一種尿素溶液水解反應器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明目的在于提供一種尿素溶液水解反應器，能夠接受尿素過飽和溶液作為來液，降低反應器出口水蒸汽含量，從而節(jié)省能量和除鹽水的耗量。其包括底部分別設置尿素溶液進料口和反應液出口的反應釜，以及設置在反應釜內(nèi)沿尿素流動方向依次設置的加熱裝置和汽提裝置；所述反應釜頂部設置反應氣相產(chǎn)物出口；所述的汽提裝置包括連通設置在反應釜底部的汽提蒸汽進口，汽提蒸汽進口伸入反應釜的一端連接汽提蒸汽分配器。本發(fā)明通過設置的汽提裝置，使經(jīng)汽提裝置輸入反應釜內(nèi)的水蒸汽與尿素溶液直接接觸，不僅加速了尿素溶液的水解，而且能夠加速了液相中生成的氨氣不斷擴散到氣相中，并從反應氣相產(chǎn)物出口中輸出。
【專利說明】一種尿素溶液水解反應器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于煙氣脫硝系統(tǒng)中尿素水解制氨設備【技術領域】，具體涉及一種尿素溶液水解反應器。
【背景技術】
[0002]燃煤發(fā)電廠的煤炭燃燒伴隨著大量的氮氧化物(NOx)的排放，對大氣造成污染。通常采取在鍋爐尾部加設煙氣脫硝裝置，利用選擇性催化還原法(SCR)脫除煙氣中的NOx，將其轉(zhuǎn)化為無毒無害的氮氣(N2)和水(H2O),從而達到排放要求。選擇性催化還原法中所需的脫硝還原劑氨(NH3)通常有三種供給形式:液氨、氨水和尿素。其中，液氨與氨水屬于危險化學品。國家在涉及液氨和氨水的儲存、使用和運輸過程中都有嚴格的法律規(guī)定。而工業(yè)用尿素為白色結(jié)晶體顆粒，不屬于危險化學品范疇，便于儲存和運輸，不會因泄漏造成安全隱患，因此從安全與經(jīng)濟角度考慮，尿素制氨逐漸受到人們青睞，通過采用尿素制氨方法之一的尿素溶液水解法來實現(xiàn)氨的供給。
[0003]現(xiàn)有的尿素溶液水解反應器中，尿素溶液注入時,考慮到常溫下尿素的溶解度及輸送過程的安全性，都采用的是質(zhì)量分數(shù)為40%_60%的尿素溶液；根據(jù)尿素水解的化學反
應方程式(NH2；)2C0+H20 2NH3+C02，假設尿素溶液質(zhì)量濃度50%，按照尿素水
解反應的化學計量比計算，只有溶液重量15%的水參與化學反應，其余占尿素溶液重量35%的水并不參與水解反應。這35%的過量水經(jīng)吸熱汽化后，隨反應產(chǎn)物離開反應器，造成能量及除鹽水量的浪費。假設尿素溶液質(zhì)量濃度60%，按照尿素水解反應的化學計量比計算，只有溶液重量18%的水參與化學反應，其余占尿素溶液重量22%的水并不參與水解反應。
`[0004]如果將尿素與水按照水解反應計量比配置尿素溶液，則尿素溶液的質(zhì)量濃度需要達到77%,此濃度的尿素溶液必然為尿素的過飽和溶液，因此將尿素的過飽和溶液作為水解反應器的來液，必將大大降低反應器出口水蒸汽的含量，但現(xiàn)有的反應器都無法滿足接受尿素過飽和溶液的工藝要求，原料浪費嚴重，而且耗能較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種尿素溶液水解反應器，能夠接受尿素過飽和溶液作為來液，降低反應器出口水蒸汽含量，從而節(jié)省能量和除鹽水的耗量。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0007]—種尿素溶液水解反應器,包括底部分別設置尿素溶液進料口和反應液出口的反應釜，以及設置在反應釜內(nèi)沿尿素流動方向依次設置的加熱裝置和汽提裝置；所述反應釜頂部設置反應氣相產(chǎn)物出口 ；所述的汽提裝置包括連通設置在反應釜底部的汽提蒸汽進口，汽提蒸汽進口伸入反應釜的一端連接汽提蒸汽分配器。
