CN101913624A

CN101913624A - 一种碳酸氢铵热解制氨系统及其工艺流程

Info

Publication number: CN101913624A
Application number: CN 201010276538
Authority: CN
Inventors: 张强
Original assignee: Thermal Power Research Institute
Current assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2010-12-15

Abstract

本发明属于化学制氨系统领域，尤其是涉及一种碳酸氢铵热解制氨系统及其工艺流程。一种碳酸氢铵热解制氨系统，包括粉仓，所述的粉仓依次串接有给粉机、文丘利混合器、热解室、缓冲罐、氨气空气混合器、喷氨格栅和SCR反应器，通过特定的工艺流程使得本发明直接热解碳酸氢铵颗粒，减少了尿素还原剂的溶解系统，节省设备占地面积和降低系统复杂性，避免了液氨及氨水等还原剂在运输存储方面的安全隐患，简化了系统设计，进一步提高了经济性，整个脱硝系统简洁，高效。

Description

一种碳酸氢铵热解制氨系统及其工艺流程

一、技术领域：

本发明属于化学制氨系统领域，尤其是涉及一种碳酸氢铵热解制氨系统及其工艺流程。

二、背景技术：

随着环保标准的提高，国家对火电厂氮氧化物(NO_X)排放提出了严格的要求，众多火电厂要求安装脱硝装置，在众多脱硝方法当中，SCR脱硝工艺以其独特的优点成为火电厂脱硝装置的首选，SCR工艺利用脱硝还原剂制备出NH₃利用喷氨格栅与烟气混合，在催化剂作用下还原为N₂。

SCR烟气脱硝的还原剂一般有三种：液氨、氨水和尿素。液氨一般采用纯度99.8％的氨，无杂质；氨水[NH₄OH]商业上一般运用浓度为20％～30％的氨水，蒸发过程中需要消耗大量电力；尿素[CO(NH₂)₂]呈颗粒状，蒸发时需要溶解成水溶液。

三种还原剂，液氨法的反应剂费用、初投资、运行的费用最低，但氨是国家规定的乙类危险品，在液氨的运输和储存过程中都存在一定的危险性，液氨的运输和储存都需要国家有关部门的审批和准许。液氨的储存量超过40吨即可被列为重大危险源。

氨水法使用的氨水质量分数为20％～30％，较液氨安全，但氨水也是一种危险性物质，具有毒性和腐蚀性，低浓度的氨气刺激眼睛、皮肤和鼻子，而且运输体积大，运输成本相对纯氨高。

尿素法使用的尿素为颗粒态储存，还原剂安全无害，但尿素制氨系统复杂、占地面积大、初投资和运行费用很高，并且尿素作为还原剂有潮解问题，尿素添加剂影响SCR催化剂使用寿命。

总之，三种方法各有优劣，碳酸氢铵在常温常压下为颗粒态储存，没有毒性，是我国除了尿素以外第二大氮肥，所以来源广泛，储存和运输方面也没有安全问题，与尿素相比，由于碳酸氢铵可以在颗粒态热解生成氨气，并且碳酸氢铵也没有腐蚀性，因此碳酸氢铵制氨系统经济性更好。综合各方面考虑，碳酸氢铵适合作为脱硝还原剂。因此，本发明提出碳酸氢铵热解制氨的系统与工艺。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种系统简洁，生产高效的碳酸氢铵热解制氨系统及其工艺流程。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种碳酸氢铵热解制氨系统，包括粉仓，其特征在于：所述的粉仓依次串接有给粉机、文丘利混合器、热解室、缓冲罐、氨气空气混合器、喷氨格栅和SCR反应器。

