游船尾气监测与处理技术研究

水上运输和我国造船业繁荣发展，同时乘坐游船的游客也越来越多，种种因素导致游船数量逐年增多，尾气的排放量也随之增多，目前我国针对游船尾气处理技术的研究尚处于起步阶段，游船尾气的处理仍有许多不足之处：相关设施及技术还不够先进、尾气处理效果不理想、处理尾气时使用大量的化学药剂从而导致设备被腐蚀、尾气处理装置占地面积太大。本项目计划通过多种实验和分析手段，探明游船尾气的主要成分，并针对性地提出合适的处理技术；模拟实际应用条件，评估该技术在实际应用过程中的效率和能耗。

1. 构建游船尾气智能在线全面监测系统，考察其污染物监测性能

研究能够全面监测尾气污染物的系统，同时确保该系统可以随船自动启动，并尝试研究利用光线接收器、光线发射器和光谱仪来对游船尾气浓度进行监测，光谱仪和中央处理器通过数据线电性连接，以确保中央处理器对监测到的异常数据及时发出报警提示。

2. 分析游船尾气的主要成分

通过实验和查阅相关资料来分析游船尾气的各项成分，分析目前对于游船尾气各项成分的处理技术的局限性，查阅相关文献，搜集每一种成分的相应处理方法和技术，进而研究出一种能够多组分、一体化处理游船尾气的新技术。

3. 评估研究出的新技术的实际应用性能

利用密闭反应装置，测定新技术的实际应用性能，并实时监测反应过程中的相关数据，评估该技术的实际应用效率、能耗的高低以及是否会对环境造成“二次污染”。

   能源是人类生产生活的基本需求，得到了广泛的研究。工业化进程中，传统燃料(如煤炭和石油)是主要的能源形式^[1]。随着经济全球化加速，世界各国贸易联系日益紧密，海洋运输是各国之间贸易最为关键的运输方式^[2]。据估计，从2019年至2024年，国际海运贸易将以年平均35%的速率增长，快于其他受法律法规限制的运输方式^[3]。截止2020年底，中国拥有各类船舶12.68万余艘，包括1.03万余艘沿海运输船舶和1400余艘远洋运输船舶^[4].海洋运输在全球货物运输中至关重要，因成本低廉、运输量大、 运费低、适应性强和速度快而备受青睐。目前， 中国的海洋运输占国际贸易总量的2/3,占进出口货运总量的90%^[5]。中国沿海城市正在加快港口和其他水路基础设施建设。然而，船用柴油机使用的劣质燃料会产生氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物、碳氢化合物和有害细颗粒物等污染物，对环境造成负面影响，对人类健康构成风险^[6]。近年来，随着船舶数量和规模的增加，由船舶排放的温室气体大幅上升^[7]。船舶产生的废弃物对水域大气环境造成严重污染^[8]。

   石膏法烟气脱硫主要是将廉价的石灰石研磨成粉, 加水制成脱硫吸收浆液, 经溶解、中和、氧化和结晶等一系列的反应后, 最终生成二水石膏^[9], 目前在各国发 电厂得到了广泛应用。

   旋转喷雾干燥烟气脱硫 (SDA) 最早由丹麦Niro公司开发, 目前已广泛应用于液态原料生产固态粉末的化工、制药、食品等现代工业废气处理系统中。

   海水脱硫法是近几十年发展起来一种较为成熟的脱硫技术, 最早是在1960年代由美国率先提出^[10]。该方法充分利用了天然海水的酸碱缓冲能力和强中和酸性气体的能力来有效脱除烟气中SO₂。

           1970年代中期, SNCR技术首先在日本的燃气和燃油电厂中得到应用, 后逐步推广到欧美国家。到目前为止, 世界上燃煤电厂SNCR工艺的总装机容量大约在2GW以上^[11]。

            SCR技术是日本在1970年代末、1980年代初首先提出的, 逐步在欧美国家得到了推广应用。截至2002年, 美国、日本和欧共体SCR的装机容量分别为100、23.1、55.0GW,其中德国和日本SCR装置占烟气脱硝装置的比例为95%和93%。

   电子束氨法是在1970年代由日本荏原公司首先提出, 主要是采用电子加速器产生的高能电子束 (800ke V~1Me V) 来辐照烟气,将烟气中的SO₂、NO_X氧化成高价态氧化物SO₃、NO_X, 进而转变成 (NH₄) ₂SO₄、NH₄NO₃, 最终实现烟气脱硫脱硝的一种技术。

