船舶氮化物和硫化物排放的控制分析
摘要：本文通过介绍《国际防止船船污染公约》附则六对控制船舶氮氧化物和硫氧化物排放的规定,提出从技术的角度控制和减少船船氮氧化物和硫氧化物排放的方法, 旨在减少船舶废气污染。
关键词：船舶；氮氧化物；硫氧化物；控制
0 介绍
船舶废气排放作为一种重要的空气污染来源已经在世界范围内引起越来越多的关注。为了保护环境和控制空气污染，特别是消除氮氧化物、硫氧化物等最危险的环境排放，国际海事组织（IMO）提出的MARPOL附则VI提供一系列排放标准和准则去控制船舶废气排放。因此，航运业发展了一些科学技术，以消除废气排放，一些国家和一些地区已经采取了新的规定，甚至单方面的政策来控制船舶废气排放。
1 船舶废气排放
船舶废气排放包括碳氧化物（COx），NOx，SOx，消耗臭氧层物质（ODS），挥发性有机化合物（VOC），颗粒物（PM）和其它的船舶排放污染物。本文致力于船舶NOx和SOx的排放控制。
数据显示船舶废气的排放被认为是大气污染的重要来源，所有的氮氧化物大约有18%至30%来自于船舶排放，9%的硫氧化物来自于船舶，而且全球最大的15艘船舶和全部的汽车所产生的硫氧化物数量相等。哈拉宾指出，船舶大气污染将会达到空气污染的40%到2010年。用于油轮和集装箱船的燃料中含硫量高而且可以更便宜的购买和陆上燃油相比。然后相比较，船舶将会排放比卡车高出50倍含
硫的废气每公吨。
2 国际防止船舶污染公约对船舶NOx和SOx的排放要求和规定
2.1国际防止船舶污染和附则Ⅵ的生效
MARPOL公约，国际防止船舶污染公约在1973年11月2日的国际海事组织会议上被采用并通过1978年协议的修改包括油污染、化学品、有害物质在包装形式，污水和垃圾。为了控制船舶废气污染，MARPOL附则Ⅵ“防止船舶大气污染规则”在1997年MARPOL会议上被采用并在2005年5月19日生效，这部规则提供了一系列的船舶废气排放标准和要求为了船舶废气排放。附则Ⅵ适用于批准1997MARPOL公约船旗国的所有船舶。这些船旗国目前拥有全球60%的船舶吨位，这些被列举在国际海事组织的官网上（www.imo.org)。附则Ⅵ同样适用于那些非签署国的船舶当它们航行在1997缔约国的管辖水域内，在2004年11月20日的新加坡市政府的航运通告尤为突出。在那些船旗国批准1997规则生效后，附则Ⅵ在他们签署三个月后开始产生效果。
生效之后，这就会变成强制性的要求对于那些国际远洋船舶去装备符合要求的设备而且良好运行去满足附则Ⅵ规则。400总吨及以上的船舶将会得到最初的检查去获得国际空气污染防治证书（IAPPC）由船旗国行使或代表的职责。其他400总吨以下的船舶应用实践应该建立合适规则去满足其他主管机关的要求。
2.2 MARPOL附则Ⅵ在NOx控制方面的规则
会议结果2关于氮氧化物的排放技术规范，规则13，实验周期和加权因子，MARPOL附则Ⅵ解决氮氧化物排放。唐指出:
这些规则适用于400总吨以上的船舶和船舶柴油机（不包括锅炉废气增压器）超过130kw这些不包括应急设备（或者，在固定的或浮动的平台和钻井平台的情况下的发动机，仅用于与该设施钻井有关，生产处理作用）这些有：
2000年1月1日之后建造的船舶（也就是龙骨建造）
致力于主要转换，作为定义，2000年1月1日之后，这个规则的主要目的柴油机生产：
—2000年1月1日之后船舶柴油机建造
—功率输出超过了10%
—作为定义被实质性修改
以下展示了船舶柴油机工作循环排放数值（因为它可以被评为超过一个周期）在给定参考条件下（包括这些方面燃油种类，进气温度，湿度，初级冷却温度）。表格1和图1列举了船舶NOx排放限值和MARPOL附则Ⅵ要求
表1 MARPOL附则Ⅵ NOx 排放限值
|
等级 日期 |
NOx限值 g/kWh |
|||
|
