[发明专利]一种采用尿素升膜式自循环水解反应器的尿素水解制氨工艺

说明书

一种升膜式反应器及尿素水解制氨方法。该反应器由预热器和升膜式自循环反应器组成。利用预热器将尿素溶液加热至接近反应所需温度。在升膜式自循环反应器将尿素加热水解生成氨气和二氧化碳。预热器可以采用板式或管壳式换热器。在升膜式自循环反应器中，尿素溶液在管程，蒸汽在壳程冷凝，在提高了换热效率同时降低了所需换热面积及制造成本。反应器内的保有溶液量低，可以通过调整蒸汽流量和尿素溶液的流量来控制氨气产量，对于氨气波动变化的响应时间短，避免由于锅炉烟气波动造成的供氨不足或氨逃逸现象的发生。由于预热器与反应器分体设计，且升膜自循环反应器为立式结构。因此设备整体的占地面积较小，减小了设备的土建安装成本。

技术领域

本发明涉及一种用于烟气脱硝用尿素水热制氨的方法，更具体说就是发明一种采用尿素升膜式自循环水解反应器进行尿素水解制氨方法。

背景技术

选择性催化还原（selective catalytic reduction）脱硝工艺是目前燃煤电厂的主要脱硝工艺，其原理是在一定温度和催化剂的作用下，还原剂有选择的把烟气中的NOx还原为无污染的N2和水。目前工业应用的还原剂主要是氨或者是尿素，其中采用氨作为还原剂需要使用氨气蒸发供应系统，即先将液氨蒸发为氨气，然后通过氨气缓冲罐，然后再与空气（利用稀释风机输送）在混合器中混合，然后再进入喷氨格栅，最后再进入催化反应器进行反应。由于液氨在运输、贮存需要防火防爆等问题。在部分远离液氨生产的地区，或在电厂居民区附近由于安全因素主要采用尿素制氨工艺提供脱硝所需的氨气。

尿素制氨工艺包括尿素水解制氨工艺和尿素热解制氨工艺。其中尿素水解制氨工艺由于反应温度低、设备国产化率较高，可以利用二次蒸汽等原因，使得水解制氨的成本低于尿素热解工艺，因此在实际工程应用中逐渐开始推广起来。尿素水解反应是尿素生产过程的逆反应，其反应可以认为由2步组成：

NH₂CONH₂+H₂O=NH₂COONH₄-15.5 kJ/mol (1)

NH₂COONH₄=2NH₃+CO₂+177 kJ/mol (2)

第1步反应为尿素与水生成氨基甲酸胺欲，该过程为微放热反应，反应过程非常缓慢；第2步反应为强吸热反应，氨基甲酸胺迅速分解生成氨气和CO₂，反应过程非常迅速。对于水过剩的尿素溶液，过量水的存在可以加快反应速率的进行。在有过量水参与的情况下，尿素水解总的化学反应式为:

NH₂CONH₂+xH₂0=2NH₃+CO₂+(x一1）H₂0+161.5 k7/mol (3)

尿素水解制氨系统包括尿素仓储、卸料给料设备，尿素溶液制备及储存设备，尿素溶液的输送与循环设备，尿素溶液的水解反应器。其中尿素水解反应器是尿素水解制氨的核心设备。目前，国内某企业开发的尿素水解反应工艺及装置在国内部分电厂得到应用。其结构及技术特点为：

1）采用尿素溶液水解制氨釜式反应器，主要由釜式圆筒结构反应釜、以及设置在卧式长筒型反应釜内部的U型换热盘管、以及设置在卧式长筒型反应釜外壁上的产品气出口管和尿素溶液喷射进料口构成。

2）反应器采用U型换热盘管完全浸泡于被传热尿素溶液中，冷侧液体受热后内部由下到上的进行着自循环。

3）加热蒸汽在管程，被加热尿素溶液壳程。与壳程相比管程完全浸没在反应液中。

4）采用撬装设计，将反应器及相关管路热控仪表模块化一体化设计。

其主要优点在于撬装化、模块化设计。但也存在以下问题：