[0008]優(yōu)選的，所述的汽提裝置還包括設置在汽提蒸汽分配器上方的隔板，以及設置在分配器兩側(cè)的進液堰板和出液堰板；隔板上端開口形成氣體流動口，下端開口形成液體流動口 ；進液堰板設置在隔板的上游方向，上端開口形成液體流入口 ；出液堰板設置在隔板的下游方向，上端開口形成液體溢出口 ；進液堰板和出液堰板之間形成反應汽提區(qū)。
[0009]優(yōu)選的，所述的尿素溶液進料口通過混液箱的一個進料端與尿素溶液供應管道連通；混液箱的另一個進料端與反應液出口連通。
[0010]進一步，所述的混液箱與反應液出口之間還設置有用于將反應液相加壓注入到混液箱中的循環(huán)泵。
[0011]優(yōu)選的，所述的加熱裝置包括若干穿過反應釜的筒體封頭設置的加熱盤管，以及設置在反應釜外部的加熱介質(zhì)進口和熱介質(zhì)冷凝液出口 ；加熱盤管向內(nèi)延伸到反應釜內(nèi)的底部，并分別與加熱介質(zhì)進口和熱介質(zhì)冷凝液出口連通。
[0012]優(yōu)選的，所述的反應釜上設置反應釜液位計，反應釜頂部設置安全閥。
[0013]優(yōu)選的，所述的尿素溶液進料口伸入反應釜內(nèi)部的端口連接進料分配器。
[0014]優(yōu)選的，所述的反應氣相產(chǎn)物出口設置在隔板下游方向的反應釜頂部。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果:
[0016]本發(fā)明一種尿素溶液水解反應器，通過設置的汽提裝置，使經(jīng)汽提裝置輸入反應釜內(nèi)的水蒸汽與尿素溶液直接接觸，不僅加速了尿素溶液的水解，而且能夠加速了液相中生成的氨氣不斷擴散到氣相中，并從反應氣相產(chǎn)物出口中輸出；汽提蒸汽分配器的設置增加了氣液相接觸面積，提高水解反應速度，還能夠通過控制調(diào)整水蒸汽的輸入量和壓力值來滿足大范圍的需氨量的負荷變化 。一方面能夠適用于現(xiàn)有尿素溶液對氨氣的高效提取，另一方面能夠適用于尿素過飽和溶液對氨氣的提取，保證了水解反應正向移動，而且排出的反應液相中氨氣溶解少，尿素含量低。
[0017]進一步的，通過設置進液堰板和出液堰板形成反應汽提區(qū)，能夠?qū)⑵岚l(fā)生的反應區(qū)域進一步的進行約束和限制，并且利用設置在反應汽提區(qū)中央的隔板延長反應液相的流動距離，使得反應液在反應汽提區(qū)流動時能夠有充足的時間和空間進行水解反應，在不增加體積和耗能設備的同時，卻大幅的提升了產(chǎn)氣的效率，尿素利用率高，耗能少。
[0018]進一步的，利用在尿素溶液進料口設置的混液箱，對反應液出口排出的低濃度的尿素溶液進行回收并與尿素過飽和溶液供應管道供應的尿素溶液實現(xiàn)原料混合，使得整個反應器中，在尿素溶液和蒸汽的供給下，只單一的產(chǎn)出所需的反應氣相產(chǎn)物，而沒有反應液相產(chǎn)物的排出，能夠使得尿素得到最大限度的充分利用，而且能夠隨意的根據(jù)氨氣的需求量對氨氣的產(chǎn)出進行調(diào)整，即使氨氣產(chǎn)出較低也不會對尿素和氨氣造成浪費和無謂的消耗。同時，最大限度的降低反應器出口水蒸氣含量，進而節(jié)省能量和除鹽水耗量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實例中所述的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:1為反應爸,2為尿素溶液進料口，3為加熱介質(zhì)進口，4為熱介質(zhì)冷凝液出口，5為反應氣相產(chǎn)物出口，6為安全閥，7為汽提蒸汽進口，8為反應釜液位計，9為反應液出口，10為加熱盤管，11為汽提蒸汽分配器，12為隔板，13為進液堰板，14為出液堰板，15為循環(huán)泵，16為混液箱。