专利名称：一种尿素固体干式热解制氨气的方法
技术领域：
本发明涉及一种尿素固体干式热解制氨气的方法，具体说是将尿素固体直接在热 解炉热解，产生用于选择性催化还原(SCR)脱除烟气中NOxW还原剂NH3，属于燃煤烟气中 氮氧化物(NOx)处理领域。
背景技术：
在现有的对燃煤烟气进行脱除NOx的技术中，选择性催化还原法(SCR)是脱硝效 率最高，发展最为成熟的脱硝技术。SCR技术中还原剂NH3的来源主要有三种液氨、氨水和 尿素。液氨和氨水属于危险品，在存储及运输过程中均有严格的法律法规要求。相对而言， 尿素是无毒、无害的化学品，易于运输和保存，不需要特别的安全措施。尿素制取氨的方法主要采用热解法。尿素在温度高于150°C时不稳定，会分解成 NH3和HNC0，而HNCO与水反应生成NH3和CO2,反应式如下CO (NH2) 2 — NH3+HNC0 (1)HNC0+H20 — NH3+C02 (2)现有的热解制氨工艺，主要采用40% 60%的尿素溶液，经过特殊的喷嘴雾化后 喷入热解室，与经由稀释风机和电加热器输送过来的高温空气混合热解，生成NH3、H2O和 CO2,分解产物与稀释空气混合均勻并喷入脱硝系统。现有工艺存在的问题是(1)尿素的溶解和溶液储存都需要配备相应装置以及辅助设备，而且需要额外消 耗蒸汽，工艺复杂，占地面积大；(2)尿素溶液容易结晶，必须对所有相关的容器和管道进行伴热，将温度保持在相 应结晶温度之上，而且尿素溶液存在一定的腐蚀性，对设备和管道的材质有较高要求；(3)热解过程中除了尿素分解耗能，溶液中水的蒸发也需要大量的能量，为满足这 些能耗需求，高温空气温度一般控制在600°C以上，电加热器的材质需要耐高温的合金钢， 成本大幅提高；(4)用于溶解尿素的水，有着严格的要求，必须是纯水(冷凝水，去盐水)；如不用 纯水，必须使用相应添加剂稳定才行，因为不纯净的水会引起脱硝催化剂堵塞以及硫/金 属毒害等，从而缩短催化剂寿命，提高还原剂消耗量，增加投资成本；而且生成的热解气含 有多余的水汽，对脱硝效率有一定的抑制作用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种节能、高效的尿素固体干 式热解制NH3的方法，避免现有工艺采用尿素溶液热解所产生的一系列问题。为了实现上述技术问题，本发明是通过尿素固体干式热解制NH3W技术方案来实 现的，包括以下的步骤(1)、尿素固体储罐内的尿素固体经计量加料装置输送到热解炉，加料量根据锅炉 排出烟气中实测的NOx量相应调节；
(2)、高温风机输送的高温气体经流量计从热解炉底部输入热解炉，沿着热解炉上 升过程中与尿素固体充分接触，尿素固体在高温气体的作用下受热分解生成异氰酸和氨 气，异氰酸与高温气体中的水汽进一步反应生成氨气和二氧化碳，在需要时热解炉中安装 电加热器补充供热；(3)、热解气从热解炉排出后被导入喷氨格栅，作为选择性催化还原脱除NOx的还 原剂。所述的尿素固体干式热解制NH3的方法，所述高温气体温度为250 450°C，水蒸 汽含量满足异氰酸转变为氨和二氧化碳的需求，流量大于19倍热解生成氨气量。
所述的尿素固体干式热解制NH3的方法，所述高温气体是0. 3% 省煤器出口 的烟气，或者是空预器处0.5% 的一次风或二次风。所述的尿素固体干式热解制NH3W方法，所述热解炉出口气体温度在300 400°C 区间，如果高温气体热量不足，热解气低于300°C时，热解炉中安装的电加热器以及配备储 能系统的光伏发电系统组成的加热系统补充加热。本发明的有益效果是(1)省去了尿素溶解和溶液储存步骤，不用加热溶解水、保温储罐，对管道拌热，没 有蒸汽的消耗，而且减少相应装置，使得工艺简单，占地面积小；(2)避免尿素溶液带来的结晶和管道腐蚀问题；(3)直接热解尿素固体，能耗少，而且加热的能量由配备储能系统的光伏发电系统 提供；(4)热解气中水分含量少，不影响后续的脱硝效果。
图1是本发明尿素固体干式热解制NH3的装置示意图。附图1中主要标记的说明如下1.尿素固体储罐，2.计量加料装置，3.热解炉， 4.流量计，5.高温风机，6.配备储能系统的光伏发电系统，7.电加热器，8.喷氨格栅。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步说明。图1是本发明尿素固体干式热解制NH3的装置示意图，参照图1所示，一种尿素固 体干式热解制NH3的装置，包括尿素固体储罐1、计量加料装置2、热解炉3、高温风机5、电 加热器7及配备储能系统的光伏发电系统6。其中，尿素固体储罐1通过计量加料装置2安 装至热解炉3 ；热解炉的底部依次连接流量计4以及高温风机5 ；热解炉内设有电加热器7， 配备储能系统的光伏发电系统6与电加热器7连接；热解炉出口与喷氨格栅8相连。所述热解炉3采用合金钢材制备，中部设有膨胀节，可降低钢材受热应力的影响。 根据高温气体流量和停留时间，设计热解炉体积。尿素固体热解所需能量主要由高温气体 提供，热解炉出口气体温度在300 400°C区间；如果检测到热解气低于300°C，电加热器与 配备储能系统的光伏发电系统组成的加热系统补充供热，使尿素充分受热分解成气体，这 样可有效去除气流中夹带的尿素固体，防止尿素固体沉积在SCR催化剂上，提高其纯度。实施例
