[实用新型]一种利用火电厂烟气电化学制氨的系统

说明书

本实用新型公开一种利用火电厂烟气电化学制氨的系统，通过蒸汽发电系统给电化学制氨装置提供电能和部分水蒸气，水蒸气通过阴极防水透气膜进入电解池内，烟气经锅炉系统后成为主要成分为氮气和二氧化碳气体的净烟气，净烟气经二氧化碳加压液化器处理后，其中的二氧化碳气体液化进入二氧化碳储罐，剩余的氮气通过阳极中的防水透气膜进入电解池内；电化学制氨装置通过电化学反应生成氨气和氧气的混合气，后经氨气加压液化器进行氨气的提取分离；本系统制氨的原料为净化后的烟气和汽轮机中抽出的水蒸气，可以就地取材，不需要外部物料输入和复杂的分离工艺，并且实现了烟气中氮气的再利用，同时需要的外加电源能够直接从电厂获取，与燃煤电厂运行有良好的同步性。

技术领域

本实用新型涉及电化学制氨技术，具体为一种利用火电厂烟气电化学制氨的系统。

背景技术

火电厂脱硝对氨有很大需求，普遍采用液氨来制备脱硝还原剂，主要的工艺是从化工厂采购液氨并用槽车运输到电厂，然后在蒸发器中蒸发气化，气态的氨与稀释空气混合后经氨喷嘴喷入SCR反应器中。液氨具有腐蚀性且容易挥发，易着火，其运输和储存都具有较大的安全风险。目前火电厂都在积极研发新的脱硝还原剂制备方法，如尿素法、氨水法等，以替代液氨从而降低脱硝装置运行的风险。而电厂发出的电能够供电化学制氨装置使用，这就为在火电厂中采用电化学方法就地制氨提供了可能。

传统的电化学制氨方法采用的原料是氮气和氢气，在火电厂中难以就地获取。将纳米Fe₂O₃和CoFe₂O₄悬浮于LiCl-KCl-CsCl共熔物中，以氮气和水蒸气为原料电化学合成氨。以熔融的NaOH-KOH 为电解质，悬浮的纳米Fe₂O₃作催化剂，镍片为阳极，蒙乃尔筛网为阴极，以水和氮气为原料直接常压电化学合成氨。开发出以水和氮气为原料的直接低温常压合成氨方法具有重要意义。

目前碳捕集技术主要分为三种：燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集。燃烧后捕集是将煤燃烧后产生的烟气分离得到二氧化碳气体，如化学吸收法、物理吸附法、膜分离法和化学链分离法等，其本质均是将二氧化碳从氮气、氧气和水蒸气的混合烟气中分离出来，尽管技术难度并不大，但成本高昂，阻碍了其大规模推广。

实用新型内容

针对现有技术中存在的火电厂烟道尾气净化过程中需要氨气的问题，本实用新型提供一种利用火电厂烟气电化学制氨的系统。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种利用火电厂烟气电化学制氨的系统，包括蒸汽发电系统、锅炉系统和电化学制氨装置；所述电化学制氨装置包括阳极、阴极、电解质、催化剂和电解池；所述电解池内部一侧设置阳极，另一侧设置阴极；电解质和催化剂置于电解池内；电解池顶部设置有混合气出气口；混合气出气口连接氨气加压液化器，加压液化器的氨气输出端连接氨储罐的输入端；氨储罐的输出端连接锅炉系统的SCR反应器；

所述锅炉系统的净烟气出口连接二氧化碳加压液化器，并接入阳极；所述蒸汽发电系统由锅炉系统提供做功蒸汽；蒸汽发电系统上设置蒸汽抽取管道，蒸汽抽取管道的输出端接入阴极；蒸汽发电系统的输电端经输电线分别连接阳极和阴极供电。

进一步，蒸汽发电系统包括过热器、汽轮机和发电机，过热器设置在锅炉烟道内并依次连接锅炉外部的汽轮机和发电机；所述汽轮机设置有蒸汽抽取管道，发电机设置有输电线的输出端。

进一步，锅炉系统包括依次连接于烟道的SCR反应器、空气预热器、电除尘器和脱硫塔，脱硫塔净烟气排出通道设置有二氧化碳加压液化器。

进一步，二氧化碳加压液化器输出端连接有二氧化碳储罐。

进一步，阳极采用镍材质，阴极采用不锈钢材质。

进一步，电解质为NaOH-KOH混合溶液，催化剂采用Fe₂O₃粉末。