CN101497452A - 用烟道气制备碳酸氢铵的方法及其设备 - Google Patents

用烟道气制备碳酸氢铵的方法及其设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用烟道气生产碳酸氢铵的方法及其设备。所述方法包括定量收集二氧化碳浓度为8％至15％(体积)的烟道气，利用风冷装置将所收集的烟道气温度降低至50℃或更低，再升高所述烟道气的压力至0.6－1.2MPa，最后将所述烟道气和液氨反应，生成碳酸氢铵。利用烟道气生产碳酸氢铵的设备包括：烟道气收集装置，风冷装置，储气加压装置和碳酸氢铵合成装置。采用风冷装置冷却解决了常规用冷却水冷却所带来的能源浪费问题。同时，将烟道气回收后的CO2利用到合成碳酸氢铵中可以达到既减排CO2，改善环境，又生产氮肥的双重目的。

Description

用烟道气制备碳酸氢铵的方法及其设备
技术领域
本发明涉及一种用烟道气制备碳酸氢铵的方法及其设备。
发明背景
来自生产和生活的燃烧煤、天然气、石油的锅炉的烟道气或焚烧生物质的排放气体包含大量的CO2，SO2，NOX和粉尘等污染物。为了减轻污染，烟道气在排放前往往需要经过吸收和处理。目前，关于烟道气的处理和利用主要集中在脱硫、脱硝和除尘等方面，作为烟道气最主要成分的CO2的吸收和利用却相对研究较少。然而，众所周知，CO2是全球目前产量最大的温室气体，是气候变暖的重要因素，其减排已受到世界各国越来越多的重视。如何经济有效地脱除工业尾气，尤其是烟道气中的CO2成为亟待解决的问题。另一方面，CO2又是食品、化肥工业中的重要原料。
我国是一个农业大国，对于化肥的需求量和产量均已居世界第一位。在各种化肥中，碳酸氢铵长期以来是我国用量最大的化肥之一，在目前仍占总我国氮肥需求量的50％左右。
长效碳酸氢铵是一种我国独立研制的高效新型氮肥，该肥料在合成流程中加入一种氨稳定剂(DCD、NMC)，很好地解决了传统碳酸氢铵化肥肥效期短、挥发损失大、二氧化碳和氮素利用率低等问题，具有极大的经济效益。其合成的具体方法和效果在中国专利CN1039901C中有详细的论述，所述专利被整体包括在本文中作为参考。
目前我国传统的生产碳酸氢铵，尤其是长效碳酸氢铵的方法中可以采用煤或天然气为原料，通过氨水吸收燃烧所述燃料生成的富含二氧化碳的变换气制备，其中在以天然气为原料时，还需要辅以焚烧石灰窑气以补充天然气生产合成氨过程中CO2不足。然而这些方法都需要消耗大量的能量或燃料资源，同时有可能进一步增大温室气体CO2的排放，与环境保护的理念背道而驰。然而如果能将由烟道气所回收的大量CO2气体取代化石燃料的燃烧所产生的CO2，显然同时具有巨大的环境和经济双重价值。
目前，回收利用烟道气中的CO2生产化肥主要有两种思路，一是将烟道气经过吸收、脱除杂质、再生等多个步骤从烟道气中分离纯化出来，获得终产物是CO2气体，再将此气体进行相应反应制备化肥。目前工业上通常采用的是醇胺法，但该方法存在步骤繁琐、吸收剂和能源消耗量大、设备易受腐蚀、对烟道气中所含的SO2、O2等杂质敏感的缺点。二是直接应用氨水吸收烟道气中的CO2而生产碳酸氢铵，但该法国内目前尚无成功的操作经验，其技术问题在于，利用变换气生产碳酸氢铵化肥的现有技术所需的工艺参数和冶炼厂等直接排出的烟道气较难匹配。在现有技术生产碳酸氢铵化肥时，变换气中CO2浓度为25％～30％左右，而在烟道气中CO2浓度只为10％～15％，比正常含量低一倍；另外，变换气生产碳酸氢铵时压力为0.6～1.2MPa(约6-12个大气压)，而烟道气中CO2的压力仅为常压或稍高于常压，这会导致CO2的吸收速度减慢，化肥结晶困难，并且导致尾气中的CO2含量也有所升高；此外，烟道气的出口温度为200-300℃，经过热交换处理后一般为150-200℃，如此高的温度对于CO2的吸收不利，一般需要对其进行冷却。常见的冷却装置是水冷，但是这需要浪费大量的水资源。同时烟道气最主要的来源之一的火电厂却往往分布在水资源较匮乏的地区，这种矛盾也是限制该技术应用的原因之一。
