專利名稱：一種利用尿素定量生產(chǎn)氨并脫硝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)氨并脫硝的方法，特別是一種使用尿素熱分解從而定量生產(chǎn)
氨并脫硝的方法。
背景技術(shù)：
氨氣制備系統(tǒng)，近年來被廣泛應用于環(huán)保領(lǐng)域，主要作為還原劑用于煙氣脫硝。常 見的氨氣制備系統(tǒng)所使用的原料為液氨和氨水，是以氨的液態(tài)和水合物形式存在的，只要 通過加熱即可通過蒸發(fā)或分解過程獲得氨氣，但液氨或氨水一旦泄漏，將帶來重大的安全 事故。尤其是液氨的儲存和運輸均有巨大的安全隱患，美國在"911"等恐怖事件以后，將液 氨貯罐視為潛在的大面積殺傷性武器，嚴格進行限制。尿素需要經(jīng)過較為復雜的化學過程 才能轉(zhuǎn)化為氨氣，在存儲和運輸過程中不產(chǎn)生氨氣，非常安全，因此成為新型制氨系統(tǒng)的原 料。 使用尿素制氨的技術(shù)主要有尿素的水解技術(shù)以及尿素的熱解技術(shù)等。常見的尿素 熱解制氨及脫硝系統(tǒng)的流程如下尿素顆粒在尿素溶解罐中與水混合，溶解為40% 60% 的尿素溶液，存儲在尿素溶液儲罐中；尿素溶液儲罐中的溶液加壓噴入熱解反應器，尿素溶 液被霧化為小液滴，在350 65(TC的溫度下，尿素溶液小液滴迅速蒸發(fā)為固體尿素顆粒和 水蒸汽，固體尿素顆粒升溫后發(fā)生分解反應，從而生產(chǎn)氣態(tài)的氨氣和異氰酸，
NH2C0NH2 (固)一NH3+HNC0 氣態(tài)異氰酸很穩(wěn)定，但在金屬氧化物催化劑表面會發(fā)生反應，分解為氨氣；
HNC0+H20 — NH3+C02 氨氣、異氰酸以及稀釋空氣的混合氣，噴入脫硝反應器，異氰酸在脫硝催化劑表面 完全分解為氨氣，作為還原劑參與脫硝反應。 這種常見的尿素熱解制氨及脫硝系統(tǒng)與尿素水解制氨脫硝系統(tǒng)相比具有很多優(yōu) 點工藝操作簡潔可靠，人力和維護較少；系統(tǒng)中氨的存儲量小，安全性高；無高壓設備、無 腐蝕問題；系統(tǒng)啟停迅速，預熱時間短；反應速度極快，負荷變化的跟隨能力強，響應時間 短。但是這種常見的尿素熱解制氨及脫硝系統(tǒng)具有能耗高、水耗高等缺點，系統(tǒng)運行費用高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是要減少尿素熱解制氨及脫硝系統(tǒng)的能耗，降低系統(tǒng)的運行費 用。本發(fā)明的另一個目的是要降低尿素熱解系統(tǒng)對于除鹽水的消耗，這也會降低系統(tǒng)的運 行費用。 本發(fā)明所公開的內(nèi)容是提供一種由尿素定量產(chǎn)生氣態(tài)氨及煙氣脫硝的方法。該方 法包括了如下步驟將固態(tài)的尿素顆粒加熱得到熔融態(tài)的尿素顆粒；將一定量的熔融態(tài)的 尿素在熱解反應器中分解成為含氨混合氣；含氨混合氣在與稀釋風混合；稀釋后的含氨混 合氣在脫硝催化劑表面進一步完全分解產(chǎn)生氨氣，氨氣作為還原劑參與脫硝反應，達到脫硝的最終目的。 通過如下詳細描述，結(jié)合附圖和所附的權(quán)利要求，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，更多的 方面和優(yōu)點是顯然的。雖然本發(fā)明易受各種形式的實施方案的影響，應理解，以下描述的 具體的事實方案所公開的內(nèi)容是說明性的，而不是將本發(fā)明現(xiàn)在為在此所述的具體實施方案。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的尿素制氨及脫硝系統(tǒng)，其被配置成利用稀釋 風機提供稀釋風； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的尿素制氨及脫硝系統(tǒng)，其被配置成利用部分 熱煙氣作為稀釋風。本文中使用的附圖標記如
