一种SCR脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统的制作方法

一种scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统
技术领域
1.本实用新型涉及烟气脱硝技术领域，尤其涉及一种scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，属于大气污染控制技术领域。


背景技术：

2.选择性催化还原(scr)脱硝技术因效率较高，在国内外得到广泛应用。scr脱硝技术常用的还原剂有液氨、氨水和尿素。液氨和氨水属于危险化学品，对运输、接卸都存在较大安全隐患，若发生泄漏将会对电厂的安全生产、周围居民及生态环境产生影响。而尿素是一种无毒性无害处的化学制品，它具有良好的性能指标和操作控制安全性，其化学性质稳定不会突然地发生爆炸，完全没有危险性。燃煤电厂将脱硝还原剂由液氨升级为尿素是势在必行的。
3.尿素制氨技术主要包括尿素热解制氨技术和尿素水解技术，尿素水解技术凭着能耗低，运行安全、稳定、可靠，在燃煤电厂烟气脱硝中得到越来越多的应用。尿素水解制氨技术一般分为普通尿素水解技术和尿素催化水解技术两种，尿素催化水解技术与普通尿素水解技术相比，其具有反应温度低、反应速度快、响应时间短等优点。但尿素催化水解技术目前普遍采用液体酸或碱作催化剂，该均相催化剂存在不易回收利用，需定期投入、运行费用高、对设备有腐蚀性等问题。
4.申请号为201510236369.7的专利申请公开了一种三相流态化尿素催化水解制氨设备及方法，其在水解制氨设备中发生三相流态化反应，参与反应的三相由固相催化剂、液相尿素溶液和气相蒸汽组成，该方法虽然可以解决催化剂回收的问题，但是仍然存在以下缺点： 1、采用三相流态化反应，蒸汽除了对反应器内的料液进行间接加热外，一路蒸汽还作为反应器的流化介质，从底部直接进入反应器，尿素溶液从顶部喷洒，会导致产生雾沫夹带现象，使得反应器内传质传热变差，化学反应发生时间长，使得系统对氨气需求信号的响应时间长；而且增加了蒸汽耗量，降低了尿素水解转化率同时增加了系统运行成本；2、采用活性炭作为催化剂的载体，活性炭本身不具有催化性能，使得其催化活性较一般，导致催化水解反应速率慢，造成系统对氨气需求信号响应时间长，且活性炭与活性组分之间不存在相互作用，使得活性组分易流失；3、三相流态化水解反应装置结构复杂，且三相流态化反应加剧了反应器内的扰动，易造成反应器振动，对底座要求高，导致制作安装成本高。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于，提供一种scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，水解反应器采用列管式固定床反应器，使得系统尿素水解转化率高，对氨气需求信号响应时间短，降低了系统能耗、投资成本和运行成本。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：一种scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，包括：尿素配置系统、尿素非均相水解反应系统、残液排放及回收系统和疏水回收系统；所述的尿素非均相水解反应系统包括尿素溶液储罐、a尿素溶液输送
时，管壁面积过小，不利于管外的蒸汽与管内反应物之间的换热；当内管根数大于100时，会大大增加造价成本。而当内管根数为3～100时，从而可以增大管壁面积，有利于管外的蒸汽与管内反应物之间的换热，而且有效控制造价成本。
19.优选的，列管长为0.1～5m。所述的列管长度由催化剂填充量、内管根数和管内径共同决定，列管长度的设计还要考虑现场的实际情况，如占地面积和可设计高度等因素。通过将列管长设置为0.1～5m，综合其他因素，从而可以使得实际的催化反应效果更好。
20.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
21.1.本实用新型的scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，该系统包括尿素配置系统、尿素非均相水解反应系统、残液排放及回收系统和疏水回收系统；所述的尿素非均相水解反应系统包括尿素溶液储罐、a尿素溶液输送泵、非均相水解反应器和蒸汽管道，所述的非均相水解反应器采用列管式固定床反应器，在固体催化剂的作用下尿素溶液发生液
