尿素水解制氨系统及其水解制氨方法与流程

本发明涉及大气污染控制技术领域，更具体地说它是尿素水解制氨系统。更具体地说它是一种尿素水解制氨用于烟气scr(选择性催化还原系统)脱硝的系统。本发明还涉及尿素水解制氨系统水解制氨方法。

背景技术：

我国电力供应为以燃煤火力发电为主，而火力发电厂锅炉燃烧产生大量的烟气，其中nox的氮氧化合物nox是造成光化学烟雾和酸雨的主要污染物。2012年正式实施了《火电厂大气污染物排放标准》要求，所有化石燃料燃烧锅炉必须设置脱硝装置，以控制nox对环境的影响。

而最常用的scr脱硝工艺技术是在金属催化剂的作用下，利用氨气将烟气中的nox还原生产n2，从而实现nox的达标排放。

目前制备氨气的方法主要有液氨/氨水制氨，尿素热解制氨，尿素水解制氨等方法。液氨/氨水均属于危险品，运输和储存上存在较大的风险。尿素是一种无色的化学品，易于运输，储存，非常适合作为氨的生产原料，但尿素热解制氨设备存在运行成本较高的问题，尿素水解具有运行能耗低，安全，稳定的特点，越来越受到欢迎。

现有中国专利申请号为201710151844.x，专利名称为《一种利用余热的尿素催化水解制氨系统及方法》，该方法采用热空气作为氨水解的热源，因为热空气的热焓值相对小，需要的风量大，且可能存在水解不彻底，水解过程较缓慢的问题；

现有中国专利申请号为201410490482.3，专利名称为《一种利用锅炉气体的尿素水解制氨方法和装置》，采用锅炉烟气作为氨水解的热源，存在烟气成分复杂(含有飞灰，so2等)，通入水解系统后，会生成杂质，杂质不能有效排除，影响水解罐的使用，造成喷氨通道堵塞等问题。

目前的尿素水解系统多采用电厂的高品质蒸汽进行加热，但存在热量利用率低、使用成本高等问题。

因此，现亟需研发一种热量利用效率较高，能耗低，氨转化率高，成本低的尿素水解制氨系统及其水解制氨方法。

技术实现要素：

本发明的第一目的是为了提供一种尿素水解制氨系统，热量利用效率较高，能耗低，氨转化率高，成本低，克服现有工艺技术中热量利用效率不高，解决尿素水解废液直接排掉造成的浪费和污染的问题。

本发明的第二目的是为了提供一种尿素水解制氨系统水解制氨方法，操作简便，氨转化率高。

为了实现上述本发明的第一目的，本发明的技术方案为：尿素水解制氨系统，其特征在于：包括尿素溶解/储存罐、水解反应器和蒸汽加热系统，蒸汽加热系统产生的蒸汽流分为两股，一股蒸汽流通过连通管路通入加热盘管中，所述加热盘管位于所述水解反应器内，另一股蒸汽流通过连通管路通入汽提蒸汽喷射系统，所述汽提蒸汽喷射系统位于所述水解反应器的底部；

所述加热盘管出水口通过连通管路与溶解加热管连通，所述溶解加热管位于所述尿素溶解/储存罐内；

所述尿素溶解/储存罐出水口上设有连通进水口的第一连通管路，所述第一连通管路上依次设有循环输送泵和第二电磁控制阀；

有水解反应器进水口设于所述水解反应器下端，所述尿素溶解/储存罐上设有连通所述水解反应器的第二连通管路；所述第二连通管路上依次设有所述循环输送泵、第一电磁控制阀和节能换热器；

