前言：

近年来，船舶运输所带来的环境污染问题日益突出，大气污染物排放的防治要求已经被提升到了前所未有的高度，船舶大气污染控制领域相关法规、制度和技术也在加速推进。

船用燃料油的含硫量高会提高船舶硫氧化物的排放量，造成空气污染。随着对含硫原油加工量的增加及重油催化裂化的普及，油品含硫量超标及安定性不好的现象也越来越严重。

原油中有数百种含硫烃，这些含硫烃类在原油加工过程中不同程度地分布于各种石油产品中。燃料油中的硫主要有两种存在形式：通常能与金属直接发生反应的硫化物称为“活性硫”，包括单质硫、硫化氢等；而不与金属直接发生反应的硫化物称为“非活性硫”，包括硫醚、二硫化物等，船用重质燃料油含硫化合物的结构更复杂。

为控制船舶排放的硫氧化物对大气所造成的污染，《MARPOL公约》附则VI“防止船舶造成大气污染规则”，对于船舶废气中的SOx排放含量作了限制，规定了燃油中硫含量的全球上限，并规定了四大硫氧化物排放控制区SECA（波罗地海、北海、北美、美国加勒比海，船舶燃油硫含量限值为0.1%）。

我国也在2016年正式设立SECA区域，之后实行了更新和扩容：沿海排放控制区覆盖全国沿海12海里以及海南水域，自2020年1月1日起，船舶在沿海控制区内航行应使用硫含量不大于0.5% m/m的船用燃油，靠岸停泊期间应使用硫含量不大于0.1% m/m的船用燃油。

2020年1月1日起，全球海域上航行船舶所使用燃油硫含量不得超过0.5% m/m（前一个限度是3.5% m/m）。从2020年3月1日起，禁止未安装脱硫塔（即洗涤设备Scrubber）的船舶携带高硫燃油，其影响覆盖了数万艘船舶，并对当时约400万桶/天（1桶=42加仑=158.98升，1吨≈7桶，如果油质较轻(稀)，则1吨约等于7.2桶或7.3桶）的船用高硫燃料油市场造成了很大的冲击。

IMO 2020新规的强制实施，迫使船东、船舶经营者必须在加装和使用低硫油、使用替代燃料（如液化天然气LNG、甲醇等）、安装脱硫装置（废气清洗系统）三者之间进行选择。对于第二种方式，一般只适用于新造船或预留改装位置的运营船舶。目前，船舶领域一般均采用第一和第三种方式来应对新规。

众多发公约财的资本大咖瞄准了船用低硫油产业，混兑调和的低硫油成了市场供应的主流产品。由于低硫调和油质量参差不齐，存在着使用安全性和稳定性问题（在《船用燃料油问题探讨》中有详述），频发的船用燃料油问题让一些船东心有余悸；尽管全球都在推动清洁燃料的发展，但使用LNG、甲醇等替代燃料需要对船舶发动机及其燃料系统进行改造以及近年来LNG价格的一路攀升，给脱硫塔市场带来了发展机遇和空间。

IMO 2020新规拉大了高、低硫燃油间的价差，如果想要继续使用成本更低的高硫燃油，船舶必须安装废气清洗系统（脱硫装置）来对发动机排气进行清洁处理，这为脱硫装置带来巨大的潜在需求。另外，燃用高硫油HSFO的船舶脱硫塔可去除了98％以上的硫氧化物和60％~90％的颗粒物质（PM），其硫氧化物和颗粒物PM的排放量低于轻柴油（MGO）的排放量，并且还可有效去除对北极地区有潜在影响的黑碳（BC），因此脱硫塔成为IMO、欧盟和美国环境保护局批准的船舶硫化物监管方法。在此背景下，船舶脱硫装置生产企业收获了大量订单，脱硫装置将在中短期内发挥重要作用。

根据贻贝（MarinSmart）船海服务互联网平台信息显示：

近年来，船舶脱硫装置产业的发展十分迅速，其中集装箱船、油轮和散货船安装数量排名前三；Wärtsilä（芬兰动力企业）、Ecospray（英国生态喷雾企业）、Alfa Laval（瑞典热交换、分离、流体技术企业）、Yara Marine（瑞典船舶技术公司）是目前世界四大船用脱硫装置供应商，市场份额超过了50%。

