CN103950953A - 一种烟气脱硝用尿素热解制氨的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟气脱硝用尿素热解制氨的装置及方法，通过在尿素热解反应器底部通入高温气体和顶部生成雾化颗粒，将底部的高温气体上行与若干股物料接触，顶部生成雾化液滴下落与若干股物料接触，从而发生尿素的热分解反应，制备得到烟气脱硝所需的氨气。该方法通过将尿素颗粒均匀细化，可以使得进入尿素热解反应器的尿素充分发生热分解反应；此外，通过将细化的尿素颗粒与除盐水形成的雾化颗粒充分接触，进一步提高热分解反应的程度。本发明技术方案所述的制氨装置及方法可以得到收率为98％以上的氨气，且氨气生成量的大小比较稳定，易于控制。

Description

一种烟气脱硝用尿素热解制氨的装置及方法
技术领域
本发明属于废气处理领域，具体涉及一种烟气脱硝用尿素热解制氨的装置及方法。
背景技术
对燃煤烟气进行脱除NOX的技术中，常采用选择性催化还原法(SCR)，该方法所采用的还原剂为NH3，还原剂的来源主要为液氨、氨水和尿素。液氨和氨水属于危险品，在存储及运输过程中均有严格的法律法规要求。相对而言，尿素是无毒、无害的化学品，易于运输和保存，不需要特别的安全措施。
尿素制取氨的方法主要采用热解法，尿素加热会分解成NH3和HNCO，而HNCO与水反应生成NH3和CO2。尿素加热制氨分为湿法制氨气和干式制氨。湿法制氨采用的尿素溶液加热制氨气，该方法由于尿素溶液需要配制以及尿素溶液容易结晶等问题从而所需要的设备较多，此外在制备过程中由于尿素溶液中含水量较大导致消耗的能量大；另一种热解法制氨是采用干式制氨，但是在干式制氨的加热过程中，由于尿素对热不稳定，尿素来不及分解就缩聚了，从而生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸，而这部分缩聚物在热解温度下不能进一步分解。此外，单纯靠烟气中的气态水并不能完全实现尿素的分解。上述问题均会导致干式制氨所得氨气含量大大降低且生成量无法控制，同时，生成的中间产物大都具有腐蚀性或粘附性，造成设备的腐蚀或堵塞。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题提供一种烟气脱硝用尿素热解制氨的装置及方法，该制氨的装置及方法可以得到收率为98％以上的氨气，且氨气生成量的大小比较稳定。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种烟气脱硝用尿素热解制氨的方法，该方法包括以下步骤：
1)将料仓中的尿素颗粒输送至称重给料机，经称重后的尿素颗粒和送料风机输出端的空气混合后进入磨机进行研磨粉碎，得到微细尿素颗粒；
2)将得到的微细尿素颗粒输送至分料器，通过分料器分成若干股物料，同时在尿素热解反应器底部通入高温气体和顶部生成雾化液滴，将底部的高温气体上行与若干股物料接触，顶部生成的雾化液滴下落与若干股物料接触，从而发生尿素的热分解反应；
3)将经步骤2)的热分解反应生成的气体通过出口管道进入脱硝反应器。
本发明技术方案的步骤1)中料仓中的尿素颗粒的粒径为0.8～2.5mm。
本发明技术方案的步骤1)中微细尿素颗粒的粒径为50～80μm。
本发明技术方案的步骤1)中风机输出端的空气流量为80～120m3/h。
本发明技术方案的步骤2)中除盐水和压缩空气混合后通入压缩空气雾化器，从而在尿素热解反应器顶部生成雾化液滴，除盐水与进入尿素热解反应器中的若干股物料的摩尔比为1：1～1：1.4。
本发明技术方案的步骤2)中尿素热解反应器顶部生成雾化液滴的粒径为50～120μm。
本发明技术方案的步骤2)中高温气体是温度为450～550℃，流量为450～500m3/h的空气。
本发明技术方案的步骤2)中所述的若干股物料均匀分布在尿素热解反应器内部。
一种用于实现上述烟气脱硝用尿素热解制氨的装置，该装置包括尿素热解反应器，所述尿素热解反应器的顶端通过出口烟道与脱硝反应器相连；所述的尿素热解反应器的上部设有压缩空气雾化器；所述尿素热解反应器的中部与分料器相连，分料器与尿素进料部分相连；所述的尿素热解反应器的下部与高温空气输入管道相连。
