CN114247287A - 一种尿素热解工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种尿素热解工艺及其装置，涉及尿素分解技术领域，包括：从反应腔进气口通入气体；将尿素颗粒和吸波颗粒混合后的第一混合物，分别加入所述反应腔的多个反应区；其中，相邻反应区之间用金属网隔板隔开；在微波的作用下，反应区内的尿素分解，得到氨气；其中，所述各反应区顶部设置微波源；将所述氨气通过出气口排出，并将反应后剩余的吸波颗粒排入收集袋。本发明基于对尿素颗粒和吸波颗粒得到的混合，在微波源作用下对混合物进行高温分解，实现了在对尿素的高效分解，降低了尿素分解过程中所需的能耗，节能环保。

Description

一种尿素热解工艺及其装置

技术领域

本发明涉及尿素水解技术领域，具体而言，涉及一种尿素热解工艺及其装置。

背景技术

随着国家环保标准的逐渐提高，以及环保监管力度的逐年增加，电力行业的环保问题受到了广泛关注。目前脱硝的主流技术，其采用氨气作为还原剂，在催化剂的作用下，将氮氧化物还原成对大气无害的氮气和水，从而达到脱硝的目的。

尿素热解原理是通过热源加热尿素颗粒，在一定温度条件下尿素热解成气态的NH3，其产氨量与反应温度和反应停留时间正相关，其中反应温度影响最大。现有技术中主要采用电加热或蒸汽加热的方式达到尿素分解所需的温度，从而达到分解尿素的目的。

然而，现有技术中采用电加热或水蒸气加热分解尿素的方法存在尿素分解所需温度高，导致分解过程能耗大的问题，因此，现在急需一种可以低能耗分解尿素的装置。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中采用电加热或水蒸气加热分解尿素的不足，提供一种尿素热解工艺及其装置，以解决现有技术中尿素分解所需温度高，导致分解过程能耗大的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种尿素热解工艺，包括：

从反应腔进气口通入气体；

将尿素颗粒和吸波颗粒混合后的第一混合物，分别加入所述反应腔的多个反应区；其中，相邻反应区之间用金属网隔板隔开；

在微波的作用下，反应区内的尿素分解，得到氨气；其中，所述各反应区顶部设置微波源；

将所述氨气通过出气口排出，并将反应后剩余的吸波颗粒排入收集袋。

第二方面，本发明还公开了一种尿素热解装置，包括：反应腔、进气口、风机、微波源、分隔层、隔板、金属网、出气口和收集袋；

其中，所述微波源设置在所述反应腔相对的顶部；所述风机设置在所述反应腔的进气口处；所述反应腔被所述分隔层分隔为多个反应区，所述分隔层为网状；所述收集袋设置在所述反应腔的底部；所述隔板设置在各分隔区的底部；所述金属网设置在所述进气口和所述出气口。

第三方面，本发明还公开了一种尿素热解设备，包括：

尿素反应腔，所述尿素反应腔包括多个反应区，每一反应区均匀的放置尿素颗粒和吸波颗粒；其中，所述尿素颗粒和所述吸波颗粒密度相同；

微波组件，所述微波组件包括多个微波源，所述每一反应区对应一个微波源；所述微波源设置在所述反应区顶部；

气体导入组件，气体导入组件包括进气口和出气口，通过所述进气口的风机向所述反应腔导入气体，并将反应后的气体从所述出气口排出；

收集组件，将所述反应腔中剩余物质收集至所述收集组件。

第四方面，本发明还公开了一种电子设备，一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当所述指令被执行时，使得计算机执行如上述第一方面所述的尿素热解工艺。

本发明的有益效果是：本发明中提供的一种尿素热解工艺及其装置，包括：从反应腔进气口通入气体；将尿素颗粒和吸波颗粒混合后的第一混合物，分别加入所述反应腔的多个反应区；其中，相邻反应区之间用金属网隔板隔开；在微波的作用下，反应区内的尿素分解，得到氨气；其中，所述各反应区顶部设置微波源；将所述氨气通过出气口排出，并将反应后剩余的吸波颗粒排入收集袋。也就是说，本发明基于对尿素颗粒和吸波颗粒得到的混合，在微波源作用下对混合物进行高温分解，实现了在对尿素的高效分解，降低了尿素分解过程中所需的能耗，节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的尿素热解工艺流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的尿素热解工艺装置示意图；

