论文总字数：18866字

摘 要

船舶尾气硫氧化物的排放对环境造成了很严重的污染，人们对此也越来越关心。目前最有效、可行的方法就是对船舶尾气进行脱硫处理，主要有脱硫塔和膜接触器。相比较于脱硫塔，膜接触器有占地面积小、操作灵活、易于放大等优势；除此之外，陶瓷膜较于有机膜有耐高温、化学性质稳定、机械强度高等优点。因此，陶瓷膜接触器在船舶尾气处理方面有很好的应用前景。

本次工作中，我们用陶瓷膜接触器进行脱硫实验，将二氧化硫与氮气的混合气用来模拟船舶尾气。首先我们选择了200 nm的陶瓷膜进行了疏水改性，并进行了一些表征分析，脱硫实验结果表明疏水性陶瓷膜的脱硫效率比未改性的亲水性膜更好。接着我们考察了不同孔径膜材料的脱硫效果的比较，发现由于陶瓷膜的结构相似性使得它们的脱硫效率基本保持一致。最后研究了气体流量、液体流量、混合进气浓度等基本条件对脱硫效率的影响，发现陶瓷膜有着不错的脱硫效果，当气体停留时间达到90 s时，用去离子水作为吸收液的脱硫效率达到了98%以上，因此陶瓷膜接触器用于船舶尾气的脱硫是可行的。

关键词：疏水 陶瓷膜 脱硫 膜接触器

Abstract

The emission of sulfur oxides from the exhaust of the marine vessels has caused serious pollution to the environment, and people are more and more concerned about it. At present, the most effective and feasible way is to deal with the desulfurization of the tail gas, mainly with the desulfurization tower and membrane contactor. Compared with the desulfurization tower, membrane contactor has advantages such as small floor area, flexible operation and easy to enlarge. In addition, the ceramic membrane has the advantages of high temperature resistance, stable chemical property and high mechanical strength compared to the organic membrane. Therefore, the ceramic membrane contactor has a very good application prospect in the treatment of marine tail gas.

In this work, we use the ceramic membrane contactor for desulfurization experiment, the mixture of sulfur dioxide and nitrogen gas is used to simulate the marine tail gas. Firstly, we have carried out the hydrophobic modification of the ceramic membrane (200 nm) and some characterization and analysis. Desulfurization experiment results show that the desulfurization efficiency of the hydrophobic ceramic membrane is better than that of the unmodified hydrophilic membrane. Then, we investigated the effect of different pore size membrane materials, and found that the structural similarity of the ceramic membrane was consistent with the desulfurization efficiency. Finally, the effects of gas flow rate, liquid flow rate and mixed gas concentration on the desulfurization efficiency were studied, and it was found that the ceramic membrane had good desulfurization effect. When the gas residence time reaches 90s, the desulfurization efficiency is more than 98% by using pure water as absorbent. Therefore, it is feasible to use the ceramic membrane contactor for the desulfurization of the marine tail gas.

Key Words: hydrophobic; ceramic membrane; desulfurization; membrane contactors

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 船舶尾气排放现状 1

1.2 船舶硫排放的控制措施 2

1.2.1液化天然气（LNG）代替重质燃油 2

1.2.2 使用含硫低的燃油 3

1.2.3 船舶尾气进行脱硫处理及国内外的发展现状 3

1.3 膜吸收法船舶尾气脱硫的介绍 4

1.3.1 膜吸收法脱硫原理 4

1.3.2 膜吸收法的优缺点 5

1.3.3 目前的膜吸收的研究进展 5

1.3.4 膜的选择 6

1.4 本课题的研究思路及内容 6

第二章 陶瓷膜接触器吸收二氧化硫的实验研究 8

2.1 引言 8

2.2 实验材料与仪器 8

2.3 陶瓷膜改性 10

2.4 陶瓷膜的表征 10

2.5 二氧化硫吸收实验 11

2.5.1 实验装置及流程 11

2.5.2 反应吸收机理 12

2.5.3 吸收性能指标 12

第三章 结果与讨论 13

3.1 陶瓷膜的表征结果 13

3.2 陶瓷膜吸收SO₂的性能 17

3.2.1 亲水膜和疏水膜脱硫效率的对比 17

3.2.2 不同孔径的膜材料吸收效果的考察 17

3.2.3 气体流量对吸收效果的影响 18

3.2.4 液体流量对吸收效果的影响 19

3.2.5进气二氧化硫浓度对脱硫效率的影响 20

第四章 实验结论与展望 21

参考文献 22

致 谢 24

第一章 绪论

1.1 船舶尾气排放现状

进入21世纪以来，经济全球化已成为发展趋势，全球贸易也成为必然。由于船舶荷载量大、费用较便宜且很方便等优点，使其成为国家间经济贸易中最重要的运输工具，有数据显示接近九成的贸易通过海上船舶运输^[1]。船舶的动力设备主要使用的燃料是重质柴油，从而导致航运过程中产生了大量的船舶尾气。在我们概念中这种船舶尾气的污染对我们的影响很小，但有相关调查显示，七成以上的海运船舶在离海岸线四百千米的范围内运行时，排放的船舶尾气能在大气运动的作用下到达我们居住的陆地上空，与汽车尾气相似对空气都有严重的危害和污染。在2014年，国际海事组织（IMO）相关统计的数据显示，船舶每年尾气排放的SO_x的总量约占世界总排放总量的13%，造成的大气污染约占整个大气污染的5%~10%，在海运船舶运输发达的港口城市，这一比例高达30%~40%^[2-3]。

根据目前的船舶尾气造成的污染现况，再加上船舶使用数量的日益增加，船舶SO_x的排放污染已经到了比较严重的地步了，国际和国内对此都颁布了一系列的限硫令。目前，主要有两种法规来限制船舶SO_x的排放：第一种，国际性的排放法规，例如IMO提出的MARPOL防污公约附则VI；第二种，地方性的排放法规，例如欧盟和美国颁发的地方的限硫令来严格要求船舶尾气SO_x的排放。

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