船舶发动机尾气NOX和SOX控制技术研究现状浅析

doi:10.19423/j.cnki.31-1561/u.2022.05.088

船舶 ›› 2022, Vol. 33 ›› Issue (05): 88-98.DOI: 10.19423/j.cnki.31-1561/u.2022.05.088

船舶发动机尾气NOX和SOX控制技术研究现状浅析

武文涛¹, 蔡云凯²

1.安徽省高等级公路工程监理有限公司合肥 237000;
2.武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉 430070

收稿日期:2022-04-19 修回日期:2022-06-07 出版日期:2022-10-25 发布日期:2022-10-27
作者简介:武文涛（1992-）,女,本科,工程师。研究方向：公路工程环境与安全。蔡云凯（1993-）,男,博士,博士后。研究方向：内燃机性能优化与排放控制。

Brief Analysis on Control Technology of NOX and SOX in Marine Engine Emission

WU Wentao¹, CAI Yunkai²

1. Anhui High Grade Highway Engineering Supervision Co., Ltd., Hefei 237000, China;
2. School of Naval Architecture, Ocean and Energy Power Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China

Received:2022-04-19 Revised:2022-06-07 Online:2022-10-25 Published:2022-10-27

摘要/Abstract

摘要： 远洋船舶运输作为三大运输体系之一,具有运输成本低、运输量大和安全性高等优点,但其尾气中NOX和SOX等也造成了严重的大气污染,亟待控制。文章梳理总结了目前国内外船舶发动机尾气NOX和SOX控制技术,并介绍了各技术的工作原理、优势及不足。该文认为基于尾气后处理系统的脱硫脱硝一体化技术,对船舶改动较少,且更适合旧船改装;而基于代用燃料或者燃料电池的新能源绿色船舶技术是未来船舶污染物控制、降低温室气体排放的最理想解决方案。

关键词: 船舶尾气, 脱硫, 脱硝, 排放控制

Abstract: As one of the three major transportation systems, ocean shipping has the advantages of low transportation cost, large transport capacity and high safety. However, NOX and SOX in marine engine emission also cause serious air pollution, demanding urgent control. This paper summarizes the current control technologies of NOX and SOX in marine engine emission at home and abroad, and introduces the working principle, advantages and disadvantages of each technology. It is believed that the integrated technology of desulfurization and denitration based on the exhaust gas treatment system is more suitable for refitting old ships due to less modification to the ships. However, the new energy green ship technology based on alternative fuels and fuel cells is the most ideal solution for the control of ship pollutants and the reduction of greenhouse gas emissions in the future.

Key words: marine engine emission, desulfurization, denitration, emission control

中图分类号:

U664.8

武文涛, 蔡云凯. 船舶发动机尾气NOX和SOX控制技术研究现状浅析[J]. 船舶, 2022, 33(05): 88-98.

WU Wentao, CAI Yunkai. Brief Analysis on Control Technology of NOX and SOX in Marine Engine Emission[J]. Ship & Boat, 2022, 33(05): 88-98.

