CN112604480A - 一种解决尿素催化水解排放温室气体的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种解决尿素催化水解排放温室气体的装置，包括水解反应器，以及设置在水解反应器上方的气体收集器，水解反应器内部设置有加热器，气体收集器的内部设置有除雾器，气体收集器与中空纤维膜接触器相连，纤维膜接触器上部通过阀门与饱和溶液的贮存槽相连、通过阀门与吸收剂储存槽相连，同时纤维膜接触器下部通过通过输送泵与吸收剂储存槽相连，纤维膜接触器的下端设置有CO2密度计。以醇胺类化学试剂作为CO2的吸收剂，此类试剂吸收速率较快，并且饱和吸收液贮存方便、解吸率高（可达90%左右）。此技术不仅实现了CO2的捕集，减少了温室气体的排放，同时更加有利于CO2的回收利用，从而实现了资源的有效利用。
Description
技术领域
本发明属于电厂烟气脱硝领域，具体涉及一种解决尿素催化水解排放温室气体的装置及方法。
背景技术
CO2等温室气体的排放已给全球气候带来了灾难性影响，在CO2排放方面，以燃煤电厂为主，但是也有部分工业过程涉及到CO2的排放，此部分也应当引起足够的重视，如何有效遏制CO2排放在现阶段已显得迫在眉睫。尿素催化水解过程就属于产生温室气体的一类工业过程，现有的关于尿素催化水解的技术大多都是将尿素催化水解产生的氨气、CO2一并导入氨/空混合器，忽视了温室气体CO2排放的问题。
在尿素催化水解产生温室气体的问题上，目前仅有一项专利《一种尿素水解装置》（CN201721409368.9）涉及到此问题的解决，但该技术存在以下缺点：1. 该技术以氢氧化钙颗粒作为CO2的吸收剂，气体CO2需要先吸附在固体氢氧化钙表面，然后再进行反应，气、固两相之间的传质较慢，故使得氢氧化钙的吸收速率较慢。并且二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙，若想再重新利用二氧化碳，此时二氧化碳的解吸再生较为困难；2. 该技术利用氢氧化钙固体可同时吸收水解生成气中所含有的CO2和水蒸汽，在这种情况下，将同时降低混合气中水蒸汽与CO2被氢氧化钙吸收的速率；3.该技术所引入的CO2吸收装置的结构较为复杂。而其他传统CCS技术多采用醇胺吸收剂结合填料塔、板式塔等传统化工设备对CO2进行吸收捕集，此类工艺中解吸能耗高、传质设备效率低、吸收剂性能差等问题一直无法得到很好地解决。
在尿素催化水解过程中，尿素和水在催化剂的作用下，反应分解生成氨气的同时，也会生成温室气体CO2（质量分数约为56.4%）。现有的关于尿素催化水解制氨的反应器大多均是利用尿素在高温条件下发生水解，而对于反应产生的CO2，将被直接释放到大气中，该类尿素催化水解技术，最终将会加剧地球的温室效应，严重影响着地球生物的生存条件。
发明内容
针对以上问题，本发明公开了一种解决尿素催化水解排放温室气体的装置，以醇胺类化学试剂作为CO2的吸收剂，此类试剂吸收速率较快，并且饱和吸收液贮存方便、解吸率高（可达90%左右）。此技术不仅实现了CO2的捕集，减少了温室气体的排放，同时更加有利于CO2的回收利用，从而实现了资源的有效利用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种解决尿素催化水解排放温室气体的装置，包括水解反应器，以及设置在水解反应器上方的气体收集器，水解反应器内部设置有加热器，气体收集器的内部设置有除雾器，气体收集器与中空纤维膜接触器相连，纤维膜接触器上部通过阀门与饱和溶液的贮存槽相连、通过阀门与吸收剂储存槽相连，同时纤维膜接触器下部通过通过输送泵与吸收剂储存槽相连，纤维膜接触器的下端设置有CO2密度计。
优选地，所述中空纤维膜接触器包括中空纤维膜丝，纤维膜数目为1000~2000，长度1~1.5m，装填率20%~50%，膜丝的材料为聚四氟乙烯。
一种解决尿素催化水解排放温室气体的方法，尿素溶液与催化剂在水解反应器底端加入，水解反应器中安装有加热器，在催化剂、加热的作用下，尿素溶液于130℃~160℃、0.4Mpa~0.6Mpa的条件下水解生成NH3、CO2，生成气将携带着水蒸汽一并上升到水解反应器的上部，进入气体收集器，混合气经过气体收集器中的除雾器之后，水蒸汽被除去，从而使得混合气中只剩余NH3与CO2，该混合气体继续上升，进入中空纤维膜接触器，除去CO2后，进入到氨/空混合器。该混合气体继续上升，进入中空纤维膜接触器，除去CO2的过程为：在中空纤维膜接触器，气体走管程，醇胺类吸收剂自吸收剂储存槽通过输送泵输送至壳程，两相逆流接触；在气体出口处安装有CO2密度计，用来监测CO2的浓度，若浓度增加，则认为吸收剂达到饱和；当吸收液吸收饱和后，则通过阀门进入饱和溶液的贮存槽中；若吸收CO2后的吸收剂未达到饱和，则通过阀门将其继续打入膜吸收装置，进行CO2的吸收。
有益效果
1.本发明利用膜吸收技术捕集CO2与传统的吸收塔相比，膜吸收可以对气、液两相流速宽范围独立控制，而且气液接触面大，能耗低，避免了液泛、雾沫夹带、沟流、鼓泡等现象发生。另外，膜吸收技术更有利于CO2的回收后再次利用，利用膜吸收技术回收的CO2纯度高，可达到95%以上。
