CN112827335A - 一种低nox烟气排放的天然气制氢工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天然气制氢工艺技术领域，更具体的说是涉及一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺，解决了天然气转化炉烟气氮氧化物排放超标的问题，具体方法为：(1)在天然气制氢转化炉上连接还原剂进料管线，在天然气制氢过程中，通过还原剂进料管线向转化炉的炉膛内通入还原剂与氮氧化物发生了反应；(2)还原剂进料管线与转化炉的炉膛连接处连接有喷射结构；(3)还原剂进料管线上设置有控温系统，控温系统是将还原剂的喷射量与燃料天然气的流量做正向反馈，转化炉顶部的温度与燃料气流量控制阀做联锁，同时调节还原剂调节阀的开度；(4)还原剂进料管线上连接出口压稳定的离心泵，在离心泵出口管路上设置压力调节阀和流量计。

Description

一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺
技术领域
本发明涉及天然气制氢工艺技术领域，更具体的说是涉及一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺。
背景技术
随着大气污染物减排的日益深入和国家对各种炉窑尾气排放值日益严格的限制，将天然气(包括其他烷烃)作为燃料的制氢转化炉尾气排放，在原有排放标准下是可以达标的，但是在目前新的排放标准将氮氧化物的排放标准降到了50mg/Nm3，一些地方标准甚至降到了30mg/Nm3，所以迫切要求削减制氢转化炉的尾气中的氮氧化物含量。
目前天然气制氢转化炉通常为顶烧炉或侧烧炉，如果在炉内不采取措施，其尾气处理方式通常采用化学吸收的尾端治理办法，需要将烟气加压水洗，并在处理过程中产生大量的污水，一次投资大，增加装置占地和运行成本，是十分不合算的方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺，该制氢工艺中产生的烟气从源头限制了氮氧化物的产生，实现了低排放的效果，解决了天然气转化炉烟气氮氧化物排放超标的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺，具体方法为：
(1)在天然气制氢转化炉上连接还原剂进料管线，在天然气制氢过程中，通过还原剂进料管线向转化炉的炉膛内通入还原剂与氮氧化物发生了反应；
(2)还原剂进料管线与转化炉的炉膛连接处连接有喷射结构；
(3)还原剂进料管线上设置有控温系统，所述控温系统是将还原剂的喷射量与燃料天然气的流量做正向反馈，转化炉顶部的温度与燃料气流量控制阀做联锁，同时调节还原剂调节阀的开度；
(4)还原剂进料管线上连接出口压稳定的离心泵，在离心泵出口管路上设置压力调节阀和流量计。
本发明中的技术方案采用不加催化剂的脱硝方法，利用天然气制氢转化炉较高的燃烧温度(1100℃左右)，该达到了选择性非催化还原脱销反应的合适反应温度，因此向炉内喷射还原剂，即可达到削减氮氧化物的目的。
由于炉膛内为微负压，有利于还原剂的喷射，因此喷射结构选这出口压稳定的理性泵即可满足要求，在还原剂加压泵出口管路上设置的压力调节阀和流量计，保证了足量的还原剂进入到炉内反应。
进一步的，所述转化炉的炉膛上部和下部均连接有挡板，中部连接有调节挡板。
由于天然气制氢转化炉的主要功能是保证天然气在合适的温度下与蒸汽重整为富氢转化气，因此转化炉内温度和流场较为复杂，必须对炉体本身进行改造，因此本发明通过在炉膛的上部和下部增加挡板，防止喷入的还原剂进入炉体边角死区，在中部增加调节挡板，以避免直接冲刷炉管和调整喷入的角度，在保证制氢转化反应顺利的情况下，达到脱销的效果。
进一步的，所述喷射结构包括喷枪，所述喷枪上连接有喷嘴，所述喷枪外部套设有套筒。
其中，所述喷嘴采用哈氏合金B制作；所述套筒采用310S不锈钢制作。
其中，所述喷射结构的端部均采用圆角，开孔处微孔不拐弯，孔内曲面圆滑。
虽然转化炉自身就具有天然气烧嘴，但是为保证转化炉的炉膛温度可以得到精确的控制，需要对还原剂的喷嘴进行单独的设置，本申请中的喷嘴采用哈氏合金B制作、套筒采用310S不锈钢制作，使整个喷射结构起到耐腐蚀、耐高温、耐冲刷的效果，并且整个喷射结构的端部无明显的棱角，起到了防止磨蚀的效果，而且开孔处的微孔不拐弯，孔内曲面圆滑，可以实现还原剂喷射顺畅且不堵塞的效果；根据实际情况在转化炉的炉体上的合适位置孔，以实现喷射均匀，且具有一定的穿透力为准，保证还原剂在反应温度窗口内与氮氧化物完成反应。
进一步的，所述控温系统控制的温度为1030～1070℃。
制氢转化炉本来的作用是在一定的温度压力下产生富氢转化气，在喷射混入还原剂之后会对转化炉内的温度造成影响，本申请中的控温系统通过控制喷入的还原剂和燃料天然气的量即可将温度控制在1030～1070℃之间，而该温度恰好是还原剂与氮氧化物实现最佳反应效果的温度范围，以实现对NOX的最近处理效果。
在还原剂喷入转化炉的之后，转化炉内的温度分布发生了变化，温度在垂直于地面的方向由上到下呈降低趋势，上部颜色较深，下部颜色较浅，主要是还原剂与氮氧化物发生了反应，导致温度在喷射方向出现了波动。
本申请的控温系统在保证天然气和蒸汽的转化反应温度的情况下，还保证了氮氧化物与还原剂的反应温度为1030～1070℃，通过将还原剂的喷射量与燃料天然气的流量做正向反馈，转化炉顶部的温度(N个温度取平均值)与燃料气流量控制阀座联锁，同时调节还原剂调节阀的开度，实现了精确地控制温度的效果，保证了炉膛内的脱销反应迅速完成，而且对炉管内的转化反应也不会造成影响。
进一步的，通入转化炉炉膛内的还原剂包括NH3、尿素中的任意一种。