随着人们对脱硫装置技术的熟悉及其在温室气体减排方面的作用，再加上高低硫油差价长期保持在高位，大型新造船脱硫装置安装量正在持续增加，目前全球海上运力超过15%配备了脱硫装置（包括已安装、新造船和待改装），预计到2030年安装脱硫装置的船舶可能会增加到7000艘。

中国船厂在全球船舶脱硫装置改装市场占据绝对主导地位，从事脱硫装置改装业务最多的10家船厂全部来自中国，中国船厂所接到的脱硫设备改装份额占到了全世界的70%以上。

脱硫塔分类、脱硫原理及特点

烟气脱硫技术是目前世界上规模化商业应用最广泛的脱硫技术，世界各国研究开发的烟气脱硫技术高达100多种。烟气脱硫的基本原理是酸碱中和反应。烟气中的二氧化硫是酸性物质，通过与碱性物质发生反应，生成亚硫酸盐或硫酸盐，从而将烟气中的二氧化硫脱除。

高硫燃料（HSFO）是炼油厂的附属产品并且是一种难以精炼的高能量燃料，如果精炼HSFO，炼油厂需要花费大量的资金和较长的时间去改造其设施，并且在精炼的过程中还会产生更多的温室气体排放。脱硫塔允许船舶继续合法使用更便宜的高硫燃料（HSFO），通过对船舶使用HSFO的排气进行脱硫来减少向空气中排放硫化物及颗粒物，从而促进环境保护。

船舶脱硫塔（Scrubber），也被称为废气清洁系统（Exhaust Gas Cleaning System），是一种安装在主机和发电机的排烟管上、被设计用来清洁主、辅机废气并去除其中硫化物及颗粒物的塔式装置（高约10～16米、直径约5～8米）。其中，喷淋塔具有结构简单、工艺成熟可靠、能够满足气液之间有较大的接触面积和一定的接触时间等优点，被广泛应用于船舶脱硫系统。

按照脱硫过程是否有水参加和脱硫产物的干湿形态，脱硫装置可以分为干法（Dry Scrubber）、半干法（Semi-Dry Scrubber）和湿法脱硫装置（Wet Scrubber）三大类，这三种工艺中湿法工艺较为成熟，效率高，操作简单，具有明显的效率优势，能满足使用高含硫量燃油的低排放的要求。根据具体装置设计的不同，湿法脱硫装置又大体可以分为六个子类：镁基-海水法、海水开放式脱硫塔、碱性溶液闭环式脱硫塔、混合式脱硫塔、氨法烟气脱硫法和超重力脱硫装置。

干法脱硫是指无论加入尾部烟道中的脱硫剂是干态或湿态的, 脱硫的最终产物是干态的。在干法或半干法脱硫中，存在着设备庞大、结构复杂、对操作技术要求高、要承担熟石灰的成本和存储空间、脱硫效率较低、内部的腐蚀和粉尘及颗粒冲刷对腐蚀的加速作用等缺点，不太适合船舶发动机排气的脱硫处理。

湿法脱硫是以水溶液或浆液作脱硫剂, 生成的脱硫产物存在于水溶液或浆液中。湿法烟气脱硫技术由于是气液反应，所以反应速度快，效率高，脱硫剂利用率高。该法的主要缺点是脱硫废水二次污染；系统易结垢，腐蚀；脱硫设备初期投资费用大；运行费用较高等。

石灰石-石膏法烟气脱硫技术

石膏烟气脱硫法是目前国内市场的主流脱硫技术，其核心技术已经为国内多数公司成功运用。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。

石灰石-石膏法烟气脱硫技术以石灰石浆液作为脱硫剂，在吸收塔内对烟气进行喷淋洗涤，使烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙，同时向吸收塔的浆液中鼓入空气，强制使亚硫酸钙转化为硫酸钙，脱硫剂的副产品为石膏。

