CN112811439A - 一种尿素水解制氨产品气防堵系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尿素水解制氨产品气防堵系统及方法，解决了现有的尿素水解制氨产品气伴热难度大，容易冷凝结晶，系统的腐蚀和堵管风险大的技术问题。本发明包括尿素水解反应器，所述尿素水解反应器上设置有出气管路，所述出气管路上连接氮气发生器和换热器，所述换热器位于所述尿素水解反应器和氮气发生器之间。本发明具有能降低产品气的回凝温度、有效降低系统腐蚀和堵塞风险等优点。

Description

一种尿素水解制氨产品气防堵系统及方法

技术领域

本发明涉及水解制氨技术领域，具体涉及一种尿素水解制氨产品气防堵系统及方法。

背景技术

目前火电厂烟气脱硝项目大部分采用选择性催化还原(SCR)脱硝工艺。SCR脱硝反应所需的还原剂为氨气，氨气可以通过液氨、氨水或尿素三种化学原料之一获取，目前大部分火电厂采用尿素水解制氨工艺制备脱硝用还原剂。

尿素水解反应的化学方程式如下：

尿素水解制氨工艺原理是一定浓度的尿素溶液在加热的情况下，水解生成氨基甲酸铵，氨基甲酸铵再进一步的分解生成氨气和二氧化碳。最终形成含水蒸汽、二氧化碳及氨的产品气，其中二氧化碳及氨为尿素反应的产物，而水蒸汽是来自于尿素溶液中未参与反应的水汽化。当使用50％浓度的尿素溶液时，产品气中的各项成分的体积占比是水蒸汽43.8％，二氧化碳18.7％，氨37.5％。

反应过程中产生的氨基甲酸铵中间体，是尿素水解制氨系统内的主要腐蚀性物质。由于尿素水解反应为可逆反应，其产品气在低温条件下会回凝产生氨基甲酸铵，腐蚀管道及部件，进一步失去水后形成尿素结晶，堵塞管道系统。

在气态条件下，根据反应平衡常数可以计算得到吉布斯函数小于0，即氨基甲酸铵的反应为自发的发生分解反应，也就是说NH₃和CO₂在气相条件难以生成氨基甲酸铵。

而当产品气中产生凝结水，NH₃和CO₂溶解在水中，即在液相条件下NH₃和CO₂会反应产生氨基甲酸铵，随着温度的降低，产生氨基甲酸铵的生成率升高。因此解决这个问题的关键在于让产品气中的水蒸汽不冷凝成水。

目前，为了使产品气中的水蒸汽不冷凝成水，需对产品气进行伴热。

尿素水解制氨反应器出口产品气管线压力为0.35～0.55MPa，在50wt％尿素溶液进料的情况下，其对应产品气的回凝温度为119.8～131.8℃，对应的产品气管道伴热温度要求为130℃以上，考虑到输送管道存在一定的温度损失，产品气输送管道的伴热温度要求控制在140℃～160℃。现行主要的伴热方式有蒸汽伴管伴热、蒸汽夹套管、电伴热等。无论采用何种方式伴热，因伴热温度较高，造成对伴热及保温施工的质量要求高。

而对于伴热温度达不到要求时，因回凝产生氨基甲酸铵，腐蚀管道及部件，对材质选型要求高，进一步失去水后形成尿素结晶，堵塞管道系统，整个产品气输送管线需设吹扫系统。

针对现有技术的不足，需要对尿素水解防堵技术进行进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的尿素水解制氨产品气伴热难度大，容易冷凝结晶，腐蚀和堵管风险大。

本发明通过下述技术方案实现：

一种尿素水解制氨产品气防堵系统，包括尿素水解反应器，所述尿素水解反应器上设置有出气管路，所述出气管路上连接氮气发生器和换热器，所述换热器位于所述尿素水解反应器和氮气发生器之间。

本发明通过在尿素水解反应器的出气管路上连接氮气发生器，通过向出气管路通入加热后的氮气与产品气进行混合，使得出气管路中的化学组分增加，降低了原组成中水份的体积分数，使产品气的回凝温度降低，从而使整个管道系统腐蚀、结晶堵塞的风险降低，也降低了热及保温施工的要求，提高了尿素水解制氨系统运行的可靠性及稳定性。

