一种利用锅炉含硫烟气制硫酸铵的系统和方法
阅读说明：本技术 一种利用锅炉含硫烟气制硫酸铵的系统和方法 (System and method for preparing ammonium sulfate by using boiler sulfur-containing flue gas ) 是由 马晓珑 张瑞祥 刘峰 胡杨 余俨 于 2021-03-03 设计创作，主要内容包括：一种利用锅炉含硫烟气制硫酸铵的系统和方法,锅炉烟道接本生反应装置,本生反应装置接供水装置、硫酸收集装置、碘化氢分解装置、反应器排气收集装置,碘化氢分解装置接氢气收集装置、碘回收装置,碘回收装置接碘供应装置、本生反应装置；反应器排气收集装置接除氧装置,除氧装置接甲烷制备装置,甲烷制备装置接甲烷存储装置、氨气制备装置,氨气制备装置接氨气存储装置、硫酸铵制备装置,硫酸铵制备装置接硫酸铵存储装置,硫酸收集装置接硫酸铵制备装置,氢气收集装置接除氧装置、甲烷制备装置、氨气制备装置,本发明基于上述系统利用氨气与硫酸反应生成硫酸铵化肥,将锅炉排放烟气全量化资源利用,能够产生良好的社会效益。(A system and method for preparing ammonium sulfate by using sulfur-containing flue gas of a boiler, wherein a flue of the boiler is connected with a Bunsen reaction device, the Bunsen reaction device is connected with a water supply device, a sulfuric acid collecting device, a hydrogen iodide decomposing device and a reactor exhaust collecting device, the hydrogen iodide decomposing device is connected with a hydrogen collecting device and an iodine recycling device, and the iodine recycling device is connected with an iodine supply device and the Bunsen reaction device; the reactor exhaust collection device is connected with the deoxidizing device, the deoxidizing device is connected with the methane preparation device, the methane preparation device is connected with the methane storage device and the ammonia preparation device, the ammonia preparation device is connected with the ammonia storage device and the ammonium sulfate preparation device, the ammonium sulfate preparation device is connected with the ammonium sulfate storage device, the sulfuric acid collection device is connected with the ammonium sulfate preparation device, and the hydrogen collection device is connected with the deoxidizing device, the methane preparation device and the ammonia preparation device.)
