船舶尾气脱尘脱硫脱碳一体化装置及船舶

技术领域

本说明书涉及船舶技术领域，具体涉及一种船舶尾气脱尘脱硫脱碳一体化装置及船舶。

背景技术

航运业已成为国际货物的重要运输途径，在全球气候变暖的大背景下，针对船舶尾气排放必将面临日益趋紧的监管要求，例如随着行业逐渐适应当前国际海事组织的颁布的2020年限硫令，国际海事组织将计划出台新规则，以降低船舶尾气中的碳排放。因此，对航运业来说，“零碳未来”不仅是一个目标，在落实碳减排时也将对船舶设计、尾气处理技术等方面带来新挑战。

针对工业尾气中的二氧化碳进行捕获处理的技术，通常可分为洗涤、吸收/解析、膜分离、PSA(Pressure Swing Absorb，变压吸附)等多种工艺路线，这些技术也已经广泛应用于工业尾气的CO

但是，成熟应用于陆上工业尾气处理的脱碳设备，不仅体积庞大，结构复杂，能耗高，建设成本高，也无法直接应用到船舶中。

目前，将碳捕捉技术应用于船舶尾气处理，也出现在少量文献中有。

例如，专利文献1公开了一种回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的方法及装置，采用分离的吸收塔、再生塔、贫富液再热器等进行碳捕捉。

例如，专利文献2公开了一种船舶尾气联合脱硫脱碳处理装置，采用双回路吸收塔联合脱硫脱碳，并在吸收塔外部设置电解池进行吸收液再生。

例如，专利文献3公开了一种船舶尾气脱硫脱硝除尘减碳工艺及装置，采用海水改性供给系统、低温脱硝系统、海水氧化系统以及烟气洗涤塔等进行脱硫脱硝除尘减碳。

但是，这些船舶脱碳方案，仍然需要多个设备，构成结构复杂，建设成本也高，而且二氧化碳吸收效率仍有待提高。

另外，鉴于船舶的燃料来源较为繁杂，船舶燃料种类也多种多样，比如重油、低硫油、柴油、LNG(Liquefied Natural Gas，液化天然气)、甲醇等，甚至有些船舶中采用双燃料共同燃烧的情况，而且船舶尾气中CO

还有，不同码头加注的燃料在成分上存在很大不同，也给脱除船舶尾气中的CO

因此，亟需一种新的碳捕捉方案来脱除船舶尾气中的CO

现有技术文献

专利文献

专利文献1：中国公开号CN104314647A

专利文献2：中国公开号CN107349759A

专利文献3：中国公告号CN109316918A

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供了一种船舶尾气脱尘脱硫脱碳一体化装置及船舶，可适用于对不同燃料(比如重油、低硫油、柴油、LNG、甲醇等燃料)所产生的船舶尾气进行脱硫脱尘脱碳处理。

本说明书实施例采用下述技术方案：

本说明书实施例提供一种船舶尾气脱硫脱尘脱碳一体化装置，其特征在于，包括综合吸收塔二氧化碳和分离液循环系统；

所述综合吸收塔为一体化U型结构，包括：预洗段、吸收段、第一除雾段、第一集液段和第二集液段，其中预洗段和第一集液段设置于U型结构的同一侧，吸收段、第一除雾段和第二集液段设置于U型结构的同一侧，第一集液段和第二集液段分别设置于U型结构的两侧底部；所述二氧化碳包括设置于中部的蒸馏段；所示分离液循环系统包括换热器；

所述预洗段利用海水对高温的船舶尾气进行洗涤，以对所述船舶尾气进行脱硫脱尘处理；所述预洗段对所述船舶尾气洗涤后的洗涤水落入到所述第一集液段中；所述吸收段利用吸收液/吸收剂对所述船舶尾气进行脱碳处理；所述第一除雾段对脱碳后的所述船舶尾气进行除雾处理，并将除雾后的净尾气对外排放；所述第一集液段将洗涤水排放到船舶外；所述第二集液段将富液通过所述换热器向所述二氧化碳内的上部管道段输送，所述上部管道段位于所述蒸馏段之上；所述蒸馏段对所述富液进行蒸馏处理，以从所述富液中析出二氧化碳，形成二氧化碳蒸汽和贫液；所述二氧化碳将所述二氧化碳蒸汽向二氧化碳收集系统输送，以及将所述贫液通过所述换热器向所述综合吸收塔输送；其中，所述贫液和所述富液通过所述换热器进行热量交换。

