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. З 1 січня 2020 р. увесь світовий морський транспорт, відповідно до рішення Міжнародної морської організації (IMO), перейшов на використання низькосірчистого палива (з вмістом сполук сірки в судновому паливі не більше ніж 0,5 % мас.). Відповідно до рішення Міжнародної морської організації від такого переходу звільняються судна, обладнані системами очищення відпрацьованих газів суднових енергетичних установок від сполук сірки, а також науково-дослідні судна, що займаються розробленням таких систем очищення. У статті запропоновано каталітичний спосіб очищення відпрацьованих газів суднових енергетичних установок. Зазначено, що перехід на низькосірчисте паливо дає змогу зменшити лише викиди діоксиду сірки та/або триоксиду сірки, завдяки чому знижується негативний вплив на атмосферне повітря. Водночас вартість низькосірчистого палива у 2–5 разів перевищує вартість звичайного суднового палива, у якому вміст сполук сірки не перевищує 3,5 % мас. Для нейтралізації відпрацьованих газів двигунів транспортних засобів застосовують каталізатори, що містять дорогоцінні метали та їхні сполуки: платину, паладій, родій, рутеній, а також рідкісноземельні елементи. Метою цієї роботи є створення каталізаторів для нейтралізації токсичних речовин і сполук, які не містять дорогоцінних металів та їхніх сполук, але за каталітичною активністю і тривалістю дії не поступаються каталізаторам на основі дорогоцінних металів. Для зменшення обсягу робіт із добору ефективних і стабільних каталізаторів запропоновано замість дослідження широкої номенклатури шкідливих токсичних речовин, що містяться у відпрацьованих газах суднових енергетичних установок, використовувати лише монооксид вуглецю. Розроблено нову технологію виготовлення каталізаторів для нейтралізації відпрацьованих газів енергосилових установок. Технологія ґрунтується на використанні дешевого вихідного сировинного матеріалу зі значними запасами, а також вторинних матеріальних ресурсів і відходів техногенних систем. Для реального судна OXL «Samurai» у машинно-котельному відділенні виконано технологічні розрахунки щодо оптимального розміщення каталітичної установки нейтралізації відпрацьованих газів суднової енергетичної установки та теплообмінного обладнання для утилізації теплоти відпрацьованих газів. Запропонована технологія повністю відповідає вимогам ресурсозбереження та охорони навколишнього природного середовища. Керування комплексною технологією ґрунтується на автоматизації процесу із застосуванням сучасного програмного забезпечення.