一种水泥联产甲醇、尿素的系统 |
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| 申请号 | CN202322211839.7 | 申请日 | 2023-08-15 | 公开(公告)号 | CN220677774U | 公开(公告)日 | 2024-03-29 |
| 申请人 | 三碳(安徽)科技研究院有限公司; | 发明人 | 汤驰洲; 徐晓亮; 马明; 晋川川; | ||||
| 摘要 | 本实用新型公开了一种 水 泥联产甲醇、尿素的系统，包括 水泥 窑、空气分离装置、余热 锅炉 、二 氧 化 碳 捕集装置、固体氧化物 电解 池、甲醇合成装置、 氨 合成装置和尿素合成装置；水泥窑通过管道连接 余热锅炉 的烟气入口，余热锅炉的冷烟气出口通过管道连接二氧化碳捕集装置，余热锅炉的水蒸气出口连接固体氧化物 电解池 输送高温水蒸气，固体氧化物电解池的氧气出口连接水泥窑输送高温氧气，固体氧化物电解池的氢气出口通过分支管路分别连接甲醇合成装置和氨合成装置输送高温氢气，空气分离装置的氮气出口连接氨合成装置输送氮气，氨合成装置的氨气出口连接尿素合成装置。本实用新型让水泥窑产生的 能量 物质得到充分资源化利用，提高了利用效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种水泥联产甲醇、尿素的系统，包括水泥窑(1)和空气分离装置(2)，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 一种水泥联产甲醇、尿素的系统技术领域背景技术[0003] 空气分离装置可将空气分为氧气和氮气，氧气可用于水泥窑富氧/全氧燃烧，提高水泥产量、减少煤炭消耗并使得烟气中二氧化碳浓度提升，有助于二氧化碳捕集。但空气分离产生的氮气在水泥厂没有合适的用途，只能排放，造成浪费。 [0004] 固体氧化物电解池可将水电解为高温的氢气和氧气，且具有能量效率高、无需贵金属催化剂等优势，适合大规模工业化电解水制氢。但需要通入高温水蒸气作为原料，且目前缺少相关余热利用的方法，而氢气的存储存在一定风险，氢气的运输成本也较高，就地利用氢气是较为经济的方式。 [0005] 水泥生产排放大量二氧化碳，但二氧化碳的需求量少且价值较低，长距离运输不具有经济性，这极大限制了二氧化碳的捕集和利用。因此，需将二氧化碳就地转化利用，生产需求量大，价值较高的产品，才能消纳水泥产生排放的二氧化碳。 [0006] 氨合成和二氧化碳加氢制甲醇均需要高温高压的反应条件，存在能耗较高的问题，如果可获得高温原料气，则可大大降低能耗。 [0008] 本实用新型提供了一种水泥联产甲醇、尿素的系统，用于解决现有技术中在对高温烟气这类废物进行资源化利用时还存在有热能、分离所得氮气等能量物质不能充分资源化利用的技术问题。 [0009] 所述的一种水泥联产甲醇、尿素的系统，包括水泥窑和空气分离装置，此外还包括余热锅炉、二氧化碳捕集装置、固体氧化物电解池、甲醇合成装置、氨合成装置和尿素合成装置；所述水泥窑通过管道连接所述余热锅炉的烟气入口，所述余热锅炉的冷烟气出口通过管道连接所述二氧化碳捕集装置，所述余热锅炉的水蒸气出口通过管路连接所述固体氧化物电解池输送高温水蒸气，所述二氧化碳捕集装置的出气口通过分支管路分别连接所述甲醇合成装置和所述尿素合成装置，所述固体氧化物电解池的氧气出口通过管路连接所述水泥窑输送高温氧气，所述固体氧化物电解池的氢气出口通过分支管路分别连接所述甲醇合成装置和所述氨合成装置输送高温氢气，所述空气分离装置的氮气出口通过管路连接所述氨合成装置输送氮气，所述氨合成装置的氨气出口通过管路连接所述尿素合成装置。 [0010] 优选的，所述的水泥联产甲醇、尿素的系统还包括辅助加热器和温度传感器，所述辅助加热器设于所述余热锅炉的水蒸气出口到固体氧化物电解池之间的管路上，所述温度传感器设于辅助加热器的输入端和输出端。 [0012] 优选的，固体氧化物电解池输入的高温水蒸气温度在300～400℃，所述固体氧化物电解池的氧气出口和氢气出口输出的高温氢气和高温氧气的温度均在600～1000℃。 [0013] 优选的，固体氧化物电解池产生的高温氢气与空气分离装置产生的氮气直接混合形成混合原料气一输入氨合成装置，所述混合原料气一的温度在350～550℃。 [0014] 优选的，固体氧化物电解池产生的高温氢气与二氧化碳捕集装置获得的二氧化碳直接混合形成混合原料气二输入甲醇合成装置，所述混合原料气二的温度在200～320℃。 [0015] 本实用新型具有以下优点：高温烟气可通过余热锅炉实现余热回收，生成高温水蒸气。此后直接将水蒸气用于电解得到其他化工合成所需的原料，省去水蒸汽做功发电过程，提升能量利用效率。余热锅炉产生的高温水蒸气可作为固体氧化物电解池的原料。电解产生的高温氧气进入水泥窑，能高效利用该氧气热量，进一步减少水泥窑煤炭消耗，且实现富氧/全氧燃烧。空气分离装置分离出的氮气能作为氨合成装置的原料。固体氧化物电解池产生的高温氢气可与空气分离装置产生的氮气直接混合，可高效利用该氢气热量。通过二氧化碳捕集装置获得高纯二氧化碳，能作为甲醇合成装置或尿素合成装置的原料。固体氧化物电解池产生的高温氢气与二氧化碳直接混合能高效利用该氢气热量，减少合成反应中的能耗。氨合成装置的产物氨气可与二氧化碳捕集装置获得高纯二氧化碳一起通入尿素合成装置中，生成尿素，实现二氧化碳的高值化利用，并解决氨气腐蚀强，不便储运的问题。利用本实用新型实现能量及物质的高效利用，实现二氧化碳高值化转化，最终生产出水泥熟料、甲醇、尿素等需求量大且便于储存和运输的固体或液体产品，最大程度提高废物资源化效益。附图说明 [0016] 图1为本实用新型一种水泥联产甲醇、尿素的系统的结构示意图。 [0017] 图2为本实用新型一种水泥联产甲醇、尿素的系统的运行流程图。 [0018] 附图中的标记为：1、水泥窑，2、空气分离装置，3、余热锅炉，4、固体氧化物电解池，5、二氧化碳捕集装置，6、甲醇合成装置，7、氨合成装置，8、尿素合成装置，9、尾气净化装置， 10、辅助加热器，11、温度传感器。 具体实施方式[0020] 如图1、2所示，本实用新型提供了一种水泥联产甲醇、尿素的系统，包括现有技术中的水泥窑1和空气分离装置2，所述空气分离装置2的氧气出口通过管路连接到所述水泥窑1输送氧气，从而让水泥窑1实现富氧燃烧，提高水泥窑1内部温度和反应效率。而本系统在此基础上填设相应设备装置对空气分离装置2的另一产物氮气和水泥窑1产生的高温烟气进行资源化利用。 [0021] 所述水泥联产甲醇、尿素的系统还包括余热锅炉3、二氧化碳捕集装置5、固体氧化物电解池4、甲醇合成装置6、氨合成装置7和尿素合成装置8；所述水泥窑1通过高温烟气管道连接所述余热锅炉3的烟气入口，将高温烟气输送到所述余热锅炉3回收利用热能，所述余热锅炉3的冷烟气出口通过冷烟气管道连接所述二氧化碳捕集装置5，二氧化碳捕集装置5实现对二氧化碳的捕集，所述余热锅炉3的水蒸气出口通过水蒸气管路连接所述固体氧化物电解池4输送高温水蒸气，固体氧化物电解池4则能将水蒸气电解为氧气和氢气，所述二氧化碳捕集装置5的出气口通过分支管路分别连接所述甲醇合成装置6和所述尿素合成装置8，所述固体氧化物电解池4的氧气出口通过管路连接所述水泥窑1输送高温氧气，所述固体氧化物电解池4的氢气出口通过分支管路分别连接所述甲醇合成装置6和所述氨合成装置7输送高温氢气，所述空气分离装置2的氮气出口通过管路连接所述氨合成装置7输送氮气，所述氨合成装置7用于合成氨气，所述氨合成装置7的氨气出口通过管路连接所述尿素合成装置8，尿素合成装置8利用氨气和二氧化碳合成尿素，所述甲醇合成装置6利用高温氢气和二氧化碳合成甲醇。 [0022] 所述水泥联产甲醇、尿素的系统还包括辅助加热器10和温度传感器11，所述辅助加热器10设于所述余热锅炉3的水蒸气出口到固体氧化物电解池4之间的管路上，所述温度传感器11设于辅助加热器10的输入端和输出端，分别为温度传感器11一和温度传感器11二，温度传感器11一和温度传感器11二分别用于检测输入端和输出端的水蒸气温度，当输入端的水蒸气温度低于固体氧化物电解池4电解所需的水蒸气输入温度时，温度传感器11一发出信号启动辅助加热器10，所述温度传感器11二则检测输出端的水蒸气温度，根据其是否达到固体氧化物电解池4电解所需的水蒸气输入温度来控制辅助加热器10的加热效率。 [0023] 所述水泥联产甲醇、尿素的系统还包括尾气净化装置9，所述二氧化碳捕集装置5的尾气出口连接所述尾气净化装置9，冷烟气经过二氧化碳捕集后剩余的尾气经过尾气净化装置9净化后排出。 [0024] 应用上述水泥联产甲醇、尿素的系统后，水泥窑1产生的高温烟气可通过余热锅炉3实现余热回收，将热量传递给水，生成高温水蒸气(300～400℃)。此后直接将水蒸气用于电解得到其他化工合成所需的原料，省去水蒸汽做功发电过程，提升能量利用效率。 [0025] 余热锅炉3产生的高温水蒸气可作为固体氧化物电解池4的原料，电解产生高温氢气和高温氧气(600～1000℃)。电解过程需要通入高温水蒸气作为原料，而余热锅炉正好回收烟气余热加热水蒸气，节约了能源，而考虑到烟气热量可能有高低变化，因此设置辅助加热器10，在烟气余热不稳定时仍能保证本系统的正常运行。 [0026] 固体氧化物电解池4产生的高温氧气可进入水泥窑1，直接与煤和水泥生料混合，无需换热器等设备，可高效利用该氧气热量，进一步减少水泥窑1煤炭消耗，且实现富氧/全氧燃烧。这一过程不仅增加了水泥窑1中的氧含量，更能直接通过600～1000℃的高温氧气加快水泥窑1的加热和反应过程。 [0027] 空气分离装置2可将空气分离为氧气和氮气，氧气可作为水泥窑1富氧/全氧燃烧的原料，氮气可作为氨合成装置7的原料。固体氧化物电解池4产生的高温氢气可与空气分离装置2产生的氮气直接混合，无需换热器等设备，可高效利用该氢气热量，获得的混合原料气一用于氨合成装置7，该混合原料气的温度在350～550℃。 [0028] 经过余热锅炉3的水泥窑1冷烟气可通过二氧化碳捕集装置5获得高纯二氧化碳。二氧化碳可作为甲醇合成装置6或尿素合成装置8的原料。同时，固体氧化物电解池4产生的高温氢气也可与二氧化碳捕集装置5获得高纯二氧化碳直接混合，无需换热器等设备，可高效利用该氢气热量，获得的混合原料气二用于甲醇合成装置6，该混合原料气二的温度在 200～320℃。这样既能快速将不易储存的氢气进行转化实现资源利用，也充分利用了电解产生的高温氢气的热能，减少合成反应中的能耗。 [0029] 氨合成装置7的产物氨气可与二氧化碳捕集装置5获得高纯二氧化碳一起通入尿素合成装置8中，生成尿素，实现二氧化碳的高值化利用，并解决氨气腐蚀强，不便储运的问题。 [0030] 上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型保护范围之内。 |
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