本发明考虑到与产品气混合需要考虑气体的惰性和物质的分子量，氮气是一种较容易获得、且分子量较小、成本较低的惰性气体，在加入相同质量的气体前提下，分子量越小，体积占比越大，能更好地起到降低回凝温度的作用。

本发明优选一种尿素水解制氨产品气防堵系统，所述氮气发生器通过氮气供应管路与所述出气管路连接，所述氮气供应管路上设置有第一调节阀、换热器和流量控制器，所述第一调节阀和流量控制器电连接，所述流量控制器检测并控制第一调节阀的开度。

本发明优选一种尿素水解制氨产品气防堵系统，所述氮气供应管路上依次设置有第一调节阀、换热器和流量控制器。

本发明将换热器设置在第一调节阀和流量控制器之间，能够检测换热器出来的热氮气的实际流量，并根据该流量通过第一调节阀，控制更为精准。

本发明优选一种尿素水解制氨产品气防堵系统，所述出气管路上设置有第二调节阀和压力显示调节报警器，所述第二调节阀和压力显示调节报警器电连接，所述氮气供应管路连接于所述第二调节阀和压力显示调节报警器之间，产品气的压力由压力显示调节报警器检测并控制第二调节阀进行压力的调节。

本发明优选一种尿素水解制氨产品气防堵系统，所述换热器为水蒸气换热器。

一种尿素水解制氨产品气防堵方法，包括如下步骤：

步骤1：加热氮气得到热氮气；

步骤2：将步骤1得到的热氮气与产品气混合，以降低原产品气中水蒸汽的体积分数，从而降低产品气回凝温度。

本发明考虑到伴热温度要求控制在140℃～160℃，伴热及保温施工的质量要求高，极容易出现伴热不好，产品气回凝结晶堵塞管路，因此，为了降低结晶和堵塞风险，最好是能降低这种伴热要求，从而设计了将热氮气与产品气混合，有效降低回凝温度，从而降低对伴热的要求。

本发明优选的一种尿素水解制氨产品气防堵方法，所述步骤2中热氮气占产品气质量的20-30％。

本发明在混入热氮气20-30％时，能将产品气的回凝温度降低约5-6℃。

本发明优选的一种尿素水解制氨产品气防堵方法，所述步骤1的操作步骤为：氮气发生器中的氮气通过氮气供应管路进入到换热器中进行换热得到热氮气。

本发明优选的一种尿素水解制氨产品气防堵方法，所述热氮气的温度为140-150℃。

本发明优选的一种尿素水解制氨产品气防堵方法，所述步骤2中，流量控制器检测并根据氮气与产品的质量比来控制第一调节阀的流量。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过向出气管路通入加热后的氮气与产品气进行混合，使得出气管路中的化学组分增加，降低了水份的体积分数，使产品气的回凝温度降低，从而使整个管道系统腐蚀、结晶堵塞的风险降低，也降低了伴热及保温施工的要求，提高了尿素水解制氨系统运行的可靠性及稳定性。

2、本发明通过控制通入的热氮气占比，能将产品气的回凝温度降低约5-6℃。

3、本发明的氮气流量控制器设置在换热器之后，能够检测换热器出来的热氮气的实际流量，并根据该流量通过第一调节阀，控制更为精准。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明尿素水解制氨产品气防堵系统的结构示意图。

附图中零部件名称：

1-尿素水解反应器，2-出气管路，3-氮气发生器，4-氮气供应管路，5-第一调节阀，6-换热器，7-流量控制器，8-第二调节阀，9-压力显示调节报警器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，一种尿素水解制氨产品气防堵系统，包括尿素水解反应器1，所述尿素水解反应器1上设置有出气管路2，所述出气管路2上连接氮气发生器3和换热器6，所述换热器6位于所述尿素水解反应器1和氮气发生器3之间。

本发明通过在尿素水解反应器1的出气管路2上连接氮气发生器3，通过向出气管路2通入加热后的氮气与产品气进行混合，使得出气管路2中的化学组分增加，降低了水份的体积分数，使产品气的回凝温度降低，从而使整个管道系统腐蚀、结晶堵塞的风险降低，也降低了热及保温施工的要求，提高了尿素水解制氨系统运行的可靠性及稳定性。

所述氮气发生器3通过氮气供应管路4与所述出气管路2连接，所述氮气供应管路4上依次设置有第一调节阀5、换热器6和流量控制器7，所述第一调节阀5和流量控制器7电连接，所述流量控制器7检测并控制第一调节阀5的开度。

