超重力旋转填料床(RPB - Rotating Packed Bed)又名超重机（HIGEE），是20世纪80年代发展起来的一种新兴、高效气液传质设备，也是超重力技术应用的载体设备。通过填料高速旋转产生离心力场强化气液间的扰动作用、相对速度和相互接触,从而实现高效的传质过程和化学反应过程。多年来，超重机（HIGEE）内件尤其是填料经过不断改进,对气-气、气-液、液-固分离已经具有了广泛的适应性。目前旋转填料床已成功应用于气体吸收、吹脱、除尘等气液接触过程。

在船舶烟气处理方面，超重力的作用与分油机不同：分油机的超重力作用是加快油、水、固体杂质等混合物的分离；而船舶烟气处理装置的超重力作用是强化气液间的扰动，促使相与相之间的相对速度和相互接触,从而实现烟气中的有害气体高效吸收。

超重机（HIGEE）获取超重力的方式是电动机输出轴通过轴承与旋转填料床的转动轴相连接，利用电动机带动旋转填料床高速旋转，从而产生超重力场，柴油机排放的烟气和吸收液在超重力环境下的多孔介质或孔道中产生流动接触，巨大的剪切力不仅克服了吸收液的表面张力,而且可使吸收液在剪切力的作用下被拉伸成膜、成丝、成滴,从而使得柴油机排放的烟气和吸收液接触面积增大,极大强化了相间微观混合过程，相间传质速率远高于传统的吸收塔，使整个反应过程加快。

与传统的吸收塔相比,在相同操作条件下,不仅气液传质效果好，而且大幅度减小了设备的体积,大大节省了船舶排气后处理设备的安装空间，并且还有诸如空间布置灵活、重量轻、造价低、反应时间短、能耗低、易于操作、易维修、安全可靠、清洗方便以及对振动和颠簸的适应性强等许多传统设备所不具备的优点。

从超重机（HIGEE）的气液进料、转子结构以及在船舶减排方面的应用来看,逆流型旋转填料床与错流型旋转填料床是最为常用的两种结构,这两种旋转填料床的气液接触方式及流场分布存在显著差异,因此其传质性能各不相同。

逆流型旋转填料床，其特征是强制船舶柴油机烟气气流由填料床的外圆周边进入旋转着的填料床，自外向内作强制性的流动，净化后的烟气由中间流出。而吸收液由位于中央的一个静止分布器射出，喷入旋转体，在离心力作用下自内向外通过填料流出，使柴油机烟气与吸收液之间发生高效的逆流接触，在环形旋转器的高速转动下，利用强大的离心力，使气液膜变薄，传质阻力减小，增强了设备传质速率和处理能力。逆流型旋转填料床的内外环流体通道横截面积相比悬殊,气速变化过大,气体形体阻力高；烟气由旋转床的外环沿径向流向内环,需克服离心阻力，这两个因素造成气相流阻过大,不适于大流量的气液传热传质。

错流型旋转填料床，其特征是船舶柴油机烟气气流由填料床的下部空间进入旋转着的填料床，自下往上流动，净化后的烟气由填料床的上部空间排出。错流型旋转填料床中的气体流道横截面均匀,气速恒定,且气体沿旋转床轴向流动,无需克服离心阻力,故气相阻力小,适合大流量的气液两相传热传质。

超重力脱硫技术：

我国国家重点科技公关项目中，曾将以氨或碳铵溶液作吸收剂,使用超重力技术来替代传统体积庞大的脱硫塔来脱除硫酸厂尾气中SO2作为一项节能减排科技攻关项目应用于环保领域。

超重力脱硫技术在船舶上的应用属于湿法烟气脱硫技术。在超重力的环境下，利用碱性吸收剂的氧化还原性质吸收排气中的SO2。

具体处理过程是：船舶发动机排气经气体进口管切向引入转子外腔,在气体压力的作用下由转子外缘处经过填料到达转子中心。碱性吸收剂由液体进口管引入转子内腔,经喷孔淋洒在转子内缘上。进入转子的吸收剂受到转子内填料的作用,周向速度增加,所产生的离心力将其推向转子外缘。在此过程中,吸收剂被填料分散、破碎形成极大的、不断更新的表面积,曲折的流道加剧了吸收剂表面的更新。这样,在转子内部形成了极好的碱性吸收剂与含硫烟气的接触反应条件。

含硫的吸收剂溶液被转子抛到外壳汇集后经液体出口管被送入沉降-氧化再生槽（简称“沉降槽”）。在沉降槽中晶体单质硫靠重力沉降到漏斗型的锥底，分出的硫浆（含硫约5%～15% wt）送往皮带真空过滤机，经过滤得到产品硫磺（粒径50～150μm）。

