CN106582287A - 用于scr反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳酸氢铵溶液制氨领域，尤其是一种用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统。碳酸氢铵溶解室的出液口与碳酸氢铵分解室的出液口连通，碳酸氢铵溶解室的第一进液口与碳酸氢铵分解室的进液口连通，碳酸氢铵溶解室的第二进液口与冷却器的冷却水出口连通；所述碳酸氢铵分解室的出气口与氨气吸收器的进气口连通；所述氨气吸收器的出液口与氨气蒸发器的进液口连通，氨气蒸发器的出液口与冷却器的稀氨水溶液进液口连通，冷却器的出液口与氨气吸收器的稀氨水溶液进液口连通；氨气蒸发器的出气口与烟气管道连通。其能够有效分离出碳酸氢氨热解产生的二氧化碳，排除二氧化碳对SCR反应脱硝的干扰，从而提高SCR反应速率。

Description

用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统
技术领域
本发明涉及碳酸氢铵溶液制氨领域，尤其是一种用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统。
背景技术
氮氧化物是发动机尾气与火电厂燃煤排烟的主要有害排放物之一，导致一系列环境问题并危害人类健康。目前排烟脱硝主要采用NOX转化效率较高的SCR反应脱硝技术。尿素溶液是常用的SCR反应脱硝技术的还原剂，其原理是将尿素溶液喷至烟气管道与高温烟气混合，使其雾化分解产生氨气，在催化剂的作用下，NOX被氨气还原成N2。其缺点是尿素溶液在烟气中热解产生杂质气体二氧化碳影响SCR反应脱硝。与尿素相比，碳酸氢氨分解温度低，水中溶解度大等优点，也被用作SCR反应脱硝技术的还原剂原料，但碳酸氢氨热解产生的二氧化碳仍会影响SCR反应脱硝。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统，其能够有效分离出碳酸氢氨热解产生的二氧化碳，排除二氧化碳对SCR反应脱硝的干扰，从而提高SCR反应速率。
本发明的技术方案是：一种用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统，包括碳酸氢铵分解室、氨水蒸发室、烟气管道和SCR反应器，SCR反应器与烟气管道连通，碳酸氢铵分解室和氨水蒸发室之间通过换热循环装置连接，还包括碳酸氢铵溶解室、氨气吸收器和冷却器，所述碳酸氢铵溶解室的出液口与碳酸氢铵分解室的出液口连通，碳酸氢铵溶解室的第一进液口与碳酸氢铵分解室的进液口连通，碳酸氢铵溶解室的第二进液口与冷却器的冷却水出口连通；
所述碳酸氢铵分解室的出气口与氨气吸收器的进气口连通；
所述氨气吸收器的出液口与氨气蒸发器的进液口连通，氨气蒸发器的出液口与冷却器的稀氨水溶液进液口连通，冷却器的出液口与氨气吸收器的稀氨水溶液进液口连通；
氨气蒸发器的出气口与烟气管道连通。
本发明中，所述换热循环装置为导热油换热循环装置，包括分别设置在碳酸氢铵分解室、氨水蒸发室内的升膜装置和连接两升膜装置的导热油管，两升膜装置之间通过导热油管连接形成闭合的循环装置，导热油管设置在烟气管道内。
所述碳酸氢铵分解室的出气口依次通过气体混合管和微孔过滤器与氨气吸收器的进气口连通，气体混合管上设有泵。
所述氨气吸收器的出气口处设有阀门。
所述氨气蒸发器的出气口通过氨气输送管道与氨气喷嘴连接，氨气喷嘴设置在烟气管道内，氨气输送管道上设有气体泵。
所述升膜装置包括壳体、数层液槽和导热油换热管，液槽和导热油换热管均设置在壳体内，液槽沿竖直方向上下间隔设置，每层液槽上设有数根导热油换热管，壳体的顶部设有出气口，壳体的底部设有出液口，壳体的侧面设有导热油进油口和导热油出油口，导热油进油口和导热油出油口分别与数层液槽上的导热油换热管连通，碳酸氢铵分解室内升膜装置的导热油出油口通过导热油管与和氨水蒸发室内升膜装置的导热油进油口连通，氨水蒸发室内升膜装置的导热油出油口通过导热油管与碳酸氢铵分解室内升膜装置的导热油进油口连通。
所述导热油换热管的外表面为微槽或者在导热油换热管的外表面设置套网。
所述氨水蒸发室内的升膜装置的出气口与烟气管道连通，其出液口与冷却器的进液口连通。所述碳酸氢铵分解室内的升膜装置的出气口与氨气吸收器连通，其出液口与碳酸氢铵溶解室的进液口连通。
