CN219002586U - 一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，该耦合系统包括吸收反应塔内通过第一氨水泵与第一氨水输送管连通，侧壁连通烟气输送管，顶部连通第一排气管，底部连通第一排浆管；氧化剂发送器和烟气输送总管连通；稠厚器进料口通过第一液浆泵与第一排浆管连通，排液口连通第一排液管，出料口连接第一皮带机；干燥机进料口与第一皮带机相连通，排液口连通第二排液管和第二氨水泵，出料口通过第二皮带机与混料机连通；通过输送带将铵离子复合稳定剂送入混料机，混料机出料口与造粒机进料口连通，造粒机出料口与筛分机进料口连通，经筛分、包装即为产品。本实用新型可一体化脱除烟道气主要污染物并联产制备粒状复合氮肥。

Description

一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统

技术领域

本实用新型涉及环保化工技术领域，具体涉及一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统。

背景技术

烟道气是指由烟道或烟囱排出的对环境有污染的气态物质，包括且不限于石油、石腊、煤炭、天然气、生物质、生活垃圾作为能源燃料燃烧或石油、石腊、煤炭、天然气、生物质、生活垃圾作为原材料生产化工产品或工业生产或石灰石煅烧过程中释放的气体。烟道气的组成非常复杂，主要有N₂、CO_X(CO、CO₂)、SO_X(SO₂、SO₃)、NO_X(NO、NO₂)、H₂S、Ar以及一些分解的碳氢化合物和粉尘等，其中CO_X(CO、CO₂)、SO_X(SO₂、SO₃)、NO_X(NO、NO₂)、H₂S及一些分解的碳氢化合物和粉尘等可形成严重的温室气体和雾霾，对人类赖以生存的生产和生活环境造成严重破坏。

其中烟道气中的二氧化碳是形成温室气体(造成温室效应)的主要来源，而硫氧化物、氮氧化物也是造成大气酸雾污染的主要污染源之一，因此我国也制定了严格的排放指标要求，严格控制烟道气中硫氧化物和氮氧化物的排放。

目前从烟道气中脱除二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物的技术方法很多，也各有利弊，但总体存在着处理单元分散、装置投资大、工艺复杂、运行费用高、处理不彻底、资源化综合利用低等弊端。例如CN102671531A公开了以氨水为吸收剂的烟气污染物吸收方法及装置，但其脱除的污染物仅是二氧化碳和硫氧化物；CN101053747A公开了同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺及其系统，但其脱除的污染物仅是硫氧化物和氮氧化物。CN102671531A和CN101053747A存在的共同缺陷一是均无法实现烟气中二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物的一体化脱除，二是脱除效率不高，而且在CN102671531A中为了能够进一步实现脱硝，还需另建脱硝装置，在CN101053747A中为了能够进一步实现脱碳，还需另建脱碳装置，这都将增加大量投资。因此，建立一套基于碳中和的一体化脱除烟道气主要污染物(CO_X、SO_X、NO_X)并联产制备粒状复合氮肥的系统，以实现二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物的一体化脱除和资源化综合利用，消除由二氧化碳排放引起的温室效应和氮、硫氧化物排放造成的生态环境污染具有十分重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中存在的缺陷，提供一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统。

本实用新型提供了一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，包括：

吸收反应塔，内顶部设有氨水喷淋组件，所述氨水喷淋组件通过第一氨水泵与第一氨水输送管连通，侧壁连通烟气输送管，顶部连通第一排气管，底部连通第一排浆管；

氧化剂发送器，连接有氧化剂输送管，所述氧化剂输送管通过三通管分别与烟气输送管和烟气输送总管连通；

稠厚器，进料口通过第一液浆泵与第一排浆管连通，排液口连通第一排液管和母液泵，出料口连接第一皮带机；

离心机，进料口与第一皮带机连接，排液口连通第二排液管和第二氨水泵，出料口通过第二皮带机与混料机连通，所述混料机的顶部通过带计量器的输送带与铵离子复合稳定剂存储装置连通；