CN1833756A公开了一种脱除效率高的脱除烟道气中二氧化碳的工艺方法。所述专利采用超重吸收工艺，利用一定浓度的氨水常压吸收电厂锅炉烟道气中二氧化碳并生成碳氨盐类固体物质，可作为氮肥使用。但是，该发明仅表明其对CO2的吸收效果良好，对于所产生碳氨盐类固体物质的组成和实际肥效均未作阐释。此外，该发明未对形成该碳氨盐类物质的最佳生产条件进行探索。因此，存在对于易于推广实施、方便高效的吸收利用烟道气中的CO2来制造碳酸氢铵，尤其是长效碳酸氢铵化肥的工艺的需要。
发明内容
本发明旨在通过对氨水浓度、反应温度、反应压力等技术参数以及相应的设备的选择，从而获得一种能与现有的锅炉等装置相匹配，易于推广实施、方便高效的吸收利用烟道气中的CO2来制造碳酸氢铵，尤其是长效碳酸氢铵化肥的工艺。
本发明的一个方面提供一种利用烟道气生产碳酸氢铵的方法，包括：
(1)定量收集二氧化碳浓度为8％至15％(体积)的烟道气；
(2)利用风冷装置降低所述烟道气的温度至50℃或更低；
(3)升高所述烟道气的压力至0.6-1.2MPa；以及
(4)将所述烟道气和氨反应，生成碳酸氢铵。
在本发明的一个实施方案中，在进行步骤(2)之前将所述烟道气含尘量降低到150mg/m3以下、优选40mg/m3以下。在本发明的另一个实施方案中，在进行步骤(2)的同时将所述烟道气含尘量降低到150mg/m3以下、优选40mg/m3以下。
在本发明的一个实施方案中，所述步骤(1)的烟道气的温度为150-200℃。
在本发明的一个实施方案中，所述步骤(1)的烟道气是通过控制锅炉入口气体的进气量来进行的。
在本发明的一个实施方案中，作为本发明原料的步骤(1)的烟道气取自于燃烧煤、天然气、石油的锅炉的烟道气或焚烧生物质的排放气体，优选所述的锅炉是火力发电厂的燃煤锅炉，并且，优选所述步骤(1)的烟道气是二氧化碳浓度为10％至15％(体积)的烟道气。
所述原料也可以是燃烧所述生物质，如秸秆或城市垃圾，的锅炉所排放的烟道气。
在本发明的优选实施方案中，所述步骤(4)中的氨是浓度为170滴度以上的氨水。
本发明的另一个方面是提供一种利用烟道气生产碳酸氢铵的设备，包括：
(1)烟道气收集装置，所述烟道气收集装置设置在锅炉排烟道出口的下游，用来定量收集烟道气；
(2)设置在烟道气收集装置下游的风冷装置，用来使烟道气温度降为50℃或更低；
(3)储气加压装置，存储冷却后的烟道气并将所述冷却后的烟道气的压力增加至0.6-1.2MPa；以及
(4)碳酸氢铵合成装置，使加压后的烟道气和和氨反应，生成碳酸氢铵。
在本发明的优选实施方案中，所述烟道气收集装置包括在所述锅炉排烟道出口安装的分流烟道气隔板阀门。
在本发明的优选实施方案中，所述风冷装置包括风冷通道，优选所述的风冷通道为管壁厚为3～4mm、外径为20-30cm的薄钢管。优选地，所述薄钢管所用钢材为20号普通碳素钢。
在本发明的优选实施方案中，所述薄钢管可以按并联或串联方式连接。当所述薄钢管是按串联方式连接时，所述薄钢管的总长度为80-120m；而当所述薄钢管是按并联方式连接时，每一根所述薄钢管的长度为30m，所述薄钢管的数量为20-40根。
在本发明的优选实施方案中，所述设备还包括设置烟道气收集装置和所述风冷装置之间的除尘装置。在本发明的另一个实施方案中，所述设备还包括设置在所述风冷装置中的除尘装置。所述除尘装置是电除尘装置。
在本发明的优选实施方案中，在所述储气加压装置中设置气储柜，优选所述气储柜的体积为100-150m3。