石灰石-石膏法烟气脱硫系统包括烟气换热系统、吸收塔脱硫系统、脱硫剂浆液制备系统、浆液疏排系统、工艺水系统、石膏脱水与储运系统、废水处理系统。

传统的石灰石-石膏法烟气脱硫工艺采用钙基脱硫剂吸收二氧化硫后生成的亚硫酸钙、硫酸钙，由于其溶解度较小，极易在脱硫塔内及管道内形成结垢、堵塞现象。

目前，由于石灰石价格便宜，易于运输和保存，石灰石—石膏法烟气脱硫技术成为陆地优先选择的湿法烟气脱硫工艺。虽然该工艺在工业烟气脱硫中得到了广泛应用，系统运行稳定且通过适当添加一些化学物质，可使得脱硫的效率提高到95%以上。但对于处理船舶发动机排气而言，该技术仍存在占地面积大、系统管理复杂、初期投资大、结垢、堵塞、磨损和腐蚀设备等较为严重的问题。所以，如果要在船舶上推广使用石灰石-石膏法来进行烟气脱硫，需要优化脱硫工艺并提高该工艺的性价比。

旋转喷雾干燥脱硫法

旋转喷雾干燥法(SDA)属于半干法烟气脱硫技术，该法具有设备简单，投资和运行费用低，占地面积小等特点，而且烟气脱硫率达70%～95%。该法利用喷雾干燥的原理，将吸收剂浆液雾化喷入吸收塔。在吸收塔内，吸收剂在与烟气中的二氧化硫发生化学反应的同时，吸收烟气中的热量使吸收剂中的水分蒸发干燥，完成脱硫反应后的废渣以干态形式排出。

旋转喷雾干燥烟气脱硫法的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。该法主要包括四个在步骤：吸收剂的制备、吸收剂浆液雾化、雾粒与烟气混合，吸收二氧化硫并被干燥和脱硫废渣排出。

旋转喷雾干燥法一般用生石灰做吸收剂。生石灰经熟化变成具有良好反应能力的熟石灰，熟石灰浆液经高达15000～20000r/min的高速旋转雾化器喷射成均匀的雾滴，其雾粒直径可小于100微米，具有很大的表面积，雾滴一经与烟气接触，便发生强烈的热交换和化学反应，迅速将大部分水分蒸发，产生含水量很少的固体废渣。

SDA 技术在处理中低硫燃料燃烧排放的尾气时取得了较好的效果；但是远洋船舶一般使用劣质（重质、高硫）燃料油作为燃料，含硫量相对较高，因而对于SDA 技术而言，在处理高硫燃料燃烧排放的废气时，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CaSO4、CaCl2和CaF2，这些物质的处理也比较困难。因此，在没有研发出新型的脱硫吸收剂以及反应终产物不能回收利用的情况下，旋转喷雾干燥烟气脱硫法反应系统很难在国际航行船舶上广泛推广应用。

相对于干法和半干法，湿法脱硫以其成熟的技术得到广泛应用。船舶脱硫指标严格于一般工业脱硫，又受到船上特定环境的限制，船用脱硫研发应用技术和工艺困难很大。采取何种方法脱硫必须依据具体工况和要求达到的脱硫指标而定。

湿法烟气脱硫工艺是目前世界上应用最广的脱硫方法，具有脱硫效率高的特点，其脱硫反应过程是气液反应, 脱硫速度快且效率高。当前在船舶上广泛应用的湿法烟气脱硫技术主要是镁基-海水法脱硫技术以及海水开式洗涤法、碱性水溶液闭环式洗涤法和海水-碱性水溶液混合式洗涤法，可确保脱硫后废气中SO2含量低于燃烧含硫0.1%m/m燃油的废气指标，废气经处理后洗涤水各项水质指标均满足IMO规定。

湿法烟气脱硫洗涤法的核心是吸收塔, 它是一个单级的开放式喷淋、一体化吸收二氧化硫的装置。在脱硫塔洗涤区中，水泵把海水/碱性水溶液打至喷淋层, 在喷嘴的作用下海水/碱性浆液被雾化, 与逆流而上的发动机排气充分接触并吸收烟气中的硫化氢H2S、二氧化硫SO2和三氧化硫SO3, 同时溶解并洗涤烟气中的大部分烟尘。

