作，可以在满足排放要求的同时尽可能减少能源浪费，同时能够避免一个等离子电离组件失效时，另外一个能够保证正常的工作，防止装置处理功能失效。
39.在本实施例中，所述等离子电离包括弧状外电极10和弧状内电极11，所述弧状外电极10设置在壳体6外壁上，所述弧状内电极11设置在排气道7内，弧状外电极10和弧状内电极11均设置为弧状薄片结构，能够更好的适应壳体6。
40.根据本发明的另一个方面，提供一种船舶发动机尾气污染物处理方法，使用上述的一种船舶发动机尾气污染物处理装置，包括以下步骤：
41.s1、船舶尾气由壳体6进气通道进入的同时尿素供给机构喷射尿素，尿素在高温作用下分解产生nh3；尿素热分解的反应如下所示：
42.(nh2)2co+h2o
→
2nh3+co2；
43.s2、船舶尾气和nh3进入柱状金属隔离网9内与scr催化剂8接触发生scr反应，反应式如下所示：
[0044][0045][0046][0047]
反应后尾气径向进入排气道7内，通过径向进入的方式，能够扩大气体与scr催化剂8的接触面积，同时得益于进气的方式，能够减小压力不均对scr催化剂8的损害；
[0048]
s3、排气道7内气体运动到等离子电离组件进行电离；等离子体电离部分船舶尾气中的n2o，等离子体分解n2o的反应如下：e-+n2o
→
n2+o+e-[0049]
s4、电离后的尾气与n2o催化分解催化剂13反应后从壳体6出气通道排出。n2o催化分解反应式为2n2o
→
2n2+o2。
[0050][0051]
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

技术特征：
1.一种船舶发动机尾气污染物处理装置，其特征在于：包括尿素供给机构、选择性还原组件、壳体(6)、排气道(7)、等离子电离组件和n2o催化分解催化剂(13)，所述尿素供给机构的尿素出口端同向设置在壳体(6)的进气通道内，所述壳体(6)内同轴设置选择性还原组件，所述壳体(6)内壁与选择性还原组件外壁围合而成排气道(7)，所述排气道(7)与壳体(6)的出气通道连通，所述排气道(7)与壳体(6)的连通处设有n2o催化分解催化剂(13)，所述n2o催化分解催化剂(13)与壳体(6)同轴设置，所述选择性还原组件用于接收壳体(6)进气通道输送来的气体与尿素反应后的气体混合物并将其沿着壳体(6)径向输送到排气道(7)内，所述选择性还原组件内壁设置scr催化剂(8)，所述排气道(7)的末端沿着壳体(6)周向设置多个等离子电离组件，所述等离子电离组件用于电离气体。2.根据权利要求1所述的一种船舶发动机尾气污染物处理装置，其特征在于：所述壳体(6)为中空回转体，所述壳体(6)包括进气通道、处理通道和出气通道，所述壳体(6)的进气通道和出气通道管径均小于处理通道，所述选择性还原组件设置在处理通道内。3.根据权利要求2所述的一种船舶发动机尾气污染物处理装置，其特征在于：所述n2o催化分解催化剂(13)为中空筒状，所述n2o催化分解催化剂(13)设置在处理通道向出气通道管径逐渐收窄的过渡区内。4.根据权利要求1、2或3所述的一种船舶发动机尾气污染物处理装置，其特征在于：所述尿素供给机构包括尿素喷射组件(1)、电子控制阀(2)和尿素储存组件(3)，所述尿素储存组件(3)的输出端通过电子控制阀(2)与尿素喷射组件(1)连通，所述尿素喷射组件(1)的尿素出口端同向设置在壳体(6)的进气通道内。5.根据权利要求4所述的一种船舶发动机尾气污染物处理装置，其特征在于：所述选择性还原组件为回转体。6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种船舶发动机尾气污染物处理装置，其特征在于：所述选择性还原组件还包括第一密封挡板(4)、柱状金属隔离网(9)和第二密封挡板(12)，所述柱状金属隔离网(9)为圆筒状，所述柱状金属隔离网(9)靠近壳体(6)进气通道一侧开口边缘处设置有第一密封挡板(4)，所述第一密封挡板(4)为圆环状，所述第一密封挡板(4)外边缘与壳体(6)内壁相连，所述柱状金属隔离网(9)另一侧开口设有第二密封挡板(12)，所述scr催化剂(8)设置在柱状金属隔离网(9)内侧网面上。7.根据权利要求6所述的一种船舶发动机尾气污染物处理装置，其特征在于：所述选择性还原组件还包括防返流板(5)，所述防返流板(5)设置在柱状金属隔离网(9)靠近壳体(6)进气通道一侧的开口处。8.根据权利要求1所述的一种船舶发动机尾气污染物处理装置，其特征在于：所述等离子电离组件设置有两个。9.根据权利要求8所述的一种船舶发动机尾气污染物处理装置，其特征在于：所述等离子电离包括弧状外电极(10)和弧状内电极(11)，所述弧状外电极(10)设置在壳体(6)外壁上，所述弧状内电极(11)设置在排气道(7)内。10.一种船舶发动机尾气污染物处理方法，使用如权利要求1、2、3、5、7、8或9中任一项所述的一种船舶发动机尾气污染物处理装置，其特征在于，包括以下步骤：s1、船舶尾气由壳体(6)进气通道进入的同时尿素供给机构喷射尿素，尿素分解成nh3；s2、船舶尾气和nh3进入柱状金属隔离网(9)内与scr催化剂(8)接触反应后径向进入排
气道(7)内；s3、排气道(7)内气体运动到等离子电离组件进行电离；s4、电离后的气体与n2o催化分解催化剂(13)反应后从壳体(6)出气通道排出。

技术总结
本发明提出了一种船舶发动机尾气污染物处理装置及污染物处理方法，属于船舶发动机尾气处理领域。解决低温条件下现有船舶尾气处理技术中N2O分解效率低且催化剂应力集中的问题。一种船舶发动机尾气污染物处理装置包括尿素供给机构、选择性还原组件、壳体、排气道、等离子电离组件和N2O催化分解催化剂，尿素供给机构的尿素出口端同向设置在壳体的进气通道内，壳体内同轴设置选择性还原组件，排气道与壳体的连通处设有N2O催化分解催化剂，选择性还原组件用于接收壳体进气通道输送来的气体与尿素反应后的气体混合物并将其沿着壳体径向输送到排气道内，等离子电离组件用于电离气体。它主要用于处理船舶发动机尾气。体。它主要用于处理船舶发动机尾气。体。它主要用于处理船舶发动机尾气。


技术研发人员：席鸿远 莫杰 周松 张天鹏 任建军 朱云龙 周洪杰
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.03.01
技术公布日：2023/6/12