技术领域
本发明属于硫酸铵制备技术领域，具体涉及一种利用锅炉含硫烟气制硫酸铵的系统和方法。
背景技术
一般锅炉烟气的主要成分是氮气、二氧化碳、二氧化硫、水蒸气。某1000MW锅炉烟气的体积占比主要包括：氮气73％左右，二氧化碳12％左右，水蒸气8％左右，氧气5％左右，二氧化硫0.1％左右。因此，锅炉烟气中的二氧化硫是大气主要污染源之一，二氧化碳是主要温室气体。这两种气体的减量排放是电力生产面临的主要问题。
目前，锅炉烟气脱硫大多数采用的是将烟气通入碳酸钙中，利用碳酸钙与二氧化硫反应生成硫酸钙和二氧化碳，这种脱硫方法脱除了锅炉烟气中的二氧化硫，但增加了温室气体二氧化碳的排放。
采用硫碘循环高温水解制氢需要在850℃以上高温，将硫酸热解为二氧化硫，水、二氧化硫和碘在常温下产生碘化氢，碘化氢在300℃以上温度分解为碘和氢气。该工艺实现的难点在于：
(1)将硫酸热解所需要的850℃的高温难以满足；
(2)硫酸是腐蚀性极强的物质，能够耐高温腐蚀的材料价格非常昂贵；
(3)热解硫酸制氢的经济性较差。
发明内容
针对目前高温水解制氢和含硫煤燃烧存在的问题，本发明的目的在于提供了一种利用锅炉含硫烟气制硫酸铵的系统和方法，不需要通过高温热解硫酸而获得二氧化硫，利用氨气与硫酸反应生成硫酸铵化肥，将锅炉排放烟气全量化资源利用，以产生良好的社会效益。
本发明是采用如下技术方案来实现的：
一种利用锅炉含硫烟气制硫酸铵的系统，包括锅炉脱销、除尘后的锅炉烟道1，锅炉烟道1出口接至本生反应装置3的第一入口，本生反应装置3的第二入口连接供水装置2的出口，本生反应装置3的第一出口连接硫酸收集装置4的入口，本生反应装置3的第二出口连接碘化氢分解装置5的入口，碘化氢分解装置5的第一出口连接氢气收集装置9的入口；碘化氢分解装置5的第二出口连接碘回收装置8的第一入口，碘回收装置8的第二入口连接碘供应装置16的出口；碘回收装置8的出口连接本生反应装置3的第三入口，本生反应装置3的第四入口连接碘化氢分解装置5的第三出口；
本生反应装置3的第三出口连接反应器排气收集装置6的入口，反应器排气收集装置6的出口连接除氧装置7的第一入口，除氧装置7的出口连接甲烷制备装置10的第一入口，甲烷制备装置10的第一出口连接甲烷存储装置14的入口，甲烷制备装置10的第二出口连接氨气制备装置11的第一入口，氨气制备装置11的第一出口连接氨气存储装置15的入口，氨气制备装置11的第二出口连接硫酸铵制备装置12的第一入口，硫酸铵制备装置12的出口连接硫酸铵存储装置13的入口，硫酸收集装置4的出口连接硫酸铵制备装置12的第二入口，氢气收集装置9的第一出口连接除氧装置7的第二入口，氢气收集装置9的第二出口连接甲烷制备装置10的第二入口，氢气收集装置9的第三出口连接氨气制备装置11的第二入口。
所述的本生反应装置3配备有加热和冷却装置，能够调整其内部温度在0℃和130℃之间；其内部预装有二氧化硫、碘、水形成的溶液，二氧化硫、碘、水部分发生化学反应，生成硫酸和碘化氢。
所述的碘化氢分解装置5内装有加热和冷却装置，通过加热和冷却装置的工作，调节碘化氢分解装置5内的介质的温度在250℃至600℃之间，碘化氢分解装置5内还装有促进分解为氢气和碘的催化剂。
所述的除氧装置7内装有燃烧器。
所述的甲烷制备装置10内装有加热和冷却装置，调节甲烷制备装置10内的介质的温度在250℃至600℃之间。
所述的甲烷制备装置10内装有压缩机，将进入甲烷制备装置10内的介质的压力提高到10MPa。
所述的甲烷制备装置10内装有催化剂，进入到甲烷制备装置10内的二氧化碳和氢气在催化剂作用下生成甲烷。
基于上述系统制硫酸铵的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、由供水装置2向本生反应装置3中加水，液位达到本生反应装置3的正常水位；