10尿素顆粒儲倉11尿素顆粒儲倉進料口12尿素顆粒給料裝置20尿素熔融器21尿素熔融器加熱器22熔融尿素供給泵23流量自動控制閥門30熱解反應器31霧化噴嘴32熱解加熱器40稀釋風機41稀釋風加熱器50催化劑前煙道51噴氨格柵
具體實施例方式
本發(fā)明一般涉及由熔融態(tài)尿素定量產(chǎn)生氨并脫硝的方法，和用于尿素熔融以及尿 素熱解反應的相關(guān)方法和設備。 本發(fā)明所公開的內(nèi)容是提供一種由尿素定量產(chǎn)生氣態(tài)氨并脫硝的方法。該方法包 括了如下步驟將固態(tài)的尿素顆粒加熱得到熔融態(tài)的尿素顆粒；將一定量的熔融態(tài)的尿素 霧化噴入熱解反應器，熔融態(tài)尿素在熱解反應器中分解成為含氨混合氣；含氨混合氣在與 稀釋風混合后一起噴入脫硝催化劑上游的煙道中；含氨混合氣在脫硝催化劑表面進一步完 全分解產(chǎn)生氨氣，氨氣作為還原劑參與脫硝反應，達到脫硝的最終目的。 參見圖l，其中示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的以尿素為原料的氨氣制備及脫硝 工藝系統(tǒng)100。尿素制氨及脫硝系統(tǒng)100 —般包括用于存儲固體尿素的儲倉10 ;用于將固 態(tài)尿素轉(zhuǎn)化為熔融態(tài)尿素的熔融器20 ;用于將熔融態(tài)尿素分解的熱解反應器30 ;用于提供 氨氣稀釋風的稀釋風機40 ;用于將氨氣與煙氣混合后輸送至催化劑表面進行脫硝反應的煙道50。其中正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，尿素顆粒通過進料口 ll通過手動或氣力輸送 的方式加入到尿素儲倉10中，尿素儲倉需要保持干燥，保持干燥的方法也是公知的，尿素 顆粒通過給料裝置12輸送入尿素熔融器20中；尿素熔融器20中包含了用于提供熔融能量 的加熱器21，熔融態(tài)尿素從熔融器20的出口通過供給泵22輸送至熱解反應器30，自動調(diào) 節(jié)閥門23用于控制輸送到熱解反應器30的流量，供給泵22輸送尿素的需求部分回流至熔 融器20 ;尿素在熱解反應器30內(nèi)通過霧化噴嘴31霧化并噴入熱解反應器的空間內(nèi)，熱解 反應所需要的能量由熱解加熱器32提供；稀釋風機40產(chǎn)生稀釋風后，通過稀釋風加熱器加 熱到一定的溫度，進入到熱解反應器30內(nèi)，與尿素分解所產(chǎn)生的氣體混合；含氨混合器通 過噴氨格柵51噴入催化劑前的煙道50中，與煙氣進一步混合后在催化劑表面參與脫硝反 應，降低煙氣中的N(^含量。 100%尿素的熔融溫度為132. 7t:，控制熔融器20內(nèi)尿素溶液溫度達到14(TC，加 熱器21可使用蒸汽或電作為熱源；輸送尿素熔融液的管道需要進行保溫和伴熱，以保證管 道及閥門等附件的溫度大于14(TC，防止尿素發(fā)生結(jié)晶進而堵塞管道和閥門，同樣輸送泵 22也需要進行保溫和伴熱。 熔融態(tài)的尿素通過霧化噴嘴31噴入熱解反應器30內(nèi)，可以使用機械霧化或壓縮 空氣霧化，使熔融尿素形成小液滴，霧化后液滴的直徑越小，則尿素熱解反應的反應速率越 快，尿素在反應器內(nèi)所需要的停留時間也越短。保證霧化后平均液滴直徑< 2mm的情況下， 完全熱解所需要的時間< 5s。加熱器32用于提供熱解所需要的熱量，由于熱解反應的溫度 > 35(TC，一般使用電加熱或燃油燃氣加熱。在熱解反應器30中發(fā)生的反應如下