   本研究拟采取光催化法处理游船尾气，本项目负责人和成员已成功申请一篇实用新型专利，本实用新型公开一种游船尾气监测与净化装置，属于游船尾气处理技术领域，包括排气管道，排气管道上形成有两支路，两支路上分别安装有第一电磁阀和第二电磁阀；安装有第一电磁阀的支路上安装有净化装置，安装有第二电磁阀的支路上直接与烟囱连通；净化装置包括顺序设置在支路上的氧化催化器、光催化反应器和碱性吸收罐；中央处理器和检测装置，检测装置包括初检测组件和再检测组件；初检测组件和再检测组件分别设置于排气管道的输入端和输出端。本装置设置有检测组件，对游船排放的尾气进行浓度监测，监测合格后直接排出，若监测不合格再通过净化装置进行处理；对游船排放的尾气进行实时监测并且能高效率处理尾气。

   氧化催化器和光催化反应器内均填充有光催化剂，光强传感器置于光催化反应器内，实时感应光源的情况，保证光催化剂的活性。光催化法利用光催化剂，可将尾气中SO₂和NO_X等有害成分氧化或还原成无污染的物质。

参考文献

[1] 孔清,季向赞，陈一忱,等 船舶尾气后处理实用技术与发展趋势[J].中国航海，2015,38(1):113-116.

[2] WEI J J, YIN Z H, WANG C M, et al. Impact of aluminium oxide nanoparticles as an additive in diesel-methanol blends on a modern DI diesel engine[J]. Applied Thermal Engineering, 2021, 185, 116372.

[3] UNCTAD. Review of maritime transport 2019[R].2019.

[4] USHAKOV S.,STENERSEN D. Methane slip from gas fuelled ships:A comprehensive summary based on measurement data[J]. Journal of Marine Science ad Technology. 2019, 24:1308-1325.

[5] WERNBERG T, BENNRTT S,BABCOCK R C, et al.Climate-driven regime shift of a temperate marine ecosystem[J] Science, 2016, 353:169-172.

[6] 樊志远,江文成.舶低碳技术未来发展重点方向[J].中国船检，2019,(7):70-73.

[7] 王立健，曹林,魏志威.船舶碳捕集技术应用前景与展望[J]中国船检,2020,(11):66-71.

[8] 喻文烯.等离子体脱硫脱硝及其用于船舶柴油机尾气处理的研究[D]武汉:武汉纺织大学.2013.

[9] 张彦锋，沈天临，任国柱，等.国内外主流烟气脱硫技术及发展趋势[J],辽宁城乡环境科学, 2004, 24 (5) :53-56.

[10]钟秦.燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例[M].北京:化学I业出版社，1999:102-105.

[11]朱江涛，王晓晖，田正斌.等.SNCR脱硝技术在大型煤粉炉中的应用探讨[J].能源研究与信息, 2006, 22 (1):18-21.

1. 本项目意在研究一种多组分、一体化游船尾气处理技术。目前的游船尾气处理技术效率较低，只能针对某一种或某几种尾气污染物进行处理，处理后的尾气仍然会对大气环境造成严重污染；本项目研究的技术可以同时处理多种游船尾气污染物，大幅度提高游船尾气的处理效率，保证处理后的尾气不会对环境造成“二次污染”。这是本项目的创新点。

2. 本项目拥有性能良好的光催化剂材料，可应用于新技术中。光催化法是近年来迅速发展起来的一种被称为“绿色友好”的新兴技术, 是目前国内外船舶尾气处理研究的热点。本项目可借助已拥有的光催化剂材料对游船尾气处理技术进行研究，进而尝试运用光催化法对游船尾气进行处理。这是本项目的主要特色，具有重要的科学意义和理论价值。

技术路线：

拟解决的问题：

（1）现有游船尾气处理技术不够成熟的问题。如何提高游船尾气处理技术的效率是本项目拟解决的关键问题之一。目前的技术对于游船尾气的处理不够全面，项目拟以游船尾气的主要成分为目标对象，研究出一种多组分、一体化的处理技术，改善当前行业现状，提高游船尾气处理效率。

（2）游船尾气浓度监测效率较低的问题。当今时代网络发展迅速，通过与互联网、大数据技术相结合，提升该技术的“智能性”。利用5G技术对游船尾气浓度进行全天在线监测，实时传输各类数据。

预期结果：

（1）获得1种效率高、可以智能化全天实时在线监测游船尾气浓度的技术。

（2）明确游船尾气的主要成分，获得1种多组分、一体化游船尾气处理技术。

（3）在国内外重要刊物发表高质量学术论文1篇以上。

（1）2024年5月-2024年9月：搜集监测游船尾气浓度的相关资料，准备所需要的实验仪器；做实验的同时及时总结，不断优化监测技术。

（2）2024年9月-2025年1月：查阅相关文献，准备所需要的实验仪器、药品和试剂，明确游船尾气的主要成分，试用光催化剂材料处理游船尾气，分析产物形态，考察反应产物。

（3）2025年1月-2025年5月：评估游船尾气监测与处理技术的实际应用效果，评估处理技术的能耗；整理实验数据，撰写结题报告。