镁基-海水法船用脱硫系统

钙法技术成熟、价格便宜、脱硫效率在95％以下；但其运行费用高、二次污染严重、易造成管道结垢堵塞。镁法脱硫具有系统简单、运行安全、可靠性高、运行费用低、脱硫效率能达到99％、适用范围广、不易结垢、无二次污染、副产品利用价值相对较高、能达到新标准对应的SO2排放浓度值等优势，已经逐步取代钙法脱硫。同时考虑船上空间有限，不允许装置占过大空间、耗材或副产物大量堆积，所以采用廉价的氧化镁作为脱硫剂的镁基-海水法脱硫中是一种有效脱硫技术，海水法作为一种辅助方法，在船舶运行于淡水区时仅采用镁基脱硫。

船舶烟气在风机驱动下经海水喷雾冷却，烟气温度降至100摄氏度以下，通过多级Mg（OH）2浆料喷雾与烟气中的SO2反应，降低烟气中SO2浓度至达标排放。反应产物MgSO3随喷雾液降至浆料池，通过氧化形成MgSO4，随排水排放。按照一定流量注入制备的Mg（OH）2浆料，调节浆料液pH值，保证高效脱硫。该系统能够长期可靠、达标运行。

镁基-海水法脱硫工艺包括废气冷却、洗涤喷淋、除雾、浆液制备及供给、排水（洗涤水）等主要过程。

镁基-海水法脱硫技术优点

1） 镁基-海水法船舶废气脱硫技术及关键设备在性能指标上，无论处理后硫氧化物排放浓度还是洗涤水排放指标上，均符合最严格的国际公约和地区法规要求。

2） 镁基-海水法船舶废气脱硫装置具有系统简单、运行安全、可靠性高、适用范围广、不易结垢、无二次污染等特点。在高效性、可靠性、操作性、安全与应急以及安装与维护上与船舶配套兼容。

3） 镁基-海水法船舶废气脱硫技术的脱硫效率可达99%以上，吸收塔不易结垢，维修方便。脱硫副产物可再生MgO回用于脱硫系统，节约原料成本。

4） 镁基-海水法船舶废气脱硫技术因技术优势而具有重大的市场价值。

海水开放式脱硫塔

海水开放式脱硫塔（Seawater Scrubber）是近几十年发展起来一种较为成熟的脱硫技术，通过海水泵把弱碱性的天然海水打入脱硫塔内，以喷雾的形式与主机、辅机和锅炉产生的废气在脱硫塔内混合，利用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SO2，从而使排出的废气满足硫化物排放要求，含有硫酸盐的洗涤水经过处理达标后排放到大海中去。

海水开环式脱硫塔系统的基本组成包括：烟气系统、海水供水系统、海水排放系统、SO2吸收系统（喷淋塔）、控制模块、气体取样监测系统、水质取样检测系统。

洗涤过程：海水被抽入到脱硫塔并通过喷淋塔内的喷头喷出，与逆行的烟气发生反应，脱硫后的烟气继续上行经过气体监测系统后排入大气，而中和了硫化物的海水溶液下行经水质检测系统后通过海水排放系统流入大海。

特点：海水脱硫装置和工艺流程相对简单、高效环保、可靠性和经济性较高，对生态环境的污染较小，建造与维护成本低，不需要额外反应物，再加上海水脱硫最容易被船员接受（已用在船舶上几十年的惰性气体系统也是用海水进行冷却洗涤），被认为是较理想的船舶发动机排气处理方法之一。

海水开放式脱硫法常常应用在区域性较强（海水区域）、烟气量相对较小或工艺要求较简单的脱硫工程中。有些水域碱度值太低而不能被开放式脱硫塔利用，如美国五大湖地区、圣彼得堡港还有密西西比河等。

目前海水脱硫法在处理高硫燃料燃烧排放的气体时效果不是很理想，设备占用空间大，在低盐度海域脱硫效率低，水泵能耗大、泥沙容易堵塞喷孔等，一旦这些问题得以解决，将能大大推动该项技术在船舶排气处理方面的应用。

碱性水溶液闭环式脱硫塔

碱性水溶液闭环式脱硫塔适用于长期航行于SECA区域、淡水和港内水域的船舶。其工作原理是在船舶上设有专门的用淡水稀释的碱性溶液（NaOH、Mg(OH)2等）循环舱柜。以混合了碱液的洗涤水为烟气洗涤介质，洗涤水在闭式系统中循环使用。当闭式系统启动时，循环泵从系统柜中抽取洗涤水，经过换热器冷却后，输送至洗涤塔中，以喷雾的形式与主机、辅机和锅炉产生的废气在脱硫塔内混合，反应后去除硫化物，合格烟气排放到大气中。

闭环式脱硫塔系统的基本组成包括：海水冷却系统、淡水循环系统、脱硫塔、控制模块、水处理单元、气体取样监测系统、水质取样检测系统、加药单元及循环柜、存储柜等。

洗涤过程：先根据船舶的负荷加入适量脱硫药剂，脱硫工作时脱硫药剂和淡水在循环柜中混合后进入脱硫塔，脱硫塔内的反应过程与开环式类似，但洗涤后溶液的去向与开式直接排入大海不同，闭环式脱硫塔洗涤后的溶液循环进入循环柜。当运行一段时间后，循环柜内的溶液浓度和残杂到达定值，水处理单元开始对溶液进行分离：水处理单元会不断从循环柜中抽取长时间使用的含有硫酸盐的洗涤水进行处理，产生的废渣储存在船上，将在船舶靠港时进行转运处理。碱液将作为主要反应介质，被不断的加入到洗涤水中，参与脱硫反应。

闭环式脱硫塔系统的淡水是封闭式的循环设计，而海水不直接作为洗涤溶液与烟气反应，仅作为冷却水来为循环淡水降温，因此闭环式脱硫塔是真正意思上的零排放。

特点：耗能较低，对海域环境要求低（不受海水碱度的影响）；系统组件多，占用船舶空间大，安装、改造加装的成本也随之增加；需要承担反应物（烧碱中和剂）的成本、反应物和洗涤水的存储空间；洗涤水不直接排海，一般到达港口后在处理，不存在污染海水问题，能够满足硫氧化物控制区排放要求。

混合式脱硫塔

   混合式脱硫塔，顾名思义，是兼具开放式与闭环式脱硫塔特点的复合系统，可以根据环境的要求在两种模式间切换，适用于全球航线，包括海上、SECA区域、淡水区域和港内水域航行的船舶。不过，在某些情况下，混合式脱硫塔还会指在开放式系统中额外添加碱性物质（以增强除硫的效果）的装置，这取决于具体供应商对产品的命名方式。

混合式脱硫塔是开环式和闭环式脱硫塔的一种有机组合，在脱硫工作时可以根据需求在开式和闭式模式间相互切换。混合式脱硫塔系统的基本组成包括了开放式和闭环式脱硫塔系统的组成，并且其控制模块增加了自动切换等功能及更多的检测、监测点。

混合式脱硫塔洗涤过程：开式模式下运用海水洗涤烟气脱硫，与海水开放式脱硫塔工作方式相同；闭式模式下运用淡水添加脱硫剂的循环溶液洗涤烟气脱硫，与碱性溶液闭环式脱硫塔工作方式相同。

特点：混合式脱硫系统能在双模式间灵活选择切换：在无排水要求的水域可以使用开放式模式利用天然海水脱硫，减少脱硫剂的消耗，降低成本；在严格控制硫排放的水域可以使用闭环式模式，达到零排放的要求。混合式脱硫装置的初期安装、改造加装的成本高，占用船舶空间大。

氨法烟气脱硫技术

氨法烟气脱硫技术是采用氨水做吸收剂除去烟气中SO2等污染物的烟气净化技术。氨水与烟气在吸收塔中接触混合，烟气中的二氧化硫与氨水反应生成亚硫酸氨，氧化后生成硫酸氨溶液，经结晶、脱水、干燥后即可制得硫酸氨。