本说明书实施例还提供一种船舶，所述船舶包括：如本说明书中任意一项实施例所述的船舶尾气脱硫脱尘脱碳一体化装置，利用一体化装置对船舶尾气进行脱硫脱尘脱碳处理。

本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

通过将脱硫、除尘、脱碳集成为一个综合吸收塔，并在U型结构的综合吸收塔内部实现分段脱排处理，不仅有效地利用船舶条件(如海水)对尾气进行脱硫、除尘、脱碳处理，还大大简化了脱排装置的构成，减小了脱排装置所占空间体积，便于安装应用到空间紧凑的船舶中，非常适用于船舶应用，而且由于综合吸收塔设计及安装简单，减少了对现有标准化船舶设计的影响。

以及，吸收解析中充分利用船舶条件(如海水、热量等)，不仅提高了从富液中析出高浓度CO

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书实施例提供的一种船舶尾气脱硫脱尘脱碳一体化装置的结构示意图；

图2为本说明书实施例提供的一种船舶尾气脱硫脱尘脱碳一体化装置的结构示意图。

图3为本说明书实施例提供的一种船舶尾气脱硫脱尘脱碳一体化装置的结构示意图。

图4为本说明书实施例提供的一种船舶尾气脱硫脱尘脱碳一体化装置在船舶上安装的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等描述的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以下结合附图，说明本说明书各实施例提供的技术方案。

如图1所示，本发明实施例提供一种船舶尾气脱硫脱尘脱碳一体化装置，一体化装置100可包括：二氧化碳11、分离液循环系统10、一体化U型结构的综合吸收塔3。

实施中，综合吸收塔3可包括：预洗段301、吸收段302、第一除雾段303、第一集液段304和第二集液段305，其中预洗段301和第一集液段304设置于U型结构的同一侧，吸收段302、第一除雾段303和第二集液段305设置于U型结构的同一侧，第一集液段304和第二集液段305分别设置于U型结构的两侧底部。

实施中，二氧化碳11可包括蒸馏段1101，二氧化碳11可为管状舱段，在该管状舱段内部的中段设置有蒸馏段1101。

实施中，分离液循环系统10包括换热器1002。

实施中，高温的船舶尾气以及海水进入到预洗段301上部，不仅可利用海水对高温的船舶尾气进行降温处理，还可利用海水对尾气进行洗涤，除去大部分SO

需要说明的是，预洗段301中利用海水对尾气进行洗涤的方式，可根据实际应用需要，采用对应的洗涤方式，比如淋浴方式、喷洒方式等，这里不作限定。

一方面，经预洗段301洗涤后的尾气通过U型结构的底部进入到吸收段302。

另一方面，预洗段301对所述船舶尾气洗涤后形成的洗涤水，落入到第一集液段304中，在洗涤水符合排放标准时，比如国际海事组织(IMO，International MaritimeOrganization)规定的开式脱硫洗涤水排放标准，可将第一集液段304收集的洗涤水排放到船舶外，即可直接排放到海水中。

吸收段302中存放有吸收液/吸收剂，可利用吸收液/吸收剂对所述船舶尾气进行脱碳处理，其中洗涤后的尾气从U型结构的底部上升进入到吸收段，不仅在进入吸收段中时可充分地与吸收液/吸收剂进行充分接触，而且吸收液/吸收剂吸收CO