还包括控制单元，所述控制单元分别与碳酸氢铵分解室的出气口与氨气吸收器的进气口连接管路上的泵、冷却器的冷却水泵、冷却器的进液口与氨水蒸发室的出液口连接管路上的泵、氨水蒸发室的进液口与氨气吸收器的出液口连接管路上的泵、氨水蒸发室的出气口与烟气管道连接管路上的泵、以及SCR反应器内的含量检测装置连接。
本发明的有益效果：
(1)利用通过循环得到的纯氨气进行SCR反应脱硝，提高脱硝效率：本发明以碳酸氢氨为反应物，利用氨气吸收器吸收热解反应产物中的氨气分离二氧化碳生成氨水，氨水在氨水蒸发器里解吸出氨气，喷射至SCR反应器，参与SCR反应脱销；通过此循环系统有效分离出碳酸氢氨热解产生的二氧化碳，排除二氧化碳对SCR反应脱硝的干扰，喷射提纯的氨气与烟气混合参与SCR反应脱硝，因此可以获得更高的SCR反应速率；
(2)采用了独特结构的换热装置：碳酸氢氨溶液热分解室与氨水蒸发器内的加热方式采用换热管外表面微槽或换热管外表面加套网结构，换热管内流有导热油，换热管外表面微槽或换热管外表面加套网结构简单，能利用毛细力和润湿力在水平管外表面形成上升薄膜，加快碳酸氢氨热解与氨气解吸速率，节省能源提高热量利用效率；
(3)该系统有效利用排烟余热，减少能耗：循环利用排烟的余热，通过导热油二次换热为碳酸氢氨热解反应与氨气解吸提供所需热量，使得循环装置需求的外部能量减少。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是升膜装置的主视图；
图3是图2的A-A向视图；
图4是图2的B-B向视图。
图中：1碳酸氢铵溶解室；2碳酸氢铵分解室；3气体混合管；4微孔过滤器；5氨气吸收器；6阀口；7冷却器；8冷却水水管；9氨气蒸发器；10氨气喷嘴；11烟气管道升膜装置；12导热油换热循环装置；13烟气管道；15混合器；16SCR反应器；17控制单元；18液槽19出气口；20出液口；21壳体22导热油换热管；23导热油出油口；24导热油进油口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，所述用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统包括碳酸氢铵分解室2、氨水蒸发室9、烟气管道13和SCR反应器16，SCR反应器16与烟气管道13连通，碳酸氢铵分解室2和氨水蒸发室9之间通过换热循环装置连接。换热循环装置为导热油换热循环装置12，导热油换热循环装置包括分别设置在碳酸氢铵分解室2和氨水蒸发室9内的升膜装置11，以及连接两升膜装置的导热油管，两升膜装置之间通过导热油管连接从而形成一个闭合的循环系统。同时，导热油换热循环装置的导热油管设置在烟气管道13内，导热油管内的导热油吸收烟气管道内的烟气余热，并通过二次换热将热量传递至碳酸氢铵分解室2和氨水蒸发室9内。
该循环系统还包括碳酸氢铵溶解室1、氨气吸收器5和冷却器7，碳酸氢铵溶解室1的出液口通过连接管路与碳酸氢铵分解室2的出液口连通，碳酸氢铵溶解室1的第一进液口通过连接管路与碳酸氢铵分解室2的进液口连通，两连接管路上均设有泵。碳酸氢氨在碳酸氢铵溶解室1里溶解后，泵入碳酸氢铵热分解室2。碳酸氢铵溶液在热分解室内吸收导热油换热管内的热量并发生热分解反应，其反应原理如下所述：
NH4HCO3＝NH3↑+H2O+CO2↑
经过热分解后，稀碳酸氢氨溶液被泵入碳酸氢铵溶解室1继续溶解碳酸氢氨。
碳酸氢铵分解室2的出气口通过气体混合管3和微孔过滤器4与氨气吸收器5的进气口连通，气体混合管3上设有泵，碳酸氢铵分解室2的气体被泵入氨气吸收器5内。微孔过滤器4使氨气在氨气吸收器5内充分溶解，少部分的二氧化碳气体溶解达到饱和后，大部分通过氨气吸收器5的出气口处的阀口6排放，从而达到了排出二氧化碳的效果，氨气吸收器5内充分溶解氨气后的液体为氨水浓溶液。
氨气吸收器5的出液口通过连接管路与氨气蒸发器9的进液口连通，氨气蒸发器9的出液口通过连接管路与冷却器7的稀氨水溶液进液口连通，冷却器7的稀氨水溶液出液口通过管路与氨气吸收器5的进液口连通。氨气吸收器5的出液口与氨气蒸发器9的进液口之间的连接管路、以及氨气蒸发器9的出液口与冷却器7的稀氨水溶液进液口的连接管路上均设有泵。吸收氨气后的氨水浓溶液通过泵进入氨水蒸发室9内，经过导热油换热管的高温升膜蒸发，产生氨气，蒸发出氨气的低溶度氨水通过泵进入冷却器7内冷却，然后进入氨气吸收器5内继续吸收氨气，从而完成氨气吸收器5与氨水蒸发器9之间的循环。