2.本发明以疏水中空纤维膜为气液两相间分隔界面，其较强的疏水性能可以防止液相的泄漏，另外所用膜材料能耐受强酸强碱的长期腐蚀，给膜吸收设备提供了更长的使用寿命。而所采用的中空纤维膜组件还具有气液接触面积大、设备体积小等优点。
3本发明以MEA、MDEA等醇胺溶液为吸收剂，后续重新利用CO2时解吸过程相对简单，与传统的方法相比具有设备投资低、分离效率高、使用周期长等优点。
4.本发明处理后CO2含量≤0.3%，去除能力达99%以上。通过此技术，消除了尿素水解对温室效应的影响。
5.CO2与醇胺类吸收液反应生成醇胺类碳酸盐，贮存方便。在使用CO2时可直接将吸收后的溶液加热进行解吸，在90℃~120℃条件下，解吸率可达到90%左右。此技术不仅实现了CO2的捕集，减少了温室气体的排放，同时将CO2封存，更加有利于CO2的回收利用，实现了资源的有效利用。
附图说明
图1为解决尿素催化水解排放温室气体的装置；
图中，1、加热器；2、气体收集器；3、除雾器；4、纤维膜接触器；5、吸收剂储存槽；6、输送泵； 7、CO2密度计；8、阀门；9、贮存槽；10、阀门；11、水解反应器。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种解决尿素催化水解排放温室气体的装置，包括水解反应器11，以及设置在水解反应器11上方的气体收集器2，水解反应器11内部设置有加热器1，气体收集器的内部设置有除雾器3，气体收集器2与中空纤维膜接触器4相连，纤维膜接触器4上部通过阀门8与饱和溶液的贮存槽9相连、通过阀门10与吸收剂储存槽5相连，同时纤维膜接触器4下部通过通过输送泵6与吸收剂储存槽5相连，纤维膜接触器4的下端设置有CO2密度计7。所述中空纤维膜接触器4包括中空纤维膜丝，纤维膜数目为1000~2000，长度1~1.5m，装填率20%~50%，膜丝的材料为聚四氟乙烯。
一种解决尿素催化水解排放温室气体的方法，将尿素溶液与催化剂在水解反应器11底端加入，水解反应器11中安装有加热器1，在催化剂、加热的作用下，尿素溶液于130℃~160℃、0.4Mpa~0.6Mpa的条件下水解生成NH3、CO2，生成气将携带着水蒸汽一并上升到水解反应器的上部，进入气体收集器2，混合气经过气体收集器中的除雾器3之后，水蒸汽被除去，从而使得混合气中只剩余NH3与CO2，该混合气体继续上升，进入中空纤维膜接触器4，除去CO2后，进入到氨/空混合器。
该混合气体继续上升，进入中空纤维膜接触器4，除去CO2的过程为：在中空纤维膜接触器4，气体走管程，醇胺类吸收剂自吸收剂储存槽5通过输送泵6输送至壳程，两相逆流接触；在气体出口处安装有CO2密度计7，用来监测CO2的浓度，若浓度增加，则认为吸收剂达到饱和；当吸收液吸收饱和后，则通过阀门8进入饱和溶液的贮存槽9中；若吸收CO2后的吸收剂未达到饱和，则通过阀门10将其继续打入膜吸收装置，进行CO2的吸收。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种解决尿素催化水解排放温室气体的装置，包括水解反应器（11），以及设置在水解反应器（11）上方的气体收集器（2），水解反应器（11）内部设置有加热器（1），气体收集器的内部设置有除雾器（3），其特征在于，气体收集器（2）与中空纤维膜接触器（4）相连，纤维膜接触器（4）上部通过阀门（8）与饱和溶液的贮存槽（9）相连、通过阀门（10）与吸收剂储存槽（5）相连，同时纤维膜接触器（4）下部通过通过输送泵（6）与吸收剂储存槽（5）相连。
2.根据权利要求1所述的一种解决尿素催化水解排放温室气体的装置，其特征在于，所述中空纤维膜接触器（4）包括中空纤维膜丝，纤维膜数目为1000~2000，长度1~1.5m，装填率20%~50%，膜丝的材料为聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的一种解决尿素催化水解排放温室气体的装置，其特征在于，所述纤维膜接触器（4）的下端设置有CO2密度计（7）。
4.一种解决尿素催化水解排放温室气体的方法，其特征在于，尿素溶液与催化剂在水解反应器（11）底端加入，水解反应器（11）中安装有加热器（1），在催化剂、加热的作用下，尿素溶液于130℃~160℃、0.4Mpa~0.6Mpa的条件下水解生成NH3、CO2，生成气将携带着水蒸汽一并上升到水解反应器的上部，进入气体收集器（2），混合气经过气体收集器中的除雾器（3）之后，水蒸汽被除去，从而使得混合气中只剩余NH3与CO2，该混合气体继续上升，进入中空纤维膜接触器（4），除去CO2后，进入到氨/空混合器。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该混合气体继续上升，进入中空纤维膜接触器（4），除去CO2的过程为：在中空纤维膜接触器（4），气体走管程，醇胺类吸收剂自吸收剂储存槽（5）通过输送泵（6）输送至壳程，两相逆流接触；在气体出口处安装有CO2密度计（7），用来监测CO2的浓度，若浓度增加，则认为吸收剂达到饱和；当吸收液吸收饱和后，则通过阀门（8）进入饱和溶液的贮存槽（9）中；若吸收CO2后的吸收剂未达到饱和，则通过阀门（10）将其继续打入膜吸收装置，进行CO2的吸收。
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