挤压造粒机，进口通过第三皮带机与混料机连通，出料口连接第四皮带机。

优选地，还包括鼓风机，所述鼓风机通过输风管与吸收反应塔连通。

优选地，所述第一氨水输送管、第一排液管以及第二排液管均与配氨槽连通，所述配氨槽通过液氨管道与液氨罐连通。

优选地，所述第一排气管通过引风机与氨洗涤塔入口连通，所述氨洗涤塔的顶部通过第二排气管与烟囱连通，所述氨洗涤塔的底部通过第三排液管与配氨槽连通，所述氨洗涤塔内部设有的喷淋组件与进水管连通。

优选地，所述烟气输送总管通过除尘器与烟气发生源连通。

优选地，所述除尘器通过密封输送带与集尘室连通。

优选地，所述第四皮带机与筛分机连通，所述筛分机与包装机连通。

优选地，所述烟气输送总管、烟气输送管、第一排气管以及第二排气管均为碳钢管；所述第一氨水输送管、第一排浆管、第一排液管、第二排液管以及第三排液管均为PE管；所述氧化剂输送管为PE管或钢衬塑管或不锈钢管的任意一种；所述液氨管道为PE管或钢衬塑管或不锈钢管中的任意一种。

优选地，所述吸收反应塔、配氨槽、稠厚器、离心机以及液氨罐的内衬均为PE或不锈钢材质。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型所给出的烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统可使烟气中的二氧化碳含量降低95％，硫氧化物含量降低97％，氮氧化物含量降低96％，达到国家超低排放标准要求，实现二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物的资源化循环利用，消除由二氧化碳排放引起的温室效应和氮、硫氧化物排放造成的生态环境污染，同时还可节约因氮肥生产而必须消耗的大量能源的问题。与现有技术相比，具有装置投资少、工艺简单、脱除效率高、运行费用低、资源化综合利用彻底等优点，本实用新型与传统建设的等养分、等规模的氮肥生产线相比，可减少装备投资60％，在运行过程中，节约煤碳80％，节电60％，同时还可节约大量蒸汽，大幅降低装置运行费。

2、本实用新型所联产的粒状复合氮肥，含有多种植物营养元素和不同的氮肥类型(碳、氮、硫、铵态氮、硝态氮等)，可直接用于农、林业、饲草生产，适用于各类土壤和各种植物，所有元素均可为植物吸收利用，可大幅提高作物产量，改善农产品品质，并可替代各类氮肥品种。其中在粒状复合氮肥中，主要成分为碳酸氢铵(NH₄HCO₃)，占总质量的90％以上。由于中国的地下水多半呈卤咸性，拥有较多的钙离子(Ca²⁺)，碳酸氢铵施入土壤后，其分子中的碳酸根离子(CO₃ ^2-)可与土壤中的钙离子(Ca²⁺)中和，生成化学式非常稳定的化合物—碳酸钙(CaCO₃)，从而将CO₂固定下来。

3、本实用新型联产的粒状复合氮肥，可作为重金属污染土壤的修复材料，对由铅、镉等重金属元素污染的土壤具有良好的修复作用。在联产的粒状复合氮肥中，主要成分为碳酸氢铵(NH₄HCO₃)，其次为硫酸铵((NH₄)₂SO₄)，其分别含有的CO₃ ^2-和SO₄ ^2-，可与土壤中存在的重金属铅离子(Pb²⁺)和镉离子(Cd²⁺)形成难容的碳酸铅(PbCO₃)、碳酸镉(CdCO₃)和硫酸铅(PbSO₄)、硫酸镉(CdSO₄)盐而使其固定下来，使铅离子和镉离子失去生物活性，达到修复由铅和镉污染的土壤，同时还能达到固定CO₂的目的。

4、本实用新型处理1吨二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物，可联产粒状复合氮肥1.8吨，由于是通过回收废弃的二氧化碳作为主要原料之一，产品综合成本低，经济效益高，且本实用新型所给出的烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统所生产的小试产品经在多地进行农业试验表明，可使农业每亩投入减少15元，产量增加10～20％，该技术实施后，可使农业、林业、饲草等获得巨大收益。

