本發(fā)明屬于尿素水解制氨，具體涉及一種低腐蝕防結垢尿素水解系統(tǒng)及節(jié)能運行工藝。

背景技術：

1、燃煤電廠在采用尿素水解制氨工藝后，發(fā)現(xiàn)尿素水解器腐蝕嚴重、結垢較多。其根本原因是高濃度尿素溶液中的雜質在水解器中富集，造成鋼設備腐蝕、加熱器盤管表面結垢。尿素溶液中的雜質包括氯離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子、磷酸根、硫酸根等，主要來源為尿素顆粒和尿素溶液配制用水，gb/t2440-2017僅對工業(yè)用尿素中縮二脲、鐵、硫酸鹽等少數(shù)雜質種類和濃度進行了規(guī)定（對氯離子等無規(guī)定），即使采用優(yōu)等品尿素和低離子濃度的除鹽水也無法完全避免引入少量雜質。該雜質進入尿素水解反應器后不斷濃縮，運行時間較長的水解液氯離子濃度甚至能達到1000mg/l以上，現(xiàn)有工藝上僅能夠通過定期排污維持水解器內污染物濃度，產(chǎn)生大量難處理高濃度尿素廢水（尿素濃度約50%）。

2、由于尿素溶液中的雜質濃度低（氯離子濃度通常50mg/l以下），且無法完全避免?，F(xiàn)有研究均集中在耐腐蝕材料、阻垢劑、排污頻率控制工藝、排污廢水深度處理上，在尿素進料液預處理方向的研究罕有涉及。

3、采用電滲析法處理高濃度尿素溶液有幾個難點需要克服：

4、1）尿素溶液雜質濃度很低，常規(guī)電滲析系統(tǒng)效率低；

5、2）尿素溶液能夠穿透電滲析選擇性離子交換膜，造成電滲析濃水尿素大量流失和排放污染；

6、3）尿素溶液配制過程中需加熱至50±2℃（加速溶解），而電滲析的離子交換膜要求進水溫度不超過30℃。

7、基于上述三個原因，絕大多數(shù)研究人員認為電滲析技術不適用于高濃度尿素溶液脫鹽，不僅沒有相關基礎研究，更無工業(yè)應用。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種低腐蝕防結垢尿素水解系統(tǒng)及節(jié)能運行工藝。

2、具體的技術方案如下：

3、一種低腐蝕防結垢尿素水解系統(tǒng)，包括尿素溶液配制罐、第一換熱器、第二換熱器、多級電滲析模塊、尿素溶液儲罐和尿素水解反應器；

4、尿素溶液配制罐的高溫原水出口管路與第一換熱器連接，第一換熱器的低溫原水出口管路與多級電滲析模塊連接，多級電滲析模塊的低溫產(chǎn)水出口管路與第二換熱器連接，第二換熱器的高溫產(chǎn)水出口管路連接尿素溶液配制罐，第一換熱器和第二換熱器的換熱介質管路循環(huán)連接，尿素溶液配制罐依次連接尿素溶液儲罐和尿素水解反應器。

5、進一步地，多級電滲析模塊包括初級電滲析膜堆、初級循環(huán)泵、n級依次連接的電滲析循環(huán)裝置、末級循環(huán)泵和末級濃水儲罐，初級電滲析膜堆和尿素溶液配制罐之間通過第一換熱器、第二換熱器和初級循環(huán)泵循環(huán)連接，每一組電滲析循環(huán)裝置包括第一循環(huán)泵、濃水儲罐、第二循環(huán)泵和電滲析膜堆，濃水儲罐和電滲析膜堆之間通過第二循環(huán)泵循環(huán)連接，濃水儲罐通過第一循環(huán)泵與初級電滲析膜堆或另一相鄰電滲析膜堆循環(huán)連接，末級濃水儲罐通過末級循環(huán)泵與相鄰電滲析膜堆循環(huán)連接。

6、一種采用上述低腐蝕防結垢尿素水解系統(tǒng)進行的尿素水解工藝，包括如下步驟：

7、1）向尿素溶液配制罐內加入尿素顆粒和除鹽水，在高溫蒸汽的伴熱下配制尿素溶液，第一換熱器利用冷媒對從尿素溶液配制罐內流出的高溫原水進行降溫；

8、2）降溫后的原水依次進入初級電滲析膜堆、n級電滲析循環(huán)裝置中進行電滲析脫鹽預處理，脫鹽后的產(chǎn)水進入第二換熱器中，第一換熱器中的冷媒介質被高溫原水加熱后作為第二換熱器的熱媒，脫鹽后的產(chǎn)水經(jīng)過第二換熱器加熱后進入尿素溶液配制罐中；

