技術(shù)前沿

技術(shù)前沿

尿素制氨新技術(shù)在煙氣脫硫脫硝中的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,以煤為主的能源結(jié)構(gòu)使得我國(guó)燃煤煙氣的排放量大大增加,SO2和氮氧化物污染日益嚴(yán)重,并由此形成酸雨、霧霾等一系列環(huán)境問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)煙氣凈化技術(shù)主要集中在除塵和脫硫方面,但隨著人們對(duì)氮氧化物危害的逐步認(rèn)識(shí),脫除氮氧化物已成為當(dāng)前緊迫的任務(wù)。當(dāng)前國(guó)家對(duì)氮氧化物的排放要求越來(lái)越嚴(yán),國(guó)內(nèi)脫硝市場(chǎng)正在全面啟動(dòng)。

煙氣脫硝需使用大量的氨,其氨來(lái)源一般為氨水、液氨、尿素。其中,尿素因易于運(yùn)輸保存、無(wú)毒而被廣泛應(yīng)用。目前,尿素制氨一般采用水解或熱解的辦法,將尿素分解為氨氣和CO2,氨氣用于脫硫脫硝,CO2放空排放?，F(xiàn)有的尿素水解或熱解制氨技術(shù),只利用了占尿素質(zhì)量50%的氨,造成了尿素資源的浪費(fèi)。在減排二氧化硫和氮氧化物的同時(shí),卻增加了CO2的排放,不利于節(jié)能減排。而且其用于加熱反應(yīng)的成本比尿素原料成本還高。以電廠為例,若每天用于脫硝的尿素在15噸左右,將這些尿素?zé)峤庵瓢毙韬挠?噸柴油,不僅生產(chǎn)成本高,每天還要排放30噸CO2。此外尿素?zé)峤獠煌耆珪r(shí)還會(huì)產(chǎn)生沉淀,容易引起管道和設(shè)備堵塞導(dǎo)致系統(tǒng)停車(chē)。

針對(duì)現(xiàn)有脫硝過(guò)程中液氨和尿素制氨的缺點(diǎn),山東大學(xué)目前成功開(kāi)發(fā)出用于煙氣脫硝工藝的尿素制氨新技術(shù),使尿素全部轉(zhuǎn)化成了氨產(chǎn)品并得到了增值。該技術(shù)首先將尿素與助熔劑在高溫下進(jìn)行縮合反應(yīng),尿素分子的兩個(gè)氨基都轉(zhuǎn)化為氨氣,反應(yīng)過(guò)程同時(shí)得到高附加值的尿素衍生物。由此將煙氣脫硝氨氣的制備過(guò)程由一個(gè)單純尿素投入的過(guò)程,整合為產(chǎn)生氨氣的同時(shí)副產(chǎn)出三聚氰酸、縮二脲或縮三脲等高附加值產(chǎn)品尿素衍生物的盈利過(guò)程。

傳統(tǒng)尿素?zé)峤庵瓢奔夹g(shù)需要600℃左右的高溫,用燃油加熱或電加熱,耗能較高,運(yùn)行成本高,并釋放大量CO2。而新技術(shù)制氨只需要200℃左右的反應(yīng)溫度,用蒸汽加熱即可,節(jié)約大量能源。該過(guò)程既不排放CO2,同時(shí)還使尿素中的碳、氧元素得到充分利用,提高了尿素利用率,降低了煙氣脫硝所用氨的成本。

目前,采用尿素制氨新技術(shù)的示范裝置已投入運(yùn)行。應(yīng)用數(shù)據(jù)表明,在75t/h和220t/h循環(huán)硫化床鍋爐未進(jìn)行改造的情況下,采用尿素制氨新技術(shù)煙氣脫硝后,氮氧化物排放濃度小于80mg/m3,優(yōu)于國(guó)家氮氧化物排放濃度100mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)。SO2脫除至45mg/m3,脫除率高達(dá)98.87%,能夠滿足國(guó)家環(huán)保部SO2控制在50mg/m3以下的排放要求。