参考文献

[1] RAHIM M M, ISLAM M T, KURUPPU S.Regulating global shipping corporations' accountability for reducing greenhouse gas emissions in the seas[J]. Marine Policy, 2016,69:159-170.
[2] JURIĆ V, ŽUPANOVIĆ D.Ecological impacts of diesel engine emissions[J]. Promet-Traffic & Transportation, 2012(2):151-160.
[3] BOONE L.Reducing air pollution from marine vessels to mitigate arctic warming:is it time to target black carbon[J]. Carbon & Climate Law Review,2012(1):13-20.
[4] 汪宗御,张继锋,纪玉龙. 船舶尾气污染物排放控制研究进展[J]. 化工进展, 2017(6):2289-2297.
[5] 陈峰. 船用柴油机排放控制技术[J]. 航海, 2016(4):56-61.
[6] 马冬,丁焰,尹航,等. 我国船舶港口空气污染防治现状及展望[J]. 环境与可持续发展, 2014(6):40-44.
[7] 万霖,何凌燕,黄晓锋. 船舶大气污染排放的研究进展[J]. 环境科学与技术,2013(5):57-62.
[8] NATALE F D, CAROTENUTO C.Particulate matter in marine diesel engines exhausts: emissions and control strategies[J]. Transportation Research, 2015,40:166-191.
[9] 方平,陈雄波,唐子君,等. 船舶柴油机大气污染物排放特性及控制技术研究现状[J]. 化工进展, 2017(3):1067-1076.
[10] EYRING V, ISAKSEN I SA, BERNTSEN T, et al.Transport impacts on atmosphere and climate:shipping[J]. Atmospheric Environment,2010,44:4735-4771.
[11] IMO. Nitrogen Oxides (NOx) [EB/OL]. [2022-05-31].https://www.imo.org/en/OurWork/Environment/Pages/Nitrogen-oxides-(NOX)-%E2%80%93-Regulation-13.aspx.
[12] IMO. Sulphur oxides (SOX) and Particulate Matter (PM) [EB/OL].[2022-05-31]. https://www.imo.org/en/OurWork/Environment/Pages/Sulphur-oxides-(SOX)-%E2%80%93-Regulation-14.aspx.
[13] 环境保护部办公厅. 关于征求国家环境保护标准《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法(中国第一、二阶段)》(二次征求意见稿)意见的函[EB/OL]. (2016-07-18)[2022-04-16]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201506/t20150604_302952.html.
[14] 交通运输部. 关于印发船舶与港口污染防治专项行动实施方案(2015—2020 年)的通知 [EB/OL]. (2016-07-18)[2022-04-16]. http://www.moc.gov.cn/zfxxgk/bnssj/syj/201508/t20150831_1871478.html.
[15] 交通运输部. 关于印发珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案的通知[EB/OL]. (2016-07-18)[2022-04-16]. http://www.gov.cn/xinwen/2015-12/04/content_5019932.html.
[16] 交通运输部. 中华人民共和国防治船舶污染内河水域环境管理规定(中华人民共和国交通运输部令2015 年第25号) [EB/OL].(2016-07-18)[2022-04-16]. http://zizhan.mot.gov.cn/zfxxgk/bnssj/zcfgs/201601/t20160121_ 1979401.html.
[17] 周卫可,闫东杰,黄学敏,等. 锰基低温SCR催化剂研究进展[J]. 应用化工,2017(10):2010-2013.
[18] 冯坦. 柴油机Urea-SCR系统化学模型的设计与仿真研究[D]. 武汉:武汉理工大学,2013.
[19] 朱元清. 船用低速柴油机SCR技术的发展与应用[J]. 船舶工程,2020(10):12-17.
[20] 张虎,佟会玲,陈昌和. 燃煤烟气同时脱硫脱硝机理概述[J]. 环境科学与技术,2006(7):109-111,127.
[21] 成一波. ClO2气相氧化联合钙基吸收同时脱硫脱硝试验研究[D]. 杭州:浙江工业大学,2015.
[22] LU B H, JIANG Y, CAI L L, et al.Enhanced biological removal of NOX from flue gas in a biofilter by Fe(II)Cit/Fe (II)EDTA absorption[J]. Bioresour Technol, 2011(17):7707-7712.
[23] 孙宇杰,刘盛余,吕维阳,等. 液相络合脱硝中吸收脱除NO的反应机理[J]. 环境工程学报,2016(7):3739-3742.
[24] 陈硕. 高效复合型亚铁络合剂脱硫脱硝一体化技术研究[D]. 上海:华东理工大学, 2017.
[25] HE F, DENG X, CHEN M.Kinetics of FeIIIEDTA complex reduction with iron powder under aerobic conditions[J]. Rsc Advances,2016,44:38416-38423.
[26] 张博雅. 应用六氨合钴(Ⅱ)溶液吸收NO废气的操作参数分析[J]. 煤炭技术,2011(3):3-5.
[27] 韩冰,李清海,刘振,等. 卤素离子还原三价钴氨络合物的试验研究[J]. 化学工程,2018(4):8-12.
[28] 杨加强,梅毅,王驰,等. 湿法烟气脱硝技术现状及发展[J]. 化工进展,2017(2):695-704.
[29] XIA D, HE C, ZHU L, et al. A novel wet-scrubbing process using Fe(VI) for simultaneous removal of SO2 and NO.[J]. Journal of Environmental Monitoring2011(4):864-870.
[30] 雷鸣,岑超平,胡将军. 尿素/KMnO4湿法烟气脱硫脱氮的试验研究[J]. 环境科学研究,2006(1):45-47,58.
[31] 彭敦亮,李彩亭, 路培, 等. UV/H2O2液相氧化净化烟气中NO的试验研究[J]. 环境科学, 2011(4):949-954.
[32] GUO R T, GAO X, PAN W G, et al.Absorption of NO into NaClO/NaOH solutions in a stirred tank reactor[J]. Fuel, 2010(11):3431-3435.
[33] HAO R, ZHANG Y, WANG Z, et al.An advanced wet method for simultaneous removal of SO2, and NO from coal-fired flue gas by utilizing a complex absorbent[J]. Chemical Engineering Journal, 2017,307:562-571.
[34] MONDAL M K, CHELLUBOYANA V R.New experimental results of combined SO2, and NO removal from simulated gas stream by NaClO as low-cost absorbent[J]. Chemical Engineering Journal, 2013(2):48-53.
