在世界货物运输中，海洋运输占据了很大的比例海洋货物运输具有通行能 力大、运输量大、运费低廉、对货物的适应性强、速度较低、风险较大等特点 目前，国际贸易总运量中的三分之二以上，我国进出口货物运输总量的 90%都 是利用海洋运输随着运输船舶数量的剧增，船舶排放污染物对大气环境和海洋环境造成的污 染和危害也日趋严重船舶柴油机燃烧排放的尾气主要以二氧化硫 SO2 和氮氧 化物N02为主，根据2014年国际海事组织(IMO)统计数据显示，船舶尾气年 排放SO2、NO2分别约占全球排放总量的13%和15%相关报告也指出，船 舶产生尾气所造成的大气污染约占整个大气污染总量的5% ~ 11%为了减少船舶尾气中硫氧化物SO2、氮氧化物NO2及颗粒物对大气环境的 影响，最直接的方法就是减少船舶燃料油中的硫含量和氮含量，IMO和欧美发 达国家通过制定相关法规，对船用燃料油中的硫含量和氮含量设定了限值标准， 并加以施行除此之外，近年来国内外一些船用设备厂商及科研院所在船舶硫氧 化物、氮氧化物排放控制技术方面开展了大量的研究工作本文概述了船舶硫氧 化物、氮氧化物排放控制的相关法规，重点介绍了船舶脱硫脱硝技术的现状，并 分析了船舶尾气排放控制技术的未来发展趋势。
1 船舶尾气排放控制法规介绍1.1 船舶硫氧化物排放控制法规由于船舶排放尾气中含有大量的硫氧化物S02，这些硫氧化物的排放造成 了严重的大气污染，国际社会与地区性组织纷纷立法限制船舶硫氧化物排放降 低燃油中的硫含量是最有效最直接的减排措施，因此，国际海事组织(IMO)、美 国环保局(USEPA)、欧洲环境署(EEA)等针对全球和局部海域船舶燃油硫含量做 出了日趋严苛的限值规定MARPOL公约附则2005年起开始生效，船舶在欧 美地区硫排放控制区(SECA)航行时，船舶燃油硫含量限值标准为1.5%(质量分 数)，然而从 2015 年起，当船舶进入 SECA 时，燃油硫含量标准相比之前需 降低 90%以上，这使得从事国际贸易的远洋船舶面临严峻的减排压力此外， 除目前IMO规定的SECA外，墨西哥海岸、香港、澳大利亚、中国珠三角、 长三角、环渤海(京津冀)等地区的近岸海域也都已成为SECA，未来全球范围内 所有近岸海域均有可能划为 SECA 范畴，因此这将对船舶硫氧化物排放控制技 术的发展产生重要的促进作用1.2 船舶氮氧化物排放控制法规MARPOL公约附则VI对氮氧化物NO2的排放针对低速级 (N<130r><2000r>根据表1-1所示，2016 年1 月1日以后，对于低速级、中速机、高速机三 种柴油机，其相应的氮氧化物NO2的排放标准将比现阶段分别降低76.38%、 79.54%和74.02%。
鉴于IMO对船舶柴油机燃烧排放的二氧化硫SO2和氮氧 化物NO2的排放量已作出的明确规定，许多国家和地区也都在积极采取各种措 施限制船舶尾气排放2 船舶尾气脱硫技术研究烟气脱硫的技术研究起源于20世纪初期，据不完全统计，世界各国研发、 使用的烟气脱硫技术多达200多种，按脱硫工艺是否加水和脱硫产物的干湿形 态分为三种：干法、半干法和湿法当前国际社会脱硫技术的主要工艺有石膏烟 气脱硫法、旋转喷雾干燥脱硫法和海水脱硫法等2.1 石膏烟气脱硫法石膏烟气脱硫法在一些国家的发电厂得到了广泛应用该法主要是选用价格 低廉的石灰石，然后将石灰石打磨成粉，添加清水制成脱硫吸收石灰浆液，经溶 解、中和、氧化和结晶等一系列的反应后，最终生成二水石膏目前，虽然该工艺在工业烟气脱硫中得到了广泛应用，且通过适当添加有机 酸等化学物质，可使得脱硫的效率提高到 90%以上但对于处理船舶尾气而言， 该技术仍存在占地面积大、系统管理复杂、初期投资大、磨损和腐蚀设备较为严 重等问题所以，亟须优化石膏法烟气脱硫工艺并提高该工艺的性价比，对后期 投入船舶使用将大有裨益2.2 旋转喷雾干燥脱硫法旋转喷雾干燥烟气脱硫法(SDA)最早由丹麦NIRO公司开发，目前已广泛应 用于液态原料生产固态粉末的化工、制药、食品等现代工业废气处理系统中。