新技術(shù)將脫硝用氨與尿素深加工生產(chǎn)結(jié)合起來(lái),極大地提高了對(duì)環(huán)境的保護(hù),既能滿足脫硝的需要,又能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益。尿素反應(yīng)產(chǎn)生的氨可隨時(shí)用來(lái)脫硝,解決氨的存放和泄漏等問(wèn)題,避免了尿素水解和熱解制氨技術(shù)中的CO2排放,減少了煙氣脫硝的同時(shí)對(duì)環(huán)境的污染。

與傳統(tǒng)工藝相比,新技術(shù)具有三大優(yōu)勢(shì)：一是將尿素全部轉(zhuǎn)化成了氨產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)增值,而傳統(tǒng)尿素制氨中有50%的尿素轉(zhuǎn)化成了無(wú)用的CO2;二是整個(gè)反應(yīng)溫度不到200℃,反應(yīng)溫度低、能量消耗少,有利于節(jié)能減排,而傳統(tǒng)尿素制氨工藝需要600℃的高溫,用燃油加熱或電加熱,消耗大量能源并釋放CO2;三是新技術(shù)中產(chǎn)生的氨根據(jù)需要定時(shí)定量的產(chǎn)生,直接用于脫硫脫硝,且可根據(jù)脫硝用氨量隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié),不用儲(chǔ)存,降低了運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用液氨所帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn),極大地提高了生產(chǎn)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

此外,新技術(shù)實(shí)施起來(lái)也非常方便快捷,只需在現(xiàn)有尿素制氨或液氨氣化裝置上建一旁路,安裝上尿素制氨新工藝裝置,不影響現(xiàn)有發(fā)電及脫硝裝置的正常運(yùn)行?，F(xiàn)階段液氨的市場(chǎng)價(jià)格為每噸3000元左右,尿素衍生物根據(jù)產(chǎn)品不同市場(chǎng)價(jià)格分別為每噸3000元和5800元左右。若以一個(gè)年耗氨氣的電廠規(guī)模初步估算,年消耗尿素14000噸,生產(chǎn)尿素衍生物7500噸。這樣電廠除每年省下購(gòu)買(mǎi)液氨或尿素的巨額成本外,還可獲得純利潤(rùn)將近1200萬(wàn)元。

尿素是一種穩(wěn)定、無(wú)毒的固體物料,作為脫硝用氨的理想來(lái)源,對(duì)人和環(huán)境均無(wú)害,可以被散裝運(yùn)輸并長(zhǎng)期儲(chǔ)存。不需要運(yùn)輸和儲(chǔ)存方面的特殊程序,其使用不會(huì)對(duì)人員和周?chē)鐓^(qū)產(chǎn)生不良影響,不存在爆炸危險(xiǎn)、毒性危害、重大危險(xiǎn)源等因素,而尿素安全距離也大大降低,對(duì)運(yùn)輸?shù)缆窡o(wú)特殊要求,安全成本低。因此,國(guó)家環(huán)評(píng)報(bào)告一般傾向于尿素方案。尿素制氨新技術(shù)在滿足脫硝用氨要求的同時(shí),還可副產(chǎn)高附加值尿素衍生物,將尿素分子中的所有元素充分利用,降低了煙氣脫硫脫硝的成本,有望實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫脫硝技術(shù)升級(jí)。尿素在脫硝裝置中作為還原劑廣泛應(yīng)用,對(duì)于尿素生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō),也是走出化肥拓展發(fā)展機(jī)遇,解決我國(guó)尿素產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題的有效途徑。由此為化肥企業(yè)開(kāi)辟新的應(yīng)用市場(chǎng),并使尿素生產(chǎn)企業(yè)有一定的利潤(rùn)空間,經(jīng)濟(jì)效益顯著。而國(guó)內(nèi)目前開(kāi)始全面啟動(dòng)的脫硫脫硝市場(chǎng),將為尿素生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)市場(chǎng)發(fā)展的新機(jī)遇。

(汪家銘)