CN114436290A - 一种基于微波水解尿素制氨气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于微波水解尿素制氨气的方法，涉及尿素分解技术领域，包括：获取尿素溶液热和待处理废气；其中，待处理废气温度大于或等于第一温度；基于预设策略对尿素溶液进行处理，得到第一气体；基于微波和催化剂对第一气体和待处理废气进行目标操作，得到目标气体；其中，目标气体包括氨气。本发明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
技术领域
本发明涉及尿素水解技术领域，具体而言，涉及一种基于微波水解尿素制氨气的方法。
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。
尿素水解制氨技术的原理是通过热源加热一定质量浓度的尿素溶液，在一定温度和压力条件下尿素与水发生反应生成气态的NH3和CO2，其产氨量与尿素溶液的浓度、反应温度和反应停留时间正相关，其中反应温度影响最大。现有技术中心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方法。
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，提供一种基于微波水解尿素制氨气的方法，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，本发明提供了一种基于微波水解尿素制氨气的方法，包括：
获取尿素溶液热和待处理废气；其中，所述待处理废气温度大于或等于第一温度；
基于预设策略对所述尿素溶液进行处理，得到第一气体；
基于微波和催化剂对所述第一气体和所述待处理废气进行目标操作，得到目标气体；其中，所述目标气体包括氨气。
可选的，所述基于微波和催化剂对所述第一气体和所述待处理废气进行目标操作，得到目标气体，之后还包括：
获取所述目标气体的浓度；
根据所述目标气体的浓度，调节微波源的工作功率。
可选的，所述获取尿素溶液热和待处理废气，包括：
获取待处理废气的参数信息；其中，所述参数信息包括待处理废气的风量信息；
根据所述参数信息，控制进入尿素腔的待处理废气的风量。
可选的，所述基于预设策略对所述尿素溶液进行处理，得到第一气体，包括：
基于预设周期获取尿素溶液；
将所述尿素溶液以雾状喷洒到尿素腔；
基于所述待处理废气对所述雾状的尿素溶液进行处理，得到第一气体。
第二方面，本发明还公开了一种微波水解尿素制氨气的装置，包括：进气口、风机、尿素腔、泵、喷头、反应腔、微波源、出气口和控制器；
其中，所述进气口的一端与所述风机连接；所述风机还与所述尿素腔连接；所述尿素腔与所述反应腔连接；所述反应腔的外部设置微波源；所述泵通过连接的所述喷头将尿素溶液喷入所述尿素腔；所述控制器与所述微波源连接；所述出气口设置在所述反应腔的顶部。
第三方面，本发明还公开了一种微波分解尿素制氨气的控制系统，包括：获取模块，调节模块、处理模块，
所述获取模块，用于获取尿素溶液热和待处理废气；其中，所述待处理废气温度大于或等于第一温度；
所述调节模块，用于基于预设策略对所述尿素溶液进行处理，得到第一气体；
所述处理模块，用于基于微波和催化剂对所述第一气体和所述待处理废气进行目标操作，得到目标气体；其中，所述目标气体包括氨气。
第四方面，本发明还公开了一种电子设备，所述电子设备包括：包括处理器、存储器，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述装置执行如上述第一方面所述的基于微波水解尿素制氨气的方法。
第五方面，本发明还公开了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基于微波水解尿素制氨气的方法。
本发明的有益效果是：本发明中提供的一种基于微波水解尿素制氨气的方法，包括：获取尿素溶液热和待处理废气；其中，所述待处理废气温度大于或等于第一温度；基于预设策略对所述尿素溶液进行处理，得到第一气体；基于微波和催化剂对所述第一气体和所述待处理废气进行目标操作，得到目标气体；其中，所述目标气体包括氨气。也就是说，本发明中基于微波源对经待处理废气汽化后的尿素气体进行处理，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基于微波水解尿素制氨气的方法流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的基于微波水解尿素制氨气装置示意图；