第一除雾段303对脱碳后的所述船舶尾气进行除雾处理，并将除雾后的净尾气对外排放。

第二集液段将富含CO

富液在蒸馏段1101中受到高温作用，从富液中解析出来CO

实施中，可利用船舶现有公用工程提供的热量进行蒸馏，如蒸汽、尾气热量等，为蒸馏段1101的蒸馏提供所需的热量，可简化设备构成，可降低船舶的能耗，可降低建设成本、尾气处理成本等。

需要说明的是，所述贫液和所述富液通过换热器1002进行热量交换。

需要说明的是，实施中通过控制二氧化碳11(比如蒸馏段1101)内部的温度和压力，可提高从富液中解析出CO

需要说明的是，这里所述的外部二氧化碳收集系统可为针对二氧化碳11输出的CO

需要说明的是，这里所述的外部吸收液处理系统可为针对二氧化碳11输出的贫液进行循环利用的处理系统，比如将将温度较高的贫液与温度较低的富液进行热交换的系统，比如将贫液输送到综合吸收塔作为补充吸收液/吸收剂重复利用的输送系统等，这里不作限定。

通过将脱硫、除尘、脱碳集成为一个综合吸收塔，并在U型结构的综合吸收塔内部实现分段脱排处理，不仅有效地利用船舶条件(如海水)对尾气进行脱硫、除尘、脱碳处理，还大大简化了脱排装置的构成，减小了脱排装置所占空间体积，便于安装应用到空间紧凑的船舶中，非常适用于船舶应用，而且由于综合吸收塔设计及安装简单，减少了对现有标准化船舶设计的影响。

以及，吸收解析中充分利用船舶条件(如海水、热量等)，不仅提高了从富液中析出CO

需要说明的是，综合吸收塔的脱碳效率可达90％以上，脱硫效率达到98％以上，除尘效率达到80％以上，而且总重不超过空船重量的2％，不仅可适用于各种吨位的船舶，也可适用于对以重油、低硫油、柴油、LNG、甲醇等燃料的船舶尾气处理。

实施中，本发明实施例提供的一种船舶尾气脱硫脱尘脱碳一体化装置还可以包括一些设备，以提高该一体化装置针对船舶尾气进行脱硫脱尘脱碳处理的脱排效果，和/或提高该一体化装置在应用于船舶中的适应能力，和/或提高船舶能效，和/或降低建设成本、尾气处理成本等。

下面说明的各实施例中涉及的设备及其附图标记，可参见相应的图1至图3中所示的图示内容，以下对各个实施例作简要的示意说明。

在一些实施方式中，分离液循环系统10还包括以下至少一种设备：吸收液增压泵1001、分离液增压泵1003、过冷器1004；

其中，吸收液增压泵1001用于将富液向换热器1002输送；

分离液增压泵1003用于将贫液向换热器1002输送；

过冷器1004用于将经换热器1002的贫液进行降温后向综合吸收塔3输送。

在一些实施方式中，可在综合吸收塔3内部设置布气段(为图示简洁，图中未示出)，其中所述布气段设置于所述吸收段与所述第二集液段之间。

通过增设布气段，使得脱硫脱尘后的尾气更充分地与吸收段302中的吸收液/吸收剂进行接触，可提高脱碳效果。

在一些实施方式中，蒸馏段1101可采用分段设计，可将蒸馏段1101设置为第一蒸馏段和第二蒸馏段，所述第一蒸馏段和所述第二蒸馏段间隔设置于所述二氧化碳内。

需要说明的是，图示中第一蒸馏段和第二蒸馏段可标识为蒸馏段1101，这里不作区分。

在一些实施方式中，针对后续二氧化碳处理产生的冷凝水，可将该冷凝水进行重复循环利用，以提高脱碳效果和降低能耗。

实施中，可在二氧化碳11上设置冷凝水输入接口，所述冷凝水输入接口用于将所述二氧化碳收集系统在对所述二氧化碳蒸汽进行冷凝处理中产生的冷凝水输入到所述二氧化碳中，其中所述冷凝水输入接口位于所述第一蒸馏段于所述第二蒸馏段之间，以便对冷凝水进行蒸馏处理。

