专利名称：一种生产氮氧化物还原剂的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于除去柴油车尾气以及电厂、工业窑炉等烟气中氮氧化物的还原剂生产系统。
背景技术：
当前，我国城市空气污染主要表现为氮氧化物和PM2.5，而柴油机尾气和电厂、工业窑炉等烟气是上述污染物排放的主要源头，采用选择性催化还原(SCR)技术脱除汽车尾气和烟气中的氮氧化物，为国内外首选。该技术以浓度为31. 8 33. 2%的尿素溶液作为氮氧化物还原剂，在催化剂作用下，将尾气中的氮氧化物还原为氮气和水。因尾气处理过程是在催化剂作用下进行，该催化剂对尿素溶液的纯度要求非常高，尤其是对溶液中金属离子、缩 二脲、不溶物等有害物质含量要求非常苛刻。若直接将普通颗粒尿素与水混配使用，会导致SCR系统催化剂中毒失效。国外对氮氧化物还原剂一尿素溶液的生产，实行认证管理，从生产原料、生产工艺、过程控制、产品储存等每一个环节，都有规范要求，以确保产品质量符合国际标准。我国因之前执行的环境空气质量标准以及汽车尾气排放标准较低，未强制要求治理氮氧化物和PM2.5。但随着《环境空气质量标准》的修订，以及汽车尾气国IV排放标准的推行，SCR脱氮技术才开始被关注，少数研究机构开始着手研究氮氧化物还原剂一超纯尿素水溶液的生产技术。目前，国内见报道的SCR系统用尿素水溶液的生产方法，一是采用重结晶法，二是采用离子交换法。这两种技术都是以颗粒尿素为原料加热溶解后进行提纯，溶解过程会带入新的有害物质。而且，前者对原料进行重结晶后，会产生大量含尿素的废水，在重结晶分离、再溶解过程，也会带入新的杂质，该技术不仅成本高，而且外排废水量大；后者虽然没有重结晶的缺点，主要生产过程也在封闭环境下进行，但由于采用离子交换树脂，生产一段时间后树脂会失效，其失效节点无法准确判断，导致产品质量不稳定，而且树脂失效后也需再生，还是会有废水产生。以上技术，生产过程能耗较大，不环保，生产能力也比较小。
发明内容本实用新型的目的，是针对国内外技术现状，开发一种能连续工业化生产、成本低、质量稳定可靠、环境友好的氮氧化物还原剂的系统。为了实现上述要求，本实用新型提供了一种生产氮氧化物还原剂的系统，包括通过管道依次连接、依次设置的中和器、提纯器和贮槽，所述中和器为管式反应器，该管式反应器的一端设置有高纯水入口和待配溶液入口、另一端设置有出口，中间腔体沿轴向设置有螺旋反转流道，该螺旋反转流道由两块螺旋导流片构成，且该螺旋导流片沿轴向设置、绕轴向扭转180°，其顶边和底边分别固定在管式反应器内壁上相对的两侧上，且这两块螺旋导流片的扭转方向相反，沿轴向交叉90°布置。所述中和器、提纯器和储槽为若干组，分级设置。所述管式反应器中间腔体内设置有若干组串联的螺旋反转流道。[0008]所述系统内的管道、中和器、提纯器和贮槽均为密封装置。所述贮槽的壳体上设有带过滤装置的呼吸器。本实用新型的优点是(I)本系统以尿素装置未经浓缩、造粒、包装的70 99. 7%的高温尿素溶液为生产原料，不仅节省该部分尿素在上述工序的生产成本，而且用于生产氮氧化物还原剂时，也不需外加热源。(2)以浓度为70 99. 7%的高温尿素溶液生产氮氧化物还原剂，具有输送便捷、混配时间短、生产能力大、劳动强度低等特点。(3)因使用的生产原料来自尿素装置未经浓缩、造粒、包装的浓度为70 99. 7%的 高温尿素溶液，其缩二脲、金属离子、不溶物等有害物质含量比颗粒尿素低得多。(4)本系统生产过程无废水、废气、废渣产生，尿素原料利用率100%，生产成本低。(5)本系统生产过程全部为封闭状态，不受环境污染。(6)本工艺采用DCS控制，自动化程度高，连续作业性强，产品品质有保障，质量稳
