[发明专利]自增压、具有整体结构化填料的旋转填充床装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种脱除尾气中有害气体的旋转填充床装置及其应用，具体涉及一种自增压、具有整体结构化填料的旋转填充床装置及其深度脱除船舶尾气中有害气体的方法法。属于超重力技术领域。

背景技术

在世界经济贸易持续发展的过程中，由于船舶运输具有安全、低价和运量大等优点，船舶运输量日益增大，吨位急剧增长。并且现有的船舶主机大多数使用重质燃料油作为燃料，尤其是远洋船舶多以劣质渣油为燃料，燃油的平均含硫量高达2.7%，其燃烧产物，即船舶尾气中含有大量的有害气体，例如二氧化硫、二氧化碳等，这些有害气体若不进行处理而直接排放，则会污染大气，从而对自然环境造成诸多危害。为有效降低船舶尾气对大气造成的污染，国际海事组织（IMO）制订了MARPOL公约附则VI，对船舶尾气中的二氧化硫排量进行了规定。

达到二氧化硫排放指标有两种方法：一是使用清洁的低硫能源或替代燃料，二是进行烟气脱硫处理。对于大型远洋船舶，使用清洁的低硫能源或替代燃料每年将增加燃料成本百万美元以上，且需要对船舶主机、副机和锅炉进行相应的技术改造，又会产生高额的改造费用，另外，改造后的船舶存在一定的不安全性，这些因素都促进了烟气脱硫净化系统在船舶上的推广应用。

对于二氧化硫控制技术的研究，国外起步相对较早，从上世纪初至今已有90多年的历史。目前烟气脱硫技术种类达几十种，按吸收剂及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态可将脱硫技术分为湿法、干法和半干半湿法；世界上普遍使用的商业化技术是湿法化学吸收技术，按脱硫剂的种类不同可分为以下五种方法：以CaCO₃（石灰石）为基础的钙法，以MgO为基础的镁法，以Na₂SO₃为基础的钠法，以NH₃为基础的氨法，以有机碱为基础的有机碱法。

目前已发明的船舶尾气脱硫装置有很多，例如利用中空纤维膜接触器作为脱硫装置，采用海水进行洗涤，塔式脱硫及光催化氧化脱硫等。但无论采用哪种传统装置，由于脱硫效率不高，设备相对比较庞大，尾气经脱硫装置会产生压降，导致柴油机排气背压增加，当背压增加到一定程度时，会导致涡轮的流通能力下降，扫气压力降低，造成涡轮增压器与柴油机运行工况失配，使柴油机功率下降并冒黑烟，可靠性变差。为此，急需新型高效、低压降乃至负压降脱硫装置及工艺技术。

近年来发展起来的超重力技术是一项强化传质、混合和化学反应的新技术，该技术利用超重力旋转床内部转子旋转产生的离心力模拟超重力环境来强化传递和反应过程，大幅度地提高传递与反应过程的效率，关于超重力装置在早期的专利(详见中国专利91109255.2，91111028.3，ZL95215430.7等)已经公开。目前该技术从最初应用于分离、解吸等物理过程已经扩展应用到化学反应、超微颗粒制备等诸多领域(详见中国专利92102061，93104828.1、95105344.2、2004100378859等)。旋转床装置主要包括密闭的壳体，内有一个旋转的转子，转子上有环形填料层，不同的流体从壳体相应的入口流入旋转床，在旋转的填料层中的离心力场下(即超重力环境)进行传质过程，传质速率比传统的塔器中提高1～3个数量级。对旋转床强化传质过程原理的一般认识是：流体在离心力场环境下被撕裂成细小的液滴、液丝或液膜，产生大量的快速更新的表面积，大大强化传质和混合过程。

但是，现有旋转填充床装置用于船舶尾气脱硫具有如下缺陷：1）气体流动方向和转子离心方向相反，气体的压降很大；2）传统的由粗丝编织的不锈钢丝网填料传质性能较低，而细丝编织的的不锈钢丝网填料在强酸性环境下的离心力场内容易断裂，影响填料整体性能。因此，船舶尾气脱硫行业急需一种自增压、耐腐蚀性强的反应器。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供提供一种自增压、具有整体结构化填料的旋转填充床装置。该装置体积小、压降低、抗腐蚀性强，同时旋转填充床气体流动方向和离心力方向相同，转子旋转可以对气体做功，实现了气体的自增压，起到输送气体的作用，能够满足压降要求苛刻的场合。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种利用上述装置进行深度脱除船舶尾气中硫的方法。本发明提出采用抗腐蚀性强的结构化填料旋转填充床装置并进行尾气脱硫，并以气体流动方向和转子离心力方向相同的方式操作，同时在转子外缘布置叶片以输送气体，从而实现脱硫过程自增压。