The basic theory of seawater scrubbing

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Chemical Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2012

Department

Biotekniikan ja kemian tekniikan laitos

Major/Subject

Bioprosessitekniikka

Mcode

Kem-70

Degree programme

Language

en

Pages

viii + 90 s. + liitt. 9

Series

Abstract

Marine transportation produces a large portion of the global sulphur oxide (SOx) emissions as a consequence of operating with high sulphur fuel. Corrosive and toxic SOx gases may cause respiratory illnesses as well as damage to different materials. International Maritime Organization and European Union have set strict SOx limits, which are already partly implemented and will be implemented in a large scale in the near future. SOx emissions can be reduced by seawater scrubbing among many other methods. The main goal of this thesis work is to study the combined effects of seawater properties in the seawater scrubbing process. Especially the effect of the seawater temperature, alkalinity and flow are of interest when studying the feasibility of the scrubbing process. The effect of temperature in seawater scrubbing is one of the main points of interest in this study, as seawater temperature varies greatly depending on the season and geographical location. Furthermore, the exhaust gas parameters affecting the scrubbing process are studied. Test results from ship tests and the results from this study will be used for building a dimensioning program for marine scrubbers. The main goal of this study is to determine different seawater and exhaust gas combinations with which the seawater scrubbing process works in a desired level. The data for this thesis work is obtained by an extensive literature research. The results are calculated by process simulation. The results are dimensioned according to the results presented previously in literature and expert opinions. First the composition of the exhaust gas entering the scrubber is simulated. Second the seawater parameters entering the scrubber are simulated. Third the reactions inside the scrubber are simulated as a function of temperature. Finally the composition of the exhaust gas and seawater exiting the scrubber could be determined as a function of temperature using different starting values for seawater flow, alkalinity and salinity. As a result of this study the effects of different seawater properties could be deducted for the seawater scrubber. With higher alkalinities and salinities scrubbing is enhanced. Scrubbing efficiency is also improved at lower seawater temperatures and larger seawater flows. Exhaust gas properties also have a substantial effect on the scrubbing process. The scrubbing efficiencies are improved with a lower fuel sulphur content, higher partial pressure of sulphur in exhaust gas and lower specific fuel consumption of an engine. The ratio between scrubbing water flow and exhaust gas flow also determines the scrubbing efficiencies to a great extent.

Laivaliikenteestä syntyy huomattava osa maailman rikkioksidipaastoista, sillä laivoissa käytetään usein korkearikkisiä polttoaineita. Syövyttävät ja myrkylliset rikkikaasut voivat vahingoittaa eri materiaaleja sekä aiheuttaa hengitysteiden sairauksia. Kansainvälinen Merenkulkujärjestö sekä Euroopan Unioni ovat asettaneet tiukat päästörajat rikkidioksidikaasuille. Nämä päästörajat ovat jo osittain astuneet voimaan ja ne tiukentuvat vielä lähivuosina. Laivojen rikkipäästöjä voidaan vähentää pesemällä pakokaasuja merivedellä muiden menetelmien sijaan tai ohessa. Tämän työn päätavoitteena on tarkastella meriveden ominaisuuksien yhteisvaikutusta pesuprosessiin. Erityisesti tutkitaan meriveden lämpötilan, alkaliniteetin, suolapitoisuuden ja virtauksen vaikutusta pesuprosessiin. Meriveden lämpötilan vaikutus pesuprosessissa kiinnostaa, sillä meriveden lämpötila vaihtelee huomattavasti eri merialueilla sekä vuodenaikoina. Työssä tutkitaan lisäksi pakokaasun koostumuksen ja virtauksen vaikutusta merivesipesurin tehoon. Laivatestien tuloksia sekä tätä työtä käytetään merivesipesurin mitoitusohjelman kehityksessä. Tämän opinnäytetyön tavoitteena on myös simuloida eri pakokaasun ja meriveden ominaisuuksien yhdistelmiä, joilla merivesipesurin käyttö on teknisesti kannattavaa. Työssä käytetyt tiedot on kerätty kirjallisuusselvityksellä. Työn tulokset on laskettu käyttäen apuna prosessisimulaatiota. Työn tulokset on skaalattu käyttämällä apuna kirjallisuuden tietoja sekä asiantuntijoiden neuvoja. Ensin pesuriin tulevan pakokaasun koostumus simuloidaan. Toiseksi laivaa ympäröivän meriveden ominaisuudet simuloidaan. Kolmanneksi pesurissa tapahtuvat reaktiot simuloidaan ympäröivän meriveden lämpötilan funktiona. Viimeisenä voidaan päätellä pesurista poistuvan pakokaasun ja meriveden koostumukset meriveden lämpötilan funktiona käyttäen eri alkuarvoja meriveden alkaliniteetille, suolapitoisuudelle ja virtaukselle. Myös pakokaasun ominaisuuksia muutetaan polttoaineen rikkipitoisuuden ja konetyypin mukaan. Työn tuloksena voidaan päätellä meriveden ominaisuuksien vaikutus pesuprosessille. Pesukyky paranee korkeammilla alkaliniteeteilla, suolapitoisuuksilla ja meriveden virtauksilla. Matalilla meriveden lämpötiloilla merivesipesurin rikinpoistokyky myös paranee. Pakokaasun ominaisuuksilla on myös suuri vaikutus merivesipesurin tehoon. Pesutulos on parempi matalilla polttoaineen rikkipitoisuuksilla, pakokaasun korkeammalla rikin ominaispaineella ja pienemmällä moottorin polttoaineen ominaiskulutuksella. Meriveden virtauksen ja pakokaasun virtauksen välinen suhde vaikuttaa myös merkittävästi merivesipesurin tehoon.

Description

Supervisor

Leisola, Matti

Thesis advisor

Lehikoinen, Marko

Keywords

marine scrubber, merivesipesuri, sulphur oxides, rikkipesuri, seawater FGD, rikkioksidit, SECA, SOx, IMO, SO2, MARPOL, alkaliniteetti, PM, rikkipäästöt, ship emissions

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122858857

Collections

[dipl] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM