專(zhuān)利名稱(chēng):一種尿素固體干式熱解制氨氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種尿素固體干式熱解制氨氣的方法,具體說(shuō)是將尿素固體直接在熱 解爐熱解,產(chǎn)生用于選擇性催化還原(SCR)脫除煙氣中NOxW還原劑NH3,屬于燃煤煙氣中 氮氧化物(NOx)處理領(lǐng)域。
背景技術(shù):
在現(xiàn)有的對(duì)燃煤煙氣進(jìn)行脫除NOx的技術(shù)中,選擇性催化還原法(SCR)是脫硝效 率最高,發(fā)展最為成熟的脫硝技術(shù)。SCR技術(shù)中還原劑NH3的來(lái)源主要有三種液氨、氨水和 尿素。液氨和氨水屬于危險(xiǎn)品,在存儲(chǔ)及運(yùn)輸過(guò)程中均有嚴(yán)格的法律法規(guī)要求。相對(duì)而言, 尿素是無(wú)毒、無(wú)害的化學(xué)品,易于運(yùn)輸和保存,不需要特別的安全措施。尿素制取氨的方法主要采用熱解法。尿素在溫度高于150°C時(shí)不穩(wěn)定,會(huì)分解成 NH3和HNC0,而HNCO與水反應(yīng)生成NH3和CO2,反應(yīng)式如下CO (NH2) 2 — NH3+HNC0 (1)HNC0+H20 — NH3+C02 (2)現(xiàn)有的熱解制氨工藝,主要采用40% 60%的尿素溶液,經(jīng)過(guò)特殊的噴嘴霧化后 噴入熱解室,與經(jīng)由稀釋風(fēng)機(jī)和電加熱器輸送過(guò)來(lái)的高溫空氣混合熱解,生成NH3、H2O和 CO2,分解產(chǎn)物與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統(tǒng)。現(xiàn)有工藝存在的問(wèn)題是(1)尿素的溶解和溶液儲(chǔ)存都需要配備相應(yīng)裝置以及輔助設(shè)備,而且需要額外消 耗蒸汽,工藝復(fù)雜,占地面積大;(2)尿素溶液容易結(jié)晶,必須對(duì)所有相關(guān)的容器和管道進(jìn)行伴熱,將溫度保持在相 應(yīng)結(jié)晶溫度之上,而且尿素溶液存在一定的腐蝕性,對(duì)設(shè)備和管道的材質(zhì)有較高要求;(3)熱解過(guò)程中除了尿素分解耗能,溶液中水的蒸發(fā)也需要大量的能量,為滿(mǎn)足這 些能耗需求,高溫空氣溫度一般控制在600°C以上,電加熱器的材質(zhì)需要耐高溫的合金鋼, 成本大幅提高;(4)用于溶解尿素的水,有著嚴(yán)格的要求,必須是純水(冷凝水,去鹽水);如不用 純水,必須使用相應(yīng)添加劑穩(wěn)定才行,因?yàn)椴患儍舻乃畷?huì)引起脫硝催化劑堵塞以及硫/金 屬毒害等,從而縮短催化劑壽命,提高還原劑消耗量,增加投資成本;而且生成的熱解氣含 有多余的水汽,對(duì)脫硝效率有一定的抑制作用。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的在于提供一種節(jié)能、高效的尿素固體干 式熱解制NH3的方法,避免現(xiàn)有工藝采用尿素溶液熱解所產(chǎn)生的一系列問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明是通過(guò)尿素固體干式熱解制NH3W技術(shù)方案來(lái)實(shí) 現(xiàn)的,包括以下的步驟(1)、尿素固體儲(chǔ)罐內(nèi)的尿素固體經(jīng)計(jì)量加料裝置輸送到熱解爐,加料量根據(jù)鍋爐 排出煙氣中實(shí)測(cè)的NOx量相應(yīng)調(diào)節(jié);
(2)、高溫風(fēng)機(jī)輸送的高溫氣體經(jīng)流量計(jì)從熱解爐底部輸入熱解爐,沿著熱解爐上 升過(guò)程中與尿素固體充分接觸,尿素固體在高溫氣體的作用下受熱分解生成異氰酸和氨 氣,異氰酸與高溫氣體中的水汽進(jìn)一步反應(yīng)生成氨氣和二氧化碳,在需要時(shí)熱解爐中安裝 電加熱器補(bǔ)充供熱;(3)、熱解氣從熱解爐排出后被導(dǎo)入噴氨格柵,作為選擇性催化還原脫除NOx的還 原劑。所述的尿素固體干式熱解制NH3的方法,所述高溫氣體溫度為250 450°C,水蒸 汽含量滿(mǎn)足異氰酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘焙投趸嫉男枨螅髁看笥?9倍熱解生成氨氣量。