所述的进料部分包括料仓，流化风机与料仓下部相连，在流化风机与料仓下部相连的下方设有流化板，料仓的底部与称重给料机相连，称重给料机的输出端和送料风机的输出端合并后与磨机相连，磨机的输出端与分料器相连。
所述的除盐水与压缩空气混合后通过管道与压缩空气雾化器的输入端相连。
所述的磨机为空气分级磨。
本发明技术方案中尿素通过分料器后分成若干股物料，所述的若干股为10～100份物料，优选为10～15份物料。
尿素在没有水的环境下受热分解生成氨气和异氰酸，反应如式(Ⅰ)所示；然而异氰酸需要有适量的液态水的存在条件下才能充分的发生热分解反应，单纯靠烟气中的气态水并不能完全实现尿素的分解，反应如式(Ⅱ)所示。
尿素在热解反应器内发生两步化学反应：
CO(NH2)2＝NH3+HNCO  式(Ⅰ)
HNCO+H2O＝NH3+CO2  式(Ⅱ)
本发明的有益效果：
在本发明技术方案的干式制氨装置中，通过将尿素颗粒均匀细化，可以使得进入尿素热解反应器的尿素充分发生热分解反应；此外，通过将细化的尿素颗粒与除盐水形成的雾化颗粒充分接触，进一步提高热分解反应的程度。该制氨的装置及方法得到收率为98％以上的氨气，且氨气生成量的大小比较稳定，易于控制。
附图说明
图1为烟气脱硝用尿素热解制氨的装置。
1-空气输入管道，2-尿素热解反应器，201-压缩空气雾化器，202-若干股物料，3-出口烟道，4-流化风机，5-流化板，6-料仓，7-称重给料机，8-送料风机，9-磨机，10-分料器，11-脱硝反应器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
本发明技术方案中的烟气脱硝用尿素热解制氨的装置，该装置包括尿素热解反应器，所述尿素热解反应器的顶端通过出口烟道与脱硝反应器相连；所述的尿素热解反应器的上部设有压缩空气雾化器；所述尿素热解反应器的中部与分料器相连，分料器与尿素进料部分相连；所述的尿素热解反应器的下部与高温空气输入管道相连。
所述的进料部分包括料仓，流化风机与料仓下部相连，在流化风机与料仓下部相连的下方设有流化板，料仓的底部与称重给料机相连，称重给料机的输出端和送料风机的输出端合并后与磨机相连，磨机的输出端与分料器相连。
所述的除盐水与压缩空气混合后通过管道与压缩空气雾化器的输入端相连。
所述的磨机为空气分级磨。
实施例1
将料仓中的0.8～1.2mm颗粒状尿素经过硫化板后输送至称重给料机，调节称重给料机至30kg/h，经称重后的颗粒状尿素和送料风机输出端的空气混合，风机的流量为80m3/h，混合后进入空气分级磨中进行研磨粉碎，得到50～60μm的微细尿素颗粒，得到的微细尿素颗粒输送至分料器，通过分料器分成10股物料，同时在尿素热解反应器底部通入温度为500℃，流量为450m3/h的空气和顶部喷入经由压缩空气雾化的粒径为50～80μm除盐水液滴，除盐水的通入量为32kg/h，高温气体上行与物料逆流接触，液滴下落与物料接触，待装置稳定后，经测定混合气体中NH3的流量为16.7kg/h(理论出力为17kg/h)，收率为98.2％。
对比例1
将料仓中的0.8～1.2mm颗粒状尿素经过硫化板后输送至称重给料机，调节称重给料机至30kg/h，经称重后的颗粒状尿素和送料风机输出端的空气混合，风机的流量为80m3/h，混合后进入空气分级磨中进行研磨粉碎，得到50～60μm的微细尿素颗粒，得到的微细尿素颗粒输送至分料器，通过分料器分成10股物料，在尿素热解反应器底部通入高温气体，高温空气的温度为500℃，流量为450m3/h，高温气体上行与物料逆流接触，得到混合气体，经测定混合气体中NH3的流量为9.2kg/h(理论出力为17kg/h)，收率为54.11％。
此外，实验数据表明，尿素在尿素热解反应器中发生热分解反应，如果在尿素热解反应器中通入喷淋水，而不是通入本发明技术方案所述的粒径为50～120μm雾化液滴，尿素热分解得到氨气的收率均低于70％。
实验数据还表明，提高高温空气的温度至650℃左右，氨气的收率也仅为78％左右，且在热解反应器内壁及底部生成大量的腐蚀性中间产物，造成氨气生成量的大小不稳定。
实施例2
