CN103936029A - 一种尿素热解制氨的流化床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尿素热解制氨的流化床反应器，包括反应器本体，反应器本体的下部设置有用于通入空气或者烟气的气体入口，反应器本体的上部设置有反应产物出口；反应器本体的侧面开设置有若干用于向反应器本体内通入尿素溶液的溶液入口；反应器本体的外侧自上而下有若干组加热电阻丝包裹，且每组加热电阻丝分别连接有相应的控温装置。本发明在反应器本体的侧面开设用于通入尿素溶液的溶液入口，同时在反应器本体外侧安装用于给反应器加热的加热电阻丝，可以使尿素在反应器内热解转化，因此本发明成本低，控制简单，不会产生二次污染。

Description

一种尿素热解制氨的流化床反应器

技术领域

本发明属于烟气脱硝领域，涉及将尿素溶液热解从而产生脱硝还原剂---氨气的反应器，具体涉及一种尿素热解制氨的流化床反应器。

背景技术

我国以燃煤为主的发电模式导致了大量氮氧化物(NO_x)的产生，目前电厂中脱硝的主要手段为选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。在脱硝过程中，广泛使用的还原剂氨气(NH₃)主要来源于液氨、氨水和尿素。其中，液氨和氨水属于危险化学品，一旦泄漏可能导致燃烧和爆炸等危险发生，因此在运输、储存方面都有严格的规定和要求，使用方便性受到限制。相比于液氨和氨水，尿素具有无毒无害、易于运输和储存的优点。

对于通过尿素制取氨气的方法主要有热解法和水解法两种。其中水解法需在高温高压下操作，且成本较高、用水量大、响应时间长，不适宜在电厂锅炉中广泛应用。热解法通常将预热的空气或热烟气或天然气或柴油送入热解室，同时将一定浓度（40%～50%）的尿素溶液喷入热解室，从而发生氧化还原反应产生氨气。在无催化剂的反应条件下，尿素热解完全需要较高温度（800℃～1000℃），由此会造成巨大的成本损耗，不利于节能减排目标的实现。而通常情况下，在金属氧化物的催化作用下，尿素完全热解的温度会降低到200℃左右，大幅降低了热解所需能源消耗。目前国内普遍采用的热解反应器却没有考虑到催化剂的利用和回收问题，更无法实现催化剂与尿素的良好混合，不利于尿素热解反应的顺利进行和有效利用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、反应产率高、控温精确可靠的尿素热解制氨的流化床反应器，该反应器能够将尿素溶液热解从而产生脱硝还原剂---氨气，成本低，控制简单，不会产生二次污染。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

包括反应器本体，反应器本体的下部设置有用于通入空气或者烟气的气体入口，反应器本体的上部设置有反应产物出口，且气体入口与反应产物出口相连通，形成反应空腔；反应器本体的侧面开设置有若干用于向反应器本体内通入尿素溶液的溶液入口；反应器本体的外侧自上而下包裹有若干组加热电阻丝。

每组加热电阻丝分别连接有控温装置。

所述的反应器本体为由耐热钢制成的圆柱体。

所述的反应器本体自上而下由三组加热电阻丝包裹，三组加热电阻丝均连接有控温装置，三组加热电阻丝将反应器本体分为三个反应段。

反应器本体通过控温装置控制反应温度在100～1000℃。

所述的溶液入口周向布置于反应器本体的侧面，并伸入反应器本体内，与反应空腔相连通，溶液入口的末端安装有用于将溶液破碎的雾化喷嘴。

所述反应器本体的侧面对称位置开设有两个溶液入口。

所述反应空腔为圆柱状，反应器本体的横截面为圆环状。

所述反应空腔内设置有用于放置催化剂的石英筛板，反应过程中在来流气体的作用下催化剂呈现流化状态，与反应物充分混合接触以催化热解反应的发生。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种尿素热解制氨的流化床反应器，由于在反应器本体的侧面开设用于通入尿素溶液的溶液入口，同时在反应器本体外侧安装用于给反应器加热的加热电阻丝，使得反应器形成热解室，能够使尿素在反应器内进行热解转化，发生氧化还原反应产生氨气，因此本发明的装置成本低，且控制简单，另外，由于采用尿素溶液作为原料进行反应，因此，不会产生二次污染。

进一步的，本发明整个反应器加热段分为三组，分别由加热电阻丝和控温装置组成，并且可以根据实际情况的需要进行增减，通过实行分段控温，保证了反应过程中温度的准确可靠。分段加热能够更好的提高反应段内温度的准确性，也能够更好的适应空气或者烟气等不同载体所造成的不同工况，节约加热用电能，符合节能环保的政策要求。

进一步的，本发明通过巧妙设计雾化喷嘴的布置方式，可以强化尿素雾化液滴在反应器内的雾化效果，促进其在反应器内的热量交换和动量交换，由此保证了在有限长度反应段内尿素的热解转化率，有效降低了热解所需要的反应段长度，进而减小了反应器所需空间。