冷却水通过冷却水泵进入冷却室7内，冷却器7的冷却水出口通过冷却水水管8与碳酸氢铵溶解室1的第二进液口连通。冷却器7采用水冷却，为补充碳酸氢氨溶解室1的水量，流出冷却器7的水部分进入碳酸氢氨溶解室1参与溶解碳酸氢氨。
氨气蒸发器9的出气口通过氨气输送管道与氨气喷嘴10连接，氨气喷嘴10设置在烟气管道13内，氨气输送管道上设有气体泵。氨水蒸发器9内蒸发产生的氨气通过氨气输送管被气体泵泵入氨气喷嘴10，并喷入烟气管道13，在混合器15作用下与烟气充分混合一同进入SCR反应器16，进行SCR反应脱销。SCR反应器16的后方设有用于测定NOx与NH3含量的含量检测装置。
本发明还包括控制单元17，所述控制单元17分别与碳酸氢铵分解室2的出气口与氨气吸收器5的进气口连接管路上的泵、冷却器的冷却水泵、冷却器7的稀氨水溶液进液口与氨水蒸发室9的出液口连接管路上的泵、氨水蒸发室9的进液口与氨气吸收器5的出液口连接管路上的泵、氨水蒸发室9的出气口与烟气管道13连接管路上的泵、以及NOx与NH3的含量检测装置连接。控制单元17通过检测经过SCR反应器16后的NOx与NH3含量，来反馈调节循环系统，控制整个循环系统的产氨量。
升膜装置11包括壳体21、数层液槽18和导热油换热管22，液槽18和导热油换热管22均设置在壳体21内，液槽18沿竖直方向上下间隔设置，每层液槽18上设有数根导热油换热管22，数层液槽上的导热油换热管22之间呈并联连接，壳体21的顶部设有出气口19，体21的底部设有出液口20，壳体21的侧面设有导热油进油口23和导热油出油口24，导热油进油口23和导热油出油口24分别与多层液槽18上的导热油换热管22连通，碳酸氢铵分解室2内升膜装置的导热油出油口23通过导热油管与和氨水蒸发室9内升膜装置的导热油进油口24连通，氨水蒸发室9内升膜装置的导热油出油口23通过导热油管与碳酸氢铵分解室2内升膜装置的导热油进油口24连通。所述导热油换热管22的外表面为微槽或者在导热油换热管22的外表面设置套网。氨水蒸发室9内的升膜装置的出气口19与烟气管道13连通，其出液口20与冷却器7的进液口连通。碳酸氢铵分解室2内的升膜装置的出气口19与氨气吸收器5连通，其出液口20与碳酸氢铵溶解室1的进液口连通。
当导热油换热管22的底部表面与液面相切或者微微浸入时，由润湿力、毛细力和温差驱动力多等克服重力，驱动液体自下而上在管壁形成均匀连续的覆盖整个表面的薄液膜，具有较高的换热系数，进而加快蒸发过程。其热能利用率高，是一种非常有效的高效节能强化传热的方式，属于无源强化传热技术，减少了传热流体介质的功率消耗。
本发明的工作过程如下所述：导热油换热循环装置12的导热油通过利用排气换热，经过泵进入碳酸氢氨热分解室2和氨水蒸发器9，分别为碳酸氢氨热分解和氨水解吸氨气提供热量。碳酸氢氨在溶解室1里溶解后，泵入热分解室2。碳酸氢氨热分解室2反应产生的二氧化碳、氨气和部分水蒸气在气体混合管3里混合，通过泵和微孔过滤器4进入氨气吸收器5，微孔过滤器4使氨气充分溶解，少量的二氧化碳气体部分溶解达到饱和后，大部分的二氧化碳气体通过阀口6排放。碳酸氢氨经过热分解后，稀碳酸氢氨溶液被泵入溶解室1继续溶解碳酸氢氨。吸收氨气的氨水浓溶液通过泵进入氨水蒸发室9经过换热解吸出氨气，解析出氨气后的低溶度氨水通过泵进入冷却器7冷却，然后进入氨气吸收器5吸收氨气，完成氨气吸收器5与氨水蒸发器9之间的循环。冷却器7采用水冷却，为补充碳酸氢氨溶解室水量，流出冷却器的水部分进入碳酸氢氨溶解室1参与溶解碳酸氢氨。氨水蒸发器9里解吸的氨气通过氨气输送管被气体泵泵入氨气喷嘴10，喷入烟气管道，在混合器15作用下与烟气充分混合一同进入SCR反应器16，进行SCR反应脱销。控制单元17通过检测经过SCR反应器16后的NOx与NH3含量，来反馈调节循环系统，控制循环系统的产氨量。

Claims (10)

1.一种用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统，包括碳酸氢铵分解室(2)、氨水蒸发室(9)、烟气管道(13)和SCR反应器(16)，SCR反应器(16)与烟气管道(13)连通，碳酸氢铵分解室(2)和氨水蒸发室(9)之间通过换热循环装置连接，其特征在于：还包括碳酸氢铵溶解室(1)、氨气吸收器(5)和冷却器(7)，所述碳酸氢铵溶解室(1)的出液口与碳酸氢铵分解室(2)的出液口连通，碳酸氢铵溶解室(1)的第一进液口与碳酸氢铵分解室(2)的进液口连通，碳酸氢铵溶解室(1)的第二进液口与冷却器(7)的冷却水出口连通；