将料仓中的1.2～2mm颗粒状尿素经过硫化板后输送至称重给料机，调节称重给料机至30kg/h，经称重后的颗粒状尿素和送料风机输出端的空气混合，风机的流量为100m3/h，混合后进入空气分级磨中进行研磨粉碎，得到60～70μm的微细尿素颗粒，得到的微细尿素颗粒输送至分料器，通过分料器分成15股物料，同时在尿素热解反应器底部通入温度为450℃，流量为480m3/h的空气和顶部喷入经由压缩空气雾化的粒径为80～100μm除盐水液滴，除盐水的通入量为35kg/h，高温气体上行与物料逆流接触，液滴下落与物料接触，待装置稳定后，经测定混合气体中NH3的流量为16.7kg/h(理论出力为17kg/h)，收率为98.8％。
实施例3
将料仓中的2～2.5mm颗粒状尿素经过硫化板后输送至称重给料机，调节称重给料机至30kg/h，经称重后的颗粒状尿素和送料风机输出端的空气混合，风机的流量为100～120m3/h，混合后进入空气分级磨中进行研磨粉碎，得到70～80μm的微细尿素颗粒，得到的微细尿素颗粒输送至分料器，通过分料器分成20股物料，同时在尿素热解反应器底部通入温度为550℃，流量为500m3/h的空气和顶部喷入经由压缩空气雾化的粒径为100～120μm除盐水液滴，除盐水的通入量为38kg/h，高温气体上行与物料逆流接触，液滴下落与物料接触，待装置稳定后，经测定混合气体中NH3的流量为16.7kg/h(理论出力为17kg/h)，收率为99.2％。

Claims (10)

1.一种烟气脱硝用尿素热解制氨的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)将料仓中的尿素颗粒输送至称重给料机，经称重后的尿素颗粒研磨粉碎，得到微细尿素颗粒；
2)将得到的微细尿素颗粒输送至分料器，通过分料器分成若干股物料，同时在尿素热解反应器底部通入高温气体和顶部生成雾化液滴，将底部的高温气体上行与若干股物料接触，顶部生成的雾化液滴下落与若干股物料接触，从而发生尿素的热分解反应；
3)将经步骤2)的热分解反应生成的气体通过出口管道进入脱硝反应器。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝用尿素热解制氨的方法，其特征在于：步骤1)中料仓中的尿素颗粒的粒径为0.8～2.5mm。
3.根据权利要求1或2所述的烟气脱硝用尿素热解制氨的方法，其特征在于：步骤1)中微细尿素颗粒的粒径为50～80μm。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硝用尿素热解制氨的方法，其特征在于：步骤2)中高温气体是流量为450～500m3/h，温度为450～550℃的空气。
5.根据权利要求1所述的烟气脱硝用尿素热解制氨的方法，其特征在于：步骤2)中除盐水和压缩空气混合后通入压缩空气雾化器，从而在尿素热解反应器顶部生成雾化液滴，除盐水与进入尿素热解反应器中的若干股物料的摩尔比为1：1～1：1.4。
6.根据权利要求1或5所述的烟气脱硝用尿素热解制氨的方法，其特征在于：步骤2)中尿素热解反应器顶部生成雾化液滴的粒径为50～120μm。
7.一种用于实现权利要求1所述的烟气脱硝用尿素热解制氨的装置，其特征在于：该装置包括尿素热解反应器(2)，所述尿素热解反应器(2)的顶端通过出口烟道(3)与脱硝反应器(11)相连；所述的尿素热解反应器(2)的上部设有压缩空气雾化器(201)；所述尿素热解反应器(2)的中部与分料器(10)相连，分料器(10)与尿素进料部分相连；所述的尿素热解反应器(2)的下部与高温空气输入管道(1)相连。
8.根据权利要求7所述的烟气脱硝用尿素热解制氨的装置，其特征在于：进料部分包括料仓(6)，流化风机(4)与料仓(6)下部相连，在流化风机(4)与料仓(6)下部相连的下方设有流化板(5)，料仓(6)的底部与称重给料机(7)相连，称重给料机(7)的输出端和送料风机(8)的输出端合并后与磨机(9)相连，磨机(9)的输出端与分料器(10)相连。
9.根据权利要求8所述的烟气脱硝用尿素热解制氨的装置，其特征在于：磨机(9)为空气分级磨。
10.根据权利要求7所述的烟气脱硝用尿素热解制氨的装置，其特征在于：除盐水与压缩空气混合后通过管道与压缩空气雾化器(201)的输入端相连。
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