CN114455606A - 一种基于微波尿素水解制氨系统及其制氨工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于微波尿素水解制氨系统及制氨工艺，涉及尿素分解技术领域，包括：尿素溶液容器、加热腔、水解反应腔和控制器；其中，尿素溶液容器的顶部与加热腔底部连接；加热腔的顶部与水解反应腔连接；水解反应腔的侧壁设置微波源；微波源与控制器连接。本发明基于微波和催化剂对将汽化后的尿素溶液进行水解，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，涉及一种基于微波尿素水解制氨系统及其制氨工艺。
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，提供一种基于微波尿素水解制氨系统及其制氨工艺，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尿素水解制氨系统，包括：尿素溶液容器、加热腔、水解加热腔和控制器；
其中，所述尿素溶液容器的顶部与所述加热腔底部连接；所述加热腔的顶部与所述水解加热腔连接；所述水解加热腔的侧壁设置微波源；所述微波源与所述控制器连接。
可选的，所述加热腔一侧设置进风口，所述进风口位置处设置温度传感器。
可选的，所述温度传感器与所述控制器电连接。
可选的，所述水解加热腔设置多层催化剂板，所述催化剂板设置预设孔径。
可选的，所述水解加热腔的顶部设置出气口，所述出气口处设置浓度传感器和风量传感器，所述浓度传感器和所述风量传感器与所述控制器电连接。
第二方面，本发明还公开了一种微波尿素制氨工艺，包括以下步骤：
制备预设浓度的尿素溶液；
从所述加热腔一侧的底部进气口通入150-300℃烟气，并将所述尿素溶液通过与泵连接的喷头，喷洒在加热腔内；
所述尿素溶液在微波和催化剂的作用下反应，生成氨气；
根据所述氨气的参数信息，调节微波源功率。
第三方面，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一种基于微波尿素水解制氨系统及其制氨工艺。
第四方面，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一种基于微波尿素水解制氨系统及其制氨工艺。
本发明的有益效果是：一种基于微波尿素水解制氨系统及其制氨工艺及制氨工艺，包括：尿素溶液容器、加热腔、水解加热腔和控制器；其中，所述尿素溶液容器的顶部与所述加热腔底部连接；所述加热腔的顶部与所述水解加热腔连接；所述水解加热腔的侧壁设置微波源；所述微波源与所述控制器连接。本发明基于微波和催化剂对将汽化后的尿素溶液进行水解，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尿素水解制氨系统流程示意图；
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工艺过程示意图；
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尿素水解制氨系统流程示意图；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工艺过程示意图；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基于微波水解尿素制氨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尿素水解制氨系统。下面结合图1，对该制氨系统进行具体介绍。
基于微波尿素水解制氨系统包括：尿素溶液容器、加热腔、水解加热腔和控制器。
本发明实施例中，尿素溶液容器用于盛放不同浓度的尿素溶液。可选的，尿素溶液容器为防腐蚀的材料。加热腔用于对尿素溶液进行加热。水解加热腔用于对加热腔加热后的尿素溶液进行高效水解，反应过程中，控制器与各部件之间连接，控制整个反应过程，从而达到动态的调整整个控制系统的调节。
其中，尿素溶液容器的顶部与加热腔底部连接；加热腔的顶部与水解加热腔连接；水解加热腔的侧壁设置微波源；微波源与控制器连接。
具体的，加热腔一侧设置进风口，进风口位置处设置温度传感器。其中，温度传感器与控制器电连接。从而使得在进风的同时对进风口温度的检测，并将检测到的进风口风的温度发送至控制器，控制器根据当前进风口风的温度，确定当前温度是否可以使得尿素汽化，在确定当前温度小于或等于预设尿素汽化温度时，控制器微波源开启加热，使得整个腔体受热，从而达到快速的尿素溶液汽化并热解的过程，降低反应所需的能耗，较少反应时间，加快反应速率。
具体的，水解加热腔设置多层催化剂板，催化剂板设置预设孔径。
本发明实施中，水解加热腔的侧壁设置微波源，微波源包括多个，多个微波源阵列式分布在水解加热腔的侧壁。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。
水解加热腔的内部被催化剂板自下而上分隔为多层反应区，使得尿素溶液的反应逐层提高，最终达到完全反应。进一步的，水解加热腔与加热腔之间设置金属网，水解加热腔的出气口位置处也设置金属网，从而防止微波泄露到空气中对人体造成的伤害，提高了系统的安全性。