在本发明的优选实施方案中，所述碳酸氢铵合成装置包括：
A.碳化主塔，所述碳化主塔为浓度为170滴度以上的浓氨水与二氧化碳的逆流反应装置，其中，所述碳化主塔的底部接收来自所述储气加压装置的加压后的烟道气，生成的碳酸氢铵固体悬浮液从塔底减压引出，未被吸收的气体由所述碳化主塔的塔顶排出；
B.碳化副塔，所述碳化副塔为浓度为170滴度以上的浓氨水与二氧化碳的逆流反应装置，其中，所述碳化副塔的底部接收由所述碳化主塔塔顶排出的所述未被吸收的烟道气，所得到的吸收液体由塔底引出后输入碳化主塔顶部，未被吸收的气体由所述碳化副塔的塔顶排出；
C.综合塔，包括下部固定段和上部回收清洗段，由所述碳化副塔顶部排出的未被吸收的气体进入所述综合塔的所述下部固定段，其中由所述碳化副塔顶部排出的未被吸收的气体中的CO2和H2S气体被浓度50滴度以下的稀氨水吸收，未被吸收的气体进入所述综合塔的所述上部回收清洗段，所述未被吸收的气体中的CO2和NH3被软水进一步吸收后，经能量回收、减压后放空；
D.吸氨系统，其中，所述综合塔吸收烟道气后的稀氨水通过稀氨水槽，再进入氨水循环槽与所述氨水循环槽中的母液相混合，通过氨水泵进入高位吸氨器，与原料气氨气混合，氨气被吸收，放出的热量在吸氨冷排中被冷却水移走，制得的浓氨水进入浓氨水槽，再用浓氨水泵输送至所述碳化副塔顶部；
E.分离系统，包括稠厚器和离心机，其中，来自所述碳化主塔塔底的碳酸氢铵固体悬浮液，经减压引出，送入所述稠厚器，然后经所述离心机分离得到成品碳酸氢铵和母液，所述母液送回所述氨水循环槽，再用所述氨水泵送回吸氨系统。
在一些实施方案中，可以将氨稳定剂氰基胍(DCD)和纳米碳(NMC)按科学添加量溶解于浓氨水中，再与烟道气中的CO2反应从而生成长效碳酸氢铵。所述方法及其产品在本申请人2007年8月10日递交的申请号为200710142932.X中有详细的描述，此文献通过引用被整体并入本文。在浓氨水与含CO2的烟道气化合形成长效碳酸氢铵时，氰基胍(DCD)和纳米碳(NMC)以共结晶体或混合物等形态被同时结晶出来。在所得到的产品中，氨稳定剂氰基胍(DCD)和纳米碳(NMC)的量分别为0.1-1％(重量)和0.2-0.7％(重量)。在生产长效碳酸氢铵的实施方案中，碳化塔的温度是能否形成长效碳酸氢铵结晶的关键。所述的温度可以在24～42℃之间变化，优选为小于38℃。
本发明所生产的长效碳酸氢铵，具有氮素利用率高、肥效期长等特点，可做基肥施入，免去追肥工序，其增产效果可达到20％～80％，有明显的经济效益。同时，该肥料比普通碳酸氢铵可增加CO2土壤固定率30％～50％，可增加CO2植物固定率15％～20％，可减少土壤N2O排放量60％～70％，有明显的环境效益。该工艺生产的肥料氨稳定剂分布均匀，用量少，节约成本，增产效果和环保效果好。
本发明直接以火力发电厂等工业排放的烟道气为原料，定量收集二氧化碳浓度为8％至15％(体积)的烟道气，采用薄钢管制成的风冷设备风冷烟道气，解决了常规用冷却水冷却所带来的能源浪费问题。同时，将烟道气的压力升高至0.6-1.2MPa。通过上述方法回收后的CO2利用到合成碳酸氢铵，尤其是长效碳酸氢铵化肥中，达到既减排CO2，改善环境，又生产氮肥，节约成本的双重目的。
另外，采用本发明的方法利用烟道气生产碳酸氢铵，不需要对锅炉所排放的烟道气进行脱硫和脱硝。烟道气中的硫氧化物和氮氧化物也直接参与与氨的反应。节省了对锅炉直接排放时所需要的废气处理成本和设备。
附图说明
在下面详细的描述中，参照通过图示方式示出可以在其中实施本发明的具体实施方案的附图。然而，可以理解，对于本领域中的普通技术人员而言，在阅读本公开时，其他实施方案将变得明显。因此，下面的详细描述不应该被解读为限制性的，因为本发明的范围由权利要求书来定义。