‑
固两相反应生成目标产物氨气。本实用新型中的反应器传热更快，化学反应速率快，尿素转化率高，使得系统对氨气需求信号的响应时间也更短，并且蒸汽使用量少，使得系统的运行成本更低；另外，本技术中的反应器使得催化剂机械损耗小，而且结构简单、制作成本低、可靠性高、废液排放量低，不仅可以实现固体催化剂的回收利用，还能降低系统能耗和投资运行成本。
22.2.本实用新型的scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，与现行尿素均相催化水解系统和普通尿素水解系统工艺流程契合度高，系统运行可靠性高，适用于现行的尿素水解系统的改造，改造成本低，而且可以提高系统响应性、降低系统运行成本和减少废液排放量。
附图说明
23.图1是本实用新型的一种实施例的系统示意图；
24.图2是本实用新型的一种实施例中的列管式固定床反应器的结构示意图；
25.图3为列管式反应器横截面；
26.图4为列管式反应器内置列管示意图；
27.图5为列管式反应器内置列管横截面示意图；
28.图6为喷淋装置中喷嘴的喷射方向与列管式固定床反应器的列管轴向的夹角示意图。
29.附图标记：1
‑
尿素溶液储罐，2
‑
a尿素溶液输送泵，3
‑
非均相水解反应器，4
‑
蒸汽管道，5
‑
尿素溶解罐，6
‑
除盐水泵，7
‑
b尿素溶液输送泵，8
‑
残液存储罐，9
‑
残液循环泵，10
‑ꢀ
疏水箱，11
‑
疏水泵，12
‑
除雾装置，13
‑
填装催化剂列管，14
‑
球形催化剂颗粒，15
‑
集成氨气缓冲空间，16
‑
喷淋装置；a
‑
除盐水；b
‑
尿素颗粒；c
‑
水蒸汽；d
‑
a尿素溶液；e
‑
b尿素溶液；f
‑
冷凝水；g
‑
水蒸汽；h
‑
产品气；i
‑
残液；j
‑
冷凝水。
30.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
31.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并
不受下面公开的具体实施例的限制。
具体实施方式
32.实施例1：
33.一种scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统。如图1
‑
图5所示，一种scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，包括：尿素配置系统、尿素非均相水解反应系统、残液排放及回收系统和疏水回收系统；所述的尿素非均相水解反应系统包括尿素溶液储罐1、a尿素溶液输送泵2、非均相水解反应器3和蒸汽管道4，所述的非均相水解反应器3采用列管式固定床反应器；所述尿素溶液储罐1通过a尿素溶液输送泵2和管路与非均相水解反应器3 相连，蒸汽管道4与非均相水解反应器3相连；尿素溶液储罐1与尿素配置系统通过管路相连；非均相水解反应器3分别与残液排放及回收系统和疏水回收系统相连，残液排放及回收系统与尿素配置系统相连。
34.实施例2：一种scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统。如图1
‑
图5所示，一种 scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，包括：尿素配置系统、尿素非均相水解反应系统、残液排放及回收系统和疏水回收系统；所述的尿素非均相水解反应系统包括尿素溶液储罐1、a尿素溶液输送泵2、非均相水解反应器3和蒸汽管道4，所述的非均相水解反应器3 采用列管式固定床反应器；所述尿素溶液储罐1通过a尿素溶液输送泵2和管路与非均相水解反应器3相连，蒸汽管道4与非均相水解反应器3相连；尿素溶液储罐1与尿素配置系统通过管路相连；非均相水解反应器3分别与残液排放及回收系统和疏水回收系统相连，残液排放及回收系统与尿素配置系统相连。所述的残液排放及回收系统可以包括：残液存储罐 8和残液循环泵9，所述的残液存储罐8通过管路与非均相水解反应器3连接，同时残液存储罐8通过残液循环泵9和管路与尿素溶解罐5连接。所述的残液排放及回收系统还可以通过其他装置的配合来组成。
