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新型船舶柴油机废气脱硝方法研究

郑晏光  
【摘要】:新型船舶柴油机废气脱硝方法主要研究了大气压强电场电离放电规模高效制取羟基自由基和以羟基自由基为主的氧活性粒子氧化脱硝两大关键问题,本文研究所采用的方法能够直接在船舶柴油机废气排放管道中实现氮氧化物的脱除。 利用大气压强电场电离放电的极端物理手段,将水蒸气和氧气离解、电离,产物是O3、H2O+、O2+、H2O2等高浓度氧活性粒子,同时将这些粒子注入到船舶柴油机废气排放管道,与废气中的水反应,最终能够转化为羟基自由基,从而快速高效地将废气中氮氧化物氧化脱除,生成硝酸并加以回收利用,实现资源化脱硝的目的。该方法无需催化剂、无吸收剂,也不需要其它技术的协同作用下,实现了在柴油机废气排放的管道中完成氮氧化物的消除,副产物是硝酸,整个反应过程不出现新的污染,是一种环境友好、高效、资源化的脱硝方法。而且与选择性催化还原技术相比,本研究所采用的等离子体发生器体积小,一次性的投资和运行成本都大幅度降低,不仅有很高的氮氧化物脱除率,还能有效降低柴油机废气中少量未燃烧的烃、一氧化碳、二氧化硫等污染物。 根据气体放电理论阐述了强电场放电形成的原理,应用等离子体化学和宏观动力学的理论方法研究了制取高浓度氧活性粒子及其注入管道转化为羟基自由基的过程,并探讨了以羟基自由基为主的氧活性粒子氧化脱除氮氧化物的机制。研究表明:大气压强电场电离放电制取的氧活性粒子中臭氧的浓度可达240mg/L,而正负离子浓度每立方米都能达到1016数量级,这些粒子注入管道中能高效转化为羟基自由基,实验结果取得氮氧化物的脱除率超过95%的效果,同时副产物硝酸的回收率也达到82.5%。新的研究方法有效地解决目前国内外船舶柴油机废气治理所存在的问题,有望在船舶上取得推广应用。


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