一种尿素水解制氨中CO2吸收装置及其制氨系统的制作方法

本实用新型属于尿素水解制氨技术领域，具体涉及一种尿素水解制氨中co2吸收装置及其制氨系统。

背景技术：

2012年1月1日起正式实施的gb13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》，调整了大气污染物排放浓度限值，尤其是对重点地区燃煤锅炉氮氧化物排放的要求更是达到了100mg/nm³，这就要求电力运行企业采取各种措施降低氮氧化物的排放。选择性催化还原(scr)技术在现有火力发电厂脱硝系统中扮演了重要角色，scr技术尽管可以大幅降低氮氧化物的排放浓度，但其也会消耗大量的nh3，这就对电厂氨气来源提出了较高的要求，一般来说，氨气主要有液氨或氨水直接提供，但液氨和氨水都属于高危化学品，其储存和运输都需要严格的条件，而且极易爆炸，威胁生产安全，大部分火电企业已经放弃该方案，而转向由尿素直接制备氨气的方法。

尿素是一种较为稳定的固体颗粒物，运输方便。尿素制氨主要有两种途径，一种为尿素热解制氨方法，尿素热解制氨产量大，且产气迅速，但其消耗能量大，使电厂厂用电量大幅增长，基本已经淘汰。另一种为尿素水解制氨方法，尿素水解制氨法耗能低且产气量大，是目前大部分电厂脱硝系统制氨的主流技术，但水解法制氨也存在以下问题，产品气受到co2的影响，氨气浓度较低，且尿素溶液加热过程存在较为明显的迟延现象，负荷跟随性差；当对氨气浓度要求较高时，co2含量占比1/3的产品气很难满足脱硝系统的要求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种尿素水解制氨中co2吸收装置及其制氨系统，解决现有的水解制氨过程中产品气受到co2的影响使氨气浓度较低，影响使用效果的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种尿素水解制氨中co2吸收装置，其特征在于，包括吸收室和设置在吸收室内的阻挡件，所述的阻挡件有多个，多个阻挡件沿吸收室顶部至底部依次倾斜错落布置；所述的吸收室上设置有第一进液口、用于注入尿素水解反应后混合气体的第一进气口和用于输出吸收co2后气体的第一出气口。

具体的，所述的阻挡件为板体结构，板体的一端固定在吸收室内壁上，另一端为自由端，多个板体的自由端沿吸收室顶部至底部依次交叉错落分布；每个板体的自由端都朝吸收室底部倾斜。进一步的，所述的吸收室底部设置有用于输出反应后沉淀的沉淀出口，沉淀出口处设置有沉淀收集器。

优选的，所述的第一进气口和第一进液口均设置在吸收室的顶部，第一进气口上设置有第一进气管道，所述的第一进气管道的出气端从第一进气口延伸至吸收室底部。

进一步的，所述的第一出气口处连接有第一出气管道，第一出气管道上设置有液体捕集器。

本实用新型还公开了一种尿素水解制氨系统，包括进行尿素水解制氨反应的尿素水解反应器，所述的尿素水解反应器上设置有第二出气口，第二出气口上连接有第二出气管道，该系统还包括co2吸收装置，所述的co2吸收装置为本实用新型所述的co2吸收装置，co2吸收装置的第一进气口与第二出气管道连接。

具体的，所述的第二出气管道分为两路，一路与第一进气口连接，另一路与混气室连接，所述的第一出气口通过第一出气管道与混气室连接；两路第二出气管道上都设置有阀门。

具体的，所述的尿素水解反应器包括内腔室、外腔室、为尿素水解反应提供热源的换热器以及高温烟气喷嘴；所述的外腔室包裹在内腔室外部，外腔室和内腔室之间形成供高温烟气流动的空间，所述的换热器设置在内腔室中，所述的第二出气口设置在内腔室上；所述的内腔室上设置有第二进液口，第二进液口处连接有进液管道，进液管道的另一端口延伸至外腔室的外部；所述的高温烟气喷嘴设置有两个出口端，一个出口端位于内腔室中，另一个出口端位于外腔室与内腔室之间的空间中，外腔室上设置有烟气出口。