5、从本实用新型的有益效果来看，实施本实用新型的经济、社会和生态效益巨大。

附图说明

图1为本实用新型的实际生产工艺流程图；

附图标记说明：

1.烟气发生源，2.烟气输送总管，3.除尘器，4.集尘室，5.烟气输送管，6.氧化剂发送器，7.氧化剂输送管，8.吸收反应塔，9.进风机，10.第一液浆泵，11.稠厚器，12.母液泵，13.配氨槽，14离心机，15.第二氨水泵，16.第二皮带机，17.混料机，18.铵离子复合稳定剂存储装置，19.第三皮带机，20.挤压造粒机，21.第四皮带机，22.筛分机，23.包装机，24.引风机，25.氨洗涤塔，26.烟囱，27.第一氨水泵，28.液氨罐。

具体实施方式

下面结合附图1，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

为了解决现有技术中从烟道气中脱除二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物的技术方法总体存在着处理单元分散、装置投资大、工艺复杂、运行费用高、处理不彻底、资源化综合利用低等弊端。例如CN102671531A所给出的以氨水为吸收剂的烟气污染物吸收方法及装置脱除的污染物仅是二氧化碳和硫氧化物；或CN101053747A所给出的同时脱硫脱硝的湿式氨法烟气洁净工艺及其系统脱除的污染物仅是硫氧化物和氮氧化物。上述两种方法及装置不仅均无法实现烟气中二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物的一体化脱除，而且脱除效率不高，也不能实现二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物的一体化脱除和全面资源化综合利用的问题。

如图1所示，本实用新型提供的一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，包括：

吸收反应塔8，内顶部设有氨水喷淋组件，所述氨水喷淋组件通过第一氨水泵27与第一氨水输送管连通，侧壁连通烟气输送管5，顶部连通第一排气管，底部连通第一排浆管；

氧化剂发送器6，连接有氧化剂输送管7，所述氧化剂输送管7通过三通管分别与烟气输送管5和烟气输送总管2连通；

稠厚器11，进料口通过第一液浆泵10与第一排浆管连通，排液口连通第一排液管和母液泵12，出料口连接第一皮带机；

离心机14，进料口与第一皮带机连接，排液口连通第二排液管和第二氨水泵15，出料口通过第二皮带机16与混料机17连通，所述混料机17的顶部通过带计量器的输送带与铵离子复合稳定剂存储装置18连通；

挤压造粒机20，进口通过第三皮带机19与混料机17连通，出料口连接第四皮带机21。

具体地，还包括鼓风机9，所述鼓风机9通过输风管与吸收反应塔8连通，用于通过鼓风机9将空气通入吸收反应塔8的底部对反应生成物进一步氧化。

具体地，所述第一氨水输送管、第一排液管以及第二排液管均与配氨槽13连通，用于将第二排液管以及第三排液管内排出的氨水回收，所述配氨槽13通过液氨管道与液氨罐28连通，用于补充吸收反应过程中消耗的氨。

具体地，所述第一排气管通过引风机24与氨洗涤塔25入口连通，所述氨洗涤塔25的顶部通过第二排气管与烟囱26连通，所述氨洗涤塔25的底部通过第三排液管与配氨槽13连通，所述氨洗涤塔25内部设有的喷淋组件与进水管连通。

具体地，所述烟气输送总管2通过除尘器3与烟气发生源1连通。

具体地，所述除尘器3通过密封输送带与集尘室4连通，将集尘室4收集的烟尘用于制作土壤调理剂。

具体的，所述烟气输送总管2、烟气输送管5、第一排气管以及第二排气管均为碳钢管；所述第一氨水输送管、第一排浆管、第一排液管、第二排液管以及第三排液管均为PE管；所述氧化剂输送管7为PE管或钢衬塑管或不锈钢管的任意一种；所述液氨管道为PE管或钢衬塑管或不锈钢管中的任意一种。所述吸收反应塔8、配氨槽13、稠厚器11、离心机14以及液氨罐28的内衬均为PE或不锈钢材质。

本实用新型所给出的烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，生成碳酸氢铵、硫酸铵以及硝酸铵的机理：