图1示出了用本发明利用烟道气制备碳酸氢铵的流程图；
图2示出了风冷通道(201)的示意图；
图3示出了本发明设备中碳酸氢铵合成装置(400)的示意图；
图4示出了本发明设备中碳酸氢铵合成中分离系统(450)的示意图；
图5示出了本发明设备中碳酸氢铵合成中吸氨系统(440)的示意图。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释的目的，阐述了大量具体的细节，以提供对本发明的完整理解。然而，本领域的技术人员将清楚，没有这些具体的细节也可以实现本发明。此外，公知的结构和设备是以框图的形式示出的。发明性概念的任意多种变体都落入本发明的范围和精神内。在这方面，所示出的特定示例性实施方案不是用来限制本发明，而仅仅是用来图示说明它。因此，本发明的范围不是由上面提供的具体实施例来确定，而仅仅是由所附权利要求书的表述来限定。
下面结合附图，对本发明的内容作进一步的详细说明。
如图1所示，从锅炉排放出的、温度为150-200℃的烟道气先进入烟道气收集装置(100)定量收集，经过风冷装置(200)冷却至50℃或更低，然后进入储气加压装置(300)，使烟道气的压力增加至0.6-1.2MPa，最后通过碳酸氢铵合成装置(400)合成出产品。
根据所述的利用烟道气生产碳酸氢铵的方法，其中，所述步骤(1)的烟道气是通过控制锅炉入口气体的进气量来进行的。为控制风冷烟道气中CO2浓度的稳定性，在满足燃烧供氧充足的条件下，要严格控制送入炉膛的通风量，尽量减少锅炉排烟量。
烟道气取自于燃煤、天然气、石油的锅炉的烟道气或焚烧生物质的排放气体。其中，所述锅炉是火力发电厂的燃煤锅炉。所述生物质是秸秆或城市垃圾。
在本发明的一个实施方案中，烟道气收集装置(100)可以包括控制烟道气的流量的分流烟道隔板以及调节进气量的控制分流阀门。分流烟道气隔板设置在锅炉排烟道出口，用来控制烟道气的流量，再通过阀门来调节进气量，定量收集烟道气。
根据所述的利用烟道气生产碳酸氢铵的方法，其中，所述步骤(1)的烟道气的温度为150-200℃。因此，利用烟道气的难点是降低烟道气的温度，从150-200℃降低到40-50℃，才能和浓氨水反应，生成碳酸氢铵。如果采用循环水冷却要浪费大量的水资源，带来了新的能源问题。同时烟道气最主要的来源之一的火电厂往往分布在水资源较匮乏的地区，若采用水冷装置，有可能工艺所需水供应难以得到保障，因此本发明选用风冷烟道气来制备碳酸氢铵。
在本发明的一些实施方案中，风冷装置(200)可以是风冷通道(201)，所述风冷通道可以由任何能够传热材料制成，优选这些材料是耐烟道气腐蚀的材料，如钢管或铸钢管。本领域的技术人员可以理解，其他的具有传热和耐腐蚀的材料也可以使用。
根据所需要达到的冷却效果，本领域的技术人员能够理解，风冷通道可以采用本领域中已知的任何形状和尺寸。如图2所述，风冷通道(201)可以由20号普通碳素钢制成，为了提供高效率的冷却效果，可以在管道内设置多个分流烟道气隔板(210)，以及，在管道外设置有多个散热片(220)，本领域的普通技术人员可以依据烟道气的流量和要降低的温度确定分流烟道气隔板(210)和散热片(220)的设置方式及数量。本领域中已知的各种散热片的形状都可以根据需要用于本发明。
本申请的发明人发现，由于20号普通碳素钢(钢中含碳量为0.17％～0.24％)的可塑性和韧性都比较好，可以冷加工和热加工，有良好的焊接性，因此，用这种钢材制成的风冷管能够提供良好的风冷效果。
经研究发现，选择管壁厚为3～5mm、外径为20-30cm的薄钢管可以提供所要求的冷却效果。