具体的，所述的换热器为管体结构，该管体呈螺旋状敷设在内腔室内壁上。

进一步的，位于第二出气口处的第二出气管道上设置有液体捕集器；所述的外腔室外壁上设置有超声波控制器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的co2吸收装置采用只与co2反应而不与nh3反应的ca(oh)2溶液作为吸收液，与co2反应生成沉淀排出，提质后的气体再进入脱硝系统，通过在吸收室设置错落布置的阻挡件延长了产品气在co2吸收装置内的洗气行程进而提高了脱除co2的效率。

尿素水解反应器中产生的部分产品气经过本实用新型的co2吸收装置后脱除产品气中的co2，提高了进入脱硝系统的氨气浓度，可以更快满足因负荷波动引起的需氨量变化。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型尿素水解制氨系统的整体结构示意图。

图中各标号表示为：

1-co2吸收装置，2-尿素水解反应器，3-第一进气管道，4-第一出气管道，5-液体捕集器，6-第二出气管道，7-进液管道，8-混气室，9-阀门；

11-吸收室，12-阻挡件，13-第一进液口，14-第一进气口，15-第一出气口，16-沉淀出口，17-沉淀收集器；

21-内腔室，22-外腔室，23-换热器，24-高温烟气喷嘴，25-第二出气口，26-第二进液口，27-烟气出口，28-超声波控制器。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施方式，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

如图1所示，本实用新型公开了一种尿素水解制氨中co2吸收装置，该装置包括吸收室11和设置在吸收室11内的阻挡件12，阻挡件12有多个，多个阻挡件12沿吸收室11顶部至底部依次倾斜错落布置，在本实施例中，阻挡件至少为三个以上。

具体的，阻挡件12为板体结构，板体的一端固定在吸收室11内壁上，另一端为自由端，多个板体的自由端沿吸收室11顶部至底部依次交叉错落分布；每个板体的自由端都朝吸收室11底部倾斜，优选的，板体与水平面的夹角为3°～10°，板体之间形成弯折的供ca(oh)2吸收液流通的通道。阻挡件的设置延长产品气在co2吸收装置内的洗气行程进而提高了脱除co2的效率。最好的，阻挡件为具有一定弹性的塑料材质，由于caco3沉淀在挡板13上表面积攒较多受到重力作用时，阻挡件的自由端将继续向下倾斜，生成的caco3沉淀最终落入吸收室11底部。另外，为便于维修，阻挡件12均是可拆卸替换的。

吸收室11上设置有第一进液口13、用于注入尿素水解反应后混合气体的第一进气口14和用于输出吸收co2后气体的第一出气口15。作为优选的，第一进气口14和第一进液口13均设置在吸收室11的顶部，第一进气口14上连接有第一进气管道3，第一进气管道3的出气端从第一进气口14延伸至吸收室11底部，产品气从吸收室底部上升过程中co2依次与阻挡件12上下落的ca(oh)2吸收液进行反应，提高了co2的去除效率。吸收室11吸收co2的原理如下：

ca(oh)2+co2→caco3↓+h2o

另外，在第一进气管道3上安装有阀门9，通过阀门9的开关控制从尿素水解器中出来的产品气是否进入吸收室11内，为了最大限度控制成本，并不是所有从尿素水解反应器2出来的产品气都要经过吸收室11洗气，一部分产品气送入吸收室11，其余产品气直接进入混气室8与经过吸收室11脱除co2后浓度更高的氨气混合，达到脱硝系统所需的氨气浓度后送入脱硝系统。

另外，在吸收室11底部设置有用于输出反应后沉淀的沉淀出口16，沉淀出口16处设置有沉淀收集器17。生成的caco3沉淀最终落入吸收室11底部的沉淀收集器17中，其中，沉淀收集器可选传统的市面上的颗粒物收集器，沉淀收集器使沉淀物能够快速地从沉淀出口16流出。

