一种氨捕捉装置

技术领域

本发明属于船舶设备的技术领域，尤其涉及一种氨捕捉装置，适用于氨燃料船舶的尾气(含氨混合气或气液混合物)捕捉吸收。

背景技术

船舶柴油机采用氨燃料时，因火灾或管系泄漏等突发状况，导致燃料罐安全阀起跳、管路破损等，燃料罐安全阀出口、双壁管通风出口、燃料准备间通风出口等会混有氨气。按照船级社规范，这些出口要划分一定范围的有毒区域，这些有毒区域内不允许有安全处所通风等开口。传统船舶通过优化布置、设置透气桅等，使这些排口尽可能远离安全处所来解决。但对于燃料罐位于生活楼附近的船舶，通过优化布置也很难解决有毒区域对安全处所的影响。

2023年国际海洋环境保护委员会(MEPC)第80次会议通过了《2023年IMO船舶温室气体(GHG)减排战略》，提高了目标水平，并致力于国际航运温室气体减排。本次大会提出以下目标：1.能效要求，进一步提高EEDI要求；2.到2030年，相较于2008年，单位运输工作的碳排放量降低40％，年度温室气体排放总量至少降低20％，并力争达到30％。零排放燃料在国际航运中的应用占比至少达到5％，并力争达到10％；3.2050年左右，实现净零排放。

为了应对IMO温室气体减排，低碳、无碳燃料将会被越来越多船东选择，尤其对于氨燃料，从化学成份看，氨是一种无碳燃料，近年来很多船东在新造船阶段就选择氨预留船舶，受限于船用柴油机研发、生产，目前没有采用氨燃料动力的实船运营，但根据几大船用内燃机厂家研发计划，2024年以后将陆续推出氨燃料内燃机。届时将有越来越多新造船或改装船采用氨燃料。

氨气有高致毒性，为保护人员安全，氨燃料船舶对于泄漏氨气处理至关重要。船级社规范中要求含氨排口要划分一定范围的有毒区域，如燃料罐安全阀排口25m范围内为有毒区域，双壁管等通风出口10m范围为有毒区域。原设计在船舶合适位置布置一透气桅，将含氨有毒气体通过透气桅布置一定高度，使有毒区域远离各安全处所通风等开孔，以满足规范要求。但对于氨燃罐布置生活楼两侧的船舶或吨位较小的船舶，有些含氨排口很难通过调整布置满足规范要求。

因此采用简单、安全、可靠的氨捕捉装置是重要的解决方案，将会成为氨燃料船舶的设计优选方案。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种氨捕捉装置，其结构简单，操作方便，能够有效的对氨燃料船舶的含氨混合气或气液混合物捕捉吸收，控制尾气排放含氨浓度，减小有毒区域范围，保证船上人员安全。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种氨捕捉装置，包括：浸水吸收柜，其底部设有水溶液，其顶部设有向所述浸水吸收柜中补水的补水管路和伸入水溶液中的浸水分配器，通过所述浸水分配器向所述浸水吸收柜的水溶液中通入氨气或液氨；中间处理柜，与所述浸水吸收柜相邻设置并共用一个舱壁，所述中间处理柜通过所述舱壁顶部的透气孔与所述浸水吸收柜连通，所述中间处理柜的内部顶端设有中间处理喷淋系统；末端处理柜，与所述中间处理柜远离所述浸水吸收柜的一侧面相邻设置，所述末端处理柜通过具有曲折通道的分隔板组件与所述中间处理柜连通，所述末端处理柜的内部顶端设有末端处理喷淋系统，所述末端处理柜的顶部连通有尾气排放鹅颈管；氨溶液处理管路，与所述浸水吸收柜、中间处理柜和末端处理柜底部的氨溶液相连，用于将氨溶液循环至所述中间处理喷淋系统和末端处理喷淋系统或排至氨舱底水舱。