其他材料(例如，铸钢材)制成的风冷通道可以可能的。当使用铸钢材的风冷通道时，其厚度要厚于前述钢管的厚度。本领域的技术人员能够理解，通过调整其管壁厚度、外经以及所需要的长度也可以达到同样的风冷效果。
在所述的风冷装置(200)中，所述薄钢管的连接方式可以是并联或串联。如果烟道气距离碳化塔距离远可选择串联薄钢管风冷；如果烟道气距离碳化塔距离近可选择并联薄钢管风冷。所述薄钢管并联的数量优选为20-40根，薄钢管长度应以降温效果而定，优选为30m，适于安装和维修。所述薄钢管串联的长度应以降温效果而定，优选为80-120m，设计的高度和弯曲度要适于安装和维修。
根据周围环境变化，也可以在风冷通道外设置强制通风装置，以保证达到冷却效果。
经过风冷装置(200)，烟道气的温度下降到50℃或更低。以满足后续碳酸氢铵合成步骤中对原料温度的要求。
本发明的再一些实施方案中，在所述的烟道气收集装置(100)和风冷装置(200)之间设置除尘装置(未示出)，以加强薄钢管散热片风冷烟道气的效果，防止集灰，降低阻力。或者，在另一些实施方案中，所述除尘装置可以设置在风冷装置内侧，尤其是当所述的风冷通道处于直立状态时(未示出)。所述电除尘器的规格优选为0.4-1.5m/s，除尘的控制量为40～150mg/m3。
所述的经过风冷装置(200)后，烟道气被冷却至50℃或更低，然后进入储气加压装置(300)。
在本发明的一些实施方案中，储气加压装置(300)可以包括储气柜和加压输入泵，以便储存足够量的含CO2的烟道气以制备碳酸氢铵。储存在气储柜中的烟道气被加压输入泵将压力升高到0.6-1.2MPa后，最后进入碳酸氢铵合成装置(400)。
可以采用本领域已知的碳酸氢铵合成装置来进行碳酸氢铵的合成工艺。优选地，本发明的碳酸氢铵合成装置(400)包括：
A.碳化主塔(410)，其中，CO2为10％至15％(体积)、压力为0.6-1.2MPa的烟道气进入碳化主塔底部，与所述碳化主塔塔顶进入的碳化副塔溶液逆流接触吸收大部分二氧化碳；
B.碳化副塔(420)，其中，未被吸收的CO2浓度约为4％(体积)的烟道气由所述碳化主塔塔顶排出，进入所述碳化副塔底部，与所述碳化副塔塔顶进入的浓氨水逆流接触，继续吸收二氧化碳；
C.综合塔(430)，其中，含有CO2约为0.4％、少量NH3和H2S的尾气从所述碳化副塔顶部排出，进入综合塔的下部固定段，CO2和H2S气体被稀氨水吸收，吸收后的烟道气再进入所述综合塔的上部回收清洗段，烟道气中的CO2和NH3被软水进一步吸收，由所述综合塔塔顶排出的烟道气含CO2≤0.2％(体积)，NH3≤0.2g/Nm3，经能量回收、减压后放空；
D.吸氨系统(440)，其中，所述综合塔吸收烟道气后的稀氨水通过稀氨水槽，再进入氨水循环槽与所述氨水循环槽中的母液相混合，通过氨水泵进入高位吸氨器，与原料气氨气混合，氨气被吸收，放出的热量在吸氨冷排中被冷却水移走，制得的浓氨水进入浓氨水槽，再用浓氨水泵输送至所述碳化副塔顶部；
E.分离系统(450)，其中，所述碳化主塔中生成的碳酸氢铵固体悬浮液，从塔底减压引出，送入稠厚器(451)，然后经离心机(452)分离得到成品碳酸氢铵和母液，母液送回所述氨水循环槽，再用所述氨水泵送回吸氨系统。
在所述碳酸氢铵合成装置中，所述碳化主塔和所述碳化副塔的压力范围为0.6-1.2MPa，反应氨水浓度范围为5％-12％
从锅炉中排出的烟道气中所包含的硫氧化物和氮氧化物也直接参与与氨的反应，其反应产物也作为化肥的一种成分使用。节省了对锅炉直接排放时所需要的废气处理成本和设备。
优选的，可以将氨稳定剂氰基胍(DCD)和纳米碳(NMC)按所需量溶解于浓氨水中，再与烟道气中的CO2反应可以生成长效碳酸氢铵。在浓氨水与含CO2的烟道气化合形成长效碳酸氢铵时，氰基胍(DCD)和纳米碳(NMC)以共结晶体或混合物等形态被同时结晶出来。
