一种船舶尾气净化处理单元、带有此单元的设备及方法与流程

1.本发明属于船用设备的技术领域，涉及一种船舶尾气净化处理单元、带有此单元的设备及方法。


背景技术：

2.船舶废气经过湿法脱硫处理后，主要可以去除废气中的二氧化硫。除去二氧化硫同时也会带走废气中的少量氧气和氮气，因此经过处理后的船舶废气主要成分仍以氮气和氧气为主，但二氧化硫浓度显著下降。此外，如果在湿法脱硫过程中使用的洗涤液中添加了一些其他化学品，例如氨水等，会造成废气含有轻微的氨气和水蒸汽。但总的来说，船舶废气经过湿法脱硫处理后的温度通常在80-120℃之间，并且需要经过脱硝工序。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种船舶尾气净化处理单元、带有此单元的设备及方法，经过湿法脱硫处理的船舶废气通过除尘板去除颗粒状物质，解决堵塞催化剂的问题，利于后期脱硝工序的进行，本方案使用的复合改性活性炭催化剂具有高催化活性、稳定性好、制备工艺简单、适用性强的优点。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
5.一种船舶尾气净化处理单元，所述处理单元包括反应器本体，所述反应器本体具有腔体，所述腔体内壁上设有除尘板，所述除尘板开设有若干个通孔，所述腔体内填充有复合改性活性炭催化剂，所述腔体连通有废气进气管、惰气进气管以及排气管。
6.作为本发明的一种优选技术方案，所述复合改性活性炭催化剂的制备方法，包括以下步骤：
7.1)将活性炭研磨过筛后，加入硝酸溶液，加热处理后，过滤、清洗至洗涤液中性，高温干燥后，得到固体物a；
8.2)将尿素与固体物a加入到去离子水中，室温下搅拌混合均匀，升温干燥，得到固体物b；
9.3)将固体物b在惰性氛围下进行煅烧，降至室温后，得到固体物c；
10.4)将固体物c置于乙酸锰溶液中浸泡，超声处理，在室温下静置，干燥后进行煅烧，冷却后，得到活性催化剂；
11.5)将氧化铝粉末加入去离子水中，搅拌均匀后加热，持续搅拌后，得到氧化铝浆糊；
12.6)将聚醚砜加入到氧化铝浆糊中，搅拌均匀，加热，离心分离，洗涤、干燥，得到改性聚醚砜；
13.7)将改性聚醚砜溶解在溶剂中，加入活性催化剂浸泡，过滤后进行干燥，煅烧，得到复合改性活性炭催化剂。
14.作为本发明的一种优选技术方案，在步骤1)中，所述过筛条件为筛分至30-60目，
所述活性炭与硝酸溶液质量体积比为2g：10-11ml，所述硝酸溶液的浓度为5mol/l；所述加热处理条件为在60-85℃下处理10-12h；所述高温干燥条件为在110℃干燥10h。
15.作为本发明的一种优选技术方案，在步骤2)中，所述尿素、固体物a和去离子的质量体积比为6-8g：1g：4ml；所述搅拌时间为20-24h；所述升温干燥条件为在105℃干燥箱中8h。
16.作为本发明的一种优选技术方案，在步骤3)中，所述惰性氛围为氮气氛围，所述煅烧条件为在500℃煅烧1h。
17.作为本发明的一种优选技术方案，其中，锰与活性催化剂的质量比为5-7wt％；在步骤4)中，超声处理时间为1-1.5h；静置时间为20-24h；在105℃干燥8h；惰性氛围为氮气氛围，煅烧条件为在500℃煅烧1h。
18.作为本发明的一种优选技术方案，在步骤5)中，加热温度为80-85℃，持续搅拌时间为30min；在步骤6)中，加热条件为在90-110℃加热2h；在步骤7)，浸泡时间为20-24h；所述煅烧条件为在350-400℃煅烧2-4h；所述溶剂为甲醇或乙醇中的一种；在步骤5)至步骤7)中，聚醚砜、氧化铝粉末和活性催化剂的质量比为6:3:1。
19.本发明公开了一种带有船舶尾气净化处理单元的设备，所述设备包括废气中转器、若干个分别与所述废气中转器连通的所述处理单元以及均与若干个所述处理单元相连通的废气收集器，所述处理单元的数量为至少两个。
20.本发明公开了一种利用上述设备处理船舶尾气的方法，所述方法包括以下步骤：
21.(1)监控废气中转器的废气温度；
22.(2)将废气输送至处理单元，其余处理单元待机；
23.(3)经过处理单元处理后的废气输送至废气收集器统一收集排放。
24.作为本发明的一种优选技术方案，所述废气温度为140-220℃；所述待机为不进行废气处理以及去除复合改性活性炭催化剂表面吸附的杂质；