35.为了对残液进行高效回收利用，非均相水解反应器3反应后的残液还可以通过在线ph 在线监测仪读取其ph值，当ph值≤7时作为废液排出系统(残液呈酸性是因为在反应过程中发生副反应，生产异氰酸或缩二脲)；当ph值＞7时可以送入残液存储罐8。
36.为了节约能耗，可以在所述的残液存储罐8中的残液存储至三分之一以上时，检测尿素浓度，将残液由残液循环泵9送至尿素溶解罐5，用于配制新的尿素溶液。
37.实施例3：一种scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统。如图1
‑
图5所示，一种 scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，包括：尿素配置系统、尿素非均相水解反应系统、残液排放及回收系统和疏水回收系统；所述的尿素非均相水解反应系统包括尿素溶液储罐1、a尿素溶液输送泵2、非均相水解反应器3和蒸汽管道4，所述的非均相水解反应器3 采用列管式固定床反应器；所述尿素溶液储罐1通过a尿素溶液输送泵2和管路与非均相水解反应器3相连，蒸汽管道4与非均相水解反应器3相连；尿素溶液储罐1与尿素配置系统通过管路相连；非均相水解反应器3分别与残液排放及回收系统和疏水回收系统相连，残液排放及回收系统与尿素配置系统相连。所述的蒸汽管道4分为三路，一路与非均相水解反应器3相连，另外两路分别与尿素溶液储罐1入口和尿素溶解罐5入口相连，用于对尿素溶液储罐1和尿素溶解罐5方便、快捷的进行清洗。还可以通过其他现有的方式对尿素溶液储罐1和尿素溶解罐5进行清洗。
38.实施例4：一种scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统。如图1
‑
图5所示，一种 scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，包括：尿素配置系统、尿素非均相水解反应系统、残液排放及回收系统和疏水回收系统；所述的尿素非均相水解反应系统包括尿素溶液储罐1、a尿素溶液输送泵2、非均相水解反应器3和蒸汽管道4，所述的非均相水解反应器3 采用列管式固定床反应器；所述尿素溶液储罐1通过a尿素溶液输送泵2和管路与非均相水解反应器3相连，蒸汽管道4与非均相水解反应器3相连；尿素溶液储罐1与尿素配置系统通过管路相连；非均相水解反应器3分别与残液排放及回收系统和疏水回收系统相连，残液排放及回收系统与尿素配置系统相连。所述的非均相水解反应器3的内部还设有集成氨气缓冲空间15，优选为所述的集成氨气缓冲空间15的体积为非均相水解反应器3体积的 1/20～1/3。
39.实施例5：一种scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统。如图1
‑
图6所示，一种 scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，包括：尿素配置系统、尿素非均相水解反应系统、残液排放及回收系统和疏水回收系统；所述的尿素非均相水解反应系统包括尿素溶液储罐1、a尿素溶液输送泵2、非均相水解反应器3和蒸汽管道4，所述的非均相水解反应器3 采用列管式固定床反应器；所述尿素溶液储罐1通过a尿素溶液输送泵2和管路与非均相水解反应器3相连，蒸汽管道4与非均相水解反应器3相连；尿素溶液储罐1与尿素配置系统通过管路相连；非均相水解反应器3分别与残液排放及回收系统和疏水回收系统相连，残液排放及回收系统与尿素配置系统相连。所述的非均相水解反应器3中还设有喷淋装置 16，尿素溶液经喷淋装置16喷射进入非均相水解反应器3中。优选为所述的喷淋装置16中喷嘴的喷射方向与所述列管式固定床反应器的列管轴向的夹角α为0
‑
60
°
。
40.实施例6：一种scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统。如图1
‑
图5所示，一种 scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，包括：尿素配置系统、尿素非均相水解反应系统、残液排放及回收系统和疏水回收系统；所述的尿素非均相水解反应系统包括尿素溶液储罐1、a尿素溶液输送泵2、非均相水解反应器3和蒸汽管道4，所述的非均相水解反应器3 采用列管式固定床反应器；所述尿素溶液储罐1通过a尿素溶液输送泵2和管路与非均相水解反应器3相连，蒸汽管道4与非均相水解反应器3相连；尿素溶液储罐1与尿素配置系统通过管路相连；非均相水解反应器3分别与残液排放及回收系统和疏水回收系统相连，残液排放及回收系统与尿素配置系统相连。所述的列管式固定床反应器的管内径为0.05～1.00 m，内管根数为3～100，列管长为0.1～5m。