需要说明的是，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，在加热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。
其中，水解加热腔的顶部设置出气口，出气口处设置浓度传感器和风量传感器，浓度传感器和风量传感器与控制器电连接。
本发明实施例中，水解加热腔的顶部出气口位置处设置的浓度和风量传感器用于检测出气口处生成氨气的浓度和单位时间内产生的氨气量，并将这些数据发送至控制器，从而控制器依据氨气的生成量和生成氨气的浓度确定尿素溶液的浓度和微波源的使用功率。
本发明实施例中，公开的一种基于微波尿素水解制氨系统及其制氨工艺，包括：尿素溶液容器、加热腔、水解加热腔和控制器；其中，尿素溶液容器的顶部与加热腔底部连接；加热腔的顶部与水解加热腔连接；水解加热腔的侧壁设置微波源；微波源与控制器连接。也就是说，本发明基于微波和催化剂对将汽化后的尿素溶液进行水解，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尿素制氨工艺，如图2所示，该制氨工艺包括以下步骤：
步骤201、制备预设浓度的尿素溶液。
本发明实施例中，根据尿素的溶解度制备预设浓度的尿素溶液。将尿素溶液盛放于尿素溶液容器中。
示例性的，不同浓度的尿素溶液的溶解度不同；可选的，50％尿素结晶温度是18℃，40％尿素结晶温度是2℃，20％尿素结晶温度是0℃，10％尿素结晶温度是0℃。
步骤202、从加热腔一侧的底部进气口通入150-300℃烟气，并将尿素溶液通过与泵连接的喷头，喷洒在加热腔内。
本发明实施例中，进气口位置处设置温度传感器，确定烟气的温度在预设温度范围内时，控制器将尿素溶液通过尿素溶液容器中的泵将尿素溶液喷洒在加热腔中。这里的预设温度范围为150-300℃。
步骤203、尿素溶液在微波和催化剂的作用下反应，生成氨气。
本发明实施例中，催化剂加速反应过程，可选的催化剂为金属催化剂，催化剂均匀的分布在催化剂板上。
步骤204、根据氨气的参数信息，调节微波源功率。
本发明实施例中，氨气的参数信息包括氨气的浓度，以及单位时间内氨气的生成量。
本发明实施例中，公开的一种基于微波尿素水解制氨工艺，包括：制备预设浓度的尿素溶液；从加热腔一侧的底部进气口通入150-300℃烟气，并将尿素溶液通过与泵连接的喷头，喷洒在加热腔内；尿素溶液在微波和催化剂的作用下反应，生成氨气；根据氨气的参数信息，调节微波源功率。也就是说，本发明基于微波和催化剂对将汽化后的尿素溶液进行水解，降低了尿素分解过程中所需的能耗，节能环保。
如图3所示，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，以执行上述基于微波尿素水解制氨系统实施例。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)
1.一种基于微波尿素水解制氨系统，其特征在于，包括：尿素溶液容器、加热腔、水解反应腔和控制器；
其中，所述尿素溶液容器的顶部与所述加热腔底部连接；所述加热腔的顶部与所述水解反应腔连接；所述水解反应腔的侧壁设置微波源；所述微波源与所述控制器连接。
2.根据权利要求1所述的基于微波尿素水解制氨系统，其特征在于，所述加热腔一侧设置进风口，所述进风口位置处设置温度传感器。
3.根据权利要求2所述的基于微波尿素水解制氨系统，其特征在于，所述温度传感器与所述控制器电连接。
4.根据权利要求1所述的基于微波尿素水解制氨系统，其特征在于，所述水解反应腔设置多层催化剂板，所述催化剂板设置预设孔径。
5.根据权利要求4所述的基于微波尿素水解制氨系统，其特征在于，所述水解反应腔的顶部设置出气口，所述出气口处设置浓度传感器和风量传感器，所述浓度传感器和所述风量传感器与所述控制器电连接。
6.一种微波尿素制氨工艺，其特征在于，包括以下步骤：
制备预设浓度的尿素溶液；
从所述反应腔一侧的底部进气口通入150-300℃烟气，并将所述尿素溶液通过与泵连接的喷头，喷洒在反应腔内；
所述尿素溶液在微波和催化剂的作用下反应，生成氨气；
根据所述氨气的参数信息，调节微波源功率。
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5中任一项所述的一种基于微波尿素水解制氨系统。
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5中任一项所述的一种基于微波尿素水解制氨系统。
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| US20010016183A1 (en) * | 1998-08-03 | 2001-08-23 | Lothar Hofmann | Process for converting urea into ammonia |
| CN105883853A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-08-24 | 盐城工学院 | 一种尿素制备氨气的方法 |
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