其主要反应机理为：
NH3为还原剂：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O；
尿素为还原剂：NO+CO(NH2)2+1/2O2→2N2+CO2+H2O。
综上所述，本发明相较于现有技术的有益效果是：
(1)本发明采用不加催化剂的脱硝方法，利用天然气制氢转化炉较高的燃烧温度(1100℃左右)，该达到了选择性非催化还原脱销反应的合适反应温度，因此向炉内喷射还原剂，即可达到削减氮氧化物的目的；
(2)本申请中的喷嘴采用哈氏合金B制作、套筒采用310S不锈钢制作，使整个喷射结构起到耐腐蚀、耐高温、耐冲刷的效果，并且整个喷射结构的端部无明显的棱角，起到了防止磨蚀的效果，而且开孔处的微孔不拐弯，孔内曲面圆滑，可以实现还原剂喷射顺畅且不堵塞的效果；
(3)本申请的控温系统在保证天然气和蒸汽的转化反应温度的情况下，还保证了氮氧化物与还原剂的反应温度为1030～1070℃，通过将还原剂的喷射量与燃料天然气的流量做正向反馈，转化炉顶部的温度(N个温度取平均值)与燃料气流量控制阀座联锁，同时调节还原剂调节阀的开度，实现了精确地控制温度的效果，保证了炉膛内的脱销反应迅速完成，而且对炉管内的转化反应也不会造成影响。
附图说明
图1为本发明天然气制氢的整体流程示意图；
图2为本发明转化炉的炉膛内部结构示意图；
图3为本发明的喷射结构的结构示意图；
图4为本发明的转化炉呢喷入还原剂之后的温度分布显示图。
附图标记：挡板11，炉膛12，调节挡板13，转化炉14，喷枪15，套筒16，喷嘴17。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合图1-4和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1-4所示，一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺，具体方法为：
(1)在天然气制氢转化炉14上连接还原剂进料管线，在天然气制氢过程中，通过还原剂进料管线向转化炉14的炉膛12内通入还原剂与氮氧化物发生了反应；
(2)还原剂进料管线与转化炉14的炉膛12连接处连接有喷射结构；
(3)还原剂进料管线上设置有控温系统，所述控温系统是将还原剂的喷射量与燃料天然气的流量做正向反馈，转化炉14顶部的温度与燃料气流量控制阀做联锁，同时调节还原剂调节阀的开度；
(4)还原剂进料管线上连接出口压稳定的离心泵，在离心泵出口管路上设置压力调节阀和流量计。
其中，转化炉14的炉膛12上部和下部均连接有挡板11，中部连接有调节挡板13。
其中，喷射结构包括喷枪15，所述喷枪15上连接有喷嘴17，所述喷枪15外部套设有套筒16。
其中，喷嘴17采用哈氏合金B制作；所述套筒16采用310S不锈钢制作。
其中，喷射结构的端部均采用圆角，开孔处微孔不拐弯，孔内曲面圆滑。
其中，控温系统控制的温度为1030～1070℃。
其中，通入转化炉14的炉膛12内的还原剂包括NH3、尿素中的任意一种。
其主要反应机理为：
NH3为还原剂：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O；
尿素为还原剂：NO+CO(NH2)2+1/2O2→2N2+CO2+H2O。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺，其特征在于，具体方法为：
(1)在天然气制氢转化炉(14)上连接还原剂进料管线，在天然气制氢过程中，通过还原剂进料管线向转化炉(14)的炉膛(12)内通入还原剂与氮氧化物发生了反应；
(2)还原剂进料管线与转化炉(14)的炉膛(12)连接处连接有喷射结构；
(3)还原剂进料管线上设置有控温系统，所述控温系统是将还原剂的喷射量与燃料天然气的流量做正向反馈，转化炉(14)顶部的温度与燃料气流量控制阀做联锁，同时调节还原剂调节阀的开度；
(4)还原剂进料管线上连接出口压稳定的离心泵，在离心泵出口管路上设置压力调节阀和流量计。
2.根据权利要求1所述的一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺，其特征在于，所述转化炉(14)的炉膛(12)上部和下部均连接有挡板(11)，中部连接有调节挡板(13)。
3.根据权利要求1所述的一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺，其特征在于，所述喷射结构包括喷枪(15)，所述喷枪(15)上连接有喷嘴(17)，所述喷枪(15)外部套设有套筒(16)。
4.根据权利要求3所述的一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺，其特征在于，所述喷嘴(17)采用哈氏合金B制作；所述套筒(16)采用310S不锈钢制作。
5.根据权利要求3所述的一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺，其特征在于，所述喷射结构的端部均采用圆角，开孔处微孔不拐弯，孔内曲面圆滑。
6.根据权利要求1所述的一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺，其特征在于，所述控温系统控制的温度为1030～1070℃。
7.根据权利要求1所述的一种低NOX烟气排放的天然气制氢工艺，其特征在于，通入转化炉(14)的炉膛(12)内的还原剂包括NH3、尿素中的任意一种。
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