在一些实施方式中，如图2所示，针对二氧化碳11输出的贫液，可采用再沸器1102进行加热处理。

实施中，再沸器1102可利用船舶已有工程系统产生的热量，对贫液进一步加热，并将加热后的贫液输送回二氧化碳11(比如蒸馏段1101)的下部空间。

通过对贫液利用船舶中的热气进行加热，第一一方面可降低CO

需要说明的是，可根据实际应用需求选用再沸器，这里不作限定。

在一些实施方式中，如图3所示，针对二氧化碳11输出的贫液，可利用待处理的高温船舶尾气将贫液加热。

实施中，可在综合吸收塔3中的预洗段301的上部空间的舱段，设置输送贫液的换热管道，不仅贫液的管道可从待处理的高温船舶尾气吸收大量热量，进一步对贫液加热后返回到二氧化碳11(比如蒸馏段1101)的下部舱段，进一步进行蒸馏析出CO

需要说明的是，可利用分离液循环泵12将二氧化碳11输出的贫液(也可成为分离液)泵输送至贫液热交换管道，其中贫液热交换管道设置于综合吸收塔3中(可见图中所示)。

在一些实施方式中，可在海水对尾气进行脱硫、脱尘后，进一步对尾气进行除雾处理。

实施中，可在U型结构的综合吸收塔3内部的底部位置，设置第二除雾段306，优选地可将第二除雾段306设置于U型结构内部的底部中部位置，可对除尘脱硫处理后的所述船舶尾气进行除雾处理，除雾后的尾气进入吸收段，防止尾气中夹带的海水对吸收剂造成污染，影响回收。

在一些实施方式中，可采用有机胺类溶液作为CO

实施中，根据船舶实际应用需要，可优选以下至少一种有机胺类溶液作为CO

实施中，有机胺类溶液可在20～50摄氏度时，能够在综合吸收塔内快速地与CO

实施中，MEA/MDEA/DEA/DIPA/MCS等有机胺类溶液与酸性气体二氧化碳反应生成稳定的胺盐，且反应是可逆的，胺液碱性随温度升高而减弱，因而可在后续二氧化碳处理中，在高温下(比如利用船舶尾气中的高温)对胺盐进行分解，达到CO

实施中，可在吸收液中加入抗氧化剂、活化剂等添加剂，防止吸收液降解。

在一些实施方式中，可在吸收段302与第一除雾段303之间管道段设置用于输入吸收液/吸收剂等吸收材料的输入接口(图中未示出)，便于补充液(如吸收液/吸收剂)的添加操作。

进一步，还可通过该输入接口补充吸收液/吸收剂，不仅提高吸收液/吸收剂循环利用，还可提高CO

在一些实施方式中，吸收段302中可内装有填料作为吸收剂。这时，经预洗段301预洗后的尾气进入吸收段302，可与吸收剂进行逆向接触，可增加气液接触面积，提高CO

在一些实施方式中，可采用淡水对吸收段302和/或第一除雾段303经过间断冲洗，以及通过淡水对脱碳后的尾气进一步净化清洗，形成更干净尾气后再排放到大气中。

实施中，可将淡水输入接口设置于第一除雾段303上方管道段处，从而可通过淡水泵将淡水输入到综合吸收塔3的上部，即输入到第一除雾段303上部，以对除雾后的干净尾气进一步冲洗。