41.实施例7：一种scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统。如图1
‑
图5所示，一种 scr脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，包括：尿素配置系统、尿素非均相水解反应系统、残液排放及回收系统和疏水回收系统；所述的尿素非均相水解反应系统包括尿素溶液储罐1、a尿素溶液输送泵2、非均相水解反应器3和蒸汽管道4，所述的非均相水解反应器3 采用列管式固定床反应器；所述尿素溶液储罐1通过a尿素溶液输送泵2和管路与非均相水解反应器3相连，蒸汽管道4与非均相水解反应器3相连；尿素溶液储罐1与尿素配置系统通过管路相连；非均相水解反应器3分别与残液排放及回收系统和疏水回收系统相连，残液排放及回收系统与尿素配置系统相连。所述的尿素配置系统可以包括：尿素溶解罐5、除盐水泵6和b尿素溶液输送泵7，所述的除盐水泵6与尿素溶解罐5相连；尿素溶解罐5通过b尿素溶液输送泵7和管路与尿素溶液储罐1相连。所述的尿素配置系统还可以通过其他装置的配合来组成。所述的残液排放及回收系统可以包括：残液存储罐8和残液循环泵 9，所述的残液存储
罐8通过管路与非均相水解反应器3连接，同时残液存储罐8通过残液循环泵9和管路与尿素溶解罐5连接。所述的残液排放及回收系统还可以通过其他装置的配合来组成。为了对残液进行高效回收利用，非均相水解反应器3反应后的残液还可以通过在线ph在线监测仪读取其ph值，当ph值≤7时作为废液排出系统(残液呈酸性是因为在反应过程中发生副反应，生产异氰酸或缩二脲)；当ph值＞7时可以送入残液存储罐8。为了节约能耗，可以在所述的残液存储罐8中的残液存储至三分之一以上时，检测尿素浓度，将残液由残液循环泵9送至尿素溶解罐5，用于配制新的尿素溶液。所述的蒸汽管道4分为三路，一路与非均相水解反应器3相连，另外两路分别与尿素溶液储罐1入口和尿素溶解罐5 入口相连，用于对尿素溶液储罐1和尿素溶解罐5方便、快捷的进行清洗。还可以通过其他现有的方式对尿素溶液储罐1和尿素溶解罐5进行清洗。所述的疏水回收系统包括：疏水箱 10和疏水泵11，所述的疏水泵11与疏水箱10连接，疏水箱10通过管路与非均相水解反应器3相连。所述的疏水回收系统还可以通过其他装置的配合来组成。所述的非均相水解反应器3中还设有除雾装置12。所述的非均相水解反应器3的内部还设有集成氨气缓冲空间 15，优选为所述的集成氨气缓冲空间15的体积为非均相水解反应器3体积的1/20～1/3。所述的非均相水解反应器3中还设有喷淋装置16，尿素溶液经喷淋装置16喷射进入非均相水解反应器3中。优选为所述的喷淋装置16中喷嘴的喷射方向与所述列管式固定床反应器的列管轴向的夹角α为0
‑
60
°
。所述的列管式固定床反应器的管内径为0.05～1.00m，内管根数为3～100，列管长为0.1～5m。
42.本实用新型的一种实施例的工作原理：
43.袋装尿素由拆包机、斗提机将散装尿素送入尿素溶解罐5中，除盐水经除盐水泵6打入尿素溶解罐5中，配制出约50％质量浓度的尿素溶液，然后由b尿素溶液输送泵7将其送至尿素溶液储罐1暂存。制氨时尿素溶液由a尿素溶液输送泵2送入到非均相水解反应器3中，反应后生成由氨、二氧化碳组成的产品气，气体经除雾装置12除去夹带的水滴后从非均相水解反应器3顶端排出，反应剩下的尿素残液送至残液存储罐8，残液存储到一定量后，检测出尿素残液中尿素浓度后，由残液循环泵9送至尿素溶解罐5，用于制备尿素溶液，实现尿素残液的回收利用。电厂提供的低压蒸气在壳程内流动，低压蒸气通过间壁式换热方式将热量通过蒸汽管道4传递给尿素水溶液，为其发生催化水解反应提供热量换热后产生的冷凝液进入疏水箱10，由疏水泵11疏水回厂；中压蒸汽同时还需送至尿素溶解罐5和尿素溶液储罐1，用于溶解罐和储罐的清洗。本技术中采用的非均相水解反应器3为列管式固定床反应器，固体催化剂放置在列管内，尿素水溶液填充在管内，在催化剂的作用下反应生产氨气和二氧化碳。
44.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。