船舶与港口防污染技术八.ppt

船舶与港口防污染技术 八 船舶在营运过程中造成空气污染主要有以下三个方面 1 燃料燃烧 排出硫氧化物 SOx 氮氧化物 NOx 二氧化碳 CO2 一氧化碳 CO 等造成大气污染 2 船舶使用的制冷剂 灭火剂 洗涤剂 发泡剂 隔热材料 等 产生氯氟烃等 对大气中的臭氧层产生了严重的危害 3 液货中的烃类气化物或有害气体 扩散到大气中造成大气污染 第五章船舶大气污染防治技术 第一节船舶大气污染来源与排放控制措施 1 船舶大气污染物来源 防止船舶大气污染规则 IMO第37次环保会 MPEC37 上 MARPOL73 78国际公约原有的5条附则基础上 又增加了附则 防止大气污染规则 并于1997年正式通过 2 船舶大气污染物排放控制要求 限制船用柴油机氮氧化物 NOx 的排放 限制硫氧化物 SOx 的排放 限制挥发性有机化合物 VOCs 的排放 限制消耗臭氧层物质的排放 船上焚烧的限制 控制船舶释放的要求 1 所有船舶在新装或更新设备时 禁止使用含有消耗臭氧层物质的装置 但在2020年1月1日以前含有氯氟烃的装置仍可使用 2 禁止故意排放消耗臭氧层物质 包括在系统维修 检测或处置过程中发生的排放 3 当消耗臭氧层物质从船上移出时 应送入合适的接收设施中 1 限制消耗臭氧层物质的排放 2 限制船用柴油机氮氧化物 NOx 的排放 1 安装在2000年1月1日以后建造或经过重大改装的船舶上 输出功率为130kw及130kw以上的柴油机排气中 依其额定转速 n 不同 NOx含量不超过下列限值 A17 0g kwhn 130rpmB45 0 n 0 2 g kwh130rpm n 2000rpmC9 8g kwhn 2000rpm 2 允许使用由主管机关根据NOx的技术规则规定认可的废气滤清器或其他等效方法将柴油机NOx排放量将之上述1 规定的限制以下 3 限制硫氧化物 SOx 的排放 1 船舶使用的任何燃料油 其硫含量不得超过4 5 2 船舶的SOx排放控制区域内时使用的燃料油 其硫含量不得超过1 5 3 船舶可采用经主管机关认可的废气净化系统或其他技术方法 将柴油机排气的SOx排放总量减少至6 0g kwh以下 4 限制挥发性有机化合物 VOCs 的排放 1 驶往对挥发性有机化合物排放加以控制的港口或装卸站的船舶 应配备经主管机关根据IMO制定的 关于蒸气排放控制系统标准 认可的蒸气收集系统 2 指定为对液货船产生的挥发性有机化合物 VOCx 排放加以控制的港口 装卸站 应配备经政府根据IMO制定的 关于蒸气排放控制系统标准 认可的蒸气排放控制系统 5 船上焚烧的限制 1 船上焚烧只允许在焚烧炉中进行 装在船上的焚烧炉应由主管机关根据IMO制定的 焚烧炉标准技术条件 给予认可 2 禁止下列物质在船上焚烧 A 73 78防污公约 附则 和 中的货物残余物以及有关的被污染的包装材料 B多氯联苯 PCBs C 73 78防污公约 附则 定义的含有超过微量重金属的垃圾 D含有卤素化合物的精炼石油产品 3 聚氯乙烯 PVCs 只能在持有IMO依据 焚烧炉标准技术条件 颁发的IMO型式认可证书的焚烧炉中焚烧 第二节船舶燃料燃烧废气排放与污染控制技术 船舶排放的废气中NOx与SOx对环境和人类的影响最大 SOx排放主要成分SO2 其与云中的水雾结合形成酸雨 受酸雨伤害的水稻 石像已经彻底被酸雨毁坏了 NOx排放主要成分是NO 直接危害不大 但在大气中被臭氧氧化成NO2 造成血液输氧能力下降 还会导致肺气肿死亡 NOx还是形成光化学烟雾的起因物质 氮氧化物 NO和NO2 和碳氢化合物在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后发生光化学反应而产生二次污染物 这种一次污染物和二次污染物的混合物所形成的毒性烟雾现象 称为光化学烟雾 这种烟雾使人眼睛发红 咽喉疼痛 呼吸憋闷 头昏 头痛 远离城市100千米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死 柑橘减产 仅1950 1951年 美国因大气污染造成的损失就达15亿美元 1955年 因呼吸系统衰竭死亡的65岁以上的老人达400多人 1970年 约有75 以上的市民患上了红眼病 洛杉矶光化学烟雾事件 挪威向国际海事组织提供资料 船舶年排放NOx达602万吨 占世界排放总量的7 SOx达634万吨 占世界排放总量的4 特别在港口 海峡和一些航线密集 船舶流量大的区域 船舶排放的废气甚至成为该地区的主要污染源 船舶尾气污染不容忽视 一 控制SO2排放量的措施 目前 减少SO2排放量的主要方法有 1 使用低硫燃料 2 石油脱硫 3 排烟脱硫 方法1 受到了地球资源的限制 人类可以积极采取的对策是2 3 两种方法 而现今大多数船舶采用的控制措施是使用低硫燃料和脱硫燃料 船舶排烟脱硫处理将是今后防止船舶SO2污染大气的主要发展方向 1 石油的脱硫技术 氢化法 利用催化剂 Co Mo和Ni W 在高温高压下 