图3为本发明另一实施例提供的尿素热解工艺设备示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明一实施例提供的尿素热解工艺流程示意图；图2为本发明另一实施例提供的尿素热解工艺装置示意图；图3为本发明另一实施例提供的尿素热解工艺设备示意图。以下将结合图1至图3，对本发明实施例所提供的尿素热解工艺的过程进行详细说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的实施例提供了尿素热解工艺，应用于尿素热解工艺设备。下面结合图1，对该方法包括的步骤进行具体介绍。

步骤101：从反应腔进气口通入气体。

本发明实施例中，气体包括空气、VOCs以及高温烟气等。可选的，在反应腔进气口处安装风机，将腔体外的气体吸入反应腔中进行处理。

步骤102：将尿素颗粒和吸波颗粒混合后的第一混合物，分别加入所述反应腔的多个反应区。

其中，相邻反应区之间用金属网隔板隔开。

本发明实施例中，尿素颗粒是一种由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物是一种白色晶体，吸波颗粒是吸收微波的颗粒物，其中，尿素颗粒与吸波颗粒密度相同，大小基本相同，从而保证尿素颗粒和吸波颗粒可以充分混合。反应腔为金属腔体，金属腔体内放置多个金属网隔板，将反应腔分为n个反应区，n为大于或等于2的正整数。可选的，在尿素颗粒和吸波颗粒充分混合的情况下，加入各反应区中。

步骤103：在微波的作用下，反应区内的尿素分解，得到氨气。

其中，所述各反应区顶部设置微波源。

本发明实施例中，反应腔顶部阵列式设置多个可调功率的微波源，多个微波源均匀的分布在顶部，使得腔体内能够均匀受热。微波源照射在个反应区内的吸波颗粒上，吸波颗粒充分吸收微波，散发热量，并且微波具有强氧化性，将尿素颗粒迅速分解为氨气分子。

步骤104：将所述氨气通过出气口排出，并将反应后剩余的吸波颗粒排入收集袋。

本发明实施例中，收集袋安装在设备底部位置处，通过分隔层将腔体与收集袋隔开，从而防止反应腔内的颗粒物在反应的过程中落入收集袋中，导致尿素颗粒未得到充分处理。可选的，控制器根据反应时间确定尿素颗粒是否完全分解，从而打开分隔层，使得吸波颗粒进入收集袋，或控制器根据传感器确定反应腔的重力小于或等于预设重力值时，打开分隔层，将反应后剩余的吸波颗粒排入收集袋中。

本发明实施例中，本发明中提供的一种尿素热解工艺及其装置，包括：从反应腔进气口通入气体；将尿素颗粒和吸波颗粒混合后的第一混合物，分别加入所述反应腔的多个反应区；其中，相邻反应区之间用金属网隔板隔开；在微波的作用下，反应区内的尿素分解，得到氨气；其中，所述各反应区顶部设置微波源；将所述氨气通过出气口排出，并将反应后剩余的吸波颗粒排入收集袋。也就是说，本发明基于对尿素颗粒和吸波颗粒得到的混合，在微波源作用下对混合物进行高温分解，实现了在对尿素的高效分解，降低了尿素分解过程中所需的能耗，节能环保。

在另一种可行的实施例中，本发明还提供了一种微波分解尿素的装置，如图2所示，该装置包括：反应腔1、进气口2、风机3、微波源4、分隔层5、隔板6、金属网7、出气口8和收集袋9。

本发明实施例中，尿素，又称碳酰胺(carbamide)，化学式是CH₄N₂O，是由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物是一种白色晶体。尿素颗粒的大小取值范围为0.8mm-4.8mm。吸波颗粒指的是吸收微波的颗粒，这里，吸波颗粒采用吸收微波的多孔材料制作而成。其中，吸波颗粒的密度与尿素颗粒的密度相同。

