一种自热式离线氨脱附装置及其脱附方法

本发明涉及氨脱附，具体涉及一种自热式离线氨脱附装置及其脱附方法。

背景技术：

1、氢能以其绿色、高效等优势，是公认有望替代传统化石燃料的清洁能源，但氢易燃易爆且储存、运输成本高。采用氨(nh3)这一传统化肥工业原料作为储能(储氢)载体，具备(1)高能量密度；(2)易于液化存储与运输；(3)跨季节无碳储能；(4)安全性高；(5)产业基础成熟的独特优势。通过低成本液nh3的存储运输替代现有的高压储氢的存储运输，将液nh3运送至加氢站现场，nh3在ru、ni等金属催化剂催化下几乎完全分解为75％h2+25％n2混合气，直接供给用氢。为了除去残氨，需要进行氨吸附。目前的吸附主要分为变温吸附(tsa)和变压吸附(psa)。其中，变温吸附再生彻底、回收率高、产品损失小，通常用于微量杂质或难解吸杂质的脱除的循环。变温吸附装置内的吸附剂吸附饱和后需要对其进行脱附。脱附方式主要分为在线脱附和离线脱附。在线脱附可以更好地利用能源，但脱附效率低，且会增加系统的复杂性。而离线脱附可以不受时间和空间限制，随用随换。然而，现有的氨离线脱附技术存在以下问题：1)氨脱附装置只能逐根脱附，效率低。2)脱附过程需外部供热，能源消耗大。3)脱附过程需外部连接不间断的氮气等惰性气体，气量消耗大。且持续对外排放含具有刺激性气味的残氨的废气，可造成空气污染。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出一种自热式离线氨脱附装置。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种自热式离线氨脱附装置，包括脱附箱、氮气瓶、燃烧器和气体循环系统，所述脱附箱上设有吸附剂入口、吸附剂出口、氮气入口、脱附气出口、烟气入口和烟气出口，所述氮气瓶的出气端通过氮气管路与所述氮气入口连通，所述脱附气出口与所述燃烧器上的燃料入口连通，外界空气通过所述燃烧器上的空气进口与所述燃烧器连通，所述燃烧器上的燃烧烟气出口与所述烟气入口连通，所述燃烧器将与空气混合燃烧后的气体导入所述烟气入口并利用混合气体的热量来加热所述脱附箱，所述烟气出口通过所述气体循环系统后与所述氮气管路连通。

4、所述脱附箱包括吸附剂腔和脱附箱内管，所述吸附剂腔套装在所述脱附箱内管的外侧，所述吸附剂入口和吸附剂出口分别设置在所述吸附剂腔的两侧，所述的氮气入口和脱附气出口分别设置在所述吸附剂腔上沿其长度方向的两端，所述的烟气入口和烟气出口分别设置在所述脱附箱内管的两端。

5、所述气体循环系统包括冷凝器、气水分离器和引风机，所述烟气出口通过管路依次连通所述冷凝器、气水分离器、引风机后，与所述氮气管路连通；所述冷凝器用于将烟气中的水蒸气液化；所示气水分离器用于脱除烟气中的液态水；所示引风机用于提供气压差引导氮气重新进入所述脱附箱。

6、优选地，所述燃烧器为火焰燃烧器和催化燃烧器中的一种。

7、当所述燃烧器为火焰燃烧器时，所述火焰燃烧器包括燃烧器腔体、燃料入口、空气进口、燃烧烟气出口和点火器，所述的燃料入口、空气进口和燃烧烟气出口分别与所述燃烧器腔体连通，所述点火器位于所述燃烧器腔体内部靠近所述燃料入口的位置。

8、当所述燃烧器为催化燃烧器时，所述催化燃烧器包括燃烧器腔体、燃料入口、空气进口、燃烧烟气出口和空气预热器，所述燃烧器腔体内部填充有催化燃烧催化剂，所述的燃料入口、空气进口和燃烧烟气出口分别与所述燃烧器腔体连通，所述燃料入口伸入所述燃烧器腔体内部，所述空气进口的一端先与所述空气预热器连接后再通入所述燃烧器腔体内部。

9、所述自热式离线氨脱附装置还包括换热器，所述换热器设置在所述氮气管路上，所述氮气瓶的出气端和所述引风机的出气口依次借助管路通过所述换热器的冷气进、出口后，与所述脱附箱的氮气入口连通，所述脱附箱的烟气出口依次借助管路通过所述换热器的热气进、出口后与所述冷凝器的进气端连通，所述换热器用于将烟气的热量转移给所述氮气管路中的氮气。

