基于紫外-電解海水的船舶廢氣脫硝性能與機理研究.pdf

1、船舶排放廢氣造成了日益嚴重的大氣污染。近年來，國際海事組織、各國環(huán)保部門對船舶排放SOx與NOx制定了嚴格地限值規(guī)定?，F(xiàn)有的單獨脫硫或脫硝技術已較為成熟，但面對船舶同時脫硫脫硝需求，采用單獨脫硫與脫硝系統(tǒng)的串聯(lián)組合方式勢必將造成設備投資過高、占用空間過大、運營管理過于復雜等突出問題。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，已取得一定的商業(yè)推廣。在此基礎上，通過添加適當?shù)难趸瘎?，則將有可能同時脫除廢氣中NOx。鑒于此

2、，充分考慮船舶運營及所處環(huán)境特點，本文提出一種基于紫外/電解海水的濕法脫硝技術。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。
　　本研究主要內容包括：⑴針對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驗與模型研究。實驗研究了電極材料、電極間距、電流密度與海水鹽度等因素對海水電解制備有效氯的影響規(guī)律。分析有效氯生成反應動力學及電解槽伏安特性，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，建立了多因素作用的數(shù)學模型。結果表明，當有效氯生成速率主要受Cl-擴散速率控制時'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;而當有效氯生成速率由Cl-擴散傳質與電荷轉移過程共同作用時，一定范圍內增加電流密度將能提高有效氯生成速率，但對電流效率影響較小。此外，天然海水電解實驗驗證了理論模型的合理性。在溶液溫度20℃條件下，利用模型預測了實船高鹽度海水（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設計并搭建了模擬船舶廢氣脫硫脫硝實驗平臺以及實驗級別的半連續(xù)鼓泡反應器，對電解海水脫硝的影響因素、反應機理及傳質-反應動力學進行了系統(tǒng)研究。結果表明，有效氯濃度、NO入口濃度、溶液初始pH值及O2濃度對脫硝率影響較大。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。在此基礎上，結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量平衡分析結果，揭示了電解海水脫硝的主要反應途徑。隨后，采用經(jīng)典化學法測定了鼓泡反應器傳質性能參數(shù)，并分析了NO吸收速率主要影響因素的作用規(guī)律。運用宏觀反應動力學相關理論，建立了NO吸收速率方程，并實驗驗證。分析指出了NO吸收傳質-反應過程的4種潛在強化途徑。建立了NO吸收擬一級反應速率常數(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)濟性與應用優(yōu)

6、勢。⑶在單獨電解海水脫硝研究基礎上，基于自行設計制作的小型紫外-鼓泡反應器，從實驗與模型兩個角度對紫外/電解海水強化脫硝方法進行了深入研究。結果表明，脫硝率隨紫外輻照功率、有效氯濃度、O2濃度的增加而上升。當溶液pH值在3-10范圍內時，脫硝率始終較高，且脫硝強化因子隨pH值增加而顯著升高。當溶液溫度升高，脫硝強化因子下降。當NO入口濃度增加時，脫硝率降低。隨后，建立了擬一級快速反應NO吸收速率方程，并實驗驗證。指明了噴灑塔是紫外/電解