第一出气口15处连接有第一出气管道4，第一出气管道4上设置有液体捕集器5，液体捕集器为螺旋管圈结构，尽可能提高产品气中氨气的浓度并减少进入脱销系统的产品气的水分含量，降低产品气中水分的气化造成脱硝系统的能量损失和低温腐蚀。液体捕集器5的原理如下，当产品气以较高的速度进入液体捕集器5时，撞击到液体捕集器5内壁表面，压力突然增大，饱和温度降低，原本由于氨气携带出来的水蒸汽会迅速液化，附着在液体捕集器5内壁，沿液体捕集器5内壁顺流而下重新返回吸收室11内，由于该液体捕集器为螺旋式，水蒸汽将多次撞击液体捕集器5内壁，可以最大限度脱除产品气中的水分。

本实用新型的吸收室结构具体为立式结构。

本实用新型还公开了一种尿素水解制氨系统，包括进行尿素水解制氨反应的尿素水解反应器2和co2吸收装置，co2吸收装置为本实用新型的上述实施例中记载的co2吸收装置1。其中，尿素水解反应器2上设置有第二出气口25，第二出气口25上连接有第二出气管道6，第二出气管道6分为两路，如图1所述，一路连接在第一进气管道3上，另一路与混气室8连接。第一出气口15通过第一出气管道4与混气室8连接；两路第二出气管道6上都设置有阀门9。具体的，本实施例中尿素水解反应器整体为立式结构。

具体的，尿素水解反应器2可以是市面上传统的尿素水解反应装置，作为本实用新型的一个优选实施例，如图1所示，尿素水解反应器2包括内腔室21、外腔室22、为尿素水解反应提供热源的换热器23以及高温烟气喷嘴24；外腔室22包裹在内腔室21外部，外腔壁和内腔壁之间形成供高温烟气流动的空间。换热器23设置在内腔室21中，优选的，换热器23为管体结构，该管体呈螺旋状敷设在内腔室21内壁上，换热器内的换热体为低压辅助蒸汽，不需要通过电加热增加额外能耗。

第二出气口25和第二进液口26设置在内腔室21上，第二进液口26处连接有进液管道7，进液管道7的另一端口延伸至外腔室22外部。

优选的，高温烟气喷嘴24设置有两个出口端，一个出口端位于内腔室21中，另一个出口端位于外腔壁和内腔壁形成的空间中，外腔室22上设置有烟气出口27。高温烟气通过高温烟气喷嘴24分为两股分别进入外腔室22和内腔室21，进入外腔室22的高温烟气为尿素热解提供辅助热源，热量主要通过外腔室22与内腔室21之间的具有较高传热效率的金属材质的壳壁传热，由于烟气进入外腔室22后会迅速充满整个外腔室，这样整个内腔室21就完全被高温烟气包围，迅速升温，在低压蒸汽换热器23和高温烟气的双重加热作用下达到水解所需的反应温度。其次，另一股高温烟气通过位于高温烟气喷嘴24中心位置的高温烟气中心喷嘴直接进入内腔室21，这部分高温烟气不仅可以通过接触式换热迅速为尿素水解提供少量热源，更重要的是高温烟气以高速射流的形式进入内腔室21，搅动尿素溶液，使尿素溶液浓度场、温度场更加均匀，可以进一步起到脱除尿素溶液中水解产生的氨气的作用。

通过低压蒸汽换热器23和高温烟气外腔室22两种方式为尿素溶液内腔室21提供热源，这两种热源都属于电厂的低品位能量，并不会显著增加电厂能耗。

作为优选的，位于第二出气口25处的第二出气管道6上设置有液体捕集器5，该捕集器与上述实施例记载的捕集器相同，为螺旋管圈形结构。

作为优选的，外腔室22外壁上设置有超声波控制器28，在需氨量无急剧变化时，超声波控制器28并不开启，只有当负荷变化，需氨量急剧增大，正常的尿素水解反应速率无法满足脱硝系统需氨量时，超声波控制器28才会开启，超声波的振动作用可以加速尿素水解反应，增大产氨量。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，同样应当视其为本实用新型所公开的内容。