由上，由浸水吸收柜、中间处理柜、末端处理柜组成的多级氨捕捉柜采用浸水吸收、水喷淋吸收等多方案、多级吸收处理氨气，设备集成度高，尺寸较小，造价较低，并且能够保证对含氨混合气或气液混合物的吸收效果，将含氨出口排放的气体通过氨捕捉装置吸收处理，以便将排放尾气含氨浓度控制的较低水平，减小有毒区域范围，将不会影响船舶人员及其他处所安全。通过本发明的氨捕捉装置可对氨燃料船舶的尾气(含氨混合气或气液混合物)捕捉吸收，控制尾气排放含氨浓度，氨捕捉效果可控，减小有毒区域范围，保证船上人员安全。

可选的，所述氨溶液处理管路包括：中间氨溶液处理管路，包括中间处理变频排放泵、通过浸水吸收柜出口控制阀与所述中间处理变频排放泵的吸水端连接的浸水吸收柜排放泵吸口、通过中间处理柜出口控制阀与所述中间处理变频排放泵的吸水端连接的中间处理柜排放泵吸口；所述中间处理变频排放泵的排水端连接有排放泵至中间处理柜喷淋控制阀和第一排放泵至氨舱底水舱控制阀；所述浸水吸收柜排放泵吸口和中间处理柜排放泵吸口分别位于所述浸水吸收柜的氨溶液底部和中间处理柜的氨溶液底部；末端氨溶液处理管路，包括末端处理变频排放泵、通过末端处理柜出口控制阀与所述末端处理变频排放泵的吸水端连接的末端处理柜排放泵吸口；所述末端处理变频排放泵的排水端连接有排放泵至末端处理柜喷淋控制阀和第二排放泵至氨舱底水舱控制阀；所述末端处理柜排放泵吸口位于末端处理柜的氨溶液底部。

由上，通过氨溶液处理管路将没有达到饱和度的氨溶液继续通过中间处理喷淋系统和末端处理喷淋系统进入到柜内进一步进行氨气吸收，只将达到饱和浓度的氨溶液通过第一排放泵至氨舱底水舱控制阀和第二排放泵至氨舱底水舱控制阀排放至氨舱底水舱，使含氨舱底水产生量少，减小氨舱底水舱对船舶空间要求。

进一步的，所述浸水分配器底部的圆盘设置若干出气孔，用于氨气与水充分接触吸收。

由上，通过浸水分配器能够将氨气排入到水溶液中，利用水对氨气吸收的特点，能够保证对氨气进行充分吸收，实现对氨气的捕捉与处理，极大地降低了氨气浓度，减少环境污染和对船员健康的影响。

可选的，所述分隔板组件包括自顶部向下竖直延伸且间隔设置的第一分隔板和第二分隔板、自底部向上竖直延伸的第三分隔板，所述第三分隔板伸入所述第一分隔板和第二分隔板之间的间隙中。

由上，通过具体结构的分隔板组件，使氨气在中间处理柜、末端处理柜内的吸收更充分。

进一步的，所述中间处理喷淋系统通过中间处理喷淋补水控制阀连接有中间处理喷淋泵；所述末端处理喷淋系统通过末端处理喷淋补水控制阀连接有末端处理喷淋泵。

由上，通过中间处理喷淋泵和末端处理喷淋泵向柜内补充清洁水，能够对多余的氨气进行捕捉与处理，从而极大地降低氨气浓度，减少环境污染和对船员健康的影响。通过设置的中间处理喷淋系统和末端处理喷淋系统从上向下喷水，能够对柜内的氨气进行二次处理，进一步降低氨气的浓度，从而使得从末端处理柜排放出的气体能够达标。

