一种尿素溶液水解反应器的制造方法
【专利摘要】本发明目的在于提供一种尿素溶液水解反应器，能够接受尿素过饱和溶液作为来液，降低反应器出口水蒸汽含量，从而节省能量和除盐水的耗量。其包括底部分别设置尿素溶液进料口和反应液出口的反应釜，以及设置在反应釜内沿尿素流动方向依次设置的加热装置和汽提装置；所述反应釜顶部设置反应气相产物出口；所述的汽提装置包括连通设置在反应釜底部的汽提蒸汽进口，汽提蒸汽进口伸入反应釜的一端连接汽提蒸汽分配器。本发明通过设置的汽提装置，使经汽提装置输入反应釜内的水蒸汽与尿素溶液直接接触，不仅加速了尿素溶液的水解，而且能够加速了液相中生成的氨气不断扩散到气相中，并从反应气相产物出口中输出。
【专利说明】一种尿素溶液水解反应器
【技术领域】
[0001]本发明属于烟气脱硝系统中尿素水解制氨设备【技术领域】，具体涉及一种尿素溶液水解反应器。
【背景技术】
[0002]燃煤发电厂的煤炭燃烧伴随着大量的氮氧化物(NOx)的排放，对大气造成污染。通常采取在锅炉尾部加设烟气脱硝装置，利用选择性催化还原法(SCR)脱除烟气中的NOx，将其转化为无毒无害的氮气(N2)和水(H2O),从而达到排放要求。选择性催化还原法中所需的脱硝还原剂氨(NH3)通常有三种供给形式:液氨、氨水和尿素。其中，液氨与氨水属于危险化学品。国家在涉及液氨和氨水的储存、使用和运输过程中都有严格的法律规定。而工业用尿素为白色结晶体颗粒，不属于危险化学品范畴，便于储存和运输，不会因泄漏造成安全隐患，因此从安全与经济角度考虑，尿素制氨逐渐受到人们青睐，通过采用尿素制氨方法之一的尿素溶液水解法来实现氨的供给。
[0003]现有的尿素溶液水解反应器中，尿素溶液注入时,考虑到常温下尿素的溶解度及输送过程的安全性，都采用的是质量分数为40%_60%的尿素溶液；根据尿素水解的化学反
应方程式(NH2；)2C0+H20 2NH3+C02，假设尿素溶液质量浓度50%，按照尿素水
解反应的化学计量比计算，只有溶液重量15%的水参与化学反应，其余占尿素溶液重量35%的水并不参与水解反应。这35%的过量水经吸热汽化后，随反应产物离开反应器，造成能量及除盐水量的浪费。假设尿素溶液质量浓度60%，按照尿素水解反应的化学计量比计算，只有溶液重量18%的水参与化学反应，其余占尿素溶液重量22%的水并不参与水解反应。
`[0004]如果将尿素与水按照水解反应计量比配置尿素溶液，则尿素溶液的质量浓度需要达到77%,此浓度的尿素溶液必然为尿素的过饱和溶液，因此将尿素的过饱和溶液作为水解反应器的来液，必将大大降低反应器出口水蒸汽的含量，但现有的反应器都无法满足接受尿素过饱和溶液的工艺要求，原料浪费严重，而且耗能较大。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种尿素溶液水解反应器，能够接受尿素过饱和溶液作为来液，降低反应器出口水蒸汽含量，从而节省能量和除盐水的耗量。
[0006]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0007]—种尿素溶液水解反应器,包括底部分别设置尿素溶液进料口和反应液出口的反应釜，以及设置在反应釜内沿尿素流动方向依次设置的加热装置和汽提装置；所述反应釜顶部设置反应气相产物出口 ；所述的汽提装置包括连通设置在反应釜底部的汽提蒸汽进口，汽提蒸汽进口伸入反应釜的一端连接汽提蒸汽分配器。
[0008]优选的，所述的汽提装置还包括设置在汽提蒸汽分配器上方的隔板，以及设置在分配器两侧的进液堰板和出液堰板；隔板上端开口形成气体流动口，下端开口形成液体流动口 ；进液堰板设置在隔板的上游方向，上端开口形成液体流入口 ；出液堰板设置在隔板的下游方向，上端开口形成液体溢出口 ；进液堰板和出液堰板之间形成反应汽提区。
[0009]优选的，所述的尿素溶液进料口通过混液箱的一个进料端与尿素溶液供应管道连通；混液箱的另一个进料端与反应液出口连通。
[0010]进一步，所述的混液箱与反应液出口之间还设置有用于将反应液相加压注入到混液箱中的循环泵。
[0011]优选的，所述的加热装置包括若干穿过反应釜的筒体封头设置的加热盘管，以及设置在反应釜外部的加热介质进口和热介质冷凝液出口 ；加热盘管向内延伸到反应釜内的底部，并分别与加热介质进口和热介质冷凝液出口连通。