25.所述去除复合改性活性炭催化剂表面吸附的杂质的方法为在流量为200-300ml/min的氮气氛围中，将处理单元腔体温度升至500℃，并用氮气吹扫复合改性活性炭催化剂表面60min，吹扫完毕后开始降温。
26.本发明的有益效果：
27.1、通过硝酸处理过后的活性炭，通过选择合适浸渍比和温度，引入了羧基、酸酐和羟基这三种含氧基团，通过增加三种含氧基团的含量，使其具有更大的比表面积和更高的脱硝活性。
28.2、通过硝酸处理过后的活性炭具有较大的比表面积和分级多孔结构，且孔结构主要为微孔和中孔，为掺氮、氧化铝、聚醚砜物质提供很好路径，且非常利于反应过程中气体的传递；通过向活性炭掺氮、锰处理可以显著提高活性炭的低温脱硝活性，而且掺锰扩宽了反应温度窗口，掺氮大大提高了催化剂的表面碱度，两者相互配合增加了催化剂对no
x
的吸附，另外，本发明通过负载氧化铝、聚醚砜提高催化剂结构稳定性，提高热稳定性并增加显著其吸附、催化性能。
具体实施方式
29.为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合
实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
30.实施例1
31.一种船舶尾气净化处理单元，所述处理单元包括反应器本体，所述反应器本体具有腔体，所述腔体内壁上设有除尘板，所述除尘板开设有若干个通孔，所述腔体内填充有复合改性活性炭催化剂，所述腔体连通有废气进气管、惰气进气管以及排气管。
32.所述复合改性活性炭催化剂的制备方法，包括以下步骤：
33.1)将活性炭研磨并筛分至40目后，加入浓度为5mol/l的硝酸溶液，在60℃下加热处理12h后，过滤、清洗至洗涤液中性，在110℃干燥10h后，得到固体物a；所述活性炭与硝酸溶液质量体积比为1g：5ml；
34.2)将尿素与固体物a加入到去离子水中，室温下搅拌24h混合均匀，在105℃干燥箱中8h，得到固体物b；所述尿素、固体物a和去离子的质量体积比为6g：1g：4ml；
35.3)将固体物b在氮气氛围下，在500℃煅烧1h，降至室温后，得到固体物c；
36.4)将固体物c置于乙酸锰溶液中浸泡，超声处理1.5h，在室温下静置24h，在105℃干燥8h后，在氮气氛围下，在500℃煅烧1h，冷却后，得到活性催化剂；其中，锰与活性催化剂的质量比为5wt％；
37.5)将氧化铝粉末加入去离子水中，搅拌均匀后加热至80℃，持续搅拌30min后，得到氧化铝浆糊；
38.6)将聚醚砜加入到氧化铝浆糊中，搅拌均匀，在100℃加热2h，离心分离，洗涤、干燥，得到改性聚醚砜；
39.7)将改性聚醚砜溶解在甲醇中，加入活性催化剂浸泡24h，过滤后进行干燥，在400℃煅烧3h，得到复合改性活性炭催化剂。
40.其中，在步骤5)至步骤7)中，聚醚砜、氧化铝粉末和活性催化剂的质量比为6:3:1。
41.一种带有船舶尾气净化处理单元的设备，所述设备包括废气中转器、两个分别与所述废气中转器连通的所述处理单元以及均与两个所述处理单元相连通的废气收集器。
42.两个所述处理单元为第一处理单元和第二处理单元。
43.一种利用上述设备处理船舶尾气的方法，所述方法包括以下步骤：
44.(1)监控废气中转器的废气温度，使废气温度达到140℃；
45.(2)将废气输送至第一处理单元，第二处理单元待机；其中，所述待机为不进行废气处理以及去除复合改性活性炭催化剂表面吸附的杂质；
46.其中，所述去除复合改性活性炭催化剂表面吸附的杂质的方法为在流量为200ml/min的氮气氛围中，将第二处理单元腔体温度升至500℃，并用氮气吹扫复合改性活性炭催化剂表面60min，吹扫完毕后开始降温；
47.(3)经过处理单元处理后的废气输送至废气收集器统一收集排放。
48.实施例2
49.与实施例1相比，不同之处在于，步骤1)将活性炭研磨并筛分至40目后，加入浓度为5mol/l的硝酸溶液，在70℃下加热处理12h后，过滤、清洗至洗涤液中性，在110℃干燥10h后，得到固体物a；所述活性炭与硝酸溶液质量体积比为1g：5ml；其余组分、制备步骤和参数均一致。
50.实施例3
