电厂脱硫脱硝用氨经济安全生产措施

目前许多电厂脱硫采用外购液氨或氨水的方法,这存在着以下诸多缺点:

针对现有脱硫脱硝用氨的缺点,我们开发出了尿素现场制氨新技术。就是利用固体尿素加热反应得到氨,同时得到高附加值产品,使全部尿素得到充分利用。其反应原理如下:

? (NH2)2CO + 催化剂 →产品 + NH3↑

这是一种脱硝用氨的经济、安全生产方法。

尿素现场制氨新技术具有节能减排、经济效益及社会效益好等特点:

(1)尿素为固体,运输储存方便,不受限制。

(2)尿素原料充分利用:尿素制氨新技术使尿素的全部元素得到利用,并使产品得到了增值。

(2)节能减排:反应温度低、能量消耗少,达到了真正的零排放。

(3)提高了用氨安全性:产生的氨直接用于脱硫脱硝,不用储存,降低了运输、储存和使用液氨或氨水所带来的安全风险。

(4)经济效益高:生产的氨气直接用于脱硫脱硝,同时得到高附加值产品。

本技术不影响现有发电及脱硫脱硝的正常运行。

从2014年1月1日开始,重点地区所有火电投运机组NOx排放量要达到100mg/ m³,而非重点地区2003年以前投产的机组达到200mg/ m³。

在众多脱硝技术中,选择性催化还原法(SCR)是脱硝效率最高,也是最为成熟的脱硝技术,该技术脱硝效率一般可达80%~90%,氮氧化物排放浓度可降至100mg/m³左右。SCR的技术原理是还原剂氨(NH₃)在催化剂存在下,选择性地与NOx反应生成N₂和H₂O。

氨的来源一般有氨水、液氨、尿素三种形态。

A、氨水制氨法

氨水法较液氨法安全,但其运输体积大,运输成本较液氨高。

B、液氨法

液氨属于易燃易爆危险品,10吨以上储存量即为重大危险源,必须有严格的安全保障和防火措施,其运输、存储涉及到国家和当地的法规及劳动卫生标准。凡用液氨作为脱硝还原剂的电厂,其占地面积就要扩大,一般适用于新建电厂。

C、尿素法

尿素易于运输和保存、无毒性,在脱硝中得到了比较广泛的应用。

表1、SCR脱硝工艺、还原剂的比选

综上所述:

A、液氨、尿素作为还原剂用于烟气脱硝中,可以得到相似的脱硝效果;

B、液氨由于其危险性,在厂内构成重大危险源,在厂外运输中对社区和环境构成流动危险源,在安全方面具有特殊的要求,随着安全和环境风险管理的加强,液氨的综合成本也比较高;

C、从安全和环境风险角度看,尿素是火电厂脱硝工艺中最安全可靠的还原剂。

D、从脱硝SCR工艺还原剂的比选可以看出,尿素是比较好的脱硝还原剂。

现有尿素制氨通常有两种工艺:热解法和水解法。

现有尿素制氨工艺又细分为热解法和水解法。

热解法:将气体燃料(或柴油)与热烟气或预热的助燃空气一起送入热解室(又称混合燃烧室),再将配好的高浓度(40%~50%)尿素溶液喷进热解室进行反应生成氨气。水解法与热解法的化学反应原理是一样的,如下式所示:

? (NH₂)₂CO + H₂O→CO₂↑+ 2NH₃↑

? 在上述反应中,大约50%质量的尿素是以无用的二氧化碳CO₂形式而排放,因此,在现有的尿素制氨技术中,只利用了占尿素质量50%的氨部分,而碳氧成分是以无用的二氧化碳CO₂形式而放出的。

而且,现有尿素制氨工艺的反应温度高达600℃,需要消耗大量燃料油或电能,不利于节能减排。现有尿素制氨技术的投资与运行费用如表5。

? (NH₂)₂CO + 催化剂→产品 + NH₃↑

实际上,我们的尿素制氨新技术是把现有尿素制氨反应过程中的反应温度从600℃降低到200℃左右,这样,不但节约能源,而且不释放二氧化碳,反应过程同时得到高附加值的尿素衍生物,这样制得的氨更加纯净。

因此,尿素制氨新工艺具有节能减排、经济效益及社会效益好等特点:

(1)尿素原料充分利用:尿素制氨新技术使尿素的全部元素得到利用,并使产品得到了增值。

(2)节能减排:反应温度低、能量消耗少,达到了真正的零排放。

(3)提高了用氨安全性:产生的氨直接用于脱硫脱硝,不用储存,降低了运输、储存和使用液氨所带来的安全风险。

(4)经济效益高:生产的氨气直接用于脱硫脱硝,同时得到高附加值产品。

本技术不影响现有发电及脱硫脱硝的正常运行。

尿素制氨新装置可在我们工厂制造、调试运行平稳后再运送到电厂,不影响电厂的管理。

表2 尿素制氨新技术与传统尿素制氨的技术对比

(按1000 kg尿素为原料计)

表4?尿素制氨新技术与液氨法、现有尿素制氨法的经济效益简易比较

(年产氨2700吨,未考虑节约的运行费用):

图1 尿素制氨新工艺流程示意图

表5?设备投资估算(年产氨2700吨)

四、尿素制氨新技术的运行模式与效益评价

1、本项目在脱硝装置附近建一产氨装置,以固体尿素作原料,生产的氨直接用于脱硝,同时得到用途广泛的尿素衍生物产品。这样,即降低了传统尿素制氨的高运行成本,又可避免外购液氨所带来的运输、贮存等系列问题。

尿素衍生物是一系列化工产品的重要原料,以它为原料可以合成数百种重要的产品,可以用于合成新型杀菌消毒剂、水处理剂、油漆涂料、选择性除草剂,还用作尼龙、塑料、聚酯阻燃剂及化妆品添加剂,专用树脂的合成等方面,成为人们日常生活密切相关的精细化学品。目前国内尿素衍生物的生产主要集中在河北、山东两省,有近50家企业从事此类产品生产,年生产量在50万吨以上。除少数几家企业之外,多数企业属于产量低、高污染的小型企业,产品质量较差。因此,目前急需有实力的企业整合先进技术开发这一产品。

3、尿素制氨的生产规模与机组脱硝用氨量一致。生产车间建在脱硝装置附近,这样水、电、汽等条件都具备。辅助生产设施主要包括原料库、产品库。

2、本项目是将脱硝用氨与尿素深加工生产偶合起来,极大地提高了对环境的保护。尿素反应产生的氨随时用来脱硝,减少氨的存放和泄漏等问题。避免了尿素水解(热解)制氨技术中的二氧化碳排放,减少了对环境的污染。

3、本项目生产系统中只存在少量的氨气,而且根据需要定时定量的产生,随时用于脱硝,极大地提高了生产装置的安全性,避免了外购液氨需要运输、储存等一系列安全和环境问题。

4、从投资、经济效益和社会效益等多方面来看,该项目是一个很好的投资项目,即能满足脱硝的需要,又能产生很好的经济效益。

5、本技术切实可行,已申请国家专利。