[發明專利]一種利用鍋爐含硫煙氣制氨氣的系統和方法

在審

• 申請號: 202110232927.8
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112794340A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 馬曉瓏
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: C01C1/04
• 分類號: C01C1/04;C01B17/80;C01B7/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

1.一種利用鍋爐含硫煙氣制氨氣的系統，其特征在于，包括鍋爐脫銷、除塵后的煙道鍋爐煙道(1)，鍋爐煙道(1)的出口接至煙氣噴淋降溫裝置(2)的入口，煙氣噴淋降溫裝置(2)的出口連接一級低溫洗滌器(3)的入口；

一級低溫洗滌器(3)的第一出口連接本生反應器(6)的第一入口，本生反應器(6)的出口連接液體分離器(7)入口，液體分離器(7)的第一出口連接碘化氫處理裝置(8)的入口，碘化氫處理裝置(8)的出口連接碘化氫分解器(10)的入口，碘化氫分解器(10)的第一出口連接本生反應器(6)的第二入口，本生反應器(6)的第三入口連接供水裝置(12)的出口；碘化氫分解器(10)的第二出口連接氫氣存儲裝置(11)的入口；

一級低溫洗滌器(3)的第二出口連接二級低溫洗滌器(4)的入口，二級低溫洗滌器(4)的第一出口連接排氣回收裝置(5)的入口，二級低溫洗滌器(4)的第二出口連接二氧化碳儲存裝置(13)的入口，排氣回收裝置(5)出口連接氨氣生產裝置(14)的第一入口，氨氣生產裝置(14)的第二入口連接氫氣存儲裝置(11)的出口，氨氣生產裝置(14)的出口連接氨水存儲裝置(15)的入口。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的煙氣噴淋降溫裝置(2)為兩級噴淋，一級噴淋采用鍋爐機組的冷卻水，將鍋爐煙氣降溫至常溫，二級噴淋采用冷凍水，將煙氣降溫至接近冰點。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的一級低溫洗滌器(3)采用凝固點低于零下100℃以下的液體，二氧化硫不溶于該液體。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的二級低溫洗滌器4采用凝固點低于零下120℃以下的液體，二氧化碳不溶于該液體。

5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的本生反應器6內裝有加熱和冷卻裝置，通過加熱和冷卻裝置的工作，調節生反應器6內的介質的溫度在5℃至120℃之間。

6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的碘化氫分解器10內裝有加熱和冷卻裝置以及促進碘化氫分解的催化劑，通過加熱和冷卻裝置的工作，調節碘化氫分解器10內的介質的溫度在200℃至600℃之間。

7.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述的氨氣生產裝置(14)是一種能耐壓50MPa、500℃以上的容器，內裝有促進氮氣和氫合成的催化劑，裝有加熱、冷卻和加壓裝置，通過加熱和冷卻裝置的工作，調節氨氣生產裝置(14)內的介質的溫度在200℃至600℃之間，通過加壓裝置將其壓力提高到50MPa以上。

8.根據權利要求1至7任一系統的制氨氣的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、在本生反應器(6)中預先按摩爾比1.4：1加入水和碘至正常液位；

(2)、從鍋爐煙道(1)來的經過脫銷和除塵后的含二氧化硫的煙氣，在煙氣噴淋降溫裝置(2)經過兩級降溫溫度接近于冰點；

(3)、從煙氣噴淋降溫裝置(2)出來的煙氣在一級低溫洗滌器(3)降溫至-95℃以下，由于二氧化硫的熔點為-72.4℃，此時煙氣中的二氧化硫凝固為固體，從一級低溫洗滌器(3)中分離出來進入到本生反應器(6)中；

(4)、計算進入到本生反應器(6)內的二氧化硫的摩爾數，按照2：1加入相應摩爾數的水，二氧化硫、水、碘部分發生化學反應，生成碘化氫和硫酸；

(5)、從本生反應器(6)內排出的二氧化硫、水、碘、碘化氫和硫酸溶液進入到液體分離器(7)中靜置后，由于密度不同發生分層，二氧化硫、水、碘、碘化氫形成的碘化氫項溶液密度較大聚集在下層，硫酸和水形成的硫酸項溶液密度較小聚集在上層；

(6)、下層的碘化氫項溶液進入碘化氫處理裝置(8)后通過逆反應方式，清除掉溶液中的硫酸以及雜質，進入到碘化氫分解器(10)中；

(7)、碘化氫項溶液在碘化氫分解器(10)被加熱到300℃至500℃，部分被分解形成碘和氫氣，氫氣進入氫氣存儲裝置(11)儲存，其余溶液返回至本生反應器(6)中繼續參與化學反應；

(8)、在一級低溫洗滌器(3)降溫至-95℃以下的脫除二氧化硫的煙氣，在二級低溫洗滌器(4)內繼續降溫至-120℃以下，由于二氧化碳的熔點為-78.5℃，此時煙氣中的二氧化碳凝固為固體，從二級低溫洗滌器(4)中分離出來進入到二氧化碳儲存裝置(13)中，其余氣體進入到排氣回收裝置(5)；

(9)、從排氣回收裝置(5)中出來的氣體和從氫氣存儲裝置(11)中排出的氫氣進入氨氣生產裝置(14)中，在氨氣生產裝置(14)中升溫至500℃左右，此時氨氣生產裝置(14)中的少量氧氣會與氫氣發生反應生成水并放出熱量，這部分熱量作為氮氣與氫氣合成氨氣吸熱的熱源之一；

(10)、將氨氣生產裝置(14)中的混合氣體加壓到20MPa以上，保證溫度不低于450℃，混合氣體在催化劑作用下發生反應生成氨氣，生成的氨氣從氨氣生產裝置(14)中排出后進入氨水存儲裝置(15)中。