51.与实施例1相比，不同之处在于，步骤1)将活性炭研磨并筛分至40目后，加入浓度为5mol/l的硝酸溶液，在85℃下加热处理12h后，过滤、清洗至洗涤液中性，在110℃干燥10h后，得到固体物a；所述活性炭与硝酸溶液质量体积比为1g：5ml；其余组分、制备步骤和参数均一致。
52.实施例4
53.与实施例1相比，不同之处在于，步骤2)将尿素与固体物a加入到去离子水中，室温下搅拌24h混合均匀，在105℃干燥箱中8h，得到固体物b；所述尿素、固体物a和去离子的质量体积比为7g：1g：4ml；其余组分、制备步骤和参数均一致。
54.实施例5
55.与实施例1相比，不同之处在于，步骤2)将尿素与固体物a加入到去离子水中，室温下搅拌24h混合均匀，在105℃干燥箱中8h，得到固体物b；所述尿素、固体物a和去离子的质量体积比为8g：1g：4ml；其余组分、制备步骤和参数均一致。
56.实施例6
57.与实施例1相比，不同之处在于，步骤4)将固体物c置于乙酸锰溶液中浸泡，超声处理1.5h，在室温下静置24h，在105℃干燥8h后，在氮气氛围下，在500℃煅烧1h，冷却后，得到活性催化剂；其中，锰与活性催化剂的质量比为6wt％，其余组分、制备步骤和参数均一致。
58.实施例7
59.与实施例1相比，不同之处在于，步骤4)将固体物c置于乙酸锰溶液中浸泡，超声处理1.5h，在室温下静置24h，在105℃干燥8h后，在氮气氛围下，在500℃煅烧1h，冷却后，得到活性催化剂；其中，锰与活性催化剂的质量比为7wt％，其余组分、制备步骤和参数均一致。
60.对比例1
61.与实施例1相比，不同之处在于，不使用硝酸溶液对活性炭处理；其余组分、制备步骤和参数均一致。
62.对比例2
63.与实施例1相比，不同之处在于，不使用尿素；其余组分、制备步骤和参数均一致。
64.对比例3
65.与实施例1相比，不同之处在于，不使用乙酸锰溶液；其余组分、制备步骤和参数均一致。
66.对比例4
67.与实施例1相比，不同之处在于，复合改性活性炭催化剂不添加氧化铝，将聚醚砜溶解在甲醇中，加入活性催化剂浸泡24h，过滤后进行干燥，在400℃煅烧3h，得到复合改性活性炭催化剂。其余组分、制备步骤和参数均一致。
68.对比例5
69.与实施例1相比，不同之处在于，复合改性活性炭催化剂不添加聚醚砜，将氧化铝粉末加入去离子水中，搅拌均匀后加热至80℃，持续搅拌30min后，得到氧化铝浆糊，加入活性催化剂浸泡24h，过滤后进行干燥，在400℃煅烧3h，得到复合改性活性炭催化剂。其余组分、制备步骤和参数均一致。
70.脱硝效率测试：将实施例1-7和对比例1-5制备的复合改性活性炭催化剂，分别在nh3/no＝1:1，空速3000/h，h2o浓度10％，氧气6％，so2100ppm的模拟条件下测试其催化剂在
不同反应温度下的脱硝效率，其测试结果如表1所示。
71.表1
[0072][0073]
稳定性测试：将实施例1和对比例4-5制备的复合改性活性炭催化剂，分别在nh3/no＝1:1，空速3000/h，h2o浓度10％，氧气6％，so2100ppm，反应温度200℃的模拟条件下测试其催化剂在不同天数的脱硝效率，其测试结果如表2所示。
[0074]
表2
[0075] 1d(％)3d(％)实施例199.399.2对比例486.766.8对比例578.953.8
[0076]
由表1结果可知，通过硝酸处理过后的活性炭，引入了羧基、酸酐和羟基这三种含氧基团含量，具有更大的比表面积和更高的脱硝活性；硝酸处理过后的活性炭具有分级多孔结构，非常利于反应过程中气体的传递；通过向活性炭掺氮、锰处理可以显著提高活性炭的低温脱硝活性，而且掺锰扩宽了反应温度窗口，掺氮大大提高了催化剂的表面碱度，两者相互配合增加了催化剂对no
x
的吸附；由表2结果可知，实施例1与对比例4-5相比，本发明方案通过负载氧化铝、聚醚砜显著提高催化剂结构稳定性，提高热稳定性。