该 方法反应系统主要由石灰石浆液制备系统、反应塔系统、除尘净化系统、飞灰输 送及处理系统、活性炭喷射系统、自动化控制系统等组成，其脱硫工艺流程如图 2 所示SDA技术的脱硫效率一般在70%~95%，在处理中低硫燃料燃烧排放的 尾气时取得了较好的效果，但是在处理高硫燃料燃烧排放的尾气时，由于需要高 浓度的石灰石浆液作为脱硫吸收剂，则会给设备带来堵塞、腐蚀等一系列问题 除此之外，反应的终产物为CaS04、CaCI2和CaF2 ,这些物质的处理也比较困 难由于远洋船舶一般使用劣质的重燃料油作为燃料，含硫量相对较高，因而对 于 SDA 技术而言，目前亟须改善处理高硫燃料燃烧排放尾气的脱硫工艺，提高 脱硫效率，同时研发新型的脱硫吸收剂，使得反应的终产物可以回收利用2.3 海水脱硫法海水脱硫法是近几十年发展起来一种较为成熟的脱硫技术，最早是在二十世 纪六十年代由美国率先提出该方法充分利用了天然海水的酸碱缓冲能力和强中 和酸性气体的能力来有效脱除烟气中S02该技术工艺采用的系统主要由烟气 系统、供排海水系统、SO2吸收系统、海水水质恢复系统四部分组成其主要艺流程如图 3 所示由于海水脱硫工艺流程简单、高效环保、可靠性和经济性较高，对生态环境 的污染较小，被认为是较理想的船舶尾气处理方法之一。
但目前海水脱硫法在处 理高硫燃料燃烧排放的尾气时效果不佳，设备占用空间大，在低盐度海域脱硫效 率低，一旦上述问题得以解决，将能大大推动该项技术在船舶尾气处理方面的应 用3 船舶尾气脱硝技术研究烟气脱硝技术主要用于控制氮氧化物(NOX)的排放，分为烟气净化技术和低 NOX燃烧控制技术两类对于船舶尾气处理技术而言，主要是研究烟气净化技 术，目前较为成熟的方法有选择性非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法 (SCR)两类3.1选择性非催化还原法(SNCR)20世纪70年代中期，SNCR脱硝技术首先应用于日本的燃气和燃油电厂， 后逐步推广到欧美等发达国家SNCR脱硝技术是通过向高温(温度范围一般在 900 ~ 1200)烟气中喷射CON2H4或氨等还原剂，将NOX还原成N2和 H2O,采用的工艺主要由还原剂制备与存储系统、稀释系统、计量及分配系统、 增温增压系统、喷射系统、蒸发系统等组成其主要工艺流程如图 4 所示SNCR 脱硝技术对于处理船舶尾气而言，在处理燃油机组燃烧排放的尾气 时，仅仅使得NOx排放量降低30%~50%，如何提高SNCR技术在此方面的 脱硝效率，是今后重点研究的方向之一。
3.2选择性催化还原法(SCR)SCR 技术是日本在20 世纪70 年代末至80年代初首先提出的，后续逐步在欧美等发达国家得到了推广应用SCR脱硝技术主要是利用还原剂氨类物质， 经催化剂的作用，有选择性地将烟气中的NOX还原为无毒无污染的N2和 H2O,采用的装置如图5所示主要是由还原剂制备与存储设备、NH3混合罐、 NH3蒸发器、混合器、SCR反应器、气-气换热器、电除尘器及控制系统等组 成制备的NH3被泵送到氨蒸发器里与水蒸气混合发生汽化，当稀释的空气与 