实施例1：
从火力发电厂的燃煤锅炉排放出的含尘量为40mg/m3～140mg/m3、温度为160℃，二氧化碳浓度为12％(体积)的烟道气首先进入烟道气收集装置。在锅炉排烟道出口处安装分流烟道气隔板，用来控制烟道气的流量，再通过调节阀门来控制进气量，定量收集二氧化碳浓度为10％(体积)的烟道气。
含尘量为40mg/m3～140mg/m3，温度为160℃，二氧化碳浓度为10％(体积)的烟道气进入并联式薄钢管风冷装置。薄钢管为20号普通碳素钢，粗度为25cm，并联数量为30根，长度为30m。在所述薄钢管外壁焊接散热片以加快散热速度，在所述薄钢管内壁安装分流烟道气隔板，保证烟道气的降温效果，使温度降低为40℃。
含尘量为40mg/m3～140mg/m3，温度为40℃，二氧化碳浓度为10％(体积)的烟道气进入储气加压装置。烟道气首先进入体积为120m3的气储柜，以便储存足够量的含CO2的烟道气，用来制备碳酸氢铵。再使烟道气进入加压输入泵，使压力增加至1MPa。
温度为40℃，压力为1MPa，含尘量为40mg/m3～140mg/m3，二氧化碳浓度为10％(体积)的烟道气最后进入碳酸氢铵合成装置。烟道气首先进入碳化主塔底部，与所述碳化主塔塔顶进入的碳化副塔溶液(浓度为7％的氨水)逆流接触吸收大部分二氧化碳；未被吸收的二氧化碳浓度约为4％(体积)的烟道气由所述碳化主塔塔顶排出，进入所述碳化副塔底部，与所述碳化副塔塔顶进入的浓度为12％浓氨水逆流接触，继续吸收二氧化碳；含有二氧化碳约为0.4％、少量氨气和硫化氢的尾气从所述碳化副塔顶部排出，进入综合塔的下部固定段，二氧化碳和硫化氢气体被稀氨水吸收，吸收后的烟道气再进入所述综合塔的上部回收清洗段，烟道气中的二氧化碳和氨气被软水进一步吸收，由所述综合塔塔顶排出的烟道气含二氧化碳≤0.2％(体积)，氨气≤0.2g/Nm3，经能量回收、减压后放空。所述综合塔吸收烟道气后的稀氨水通过稀氨水槽，再进入氨水循环槽与所述氨水循环槽中的母液相混合，通过氨水泵进入高位吸氨器，与原料气氨气混合，氨气被吸收，放出的热量在吸氨冷排中被冷却水移走，制得的浓氨水进入浓氨水槽，再用浓氨水泵输送至所述碳化副塔顶部。所述碳化主塔中生成的碳酸氢铵固体悬浮液，从塔底减压引出，送入稠厚器，然后经离心机分离得到成品碳酸氢铵和母液，母液送回所述氨水循环槽，再用所述氨水泵送回吸氨系统。
经过分离系统得到结晶碳酸氢铵。
实施例2：
从火力发电厂的燃煤锅炉排放出的含尘量为150mg/m3，温度为180℃，二氧化碳浓度为15％(体积)的烟道气首先进入烟道气收集装置。在锅炉排烟道出口处安装分流烟道气隔板，用来控制烟道气的流量，再通过调节阀门来控制进气量，定量收集收集二氧化碳浓度为12％(体积)的烟道气。
含尘量为150mg/m3，温度为180℃，二氧化碳浓度为12％(体积)的烟道气进入串联式薄钢管风冷装置。薄钢管为20号普通碳素钢，粗度为23cm，串联长度为100m。在所述薄钢管外壁焊接散热片以加快散热速度，在所述薄钢管内壁安装分流烟道气隔板，保证烟道气的降温效果，使温度降低为45℃。
在串联式薄钢管风冷装置中同时设置规格为1.2m/s的电除尘器。含尘量为150mg/m3，，温度为45℃，二氧化碳浓度为12％(体积)的烟道气进入通过风冷装置后，烟道气含尘量降低为100mg/m3。
含尘量为100mg/m3，温度为45℃，二氧化碳浓度为12％(体积)的烟道气进入储气加压装置。烟道气首先进入体积为140m3的气储柜，以便储存足够量的含CO2的烟道气，用来制备碳酸氢铵。再使烟道气进入加压输入泵，使压力增加至0.9MPa。