所述水解反应器下端设有水解反应器液体排出口，所述水解反应器液体排出口通过第三连通管路与气液分离器相连通，所述第三连通管路与所述节能换热器相连通；

所述气液分离器上端设有气体排出口，所述气体排出口与所述氨气混合器相连通、下端设有气液分离器液体排出口，所述气液分离器液体排出口与所述尿素溶解/储存罐相连通；

所述水解反应器上端与喷嘴连通，所述喷嘴通入氨气混合器；稀释风机通过连通管路与所述氨气混合器相连通；所述氨气混合器上设有通往烟道脱硝系统的管路。

在上述技术方案中，所述气液分离器与所述尿素溶解/储存罐的连通管路上设有第三电磁控制阀。

在上述技术方案中，所述尿素溶解/储存罐的进水口设于出水口的上方。

在上述技术方案中，所述溶解加热管出水口通过连通管路与废水处理系统连通。

在上述技术方案中，所述蒸汽加热系统产生的蒸汽流通入加热盘管的连通管路上设有降温减压装置。

为了实现上述本发明的第二目的，本发明的技术方案为：所述的尿素水解制氨系统水解制氨方法，其特征在于：包括如下步骤：

s1：尿素系统中的尿素颗粒与除盐水系统中的除盐水通过对应的入口加入到尿素溶解/储存罐中，将尿素颗粒配置成40％～60％的尿素溶液；

s2：水解反应器中加热盘管的冷凝液通入尿素溶解/储存罐内的溶解加热管，尿素溶解/储存罐内的尿素溶液通过溶解加热管与冷凝液换热至温度为40℃，溶解加热管出水进废水处理系统；

s3：循环输送泵促进尿素溶液在管路内的循环，加快溶解过程，将溶解的尿素溶液输送进入尿素水解系统；

s4：输送管路上的节能换热器将第二连通管路上的尿素溶液从40℃升高到160℃～180℃；

s5：通过蒸汽加热系统控制水解反应器中的水解反应，水解反应器中的水解反应温度为150℃～170℃，压力为1.8mpa～2.1mpa；

s6：水解反应器底部设置的汽提蒸汽喷射系统带走氨气混合气；

s7：水解反应器内产生的氨气混合气通过喷嘴排出水解反应器，氨气混合气通过喷嘴送入氨气混合器；

s8：稀释风机将空气送入氨气混合器，将氨气混合器中氨气含量为30％～35％的氨气混合气稀释到氨气含量为5％后，送入烟道脱硝系统；

s9：水解后产生的贫尿素溶液通过水解反应器液体排出口排出，排出的贫尿素溶液温度为190℃～210℃，贫尿素溶液经过节能换热器的余热利用后，进入气液分离器，产生的气体汇入氨气混合器，液体通过气液分离器液体排出口排入尿素溶解/储存罐，当做除盐水用。

在上述技术方案中，s1中，将尿素颗粒配置成50％的尿素溶液；s5中，水解反应器中的水解反应温度为160℃，压力为1.9mpa。

本发明具有如下优点：

(1)本发明热量利用效率较高，本发明能耗为0.9mj/kgnh3，本发明能耗比现有技术降低7～10％，本发明转化率为99％，本发明的得率比现有技术提高5％及以上，本发明能耗较低，氨转化率高，成本较低；

(2)本发明蒸汽加热系统分为两股，其中一股蒸汽流通入加热盘管中与尿素溶液进行间接换热，换热后的冷凝液仍然含有较高的温度，将其引入尿素溶解罐，用来加热溶解罐，促进尿素的溶解(尿素溶解所需温度约40℃)，提高能量的利用率；另一股蒸汽流作为汽提蒸汽直接通过喷头喷入尿素水解反应器中，加快尿素溶液中nh3混合气的释放，带走尿素水解产生的溶解在溶液中的nh3和co2，同时对尿素溶液进行扰动、搅拌，溶液受热均匀，使尿素水解更彻底，传热效率高，汽提蒸汽的余热还可以对氨气混合气输送管道进行保温，防止回凝；

(3)本发明将贫尿素溶液的余热用做尿素进料溶液的预热，促进了余热的利用，能起到节能的效果，换热利用后的贫尿素溶液(几乎是纯水，含有一定的温度)重新用于尿素的溶解，一定程度上减少了溶解用除盐水的使用和热量的投入。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中1-尿素溶解/储存罐,1.1-进水口,1.2-出水口,1.3-第一连通管路,1.4-第二连通管路,2-循环输送泵,3-节能换热器,4-水解反应器,4.1-水解反应器液体排出口,4.2-第三连通管路,4.3-水解反应器进水口,5-降温减压装置,6-氨气混合器,7-稀释风机,8-气液分离器,8.1-气体排出口,8.2-气液分离器液体排出口,9-喷嘴,10-第一电磁控制阀,11-加热盘管,12-汽提蒸汽喷射系统,13-溶解加热管,14-第二电磁控制阀,15-第三电磁控制阀,16-废水处理系统,17-蒸汽加热系统,18-除盐水系统,19-尿素系统。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：尿素水解制氨系统，包括尿素溶解/储存罐1、水解反应器4和蒸汽加热系统17，蒸汽加热系统17产生的过热蒸汽流分为两股，一股蒸汽流通过连通管路通入加热盘管11中，所述加热盘管11位于所述水解反应器4内，另一股蒸汽流通过连通管路通入汽提蒸汽喷射系统12，所述汽提蒸汽喷射系统12位于所述水解反应器4的底部，汽提蒸汽喷射系统12可带走溶解的nh3和co2，起到扰动，搅拌的作用，使溶液受热均匀，还能对混合后的氨气混合气体进行保温，防止回凝；