10、或者，所述换热器设置在所述脱附箱的内部。

11、所述气水分离器和所述引风机之间的管路上还设有带有阀门的间歇性排气口。

12、远离所述脱附箱内管的所述吸附剂腔内壁设有保温层。

13、所述脱附箱内管的外壁上设有螺旋状的翅片。

14、所述氮气瓶的出气端还设有减压阀。

15、由所述燃烧器燃烧后的气体为含有氮气和水蒸气的混合气体，所述混合气体的温度为300℃-400℃。

16、一种自热式离线氨脱附装置的脱附方法，包括如下步骤：

17、s1：将与脱附箱外接的吸附柱中的待脱附吸附剂导入到脱附箱内；

18、s2：将氮气通入脱附箱，对吸附剂进行吹扫，吸附剂上脱附下来的氨气排出脱附箱后通入燃烧器；

19、s3：向燃烧器中导入空气；

20、s4：开启燃烧器，将从脱附箱排出的混合气体中的氨气和导入的空气混合燃烧，生成300-400℃的烟气；

21、s5：将烟气重新导入脱附箱，利用烟气加热脱附箱；

22、s6：将烟气从脱附箱的烟气出口排出进入气体循环系统；

23、s7：气体循环系统将烟气中的水蒸气去除，剩余的氮气重新导入脱附箱1中进行循环脱附。

24、所述步骤s2中，开启连接在脱附箱和氮气瓶之间的减压阀，将氮气瓶中的氮气引入脱附箱。

25、所述步骤s5中，烟气将脱附箱温度升高到200-300℃。

26、所述步骤s7中，剩余的氮气经过换热器加热后重新导入脱附箱中进行循环脱附。

27、本发明技术方案，具有如下优点：

28、a、本发明通过设置脱附箱，脱附时将待脱附的吸附剂集中到脱附箱内，脱附箱配有统一的吹扫气路及加热系统，从而可对吸附剂实现大规模的集中脱附。

29、b、本发明将脱附出的残氨进入燃烧器与空气混合后发生燃烧反应，生成高温烟气(高温的氮气和水蒸汽，300℃-400℃)，高温烟气进入脱附箱内从而带动脱附箱的升温(200℃-300℃)，进行高温脱附。该装置大幅降低电耗，甚至无需外部电加热即可实现系统热量的自维持；随后烟气经过气体循环系统的纯化后将剩余的氮气重新导入脱附系统进行吹扫，实现了气体的循环利用，也防止了因废气排入空气造成的环境污染。

30、c、本发明在氮气管路上设置一换热器，通过换热器将脱附箱的高温烟气出口排出的高温烟气的热量换热给氮气入口的氮气，经过换热后，氮气带更高温度进入脱附箱吹扫，可以有更好的脱附效果；脱附箱的高温烟气出口排出的烟气降温后更有利于烟气中水蒸气的冷凝。

技术特征：

1.一种自热式离线氨脱附装置，其特征在于，包括脱附箱(1)、氮气瓶(2)、燃烧器(3)和气体循环系统(4)，所述脱附箱(1)上设有吸附剂入口(13)、吸附剂出口(14)、氮气入口(15)、脱附气出口(16)、烟气入口(17)和烟气出口(18)，所述氮气瓶(2)的出气端通过氮气管路(21)与所述氮气入口(15)连通，所述脱附气出口(16)与所述燃烧器(3)上的燃料入口(31)连通，外界空气通过所述燃烧器(3)上的空气进口(32)与所述燃烧器(3)连通，所述燃烧器(3)上的燃烧烟气出口(33)与所述烟气入口(17)连通，所述燃烧器(3)将与空气混合燃烧后的气体导入所述烟气入口(17)并利用混合气体的热量来加热所述脱附箱(1)，所述烟气出口(18)通过所述气体循环系统(4)后与所述氮气管路(21)连通。

2.根据权利要求1所述的自热式离线氨脱附装置，其特征在于，所述脱附箱(1)包括吸附剂腔(11)和脱附箱内管(12)，所述吸附剂腔(11)套装在所述脱附箱内管(12)的外侧，所述吸附剂入口(13)和吸附剂出口(14)分别设置在所述吸附剂腔(11)的两侧，所述的氮气入口(15)和脱附气出口(16)分别设置在所述吸附剂腔(11)上沿其长度方向的两端，所述的烟气入口(17)和烟气出口(18)分别设置在所述脱附箱内管(12)的两端。

3.根据权利要求1所述的自热式离线氨脱附装置，其特征在于，所述气体循环系统(4)包括冷凝器(41)、气水分离器(42)和引风机(43)，所述烟气出口(18)通过管路依次连通所述冷凝器(41)、气水分离器(42)、引风机(43)后，与所述氮气管路(21)连通；所述冷凝器(41)用于将烟气中的水蒸气液化；所示气水分离器(42)用于脱除烟气中的液态水；所示引风机(43)用于提供气压差引导氮气重新进入所述脱附箱(1)。