NH2CONH2 (熔融)一NH3+HNCO 在實施實例1中，稀釋風機40被用于供給稀釋風，并通過稀釋風加熱器41加熱到 溫度超過14(TC后再進入熱解反應器30，稀釋風加熱器41可使用蒸汽或電作為熱源，稀釋 風量一般根據(jù)最大氨產(chǎn)率來確定，需要保證稀釋后氨的濃度低于某限定值，目前在脫硝行 業(yè)內(nèi)，此限定值一般為5%。 尿素熱解的產(chǎn)物氣與稀釋風混合后，一起噴入催化劑前的煙道50中，在脫硝催化
劑上發(fā)生進一步的分解反應 HNCO+H20 — NH3+C02 此反應非常迅速及完全，所生產(chǎn)的氨氣與在熱解反應器30內(nèi)生產(chǎn)的氨氣一起參 加脫硝反應，脫除煙氣中的NOx。 系統(tǒng)可根據(jù)需要脫除的NOx量計算出所需要的氨，再根據(jù)上述化學方程式中的化 學當量比計算出需要的尿素量，用此尿素需求信號控制自動調(diào)節(jié)門23的開度，使得進入熱 解反應器30的流量為所需的尿素量，從而達到定量生產(chǎn)氨并脫硝的目的。
表l工藝參數(shù)對比表
一般尿素熱解工藝 氨氣產(chǎn)率kg/h 100 尿素消耗量kg/h 176. 5
除鹽水消耗量kg/h 264. 7 能耗kW 545
本發(fā)明實施例-100 176. 5 0
300
與一般的尿素熱解工藝相比，本發(fā)明的實施例一中由于使用了熔融尿素作為熱解反應的原料，雖然尿素熔融過程消耗了一定能量，但節(jié)省了水蒸發(fā)所需要消耗的大量能量， 總的能量消耗是節(jié)省的，同時節(jié)省了系統(tǒng)對于除鹽水的消耗。如表1所示，對于一個需要 100kg/h氨產(chǎn)量的尿素制氨及脫硝系統(tǒng)，同樣使用稀釋風機提供稀釋風，那么使用40%尿 素溶液的一般尿素熱解制氨工藝需要消耗除鹽水264. 7kg/h，能耗為545kW，而使用本發(fā)明 實施例一所詳述工藝的的尿素熱解制氨工藝不需要消耗水，能耗為300kW。本發(fā)明實施例一 在系統(tǒng)性能相同的前提下，可節(jié)約能耗45%，同時可節(jié)約系統(tǒng)除鹽水的消耗。
參見圖2，其中示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的以尿素為原料的氨氣制備及脫硝 工藝系統(tǒng)200。本實施例與本發(fā)明第一實施例不同之處在于取消了圖1中的稀釋風機40 和稀釋風加熱器41，使用煙氣中的一部分作為稀釋風，從而節(jié)省了加熱稀釋風的能耗。如 表2所示，對于一個需要100kg/h氨產(chǎn)量的尿素制氨及脫硝系統(tǒng)，同樣使用熱煙氣作為稀 釋風，那么使用40%尿素溶液的一般尿素熱解制氨工藝需要消耗除鹽水264. 7kg/h，能耗 為490kW，而使用本發(fā)明實施例二所詳述工藝的的尿素熱解制氨工藝不需要消耗水，能耗為 190kW。本發(fā)明實施例一在系統(tǒng)性能相同的前提下，可節(jié)約能耗54%，同時可節(jié)約系統(tǒng)除鹽 水的消耗。 表2工藝參數(shù)對比表 —般尿素熱解工藝 本發(fā)明實施例二 氨氣產(chǎn)率kg/h 100 100尿素消耗量kg/h 176.5 176.5 除鹽水消耗量kg/h 264.7 0 能耗kW 445 190 此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應該意識到，在本發(fā)明各個實施例的氨氣供應系統(tǒng)中還可 根據(jù)安全需要設置尿素儲倉干燥系統(tǒng)、氨氣泄漏檢測與水霧噴淋系統(tǒng)、廢水儲存及排出系 統(tǒng)等輔助子系統(tǒng)，這些都是常規(guī)的輔助系統(tǒng)，本文對其不做具體描述。 