生成碳酸氢铵的化学机理：

(1)NH₃+H₂O→NH₃·H₂O

(2)2NH₃·H₂O+CO₂→(NH₄)₂CO₃

(3)(NH₄)₂CO₃+CO₂+H₂O→2NH₄HCO₃

生成硫酸铵的化学机理：

(1)SO₂+H₂O→H₂SO₃

(2)H₂SO₃+2NH₃→(NH₄)₂SO₃

(3)(NH₄)₂SO₃+1/2O₂→(NH₄)₂SO₄

生成硝酸铵的化学机理：

(1)NO+1/2O₂→NO₂

(2)NO₂+H₂O→HNO₃+NO

(3)HNO₃+NH₃→NH₄NO₃

通过上述过程形成的以碳基铵态氮肥—碳酸氢铵、硫基铵态氮肥—硫酸铵和硝态-铵态氮肥—硝酸铵的细颗粒的混合物，即为粉状的多元素粉状复合氮肥。将该粉状的多元素复合氮肥通过加入适量的含有植物营养元素的铵离子复合稳定剂，混匀后，经挤压造粒机造粒，即可得到粒状的多元素复合氮肥，可直接应用于农业、山林、草原、绿地、公园，饲草等，适应于各种土壤和各类植物，可替代各类氮肥品种，同时还可大量出口。

本实用新型既能实现我国碳减排和碳中和目标，又能消除硫氧化物和氮氧化物对大气环境的污染，同时为农业、林业、饲草提供了优质的颗粒状新型复合氮肥。产品可直接用于农林草业生产、改良土壤、增加碳汇、释放氧气、提高空气质量，适用于各种土壤和各种植物，所有元素均可为植物吸收利用，可大幅提高作物产量，改善农产品品质，并可替代各类氮肥品种。本实用新型对能源、化工、环保、农业领域的技术进步和产业技术升级将发挥重要作用，对实现碳减排、碳中和，减少温室气体排放、消除硫、氮氧化物对环境的破坏将产生重大影响。

且本实用新型首次开发了一步法脱除烟气中碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物，并联产粒状多元素硫碳基复合氮肥新技术，实现了二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物的资源化循环利用，同时开发了以烟道气中CO₂、SO_X、NO_X联产粒状硫碳基复合氮肥新品种，构建了涉及能源—化工—环保—农业肥料生产的生态耦合循环系统。

该系统可使烟气中的二氧化碳含量降低95％，硫氧化物含量降低97％，氮氧化物含量降低96％，达到国家超低排放标准要求，实现二氧化碳、硫氧化物和氮氧化物的资源化循环利用，消除由二氧化碳排放引起的温室效应和氮、硫氧化物排放造成的生态环境污染，同时还可节约因氮肥生产而必须消耗的大量化石燃料和能源。与现有技术相比：具有装置投资少、工艺简单、脱除效率高、运行费用低、资源化综合利用彻底等优点。

具体的工作原理：

烟道气从烟气发生源1由烟气输送总管2引出，进入除尘器3除尘，除尘后的烟道气由烟气输送管5引出，烟尘收集在集尘室4内，用于制备土壤调理剂；由氧化剂发送器6制备的氧化剂经氧化剂输送管7将氧化剂喷入烟气输送管内，将烟气中的一氧化氮、二氧化硫氧化为二氧化氮和三氧化硫，然后送入吸收反应塔8的底部，与经第一氨水泵27提升的第一氨水输送管的氨水送入吸收反应塔8顶部的氨水喷淋组件内，该吸收反应塔8是以氨水为吸收剂，喷淋下落的氨水与上升的烟气中的碳氧化物(CO₂)、硫氧化物(SO₂、SO₃)和氮氧化物(NO₂)逆流接触，并发生化学反应，生成一定浓度的碳酸氢铵(NH₄HCO₃)、亚硫酸铵((NH₄)₂SO₃)和硫酸铵((NH₄)₂SO₄)、硝酸铵(NH₄NO₃)的混合液浆，为了使吸收反应塔8底部的生成物亚硫酸铵((NH₄)₂SO₃)能够彻底氧化，所以同时再由鼓风机9将空气通入吸收反应塔8的底部，由空气中的氧气对反应生成物(NH₄)₂SO₃进一步氧化为(NH₄)₂SO₄，最终形成碳酸氢铵(NH₄HCO₃)、硫酸铵((NH₄)₂SO₄)、硝酸铵(NH₄NO₃)的混合液浆。