温度为45℃，压力为0.9MPa，含尘量为100mg/m3，二氧化碳浓度为12％(体积)的烟道气最后进入碳酸氢铵合成装置。烟道气首先进入碳化主塔底部，与所述碳化主塔塔顶进入的碳化副塔溶液(浓度为6％的氨水)逆流接触吸收大部分二氧化碳；未被吸收的二氧化碳浓度约为4％(体积)的烟道气由所述碳化主塔塔顶排出，进入所述碳化副塔底部，与所述碳化副塔塔顶进入的浓度为10％的浓氨水逆流接触，继续吸收二氧化碳；含有二氧化碳约为0.4％、少量氨气和硫化氢的尾气从所述碳化副塔顶部排出，进入综合塔的下部固定段，二氧化碳和硫化氢气体被稀氨水吸收，吸收后的烟道气再进入所述综合塔的上部回收清洗段，烟道气中的二氧化碳和氨气被软水进一步吸收，由所述综合塔塔顶排出的烟道气含二氧化碳≤0.2％(体积)，氨气≤0.2g/Nm3，经能量回收、减压后放空。所述综合塔吸收烟道气后的稀氨水通过稀氨水槽，再进入氨水循环槽与所述氨水循环槽中的母液相混合，通过氨水泵进入高位吸氨器，与原料气氨气混合，氨气被吸收，放出的热量在吸氨冷排中被冷却水移走，制得的浓氨水进入浓氨水槽，再用浓氨水泵输送至所述碳化副塔顶部。所述碳化主塔中生成的碳酸氢铵固体悬浮液，从塔底减压引出，送入稠厚器，然后经离心机分离得到成品碳酸氢铵和母液，母液送回所述氨水循环槽，再用所述氨水泵送回吸氨系统。
优选的，将0.2％～1.0％量氨稳定剂氰基胍(DCD)和0.1％～1.0％量纳米碳(NMC)按科学添加量溶解于浓氨水中，再与烟道气中的CO2反应可以生成长效碳酸氢铵。在浓氨水与含CO2的烟道气化合形成长效碳酸氢铵时，氰基胍(DCD)和纳米碳(NMC)以共结晶体或混合物等形态被同时结晶出来，得到长效碳酸氢铵。
本领域的技术人员可以从以上描述中认识到：可以以多种形式来实现本发明的实施方案的宽广技术。因此，虽然已结合具体的实施例描述了本发明的实施方案，但是本发明的实施方案的真实精神不应当受限于此，因为本领域的技术人员在研究了附图、说明书和所附权利要求书后将会清楚其他的修改方案。

Claims (25)

1.一种利用烟道气生产碳酸氢铵的方法，包括：
(1)定量收集二氧化碳浓度为8％至15％(体积)的烟道气；
(2)利用风冷装置降低所述烟道气的温度至50℃或更低；
(3)升高所述烟道气的压力至0.6-1.2MPa；以及
(4)将所述烟道气和氨反应，生成碳酸氢铵。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)之前将所述烟道气含尘量降低到150mg/m3以下。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)的同时将所述烟道气含尘量降低到150mg/m3以下。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述烟道气的含尘量被降低到40mg/m3以下。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(1)的烟道气的温度为150-200℃。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(1)的烟道气是通过控制锅炉入口气体的进气量来进行的。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(1)的烟道气取自于燃烧煤、天然气、石油的锅炉的烟道气或焚烧生物质的排放气体。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述锅炉是火力发电厂的燃煤锅炉。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述步骤(1)的烟道气是二氧化碳浓度为10％至15％(体积)的烟道气。