雖然本文示出和描述了多個示例性的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以據(jù)此推 導出符合本發(fā)明原理的其他實施例，這些實施例也應被認為落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種由尿素定量產(chǎn)生氣態(tài)氨并煙氣脫硝方法，包括了如下步驟將固態(tài)的尿素顆粒加熱得到熔融態(tài)的尿素；將一定量的熔融態(tài)的尿素在熱解反應器中分解成為含氨混合氣；含氨混合氣與稀釋風混合；稀釋后的含氨混合氣在脫硝催化劑表面進一步完全分解產(chǎn)生氨氣，氨氣作為還原劑參與脫硝反應，降低煙氣中的NOx含量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的用于熱解生產(chǎn)氨氣的尿素為熔融 狀態(tài)的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用于熱解生產(chǎn)氨氣的尿素是不含有水分 的干尿素，在制備尿素熔融液時不需要向尿素中添加任何除鹽水。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，尿素顆粒需要加熱到132. 7°C以上以使尿 素處于熔融狀態(tài)，并且尿素在輸送過程需要伴熱以保持處于熔融狀態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，熔融態(tài)的尿素液是由霧化噴嘴噴入熱解 反應器中，霧化產(chǎn)生小的尿素液滴，并在熱解反應器中快速分解生成含氨混合氣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在熱解反應器中分解生成含氨產(chǎn)品氣與 稀釋風混合形成氨濃度低于8%甚至5%的含氨混合氣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，含氨產(chǎn)品氣與稀釋風混合后通過噴氨格 柵均勻噴射到脫硝催化劑前的煙道，并在催化劑表面最終分解產(chǎn)生氨氣完成脫硝。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于稀釋氨氣的稀釋風，可以是由風機提供。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的由稀釋風機提供的用于稀釋氨氣的稀釋風，需要經(jīng)過預熱后 再進入熱解反應器，預熱溫度需要超過132. 7°C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于稀釋氨氣的稀釋風，可以由部分熱煙氣提供，熱煙氣的 溫度至少需要超過132. 7°C。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，系統(tǒng)根據(jù)脫硝需要氨的量，按照化學反應摩 爾比計算需要尿素的量，實時控制進入熱解反應器的熔融尿素量，從而達到定量產(chǎn)生氨的 目的。
全文摘要
一種由尿素定量產(chǎn)生氣態(tài)氨并脫硝的方法，包括了如下步驟將固態(tài)的尿素顆粒加熱得到熔融態(tài)的尿素顆粒；將一定量的熔融態(tài)的尿素顆粒霧化噴入熱解反應器，熔融態(tài)尿素在熱解反應器中分解成為含氨混合氣；含氨混合氣在與稀釋風混合后一起噴入脫硝催化劑上游的煙道中；含氨混合氣在脫硝催化劑表面進一步完全分解產(chǎn)生氨氣，氨氣作為還原劑參與脫硝反應，達到脫硝的最終目的。本發(fā)明利用了熔融態(tài)尿素的熱解反應，從而客服了普通尿素水溶液熱解脫硝工藝的能耗大、水耗大的缺點，使系統(tǒng)的運行費用降低，同時保證了系統(tǒng)的性能。
文檔編號C01C1/02GK101734685SQ20091024292
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者吳樹志, 崔一塵, 白云峰 申請人:北京博奇電力科技有限公司