图3为本发明另一实施例提供的基于微波水解尿素制氨气控制系统示意图；
图4为本发明另一实施例提供的基于微波水解尿素制氨气设备示意图。
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基于微波水解尿素制氨气的方法流程示意图；图2为本发明另一实施例提供的基于微波水解尿素制氨气装置示意图；图3为本发明另一实施例提供的基于微波水解尿素制氨气的控制系统示意图；图4为本发明另一实施例提供的基于微波水解尿素制氨气的设备示意图。以下将结合图1至图4，对本发明实施例所提供的基于微波水解尿素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基于微波水解尿素制氨气的方法，应用于基于微波水解尿素制氨气的设备中。下面结合图1，对该方法包括的步骤进行具体介绍。
步骤101：获取尿素溶液热和待处理废气。
其中，待处理废气温度大于或等于第一温度。
本发明实施例中，微波水解尿素制氨气的设备中包含多个传感器，用于检测不同位置处气体的参数信息。待处理废气为高温烟气，例如，高温烟气的温度大于或等于200°。相应的，第一温度指的是温度大于或等于200°的高温烟气。
本发明实施例中，步骤101获取尿素溶液热和待处理废气，可以通过如下步骤实现：
步骤1011、获取待处理废气的参数信息。
其中，参数信息包括待处理废气的风量信息。
本发明实施例中，根据进气口处设置的风量传感器，检测单位时间内进气口进入待处理废气的风量信息。可选的，进气口处设置风机，根据风机的转速，调节进气口处进入的待处理废气的风量。
步骤1012、根据参数信息，控制进入尿素腔的待处理废气的风量。
本发明实施例中，设备中的控制器根据获取到的风量传感器采集的风量信息，调节风机的转速，控制进入尿素腔的待处理废气的风量。
步骤102：基于预设策略对尿素溶液进行处理，得到第一气体。
本发明实施例中，步骤102基于预设策略对尿素溶液进行处理，得到第一气体，具体可以通过如下步骤实现：
步骤1021：基于预设周期获取尿素溶液。
本发明实施例中，尿素溶液中设置泵，基于泵将溶液传输到尿素腔中，可选的，泵是基于预设周期工作的。
步骤1022：将尿素溶液以雾状喷洒到尿素腔。
本发明实施例中，尿素颗粒与水进行混合，得到尿素溶液。通过泵将尿素溶液添加到尿素腔中，进一步的，泵连接尿素腔的一端设置喷头，喷头与控制器连接，控制器控制喷头溶液的喷洒流量，将尿素溶液雾化。
步骤1023：基于待处理废气对雾状的尿素溶液进行处理，得到第一气体。
本发明实施例中，雾状的尿素经过高温烟气的作用，得到第一气体。这里的第一气体为尿素气体、氨气以及待处理废气。从而实现了基于高温烟气的热能对尿素的水解，降低了能源的消耗。
步骤103：基于微波和催化剂对第一气体和待处理废气进行目标操作，得到目标气体。
其中，目标气体包括氨气。
本发明实施例中，目标气体包括二氧化碳、氨气和水蒸气。待处理废气在微波源和催化剂的作用下，生成二氧化碳、水蒸气以及氨气。
需要说明的是，尿素在高温下与水反应生成NH3和CO2，我们称之为尿素的水解。当温度高于60℃时CO(NH2)2开始水解，温度达到80℃时水解速度加快，145℃以上有剧增趋势，在沸腾的尿素水溶液中水解更为剧烈。
本发明实施例中，目标气体包括二氧化碳、水和氨气，处理后的气体从出气口排出。进一步，基于微波水解尿素设备出口处设置过滤网，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。
进一步的，基于微波和催化剂对第一气体和待处理废气进行目标操作，得到目标气体，之后还包括：
获取目标气体的浓度；根据目标气体的浓度，调节微波源的工作功率。
示例性的，设备的出气口处安装浓度传感器，用于采集出气口处的生成氨气的浓度。传感器将采集到的氨气浓度信息发送至控制器，控制器根据氨气的浓度调节微波源的工作功率。可选的，控制器确定氨气浓度较高时，降低微波源的功率；相应的，控制器确定氨气浓度较低时，增大微波源的功率。需要说明的是，氨气浓度的判断标准根据单位时间内进气口进入待处理废气的风量决定。