可选的，反应腔1为耐高温的金属材质。

本发明实施例中，反应腔1内包含尿素颗粒和吸波颗粒，并且反应腔1外部设置微波源4，微波源4在工作状态下散发出巨大的热量，并且吸波材料吸收微波也散发热量，因此，为防止高温发生火灾，烧毁设备，必须选择耐高温的金属材质。

可选的，微波源4包括多个，多个微波源4阵列式设置在反应腔1的顶部。

本发明实施例中，为了使反应腔1在微波源4的作用下均匀受热，在反应腔1外壁设置多个微波源4。需要说明的是，微波源4在外加交变电磁场作用下，物料内极性分子极化并随外加交变电磁场极性变更而交变取向，如此众多的极性分子因频繁相互间摩擦损耗，使电磁能转化为热能。

本发明实施例中，反应腔1为金属材质，且金属为耐高温的金属材质。微波源4是指产生微波能量的装置称为微波源。这里，微波源4包括多个，多个微波源4阵列式分布在反应腔的顶部。微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电波，被加热介质物料中的水分子是极性分子。它在快速变化的高频点磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化。造成分子的相互摩擦运动的效应，此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化等一些列物化过程而达到微波加热的目的。

采用微波加热，具有以下优点：加热时间短；热能利用率高，节省能源；加热均匀；微波源易于控制，微波还能诱导催化反应的发生。

微波是由微波源产生的，微波源主要由大功率磁控管构成。磁控管是利用电子在真空中运动来完成能量变换的器件，能产生大功率的微波能，例如4250MHz的磁波管可以得到5MHz，而4250MHz速调管可得到30MHz，所以微波技术可以应用到废水处理技术领域。

可选的，尿素热解装置还包括控制器和进料口。控制器用于控制隔板定时打开和关闭；进料口包含多个；其中，每一分隔层对应一个进料口。

进一步的，压力传感器设置在内腔7的内部。

本发明实施例中，压力传感器10用于检测内腔7中的压力值，若内腔7的压力值小于或等于预设的压力值，提示加入尿素颗粒。

本发明实施例中，控制器设置在反应腔1的外部，进料口用于加入尿素颗粒与吸波颗粒至反应腔1中。可选的每一反应区对应一个进料口和/或反应腔1对应一个进料口，进料口的末端分为多个支管，每一支管通入一个反应区。控制器根据压力传感器上报的数据确定各反应区内的尿素颗粒分解完后，发出报警提示，和/或直接通过储藏尿素颗粒装置加入尿素颗粒。

其中，微波源4设置在反应腔1相对的顶部；风机3设置在反应腔1的进气口2处；反应腔1被分隔层5分隔为多个反应区，分隔层5为网状；收集袋9设置在反应腔1的底部；隔板6设置在各分隔层5的底部；金属网7设置在进气口2和出气口8。

本发明实施例中，尿素颗粒与吸波颗粒密度相同，颗粒大小相同，充分混合后加入各个反应区。进气口2和出气口8均设置有金属网，防止反应腔1中的微波泄露，进一步的，进气口2位置处设置风机3，在风机3的作用下，将进气口2处的空气以及高温烟气吸入反应腔1，在微波源4的作用下对高温烟气以及尿素进行分解，并将反应后的气体从出气口8排出反应腔外1。

示例性的，反应腔1中设置多个分隔层5，将反应腔1分隔为多个反应区，尿素颗粒与吸波颗粒通过进料口进料口进入各个反应区。在各反应区顶部微波源4的作用下，吸波颗粒吸收微波，并将周围的尿素颗粒迅速分解，生成氨气，并将氨气从出气口8排出。各个反应区中的尿素颗粒充分分解后，仅剩余吸波颗粒，此时，将吸波颗粒从隔板6下排出到收集袋9中，进行回收利用，从而实现尿素热解的同时，资源得到有效的回收利用。

