一种小型尿素溶液热解制氨集成设备
技术领域
本实用新型涉及热解制氨领域，具体涉及一种小型尿素溶液热解制氨集成设备。
背景技术
氨气被广泛应用在化工、环保等各个领域，过去氨气的供应主要采用液氨气化或氨水。这两种物质都属于危险化学物质，在使用过程中不断出现安全事故，造成严重的损失和伤害，国家对其监管越来越严，其适用受到了区域性限制。随着人们对安全的迫切需求，采用尿素转化供应氨气的技术逐步被人们接收，替代了液化气化或氨水直接供应的方式。
目前尿素转化供应氨气的主要技术有尿素热解和尿素直喷的方式。尿素热解技术是将50％质量浓度的尿素溶液通过双流体喷枪喷入(压缩空气辅助雾化)到尿素热解炉中，然后采用电加热或是引入高温烟气加热的方式使尿素溶液完全分解成NH3和CO2。热解法的专利有美国燃料技术公司NOxOUT ULTRA技术、一种利用尿素溶液法的烟气脱硝装置(专利200810101981.3)、用于烟气脱硝的尿素热解反应器(专利200910242923.7)。目前的热解专利技术通过双流体来实现雾化喷射，且先采用外部的电加热器和换热装置把热解气加热到450-600℃后再通入热解炉中，利用高温热解烟气热解尿素溶液制氨，需要消耗大量热源，能耗较高，运行成本较高，该技术目前广泛应用在火电、钢铁等大型的NOx污染源治理上。
目前市面上尿素直喷技术逐步盛行，其主要应用在中小型的化工或环保装置上。尿素直喷技术是尿素热解技术的演变，该技术的转化能量是借助化工或环保装置自身的烟气热量，把尿素溶液直接喷射入烟气中，利用烟气的热能进行分解转化。要实现90％以上的分解转化率，烟气温度要求＞600℃，这些应用存在着运行条件苛刻、能耗高、运行成本高的缺点；当温度低于600℃时，直喷技术的尿素分解率低，虽然了运行条件、能耗及成本的要求，但又带来结晶堵管、二次污染等问题。
了解到目前化工、环保等，特别是重点区域及密集型人口区域对氨气供应安全性的迫切需求，同时结合目前市面上的尿素转化制氨技术的现状，开发满足这些领域需要的高转化效率、低能耗、环保的尿素热解集成设备，解决这些领域的应用问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高性能、低能耗的尿素溶液热解制氨设备，满足分布于重点区域或离居民区较近的NOx污染源治理需求。
为实现上述实用新型目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种小型尿素溶液热解制氨集成设备，还包括溶液输送单元、执行器、控制器和喷射器，所述喷射器安装在热解炉的内壁上，喷射器的溶液进口端与热解炉的溶液注入口的内部端固定连通，所述热解炉的溶液注入口的外部端通过管道与执行器的输出口连通，所述执行器的输入口通过管道与溶液输送单元连通；所述执行器的电气控制接口与控制器的IO口相连。
所述溶液输送单元包括主路管和与主路管的一端相连通的计量泵，所述主路管的另一端与所述执行器的输入口相连通，所述主路管上沿着远离计量泵的方向依次设有第一控制阀、阻尼器、背压阀和流量计，所述计量泵与第一控制阀之间的管道内安装有过滤器；所述阻尼器和背压阀之间的管道上连通有支路管，所述支路管的另一端连接至计量泵的入口管上，所述主路管上设有安全阀。进一步的，所述计量泵的输入口连接有三通管，所述三通管的支管上均设有第二控制阀，所述支路管的另一端与三通管的主管连通。
进一步的，所述热解炉为圆筒或箱体结构，所述热解炉内布置有催化剂，所述热解炉内还设有排气管，所述排气管穿过热解炉的排气口延伸至外侧，位于热解炉外部的排气管上设有保温层；所述热解炉的外壁上安装有电加热器、温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器分别与控制器的IO口相连。
优选的，所述控制器为PLC控制器，所述控制器还连接有显示器。
优选的，所述催化剂为钒钨钛或分子筛型。
优选的，所述喷射器为单流体喷头。
优选的，所述执行器选用脉冲型。
本实用新型的有益效果集中体现在：本实用新型采用的是单流体喷射、无热解风的方式，相对现有技术能耗更低，经济更实惠的优点，可广泛应用于人口密集区域中；具体来讲，本装置通过执行器，采用脉冲式喷射方式，实现了单流体喷头能进行雾化喷射，提高小流量下的尿素溶液的热解效率,降低设备的能耗。并且设备高度集成化，节省空间，同时采用尿素溶液作为制氨的原料，提高了设备的安全性，可广泛应用于人口密集区域中。