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明一種尿素溶液水解反應器，包括底部分別設置尿素溶液進料口 2和反應液出口 9的反應釜1，以及設置在反應釜I內(nèi)沿尿素流動方向依次設置的加熱裝置和汽提裝置；所述反應釜I頂部設置反應氣相產(chǎn)物出口 5 ;所述的汽提裝置包括連通設置在反應釜I底部的汽提蒸汽進口 7，汽提蒸汽進口 7伸入反應釜I的一端連接汽提蒸汽分配器11。 [0023]在使用時,質(zhì)量分數(shù)為40%~60%的尿素溶液或尿素的過飽和溶液,通過尿素供應管道經(jīng)尿素溶液進料口 2進入到反應釜I中，在加熱裝置的加熱下開始升溫并進行水解反應。本發(fā)明通過汽提裝置來對氨氣產(chǎn)生的速率進行控制，利用汽提裝置中經(jīng)汽提蒸汽進口 7注入的水蒸汽對反應溶液進行直接加熱，并通過向反應釜I內(nèi)汽提裝置對應的反應汽提區(qū)液相鼓泡，使液相中水解產(chǎn)生的氨氣不斷擴散到氣相中去，大大提高了水解速度，同時能夠?qū)Π睔獾漠a(chǎn)量進行簡單方便的控制。
[0024]優(yōu)選的，如圖1所示，本優(yōu)選實例中，汽提裝置還包括設置在汽提蒸汽分配器11上方的隔板12，以及設置在分配器11兩側(cè)的進液堰板13和出液堰板14 ;隔板12上端開口形成氣體流動口，下端開口形成液體流動口 ；進液堰板13設置在隔板12的上游方向，上端開口形成液體流入口 ；出液堰板14設置在隔板12的下游方向，上端開口形成液體溢出口 ；進液堰板13和出液堰板14之間形成反應汽提區(qū)。進一步的，尿素溶液進料口 2通過混液箱16的一個進料端與尿素溶液供應管道連通；混液箱16的另一個進料端與反應液出口 9連通。再進一步的，混液箱16與反應液出口 9之間還設置有用于將反應液相加壓注入到混液箱16中的循環(huán)泵15。從而水解反應器內(nèi)部形成循環(huán)，對外不會產(chǎn)生廢棄物的排放，利用效率高，產(chǎn)氣效果好。
[0025]優(yōu)選的，如圖1所示，加熱裝置包括若干穿過反應釜I的筒體封頭設置的加熱盤管10，以及設置在反應釜I外部的加熱介質(zhì)進口 3和熱介質(zhì)冷凝液出口 4 ;加熱盤管10向內(nèi)延伸到反應釜I內(nèi)的底部，并分別與加熱介質(zhì)進口 3和熱介質(zhì)冷凝液出口 4連通；本優(yōu)選實例以U型加熱盤管為例進行說明；反應釜I上設置反應釜液位計8，能夠顯示反應釜I內(nèi)液位達到數(shù)量值，從而控制尿素溶液的輸入量；反應釜I頂部設置安全閥6，保證受壓容器反應釜I的使用安全；尿素溶液進料口 2伸入反應釜I內(nèi)部的端口連接進料分配器；能夠使得尿素溶液經(jīng)進料分配器使進入的尿素溶液均勻的與加熱盤管10換熱升溫；反應氣相產(chǎn)物出口 5設置在隔板12下游方向的反應釜I頂部，能夠更好的保證氨氣的順利排出。
[0026]本發(fā)明尿素溶液水解反應器內(nèi)設置反應汽提區(qū)，通過蒸汽加速水解產(chǎn)物從液相中分離，反應汽提區(qū)之后的尿素溶液濃度降低，較低濃度的尿素溶液通過循環(huán)泵輸送到混液箱，與尿素溶液制備系統(tǒng)來的過飽和尿素溶液混合后，返回水解反應器。不僅能夠高效的對現(xiàn)有濃度的尿素溶液實現(xiàn)快速、可控的水解反應，還能夠很好的適用于高濃度的尿素溶液的水解反應，同樣能夠達到高效和可控的目的，而且能夠進一步的，使得反應器內(nèi)部沒有除去所需氣相產(chǎn)物排出外的其他廢棄產(chǎn)物，通過對高濃度尿素溶液的水解，還降低了氣相產(chǎn)物中水蒸汽的含量，大大的節(jié)約了能源，設計合理，結(jié)構(gòu)巧妙，安全可靠，高效環(huán)保，反應可控，降低能耗，尿素和能源利用率極高。