进一步的，粉末状催化剂在来流气体的作用下呈流化态，增强了催化剂与反应物之间的混合接触，有益于充分发挥催化剂在热解过程中的催化作用，保证了在有限停留时间内获得理想的尿素分解率和氨气产率。同时，通过实行分段控温，保证了在整个热解过程中空气预热、溶液蒸发、反应发生等各个阶段的温控精确，有效节省了反应所需的电力消耗。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明A-A方向的剖视图。

其中，1为反应器本体；2为气体入口；3为溶液入口；4为反应产物出口；5为加热电阻丝；6为流化态催化剂；7为石英筛板；8为控温装置；9为雾化喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明

参见图1和图2，本发明包括由耐热钢制成的圆柱体的反应器本体1，反应器本体1的下部设置有用于通入空气或者烟气的气体入口2，反应器本体1的上部设置有反应产物出口4，且气体入口2与反应产物出口4相连通，形成反应空腔；反应器本体1的气体入口2和反应产物出口4之间的反应空腔为圆柱状，反应器本体1的横截面为圆环状；反应器本体1的侧面开设置有若干用于向反应器本体1内通入尿素溶液的溶液入口3；反应器本体1的外侧自上而下包裹有若干组加热电阻丝5。示例性的，反应器本体1的侧面沿周向均匀开设有两个溶液入口3，并伸入反应空腔内，溶液入口3的末端安装有用于将溶液被破碎成直径为几微米到几十微米不等的小液滴的雾化喷嘴9，经过雾化喷嘴9出来的小液滴以对冲形式喷入反应器内进一步破碎；反应器本体1内特定位置安放石英筛板7，石英筛板7上放置反应所需粉末状催化剂6，在反应进行过程中，催化剂6在气体作用下呈流化态用以催化热解反应；反应器本体1自上而下由三组加热电阻丝5包裹，三组加热电阻丝5均连接有与其相对应的控温装置8，反应器本体1通过控温装置8控制反应温度在100～1000℃，以适应不同反应段控温需求，提高控温准确度，具体实施时，可以根据需要来增减控温装置和电阻丝的数量；三组加热电阻丝5将反应器本体1分为三个反应段。

本发明的工作过程：

首先将适量催化剂6放置于石英筛板7之上，然后设定各加热段所需工作温度，将电阻丝5通电加热耐热钢，待温度稳定后从反应器本体1下方的气体入口2通入空气或者烟气，从尿素溶液入口通入适宜浓度的尿素溶液，在反应器中进行如下反应，CO(NH₂)₂→NH₃+HNCO，HNCO+H₂O→NH₃+CO₂，从而可以生成大量的氨气和二氧化碳。混合气体经由反应器上方出口通入锅炉烟道中，以进行脱硝反应。

Claims (9)

1.一种尿素热解制氨的流化床反应器，其特征在于：包括反应器本体（1），反应器本体（1）的下部设置有用于通入空气或者烟气的气体入口（2），反应器本体（1）的上部设置有反应产物出口（4），且气体入口（2）与反应产物出口（4）相连通，形成反应空腔；反应器本体（1）的侧面开设置有若干用于向反应器本体（1）内通入尿素溶液的溶液入口（3）；反应器本体（1）的外侧自上而下包裹有若干组加热电阻丝（5）。

2.根据权利要求1所述的用于烟气脱硝的尿素热解制氨的反应器，其特征在于：每组加热电阻丝（5）分别连接有控温装置（8）。

3.根据权利要求1所述的用于烟气脱硝的尿素热解制氨的反应器，其特征在于：所述的反应器本体（1）为耐热钢制成的圆柱体。

4.根据权利要求1或3所述的尿素热解制氨的流化床反应器，其特征在于：所述的反应器本体（1）自上而下由三组加热电阻丝（5）包裹，三组加热电阻丝（5）均连接有控温装置（8），三组加热电阻丝（5）将反应器本体（1）分为三个反应段。

5.根据权利要求4所述的尿素热解制氨的流化床反应器，其特征在于：反应器本体（1）通过控温装置（8）控制反应温度在100～1000℃。

6.根据权利要求1或3所述的尿素热解制氨的流化床反应器，其特征在于：所述的溶液入口（3）周向布置于反应器本体（1）的侧面，并伸入反应器本体（1）内，与反应空腔相连通，溶液入口（3）的末端安装有用于将溶液破碎的雾化喷嘴（9）。

7.根据权利要求6所述的尿素热解制氨的流化床反应器，其特征在于：所述反应器本体（1）的侧面对称位置开设有两个溶液入口（3）。

8.根据权利要求1或3所述的尿素热解制氨的流化床反应器，其特征在于：所述反应空腔为圆柱状，反应器本体（1）的横截面为圆环状。

9.根据权利要求1或3所述的尿素热解制氨的流化床反应器，其特征在于：所述反应空腔内设置有用于放置催化剂（6）的石英筛板（7），反应过程中在来流气体的作用下催化剂（6）呈现流化状态，与反应物充分混合接触以催化热解反应的发生。