CN115057454B - 一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了本发明公开了一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，该系统通过工艺优化，有效克服了当前尿素催化水解系统中MI铠装电伴热的不稳定、局部过热、热量分布不均、管道易烧穿、副产物增加以及结晶腐蚀等问题。同时，该系统采用了与以往不同的改良催化剂，该催化剂溶于水后使溶液呈现强碱性环境，可以降低水中溶解的氨气量，以此促进尿素水解反应的化学平衡正向移动。该催化剂溶于水后产生的磷酸二氢根可以加速尿素水解反应，同时强碱性环境可抑制尿素水解过程中高分子缩聚物的产生，对已经产生的缩聚物起到软化、溶解的作用，实现尿素水解反应器设备内部的在线清洗，同时碱性环境降低了水解设备的腐蚀。

Description

一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统
技术领域
本发明涉及尿素水解制氨系统领域，尤其涉及一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统。
背景技术
已有的尿素催化水解的催化剂多为磷酸二氢铵。磷酸二氢铵对尿素水解的催化作用良好，但是运行过程中若温度低于70℃，设备管道死角长时间处于低温状态会产生白色块状物结晶，不仅影响制备氨气的产量和质量，同时对反应设备具有一定的腐蚀性，不利于设备的长期运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的尿素催化水解的催化剂多为磷酸二氢铵，运行过程中若温度低于70℃，设备管道死角长时间处于低温状态会产生白色块状物结晶，不仅影响制备氨气的产量和质量，同时对反应设备具有一定的腐蚀性，不利于设备的长期运行本发明提供了一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统来解决上述问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，包括反应器、催化剂、放置在所述反应器中且浓度为40～60%的尿素溶液，所述催化剂是溶质为磷酸钠、溶剂为除盐水，且浓度为5%的溶解液；所述催化剂可注入到所述反应器中并与所述尿素溶液形成混合溶液，且混合溶液中所述磷酸钠和所述尿素的摩尔比为1:2。
进一步地：所述磷酸钠在所述除盐水中分解为磷酸氢二钠和氢氧化钠，并为所述尿素的水解过程提供强碱环境。
进一步地：所述尿素溶液的温度为40～60℃。 进一步地：将所述混合溶液用170～175℃、0.7～0.8Mpa饱和水蒸气或者过
热水蒸气加热到125-165℃，并通过尿素水解反应产生氨气。
进一步地：还包括一级泄压系统、二级泄压系统和排污卸料系统。
进一步地：所述排污卸料系统包括表面排污系统和底部排污系统。
进一步地：所述氨气出口管道、一级泄压系统管道、表面排污系统管道和底部排污系统管道上的阀门和仪表均采用内衬特氟龙形式。
进一步地：所述氨气出口管道、一级泄压系统管道、表面排污系统管道和底部排污系统管道均采用2205材质夹套管道蒸汽伴热形式。
进一步地：所述蒸汽伴热的热源为反应器中出来的蒸汽，其蒸汽压力为0.2～0.3Mpa，其温度为120～140℃。
进一步地：所述尿素溶液的浓度优选为50%。
本发明的有益效果是：
1.本发明本改进的催化剂在应用到尿素水解反应的过程中，可抑制结晶物质的产生，并使其软化、溶解，利于反应器设备内部的清洗，并且工质溶液碱性化，降低了对设备的腐蚀性，以减小氨气的溶解度的方式促进尿素水解的速率，可将尿素水解速率提高1.5倍；
2. 氨气出口管道、一级泄压系统管道、表面排污系统管道和底部排污系统管道均采用2205材质夹套管道蒸汽伴热形式，可以有效解决现有尿素水解系统中MI铠装电伴热的不稳定、局部过热、热量分布不均、管道易烧穿和副产物增加等缺点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是一种强碱性环境改良型尿素催化水解制氨系统示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
如图1所示，本发明提供了一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，包括反应器、催化剂、放置在所述反应器中且浓度为40～60%的尿素溶液，所述催化剂是溶质为磷酸钠、溶剂为除盐水，且浓度为5%的溶解液；所述催化剂可注入到所述反应器中并与所述尿素溶液形成混合溶液，且混合溶液中所述磷酸钠和所述尿素的摩尔比为1:2。