使石油中的硫分与氢反应形成硫化氢来脱硫 早期只用在汽油和煤油等轻质馏分脱硫 随随着环境问题日益严重 重质馏分 渣油的脱硫越来越受重视 2 排烟脱硫技术 排烟脱硫分为湿法和干法两种 湿法包括 石灰石膏法 氢氧化镁法 碱性水溶液法等 湿法大约占90 干法指的就是活性炭法 1 石灰石膏法 排烟中的SO2与石灰反应 最终SO2被除去后以石膏的形式固定下来 脱硫率通常可以达到95 SO2 CaCO3 1 2H2O CaSO3 1 2H2O CO2 CaSO3 1 2H2O 1 2O2 3 2H2O CaSO4 2H2O 吸收反应 氧化反应 2 氢氧化镁法 该方法是用Mg OH 2代替第一种方法中的石灰作为吸收剂吸收排烟中的SO2 SO2 Mg OH 2 2H2O MgSO3 3H2O 吸收反应 氧化反应 MgSO3 3H2O 1 2O2 MgSO4 3H2O 吸收剂Mg OH 2的价格比CaCO3价格高 但SO2吸收速度快 3 碱性水溶液法 利用氢氧化钠 NaOH 碳酸钠 NaCO3 以及氨水等作为吸收剂来进行脱硫的方法 处理方法基本相同 由于这些吸收剂的价格与CaCO3相比较高 一般不用于排烟量较大场合的排烟中SO2的吸收处理 4 干式脱硫法 使用高比表面积的活性炭作为SO2的吸收剂来处理排烟中SO2的一种方法 与湿式法相比较 活性炭价格高是其经济性差以致使用受到限制的主要原因 二 船舶NOx排放控制技术 NOx包括NO NO2 N2O4等 在柴油机的排气中 NO2的浓度仅为5 而N2O4的浓度更低 因此主要研究的氮氧化物便是NO N2 O NO N O2 N NO O NO主要是由于空气和燃料中所含氮在高温下氧化而成 其氧化过程如下 船舶柴油机NOx排放的控制措施大体可分为燃料预处理工作过程处理排气后处理 低氮燃油或甲烷 或LNG 等低氮燃料燃油乳化 废气再燃烧处理催化还原法处理 废气再循环喷油定时延迟改变喷油参数燃油 水分层喷射 1 燃油乳化 燃油掺水乳化能较大幅度的减少NOx 在掺水量较大的情况下 柴油机燃烧室温度降低 从而使NOx下降 标准设计的发动机满负荷时可以加入20 的水 从燃烧的角度来说 这并没有达到极限 曾有过油水比例为1 1的试验 但此时需要对机器做一些改造 使用乳化后的燃油将对NOx的生成量和燃油的消耗率产生一定的影响 其影响程度随机器型号的不同而不同 但在一般情况下 增加一个百分点的水将减少一个百分点的NOx 2 废气再循环 废气再循环EGR ExhaustGasRe circulation 是指让发动机的一部分排气引回进气管 与新鲜空气混合后作为工质参加气缸内的热循环 EGR作为控制NOx排放的一项有效措施 越来越受到重视 废气再循环使排气中NOx的浓度下降 是因为 1 柴油机排出的废气中 由于含氧量少 在其再循环回气缸内后 使燃烧时反应混合物中的氧含量与不循环时相比 有显著降低 而燃烧或爆炸过程中NO的生成速度与氧浓度的平方根成正比 进而降低废气中NOx的浓度 2 废气中含有较多的水蒸气和CO2 在高温下 水蒸气和CO2的比热比空气大得多 进而引起燃烧火焰温度低 而在燃烧过程中NO的生成速度与温度成指数关系 燃烧温度的降低导致NOx浓度下降 3 选择性催化还原法SCR 用氨作还原剂对含NOx的气体进行催化还原处理 使氨能有选择的与气体中的NOx进行反应 称为选择性催化还原法 选择性催化还原法来降低废气中的NOx是利用废气在通过一层特殊的催化剂之前与氨相结合 温度为300 400oC 使NOx还原为N2和H2O 用选择性催化还原法净化NOx时的化学反应如下 4NO 4NH3 O24N2 6H2O NO NO2 2NH32N2 3H2O 选择性催化还原法已作为一般技术用于近海平台固定柴油机装置 而在实际船舶上处于试验应用阶段 第二节船舶CFCs对大气的危害与环保冷剂的开发 一 对流层 二 平流层 三 中间层 四 热层 五 逃逸层 主要天气过程如雨 雪 雹的形成均出现在此层 对流层和人类的关系最密切 对流圈内的臭氧是形成光化学烟雾的有害物质之一 有厚约20km的 层臭氧层 因臭氧具有吸收太阳光短波紫外线的能力 因而 能防止地球上的生物免遭紫外线的危害 第二节船舶氯氟烃排放与污染控制技术 氟利昂是甲烷或乙烷等饱和烃中的氢原子被卤化物Cl或F等置换后形成的卤化碳氢化合物 由于无毒无害和比较稳定 被广泛用作制冷机的冷却剂等 尽管在对流层不分解 但进入平流层以后 受太阳紫外光的作用就会发生分解反应 CCl2F2Cl CClF2 船舶泄露CFCs对臭氧层的影响 Cl O3ClO O2 ClO O Cl O2 O2O O 一个Cl离子造成数万个臭氧分子的分解 1987年9月通过 有关破坏臭氧层物质的蒙特利尔议定书 1989年7月执行 破坏臭氧层物质所占比例 替代产品开发 第三节散装液体泄露及其防止技术 船舶运输的三大液体散货是 石油 化学品 液化气 万向首艘 游神1 号海上化学品运输船启航 装卸 储运过程中的油气和化学品主要产生于 1 向储油罐 油舱及火车罐内装液体货物时 罐 舱 内等体积的油气或化学品被