下面结合某50MW工程烟气脱硝项目对本发明作进一步描述原始设计数据该项目烟气量为211600Nm3/h，烟温320°C，水汽含量为9%，脱硝 效率48 %，氨逃逸率3ppm，尿素氮含量46 %。(1)尿素固体储罐1中的尿素固体由计量加料装置2输送到热解炉3内。尿素的 加料量根据脱硝机组负荷信号以及来自烟气NOx分析仪或者CEM系统的反馈实时控制。计 算公式为
^ 0.625^·β-Civo xlO"4 , /u , τ、G =---^-kg/h, ( I )
1其中K为ΝΗ3/Ν0χ摩尔比；Q为烟气量，Nm3/h ；Cno为烟气中实测NO体积含量，μ L/ L ； η为尿素氮含量，％。实时测到NO的含量为200 μ L/L，则实时加入热解炉3的尿素量 为 29kg/h。(2)从省煤器出口引出总烟气量约0. 3%的烟气作为高温气体，由高温风机5输 送，流量计4计量后从热解炉3底部进入热解炉。高温气体在热解炉往上流动，对从热解炉 下部喷入的尿素固体产生向上的作用力，尿素在气流中呈“沸腾”状态，气固两相充分混合。 在热解炉下部区域，尿素固体约停留2秒，吸收高温气体热量，分解生成异氰酸和氨气，异 氰酸与气体中的水汽进一步反应生成NH3和C02。(3)电加热器7安装在热解炉3内，功率为40kw，由配备800kwh储能系统的60kw 屋顶光伏发电系统供电。高温气体与尿素交换热量后，温度下降，沿着热解炉上升过程中吸 收电加热器7提供的热量，气体温度升到350°C ；整个热解过程为5 25秒。(4)从热解炉出口排出含3. 4%氨浓度的热解气被导入脱硝反应器中的喷氨格 栅，用于选择性催化还原燃煤烟气中的NOx。(5)本发明的实施例与现有技术的工艺指标比较如下
现有工艺 实施例一~ 稀释水耗量，kg/hr 240
蒸气耗量，T/d160
热解电耗量，kw13040 ~占地面积，m2400300
设备造价，万元400200
权利要求
一种尿素固体干式热解制NH3的方法，其特征在于包括以下的步骤(1)、尿素固体储罐内的尿素固体经计量加料装置输送到热解炉，加料量根据锅炉排出烟气中实测的NOX量相应调节；(2)、高温风机输送的高温气体经流量计从热解炉的底部输入热解炉内，沿着热解炉上升过程中与尿素充分接触，尿素在高温气体的作用下受热分解生成异氰酸和氨气，异氰酸与高温气体中的水汽进一步反应生成氨气和二氧化碳，在需要时热解炉中安装电加热器补充供热；(3)、热解气从热解炉排出后被导入喷氨格栅，作为选择性催化还原脱除NOX的还原剂。
2.根据权利要求1所述的尿素固体干式热解制NH3的方法，其特征在于所述高温气体 温度为250 450°C，水蒸汽含量满足异氰酸转变为氨和二氧化碳的需求，流量大于19倍热 解生成氨气量。
3.根据权利要求1所述的尿素固体干式热解制NH3的方法，其特征在于所述高温气体 是省煤器出口的0. 3% -1%烟气，或者是空预器处0. 5% -1%的一次风或二次风。
4.根据权利要求1所述的尿素固体干式热解制NH3的方法，其特征在于所述在热解炉 内安装电加热器，与配备储能系统的光伏发电系统组成加热系统，确保热解炉出口气体温 度在300 400°C区间。
全文摘要
本发明公开了一种尿素固体干式热解制NH3的方法，尿素固体经计量加料装置输送到热解炉，加料量根据烟气中实测的NOX量相应调节；高温风机输送的高温气体经流量计输入热解炉，与尿素充分接触，尿素受热分解生成异氰酸和氨气，异氰酸与高温气体中的水汽进一步反应生成氨气和二氧化碳；在热解炉中电加热器在需要时补充供热。热解气作为选择性催化还原脱除NOX的还原剂，从热解炉排出后被导入喷氨格栅。本发明省去了尿素溶解与溶液储存步骤，没有水耗；热解过程耗能少，能量由光伏发电系统提供；系统工艺简单，占地面积小，运行费用低。
文档编号C01C1/08GK101870480SQ20101021095
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者卢作基, 徐晓亮, 黄丽娜 申请人:中环(中国)工程有限公司