附图说明
图1是本实用新型制氨集成设备的组件及连接关系示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1所示，一种小型尿素溶液热解制氨集成设备，所述制氨集成设备包括热解炉1，所述热解炉1顶部设有排气口，所述热解炉1的侧壁上设有溶液注入口，在本实施例中，所述热解炉1为圆筒结构或方筒结构，优选采用圆筒结构。
为了方便热解炉1中制成的氨气排出、利用，所述热解炉1内设有排气管，所述排气管穿过热解炉1的排气口延伸至外侧，位于热解炉1内部的排气管以盘管或夹套的方式布置在热解炉1内；为了使热解炉1的排气口到氨气的使用点之间的排气管上避免水蒸汽凝结，位于热解炉1外部的排气管上设有保温层，保温层内的排气管温度需达到140℃以上。
为了保证尿素溶液能快速热解，并且热解过程安全系数高，所述热解炉1内还布置有催化剂，所述催化剂可采用钒钨钛或分子筛型，所述钒钨钛型的成分TiO2含量60～90％，WO3含量2～10％，V2O5含量0～5％。
为了实现对热解炉1进行加热，所述热解炉1的外壁上安装有电加热器，所述电加热器直接与220V电源相连，采用电热器加热无需通入高温热解风，具有能耗低、更经济实惠的优点。
为了实现对尿素溶液能呈雾状均匀喷射在热解炉内，所述制氨集成设备还包括执行器3、控制器4和喷射器2，所述喷射器2安装在热解炉1的内壁上，喷射器2的溶液进口端与热解炉1的溶液注入口的内部端固定连通，所述热解炉1的溶液注入口的外部端通过管道与执行器3的输出口连通，所述执行器3的电气控制接口与控制器4的IO口相连。
在本实施例中，所述执行器3选用脉冲型执行器3、控制器4选用PLC控制器、喷射器2选用单流体喷头，单流体喷头的喷射量为0-5L/h，压力为2-10bar，热解的温度为350-600℃，压力为1Kpa-2ba。
为了便于监控加热过程中热解炉1内的温度和压力，所述热解炉1上安装有温度传感器13和压力传感器12，温度传感可安装在热解炉1的表面，压力传感器12可安装在热解炉1的注入口内，所述温度传感器13和压力传感器12分别与PLC控制器4的IO口相连，同时所述PLC控制器还连接有显示器，用于显示热解炉1内的参数。
为了便于尿素溶液的输送，所述制氨集成设备还包括所述溶液输送单元，所述溶液输送单元包括主路管和与主路管的一端相连通的计量泵5，在本实施例中，计量泵5用于对尿素溶液进行计量及输送增压；所述主路管的另一端与所述执行器3的输入口相连通，所述主路管上沿着远离计量泵5的方向依次设有第一控制阀7、阻尼器8、背压阀9和流量计11，所述计量泵5与第一控制阀7之间的管道内安装有过滤器6，可保证主路管不会因为计量泵5吸取了异物而造成管路堵塞。
进一步的，为了保证位于背压阀9或尾部的管路发生故障时，主管路不会因为计量泵5一直工作而破裂，因此在所述阻尼器8和背压阀9之间的管道上连通有支路管，所述支路管的另一端连接至计量泵5的入口管上，所述主路管上设有安全阀10，安全阀10、支路管、计量泵5和主路管构成循环回路，当背压阀9或尾部管路故障，此时计量泵5处于运行状态，主路管的压力升高，当压力达到安全阀10的设定值时，通过安全阀10泄压。
进一步的，为了便于尿素溶液的输送和对管道、设备的清洗，所述计量泵5的输入口连接有三通管，所述三通管的支管上均设有第二控制阀14，所述支路管的另一端与三通管的主管连通。三通管道的其中一根支管的一端为溶液注入端，另一根支管的一端为冲洗水注入端，在使用时通过开闭或开启第二控制阀14选择对溶液的输送和设备、管道清洗。
工作原理：
1.尿素溶液可使用32.5％的车用尿素溶液或采用尿素固体溶解配置的浓度为10～50％的尿素溶液，尿素溶液从储存容器通过管路连接至尿素注入端的计量泵5；
2.尿素溶液通过溶液输送单元输送至脉冲执行器3，溶液输送单元设循环回路，保证尿素溶液输送的稳定及安全；
3.脉冲执行器根据喷射量的情况通过PCL控制器进行控制，保证喷射量及雾化效果；
4.单流体喷头借助尿素溶液的压力进行雾化，不需要增加辅助空气，降低了热解的能耗；
5.热解炉1不需要额外热解风，通过电加热器直接加热热解炉1至350-600℃，高温环境把喷入的雾化尿素溶液进行热解产生NH3和CO2；热解炉1为圆筒结构充分考虑喷射的缓冲作用，保证热解气排出的稳定性。
需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。
