專利名稱：一種尿素固體干式熱解制氨氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尿素固體干式熱解制氨氣的方法，具體說是將尿素固體直接在熱 解爐熱解，產(chǎn)生用于選擇性催化還原(SCR)脫除煙氣中NOxW還原劑NH3，屬于燃煤煙氣中 氮氧化物(NOx)處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的對燃煤煙氣進(jìn)行脫除NOx的技術(shù)中，選擇性催化還原法(SCR)是脫硝效 率最高，發(fā)展最為成熟的脫硝技術(shù)。SCR技術(shù)中還原劑NH3的來源主要有三種液氨、氨水和 尿素。液氨和氨水屬于危險(xiǎn)品，在存儲及運(yùn)輸過程中均有嚴(yán)格的法律法規(guī)要求。相對而言， 尿素是無毒、無害的化學(xué)品，易于運(yùn)輸和保存，不需要特別的安全措施。尿素制取氨的方法主要采用熱解法。尿素在溫度高于150°C時(shí)不穩(wěn)定，會分解成 NH3和HNC0，而HNCO與水反應(yīng)生成NH3和CO2,反應(yīng)式如下CO (NH2) 2 — NH3+HNC0 (1)HNC0+H20 — NH3+C02 (2)現(xiàn)有的熱解制氨工藝，主要采用40% 60%的尿素溶液，經(jīng)過特殊的噴嘴霧化后 噴入熱解室，與經(jīng)由稀釋風(fēng)機(jī)和電加熱器輸送過來的高溫空氣混合熱解，生成NH3、H2O和 CO2,分解產(chǎn)物與稀釋空氣混合均勻并噴入脫硝系統(tǒng)?，F(xiàn)有工藝存在的問題是(1)尿素的溶解和溶液儲存都需要配備相應(yīng)裝置以及輔助設(shè)備，而且需要額外消 耗蒸汽，工藝復(fù)雜，占地面積大；(2)尿素溶液容易結(jié)晶，必須對所有相關(guān)的容器和管道進(jìn)行伴熱，將溫度保持在相 應(yīng)結(jié)晶溫度之上，而且尿素溶液存在一定的腐蝕性，對設(shè)備和管道的材質(zhì)有較高要求；(3)熱解過程中除了尿素分解耗能，溶液中水的蒸發(fā)也需要大量的能量，為滿足這 些能耗需求，高溫空氣溫度一般控制在600°C以上，電加熱器的材質(zhì)需要耐高溫的合金鋼， 成本大幅提高；(4)用于溶解尿素的水，有著嚴(yán)格的要求，必須是純水(冷凝水，去鹽水)；如不用 純水，必須使用相應(yīng)添加劑穩(wěn)定才行，因?yàn)椴患儍舻乃畷鹈撓醮呋瘎┒氯约傲?金 屬毒害等，從而縮短催化劑壽命，提高還原劑消耗量，增加投資成本；而且生成的熱解氣含 有多余的水汽，對脫硝效率有一定的抑制作用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種節(jié)能、高效的尿素固體干 式熱解制NH3的方法，避免現(xiàn)有工藝采用尿素溶液熱解所產(chǎn)生的一系列問題。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過尿素固體干式熱解制NH3W技術(shù)方案來實(shí) 現(xiàn)的，包括以下的步驟(1)、尿素固體儲罐內(nèi)的尿素固體經(jīng)計(jì)量加料裝置輸送到熱解爐，加料量根據(jù)鍋爐 排出煙氣中實(shí)測的NOx量相應(yīng)調(diào)節(jié)；
(2)、高溫風(fēng)機(jī)輸送的高溫氣體經(jīng)流量計(jì)從熱解爐底部輸入熱解爐，沿著熱解爐上 升過程中與尿素固體充分接觸，尿素固體在高溫氣體的作用下受熱分解生成異氰酸和氨 氣，異氰酸與高溫氣體中的水汽進(jìn)一步反應(yīng)生成氨氣和二氧化碳，在需要時(shí)熱解爐中安裝 電加熱器補(bǔ)充供熱；(3)、熱解氣從熱解爐排出后被導(dǎo)入噴氨格柵，作為選擇性催化還原脫除NOx的還 原劑。所述的尿素固體干式熱解制NH3的方法，所述高溫氣體溫度為250 450°C，水蒸 汽含量滿足異氰酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘焙投趸嫉男枨?，流量大?9倍熱解生成氨氣量。