nlt;130 |
130lt;nlt;2000 |
ngt;2000 |
||
|
等级1 |
2000 |
17.0 |
45times;n-0. 2 |
9.8 |
|
等级2 |
2011 |
14.4 |
44times;n-0. 23 |
7.7 |
|
等级3 |
2016 |
3.4 |
9times;n-0. 2 |
1.96 |
在NOx排放控制区域（等级2标准适用于ECAs）n就是柴油机转速（曲轴每分钟回转速度）。来源，迈克尔·f·皮德森，MAN柴油机（2008，10）
图1 MARPOL附则Ⅵ NOx 排放限值
强制性文件的氮氧化物技术规范的附件Ⅵ将过程和方法进行分类去证明柴油机在其使用寿命中，首先证明了它的使用。
柴油机的技术文件通常首先被生产厂家准备而且被列举柴油机NOx排放规则，应提供发动机的原始副本，需要证明或者提供代表的，被安装柴油机的船舶船旗国。对于一个特定的柴油机技术文件方面定义了柴油机，例如转速（功率和速度）责任，性能，限制和氮氧化物的关键组成部分和设置，有关柴油机测试报告，以及这台发动机随后被调查的装置，以证明符合其中包括三项调查选项包括验证程序，参数检查，简化测量和直接氮氧化物监测等技术规范。
NOx控制排放不仅局限于船用柴油机发电机，而且还包括柴油机驱动空压机，液压装置等等。同时，NOx控制排放还包括移动机械用柴油机上，如履带式起重机，挖掘机装载机、托盘拖船等。
跳跃生效之后，相关的主管机关或组织会承担他们的责任确保国际防止大气污染证书满足要求发放去满足柴油机最小排放要求。
2.3 MARPOL附则Ⅵ在SOx控制方面的规则
MARPOL附则VI规范14提出的最大含硫量为所有的海洋燃料油限百分之4.5 m/m。燃油等级的不可逆性和燃烧机械类型的分类被使用。硫监测方案已经通过海洋环境保护委员会（MEPC）运行结合船级社燃油检测机构（ABS、DNV、LR）从1999年，它覆盖了近300000交付代表约280吨残余燃料油到现在。从中，它是明确的，超过百分之4.5m/m的硫含量的实例的数目已被忽略，整体平均硫为百分之2.6 /2.7m/m
除了SECA项目的界定，控制SOX排放还介绍一个最大限制为百分之1.5 m m在所有燃料油为沙坑或排气净化系统使用硫含量要求，或等效。结果整体排放值在6.0g/千瓦时以下，而在实践大多数船舶预计将寻求符合该要求的限制燃料油的硫含量作为主要的控制选项意味着交付。
2.4 国际海洋环境保护委员会控制NOx和SOx的新规则
MEPC 58次会议通过了进一步减少船舶有害物质排放的MARPOL公约修正案附则Ⅵ在国际海事组织伦敦首脑会议上。MARPOL附则VI的主要变化在与船舶硫氧化物排放提出了逐步减少，全球范围内硫含量要从目前的4.50%减少至3.50%，从2012年1月1日起生效，然后逐步到0.50%从2020年元旦有效，待可行性审查完成后不迟于2018。在该将适用范围从目前的1.50%减少到1.00%开始于2010年7月1日进一步降低至0.10%,从2015年元旦开始生效。表2和图2显示MARPOL公约附则Ⅵ对SOx排放的要求和规范
表2 MARPOL附则Ⅵ规则下燃油含硫量限制
|
日期 |
燃油含硫量限值（% m/m） |
|
|
SOx ECA |
全球 |
|
|
2000-2010.7 |
1.5% |
4.5% |
|
2012-2015 |
1.0% |
3.5% |
|
2020 |
0.1% |
0.5% |
新的日期是2025，是由20l8审查决定
来源，迈克尔·f·皮德森，MAN柴油机（2008，10）
图2MARPOL附则Ⅵ规则下燃油含硫量限制
MEPC第五十八会议同意逐步降低船用柴油机NOx的排放，随着最严格的控制等级3控制标准，也就是说2016年元旦之后建造的柴油机，排放控制在这个区域