氨水的混合比例约为 201 时，通过流动平衡装置送入混合器的氨喷射网格中， 然后由氨喷射网格中的喷嘴将NH3喷入到SCR反应器中，发生脱硝反应，该 反应分为有氧和无氧两种情况为了保证氨与烟气均匀地扩散与混合，关键技术在于氨喷射控制系统的设 计SCR技术在现行的电站燃煤锅炉烟气处理中得到了较广泛的应用，但其管 路设备的高造价费用及低温下催化剂的失活、还原剂的泄漏污染等问题，制约了 该技术在船舶尾气脱硝领域的应用因此，当前亟需加大对低温催化剂的研究力 度，提高单位投资的脱硝效率，推进该技术朝着低成本、高效率、产业化方向发 展，应用于船舶尾气处理的前景广阔。
4 船舶尾气脱硫脱硝一体化技术研究烟气脱硫脱硝一体化技术，顾名思义是指将烟气中的SO2和NOX同时脱 除的一种技术目前，该项技术在处理船舶尾气方面的研究尚处于起步阶段该 技术具有设备结构简单、占地小、成本低、运行可靠等优点，逐步受到国际社会 和航运界的关注和重视，将是未来烟气综合处理技术发展的方向对于船舶尾气 处理而言，目前较为适用的脱硫脱硝一体化技术有电子束氨法和光催化法4.1 电子束氨法 电子束氨法是在20 世纪70 年代由日本荏原公司首先提出，主要是采用电 子加速器产生的高能电子束(800keV~1MeV)来辐照烟气，将烟气中的SO2、NOX氧化成高价态氧化物SO、NO,进而转变成(NH)SO、NHNO,最终实现 烟气脱硫脱硝的一种技术该方法的工艺流程如图 6 所示，主要由烟气调节系 统、辐照反应系统、氨存储及供氨系统、副产物收集处理系统及调节控制系统等 组成烟气在反应器中被电子束照射，使 SO2、NOX 氧化，经一系列化学反应 后，生成H2SO4和HNO3，并与注入的氨中和，最终生成的副产物肥料等， 避免了二次环境污染，实现氮硫资源的综合利用和自然生态循环但该技术利用高能耗的电子加速器产生辐射的电子来处理烟气，需要较高的 能耗，大多数船舶难以满足其要求，因而亟须开发低能耗的电子束氨法脱硫脱硝 工艺。
4.2 光催化法 光催化法是近年来迅速发展起来的一种被称为“绿色友好”的新兴技术，是 目前国内外船舶尾气处理研究的热点之一该技术利用一定能量的光照光催化 剂，将尾气中SO2和NOX等有害成分氧化或还原成无污染的物质光催化通 常使用的是纳米光催化剂，该催化剂在紫外光照射下，具有较强的催化活性，目 前，以 TiO2 作为基底的光催化剂在处理船舶尾气方面，已经取得了实质性的进 展和突破实验表明：该方法对 SOX 和 NOX 处理效率最高可达85%和 95%由上 述过程可知，光催化法具有处理船舶尾气反应条件较为温和、脱硫脱硝同时作用、 降解彻底等优点，是目前最具发展前景的新技术之一但目前催化剂材料的失活 及光利用效率等关键问题亟待解决，未来在上述问题及研究领域的突破将成为推 动船舶尾气净化技术成功应用的原动力5 结语目前，对于船舶尾气处理的研究，大都是单独进行的，技术还有待进一步提 高，同时由于船舶自身的一些条件限制，如船舶的类型、航行的水域、船舶的空 间、使用燃油的类型等，制约当前一些脱硫脱硝技术在船舶尾气处理上的应用 而随着人们环保意识的提高，国际海事组织(IMO)对船舶尾气排放必将实施更为 严苛的标准，研究者可根据船舶在内河或海上航行的特点，借鉴当前工业废气处 理中运用较为成熟的脱硫脱硝技术，通过对其进行革新、改进或优化，研究出新 型的经济的适用船舶尾气的处理技术，早日解决船舶排放尾气的污染问题。
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