CN102631879A - 烟气脱硝稳流式尿素水解制氨反应器 - Google Patents

Abstract

本发明一种烟气脱硝稳流式尿素水解制氨反应器，包含反应器本体，反应器本体内设有换热管，反应器本体上方设置导气筒，导气筒连接稳流器，稳流器上端设产品气出口；该稳流器内部设有液体捕集器，该液体捕集器设于导气筒与稳流器连接处上方位置，设于稳流器内壁上；该液体捕集器为圆锥形结构，锥顶向上，开口向下。本发明提供一种尿素溶液水解反应器设备，在水解反应器内尿素溶液完成受热、加压、水解反应、气体产物析出、气液分离、稳流等一系列物理化学变化过程。

Description

烟气脱硝稳流式尿素水解制氨反应器

技术领域

本发明属于制氨反应器领域，特别是制取燃用化石燃料锅炉烟气或燃机排气脱除氮氧化物系统用还原剂氨气的尿素水解制氨反应器。

背景技术

2012年1月1日起正式实施的GB 13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》，调整了大气污染物排放浓度限值；规定了现有火电锅炉达到更加严格的排放浓度限值的时限；增设了燃气锅炉大气污染物排放浓度限值；增设了大气污染物特别排放限值。新标准的实施给所有有排放的企业提出更加严格的要求。

目前控制烟气氮氧化物排放的措施主要可分为三类。一类是低氮氧化物燃烧技术，即是采用各种技术手段，通过抑制或还原燃烧过程中生成的氮氧化物，达到降低氮氧化物排放量的目的；第二类是燃烧室喷射脱硝技术，在燃烧室喷射某种物质，使其在一定的温度条件下还原已生成的氮氧化物,以降低其排放量；第三类是烟气净化技术，选择性催化还原法烟气脱除氮氧化物是净化技术方法之一,以技术成熟可靠性高和适用性好等特点在烟气脱硝领域被广泛应用。

选择性催化还原法烟气脱硝技术主要化学反应：

参与反应的还原剂氨（NH3）可以有几种获得途径。  

最直接、最简单的方法是直接采购氨气，但仅限于建设在生产合成氨的化工厂附近的发电厂有条件使用；第二种方法是采购液氨或氨水，到使用现场后通过蒸发、稀释等工艺获得符合要求的工艺气体，是目前应用较多的方法。第三种方法是采购固体尿素，通过尿素分解，制备氨气，该方法越来越多地被用户选择。

由于氨属于毒性程度为中度危害的介质，当空气中氨气浓度达到0.5～0.6%时，人在其中停留半小时就会中毒，当空气中氨气浓度达到16～25%遇明火可引起爆炸。

因此，对液氨或氨水的运输、储存均有特殊规定，并且需严格按规定执行。若改为采用无毒、无味的普通化工原料尿素制氨方式，运输、储存只需按普通物料处理，在场内设置尿素分解制氨装置，则可大大简化还原剂储运过程的安全防护措施，降低生产成本。

尿素水解是尿素分解的一种方法，水解制氨反应器是制氨工艺中的关键设备。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种尿素溶液水解反应器设备，在水解反应器内尿素溶液完成受热、加压、水解反应、气体产物析出、气液分离、稳流等一系列物理化学变化过程。水解反应可连续进行。本水解反应器的结构设计有助于强化尿素水解反应器换热效果，提高尿素水解反应速率；产品气中不携带过量的雾滴；成品气流量可调，脱硝系统氨逃逸量可控。

本发明的技术方案为：一种烟气脱硝稳流式尿素水解制氨反应器，包含反应器本体，反应器本体内设有换热管，反应器本体上方设置导气筒，导气筒连接稳流器，稳流器上端设产品气出口；该稳流器内部设有液体捕集器，该液体捕集器设于导气筒与稳流器连接处上方位置，设于稳流器内壁上；该液体捕集器为圆锥形结构，锥顶向上，开口向下。

该液体捕集器为卧式罐体结构，其由筒体和封头构成，筒体两侧设置封头。

该换热管为波纹管的U型换热管或波纹管的蛇形换热管。

该换热管为分段式波纹管的蛇形换热管，每段蛇形管换热管均设置蒸汽进口和冷凝液出口。

稳流器上方设置有气相温度计、远传温度计、压力表及变送器。

反应器本体下方设置有辅助蒸汽进口。

反应器本体下方设置有溢流口。

本发明的有益效果为：保证水解反应器内反应温度，提高加热效率是水解器结构设计的关键技术之一。本次设计的换热部分采用波纹型换热管结构，波纹管不仅可强化传热，提高传热效果，而且抗污垢性能也高于光管。

在换热部分还设计有辅助蒸汽加热装置，辅助蒸汽可通入尿素溶液中，直接加热尿素溶液，满足大流量产气量要求，实现快速调节氨气产量。

分解反应部分上部结构设有液体捕集器，捕集分解出的气体产物在移出过程中携带的过量尿素雾滴，防止对后续系统中造成结晶体堵塞SCR系统、影响催化剂使用寿命和氨逃逸等问题。