10.如权利要求7所述的方法，其中，所述生物质是秸秆或城市垃圾。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(4)中的氨是浓度为170滴度以上的氨水。
12.一种利用烟道气生产碳酸氢铵的设备，包括：
(1)烟道气收集装置，所述烟道气收集装置设置在锅炉排烟道出口的下游，用来定量收集烟道气；
(2)设置在烟道气收集装置下游的风冷装置，用来使烟道气温度降为50℃或更低；
(3)储气加压装置，存储冷却后的烟道气并将所述冷却后的烟道气的压力增加至0.6-1.2MPa；以及
(4)碳酸氢铵合成装置，使加压后的烟道气和和氨反应，生成碳酸氢铵。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述烟道气收集装置包括在所述锅炉排烟道出口安装的分流烟道气隔板阀门。
14.如权利要求12所述的设备，其中，所述风冷装置包括风冷通道。
15.如权利要求14所述的设备，其中，所述的风冷通道为管壁厚为3～4mm、外径为20-30cm的薄钢管。
16.如权利要求15所述的设备，其中，所述薄钢管所用钢材为20号普通碳素钢。
17.如权利要求15所述的设备，其中，所述薄钢管可以按并联或串联方式连接。
18.如权利要求17所述的设备，其中，所述薄钢管是按串联方式连接的，所述薄钢管的总长度为80-120m。
19.如权利要求17所述的设备，其中，所述薄钢管是按并联方式连接的，每一根所述薄钢管的长度为30m，所述薄钢管的数量为20-40根。
20.如权利要求12所述的设备，其中，所述设备还包括设置烟道气收集装置和所述风冷装置之间的除尘装置。
21.如权利要求12所述的设备，其中，所述设备还包括设置在所述风冷装置中的除尘装置。
22.如权利要求20或21所述的设备，其中，所述除尘装置是电除尘装置。
23.如权利要求12所述的设备，其中，在所述储气加压装置中设置气储柜。
24.如权利要求23所述的设备，其中，所述气储柜的体积为100-150m3。
25.如权利要求12所述的设备，其中，所述碳酸氢铵合成装置包括：
A.碳化主塔，所述碳化主塔为浓度为170滴度以上的浓氨水与二氧化碳的逆流反应装置，其中，所述碳化主塔的底部接收来自所述储气加压装置的加压后的烟道气，生成的碳酸氢铵固体悬浮液从塔底减压引出，未被吸收的气体由所述碳化主塔的塔顶排出；
B.碳化副塔，所述碳化副塔为浓度为170滴度以上的浓氨水与二氧化碳的逆流反应装置，其中，所述碳化副塔的底部接收由所述碳化主塔塔顶排出的所述未被吸收的烟道气，所得到的吸收液体由塔底引出后输入碳化主塔顶部，未被吸收的气体由所述碳化副塔的塔顶排出；
C.综合塔，包括下部固定段和上部回收清洗段，由所述碳化副塔顶部排出的未被吸收的气体进入所述综合塔的所述下部固定段，其中由所述碳化副塔顶部排出的未被吸收的气体中的CO2和H2S气体被浓度50滴度以下的稀氨水吸收，未被吸收的气体进入所述综合塔的所述上部回收清洗段，所述未被吸收的气体中的CO2和NH3被软水进一步吸收后，经能量回收、减压后放空；
D.吸氨系统，其中，所述综合塔吸收烟道气后的稀氨水通过稀氨水槽，再进入氨水循环槽与所述氨水循环槽中的母液相混合，通过氨水泵进入高位吸氨器，与原料气氨气混合，氨气被吸收，放出的热量在吸氨冷排中被冷却水移走，制得的浓氨水进入浓氨水槽，再用浓氨水泵输送至所述碳化副塔顶部；
E.分离系统，包括稠厚器和离心机，其中，来自所述碳化主塔塔底的碳酸氢铵固体悬浮液，经减压引出，送入所述稠厚器，然后经所述离心机分离得到成品碳酸氢铵和母液，所述母液送回所述氨水循环槽，再用所述氨水泵送回吸氨系统。
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