所述的文丘利混合器上还连接有送粉风机。

所述的热解室上还串接设置有加热器和热空气风机。

所述的缓冲罐和氨气空气混合器之间还设置有调节阀，氨气空气混合器上还设置有稀释风机。

所述热解室为立式长方体罐，所述的立式长方体罐罐体下部设置有两根热空气引入管，上部设置有一根混合气体引入管，罐体四周设置四根碳酸氢铵气体引入管。

一种碳酸氢铵热解制氨系统的生产工艺的工艺流程为：

1)碳酸氢铵粉末通过罐装车或袋装通过破袋机送入粉仓内储存；

2)粉仓下的给粉机根据烟气中NO_X的量来调节转速，控制给粉量；

3)碳酸氢铵粉末落入文丘里混合器被送粉风机吹来的空气输送到热解室；

4)在热解室中，碳酸氢铵粉末在热空气的加热作用下被分解出氨气、二氧化碳和水；

5)热解后的混合气体流入到缓冲罐，随后通过调节阀进入氨气空气混合器进行稀释；

6)稀释后的混合气体通过喷氨格栅与上游来的烟气均匀混合后进入SCR反应器，在催化剂V₂O₅-WO₃/TiO₂的作用下将NO_X还原成N₂，达到烟气脱硝目的。

与现有技术相比，本系统直接热解碳酸氢铵颗粒，减少了尿素还原剂的溶解系统，节省设备占地面积和降低系统复杂性，避免了液氨及氨水等还原剂在运输存储方面的安全隐患，简化了系统设计，进一步提高了经济性，整个脱硝系统简洁，高效。

四、附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明热解室示意图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为图2的B-B剖视图。

附图标记说明：1-粉仓、2-给粉机、3-文丘利混合器、4-送粉风机、5-热空气风机、7.1-热空气引入管、7.2-碳酸氢铵气体引入管、7.3-混合气体引入管、6-加热器、7-热解室、8-缓冲罐、9-调节阀、10-稀释风机、11-氨气空气混合器、12-喷氨格栅、13-烟气、14-SCR反应器。

五、具体实施方式：

参见图1：一种碳酸氢铵热解制氨系统，包括粉仓1，所述的粉仓1依次串接有给粉机2、文丘利混合器3、热解室7、缓冲罐8、氨气空气混合器11、喷氨格栅12和SCR反应器14，所述的文丘利混合器3上还连接有送粉风机4，所述的热解室7上还串接设置有加热器6和热空气风机5，所述的缓冲罐8和氨气空气混合器11之间还设置有调节阀9，氨气空气混合器11上还设置有稀释风机10。

粉仓1内的碳酸氢铵通过给粉机2控制进入文丘里混合器3的给粉量，通过碳酸氢铵气体引入管7.2进入热解室7与被加热器6加热到300℃的热空气混合分解成氨气，二氧化碳和水，然后从混合气体引入管7.3进入缓冲罐8，缓冲罐与相关管道进行保温，以防止气体中水凝结，缓冲罐8出口混合气体通过调节阀9调节进入氨气混合器11的氨气量，由稀释风机10稀释为浓度为5％左右的气体，送入喷氨格栅12，与上游来的烟气13混合均匀进入SCR系统催化剂层14反应，NO_X被还原成N₂。

所述的热解室、缓冲罐与相关管路采取保温措施，避免气体中水凝结。

参见图2、图3、图4：热解室7为立式长方体罐，所述的罐体下部设置有两根热空气引入管7.1，上部设置有一根混合气体引入管7.3，罐体四周设置四根碳酸氢铵气体引入管7.2，热解室的高必须保证碳酸氢铵粉末在炉内停留0.3～0.5秒以使碳酸氢铵完全热解。

四根碳酸氢铵引入管采用对冲混合的方式，两根热空气引入管分别位于两对碳酸氢铵引入管正下方，确保热空气对碳酸氢铵粉末有依托作用，以确保碳酸氢铵粉末在热解炉内有足够的停留时间，达到100％分解。

混合气出口管位于热解室横截面中心，根据相关实验数据可知，在300℃时，在0.1s左右碳酸氢铵会完全分解，碳酸氢铵送入热解室的入口为两组对冲喷嘴，利用两组相对的喷嘴造成强烈的混合，并且热空气通过入口进入热解室并对碳酸氢铵粉末有良好的依托作用，使碳酸氢铵在热解室内停留0.1～0.5秒以达到完全分解。