所述的尿素固體干式熱解制NH3的方法，所述高溫氣體是0. 3% 省煤器出口 的煙氣，或者是空預(yù)器處0.5% 的一次風(fēng)或二次風(fēng)。所述的尿素固體干式熱解制NH3W方法，所述熱解爐出口氣體溫度在300 400°C 區(qū)間，如果高溫氣體熱量不足，熱解氣低于300°C時(shí)，熱解爐中安裝的電加熱器以及配備儲 能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)組成的加熱系統(tǒng)補(bǔ)充加熱。本發(fā)明的有益效果是(1)省去了尿素溶解和溶液儲存步驟，不用加熱溶解水、保溫儲罐，對管道拌熱，沒 有蒸汽的消耗，而且減少相應(yīng)裝置，使得工藝簡單，占地面積??；(2)避免尿素溶液帶來的結(jié)晶和管道腐蝕問題；(3)直接熱解尿素固體，能耗少，而且加熱的能量由配備儲能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng) 提供；(4)熱解氣中水分含量少，不影響后續(xù)的脫硝效果。


圖1是本發(fā)明尿素固體干式熱解制NH3的裝置示意圖。附圖1中主要標(biāo)記的說明如下1.尿素固體儲罐，2.計(jì)量加料裝置，3.熱解爐， 4.流量計(jì)，5.高溫風(fēng)機(jī)，6.配備儲能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，7.電加熱器，8.噴氨格柵。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明尿素固體干式熱解制NH3的裝置示意圖，參照圖1所示，一種尿素固 體干式熱解制NH3的裝置，包括尿素固體儲罐1、計(jì)量加料裝置2、熱解爐3、高溫風(fēng)機(jī)5、電 加熱器7及配備儲能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)6。其中，尿素固體儲罐1通過計(jì)量加料裝置2安 裝至熱解爐3 ；熱解爐的底部依次連接流量計(jì)4以及高溫風(fēng)機(jī)5 ；熱解爐內(nèi)設(shè)有電加熱器7， 配備儲能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)6與電加熱器7連接；熱解爐出口與噴氨格柵8相連。所述熱解爐3采用合金鋼材制備，中部設(shè)有膨脹節(jié)，可降低鋼材受熱應(yīng)力的影響。 根據(jù)高溫氣體流量和停留時(shí)間，設(shè)計(jì)熱解爐體積。尿素固體熱解所需能量主要由高溫氣體 提供，熱解爐出口氣體溫度在300 400°C區(qū)間；如果檢測到熱解氣低于300°C，電加熱器與 配備儲能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)組成的加熱系統(tǒng)補(bǔ)充供熱，使尿素充分受熱分解成氣體，這 樣可有效去除氣流中夾帶的尿素固體，防止尿素固體沉積在SCR催化劑上，提高其純度。實(shí)施例
下面結(jié)合某50MW工程煙氣脫硝項(xiàng)目對本發(fā)明作進(jìn)一步描述原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)該項(xiàng)目煙氣量為211600Nm3/h，煙溫320°C，水汽含量為9%，脫硝 效率48 %，氨逃逸率3ppm，尿素氮含量46 %。(1)尿素固體儲罐1中的尿素固體由計(jì)量加料裝置2輸送到熱解爐3內(nèi)。尿素的 加料量根據(jù)脫硝機(jī)組負(fù)荷信號以及來自煙氣NOx分析儀或者CEM系統(tǒng)的反饋實(shí)時(shí)控制。計(jì) 算公式為
^ 0.625^·β-Civo xlO"4 , /u , τ、G =---^-kg/h, ( I )
1其中K為ΝΗ3/Ν0χ摩爾比；Q為煙氣量，Nm3/h ；Cno為煙氣中實(shí)測NO體積含量，μ L/ L ； η為尿素氮含量，％。實(shí)時(shí)測到NO的含量為200 μ L/L，則實(shí)時(shí)加入熱解爐3的尿素量 為 29kg/h。(2)從省煤器出口引出總煙氣量約0. 3%的煙氣作為高溫氣體，由高溫風(fēng)機(jī)5輸 送，流量計(jì)4計(jì)量后從熱解爐3底部進(jìn)入熱解爐。高溫氣體在熱解爐往上流動，對從熱解爐 下部噴入的尿素固體產(chǎn)生向上的作用力，尿素在氣流中呈“沸騰”狀態(tài)，氣固兩相充分混合。 