9、3）經(jīng)過脫鹽預處理的原水進入尿素溶液儲罐，然后進入尿素水解反應器中進行尿素的水解。

10、進一步地，步驟1）中的尿素溶液的質量濃度為30-60%，尿素溶液配制罐（1）內的高溫原水的溫度為40-60℃，冷媒對高溫原水降溫至30℃以下。

11、進一步地，n為2-4，電滲析級數(shù)越多，離子遷移效率越高，末級濃水排水量越少、離子濃度越高，但與此同時系統(tǒng)運行能耗也越高。大多數(shù)應用場景下，2~4級電滲析即可滿足處理要求。

12、進一步地，步驟2）中n級電滲析循環(huán)裝置中進行電滲析脫鹽預處理的具體操作過程為：首先開啟第一換熱器和第二換熱器，再開啟初級循環(huán)泵和再開啟一級電滲析循環(huán)裝置，一級電滲析循環(huán)裝置的濃水儲罐以系統(tǒng)最高廢水排量qmax同時排水和補液，穩(wěn)定運行后，判斷一級電滲析循環(huán)裝置的濃水氯離子濃度與產(chǎn)水氯離子濃度比e1是否小于設定值，若滿足條件，可繼續(xù)運行，若連續(xù)5分鐘不滿足，則開啟二級電滲析循環(huán)裝置，穩(wěn)定運行后，判斷二級滲析循環(huán)裝置的濃水氯離子濃度與產(chǎn)水氯離子濃度比e2是否小于設定值，若滿足條件，可繼續(xù)運行，若連續(xù)5分鐘不滿足，則開啟三級電滲析循環(huán)裝置，采用以上相同方式繼續(xù)運行，直至所有電滲析循環(huán)裝置的濃水氯離子濃度與產(chǎn)水氯離子濃度比都滿足條件，直至一級電滲析循環(huán)裝置產(chǎn)水氯離子濃度小于產(chǎn)水氯離子濃度最高值clmax，此時停止運行。

13、進一步地，尿素溶液配制罐、多個濃水儲罐和末級濃水儲罐中的溶液保有量沿著電滲析進行方向不斷減小，多個濃水儲罐中的初始料液和末級濃水儲罐的補水為尿素溶液配制罐中的尿素溶液或除鹽水，可以保證各級電滲析系統(tǒng)原水和濃水的離子濃差較小，從而避免濃差極化造成的離子遷移降低，保證多級電滲析的整體運行效率，可以大幅降低排污水量，最大程度減少隨排水流失的尿素量（尿素因無電荷，不會在電滲析系統(tǒng)富集，排水中的尿素濃度=尿素溶液配制罐料液中的尿素濃度）。

14、尿素水解系統(tǒng)連續(xù)運行過程中，尿素溶液配制罐間歇運行，尿素溶液儲罐料位低值時，尿素溶液開始配制，并在配制成50%、50℃的尿素溶液后投運多級電滲析模塊和換熱器，經(jīng)過2~6小時的連續(xù)處理，能夠有效去除尿素溶液中90%~99.9%的雜質離子，減少尿素水解反應器排污量至原有排污量的0.1%~10%，大幅降低了尿素水解系統(tǒng)的結垢風險和腐蝕風險。

15、本發(fā)明的有益效果在于：

16、1）針對尿素料液尿素濃度高、雜質離子濃度低、溫度高的水質特點，采用換熱多級電滲析法處理尿素料液，實現(xiàn)尿素水解系統(tǒng)低腐蝕、防結垢，大幅降低了尿素水解器的排污量；

17、2）利用換熱系統(tǒng)，確保高濃尿素溶液能夠高效進行電滲析處理，且實現(xiàn)冷媒的余熱利用，減小尿素溶液配制過程中的蒸汽耗量，實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運行；

18、3）利用多級電滲析系統(tǒng)，提高系統(tǒng)脫鹽效率，最大程度減少末端濃水排出量，降低了尿素損失的同時，具有減排的環(huán)保效益。

技術特征：

1.一種低腐蝕防結垢尿素水解系統(tǒng)，其特征在于，包括尿素溶液配制罐（1）、第一換熱器（2）、第二換熱器（3）、多級電滲析模塊、尿素溶液儲罐（4）和尿素水解反應器（5）；