实施中，可利用淡水对尾气进行间断冲洗。

实施中，旁通阀1通过鼓风机2将高温的船舶尾气输送到综合吸收塔3中的预洗段301上部。

海水泵6用于将海水泵输送至综合吸收塔3中的预洗段301上部。

排舷外阀7用于将第一集液段304中符合排放标准的洗涤水排放到大海中。

在一些实施方式中，可将吸收液/吸收剂存储于补液舱8中，可根据脱碳需求及时向综合吸收塔补充吸收液/吸收剂。

在一些实施方式中，采用补液泵9将吸收液/吸收剂作为补充液，补充到吸收段302与第一除雾段303之间管道段中，通过补充吸收液，进一步提高CO

实施中，可通过补液泵9将补液舱8中的吸收液/吸收剂、循环利用后的贫液补充到综合吸收塔中。

在一些实施方式中，可在第一除雾段303的上部管道段内，采用淡水对除雾后的净尾气进行冲洗。

实施中，可采用淡水泵4将淡水泵送至第一除雾段303的上部管道段中，对净尾气进行间断冲洗。

在一些实施方式中，在船舶采用清洁能源作为备用燃料时，比如清洁能源燃烧的尾气中含硫、含碳和/或含尘很低的情形，这时除了旁通阀1通过鼓风机2将高温尾气输入到综合吸收塔3外，还可通过旁通阀1将清洁燃烧后的净尾气排出到大气，进一步提高一体化装置在船舶应用中的适应能力。

在一些实施方式中，综合吸收装置在维护检修时，为了保证船舶的航行，这时旁通阀1将尾气直接排出到大气，不影响船舶其他装置运行。

需要说明的是，旁通阀1可根据实际应用进行选择，这里不再具体限定。

在一些实施方式中，如图4所示，综合吸收塔3可采用支腿，和/或围壁，和/或敞开结构，布置在船舶烟囱后尾甲板上，从而通过支腿、围壁或敞开结构形成新操作空间，不仅可便于安装及使用综合吸收塔，还可充分利用船舶有限空间。

实施中，可安装在沿船舶的长度方向从船中线至艉封板和从船底板至罗经甲板形成的空间区域内。

在一些实施方式中，前述实施例中的旁通阀1、鼓风机2、海水泵6、补液舱8、补液泵9等设备中的若干设置部件，可布设于综合吸收塔在安装到船舶上时所形成的新操作空间中，进一步充分利用空间，也减少对已有船舶设备的改造，减少对船舶设计的影响。

为便于理解，下面对船舶尾气进行脱硫脱尘脱碳综合吸收的工作原理作以下示意说明。

船舶主/辅机产生的高温尾气，经旁通阀1、鼓风机2进入到综合吸收塔3的U型结构一侧顶部；

海水从海水箱5，经过海水泵6加压后，进入到预洗段301中；

预洗段301采用海水作为洗涤液，可对进入到综合吸收塔3中的高温尾气进行降温、除尘、脱硫等处理，洗涤后的洗涤液将落入到第一集液段304中，在满足IMO开式脱硫洗涤水排放标准时，可将第一集液段304中的洗涤液通过排舷外阀7，直接排放进大海中，而含CO

吸收段302中的吸收液和/或吸收剂，与进入吸收段302中的尾气进行逆向接触，充分吸收尾气中的CO

第二集液段305的富液可进入到后续二氧化碳处理系统(如富液解析系统、循环系统、CO

经吸收段302脱碳后的尾气，继续上升进入到第一除雾段303中；

第一除雾段303对尾气除雾后，形成净尾气，此时净尾气可从综合吸收塔3中排放综合吸收塔外部，比如净尾气通过船舶烟道排放到大气中；

富液通过分离液循环系统10中的吸收液增压泵1001与换热器1002降温后进入二氧化碳11，二氧化碳11利用船舶蒸汽的热量进行加热，比如利用再沸器1102进行加热，CO

另外，还可将后续二氧化碳处理中产生的冷凝水输入到二氧化碳11中，再次对冷凝水进行蒸馏析出CO

基于相同发明构思，本发明实施例提供一种船舶，所述船舶包括：如本说明书中任意一项实施例所述的船舶尾气脱硫脱尘脱碳一体化装置。

在一些实施方式中，所述综合吸收塔可设置于所述船舶的烟囱后尾甲板上，比如可安装在沿船舶的长度方向从船中线至艉封板和从船底板至罗经甲板形成的空间区域内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面实施例而言，描述比较简单，相关之处参见各实施例的部分说明。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内，可轻易想到的变化或替换，所作的任何修改、等同替换、改进等，都应涵盖在本申请的保护范围之内。