(2)、由碘供应装置16向本生反应装置3中按碘：水＝1：1.4的摩尔比装入碘；
(3)、将从锅炉烟道1来的经过脱销和除尘后的烟气通入本生反应装置3中，烟气的主要成分有：氮气、二氧化碳、氧气、二氧化硫；
(4)、二氧化硫、水、碘在本生反应装置3中部分发生化学反应，生成碘化氢和硫酸，硫酸进入硫酸收集装置4，碘化氢进入碘化氢分离器5；
(5)、进入碘化氢分离器5中的碘化氢，在300℃以上温度，在催化剂作用下，部分分解为氢气和碘，碘进入碘回收装置8，氢气进入氢气收集装置9，未分解的碘化氢返回到本生反应装置3中参与下一轮反应；
(6)、从本生反应装置3中排出的气体进入到反应器排气收集装置6中，其主要成分有氮气、二氧化碳、氧气；
(7)、从反应器排气收集装置6排出的气体中的氧气与从氢气收集装置9中排出的氢气在除氧装置7中燃烧，消耗掉氧气，同时产生热量加热气体；
(8)、从除氧装置7中排出的气体进入到甲烷制备装置10中，其主要成分有氮气、二氧化碳，其中的二氧化碳与从氢气收集装置9中来的氢气发生化学反应生成甲烷，生成的甲烷存储到甲烷存储装置14中；
(9)、从甲烷制备装置10中排出的气体进入到氨气制备装置11中，其主要成分是氮气，其与从氢气收集装置9来的氢气发生化学反应成氨气，形成的氨气根据需要可存储于氨气存储装置15中；
(10)、氨气制备装置11中产生的氨气进入到硫酸铵制备装置12中，与从硫酸收集装置4中来的硫酸，发生化学反应生成硫酸铵，生成的硫酸铵存储于硫酸铵存储装置13中。
本发明提供的一种利用锅炉含硫烟气制硫酸铵的系统和方法，具有以下几方面明显的优点：
(1)不需要通过高温热解硫酸而获得二氧化硫，解决了高温热解制氢的难点；
(2)制氢过程耗能较少，锅炉烟气排放温度适合于碘化氢产生温度，不需要采取额外措施，碘化氢分解所需温度，在电厂很容易得到，例如利用蒸汽加热获得；
(3)制氢所需原料来源于锅炉排放的带污染的废气，制氢成本少；
(4)通过制氢脱除了烟气中的二氧化硫，而没有增加温室气体二氧化碳的排放，社会效益比较好；
(5)通过制氢产生的硫酸可以综合利用，经济效益比较好；
(6)可以利用制出的氢与烟气中的二氧化碳反应制取甲烷，减少了温室气体的排放；
(7)可以利用制出的氢气与烟气中的氮气反应制备工业常用原料氨气，经济效益较好；
(8)利用氨气与硫酸反应生成硫酸铵化肥，将锅炉排放烟气全量化资源利用，产生了良好的社会效益。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的详细说明。
参照图1，一种利用锅炉含硫烟气制硫酸铵的系统，包括锅炉脱销、除尘后的锅炉烟道1，锅炉烟道1出口接至本生反应装置3的第一入口，本生反应装置3的第二入口连接供水装置2的出口，本生反应装置3的第一出口连接硫酸收集装置4的入口，本生反应装置3的第二出口连接碘化氢分解装置5的入口，碘化氢分解装置5的第一出口连接氢气收集装置9的入口；碘化氢分解装置5的第二出口连接碘回收装置8的第一入口，碘回收装置8的第二入口连接碘供应装置16的出口；碘回收装置8的出口连接本生反应装置3的第三入口，本生反应装置3的第四入口连接碘化氢分解装置5的第三出口；
本生反应装置3的第三出口连接反应器排气收集装置6的入口，反应器排气收集装置6的出口连接除氧装置7的第一入口，除氧装置7的出口连接甲烷制备装置10的第一入口，甲烷制备装置10的第一出口连接甲烷存储装置14的入口，甲烷制备装置10的第二出口连接氨气制备装置11的第一入口，氨气制备装置11的第一出口连接氨气存储装置15的入口，氨气制备装置11的第二出口连接硫酸铵制备装置12的第一入口，硫酸铵制备装置12的出口连接硫酸铵存储装置13的入口，硫酸收集装置4的出口连接硫酸铵制备装置12的第二入口，氢气收集装置9的第一出口连接除氧装置7的第二入口，氢气收集装置9的第二出口连接甲烷制备装置10的第二入口，氢气收集装置9的第三出口连接氨气制备装置11的第二入口。
