[发明专利]一种尿素催化水解的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于大气污染控制技术领域，涉及一种尿素催化水解的方法及装置。

背景技术

烟气脱硝，是指将高温燃烧后（包括燃煤锅炉、燃油燃气锅炉以及一些工业炉）烟气中所含的有害物质—NOX脱除的技术，包括SCR和SNCR两种主要技术流派，其中SCR是烟气脱硝的主流技术。所谓SCR技术，是指在锅炉的省煤器和空预器之间设置SCR反应器，在反应器内安装催化剂，在反应器之前的烟道截面内喷入还原剂（含氨气体），还原剂与NO_X在催化剂表面上发生反应脱除NO_X。

SCR烟气脱硝所使用的还原剂从根本上来说是氨气，需要在现场设置一套能够持续生产氨气的装置。从原料上来看，氨气制备系统可以分为无水液氨系统、氨水系统和尿素系统。其中使用液氨蒸发制备氨气的系统最为常用，原因是其投资最便宜，运输、使用成本也最低，但液氨系统存在重大的安全隐患，特别是它的运输和存储过程，液氨泄漏带来的危害非常大，安全事故屡见不鲜；氨水系统的投资、运行以及运输成本都很高，比液氨安全一些，但仍有一定的安全隐患。

尿素系统的投资及运行成本与液氨系统相比较高，但运输成本相当，并且尿素系统基本上没有安全隐患，是最安全的氨气制备技术。目前商业化应用的尿素制氨工艺技术主要有尿素水解和尿素热解，其中尿素水解又包括了普通水解（AOD、U2A、国内化工行业水解）和美国Chemithon的催化水解（SafeDeNOx），尿素热解则主要是美国燃料公司（Fueltech）所提供的NOxOUTULTRA技术。

热解的反应速度最快且最安全，现场几乎没有储氨的容器，但其能耗和运行费用很高，所以较早进入中国市场，业绩较多，但在油价高企的今天，虽有应用，单用户的运行成本压力很大。和热解相比，水解由于采用电厂较为丰富的蒸汽作为热源，能耗较低。但AOD、U2A等国外水解技术，反应较慢需要庞大的反应器和缓冲装置，其投资和能耗较高。

催化水解的反应速度也较快，起停迅速，能耗较低，但是该技术相对来说还不是很成熟，在国内尚无应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种尿素催化水解方法及装置，不仅能够满足国内大规模安装的SCR脱硝装置所需要的安全稳定氨气来源，还能节约大量的能源，实现节能与环保的和谐统一。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种尿素催化水解方法，包括以下步骤：

1）反应开始前将催化剂磷酸氢二铵和磷酸二氢铵按不同的配比加入到尿素水解反应器里，达到反应器体积的7-10%；

2）将干尿素溶解成40-50%质量浓度的尿素溶液，通过给料泵输送到尿素水解反应器里；

3）将尿素水解反应器加热，加热温度：150-180℃，压力：0.6-0.8MPa，实现尿素的催化水解。

进一步地，步骤1）中，所述催化剂中磷酸二氢铵所占比例为50%-80%。

进一步地，步骤1）中，尿素水解反应器保温材料使用硅酸铝，保温厚度50mm。上述材料耐高温，且使水解反应器有较好的保温效果。

进一步地，步骤2）中将干尿素粉末储存于储仓，由螺旋给料机输送到溶解罐里，用去离子水进行溶解。

进一步地，步骤3）中，尿素水解反应器通过蒸汽盘管加热，加热温度由加热蒸汽量来确定，这样水解反应器的受热均匀。

进一步地，步骤3）中，尿素水解反应器也可以通过密闭电伴热加热，电加热管沿尿素水解反应器圆周均匀布置；加热温度由加热功率控制系统控制。

在本发明中，催化尿素水解需要经过下面三个化学过程：

(NH₂)₂CO(s,T1)+3H₂O(l,T1)=CO₂(g,T2)↑+2NH₄OH(aq,T2)   (1)

2NH₄OH(aq,T2)+2NH₄H₂PO₄(aq,T2)=2(NH₄)₂HPO₄(aq,T2)+2H₂O(g,T2)↑  (2)

2(NH₄)₂HPO₄(aq,T2)=2NH₄H₂PO₄(aq,T2)+2NH₃(g,T2)↑     (3)