所述碳酸氢铵分解室(2)的出气口与氨气吸收器(5)的进气口连通；
所述氨气吸收器(5)的出液口与氨气蒸发器(9)的进液口连通，氨气蒸发器(9)的出液口与冷却器(7)的稀氨水溶液进液口连通，冷却器(7)的稀氨水溶液出液口与氨气吸收器(5)的进液口连通；
氨气蒸发器(9)的出气口与烟气管道(13)连通。
2.根据权利要求1所述的用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统，其特征在于：所述换热循环装置为导热油换热循环装置(12)，包括分别设置在碳酸氢铵分解室(2)、氨水蒸发室(9)内的升膜装置(11)和连接两升膜装置的导热油管，两升膜装置之间通过导热油管连接形成闭合的循环装置，导热油管设置在烟气管道(13)内。
3.根据权利要求1所述的用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统，其特征在于：所述碳酸氢铵分解室(2)的出气口依次通过气体混合管(3)和微孔过滤器(4)与氨气吸收器(5)的进气口连通，气体混合管(3)上设有泵。
4.根据权利要求1所述的用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统，其特征在于：所述氨气吸收器的出气口处设有阀门(6)。
5.根据权利要求1所述的用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统，其特征在于：所述氨气蒸发器(9)的出气口通过氨气输送管道与氨气喷嘴(10)连接，氨气喷嘴(10)设置在烟气管道(13)内，氨气输送管道上设有气体泵。
6.根据权利要求2所述的用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统，其特征在于：所述升膜装置(11)包括壳体(21)、数层液槽(18)和导热油换热管(22)，液槽(18)和导热油换热管(22)均设置在壳体(21)内，液槽(18)沿竖直方向上下间隔设置，每层液槽(18)上设有数根导热油换热管(22)，壳体(21)的顶部设有出气口(19)，壳体(21)的底部设有出液口(20)，壳体(21)的侧面设有导热油进油口(23)和导热油出油口(24)，导热油进油口(23)和导热油出油口(24)分别与数层液槽(18)上的导热油换热管(22)连通，碳酸氢铵分解室(2)内升膜装置的导热油出油口(23)通过导热油管与和氨水蒸发室(9)内升膜装置的导热油进油口(24)连通，氨水蒸发室(9)内升膜装置的导热油出油口(23)通过导热油管与碳酸氢铵分解室(2)内升膜装置的导热油进油口(24)连通。
7.根据权利要求6所述的用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统，其特征在于：所述导热油换热管(22)的外表面为微槽或者在其导热油换热管的外表面设置套网。
8.根据权利要求6所述的用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统，其特征在于：所述氨水蒸发室(9)内的升膜装置的出气口(19)与烟气管道(13)连通，其出液口(20)与冷却器(7)的进液口连通。
9.根据权利要求6所述的用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统，其特征在于：所述碳酸氢铵分解室(2)内的升膜装置的出气口(19)与氨气吸收器(5)连通，其出液口(20)与碳酸氢铵溶解室(1)的进液口连通。
10.根据权利要求1所述的用于SCR反应的碳酸氢氨溶液热解精馏提纯制氨系统，其特征在于：还包括控制单元(17)，所述控制单元(17)分别与碳酸氢铵分解室(2)的出气口与氨气吸收器(5)的进气口连接管路上的泵、冷却器的冷却水泵、冷却器(7)的稀氨水溶液进液口与氨水蒸发室(9)的出液口连接管路上的泵、氨水蒸发室(9)的进液口与氨气吸收器(5)的出液口连接管路上的泵、氨水蒸发室(9)的出气口与烟气管道连接管路上的泵、以及SCR反应器内的含量检测装置连接。
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