[35] 孔清. 基于NaClO2-海水的船舶柴油机废气脱硝试验研究[D]. 大连:大连海事大学,2016.
[36] 郑德康,韩志涛,杨少龙,等. NaClO2海水溶液强化烟气脱硝效果的试验研究[J]. 环境科学学报,2017(8):3121-3126.
[37] 弓辉. NaClO2 /尿素复合吸收剂脱除SO2和NO试验及机理研究[D]. 上海:华东理工大学,2017.
[38] 杨业,徐超群,朱燕群,等. 臭氧氧化结合硫代硫酸钠溶液喷淋同时脱硫脱硝[J]. 化工学报,2016(5):2041-2047.
[39] 杨国华,胡文佳,周江华,等. 船舶尾气臭氧氧化-海水吸收的脱硫脱硝新工艺研究[J]. 内燃机学报, 2008(3):278-282.
[40] 徐凯杰, 文静, 刘志华,等. ClO2气相氧化联合CaCO3浆液吸收同时脱硫脱硝试验研究[J]. 环境污染与防治, 2017(5):504-509.
[41] XUE E, SESHAN K, ROSS J R H. Roles of supports, Pt loading and Pt dispersion in the oxidation of NO to NO2, and of SO2, to SO3[J]. Applied Catalysis B Environmental, 1996(11):65-79.
[42] SCHMITZ P J, KUDLA R J, DREWS A R, et al.NO oxidation over supported Pt: Impact of precursor, support, loading, and processing conditions evaluated via high throughput experimentation[J]. Applied Catalysis B Environmental, 2006(3):246-256.
[43] 姚瑞. 活性炭低温催化氧化NO的研究[D]. 上海:华东理工大学,2015.
[44] 季向赟. 基于电解原理的船舶废气脱硝试验研究[D].大连:大连海事大学,2016.
[45] 张欢,钟鹭斌,苑志华,等. 隔膜电解海水氧化耦合吸收脱硫脱硝净化船舶尾气技术[J]. 环境工程学报,2018(1):164-171.
[46] 于景奇. 电解海水法脱除船舶柴油机废气中NOX的试验研究[D]. 大连:大连海事大学,2017.
[47] 杨少龙. 基于紫外/电解海水的船舶废气脱硝性能与机理研究[D]. 大连:大连海事大学,2017.
[48] MÄTZING H. Chemical kinetics of flue gas cleaning by irradiation with electrons[J]. Advances in Chemical Physics, 2007,80:315-402.
[49] JIANG N, SHANG K F, LU N, et al.High-efficiency removal of NOX from flue gas by multitooth wheel-cylinder corona discharge plasma facilitated selective catalytic reduction process[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2016(11):2738-2744.
[50] CHIRUMAMILLA V R, HOEBEN W F L M, BECKERS F J C M, et al. Experimental investigation on the effect of a microsecond pulse and a nanosecond pulse on NO removal using a pulsed DBD with catalytic materials[J]. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2016(2):487-510.
[51] 汪涛. 介质阻挡放电脱除氮氧化物的试验研究和动力学分析[D]. 北京:华北电力大学,2015.
[52] TALEBIZADEH P, RAHIMZADEH H, ANAGHIZI S J, et al.Experimental study on the optimization of dielectric barrier discharge reactor for NOX treatment[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2016(6):3283-3293.
[53] 刘飞. 低温等离子体氧化NO的试验研究[D]. 武汉:武汉理工大学,2018.
[54] 张清凤,陈晓平, 余帆. 海水脱硫技术在船舶废气处理上的研究进展[J]. 化工进展,2016(1):277-284.
[55] 朱益民, 唐晓佳, 张仁平,等. 船舶硫氧化物排放控制研究进展[J]. 环境工程, 2014(8):68-71.
[56] 甘少炜,雷伟,周国强. 甲醇:未来船用燃料[J]. 中国船检,2016(8):90-94.
[57] 王辉. 柴油甲醇组合燃烧在船舶柴油机上的研究与应用[D].天津:天津大学,2019.
[58] LI W, WANG H Z, JIANG X, et al.A short review of recent advances in CO2 hydrogenation to hydrocarbons over heterogeneous catalysts[J]. RSC Advances, 2018(14): 7651-7669.
[59] GOEPPERT A, CZAUN M, JONES J P, et al.Recycling of carbon dioxide to methanol and derived products-closing the loop[J]. Chemical Society Reviews, 2014(23):7995-8048.
[60] PÉREZ-FORTES M, SCHÖNEBERGER J C, BOULAMANTI A, et al. Methanol synthesis using captured CO2 as raw material: techno-economic and environmental assessment[J]. Applied Energy, 2016,161:718-732.
[61] 石磊, 张婉莹,王玉鑫,等. 低温甲醇合成研究进展[J]. 化工学报,2018(4):33-47.
[62] 史建公,刘志坚,刘春生. 二氧化碳加氢制备甲醇技术进展[J]. 中外能源,2018(9):56-70.
[63] 何光远. 应将甲醇作为新兴能源纳入国家能源体系[EB/OL]. (2019-11-26) [2022-04-16]. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1651256636088331449&wfr=spider&for=pc.
[64] 冯是全,胡以怀. 甲醇燃料在船用发动机上的应用进展[J]. 船舶工程,2015(10):33-35, 68.
[65] 薛龙玉. 甲醇动力吹响集结号[J]. 中国船检,2022 (2):86-90.
[66] 曲保智,杨溢,田宇. 船舶减排技术的现状与发展趋势[J]. 中国水运, 2022(3):18-22.
[67] 姚春德,王辉,姚安仁,等. DMCC技术在高速船用柴油机上的应用研究[J]. 哈尔滨工程大学学报,2021(1):112-118.
[68] 何东泽. 甲醇/醇氢燃料发动机燃烧特性研究[D]. 镇江:江苏大学,2021.
[69] 孙洪杰. 中速四冲程船用氢气发动机燃料喷射及燃烧系统优化模拟研究[D]. 大连:大连理工大学,2021.
[70] 曲文静,孙洪杰, 龚震,等. 低速二冲程氢气发动机氢气逃逸抑制及混合气质量改善[J]. 应用科技,2021(5):92-98.
[71] 刘昭青. 丹麦财团开发氨燃料船用发动机[J]. 航海,2020(6):7.
[72] 丁梦豪, 胡以怀, 高雨颀,等. 氨燃料在发动机中的应用研究[J]. 能源与节能, 2021(12):163-165.
[73] 张若谷. 氢燃料电池作为船舶动力的应用研究[C]//
第十七届中国国际船艇展暨高性能船学术报告会. 上海,2012.
[74] 黄河, 徐文珊, 李明敏. 氢燃料电池船舶动力的发展与展望[J]. 广东造船,2021(4): 28-30.
[75] 向元京, 郭婵婵. 碳减排背景下氢燃料电池船舶发展现状及监管建议[J]. 中国海事, 2022(2):13-15.