[0077]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种船舶尾气净化处理单元，其特征在于：所述处理单元包括反应器本体，所述反应器本体具有腔体，所述腔体内壁上设有除尘板，所述除尘板开设有若干个通孔，所述腔体内填充有复合改性活性炭催化剂，所述腔体连通有废气进气管、惰气进气管以及排气管。2.根据权利要求1所述的一种船舶尾气净化处理单元，其特征在于，所述复合改性活性炭催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将活性炭研磨过筛后，加入硝酸溶液，加热处理后，过滤、清洗至洗涤液中性，高温干燥后，得到固体物a；2)将尿素与固体物a加入到去离子水中，室温下搅拌混合均匀，升温干燥，得到固体物b；3)将固体物b在惰性氛围下进行煅烧，降至室温后，得到固体物c；4)将固体物c置于乙酸锰溶液中浸泡，超声处理，在室温下静置，干燥后进行煅烧，冷却后，得到活性催化剂；5)将氧化铝粉末加入去离子水中，搅拌均匀后加热，持续搅拌后，得到氧化铝浆糊；6)将聚醚砜加入到氧化铝浆糊中，搅拌均匀，加热，离心分离，洗涤、干燥，得到改性聚醚砜；7)将改性聚醚砜溶解在溶剂中，加入活性催化剂浸泡，过滤后进行干燥，煅烧，得到复合改性活性炭催化剂。3.根据权利要求2所述的一种船舶尾气净化处理单元，其特征在于：在步骤1)中，所述过筛条件为筛分至30-60目，所述活性炭与硝酸溶液质量体积比为2g：10-11ml，所述硝酸溶液的浓度为5mol/l；所述加热处理条件为在60-85℃下处理10-12h；所述高温干燥条件为在110℃干燥10h。4.根据权利要求2所述的一种船舶尾气净化处理单元，其特征在于：在步骤2)中，所述尿素、固体物a和去离子的质量体积比为6-8g：1g：4ml；所述搅拌时间为20-24h；所述升温干燥条件为在105℃干燥箱中8h。5.根据权利要求2所述的一种船舶尾气净化处理单元，其特征在于：在步骤3)中，所述惰性氛围为氮气氛围，所述煅烧条件为在500℃煅烧1h。6.根据权利要求2所述的一种船舶尾气净化处理单元，其特征在于：其中，锰与活性催化剂的质量比为5-7wt％；在步骤4)中，超声处理时间为1-1.5h；静置时间为20-24h；在105℃干燥8h；惰性氛围为氮气氛围，煅烧条件为在500℃煅烧1h。7.根据权利要求2所述的一种船舶尾气净化处理单元，其特征在于：在步骤5)中，加热温度为80-85℃，持续搅拌时间为30min；在步骤6)中，加热条件为在90-110℃加热2h；在步骤7)，浸泡时间为20-24h；所述煅烧条件为在350-400℃煅烧2-4h；所述溶剂为甲醇或乙醇中的一种；在步骤5)至步骤7)中，聚醚砜、氧化铝粉末和活性催化剂的质量比为6:3:1。8.一种带有如权利要求1～7任一项所述的船舶尾气净化处理单元的设备，其特征在于，所述设备包括废气中转器、若干个分别与所述废气中转器连通的所述处理单元以及均与若干个所述处理单元相连通的废气收集器，所述处理单元的数量为至少两个。9.一种利用权利要求8所述的设备处理船舶尾气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)监控废气中转器的废气温度；
(2)将废气输送至处理单元，其余处理单元待机；(3)经过处理单元处理后的废气输送至废气收集器统一收集排放。10.根据权利要求9所述的处理船舶尾气的方法，其特征在于：所述废气温度为140-220℃；所述待机为不进行废气处理以及去除复合改性活性炭催化剂表面吸附的杂质；所述去除复合改性活性炭催化剂表面吸附的杂质的方法为在流量为200-300ml/min的氮气氛围中，将处理单元腔体温度升至500℃，并用氮气吹扫复合改性活性炭催化剂表面60min，吹扫完毕后开始降温。

技术总结
本发明涉及一种船舶尾气净化处理单元、带有此单元的设备及方法，经过湿法脱硫处理的船舶废气通过除尘板去除颗粒状物质，解决堵塞催化剂的问题，利于后期脱硝工序的进行，本方案使用的复合改性活性炭催化剂具有高催化活性、稳定性好、制备工艺简单、适用性强的优点，所述处理单元包括反应器本体，所述反应器本体具有腔体，所述腔体内壁上设有除尘板，所述除尘板开设有若干个通孔，所述腔体内填充有复合改性活性炭催化剂，所述腔体连通有废气进气管、惰气进气管以及排气管，属于船用设备的技术领域。域。


技术研发人员：沈海涛 沈敏强 姚盛翔 方德忠 仲亚 叶慷 戴家浩 任月平 林云平
受保护的技术使用者：浙江浙能迈领环境科技有限公司
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/7/12