[发明专利]一种碳酸氢铵溶液循环分解制氨系统及方法

说明书

本发明公开了一种碳酸氢铵溶液循环分解制氨系统及方法，包括溶液储罐、补充水入口、第一加热装置、第二加热装置及反应器；溶液储罐内设置有第一加热装置，补充水入口与溶液储罐上的储罐液体入口相连通，溶液储罐的顶部设置有碳酸氢铵固体加料口，溶液储罐侧面上的储罐溶液出口与反应器底部的反应器溶液入口相连通，反应器侧面的反应器溶液出口与溶液储罐上的储罐液体入口相连通，该系统及方法具有热量损失小、氨气不易逸出及经济性较好的特点。

技术领域

本发明属于氨气制备技术领域，涉及一种碳酸氢铵溶液循环分解制氨系统及方法。

背景技术

NO_x是造成大气污染、光化学烟雾、酸雨的主要根源之一。根据“超净排放”标准，2020年之前燃煤锅炉的NO_x排放必须降至50mg/Nm³以下，这对脱硝技术提出了严格的要求。在众多脱硝技术中，利用氨气作为还原剂的选择性催化还原(SCR)脱硝工艺效率高应用广泛。

目前，脱硝系统常用的制氨试剂包括液氨、氨水和尿素三种。液氨法虽然具有成本低、系统简单等优点，但氨是国家规定的乙类危险品，存在重大安全隐患。液氨在运输和储存过程中都存在一定的危险性，遇到明火极易燃烧和爆炸，极大地限制了其工业应用。氨水也是一种危险化学品，低浓度的氨水刺激眼睛、皮肤和呼吸系统。氨水的含氨量低，造成运输体积大，运输成本比液氨高，且需要大型存储设备，氨气制备时也需要消耗大量热能。因此，在SCR脱硝技术中很少使用氨水法。尿素法的主要优势在于其安全性，但尿素原料成本高，且系统的投资和运行成本都要高于液氨系统。此外，尿素分解可能生成异氰酸和缩二脲等副产物，异氰酸是引起设备管道腐蚀的主要因素，而缩二脲不溶于水，与飞灰一起造成设备以及SCR催化剂的堵塞甚至中毒。

随着＝烟气净化技术的不断发展，国家和地方对于脱硝系统还原剂的安全性提出了新的要求。为了积极响应国家政策，加强对危险化学品的治理改造，急需研究开发在满足安全要求的基础上，更加高效经济的新型脱硝还原剂。

碳酸氢铵常温常压下以固态颗粒储存，是我国除了尿素之外的第二大氮肥，来源广泛。与液氨和氨水相比，碳酸氢铵在储存和运输方面不存在安全问题。与尿素相比，碳酸氢铵分解温度低，在100℃以下就可以从颗粒态直接热解生成氨气，且热解速度随温度升高迅速增大；同时，碳酸氢铵比尿素价格便宜，因此碳酸氢铵制氨系统潜在经济性更好。

目前，利用碳酸氢铵作为SCR制氨试剂的技术方案和系统中，主要可以分为固体热解制氨和溶液湿法制氨两类。其中，固体热解法通过文丘里混合器和送粉风机来实现碳酸氢铵进料控制(CN200910086856、CN201010276538)，在实际运行中会出现碳酸氢铵给料不均匀，制备的氨气容易出现波动，影响到最终的脱硝效果。

表1

溶液湿法制氨工艺主要通过将高浓度的碳酸氢铵溶液在热解炉中(CN201010194802)或直接喷入脱硝段烟道内(CN202111307077)完全分解，实现氨气制备。这类工艺有以下几个缺陷：①未考虑到碳酸氢铵溶解度低的问题(CN202111307077)，在40℃储存时的碳酸氢铵饱和溶液浓度只有26％(表1)，这导致在后续加热分解时水蒸发会浪费大量的热能。②未考虑到碳酸氢铵溶液在储存时分解的可能(CN201010194802)，碳酸氢铵溶液在90℃储存时，虽然溶解度有很大的提升，但是会导致大量氨气的逸出(表1)，存在储存风险，同时也会造成原料的浪费。③未考虑到碳酸氢铵溶液分解的能耗主要来自于水的蒸发，碳酸氢铵溶液在接近水的沸点时(90℃)才开始显著分解，随着分解率的提升水的蒸发率也逐渐提升；现有工艺以碳酸氢铵溶液完全分解为目标，此时溶液中的水蒸发吸热产生的能耗很大，导致碳酸氢铵制氨工艺的经济性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种碳酸氢铵溶液循环分解制氨系统及方法，该系统及方法具有热量损失小、氨气不易逸出及经济性较好的特点。