所述加热盘管11出水口通过连通管路与溶解加热管13连通，所述溶解加热管13位于所述尿素溶解/储存罐1内；尿素水解罐中间接加热的蒸汽冷凝后，仍然具有较高的温度，将其引入尿素溶解罐，用来加热溶解罐，可促进尿素的溶解，提高能量的利用率；

所述尿素溶解/储存罐1出水口1.2上设有连通进水口1.1的第一连通管路1.3，所述第一连通管路1.3上依次设有循环输送泵2和第二电磁控制阀14，循环输送泵2可促进尿素溶液在管路内的循环，加快溶解过程，溶解好的尿素溶液输送进入尿素水解系统；

有水解反应器进水口4.3设于所述水解反应器4下端，所述尿素溶解/储存罐1上设有连通所述水解反应器4的第二连通管路1.4，第二连通管路1.4两端分别连接出水口1.2和水解反应器进水口4.3；所述管路上依次设有所述循环输送泵2、第一电磁控制阀10和节能换热器3，节能换热器作为尿素溶液预热装置，与第二连通管路1.4中的贫尿素溶液进行换热；

所述水解反应器4下端设有水解反应器液体排出口4.1，所述水解反应器液体排出口4.1通过第三连通管路4.2与气液分离器8相连通，所述第三连通管路4.2与所述节能换热器3相连通，节能换热器作为尿素溶液预热装置，与贫尿素溶液进行换热；

所述气液分离器8上端设有气体排出口8.1，所述气体排出口8.1与所述氨气混合器6相连通、下端设有气液分离器液体排出口8.2，所述气液分离器液体排出口8.2与所述尿素溶解/储存罐1相连通，液体排入尿素溶解罐，当做除盐水用(含极少量尿素)，重新用于尿素的溶解，一定程度上减少了溶解用除盐水的使用和热量的投入；

所述水解反应器4上端与喷嘴9连通，所述喷嘴9通入氨气混合器6；稀释风机7通过连通管路与所述氨气混合器6相连通；所述氨气混合器6上设有通往烟道脱硝系统的管路。

所述气液分离器8与所述尿素溶解/储存罐1的连通管路上设有第三电磁控制阀15。

所述尿素溶解/储存罐1的进水口1.1设于所述尿素溶解/储存罐1出水口1.2的上方，进水口和出水口之间设有循环输送泵，循环输送泵可促进尿素溶液在管路内的循环，加快溶解过程，溶解好的尿素溶液输送进入尿素水解系统。

所述溶解加热管13出水口通过连通管路与废水处理系统16连通。

所述蒸汽加热系统17产生的蒸汽流通入加热盘管11的连通管路上设有降温减压装置5，对蒸汽流的温度和压力进行调整至符合需求。

本发明所述的尿素水解制氨系统的尿素水解方法，包括如下步骤：

s1：尿素系统19中的密度为1.335kg/m³的尿素颗粒与除盐水系统18中的除盐水通过对应的入口加入到尿素溶解/储存罐1中，将密度为1.335kg/m3的尿素颗粒配置成40％～60％的尿素溶液；

s2：尿素溶解罐的热量由水解反应器盘管的冷凝液通过尿素溶解/储存罐1内的溶解加热管来提供(控制换热温度为40℃)，尿素溶解为吸热反应，加热可促进尿素的溶解，溶解加热管出水进废水处理系统；