2.如權利要求1所述的一種低腐蝕防結垢尿素水解系統(tǒng)，其特征在于，多級電滲析模塊包括初級電滲析膜堆（6）、初級循環(huán)泵（7）、n級依次連接的電滲析循環(huán)裝置、末級循環(huán)泵（8）和末級濃水儲罐（9），初級電滲析膜堆（6）和尿素溶液配制罐（1）之間通過第一換熱器（2）、第二換熱器（3）和初級循環(huán)泵（7）循環(huán)連接，每一組電滲析循環(huán)裝置包括第一循環(huán)泵（10）、濃水儲罐（11）、第二循環(huán)泵（12）和電滲析膜堆（13），濃水儲罐（11）和電滲析膜堆（13）之間通過第二循環(huán)泵（12）循環(huán)連接，濃水儲罐（11）通過第一循環(huán)泵（10）與初級電滲析膜堆（6）或另一相鄰電滲析膜堆（13）循環(huán)連接，末級濃水儲罐（9）通過末級循環(huán)泵（8）與相鄰電滲析膜堆（13）循環(huán)連接。

3.一種采用如權利要求2所述的低腐蝕防結垢尿素水解系統(tǒng)進行的尿素水解工藝，其特征在于，包括如下步驟：

4.如權利要求3所述的一種尿素水解工藝，其特征在于，步驟1）中的尿素溶液的質量濃度為30-60%，尿素溶液配制罐（1）內的高溫原水的溫度為40-60℃，冷媒對高溫原水降溫至30℃以下。

5.如權利要求4所述的一種尿素水解工藝，其特征在于，n為2-4。

6.如權利要求3所述的一種尿素水解工藝，其特征在于，步驟2）中n級電滲析循環(huán)裝置中進行電滲析脫鹽預處理的具體操作過程為：首先開啟第一換熱器（2）和第二換熱器（3），再開啟初級循環(huán)泵（7）和再開啟一級電滲析循環(huán)裝置，一級電滲析循環(huán)裝置的濃水儲罐（11）以系統(tǒng)最高廢水排量qmax同時排水和補液，穩(wěn)定運行后，判斷一級電滲析循環(huán)裝置的濃水氯離子濃度與產(chǎn)水氯離子濃度比e1是否小于設定值，若滿足條件，可繼續(xù)運行，若連續(xù)5分鐘不滿足，則開啟二級電滲析循環(huán)裝置，穩(wěn)定運行后，判斷二級滲析循環(huán)裝置的濃水氯離子濃度與產(chǎn)水氯離子濃度比e2是否小于設定值，若滿足條件，可繼續(xù)運行，若連續(xù)5分鐘不滿足，則開啟三級電滲析循環(huán)裝置，采用以上相同方式繼續(xù)運行，直至所有電滲析循環(huán)裝置的濃水氯離子濃度與產(chǎn)水氯離子濃度比都滿足條件，直至一級電滲析循環(huán)裝置產(chǎn)水氯離子濃度小于產(chǎn)水氯離子濃度最高值clmax，此時停止運行。

7.如權利要求4所示的一種尿素水解工藝，其特征在于，尿素溶液配制罐（1）、多個濃水儲罐（11）和末級濃水儲罐（9）中的溶液保有量沿著電滲析進行方向不斷減小，多個濃水儲罐（11）中的初始料液和末級濃水儲罐（9）的補水為尿素溶液配制罐（1）中的尿素溶液或除鹽水。

技術總結
本發(fā)明公開了一種低腐蝕防結垢尿素水解系統(tǒng)及節(jié)能運行工藝，該系統(tǒng)在常規(guī)尿素水解系統(tǒng)的基礎上添加了多級電滲析模塊和換熱系統(tǒng)，尿素溶液配制罐的高溫原水出口管路與第一換熱器連接，第一換熱器的低溫原水出口管路與多級電滲析模塊連接，多級電滲析模塊的低溫產(chǎn)水出口管路與第二換熱器連接，第二換熱器的高溫產(chǎn)水出口管路連接尿素溶液配制罐，第一換熱器和第二換熱器的換熱介質管路循環(huán)連接，尿素溶液配制罐依次連接尿素溶液儲罐和尿素水解反應器。本發(fā)明利用換熱系統(tǒng)，確保高濃尿素溶液能高效進行電滲析處理，且實現(xiàn)冷媒的余熱利用，實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運行，利用電滲析實現(xiàn)尿素水解系統(tǒng)低腐蝕、防結垢，大幅降低了尿素水解反應器的排污量。

技術研發(fā)人員：施國忠,徐浩然,馮向東,張林,呂佳慧,梁成思,姚之侃,邱玲姝
受保護的技術使用者：浙江浙能技術研究院有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6