[0012]优选的，所述的反应釜上设置反应釜液位计，反应釜顶部设置安全阀。
[0013]优选的，所述的尿素溶液进料口伸入反应釜内部的端口连接进料分配器。
[0014]优选的，所述的反应气相产物出口设置在隔板下游方向的反应釜顶部。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0016]本发明一种尿素溶液水解反应器，通过设置的汽提装置，使经汽提装置输入反应釜内的水蒸汽与尿素溶液直接接触，不仅加速了尿素溶液的水解，而且能够加速了液相中生成的氨气不断扩散到气相中，并从反应气相产物出口中输出；汽提蒸汽分配器的设置增加了气液相接触面积，提高水解反应速度，还能够通过控制调整水蒸汽的输入量和压力值来满足大范围的需氨量的负荷变化 。一方面能够适用于现有尿素溶液对氨气的高效提取，另一方面能够适用于尿素过饱和溶液对氨气的提取，保证了水解反应正向移动，而且排出的反应液相中氨气溶解少，尿素含量低。
[0017]进一步的，通过设置进液堰板和出液堰板形成反应汽提区，能够将汽提发生的反应区域进一步的进行约束和限制，并且利用设置在反应汽提区中央的隔板延长反应液相的流动距离，使得反应液在反应汽提区流动时能够有充足的时间和空间进行水解反应，在不增加体积和耗能设备的同时，却大幅的提升了产气的效率，尿素利用率高，耗能少。
[0018]进一步的，利用在尿素溶液进料口设置的混液箱，对反应液出口排出的低浓度的尿素溶液进行回收并与尿素过饱和溶液供应管道供应的尿素溶液实现原料混合，使得整个反应器中，在尿素溶液和蒸汽的供给下，只单一的产出所需的反应气相产物，而没有反应液相产物的排出，能够使得尿素得到最大限度的充分利用，而且能够随意的根据氨气的需求量对氨气的产出进行调整，即使氨气产出较低也不会对尿素和氨气造成浪费和无谓的消耗。同时，最大限度的降低反应器出口水蒸气含量，进而节省能量和除盐水耗量。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明实例中所述的结构示意图。
[0020]图中:1为反应爸,2为尿素溶液进料口，3为加热介质进口，4为热介质冷凝液出口，5为反应气相产物出口，6为安全阀，7为汽提蒸汽进口，8为反应釜液位计，9为反应液出口，10为加热盘管，11为汽提蒸汽分配器，12为隔板，13为进液堰板，14为出液堰板，15为循环泵，16为混液箱。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0022]如图1所示，本发明一种尿素溶液水解反应器，包括底部分别设置尿素溶液进料口 2和反应液出口 9的反应釜1，以及设置在反应釜I内沿尿素流动方向依次设置的加热装置和汽提装置；所述反应釜I顶部设置反应气相产物出口 5 ;所述的汽提装置包括连通设置在反应釜I底部的汽提蒸汽进口 7，汽提蒸汽进口 7伸入反应釜I的一端连接汽提蒸汽分配器11。 [0023]在使用时,质量分数为40%~60%的尿素溶液或尿素的过饱和溶液,通过尿素供应管道经尿素溶液进料口 2进入到反应釜I中，在加热装置的加热下开始升温并进行水解反应。本发明通过汽提装置来对氨气产生的速率进行控制，利用汽提装置中经汽提蒸汽进口 7注入的水蒸汽对反应溶液进行直接加热，并通过向反应釜I内汽提装置对应的反应汽提区液相鼓泡，使液相中水解产生的氨气不断扩散到气相中去，大大提高了水解速度，同时能够对氨气的产量进行简单方便的控制。
[0024]优选的，如图1所示，本优选实例中，汽提装置还包括设置在汽提蒸汽分配器11上方的隔板12，以及设置在分配器11两侧的进液堰板13和出液堰板14 ;隔板12上端开口形成气体流动口，下端开口形成液体流动口 ；进液堰板13设置在隔板12的上游方向，上端开口形成液体流入口 ；出液堰板14设置在隔板12的下游方向，上端开口形成液体溢出口 ；进液堰板13和出液堰板14之间形成反应汽提区。进一步的，尿素溶液进料口 2通过混液箱16的一个进料端与尿素溶液供应管道连通；混液箱16的另一个进料端与反应液出口 9连通。再进一步的，混液箱16与反应液出口 9之间还设置有用于将反应液相加压注入到混液箱16中的循环泵15。从而水解反应器内部形成循环，对外不会产生废弃物的排放，利用效率高，产气效果好。