s3：循环输送泵2可促进尿素溶液在管路内的循环，加快溶解过程，溶解好的尿素溶液输送进入尿素水解系统；

s4：在输送管路上设置有节能换热器3，作为尿素溶液预热装置，与贫尿素溶液进行换热，节能换热器3将第二连通管路1.4上的尿素溶液从40℃升高到约170℃；

s5：水解反应器中设置有蒸汽加热系统，用来提供尿素水解的热量，控制水解反应器温度为150℃～170℃，压力为1.8mpa～2.1mpa；此处的蒸汽加热系统，就是水解反应器的加热盘管，因里面走的介质就是蒸汽，通过盘管换热来为水解提供热量；

s6：水解反应器4底部设置有汽提蒸汽喷射系统12，可带走溶解的nh3和co2，起到扰动，搅拌的作用，使溶液受热均匀，还能对混合后的氨气混合气体进行保温，防止回凝；

s7：水解反应器4内产生的氨气混合气通过喷嘴9排出水解反应器4，氨气混合气通过喷嘴9送入氨气混合器6，氨气混合气在喷嘴9处的压力由1.9mpa～2.1mpa降到0.2mpa～0.3mpa；

s8：稀释风机7将空气送入氨气混合器6，将氨气混合器6中氨气含量为30％～35％的氨气混合气稀释到氨气含量为5％后，送入烟道脱硝系统；

s9：水解后产生的贫尿素溶液通过排出口排出，190～210℃的贫尿素溶液经节能换热器进行余热利用后，进入气液分离器8，产生的气体汇入氨气混合器管路，液体排入尿素溶解/储存罐1，当做除盐水用(含极少量尿素，所述液体尿素含量小于0.5％，nh3为约7ppm)。

s1中，将尿素颗粒配置成50％的尿素溶液；s5中，水解反应器中的水解反应温度为160℃，压力为1.9mpa。

实施例1

尿素水解制备氨系统的尿素水解方法，包括如下步骤：

s1：尿素系统19中的密度为1.335kg/m³的尿素颗粒与除盐水系统18中的除盐水分别通过对应的入口加入到尿素溶解/储存罐1中，将尿素颗粒配置成40％的尿素溶液；

s2：水解反应器盘管的冷凝液通入尿素溶解/储存罐1内的溶解加热管13，尿素溶解/储存罐1内的尿素溶液通过溶解加热管13与冷凝液换热至温度为40℃，溶解加热管出水进废水处理系统；

s3：循环输送泵2促进尿素溶液在管路内的循环，加快溶解过程，将溶解的尿素溶液输送进入尿素水解系统；

s4：输送管路上的节能换热器3将输送管路上的尿素溶液从40℃升高到170℃；

s5：通过蒸汽加热系统控制水解反应器中的水解反应，水解反应器中的水解反应温度为150℃，压力为1.8mpa；

s6：水解反应器4底部设置的汽提蒸汽喷射系统12带走氨气混合气；

s7：水解反应器4内产生的氨气混合气通过喷嘴9排出水解反应器4，氨气混合气通过喷嘴9送入氨气混合器6；氨气混合气在喷嘴处的压力由1.9mpa～2.1mpa降到0.2mpa～0.3mpa；

s8：稀释风机7将空气送入氨气混合器6，将氨气混合器6中氨气含量为30％～35％的氨气混合气稀释到氨气含量为5％后，送入烟道脱硝系统；

s9：水解后产生的贫尿素溶液通过水解反应器液体排出口4.1排出，排出的贫尿素溶液温度为190℃～210℃，贫尿素溶液经过节能换热器3的余热利用后，进入气液分离器8，产生的气体汇入氨气混合器6，液体通过气液分离器液体排出口8.2排入尿素溶解/储存罐1，当做除盐水用。

结论：能耗为0.9mj/kgnh3(氨气)，氨气(nh3)的转化率为99.0％。

实施例2

在s1中，将尿素颗粒配置成50％的尿素溶液；在s5中，水解反应器中的水解反应温度为160℃，压力为1.9mpa；其他方法步骤同

实施例1。

结论：能耗为0.9mj/kgnh3，氨气的转化率为99.6％。

实施例3

在s1中，将尿素颗粒配置成60％的尿素溶液；在s5中，水解反应器中的水解反应温度为170℃，压力为2.1mpa；其他方法步骤同

实施例1。

结论：能耗为0.9mj/kgnh3，氨气的转化率为99.5％。

其它未说明的部分均属于现有技术。