3 控制船舶N0x和SOx排放的主要技术
3.1控制船舶NOx 排放的主要技术
3.1.1 NOx的产生机理
船舶NOx的产生主要是由于空气中氮气在柴油机燃烧高温情况下被氧气氧化，当被吸入船舶柴油机和正在燃烧的高温气缸中。氮氧化物包括95%的一氧化氮，5%二氧化氮，氧化二氮和其他氮化物。减少NOx的产生关键就是减少柴油机工作循环中最高爆发压力。
3.1.2控制船舶NOx 排放的主要技术
庄陈述船舶氮氧化物排放控制技术包括包括内部的燃烧控制和外部排气控制方法：前者主要是优化柴油机的操作步骤，下降为柴油机工作循环的峰值温度降低NOx排放的生产，如燃料油乳化，延缓燃油喷射、废气再循环（EGR），潮湿空气马达（HAM）和其他的。而后者的目标是控制没有，在废气排放，如选择性催化还原（可控硅）。
例如，可控硅技术的原理是添加剂包括包括氨，尿素，喷射到柴油机排气然后氮氧化物和水产生反应。可控硅技术的基本化学的反应式如下
一些船用柴油机已安装了可控硅设备控制船舶的氮氧化物排放，对降低氮氧化物排放具有重要作用。
3.1.3 这些技术的比较
从限制排放有效性的观点来说，SCR技术是最好的能够减少90%的排放，HAM能够减少大约70%至80%，从经济学角度来说最贵的是可控硅的设备和昂贵的添加剂。
3.1.4 技术方法来控制NOx排放的应用实践
例如，芬兰瓦锡兰公司生产的vasa6r32e型低速柴油机，在从瑞典到丹麦的火车渡轮航线上运行，采用SCR设备能降低NOx排放的58%，CO排放的70%，HC 70%。此外，船舶SCR系统开发的B amp; W和 der1mark合作，它安装在从美国加利福尼亚到韩国经营两货船，能古欧减少NOx排放90在同样的动力输出情况下。
3.2 控制船舶排放的主要技术
3.2.1 船舶的产生机理
船舶硫氧化物是燃油中含硫物质在柴油机中燃烧氧化产生的，大约包括95%的和3%的
3.2.2 控制船舶排放的主要技术
控制船舶排放的科学技术包括，选择低含硫燃油，烟气脱硫（FGD），硫氧化物海水洗涤
3.2.2.1 选择低含硫燃油
选用低硫燃料可以提高效率，降低S0x生产但精炼油来降低硫含量是很昂贵的而且它产生二氧化碳。一些调查数据显示这将会花费1500亿美金的费用如果所有的船舶都使用精炼燃油，炼油厂还排放了5300万吨的二氧化碳，而船舶通常只能减少2700万吨的，也就是说这会增加大约2600万吨的。
3.2.2.2 烟气除硫（FGD）
Karle, Ida-Maja and Turner, David介绍了烟气除硫，燃油废气硫氧化物主要是,在水中就会形成硫酸，而这反过来可以电离形成氢亚硫酸和亚硫酸盐
一次通过技术的所有使用的概念暴露在烟气中的中和剂，如石灰石，或石灰。中和剂可以是干（干法烟气脱硫），或在液体形式（湿—FGD）和两种类型产生大量固体副产物；要么亚硫酸钙，或通过皮毛有氧化成石膏。
石灰石：
石灰：
他们说，自1930年代以来，烟气脱硫已被使用，例如发电厂为减少硫排放直到上个世纪九十年代才采用烟气除硫技术从船舶废气控制中学到。
3.2.2.3 硫氧化物海水洗涤
硫氧化物海水洗涤装置是让硫氧化物被吸入洗涤装置，使用海水利用海水具有碱性作为碱性中和剂去消除硫酸当硫氧化物排进海水中时。硫氧化物洗涤能够减少废气中90%的硫氧化物。根据国际船舶防止污染公约附则Ⅵ，系统必须得到政府当局的许可和浪费是禁止扔到生命水无证据证明没有对环境的危害。
3.2.3 控制SOx排放的技术方法的评价
Xu 指出这些控制废气排放的方法互相影响
首先，硫氧化物导致90%的PM。第二，硫氧化在排气可以摧毁了SCR的添加剂物，这会控制氮氧化物的排放，导致氮氧化物排放控制的低效
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