可选的，金属网7的孔径小于或等于3mm。

进一步的，尿素热解装置的进气口2处设置金属网7，且金属网的孔径小于或等于3mm。相应的，在反应腔1的出气口位置处设置金属网7。这里，为了防止微波泄露。由于人体长期与微波辐射源距离很近时，因受到过量的辐射能量从而产生头晕、睡眠障碍、记忆力减退、心跳过缓、血压下降等现象。当微波泄漏达到1mw/cm2时，会突然感到眼花，视力下降，甚至引起白内障。为了保障用户的健康，在反应腔体的进出口设置金属网，拐角在微波的作用下，可能会产生微波放电，容易发生危险事故。金属网可以阻隔微波泄露，减少了微波对人体的伤害，提高了系统的安全性。

进一步，尿素热解装置出气口8还可以设置过滤网，过滤网用于过滤待处理废气分子发生反应后生成的颗粒物。其中，过滤网为可替换的，从而便于后期的维护。

本实施例公开了一种尿素热解装置，包括：反应腔1、进气口2、风机3、微波源4、分隔层5、隔板6、金属网7、出气口8和收集袋9；其中，微波源4设置在反应腔1相对的顶部；风机3设置在反应腔1的进气口处；反应腔1被分隔层5分隔为多个反应区，分隔层5为网状；收集袋9设置在反应腔1的底部；隔板6设置在各分隔层5的底部；金属网7设置在进气口2和出气口8。也就是说，本发明将尿素颗粒和吸波颗粒充分混合后通过进料口加入内腔中，并在微波源和风机的作用下，将反应后的氨气迅速从出气口排出，实现了对尿素进行高效分解，分解过程能耗低、设备结构简单且安全性高。

在上述实施例的基础上，一种尿素热解设备，包括：

尿素反应腔，尿素反应腔包括多个反应区，每一反应区均匀的放置尿素颗粒和吸波颗粒；其中，尿素颗粒和吸波颗粒密度相同；微波组件，微波组件包括多个微波源，每一反应区对应一个微波源；微波源设置在反应区顶部；气体导入组件，气体导入组件包括进气口和出气口，通过进气口的风机向反应腔导入气体，并将反应后的气体从出气口排出；收集组件，将反应腔中剩余物质收集至收集组件。本发明基于对尿素颗粒和吸波颗粒得到的混合，在微波源作用下对混合物进行高温分解，实现了在对尿素的高效分解，降低了尿素分解过程中所需的能耗，节能环保。

图3为本发明另一实施例提供的尿素热解设备示意图，集成于终端设备或者终端设备的芯片。

该装置包括：存储器301、处理器302。

存储器301用于存储程序，处理器302调用存储器301存储的程序，以执行上述尿素热解工艺实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。

优选地，本发明还提供一种程序产品，例如计算机可读存储介质，包括程序，该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (4)

1.一种尿素热解工艺，其特征在于，包括：

从反应腔进气口通入气体；

将尿素颗粒和吸波颗粒混合后的第一混合物，分别加入所述反应腔的多个反应区；其中，相邻反应区之间用金属网隔板隔开；

在微波的作用下，反应区内的尿素分解，得到氨气；其中，所述各反应区顶部设置微波源；

将所述氨气通过出气口排出，并将反应后剩余的吸波颗粒排入收集袋。

2.一种尿素热解装置，其特征在于，包括：反应腔、进气口、风机、微波源、分隔层、隔板、金属网、出气口和收集袋；

其中，所述微波源设置在所述反应腔相对的顶部；所述风机设置在所述反应腔的进气口处；所述反应腔被所述分隔层分隔为多个反应区，所述分隔层为网状；所述收集袋设置在所述反应腔的底部；所述隔板设置在各分隔区的底部；所述金属网设置在所述进气口和所述出气口。

3.一种尿素热解设备，其特征在于，包括：

尿素反应腔，所述尿素反应腔包括多个反应区，每一反应区均匀的放置尿素颗粒和吸波颗粒；其中，所述尿素颗粒和所述吸波颗粒密度相同；

微波组件，所述微波组件包括多个微波源，所述每一反应区对应一个微波源；所述微波源设置在所述反应区顶部；

气体导入组件，气体导入组件包括进气口和出气口，通过所述进气口的风机向所述反应腔导入气体，并将反应后的气体从所述出气口排出；

收集组件，将所述反应腔中剩余物质收集至所述收集组件。

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当所述指令被执行时，使得计算机执行如权利要求1的尿素热解工艺。

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