所述的尿素固體干式熱解制NH3的方法,所述高溫氣體是0. 3% 省煤器出口 的煙氣,或者是空預(yù)器處0.5% 的一次風(fēng)或二次風(fēng)。所述的尿素固體干式熱解制NH3W方法,所述熱解爐出口氣體溫度在300 400°C 區(qū)間,如果高溫氣體熱量不足,熱解氣低于300°C時(shí),熱解爐中安裝的電加熱器以及配備儲(chǔ) 能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)組成的加熱系統(tǒng)補(bǔ)充加熱。本發(fā)明的有益效果是(1)省去了尿素溶解和溶液儲(chǔ)存步驟,不用加熱溶解水、保溫儲(chǔ)罐,對(duì)管道拌熱,沒(méi) 有蒸汽的消耗,而且減少相應(yīng)裝置,使得工藝簡(jiǎn)單,占地面積??;(2)避免尿素溶液帶來(lái)的結(jié)晶和管道腐蝕問(wèn)題;(3)直接熱解尿素固體,能耗少,而且加熱的能量由配備儲(chǔ)能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng) 提供;(4)熱解氣中水分含量少,不影響后續(xù)的脫硝效果。
圖1是本發(fā)明尿素固體干式熱解制NH3的裝置示意圖。附圖1中主要標(biāo)記的說(shuō)明如下1.尿素固體儲(chǔ)罐,2.計(jì)量加料裝置,3.熱解爐, 4.流量計(jì),5.高溫風(fēng)機(jī),6.配備儲(chǔ)能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng),7.電加熱器,8.噴氨格柵。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明尿素固體干式熱解制NH3的裝置示意圖,參照?qǐng)D1所示,一種尿素固 體干式熱解制NH3的裝置,包括尿素固體儲(chǔ)罐1、計(jì)量加料裝置2、熱解爐3、高溫風(fēng)機(jī)5、電 加熱器7及配備儲(chǔ)能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)6。其中,尿素固體儲(chǔ)罐1通過(guò)計(jì)量加料裝置2安 裝至熱解爐3 ;熱解爐的底部依次連接流量計(jì)4以及高溫風(fēng)機(jī)5 ;熱解爐內(nèi)設(shè)有電加熱器7, 配備儲(chǔ)能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)6與電加熱器7連接;熱解爐出口與噴氨格柵8相連。所述熱解爐3采用合金鋼材制備,中部設(shè)有膨脹節(jié),可降低鋼材受熱應(yīng)力的影響。 根據(jù)高溫氣體流量和停留時(shí)間,設(shè)計(jì)熱解爐體積。尿素固體熱解所需能量主要由高溫氣體 提供,熱解爐出口氣體溫度在300 400°C區(qū)間;如果檢測(cè)到熱解氣低于300°C,電加熱器與 配備儲(chǔ)能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)組成的加熱系統(tǒng)補(bǔ)充供熱,使尿素充分受熱分解成氣體,這 樣可有效去除氣流中夾帶的尿素固體,防止尿素固體沉積在SCR催化劑上,提高其純度。實(shí)施例
下面結(jié)合某50MW工程煙氣脫硝項(xiàng)目對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)該項(xiàng)目煙氣量為211600Nm3/h,煙溫320°C,水汽含量為9%,脫硝 效率48 %,氨逃逸率3ppm,尿素氮含量46 %。(1)尿素固體儲(chǔ)罐1中的尿素固體由計(jì)量加料裝置2輸送到熱解爐3內(nèi)。尿素的 加料量根據(jù)脫硝機(jī)組負(fù)荷信號(hào)以及來(lái)自煙氣NOx分析儀或者CEM系統(tǒng)的反饋實(shí)時(shí)控制。計(jì) 算公式為
^ 0.625^·β-Civo xlO"4 , /u , τ、G =---^-kg/h, ( I )