可选的，所述浸水吸收柜、中间处理柜和末端处理柜的内部设有用于监测柜内液位的低、高液位传感器。

可选的，所述浸水吸收柜、中间处理柜和末端处理柜的内部设有用于探测柜内溶液氨浓度的氨溶液浓度探测器。

进一步的，所述浸水吸收柜、中间处理柜和末端处理柜的内部顶部设有用于实时检测柜内氨气浓度值的氨浓度探测器。

进一步的，还包括与各控制阀、各探测器和低、高液位传感器电性连接的智能控制器，用于调节控制柜内的液位维持在合理高度。

由上，智能控制器根据氨气浓度、氨溶液浓度、液位等信息，智能、综合控制，既保证尾气排放含氨量低于控制值，又有效降低含氨舱底水产生量，减小氨舱底水舱对船舶空间要求，保证经氨捕捉装置后，将排放尾气含氨浓度控制的较低水平，减小有毒区域范围，不会影响船舶人员的安全。通过将各柜内的液位维持在合理高度，实现了对氨气的吸收，可以达到良好氨气吸收捕捉效果，控制尾气排放含氨浓度，保证排出气体的清洁度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为本发明的氨捕捉装置的结构示意图。

其中，1-多级氨捕捉柜本体，2-浸水分配器，3-中间处理变频排放泵，4-中间处理柜出口控制阀，5-浸水吸收柜出口控制阀，6-排放泵至中间处理柜喷淋控制阀，7-第一排放泵至氨舱底水舱控制阀，8-末端处理变频排放泵，9-末端处理柜出口控制阀，10-排放泵至末端处理柜喷淋控制阀，11-第二排放泵至氨舱底水舱控制阀，12-中间处理喷淋系统，13-末端处理喷淋系统，14-中间处理柜排放泵吸口，15-尾气排放鹅颈管，16-氨浓度探测器，17-氨溶液浓度探测器，18-低液位传感器，19-高液位传感器，20-末端处理喷淋补水控制阀，21-中间处理喷淋补水控制阀，22-浸水吸收柜进口控制阀，23-补水控制阀，24-智能控制器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

如图1所示，本发明的氨捕捉装置由多级氨捕捉柜本体1构成主体结构，该多级氨捕捉柜本体1由三个依次连接的处理吸收柜构成，分别为浸水吸收柜、中间处理柜、末端处理柜。其中，浸水吸收柜的顶部设有向其内部补水的补水管路，补水管路上安装有补水控制阀23，通过补水控制阀23使浸水吸收柜的底部具有水溶液，利用水对氨气吸收的特点，能够保证对氨气进行充分吸收，通过补水管路往浸水吸收柜中注水，保证吸收氨气的水充足。浸水吸收柜的顶部还设有伸入其底部的水溶液中的浸水分配器2，浸水分配器2位于浸水吸收柜顶部外侧的端部安装有浸水吸收柜进口控制阀22，含氨混合气体经浸水分配器2进入浸水吸收柜，浸水分配器2位于水溶液下面，通过浸水分配器2向浸水吸收柜的水溶液中通入氨气或液氨。浸水分配器2底部的圆盘设置若干出气孔，以利于氨气与水充分接触吸收，大部分氨气将通过浸水吸收柜溶于水中。

本发明的中间处理柜与浸水吸收柜相邻设置并共用一个舱壁，中间处理柜通过连接两者的舱壁顶部的透气孔与浸水吸收柜连通，浸水吸收柜中未被吸收的氨气通过浸水吸收柜及中间处理柜相邻的舱壁顶部的透气孔排至中间处理柜，进行下一级处理。中间处理柜的内部顶端设有中间处理喷淋系统12，中间处理喷淋系统12通过中间处理喷淋补水控制阀21连接有中间处理喷淋泵，通过中间处理喷淋补水控制阀21可以将清洁水通至中间处理喷淋系统12吸收中间处理柜内的氨气。

