[发明专利]从燃烧气流中移除NOx的方法

说明书

本申请是申请日为2008年2月28日、申请号为200810009369.3、发明名称为“由尿素生产氨的改进方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

这一方法需要在水解塔(反应器)中喂入尿素水溶液或在水解塔(反应器)中产生尿素水溶液，在水解塔(反应器)中尿素水溶液在压力下加热以生产氨、水和二氧化碳的氨气混合物。在本发明中，允许改变反应器操作压力和温度以匹配氨需要量。设定反应器压力以随氨需求或反应器操作温度而变化。改变操作压力，如此正常操作期间，这些气体的浓度与反应器中的溶液的组成保持平衡且等于进料组成的转化产物。在典型方法中，进料溶液在尿素占水40重量％到50重量％的范围。

背景技术

公共事业和A/E企业已对尿素-氨转化的技术展示强烈关注。公共事业逐渐采用尿素作为其SCR项目的无水氨和含水氨的优选替代物，其中数个主要的公共事业利用尿素-氨的替代物且许多潜在用户主动评定当前和未来项目的系统。诸如用氨净化S0₂的其他方法正评定尿素-氨的用途。本发明的改进通过提供显著降低由尿素生产氨的热量要求的方法使这更加可行。其他应用也正评定降低氨就地储藏的氨生产的用途。

尿素-氨技术的开发响应对公共事业控制NO_X排放和实施需要氨作为还原剂的SCR项目的大大提高的要求。认为无水氨是危险和有毒的化学品且受EPA以及OSHA强制实行的严格规定的管理。含水氨，虽然浓度较小，但造成类似的危险，且也逐渐受到地方当局限制的调控或管理。含水氨作为无水氨的替代物的用途显著增加化学品和能量的操作成本，且提高运输和储藏的要求。当考虑较稀的水溶液时，这些缺点突出。

尿素-氨和其他立即响应尿素-氨系统使用尿素作为原料化学品且从而完全避免与氨运输和储藏相关的危险。这一方法立即响应将尿素溶液转变为氨气混合物以满足NO_X控制系统和其他使用氨的系统的动态要求。

在尿素进料浓度为40％下，将最初系统设计为操作温度为300℉且操作压力为60psig到80psig。较高的尿素进料浓度通过降低蒸发进料溶液中的水所需的能量来降低操作成本。随着市场的成熟，较高的温度设计和较高的50％尿素进料浓度可降低系统的资金成本以及降低能量消耗。

因为尿素的水解速率随过量水而增加，所以在反应器液体中维持适量水对这一方法来说是必要的。然而，喂入50％和50％以上尿素，氨生产速率的潜能将减缓，因为必须考虑用于反应的水的减少。Spencer等人，论文“Design Considerations for Generating Ammonia from Urea for NO_X Control with SCRs”，AWMA 2007 Conference展示当反应器保持在恒压下时，反应可利用的水随温度的增加而减少。

Brooks等人的美国专利6,761,868描述通过控制温度和压力来解决这一问题的方法。在本发明中，不控制反应器温度且随氨需求或温度的调节压力。Brooks专利确实展示压力和温度将反应器中的浓度维持在进料浓度下，但不如本专利申请案所示展示如何可将反应器中的浓度维持在独立于进料浓度的所要的值下。

Cooper等人的美国专利第6,077,491号揭示其中通过热量维持温度和压力以生成产物气体的方法，但不展示如体将反应器中的液体浓度维持在近乎恒定的值下。

Cooper专利和Brooks专利均未展示允许反应器中的压力随需求变化或随温度变化的优点。

第二个问题是维持溶液中较高的尿素浓度所需的附加热量。在40％尿素浓度下，尿素进料系统的热量迹线要求降低但反应器能量消耗增加。

本发明确定需要考虑的设计因素以维持反应器中的水平衡。这具有气体生产速率变化期间产物气体组成保持近乎恒定的优点。本发明的另一个优点在于可操作反应器，如此对所有需求条件来说，产物气体温度一直高于尿素-氨生成过程的气体露点计算值。这一结果出现在较低腐蚀和较长持续时间反应器中。

发明内容

简单来说，本发明包含一种由尿素生产氨的方法，所述方法包含：

(a)在水解反应器中就地加热尿素或含有双缩脲或氨基甲酸铵的尿素混合物的水溶液以获得大体上不含尿素、双缩脲或氨基甲酸铵的含气态氨的产物，通过给反应器输入热量维持温度和压力；

(b)在操作压力下分离含气态氨产物和液相含水反应介质；