定可靠。
图I是本系统的结构简图；图2是本系统所述中和器结构简图；图中标号表示1_ 一级中和器、2-冷却器、3-半成品贮槽、4-输送泵、5- —级提纯器、6- 二级中和器、7- 二级提纯器、8-杀菌器、9-成品贮槽、10-待配溶液进料管、11-高纯水进料管、12-右螺旋导流片、13-左螺旋导流片、14-管壁、15-出料管；A-来自生产装置的尿素溶液、B-高纯水、C-尿素水溶液、D-尿素水溶液、E-氮氧化物还原剂。
具体实施方式
参见图I、图2，本实用新型是一种氮氧化物还原剂的生产系统。首先，本实用新型设计了一种特殊结构的中和器，该中和器为管式反应器，其管径和长度根据不同生产能力而定。中和器的一端设置有高纯水入口(高纯水进料管11)和待配溶液入口(待配溶液进料管10)、另一端设置有出口(出料管15)。中和器的中间腔体沿管式反应器轴向设置有螺旋反转流道，该螺旋反转流道由两块扭转方向相反的螺旋导流片构成，即右螺旋导流片12和左螺旋导流片13。螺旋导流片沿管式反应器轴向设置、绕轴向扭转180°，其顶边和底边分别固定在管式反应器管壁14的内表面上的相对两侧上。这两块螺旋导流片沿轴向交叉90°布置。中和器的中间腔体内设置有若干组串联的螺旋反转流道。本具体实施方式
采用2组螺旋反转流道串联，即按右螺旋导流片12、左螺旋导流片13、右螺旋导流片12、左螺旋导流片13的顺序交替、错落布置，使得相邻的两块螺旋导流片的扭转方向相反。另外，根据中和器的性能要求，还可以采用3组、4组……等螺旋反转流道。本实用新型的氮氧化物还原剂的生产系统包括通过管道依次连接、依次设置的中和器、提纯器和贮槽，且中和器、提纯器和储槽为若干组、分级设置，可以根据氮氧化物还原剂的生产需要，还可以使用I级、2级或3级等结构形式的系统。系统内的管道、中和器、提纯器和贮槽均为密封装置，贮槽的壳体上设有带过滤装置的呼吸器。本具体实施方式
中，采用2级设置的氮氧化物还原剂生产系统，即依次为一级中和器I、半成品贮槽3、一级提纯器5、二级中和器6、二级提纯器7、杀菌器8和成品贮槽9。另外，一级中和器I和半成品贮槽3之间设置有冷却器2，管道中设置有输送泵4，。下面以本具体实施方式
为例，说明本实用新型的氮氧化物还原剂生产系统的使用方法(I)快速中和，将高温高浓度的来自尿素装置的尿素溶液A，与电阻率为13 18ΜΩ. cm的常温高纯水B在一级中和器I内快速中合，制成浓度为40 45%、温度为50 70°C的尿素水溶液C。其中，尿素溶液A的浓度为70 99. 7%、温度为80 140°C。通过流量计、密度计测量来自尿素装置的尿素溶液A的流量和浓度，计算出所需高纯水B的量，通过阀门控制高纯水B的流量，精密混配、得到浓度为40 45%的尿素水溶液C。下面以一级中和器I为例，说明中和器的混配工作原理·来自尿素装置的尿素溶液A通过待配溶液进料管10送入一级中和器I,高纯水B通过高纯水进料管11送入一级中和器I。在一级中和器I内，来自尿素装置的尿素溶液A和高纯水B这两股物料在螺旋反转流道的作用下，不断改变流体的运动方向，不仅将中心流体推向周边，而且将周边流体推向中心，从而造成良好的径向中和效果。与此同时，流体本身的旋转作用在相邻元件连接处的界面上亦会发生。这种高效的径向环流作用，使流体在一级中和器I截面上的温度梯度、速度梯度、和质量梯度明显减少，实现来自尿素装置的尿素溶液A与高纯水B的高度中和。(2)冷却降温，将步骤(I)配制的尿素水溶液C送入冷却器2、冷却降温至25 35°C，并储藏在半成品贮槽3内。半成品贮槽3是密封容器，为平衡容器内外压力，在贮槽顶部设有呼吸器，呼吸器上设置有精密过滤装置，防止产品受外界空气污染。