氨是一种良好的碱性吸收剂，SO2的吸收是酸碱中和反应，吸收剂碱性越强，越利于吸收，氨的碱性强于钙基吸收剂；氨吸收烟气中的SO2是气-液或气-气反应，反应速率快、反应完全，吸收剂利用率高，脱硫率高，系统简单、设备体积小、能耗低，不存在结垢和堵塞现象。

脱硫副产品硫酸铵是一种农用肥料，副产品的销售收入能降低船舶的营运成本。

船舶超重力脱硫系统

超重力脱硫技术是湿法烟气脱硫技术, 基本原理是利用旋转床旋转产生的离心力来产生超重力环境来强化反应和传递过程。突破了传统传质设备重力场限制的局限性,对吸收剂适应性广，代替传统庞大的脱硫塔，显著缩小装置的体积，大幅度提高反应、分离过程的效率。超重力设备转速900rpm，对二氧化硫的脱除率大于98%。

超重力技术利用旋转填料床中产生的强大离心力---超重力，使气、液的流速及填料的比表面积大大提高，液体在高分散、高混合、强湍动以及界面急速更新的情况下与气体以极大的相对速度在弯曲流道中接触，极大地强化传递过程的一种设备。

旋转填料床与传统的塔设备有较大的区别，一是液相流动由重力场条件变成了超重力场条件，流体力学特性和气液之间的传质传热规律有所不同；二是设备由传统的静止装置转化为旋转运动装置。在旋转填料床内，不同相间物料作强制性的接触运动，液相被分散成薄膜或细小雾滴，极大地提高了相界面积；剧烈搅动速度、浓度、温度边界层，强化了传递过程。

旋转性填料床分为两种，逆流型旋转填料床和错流型旋转填料床：逆流型旋转填料床，其特征是强制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，最后由中间流出。而液体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，使气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。

超重力脱硫系统采用碱性吸收剂的氧化还原性质吸收排气中的SO2，含硫的溶液被送入沉降-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）。

与传统脱硫技术对比，超重力脱硫技术优势在于：

1. 利用高硫容量的吸收剂，在超高传质效率的超重力机中进行SO2的吸收氧化和吸收剂的再生过程，大大降低了吸收剂溶液的用量；

2. 设备体积小，容易布置。该系统在满足SO2减排效率的同时，与当前U型塔、I型塔相比，体积可减少40%以上，极大地减少了对船舶安装空间的要求，具有较好的推广应用前景。

3. 脱硫效率高达98％以上，脱硫速率快；

4. 具备可模块化撬装；

5. 适用范围广，脱硫效率不易受烟气性质影响；

6. 吸收剂适应性广，可以是氨(氨水)、烧碱、纯碱、柠檬酸钠、有机胺、离子液等，吸收剂利用率高；

7. 对机组负荷变化有较强的适应性，能适应快速启动、冷态启动、温态启动、热态启动等方式；

8. 运行可靠性好，不易结垢。

9. 采用沉降槽有利于固液的分离，且因直接生成硫磺，不存在二次污染问题。

10. ＊＊＊该技术除了用于脱硫外，同时也可以用于脱硝（氮氧化物）和脱碳（二氧化碳）。

船东可根据上述脱硫塔的特点按需进行选择，以满足船舶在不同排放控制区域的航行要求。另外，船东还可以按照各自

的船型和耗油设备的特点进行U型或I型塔体结构、双塔结构的脱硫塔选择。

双塔结构的脱硫塔：主机烟气可以直通1号塔体，辅机烟气通往2号塔体，在两个独立的塔体之间设有气密遥控阀，可根据实际船舶工况下的烟气排放量来调控气密阀的开启和关闭，实现单塔洗涤工作、双塔洗涤工作的切换。

——文中图片来自网络

下期预告：洗涤塔残渣定义及处理方式、船舶脱硫塔废水的处理、脱硫塔的成本和收益、脱硫塔市场行情、脱硫塔试验、检验与监管、脱硫塔故障应对