本发明实施例中，本发明中提供的一种基于微波水解尿素制氨气的方法，包括：获取尿素溶液热和待处理废气；其中，待处理废气温度大于或等于第一温度；基于预设策略对尿素溶液进行处理，得到第一气体；基于微波和催化剂对第一气体和待处理废气进行目标操作，得到目标气体；其中，目标气体包括氨气。也就是说，本发明中基于微波源对经待处理废气汽化后的尿素气体进行处理，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制氨气的装置，如图2所示，该装置包括：包括：1、进气口2、尿素腔体3、泵4、喷头5、反应腔6、微波源7、出气口8和控制器9。
本发明实施例中，尿素，又称碳酰胺(carbamide)，是由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物是一种白色晶体。尿素在高温下与水反应生成NH3和CO2，我们称之为尿素的水解。当温度高于60℃时CO(NH2)2开始水解，温度达到80℃时水解速度加快，145℃以上有剧增趋势，在沸腾的尿素水溶液中水解更为剧烈。
其中，进气口的一端与风机连接；风机还与尿素腔连接；尿素腔与反应腔连接；反应腔的外部设置微波源；泵通过连接的喷头将尿素溶液喷入尿素腔；控制器与微波源连接；出气口设置在反应腔的顶部。
具体的，进气口设置风量传感器。装置还包括浓度传感器，浓度传感器用于检测出气口的气体浓度。
本发明实施例中，在风机1的作用下，高温烟气从进气口2进入尿素腔3，将尿素腔3中的喷头喷出的尿素溶液进行汽化，汽化后的尿素气体通过管道从反应腔6的底部进入反应腔6。
具体的，进气口2处设置风量传感器，用于检测进气口气体单位时间内的进风量，并且风量传感器与控制器9连接，控制器9根据风量信息控制风机1的转速，从而将进风口2的风量控制在预设范围内。出气口8处设置浓度传感器，用于检测产生的氨气的浓度，该浓度传感器9还与控制器连接，控制器9根据出气口8产生的氨气的浓度，实时调节微波源7功率和风机1的转速，从而实现设备的低功耗且高效率运行。
可选的，微波源7包括多个，多个微波源7阵列式设置在反应腔6侧壁。
本发明实施例中，为了使反应腔6在微波源7的作用下均匀受热，在反应腔6外壁设置多个微波源7。需要说明的是，微波源7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。
可选的，泵通过水管与喷头连接。控制器还与喷头连接，用于控制喷头的喷水量。
本发明实施例中，喷头5固定在反应腔6的顶部位置，在工作状态下，喷头5均匀的向下喷水，喷水的形状可以根据需要进行设置。示例性的，喷水可以为圆形、弧形、或扇形。
本发明实施例中，反应腔6为金属材质，且金属为耐高温的金属材质。微波源7是指产生微波能量的装置称为微波源。这里，微波源7包括多个，多个微波源7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。
本发明实施例中，尿素溶液经过高温烟气的汽化之后，将汽化后的气体通过管道从反应腔6的底部入口进入与反应腔6，在微波源7和催化剂的作用下水解，产生氨气、二氧化碳和水。
在一种可实现的实施例中，反应腔6被分割为多层，每一层设置催化剂。反应腔的出风口均设置金属网。
本发明实施例中，反应腔6中被金属床层分隔为多个反应区域，多个床层上均匀的铺有催化剂，从而使得汽化后的尿素气体充分反应，达到加快反应速率的目的。
可选的，反应腔6的出入口均设置金属网，且金属网的孔径小于或等于3mm。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，微波尿素水解装置出气口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微波尿素水解装置，包括：风机1、进气口2、尿素腔3、泵4、喷头5、反应腔6、微波源7、出气口8和控制器9；其中，进气口8的一端与风机1连接；风机1还与尿素腔3连接；尿素腔3与反应腔6连接；反应腔6的外部设置微波源7；泵4通过连接的喷头5将尿素溶液喷入尿素腔3；控制器9与微波源7连接；出气口8设置在反应腔6的顶部。也就是说，本发明基于高温烟气将尿素溶液汽化，并通过微波和催化加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。
