CN108675318A - 一种用于尿素热解产氨的双切圆反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于尿素热解产氨的双切圆反应器，包括在反应器本体的上部和下部分别设置的尿素溶液入口和分解产物出口；反应器本体侧面开有两组通入空气或烟气的气体入口，反应器本体的两组气体入口分别沿反应器本体的上下侧壁按照旋流切圆布置，且上下气体入口切圆方向相反；在反应器本体中段设有内壁为环形波纹结构缩放段；反应器本体的外侧自上而下包裹有若干组加热电阻丝，且每组加热电阻丝分别连接有相应的控温装置；反应器本体为铝制圆柱体，溶液入口和产物出口之间设置缩放段，反应器缩放段内壁为环形波纹结构。本发明可以有效提升尿素热解产氨效率，降低热解耗能，实现低成本与高效率的兼顾。

Description

一种用于尿素热解产氨的双切圆反应器
技术领域
本发明属于烟气净化脱硝装置领域，涉及将尿素溶液热解从而产生氨气用于脱除燃煤锅炉烟气中氮氧化物的热解反应器，具体涉及一种用于尿素热解产氨的双切圆反应器。
背景技术
我国氮氧化物(NOx)的排放量巨大，造成环境问题日益突出。常用的烟气脱硝技术有选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。在SCR和SNCR脱硝过程中，还原剂氨气(NH3)主要来源于液氨、氨水和尿素。其中，尿素有着安全性高、无毒无害、易于运输和储存的优点，因此受到了越来越多的青睐。
现有的尿素热解产氨方法是将配置好浓度的尿素溶液喷入热解室，与混合的燃料和预热气体发生氧化还原反应产生氨气。尿素热解的反应时间很短，对气体流场和温度场均有较高的要求。若气体流场和温度场的分布不均匀，则会导致热解不充分，既造成成本损耗，又会因结晶现象损害热解设备。在无催化剂的反应条件下，尿素热解完全需要较高温度(800℃左右)，而金属氧化物催化剂的使用，可以使尿素完全热解的温度降低到200℃左右，有效降低了热解所需能耗。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种反应效率高、温度可控、制造简单的尿素热解产氨的双切圆反应器，该反应器中，通过气体流场的合理布置与控制，且配合反应器内壁面金属氧化物的催化作用，能够实现尿素溶液的高效热解。
为了实现上述目的，本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种用于尿素热解产氨的双切圆反应器，包括反应器本体，反应器本体的上部和下部分别设有与其内腔相连通的尿素溶液入口和分解产物出口，尿素溶液入口伸入反应器本体内；所述反应器本体上下部侧壁分别开设有两组用于向反应器本体内通入空气或烟气的气体入口，所述反应器本体的两组气体入口分别沿反应器本体的上下侧壁按照旋流切圆布置，且上下气体入口切圆方向相反；在反应器本体中段设有内壁为环形波纹结构的缩放段；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，由三组加热电阻丝包裹的反应器本体将反应器内腔分为三个反应段。
对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：
进一步，所述的反应器本体为金属铝制成的圆柱体。
通过上述技术方案，金属铝在室温下会被氧化成稳定的三氧化二铝，从而使得反应器内表面成为Al2O3薄膜，Al2O3可以高效催化尿素热解反应的发生，提高氨气产率。
进一步，所述尿素溶液入口的末端安装有用于将溶液破碎的雾化喷嘴。
通过上述技术方案，溶液入口伸入反应器本体内，溶液入口的末端安装有用于将溶液破碎的雾化喷嘴，可加强尿素液滴在反应器内的雾化效果，有利于其在反应器内的热量交换和动量交换。
进一步，所述溶液入口和产物出口之间设置缩放段，缩放段位于上、下气体入口的中间。反应器本体内径为d，缩放段圆弧的弦长为d，缩放段圆弧所对应圆心角α的角度为55°—65°。
进一步，所述缩放段上方反应器内腔为气体预热段，通过控温装置控制反应温度在100～200℃；所述缩放段反应器内腔为反应发生段，温度控制在200°-300°；所述缩放段下方反应器内腔为气体保温段，温度控制在150°-200°。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.反应器本体为铝制圆柱体，室温下反应器内壁面所生成的三氧化二铝对反应器中所进行的尿素热解反应具有催化作用，有益于反应的高效进行。
2.反应器本体的侧面开设有两组旋流切圆布置的气体入口，用于向反应器本体内通入空气或者烟气。由上而下，第一个气体入口切圆使得尿素液滴旋转，在离心力的作用下沿反应器壁面切向运动，保证尿素液滴与壁面充分接触，强化反应器内壁面所形成的三氧化二铝对尿素热解的催化效果，避免了反应器内刻意放置催化剂。第二个气体入口切圆的布置方式与第一个相反，抵消了第一个气体入口切圆所造成的气体旋流，使得出口气流呈直流状态，避免出口气流对锅炉烟道的旋转冲刷作用。
3.在反应器本体中设置收缩段，加强了内壁面与反应物之间的混合接触，有益于充分发挥三氧化二铝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氨气产率。