4.根据权利要求1所述的自热式离线氨脱附装置，其特征在于：所述燃烧器(3)为火焰燃烧器和催化燃烧器中的一种。

5.根据权利要求4所述的自热式离线氨脱附装置，其特征在于：所述燃烧器(3)为火焰燃烧器，所述火焰燃烧器包括燃烧器腔体(34)、燃料入口(31)、空气进口(32)、燃烧烟气出口(33)和点火器(35)，所述的燃料入口(31)、空气进口(32)和燃烧烟气出口(33)分别与所述燃烧器腔体(34)连通，所述点火器(35)位于所述燃烧器腔体(34)内部靠近所述燃料入口(31)的位置。

6.根据权利要求4所述的自热式离线氨脱附装置，其特征在于：所述燃烧器(3)为催化燃烧器，所述催化燃烧器包括燃烧器腔体(34)、燃料入口(31)、空气进口(32)、燃烧烟气出口(33)和空气预热器(36)，所述燃烧器腔体(34)内部填充有催化燃烧催化剂(37)，所述的燃料入口(31)、空气进口(32)和燃烧烟气出口(33)分别与所述燃烧器腔体(34)连通，所述燃料入口(31)伸入所述燃烧器腔体(34)内部，所述空气进口(32)的一端先与所述空气预热器(36)连接后再通入所述燃烧器腔体(34)内部。

7.根据权利要求1所述的自热式离线氨脱附装置，其特征在于，所述自热式离线氨脱附装置还包括换热器(5)，所述换热器(5)设置在所述氮气管路(21)上，所述氮气瓶(2)的出气端和所述引风机(43)的出气口依次借助管路通过所述换热器(5)的冷气进、出口后，与所述脱附箱(1)的氮气入口(15)连通，所述脱附箱(1)的烟气出口(18)依次借助管路通过所述换热器(5)的热气进、出口后与所述冷凝器(41)的进气端连通，所述换热器(5)用于将烟气的热量转移给所述氮气管路(21)中的氮气。

8.根据权利要求1所述的自热式离线氨脱附装置，其特征在于，所述自热式离线氨脱附装置还包括换热器(5)，所述换热器(5)设置在所述脱附箱(1)的内部。

9.根据权利要求3所述的自热式离线氨脱附装置，其特征在于，所述气水分离器(42)和所述引风机(43)之间的管路上还设有带有阀门的间歇性排气口(6)。

10.根据权利要求2所述的自热式离线氨脱附装置，其特征在于，远离所述脱附箱内管(12)的所述吸附剂腔(11)内壁设有保温层。

11.根据权利要求2所述的自热式离线氨脱附装置，其特征在于，所述脱附箱内管(12)的外壁上设有螺旋状的翅片(121)。

12.根据权利要求1所述的自热式离线氨脱附装置，其特征在于，所述氮气瓶(2)的出气端还设有减压阀(22)。

13.根据权利要求1所述的自热式离线氨脱附装置，其特征在于，由所述燃烧器(3)燃烧后的气体为含有氮气和水蒸气的混合气体，所述混合气体的温度为300℃-400℃。

14.一种自热式离线氨脱附装置的脱附方法，其特征在于，包括如下步骤：

15.根据权利要求14所述的脱附方法，其特征在于：所述步骤s2中，开启连接在脱附箱(1)和氮气瓶(2)之间的减压阀(22)，将氮气瓶(2)中的氮气引入脱附箱(1)。

16.根据权利要求14所述的氨脱附方法，其特征在于：所述步骤s5中，烟气将脱附箱(1)温度升高到200-300℃。

17.根据权利要求14所述的脱附方法，其特征在于：所述步骤s7中，剩余的氮气经过换热器(5)加热后重新导入脱附箱(1)中进行循环脱附。

技术总结
本发明公开了一种自热式离线氨脱附装置及其脱附方法，所述装置包括脱附箱、氮气瓶和燃烧器，脱附箱上设有氮气入口、脱附气出口、烟气入口和烟气出口，氮气瓶的出气端与氮气入口连通，脱附气出口与燃烧器上的燃料入口连通，燃烧器上的燃烧烟气出口与高温烟气入口连通，待脱附吸附剂自脱附箱内脱附后的残余NH<subgt;3</subgt;依次通过脱附气出口和燃料入口进入燃烧器内，并与空气混合后在燃烧器内燃烧，燃烧后的高温烟气进入脱附箱内，在氮气吹扫下对待脱附吸附剂进行高温脱附。本发明通过设置脱附箱，脱附时将待脱附的吸附剂集中到脱附箱内，脱附箱配有统一的吹扫气路及加热系统，从而可对吸附剂实现大规模的集中脱附，减少了能量消耗也降低了空气污染。

技术研发人员：江莉龙,罗宇,林立,游嘉诚,张理轩,张卿
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13