如图3所示，为本发明实施例另一实施例中提供的基于微波水解尿素制氨气的控制系统示意图。该装置包括：获取模块301，调节模块302和处理模块303，
获取模块301，用于获取尿素溶液热和待处理废气。
其中，待处理废气温度大于或等于第一温度。
调节模块302，用于基于预设策略对尿素溶液进行处理，得到第一气体。
处理模块303，用于基于微波和催化剂对第一气体和待处理废气进行目标操作，得到目标气体；其中，目标气体包括氨气。
需要说明的是，本实施例中与其它实施例中相同步骤和相同内容的说明，可以参照其它实施例中的描述，此处不再赘述。
本发明实施例中，本发明中的一种微波分解尿素的装置，包括：获取模块301，调节模块302和处理模块303，获取模块301，用于获取尿素溶液热和待处理废气；其中，待处理废气温度大于或等于第一温度；调节模块302，用于基于预设策略对尿素溶液进行处理，得到第一气体；处理模块303，用于基于微波和催化剂对第一气体和待处理废气进行目标操作，得到目标气体；其中，目标气体包括氨气。也就是说，本发明中基于微波源对经待处理废气汽化后的尿素气体进行处理，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4为本发明另一实施例提供的基于微波水解尿素制氨气设备示意图，集成于终端设备或者终端设备的芯片。
该装置包括：存储器401、处理器402。
存储器401用于存储程序，处理器402调用存储器401存储的程序，以执行上述基于微波水解尿素制氨气的方法实施例。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 (8)
1.一种基于微波水解尿素制氨气的方法，所述方法应用于其特征在于，包括：
获取尿素溶液热和待处理废气；其中，所述待处理废气温度大于或等于第一温度；
基于预设策略对所述尿素溶液进行处理，得到第一气体；
基于微波和催化剂对所述第一气体和所述待处理废气进行目标操作，得到目标气体；其中，所述目标气体包括氨气。
2.根据权利要求1所述的基于微波水解尿素制氨气的方法，其特征在于，所述基于微波和催化剂对所述第一气体和所述待处理废气进行目标操作，得到目标气体，之后还包括：
获取所述目标气体的浓度；
根据所述目标气体的浓度，调节微波源的工作功率。
3.根据权利要求1所述的基于微波水解尿素制氨气的方法，其特征在于，所述获取尿素溶液热和待处理废气，包括：
获取待处理废气的参数信息；其中，所述参数信息包括待处理废气的风量信息；
根据所述参数信息，控制进入尿素腔的待处理废气的风量。
4.根据权利要求1所述的基于微波水解尿素制氨气的方法，其特征在于，所述基于预设策略对所述尿素溶液进行处理，得到第一气体，包括：
基于预设周期获取尿素溶液；
将所述尿素溶液以雾状喷洒到尿素腔；
基于所述待处理废气对所述雾状的尿素溶液进行处理，得到第一气体。
5.一种微波水解尿素制氨气的装置，其特征在于，包括：进气口、风机、尿素腔、泵、喷头、反应腔、微波源、出气口和控制器；
其中，所述进气口的一端与所述风机连接；所述风机还与所述尿素腔连接；所述尿素腔与所述反应腔连接；所述反应腔的外部设置微波源；所述泵通过连接的所述喷头将尿素溶液喷入所述尿素腔；所述控制器与所述微波源连接；所述出气口设置在所述反应腔的顶部。
6.一种微波分解尿素制氨气的控制系统，其特征在于，包括：获取模块，调节模块、处理模块，
所述获取模块，用于获取尿素溶液热和待处理废气；其中，所述待处理废气温度大于或等于第一温度；
所述调节模块，用于基于预设策略对所述尿素溶液进行处理，得到第一气体；
所述处理模块，用于基于微波和催化剂对所述第一气体和所述待处理废气进行目标操作，得到目标气体；其中，所述目标气体包括氨气。
7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：包括处理器、存储器，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述装置执行如权利要求1至4中任一项所述的基于微波水解尿素制氨气的方法。
8.一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至4中任一项所述的基于微波水解尿素制氨气的方法。
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