The catalytic neutralization of exhaust gases in ship power plants

Abstract

Since 1 January 2020 all world transport, according to the decision of the International Maritime Organization, transfers to the low-sulfur fuel (no more than 0.5% of mass S-compounds in marine fuel). From such a transition, the decision of the International Maritime Organization exempts ships which are equipped with systems for the puriŸcation of exhaust gases of ship power plants from sulfur compounds, as well as those vessels that conduct research on the development of effective methods of puriŸcation from sulfur compounds. In this article, a catalytic method for the puriŸcation of exhaust gases from ship power plants is suggested. It should be noted, that the transition to low-sulfur fuel can only reduce emissions of sulfur and / or sulfuric anhydride, while reducing the damage to the air basin, and the cost of low-sulfur fuel is 2-5 times higher than the cost of conventional marine fuel, in which the content of sulfur compounds does not exceed 3,5% mass. For the neutralization of exhaust gases of car engines, the catalysts which contain precious metals and their compounds – platinum, palladium, rhodium, ruthenium, rare earth elements are used. The aim of this work is to create the catalysts for neutralization of toxic substances which are contained in exhaust gases of ship power plants that do not contain precious metals and their compounds, but the catalytic activity and duration of action is not inferior to catalysts, which are based on use of precious metals. To reduce the amount of work on the selection of effective and stable catalysts, it is suggested to use only carbon monoxide instead of studying a wide nomenclature of harmful toxic substances contained in the exhaust gases of ship power plants. A new technology for the preparation of catalysts for the neutralization of exhaust gases of power plants has been developed in our study. This technology is based on the use of a cheap raw materials source with a large stock ratio, as well as secondary material resources and technological systems wastes. For the real vessel OXL “Samurai” in the engine room technological calculations were performed to optimally locate the catalytic neutralization installation for the puriŸcation of toxic gases of ship power plant and heat exchange equipment for the heat utilization of exhaust gases. The technology fully meets the requirements of resource-saving and environmental protection. The management of the integrated technology is based on automation of the process using modern software С 1 января 2020 г. весь мировой транспорт, согласно решению Международной морской организации, переходит на низкосернистое топливо (не более 0,5% масс. S-соединений в судовом топливе). От такого пе- рехода, по решению Международной морской организации, освобождаются суда, укомплектованные систе- мами очистки отработанных газов судовых энергетических установок от сернистых соединений, а также научно-исследовательские суда, занимающиеся разработкой систем очистки отработанных газов судо- вых энергетических установок от сернистых соединений. В настоящей статье предлагается каталити- ческий способ очистки отработанных газов судовых энергетических установок. Отмечается, что пере- ход на низкосернистое топливо позволяет снизить только эмиссию сернистого и / или серного ангидрида, при этом снижается ущерб воздушного бассейна, а стоимость низкосернистого топлива в 2–5 раз выше стоимости обычного судового топлива, в котором содержание серосоединений не превышает 3,5 % масс. Для нейтрализации отработанных газов двигателей транспортных средств используют катализаторы, содержащие драгоценные металлы и их соединения: платину, палладий, родий, рутений, а также редко- земельные элементы. Целью данной работы является создание катализаторов нейтрализации токсических веществ и соединений, не содержащих драгоценных металлов и их соединений, а по каталитической активности и длительности действия, не уступающих катализаторам на основе драгоценных металлов. Для сниже- ния объема работ по подбору эффективных и стабильных катализаторов предложено вместо исследо- ваний широкой номенклатуры вредных токсических веществ, содержащихся в отработанных газах судо- вых энергетических установок, использовать только монооксид углерода. Разработана новая технология приготовления катализаторов нейтрализации отработанных газов энергосиловых установок. Технология основана на использовании исходного дешевого сырья с большой кратностью запаса, а также вторичных материальных ресурсов и отходов техногенных систем. Для реального судна OXL «Samurai» в маши- но-котельном отделении были выполнены технологические расчеты по оптимальному размещению ката- литической установки нейтрализации отработанных газов судовой энергетической установки и тепло- обменного оборудования для утилизации теплоты отработанных газов. Технология полностью отвечает требованиям ресурсосбережения и защиты окружающей среды. Управление комплексной технологией ос- новано на автоматизации процесса с использованием современного программного обеспечения. З 1 січня 2020 р весь світовий транспорт, згідно з рішенням Міжнародної морської організації, переходить на низькосіркову паливо (не більше 0,5% мас. S-з'єднань в судновому паливі). Від такого пе- рехода, за рішенням Міжнародної морської організації, звільняються судна, укомплектовані систе- мами очищення відпрацьованих газів суднових енергетичних установок від сірчистих сполук, а також науково-дослідні судна, що займаються розробкою систем очищення відпрацьованих газів судо- вих енергетичних установок від сірчистих сполук. У цій статті пропонується каталіті- ний спосіб очищення відпрацьованих газів суднових енергетичних установок. Відзначається, що пере- хід на низькосіркову паливо дозволяє знизити тільки емісію сірчистого і / або сірчаного ангідриду, при цьому знижується збиток повітряного басейну, а вартість низькосірчистого палива в 2-5 разів вище вартості звичайного судового палива, в якому вміст серосоедіненій не перевищує 3,5% мас. Для нейтралізації відпрацьованих газів двигунів транспортних засобів використовують каталізатори, містять дорогоцінні метали та їхні сполуки: платину, паладій, родій, рутеній, а також рідко- земельні елементи. Метою даної роботи є створення каталізаторів нейтралізації токсичних речовин і з'єднань, які не містять дорогоцінних металів і їх з'єднань, а по каталітичної активності і тривалості дії, які не поступаються катализаторам на основі дорогоцінних металів. для сниже- ня обсягу робіт по підбору ефективних і стабільних каталізаторів запропоновано замість исследо- ваний широкої номенклатури шкідливих токсичних речовин, що містяться у відпрацьованих газах судо- вих енергетичних установок, використовувати тільки монооксид вуглецю. Розроблено нову технологію приготування каталізаторів нейтралізації відпрацьованих газів енергосилових установок. технологія заснована на використанні вихідного дешевої сировини з великою кратністю запасу, а також вторинних матеріальних ресурсів і відходів техногенних систем. Для реального судна OXL «Samurai» в маши- но-котельному відділенні були виконані технологічні розрахунки з оптимального розміщення ката- литической установки нейтралізації відпрацьованих газів суднової енергетичної установки та тепло- обмінного обладнання для утилізації теплоти відпрацьованих газів. Технологія повністю відповідає вимогам ресурсозбереження та захисту навколишнього середовища. Управління комплексної технологією ос Нова на автоматизації процесу з використанням сучасного програмного забезпечення.