[发明专利]一种尿素热解制氨装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脱硝系统还原剂的制备领域，具体地，涉及一种尿素热解制氨装置及方法。

背景技术

传统的尿素的热解主要在热解反应器中进行，气体通过加热装置加热后作为反应热源，进入热解反应器，用于完全分解传送到氨喷射系统的尿素。气体通过加热控制装置以维持适当的尿素分解温度。尿素经过一个能提供完全分配的喷射器注入到热气体中。热解反应器从其进口开始算起，至出口结束，由入口段、减速段、本体、收缩段、出口等部分组成。热气体从反应器入口进入，通过减速段进入本体，尿素溶液通过喷射器送入本体，在高温下溶液发生汽化，尿素与水发生反应生成NH3和CO2。主要的化学反应为：

CO(NH2)2——NH3+HNCO

HNCO+H2O——NH3+CO2。

为了增加尿素分解的反应停留时间，使得反应更加充分的进行，必须要降低热风在热解反应器内的流速。因此，在本体上部设置有减速段，用于放大本体直径，从而达到降低热气体流速的目的。

但是，现有的热解反应器一般通过一段减速段直接减速后通入本体进行反应，气流速度一次性下降过快，会存在以下的问题：

一方面，会造成下部气体流场紊乱，流场结构失衡。气流降速一步到位，气流进入反应器后，速度下降过快，会造成热解反应器内的流场不稳、气流分布不均。

另一方面，也会造成温度场分布不均，影响反应效率。

由于尿素分解反应在很短的时间内完成，对气体流场和温度场的要求非常高。如果气体流场和温度场分布不均，尿素就不能完全分解，未分解的尿素会在尾管管壁上结晶沉积。尿素结晶现象的增多会造成检修次数的增加，严重的还会对尿素热解系统的运行造成影响。

因此，如何提高热解反应器中气流的气体流场和温度场对于尿素的热解反应的稳定有效进行至关重要。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一发明目的是提供了一种尿素热解制氨装置，具体地，采用了如下的技术方案：

一种尿素热解制氨装置，包括入口段、带有喷射器的主反应段和出口段，主反应段的两端分别与入口段和出口段相连通，其特征在于，所述的入口段与主反应段之间设置至少两级减速段，相邻的两级减速段之间设置稳定段。

进一步地，所述的入口段、减速段、稳定段和主反应段同轴设置，每一级减速段的横截面面积沿着由入口段至主反应段的方向逐渐增大，稳定段的横截面面积沿着由入口段至主反应段的方向均相等。

进一步地，所述的减速段为内部中空的锥形结构，锥形结构的内径沿着由入口段至主反应段的方向逐渐增大；所述的稳定段为内部中空的柱状结构。

进一步地，所述的减速段包括一级减速段和二级减速段，一级减速段的上端入口连通入口段，二级减速段的下端出口连通主反应段；所述的稳定段的两端分别连通一级减速段和二级减速段。

进一步地，所述的一级减速段的下端出口的内径、稳定段的内径和二级减速段的上端入口的内径均相等。

进一步地，所述的一级减速段的夹角介于30°～60°之间，其变径比介于1:2～1:5之间。

进一步地，所述的二级减速段的夹角介于10°～30°之间，其变径比介于2:3～2:5之间。

进一步地，所述的稳定段的长度需要满足：气流流经稳定段的时间在0.1～1s之间；

优选地，所述的稳定段的长度为0.2～5m。

本发明的第二发明目的是提供一种采用上述的制氨装置的尿素热解制氨方法，，气体加热后以一定速度进入入口段，经过至少两级减速后进入主反应段与尿素溶液进行热解反应；所述的加热后的气体在经过每一级减速段减速后进入稳定段停留0.1～1s。

进一步地，所述加热后的气体的流速经一级减速段较入口段处流速下降50％～80％，加热后的气体的流速经二级减速段较入口段处流速下降80％～98％。

本发明的尿素热解制氨装置采用逐级放大结构，温度场分布均匀，提高反应效率，利于尿素溶液的完全热解。气流在进入上一级减速段之后，进入稳定段，维持流场稳定并且不产生紊流，然后再次进入下一级减速段。稳定段的长度需要满足气流停留时间在0.1～1s之间的要求。

因此，本发明的尿素热解制氨装置基于速度分区的设计思想，各段有相应的流速范围，气流速度分段下降，流速可控，且有稳定段的设计，保证气速下降后充分稳定再次降速，整体流场稳定。

具体地，本发明具有如下技术效果：