本发明将换热器6设置在第一调节阀5和流量控制器7之间，能够检测换热器6出来的热氮气的实际流量，并根据该流量通过第一调节阀5，控制更为精准。

所述出气管路2上设置有第二调节阀8和压力显示调节报警器9，所述第二调节阀8和压力显示调节报警器9电连接，所述氮气供应管路4连接于所述第二调节阀8和压力显示调节报警器9之间，产品气的压力由压力显示调节报警器9检测并控制第二调节阀8进行压力的调节。

所述换热器6为水蒸气换热器6。

实施例2

一种尿素水解制氨产品气防堵方法，包括如下步骤：

步骤1：加热氮气得到热氮气；

步骤2：将步骤1得到的热氮气与产品气混合，以降低原产品气中水蒸汽的体积分数，从而降低产品气回凝温度。

本发明考虑到伴热温度要求控制在140℃～160℃，伴热及保温施工的质量要求高，极容易出现伴热不好，产品气回凝结晶堵塞管路，因此，为了降低结晶和堵塞风险，最好是能降低这种伴热要求，从而设计了将热氮气与产品气混合，有效降低回凝温度，从而降低对伴热的要求。

所述步骤2中热氮气占产品气质量的20％。

本发明在混入热氮气20％时，能将产品气的回凝温度降低5℃。

所述步骤1的操作步骤为：氮气发生器3中的氮气通过氮气供应管路4进入到换热器6中进行换热得到热氮气。

所述热氮气的温度为140℃。

所述步骤2中，流量控制器7检测并根据氮气与产品的质量比来控制第一调节阀5的流量。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于，所述步骤2中热氮气占产品气质量的30％，所述热氮气的温度为150℃，当混入30％的热氮气时，产品气的回凝温度降低了6℃。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种尿素水解制氨产品气防堵系统，其特征在于，包括尿素水解反应器(1)，所述尿素水解反应器(1)上设置有出气管路(2)，所述出气管路(2)上连接氮气发生器(3)和换热器(6)，所述换热器(6)位于所述尿素水解反应器(1)和氮气发生器(3)之间。

2.根据权利要求1所述的一种尿素水解制氨产品气防堵系统，其特征在于，所述氮气发生器(3)通过氮气供应管路(4)与所述出气管路(2)连接，所述氮气供应管路(4)上设置有第一调节阀(5)、换热器(6)和流量控制器(7)，所述第一调节阀(5)和流量控制器(7)电连接，所述流量控制器(7)检测并控制第一调节阀(5)的开度。

3.根据权利要求2所述的一种尿素水解制氨产品气防堵系统，其特征在于，所述氮气供应管路(4)上依次设置有第一调节阀(5)、换热器(6)和流量控制器(7)。

4.根据权利要求2或3所述的一种尿素水解制氨产品气防堵系统，其特征在于，所述出气管路(2)上设置有第二调节阀(8)和压力显示调节报警器(9)，所述第二调节阀(8)和压力显示调节报警器(9)电连接，所述氮气供应管路(4)连接于所述第二调节阀(8)和压力显示调节报警器(9)之间。

5.根据权利要求2或3所述的一种尿素水解制氨产品气防堵系统，其特征在于，所述换热器(6)为水蒸气换热器(6)。

6.一种尿素水解制氨产品气防堵方法，其特征在于，基于如权利要求1-5任一项所述的尿素水解制氨产品气防堵系统，包括如下步骤：

步骤1：加热氮气得到热氮气；

步骤2：将步骤1得到的热氮气与产品气混合，以降低原产品气中水蒸汽的体积分数，从而降低产品气回凝温度。

7.根据权利要求6所述的一种尿素水解制氨产品气防堵方法，其特征在于，所述步骤2中热氮气占产品气质量的20-30％。

8.根据权利要求6或7所述的一种尿素水解制氨产品气防堵方法，其特征在于，所述步骤1的操作步骤为：氮气发生器(3)中的氮气通过氮气供应管路(4)进入到换热器(6)中进行换热得到热氮气。

9.根据权利要求6或7所述的一种尿素水解制氨产品气防堵方法，其特征在于，所述热氮气的温度为140-150℃。

10.根据权利要求6或7所述的一种尿素水解制氨产品气防堵方法，其特征在于，所述步骤2中，流量控制器(7)检测并根据氮气与产品的质量比来控制第一调节阀(5)的流量。

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