本发明的末端处理柜与中间处理柜远离浸水吸收柜的一侧面相邻设置，末端处理柜通过具有曲折通道的分隔板组件与中间处理柜连通，中间处理柜溢出气体经分隔板组件后，进入末端处理柜。末端处理柜的内部顶端设有末端处理喷淋系统13，末端处理喷淋系统13通过末端处理喷淋补水控制阀20连接有末端处理喷淋泵，通过末端处理喷淋补水控制阀20可以将清洁水通至末端处理喷淋系统13吸收末端处理柜内的氨气。中间处理喷淋系统12和末端处理喷淋系统13能够对逸出的氨气进行喷淋，从而对氨气进行二次吸收，保证排出气体的清洁度。末端处理柜的顶部连通有尾气排放鹅颈管15，用以将符合排放标准的气体排入大气中。

本发明的多级氨捕捉柜本体1采用浸水吸收、水喷淋吸收等多方案、多级吸收处理，保证对含氨混合气或气液混合物的吸收效果。

具体的，分隔板组件包括自顶部向下竖直延伸且间隔设置的第一分隔板和第二分隔板、自底部向上竖直延伸的第三分隔板，第三分隔板伸入第一分隔板和第二分隔板之间的间隙中。通过具有三层的分隔板组件使含氨混合气不能直接进入末端处理柜，中间处理柜中的尾气需经过更多的路径才能到达末端处理柜，有利于末端处理柜的氨气捕捉。

另外，本发明的氨捕捉装置还包括氨与浸水吸收柜、中间处理柜和末端处理柜底部的氨溶液相连的氨溶液处理管路，以将氨溶液循环至中间处理喷淋系统12和末端处理喷淋系统13或排至氨舱底水舱。

其中，氨溶液处理管路分为中间氨溶液处理管路和末端氨溶液处理管路，中间氨溶液处理管路包括中间处理变频排放泵3、通过浸水吸收柜出口控制阀5与中间处理变频排放泵3的吸水端连接的浸水吸收柜排放泵吸口、通过中间处理柜出口控制阀4与中间处理变频排放泵3的吸水端连接的中间处理柜排放泵吸口14。浸水吸收柜排放泵吸口和中间处理柜排放泵吸口14分别位于浸水吸收柜的氨溶液底部和中间处理柜的氨溶液底部。中间处理变频排放泵3的排水端连接有排放泵至中间处理柜喷淋控制阀6和第一排放泵至氨舱底水舱控制阀7，排放泵至中间处理柜喷淋控制阀6通过管道A2与中间处理喷淋系统12连接，用以将未达到饱和度的氨溶液回流至中间处理柜，使浸水吸收柜和中间处理柜中未达到饱和度的氨溶液通过排放泵至中间处理柜喷淋控制阀6排至中间处理喷淋系统12继续对中间处理柜中的氨气进行吸收。

末端氨溶液处理管路包括末端处理变频排放泵8、通过末端处理柜出口控制阀9与末端处理变频排放泵8的吸水端连接的末端处理柜排放泵吸口。末端处理柜排放泵吸口位于末端处理柜的氨溶液底部。末端处理变频排放泵8的排水端连接有排放泵至末端处理柜喷淋控制阀10和第二排放泵至氨舱底水舱控制阀11。排放泵至末端处理柜喷淋控制阀10通过管道A3与末端处理喷淋系统13连接，使末端处理柜中未达到饱和度的氨溶液通过排放泵至末端处理柜喷淋控制阀10排至末端处理柜继续对末端处理柜中的氨气进行吸收。

本发明通过氨溶液处理管路将没有达到饱和度的氨溶液继续通过中间处理喷淋系统12和末端处理喷淋系统13进入到柜内进一步进行氨气吸收，而只将达到饱和浓度的氨溶液通过第一排放泵至氨舱底水舱控制阀7和第二排放泵至氨舱底水舱控制阀11排放至氨舱底水舱，使含氨舱底水产生量少，既保证尾气排放含氨量低于控制值，又有效降低含氨舱底水产生量，减小氨舱底水舱对船舶空间要求。