附图说明

图1A为本发明第一实施例的装置结构透视示意图。

图1B为图1A侧视透视结构示意图。

图2A为本发明第二实施例的装置结构透视示意图。

图2B为图1A侧视透视结构示意图。

具体实施方式

如图1A、B及图2A、B所述，为本发明的两种实施例。其中图1A、B采用的是波纹管的U型换热管，图2A、B采用的是波纹管的蛇形换热管。

本发明一种烟气脱硝稳流式尿素水解制氨反应器，包含反应器本体1，反应器本体1内设有换热管17，反应器本体1上方设置导气筒9，导气筒9连接稳流器3，稳流器3上端设产品气出口5；该稳流器3内部设有液体捕集器8，该液体捕集器8设于导气筒9与稳流器3连接处上方位置，设于稳流器3内壁上；该液体捕集器8为圆锥形结构，锥顶81向上，开口82向下。

该液体捕集器3为卧式罐体结构，其由筒体31和封头32构成，筒体两侧设置封头。

该换热管17可以为波纹管的U型换热管或波纹管的蛇形换热管。上述波纹管的U型换热管或波纹管的蛇形换热管是现有技术，但是没有应用在治氨反应器中应用，通常直管部分为波纹管。这种波纹型换热管结构，不仅可以强化传热，提高传热效率，且其抗污垢性也原高于光管。

该换热管可以为分段式波纹管的蛇形换热管，每段蛇形管换热管均设置蒸汽进口19和冷凝液出口18，如图2实施例，其具有两个蒸汽进口19和冷凝液出口18。即将蛇形换热管分成几段，每段均设置有蒸汽进口19和冷凝液出口18，可以防止由于换热管长度太长导致冷凝液管段长度增加，影响换热效果，另，还可以增加布管数量。

具体实施例参见图1A、B及图2A、B所示，用于烟气脱硝的稳流式尿素水解制氨反应器主要由反应器本体1、气相温度计2、稳流器3、远传温度计4、产品气出口5、压力表6、压力变送器7、液体捕集器8、导气筒9、远传液位计10、溢流口11、排污口12、尿素溶液进口13、液相温度计14、溶液出口15、辅助蒸汽进口16、换热管17、冷凝液出口18、蒸汽进口19、鞍座20构成。 

具有一定温度的尿素溶液通过尿素溶液进口13进入尿素水解反应器本体1的反应区域。尿素溶液在此区域被来自蒸汽侧的热量进一步加热到水解反应温度，尿素溶液水解成气体溢出液相。

加热介质蒸汽通过蒸汽进口19进入换热管17，和尿素溶液换热完全后变成冷凝液，进入冷凝液集箱，通过冷凝液出口18排出。换热管17为波纹管，在反应器本体1的下半部分贯穿于整个反应器，通过波纹管的强化传热，能够快速加热尿素溶液到水解反应温度发生水解反应。

水解反应后从尿素溶液中溢出的气体经过导气筒9上升进入到稳流器3，在导气筒出口处设置液体捕集器8，气体中的微小液滴在此处不断积聚，在表面形成稳定的液膜，依靠表面张力不断吸收气体中的液滴，液膜达到一定厚度依靠重力通过导气筒9的壁面流入到反应器本体1中的液相尿素溶液中继续进行水解反应，气体通过液体捕集器后进入稳流器3，在此气体充分均匀分布，形成稳定的气源，通过稳流器3上部的产品气出口5排出。

脱硝系统氨气需求量增大时，提高尿素溶液进口13处尿素浓度，并通过辅助蒸汽进口16直接通入蒸汽，以快速加热尿素溶液至水解反应温度，通入的蒸汽冷凝后作为反应物的一部分参加水解反应。

溢流口12的设置是为了液位迅速升高充满反应器大部分容积时，尿素溶液能够迅速排出反应器，保证反应的稳定进行，达到保护反应器设备的目的。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种烟气脱硝稳流式尿素水解制氨反应器，包含反应器本体，反应器本体内设有换热管，其特征在于，反应器本体上方设置导气筒，导气筒连接稳流器，稳流器上端设产品气出口；

该稳流器内部设有液体捕集器，该液体捕集器设于导气筒与稳流器连接处上方位置，设于稳流器内壁上；

该液体捕集器为圆锥形结构，锥顶向上，开口向下。

2.如权利要求1所述的烟气脱硝稳流式尿素水解制氨反应器，其特征在于，该液体捕集器为卧式罐体结构，其由筒体和封头构成，筒体两侧设置封头。

3.如权利要求1所述的烟气脱硝稳流式尿素水解制氨反应器，其特征在于，该换热管为波纹管的U型换热管或波纹管的蛇形换热管。

4.如权利要求1所述的烟气脱硝稳流式尿素水解制氨反应器，其特征在于，该换热管为分段式波纹管的蛇形换热管，每段蛇形管换热管均设置蒸汽进口和冷凝液出口。

5.如权利要求1所述的烟气脱硝稳流式尿素水解制氨反应器，其特征在于，稳流器上方设置有气相温度计、远传温度计、压力表及变送器。

6.如权利要求1所述的烟气脱硝稳流式尿素水解制氨反应器，其特征在于，反应器本体下方设置有辅助蒸汽进口。

7.如权利要求1所述的烟气脱硝稳流式尿素水解制氨反应器，其特征在于，反应器本体下方设置有溢流口。

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