[0025]优选的，如图1所示，加热装置包括若干穿过反应釜I的筒体封头设置的加热盘管10，以及设置在反应釜I外部的加热介质进口 3和热介质冷凝液出口 4 ;加热盘管10向内延伸到反应釜I内的底部，并分别与加热介质进口 3和热介质冷凝液出口 4连通；本优选实例以U型加热盘管为例进行说明；反应釜I上设置反应釜液位计8，能够显示反应釜I内液位达到数量值，从而控制尿素溶液的输入量；反应釜I顶部设置安全阀6，保证受压容器反应釜I的使用安全；尿素溶液进料口 2伸入反应釜I内部的端口连接进料分配器；能够使得尿素溶液经进料分配器使进入的尿素溶液均匀的与加热盘管10换热升温；反应气相产物出口 5设置在隔板12下游方向的反应釜I顶部，能够更好的保证氨气的顺利排出。
[0026]本发明尿素溶液水解反应器内设置反应汽提区，通过蒸汽加速水解产物从液相中分离，反应汽提区之后的尿素溶液浓度降低，较低浓度的尿素溶液通过循环泵输送到混液箱，与尿素溶液制备系统来的过饱和尿素溶液混合后，返回水解反应器。不仅能够高效的对现有浓度的尿素溶液实现快速、可控的水解反应，还能够很好的适用于高浓度的尿素溶液的水解反应，同样能够达到高效和可控的目的，而且能够进一步的，使得反应器内部没有除去所需气相产物排出外的其他废弃产物，通过对高浓度尿素溶液的水解，还降低了气相产物中水蒸汽的含量，大大的节约了能源，设计合理，结构巧妙，安全可靠，高效环保，反应可控，降低能耗，尿素和能源利用率极高。
【权利要求】
1.一种尿素溶液水解反应器,其特征在于,包括底部分别设置尿素溶液进料口(2)和反应液出口(9)的反应釜(1)，以及设置在反应釜(I)内沿尿素流动方向依次设置的加热装置和汽提装置；所述反应釜(I)顶部设置反应气相产物出口(5);所述的汽提装置包括连通设置在反应釜(I)底部的汽提蒸汽进口( 7 )，汽提蒸汽进口( 7 )伸入反应釜(I)的一端连接汽提蒸汽分配器(11)。
2.根据权利要求1所述的一种尿素溶液水解反应器，其特征在于，所述的汽提装置还包括设置在汽提蒸汽分配器(11)上方的隔板(12)，以及设置在分配器(11)两侧的进液堰板(13)和出液堰板(14);隔板(12)上端开口形成气体流动口，下端开口形成液体流动口 ；进液堰板(13)设置在隔板(12)的上游方向，上端开口形成液体流入口 ；出液堰板(14)设置在隔板(12)的下游方向，上端开口形成液体溢出口 ；进液堰板(13)和出液堰板(14)之间形成反应汽提区。
3.根据权利要求1或2所述的一种尿素溶液水解反应器，其特征在于，所述的尿素溶液进料口(2)通过混液箱(16)的一个进料端与尿素溶液供应管道连通；混液箱(16)的另一个进料端与反应液出口(9)连通。
4.根据权利要求3所述的一种尿素溶液水解反应器，其特征在于，所述的混液箱(16)与反应液出口(9)之间还设置有用于将反应液相加压注入到混液箱(16)中的循环泵(15)。
5.根据权利要求1所述的一种尿素溶液水解反应器，其特征在于，所述的加热装置包括若干穿过反应釜(I)的筒体封头设置的加热盘管(10)，以及设置在反应釜(I)外部的加热介质进口(3)和热介质冷凝液出口(4);加热盘管(10)向内延伸到反应釜(I)内的底部，并分别与加热介质进口(3)和热介质冷凝液出口(4)连通。
6.根据权利要求1所述的一种尿素溶液水解反应器，其特征在于，所述的反应釜(I)上设置反应釜液位计(8 )，反应釜(I)顶部设置安全阀(6 )。
7.根据权利要求1所述的一种尿素溶液水解反应器，其特征在于，所述的尿素溶液进料口( 2 )伸入反应釜(I)内部 的端口连接进料分配器。
8.根据权利要求1所述的一种尿素溶液水解反应器，其特征在于，所述的反应气相产物出口( 5 )设置在隔板(12 )下游方向的反应釜(I)顶部。
【文档编号】C01C1/08GK103482649SQ201310400325
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】徐宏杰, 林伟杰, 王月明, 毕骏, 白少林, 牛国平, 梁法光, 张波, 向小凤 申请人:西安热工研究院有限公司, 西安西热锅炉环保工程有限公司