1其中K為ΝΗ3/Ν0χ摩爾比;Q為煙氣量,Nm3/h ;Cno為煙氣中實(shí)測(cè)NO體積含量,μ L/ L ; η為尿素氮含量,%。實(shí)時(shí)測(cè)到NO的含量為200 μ L/L,則實(shí)時(shí)加入熱解爐3的尿素量 為 29kg/h。(2)從省煤器出口引出總煙氣量約0. 3%的煙氣作為高溫氣體,由高溫風(fēng)機(jī)5輸 送,流量計(jì)4計(jì)量后從熱解爐3底部進(jìn)入熱解爐。高溫氣體在熱解爐往上流動(dòng),對(duì)從熱解爐 下部噴入的尿素固體產(chǎn)生向上的作用力,尿素在氣流中呈“沸騰”狀態(tài),氣固兩相充分混合。 在熱解爐下部區(qū)域,尿素固體約停留2秒,吸收高溫氣體熱量,分解生成異氰酸和氨氣,異 氰酸與氣體中的水汽進(jìn)一步反應(yīng)生成NH3和C02。(3)電加熱器7安裝在熱解爐3內(nèi),功率為40kw,由配備800kwh儲(chǔ)能系統(tǒng)的60kw 屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)供電。高溫氣體與尿素交換熱量后,溫度下降,沿著熱解爐上升過(guò)程中吸 收電加熱器7提供的熱量,氣體溫度升到350°C ;整個(gè)熱解過(guò)程為5 25秒。(4)從熱解爐出口排出含3. 4%氨濃度的熱解氣被導(dǎo)入脫硝反應(yīng)器中的噴氨格 柵,用于選擇性催化還原燃煤煙氣中的NOx。(5)本發(fā)明的實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的工藝指標(biāo)比較如下
現(xiàn)有工藝 實(shí)施例一~ 稀釋水耗量,kg/hr 240
蒸氣耗量,T/d160
熱解電耗量,kw13040 ~占地面積,m2400300
設(shè)備造價(jià),萬(wàn)元400200
權(quán)利要求
一種尿素固體干式熱解制NH3的方法,其特征在于包括以下的步驟(1)、尿素固體儲(chǔ)罐內(nèi)的尿素固體經(jīng)計(jì)量加料裝置輸送到熱解爐,加料量根據(jù)鍋爐排出煙氣中實(shí)測(cè)的NOX量相應(yīng)調(diào)節(jié);(2)、高溫風(fēng)機(jī)輸送的高溫氣體經(jīng)流量計(jì)從熱解爐的底部輸入熱解爐內(nèi),沿著熱解爐上升過(guò)程中與尿素充分接觸,尿素在高溫氣體的作用下受熱分解生成異氰酸和氨氣,異氰酸與高溫氣體中的水汽進(jìn)一步反應(yīng)生成氨氣和二氧化碳,在需要時(shí)熱解爐中安裝電加熱器補(bǔ)充供熱;(3)、熱解氣從熱解爐排出后被導(dǎo)入噴氨格柵,作為選擇性催化還原脫除NOX的還原劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素固體干式熱解制NH3的方法,其特征在于所述高溫氣體 溫度為250 450°C,水蒸汽含量滿(mǎn)足異氰酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘焙投趸嫉男枨?,流量大?9倍熱 解生成氨氣量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素固體干式熱解制NH3的方法,其特征在于所述高溫氣體 是省煤器出口的0. 3% -1%煙氣,或者是空預(yù)器處0. 5% -1%的一次風(fēng)或二次風(fēng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素固體干式熱解制NH3的方法,其特征在于所述在熱解爐 內(nèi)安裝電加熱器,與配備儲(chǔ)能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)組成加熱系統(tǒng),確保熱解爐出口氣體溫 度在300 400°C區(qū)間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種尿素固體干式熱解制NH3的方法,尿素固體經(jīng)計(jì)量加料裝置輸送到熱解爐,加料量根據(jù)煙氣中實(shí)測(cè)的NOX量相應(yīng)調(diào)節(jié);高溫風(fēng)機(jī)輸送的高溫氣體經(jīng)流量計(jì)輸入熱解爐,與尿素充分接觸,尿素受熱分解生成異氰酸和氨氣,異氰酸與高溫氣體中的水汽進(jìn)一步反應(yīng)生成氨氣和二氧化碳;在熱解爐中電加熱器在需要時(shí)補(bǔ)充供熱。熱解氣作為選擇性催化還原脫除NOX的還原劑,從熱解爐排出后被導(dǎo)入噴氨格柵。本發(fā)明省去了尿素溶解與溶液儲(chǔ)存步驟,沒(méi)有水耗;熱解過(guò)程耗能少,能量由光伏發(fā)電系統(tǒng)提供;系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)單,占地面積小,運(yùn)行費(fèi)用低。
文檔編號(hào)C01C1/08GK101870480SQ20101021095
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者盧作基, 徐曉亮, 黃麗娜 申請(qǐng)人:中環(huán)(中國(guó))工程有限公司