【權利要求】
1.一種尿素溶液水解反應器,其特征在于,包括底部分別設置尿素溶液進料口(2)和反應液出口(9)的反應釜(1)，以及設置在反應釜(I)內(nèi)沿尿素流動方向依次設置的加熱裝置和汽提裝置；所述反應釜(I)頂部設置反應氣相產(chǎn)物出口(5);所述的汽提裝置包括連通設置在反應釜(I)底部的汽提蒸汽進口( 7 )，汽提蒸汽進口( 7 )伸入反應釜(I)的一端連接汽提蒸汽分配器(11)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種尿素溶液水解反應器，其特征在于，所述的汽提裝置還包括設置在汽提蒸汽分配器(11)上方的隔板(12)，以及設置在分配器(11)兩側(cè)的進液堰板(13)和出液堰板(14);隔板(12)上端開口形成氣體流動口，下端開口形成液體流動口 ；進液堰板(13)設置在隔板(12)的上游方向，上端開口形成液體流入口 ；出液堰板(14)設置在隔板(12)的下游方向，上端開口形成液體溢出口 ；進液堰板(13)和出液堰板(14)之間形成反應汽提區(qū)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種尿素溶液水解反應器，其特征在于，所述的尿素溶液進料口(2)通過混液箱(16)的一個進料端與尿素溶液供應管道連通；混液箱(16)的另一個進料端與反應液出口(9)連通。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種尿素溶液水解反應器，其特征在于，所述的混液箱(16)與反應液出口(9)之間還設置有用于將反應液相加壓注入到混液箱(16)中的循環(huán)泵(15)。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種尿素溶液水解反應器，其特征在于，所述的加熱裝置包括若干穿過反應釜(I)的筒體封頭設置的加熱盤管(10)，以及設置在反應釜(I)外部的加熱介質(zhì)進口(3)和熱介質(zhì)冷凝液出口(4);加熱盤管(10)向內(nèi)延伸到反應釜(I)內(nèi)的底部，并分別與加熱介質(zhì)進口(3)和熱介質(zhì)冷凝液出口(4)連通。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種尿素溶液水解反應器，其特征在于，所述的反應釜(I)上設置反應釜液位計(8 )，反應釜(I)頂部設置安全閥(6 )。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種尿素溶液水解反應器，其特征在于，所述的尿素溶液進料口( 2 )伸入反應釜(I)內(nèi)部 的端口連接進料分配器。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種尿素溶液水解反應器，其特征在于，所述的反應氣相產(chǎn)物出口( 5 )設置在隔板(12 )下游方向的反應釜(I)頂部。
【文檔編號】C01C1/08GK103482649SQ201310400325
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權日:2013年9月5日
【發(fā)明者】徐宏杰, 林偉杰, 王月明, 畢駿, 白少林, 牛國平, 梁法光, 張波, 向小鳳 申請人:西安熱工研究院有限公司, 西安西熱鍋爐環(huán)保工程有限公司