脱硫后的船舶发动机废气自转子中心离开转子,由气体出口管引出,完成脱硫反应过程。

超重力脱硫装置不仅可以高效脱除船舶尾气中的硫氧化物，还可以采取固液分离，直接回收硫磺，不存在二次污染问题，并能够进行吸收剂的再生利用，大大降低了吸收剂溶液的用量（其优势在《船舶脱硫装置》中有详述）。

超重力脱硝技术：

船舶柴油机排气中主要的氮氧化物成分为NO（NO在柴油机所排放的NOx中占95%以上），其化学性质比较稳定，在水中的溶解度很小，目前多采用选择性催化还原技术（SCR）和废气再循环系统（EGR）来除NO。根据目前的研究成果，可以利用电解海水生成氢氧化钠溶液来提高海水的pH值，对NO有一定的的吸收效果；另外，基于碱性双氧水的超重力-高级氧化(High-Gravity AOP)脱除NOx新型湿法过程在常温和无需催化剂条件下可实现一氧化氮99%的去除率。

基于碱性双氧水的超重力-高级氧化脱除NOx过程

碱性条件下双氧水(H2O2)解离出的高活性氧物质/亲核试剂——氢过氧负离子(-OOH)，可代替寿命极短、浓度极低的自由基(如•OH)，与NO发生亲核-亲电作用而快速地结合起来，反应生成中间产物过氧亚硝酸负离子，成为一种新的NO强氧化吸收剂。利用超重力反应器强化NO在液膜的传递过程，解决传统湿法NO吸收速率低的问题，为船舶发动机排气脱硝提供了新途径和新技术。

除了氢氧化钠、碱性双氧水外，还可以利用氢氧化钙、尿素+添加剂、次氯酸钠+添加剂等作为氮氧化物吸收液。

超重力脱碳技术：二氧化碳吸收液为碱性，如果使用氢氧化钙溶液作为吸收液，可以有效吸收二氧化碳。

目前国内有机胺溶液化学吸收和热解吸的碳捕捉系统（吸收塔和解吸塔为核心处理单元）以及胺液吸收和膜分离碳捕集技术相对比较成熟。一般来讲，化学法捕集废气中二氧化碳是利用其在醇胺溶液中低温吸附、高温脱附的原理实现的。烟气在吸收塔中与40-50℃的醇胺溶液充分接触并被吸收，此时的醇胺溶液中吸收了大量二氧化碳，称为富液。富液进入再生塔中加热，二氧化碳被释放并收集，释放二氧化碳之后的醇胺溶液称为贫液，经冷却后回到吸收塔循环使用。目前，有机胺溶液化学吸收和热解吸的碳捕捉系统已经获得中国船级社（CCS）原则性认可（AIP）。

日本东芝株式会社研发了一种能够大量吸收二氧化碳且与二氧化碳反应而生成的产物不易沉淀的二氧化碳吸收液。该吸收液为链状的氨基酸碱盐、链烷醇胺化合物的水溶液。

二氧化碳吸收液在超重力吸收装置中吸收二氧化碳，生成的产物在再生塔中的高温环境下分离出二氧化碳并进行收集储存，而分离出的吸收液再回到超重力装置进行循环，这个过程被称之为二氧化碳分离及吸收液再生过程。通过将船舶柴油机排放的低浓度二氧化碳捕获、提纯，然后采用一些技术手段进行液化储存，不仅能解决船舶碳排放问题，还能将捕集的二氧化碳用于制作汽水、干冰以及生产甲醇燃料的原料。

影响船舶超重力烟气处理的因素：

船舶柴油机所排烟气含有的SOX、NOX、CO2等大气污染物的水溶液均呈酸性，使用碱性吸收剂或与其发生化学反应的其它物质均可对其进行捕集吸收，其捕集吸收效果受诸多因素的影响，但无论采取何种吸收剂，利用超重力技术的高效传质过程和化学反应过程都能够有效提高捕集吸收效果。

目前研发的主要方向是高效洗涤（吸收）液、降低吸收液再生过程中的挥发性以及吸收液吸收硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳后的解析、储存问题。除此之外，船舶超重力烟气处理装置还受到超重力机转速、捕集吸收效率、能耗水平、布置空间、贫液浓度、气液比等因素的影响。

结语：

船舶柴油机排气对大气造成的污染问题越来越引起人们的关注，世界各国都在积极采取行动来研发更加行之有效的方法来减少船舶柴油机排气对环境的污染。超重力烟气处理技术作为船舶一种新型高效的烟气处理技术，具有传质效率高、对吸收剂适应性广、显著缩小装置的体积与重量、显著降低投资成本和操作费用、便于实现模块化的撬装生产方式、操作维修方便、运行安全可靠等优点，在船舶防止大气污染领域中具有较好的推广应用前景。

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下期预告：

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