在熱解爐下部區(qū)域，尿素固體約停留2秒，吸收高溫氣體熱量，分解生成異氰酸和氨氣，異 氰酸與氣體中的水汽進(jìn)一步反應(yīng)生成NH3和C02。(3)電加熱器7安裝在熱解爐3內(nèi)，功率為40kw，由配備800kwh儲能系統(tǒng)的60kw 屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)供電。高溫氣體與尿素交換熱量后，溫度下降，沿著熱解爐上升過程中吸 收電加熱器7提供的熱量，氣體溫度升到350°C ；整個(gè)熱解過程為5 25秒。(4)從熱解爐出口排出含3. 4%氨濃度的熱解氣被導(dǎo)入脫硝反應(yīng)器中的噴氨格 柵，用于選擇性催化還原燃煤煙氣中的NOx。(5)本發(fā)明的實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的工藝指標(biāo)比較如下
現(xiàn)有工藝 實(shí)施例一~ 稀釋水耗量，kg/hr 240
蒸氣耗量，T/d160
熱解電耗量，kw13040 ~占地面積，m2400300
設(shè)備造價(jià)，萬元400200
權(quán)利要求
一種尿素固體干式熱解制NH3的方法，其特征在于包括以下的步驟(1)、尿素固體儲罐內(nèi)的尿素固體經(jīng)計(jì)量加料裝置輸送到熱解爐，加料量根據(jù)鍋爐排出煙氣中實(shí)測的NOX量相應(yīng)調(diào)節(jié)；(2)、高溫風(fēng)機(jī)輸送的高溫氣體經(jīng)流量計(jì)從熱解爐的底部輸入熱解爐內(nèi)，沿著熱解爐上升過程中與尿素充分接觸，尿素在高溫氣體的作用下受熱分解生成異氰酸和氨氣，異氰酸與高溫氣體中的水汽進(jìn)一步反應(yīng)生成氨氣和二氧化碳，在需要時(shí)熱解爐中安裝電加熱器補(bǔ)充供熱；(3)、熱解氣從熱解爐排出后被導(dǎo)入噴氨格柵，作為選擇性催化還原脫除NOX的還原劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素固體干式熱解制NH3的方法，其特征在于所述高溫氣體 溫度為250 450°C，水蒸汽含量滿足異氰酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘焙投趸嫉男枨?，流量大?9倍熱 解生成氨氣量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素固體干式熱解制NH3的方法，其特征在于所述高溫氣體 是省煤器出口的0. 3% -1%煙氣，或者是空預(yù)器處0. 5% -1%的一次風(fēng)或二次風(fēng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素固體干式熱解制NH3的方法，其特征在于所述在熱解爐 內(nèi)安裝電加熱器，與配備儲能系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)組成加熱系統(tǒng)，確保熱解爐出口氣體溫 度在300 400°C區(qū)間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種尿素固體干式熱解制NH3的方法，尿素固體經(jīng)計(jì)量加料裝置輸送到熱解爐，加料量根據(jù)煙氣中實(shí)測的NOX量相應(yīng)調(diào)節(jié)；高溫風(fēng)機(jī)輸送的高溫氣體經(jīng)流量計(jì)輸入熱解爐，與尿素充分接觸，尿素受熱分解生成異氰酸和氨氣，異氰酸與高溫氣體中的水汽進(jìn)一步反應(yīng)生成氨氣和二氧化碳；在熱解爐中電加熱器在需要時(shí)補(bǔ)充供熱。熱解氣作為選擇性催化還原脫除NOX的還原劑，從熱解爐排出后被導(dǎo)入噴氨格柵。本發(fā)明省去了尿素溶解與溶液儲存步驟，沒有水耗；熱解過程耗能少，能量由光伏發(fā)電系統(tǒng)提供；系統(tǒng)工藝簡單，占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低。
文檔編號C01C1/08GK101870480SQ20101021095
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者盧作基, 徐曉亮, 黃麗娜 申請人:中環(huán)(中國)工程有限公司