本发明的浸水吸收柜、中间处理柜和末端处理柜的内部设有用于监测柜内液位的低、高液位传感器18，19和用于探测柜内溶液氨浓度的氨溶液浓度探测器17。浸水吸收柜、中间处理柜和末端处理柜的内部顶部还设有用于实时检测柜内氨气浓度值的氨浓度探测器16。

本发明的氨捕捉装置还包括与各控制阀、各探测器和低、高液位传感器18，19电性连接的智能控制器24，用于调节控制柜内的液位维持在合理高度。智能控制器24具有智能、安全、可靠的控制调节能力。浸水吸收柜的液位通过低、高液位传感器18，19监测浸水吸收柜内的液位，并反馈至智能控制器24，智能控制器24经过分析处理，通过控制中间处理变频排放泵3排水或补水控制阀23补水，控制调节浸水吸收柜内的液位维持在合理高度。同时，氨溶液浓度探测器17探测溶液氨的浓度，经智能控制器24经过分析处理，当浓度超过一定值(如25％，根据水温等具体设定)时，通过中间处理变频排放泵3排水或补水控制阀23补水进行调节。

中间处理柜的液位要求任何情况高过中间处理柜排放泵吸口14，气体通过中间处理柜后，该柜内的氨浓度探测器16实时检测氨气浓度值，氨溶液浓度探测器17实时监测中间处理柜内的溶液氨浓度，并传输至智能控制器24，经过分析处理，智能控制器24控制中间处理变频排放泵3循环柜内的氨溶液(未达到饱和)至中间处理喷淋系统12吸收处理中间处理柜中的氨气；智能控制器24也能通过控制中间处理喷淋补水控制阀21将清洁水通至中间处理喷淋系统12吸收氨气。智能控制器24将根据中间处理柜内的氨溶液浓度和氨气浓度综合分析，确定采用循环氨溶液或清洁水或两者混合作为喷淋水。该中间处理柜内的液位控制原理同浸水吸收柜，通过监测液位、氨溶液浓度及水温等综合控制。

中间处理柜溢出的气体经分隔板组件后，进入末端处理柜，末端处理柜的工作原理同中间处理柜。设置分隔板组件可使中间处理柜溢出的混合气自较低位置进入末端处理柜，高置的第一分隔板和第二分隔板的下端高于中间处理柜和末端处理柜内最高液位一定高度，有利于进入末端处理柜内的氨气有充足的时间被吸收，防止其没有被完全吸收就从末端处理柜顶部的尾气排放鹅颈管15排出。末端处理柜可通过调节喷淋量或采用清洁水作为喷淋水，保证经氨捕捉装置后，尾气含氨浓度低于设定值，并通过尾气排放鹅颈管15排入大气，将含氨出口排放的气体通过氨捕捉装置吸收处理，以便将排放尾气含氨浓度控制的较低水平，减小有毒区域范围，将不会影响船舶人员及其他处所安全。智能控制器24根据氨气浓度、氨溶液浓度、水温、液位等信息，智能、综合控制，既保证尾气排放含氨量低于控制值，又有效降低含氨舱底水产生量，减小氨舱底水舱对船舶空间要求。

下面，参照图1并结合上述结构技术特征的描述，对本发明的氨捕捉装置的使用方法进行简单描述：

智能控制器24采集各柜内的氨气浓度、氨溶液浓度、水温、柜内液位等信息，经分析处理，通过调节中间处理变频排放泵3和末端处理变频排放泵8的排量、补水控制阀23等综合控制各级捕捉吸收效果，同时根据氨水浓度，合理控制喷淋循环水量，以便尽可能产生较少的氨水，降低船舶储存舱容积。

本发明的氨捕捉装置根据氨易溶于水特性，采用浸水吸收、水雾喷淋等多方案、多级处理，并通过氨气浓度的实时监测、调节控制系统，控制尾气排放含氨量低于控制值，保证船舶、人员安全。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

在上述实施例中，浸水分配器2采用上窄下宽的漏斗式结构，然而并非局限于此，浸水分配器可采用其他型式，如多分支管路开孔等。