(3)初提纯，将步骤(2)冷却降温后的尿素水溶液C、通过输送泵4送入一级提纯器5，除去不溶物等有害杂质。一级提纯器5内设置有过滤精度为4 6μ的滤网。(4)精确调制，将步骤(3)初提纯后的尿素水溶液C送入二级中和器6，再次与电阻率为13 18ΜΩ . cm的常温高纯水B混合，精确调制成浓度为31. 8 33. 2% (或所需浓度)的尿素水溶液D。通过流量计、密度计测量进入二级中和器6的尿素水溶液C的流量和浓度，计算出所需高纯水B的量，通过阀门控制高纯水B的流量，精密混配、得到浓度为31. 8 33. 2% (或所需浓度值)的尿素水溶液D。二级中和器6与一级中和器I结构相同，在此完成尿素水溶液C与高纯水B的高度中和。(5)精提纯，将步骤(4)得到的浓度为31. 8 33. 2% (或所需浓度值)的尿素水溶液D送入二级提纯器7，除去其中的细颗粒物等有害物质，得到高纯度的氮氧化物还原剂Ε。二级提纯器7内设有过滤精度为O. 3 O. 5 μ的滤网。(6)杀菌保质，将步骤(5)得到的氮氧化物还原剂E送入杀菌器8，对产品作灭菌处理，达到延长产品保质期的目的。灭菌后的最终产品——氮氧化物还原剂E存放在成品贮槽9内，成品贮槽9是密封容器，为平衡容器内外压力，在贮槽顶部设有呼吸器，呼吸器上设置有精密过滤装置，防止产品受外界空气污染。上述步骤(I) (6)的生产过程均在密封环境下反应，通过高精度的流量计、密度计、液位计等，在DCS操作系统控制下，连续生产。高纯水B输送系统用管道、管件和阀门用不含添加剂的塑料(如PVDF、PEF、PTFE, PFA等)材质，与尿素介质接触的使用304L (或316L)不锈钢材 质。
权利要求1.一种生产氮氧化物还原剂的系统，其特征在于包括通过管道依次连接、依次设置的中和器、提纯器和贮槽，所述中和器为管式反应器，该管式反应器的一端设置有高纯水入口和待配溶液入口、另一端设置有出口，中间腔体沿轴向设置有螺旋反转流道，该螺旋反转流道由两块螺旋导流片构成，且该螺旋导流片沿轴向设置、绕轴向扭转180°，其顶边和底边分别固定在管式反应器内壁上相对的两侧上，且这两块螺旋导流片的扭转方向相反，沿轴向交叉90°布置。
2.根据权利要求I所述的生产氮氧化物还原剂的系统，其特征在于所述中和器、提纯器和储槽为若干组，分级设置。
3.根据权利要求I所述的生产氮氧化物还原剂的系统，其特征在于所述管式反应器中间腔体内设置有若干组串联的螺旋反转流道。
4.根据权利要求I所述的生产氮氧化物还原剂的系统，其特征在于所述系统内的管道、中和器、提纯器和贮槽均为密封装置。
5.根据权利要求4所述的生产氮氧化物还原剂的系统，其特征在于所述贮槽的壳体上设有带过滤装置的呼吸器。
专利摘要本实用新型提供了一种生产氮氧化物还原剂的系统，包括通过管道依次连接、依次设置的中和器、提纯器和贮槽，所述中和器为管式反应器，该管式反应器的一端设置有高纯水入口和待配溶液入口、另一端设置有出口，中间腔体沿轴向设置有螺旋反转流道，该螺旋反转流道由两块螺旋导流片构成，且该螺旋导流片沿轴向设置、绕轴向扭转180°，其顶边和底边分别固定在管式反应器内壁上相对的两侧，且这两块螺旋导流片的扭转方向相反，沿轴向交叉90°布置。本实用新型制得的产品，缩二脲、金属离子、不溶物等有害物质含量低，尿素原料利用率达100%，生产过程无废水、废气、废渣产生，生产成本低、中和时间短、生产能力大、劳动强度低、自动化程度高，不受环境污染。
文档编号B01F3/08GK202725052SQ201220423709
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者张晓彬, 方文川, 陶家明, 罗雪峰, 朱德华, 张明星, 宋代彬, 阳陶 申请人:四川美丰化工股份有限公司