编辑推荐

Metrics

联系电话：（021）63161688-105006
传真：（021）63151255
E-mail：chuanbo@maric.com.cn

船舶发动机尾气NOX和SOX控制技术研究现状浅析

Brief Analysis on Control Technology of NOX and SOX in Marine Engine Emission

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 6

编辑推荐

Metrics

[1]	李银涛, 赵楠. 日趋严格的尾气排放限值下的燃料选择及分析[J]. 船舶, 2020, 31(05): 111-120.
[2]	孙宝龙, 滕音文, 张云平, 侯玉乙, 陈熙. 某大型原油船脱硫改装电力系统设计[J]. 船舶, 2020, 31(02): 63-70.
[3]	周卓亮, 任奕舟. 大型箱船加装废气脱硫系统设计研究[J]. 船舶, 2020, 31(02): 104-109.
[4]	鲁建, 霍海鳌, 陶富平. 大洋勘探船柴油机排气系统设计探索[J]. 船舶, 2019, 30(06): 65-71.
[5]	吴磊;李康康;许婉莹;. 长航6000 m~3耙吸挖泥船柴油机排放控制系统配置分析[J]. 船舶, 2018, 29(05): 134-143.
[6]	袁庭全. 船用柴油机的排放控制[J]. 船舶, 2005, 16(01): 35-38.