4.反应器收缩段内壁为环形波纹结构，能够有效减缓反应流体在反应器内的通过速度，延长滞留时间，加强反应流体与壁面的催化作用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明的主视图；
图2是本发明A-A方向的剖视图；
图3是本发明B-B方向的剖视图；
图4是本发明缩放段内壁结构示意图。
其中，1为反应器本体；2为尿素溶液入口；3为雾化喷嘴；4为加热电阻丝；5为上气体入口；6为下气体入口；7为分解产物出口；8为控温装置；9为缩放段。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的用于尿素热解产氨的双切圆反应器，包括由铝制圆柱体的反应器本体1，反应器本体1的上部设置有其内腔相连通的尿素溶液入口2，尿素溶液入口伸入反应器本体内；反应器本体1的下部设置有分解产物出口7。反应器本体1的侧面开设有两组旋流切圆布置的上、下气体入口5、6，用于向反应器本体1内通入空气或者烟气。反应器本体1的外侧自上而下包裹有三组加热电阻丝4，并均连接有控温装置8，三组加热电阻丝4将反应器本体1分为三个反应段。在反应器本体中段设有缩放段9，以加强反应物与反应器内壁面的接触。
如图2、图3所示，上气体入口5切圆与下气体入口6切圆的布置方向相反。示例性的，反应器本体1上部的尿素溶液入口2末端安装有用于将溶液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3；尿素液滴经过上气体入口5切圆后沿着反应器壁面切向运动，进一步加强与反应器内壁面的接触，进而强化了内壁面上所形成的三氧化二铝对尿素热解的催化效果。缩放段9为具有环形波纹的内壁结构，见图4所示，使得反应物与壁面更均匀有效的接触，保证了在有限停留时间内获得理想的氨气产率；气流经过下气体入口6切圆后恢复直流状态；反应器本体1自上而下由三组加热电阻丝4包裹，三组加热电阻丝4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100～300℃，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。
作为优选的示例，反应器本体直段的内径为65cm；缩放段布置在两组气体入口的中央，缩放段上端距上气体入口5的下端为32.5cm，缩放段下端距下气体入口6的上端为32.5cm；缩放段圆弧的弦长为65cm，其圆弧所对应圆心角α的角度为60°；反应器本体分为三个反应段，自溶液入口至缩放段上端为气体预热段，自缩放段上端至缩放段下端为反应发生段，自缩放段下端至分解产物出口为气体保温段。在各段上均安装有对应的加热电阻丝及控温装置，各段加热电阻丝所满足的温度条件为：气体预热段的温度控制在100°-200°，反应发生段的温度控制在200°-300°，气体保温段的温度控制在150°-200°。
本发明的工作过程：
首先设定各加热段所需工作温度，将电阻丝4通电加热反应器本体1，待温度稳定后从尿素溶液入口2通入适宜浓度的尿素溶液，从两组气体入口5、6通入空气或烟气，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。生成气经由反应器下方分解产物出口通入锅炉烟道中，以进行脱硝反应。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于尿素热解产氨的双切圆反应器，包括反应器本体(1)，其特征在于：所述反应器本体(1)的上部和下部分别设有与其内腔相连通的尿素溶液入口(2)和分解产物出口(7)，尿素溶液入口(2)伸入反应器本体(1)内；所述反应器本体(1)上下部侧壁分别开设有两组用于向反应器本体(1)内通入空气或烟气的气体入口，所述反应器本体(1)的两组气体入口分别沿反应器本体(1)的上下侧壁按照旋流切圆布置，且上下气体入口切圆方向相反；在反应器本体(1)中段设有内壁为环形波纹结构的缩放段(9)；反应器本体(1)自上而下由三组加热电阻丝(4)包裹，三组加热电阻丝(4)均连接有控温装置(8)，由三组加热电阻丝(4)包裹的反应器本体(1)将反应器内腔分为三个反应段。
2.根据权利要求1所述的用于尿素热解产氨的双切圆反应器，其特征在于：所述反应器本体(1)为铝制圆柱体罐体。
3.根据权利要求1所述的用于尿素热解产氨的双切圆反应器，其特征在于：所述尿素溶液入口(2)的末端安装有用于将溶液破碎的雾化喷嘴(3)。
4.根据权利要求1所述的用于尿素热解产氨的双切圆反应器，其特征在于：反应器本体(1)内径为d，缩放段(9)圆弧的弦长为d，缩放段(9)圆弧所对应圆心角α的角度为55°—65°。
5.根据权利要求1所述的用于尿素热解产氨的双切圆反应器，其特征在于：所述缩放段(9)上方反应器内腔为气体预热段，通过控温装置控制反应温度在100～200℃；所述缩放段反应器内腔为反应发生段，温度控制在200°-300°；所述缩放段下方反应器内腔为气体保温段，温度控制在150°-200°。
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