碳酸氢铵含氮量为17％，尿素为46％，目前碳酸氢铵价格约为600元/T，尿素价格为1900元/T，每生成1kg的氨气，则花费2.79元的碳酸氢铵，或者3.35元的尿素。对比可知，使用碳酸氢铵制氨更经济。由于碳酸氢铵理论热解温度为86℃，农业化肥碳酸氢铵由于其中含有杂质，因此分解温度在60℃左右，并且本工艺利用碳酸氢铵可以在颗粒状态直接热解的特点，避免了设置溶解系统，使得脱硝系统更为简洁、设备占地面积更小，提高了经济性与安全性。

本发明碳酸氢铵热解制氨系统的工艺流程为：

1)碳酸氢铵粉末通过罐装车或袋装通过破袋机送入粉仓1内储存；

2)粉仓1下的给粉机2根据烟气中NO_X的量来调节转速，控制给粉量；

3)碳酸氢铵粉末落入文丘里混合器3被送粉风机4吹来的空气输送到热解室7；

4)在热解室7中，碳酸氢铵粉末经过热空气风机5吹入风经加热器加热被分解出氨气、二氧化碳和水；

5)热解后的混合气体流入到缓冲罐8，随后通过调节阀9进入氨气空气混合器11进行稀释；

6)稀释后的混合气体通过喷氨格栅12与上游来的烟气13均匀混合后进入SCR反应器14，在催化剂V₂O₅-WO₃/TiO₂的作用下将NO_X还原成N₂，达到烟气脱硝目的。

给粉机2的给粉量与烟气中NO_x量成一定函数关系：

碳酸氢铵的给粉量为：

Q-烟气流量，Nm³/h

C_NO-烟气中NO浓度，mg/Nm³

K-氨氮比系数，即氨气与氮氧化物的摩尔比系数，一般取1.05

Claims

1.一种碳酸氢铵热解制氨系统，包括粉仓(1)，其特征在于：所述的粉仓(1)依次串接有给粉机(2)、文丘利混合器(3)、热解室(7)、缓冲罐(8)、氨气空气混合器(11)、喷氨格栅(12)和SCR反应器(14)。

2.根据权利要求1所述的一种碳酸氢铵热解制氨系统，其特征在于：所述的文丘利混合器(3)上还连接有送粉风机(4)。

3.根据权利要求1所述的一种碳酸氢铵热解制氨系统，其特征在于：所述的热解室(7)上还串接设置有加热器(6)和热空气风机(5)。

4.根据权利要求1所述的一种碳酸氢铵热解制氨系统，其特征在于：所述的缓冲罐(8)和氨气空气混合器(11)之间还设置有调节阀(9)，氨气空气混合器(11)上还设置有稀释风机(10)。

5.根据权利要求1所述的一种碳酸氢铵热解制氨系统，其特征在于：所述热解室(7)为立式长方体罐，所述的立式长方体罐罐体下部设置有两根热空气引入管(7.1)，上部设置有一根混合气体引入管(7.3)，罐体四周设置四根碳酸氢铵气体引入管(7.2)。

6.根据权利要求1所述的一种碳酸氢铵热解制氨系统的生产工艺，其特征在于：工艺流程为：

1)碳酸氢铵粉末通过罐装车或袋装通过破袋机送入粉仓(1)内储存；

2)粉仓(1)下的给粉机(2)根据烟气中NO_X的量来调节转速，控制给粉量；

3)碳酸氢铵粉末落入文丘里混合器(3)被送粉风机(4)吹来的空气输送到热解室(7)；

4)在热解室(7)中，碳酸氢铵粉末在热空气的加热作用下被分解出氨气、二氧化碳和水；

5)热解后的混合气体流入到缓冲罐(8)，随后通过调节阀(9)进入氨气空气混合器(11)进行稀释；

6)稀释后的混合气体通过喷氨格栅(12)与上游来的烟气(13)均匀混合后进入SCR反应器(14)，在催化剂V₂O₅-WO₃/TiO₂的作用下将NO_X还原成N₂，达到烟气脱硝目的。