所述的本生反应装置3配备有加热和冷却装置，能够调整其内部温度在0℃和130℃之间；其内部预装有二氧化硫、碘、水形成的溶液，二氧化硫、碘、水部分发生化学反应，生成硫酸和碘化氢。
所述的碘化氢分解装置5内装有加热和冷却装置，通过加热和冷却装置的工作，调节碘化氢分解装置5内的介质的温度在250℃至600℃之间，碘化氢分解装置5内还装有促进分解为氢气和碘的催化剂。
所述的除氧装置7内装有燃烧器。
所述的甲烷制备装置10内装有加热和冷却装置，调节甲烷制备装置10内的介质的温度在250℃至600℃之间。
所述的甲烷制备装置10内装有压缩机，将进入甲烷制备装置10内的介质的压力提高到10MPa。
所述的甲烷制备装置10内装有催化剂，进入到甲烷制备装置10内的二氧化碳和氢气在催化剂作用下生成甲烷。
基于上述系统制硫酸铵的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、由供水装置2向本生反应装置3中加水，液位达到本生反应装置3的正常水位；
(2)、由碘供应装置16向本生反应装置3中按碘：水＝1：1.4的摩尔比装入碘；
(3)、将从锅炉烟道1来的经过脱销和除尘后的烟气通入本生反应装置3中，烟气的主要成分有：氮气、二氧化碳、氧气、二氧化硫；
(4)、二氧化硫、水、碘在本生反应装置3中部分发生化学反应，生成碘化氢和硫酸，硫酸进入硫酸收集装置4，碘化氢进入碘化氢分离器5；
(5)、进入碘化氢分离器5中的碘化氢，在300℃以上温度，在催化剂作用下，部分分解为氢气和碘，碘进入碘回收装置8，氢气进入氢气收集装置9，未分解的碘化氢返回到本生反应装置3中参与下一轮反应；
(6)、从本生反应装置3中排出的气体进入到反应器排气收集装置6中，其主要成分有氮气、二氧化碳、氧气；
(7)、从反应器排气收集装置6排出的气体中的氧气与从氢气收集装置9中排出的氢气在除氧装置7中燃烧，消耗掉氧气，同时产生热量加热气体；
(8)、从除氧装置7中排出的气体进入到甲烷制备装置10中，其主要成分有氮气、二氧化碳，其中的二氧化碳与从氢气收集装置9中来的氢气发生化学反应生成甲烷，生成的甲烷存储到甲烷存储装置14中；
(9)、从甲烷制备装置10中排出的气体进入到氨气制备装置11中，其主要成分是氮气，其与从氢气收集装置9来的氢气发生化学反应成氨气，形成的氨气根据需要可存储于氨气存储装置15中；
(10)、氨气制备装置11中产生的氨气进入到硫酸铵制备装置12中，与从硫酸收集装置4中来的硫酸，发生化学反应生成硫酸铵，生成的硫酸铵存储于硫酸铵存储装置13中。
实施例效果
某1000MW锅炉烟气的体积占比，主要包括：氮气73.28％，二氧化碳12.67％，水蒸气8.37％，氧气5.4％，二氧化硫0.1％。
锅炉烟气进入到本生反应装置3中后，烟气中的二氧化硫与水、碘反应生成HI和硫酸。HI进入碘化氢分解装置5中产生氢气和碘，碘返回本生反应装置3复用，氢气进入氢气收集装置9中。
在本生反应装置3中，产生的硫酸进入硫酸收集装置4。
理论上，该1000MW锅炉烟气中含有二氧化硫9500kg/h，可以制氢77000m3/d，，价值约77万元；可以产生高纯硫酸340t/d，价值约17万元。
从本生反应装置3中出来的气体主要成分是氮气、二氧化碳、氧气；从氢气收集装置9中取一部分氢气，在除氧装置7燃烧消耗掉氧气，同时产生热量加热气体。
从在除氧装置7中排出的气体主要是氮气、二氧化碳，进入到甲烷制备装置10，在甲烷制备装置10中，二氧化碳与从氢气收集装置(9)中来的氢气化合生成甲烷，并进入到甲烷存储装置14。
从甲烷制备装置10中排出的气体主要是氮气，该氮气与从氢气收集装置9中来的氢气在氨气制备装置11中反应生成氨气。
生成的氨气可以存储在氨气存储装置15中形成工业产品，也可以与从硫酸收集装置4中排出的硫酸在硫酸铵制备装置12中生成硫酸铵化肥。
这样就可以将锅炉中产生的烟气全量化资源利用，产生良好的经济效益和社会效益。
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