经吸收反应后并形成一定浓度的液浆由第一液浆泵10抽出，并打入稠厚器11进行固液分离，分离出的母液(主要是浓氨水)经母液泵12打入配氨槽13，将仍含有较高水分的固体经第一皮带机送入离心机14进一步脱除液体部分(氨水)，脱除的液体经第二氨水泵15再打入配氨槽13回收利用，经干燥后的固体(含有碳酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵的粉状混合物，含水量符合国家相关肥料标准)经第二皮带机16送入混料机17，与来自复合稳定剂存储装置18的铵离子复合稳定剂进行混合，将混匀后的物料经第三皮带机19送入挤压造粒机20进行造粒，将造粒后的颗粒经第四皮带机21送入筛分机22，将筛分出的粉粒送入挤压造粒机20重新造粒，将符合粒度要求的颗粒送入包装机23进行包装，即得颗粒状的多元素复合氮肥。

将经吸收反应塔8处理后的气体(主要是氮气、少量氩气和氨等)用引风机24送入氨洗涤塔25将氨洗除，洗氨后的气体送入烟囱26排出；将洗氨液送入配氨槽13调制氨水，再由氨水泵27打入吸收反应塔8的顶部，与逆流向上的烟道气进行气-液吸收反应；消耗的氨水由来自液氨罐28中的液氨进行补充，以调配配氨槽13中氨水的浓度至13％-20％，如此循环往复。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，其特征在于，包括：

吸收反应塔(8)，内顶部设有氨水喷淋组件，所述氨水喷淋组件通过第一氨水泵(27)与第一氨水输送管连通，侧壁连通烟气输送管(5)，顶部连通第一排气管，底部连通第一排浆管；

氧化剂发送器(6)，连接有氧化剂输送管(7)，所述氧化剂输送管(7)通过三通管分别与烟气输送管(5)和烟气输送总管(2)连通；

稠厚器(11)，进料口通过第一液浆泵(10)与第一排浆管连通，排液口连通第一排液管和母液泵(12)，出料口连接第一皮带机；

离心机(14)，进料口与第一皮带机连接，排液口连通第二排液管和第二氨水泵(15)，出料口通过第二皮带机(16)与混料机(17)连通，所述混料机(17)的顶部通过带计量器的输送带与铵离子复合稳定剂存储装置(18)连通；

挤压造粒机(20)，进口通过第三皮带机(19)与混料机(17)连通，出料口连接第四皮带机(21)。

2.如权利要求1所述的一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，其特征在于，还包括鼓风机(9)，所述鼓风机(9)通过输风管与吸收反应塔(8)连通。

3.如权利要求2所述的一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，其特征在于，所述第一氨水输送管、第一排液管以及第二排液管均与配氨槽(13)连通，所述配氨槽(13)通过液氨管道与液氨罐(28)连通。

4.如权利要求3所述的一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，其特征在于，所述第一排气管通过引风机(24)与氨洗涤塔(25)入口连通，所述氨洗涤塔(25)的顶部通过第二排气管与烟囱(26)连通，所述氨洗涤塔(25)的底部通过第三排液管与配氨槽(13)连通，所述氨洗涤塔(25)内部设有的喷淋组件与进水管连通。

5.如权利要求4所述的一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，其特征在于，所述烟气输送总管(2)通过除尘器(3)与烟气发生源(1)连通。

6.如权利要求5所述的一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，其特征在于，所述除尘器(3)通过密封输送带与集尘室(4)连通。

7.如权利要求6所述的一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，其特征在于，所述第四皮带机(21)与筛分机(22)连通，所述筛分机(22)与包装机(23)连通。

8.如权利要求7所述的一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，其特征在于，所述烟气输送总管(2)、烟气输送管(5)、第一排气管以及第二排气管均为碳钢管；所述第一氨水输送管、第一排浆管、第一排液管、第二排液管以及第三排液管均为PE管；所述氧化剂输送管(7)为PE管或钢衬塑管或不锈钢管的任意一种；所述液氨管道为PE管或钢衬塑管或不锈钢管中的任意一种。

9.如权利要求8所述的一种烟道气同步脱碳脱硫脱硝联产粒状复合氮肥耦合系统，其特征在于，所述吸收反应塔(8)、配氨槽(13)、稠厚器(11)、离心机(14)以及液氨罐(28)的内衬均为PE或不锈钢材质。

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