该系统通过工艺优化，有效克服了当前尿素催化水解系统中MI铠装电伴热的不稳定、局部过热、热量分布不均、管道易烧穿、副产物增加以及结晶腐蚀等问题。同时，该系统采用了与以往不同的改良催化剂，该催化剂溶于水后使溶液呈现强碱性环境，可以降低水中溶解的氨气量，以此促进尿素水解反应的化学平衡正向移动。该催化剂溶于水后产生的磷酸二氢根可以加速尿素水解反应，同时强碱性环境可抑制尿素水解过程中高分子缩聚物的产生，对已经产生的缩聚物起到软化、溶解的作用，实现尿素水解反应器设备内部的在线清洗，同时碱性环境降低了水解设备的腐蚀。
所述磷酸钠在所述除盐水中分解为磷酸氢二钠和氢氧化钠，并为所述尿素的水解过程提供强碱环境；强碱环境能有效抑制氨水的解离，提高氨气产出，并且降低高浓度尿素溶液在高温下产生的缩二脲。
所述尿素溶液的温度为40～60℃；将所述混合溶液用170～175℃、0.7～0.8Mpa饱和水蒸气或者过热水蒸气加热到125-165℃，并通过尿素水解反应产生氨气，产生的氨气要送至SCR脱硝反应器中进行脱销。
尿素水解的化学反应如下：
(NH2)2CO + 3H2O→CO2↑+ 2NH4OH
NH4OH↔NH3+H2O
NH4OH+ OH-→NH3 ↑+ H2O
该系统还包括一级泄压系统、二级泄压系统和排污卸料系统；所述排污卸料系统包括表面排污系统和底部排污系统。
所述氨气出口管道、一级泄压系统管道、表面排污系统管道和底部排污系统管道上的阀门和仪表均采用内衬特氟龙形式；该系统在反应过程中会产生异氰酸和氰酸等腐蚀性物质，而阀门和仪表均采用内衬特氟龙的形式能有有效防止腐蚀以及阀门内漏的产生。
所述氨气出口管道、一级泄压系统管道、表面排污系统管道和底部排污系统管道均采用2205材质夹套管道蒸汽伴热形式；所述蒸汽伴热的热源为反应器中出来的蒸汽，其蒸汽压力为0.2～0.3Mpa，其温度为120～140℃。
氨气出口管道、一级泄压系统管道、表面排污系统管道和底部排污系统管道中的温度为120-140℃，该温度稳定且正好适用于管道伴热，不需要调控，可以维持管道内的工质温度与尿素水解反应器内部相差不多的工况，伴热后的疏水会汇流回原疏水系统疏水阀之后的管道，有效克服了现有尿素水解系统中MI铠装电伴热的不稳定、局部过热、热量分布不均、管道易烧穿和副产物增加等一系列缺点。
所述尿素溶液的浓度优选为50%。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，包括反应器、催化剂、放置在所述反应器中且浓度为40～60%的尿素溶液，其特征在于：所述催化剂是溶质为磷酸钠、溶剂为除盐水，且浓度为5%的溶解液；
所述催化剂可注入到所述反应器中并与所述尿素溶液形成混合溶液，且混合溶液中所述磷酸钠和所述尿素的摩尔比为1:2。
2.根据权利要求1所述的一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，其特征在于：所述磷酸钠在所述除盐水中分解为磷酸氢二钠和氢氧化钠，并为所述尿素的水解过程提供强碱环境。
3.根据权利要求1所述的一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，其特征在于：所述尿素溶液的温度为40～60℃。
4.根据权利要求1所述的一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，其特征在于：将所述混合溶液用170～175℃、0.7～0.8Mpa饱和水蒸气或者过热水蒸气加热到125-165℃，并通过尿素水解反应产生氨气。
5.根据权利要求1所述的一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，其特征在于：还包括一级泄压系统、二级泄压系统和排污卸料系统。
6.根据权利要求5所述的一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，其特征在于：所述排污卸料系统包括表面排污系统和底部排污系统。
7.根据权利要求6所述的一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，其特征在于：氨气出口管道、一级泄压系统管道、表面排污系统管道和底部排污系统管道上的阀门和仪表均采用内衬特氟龙形式。
8.根据权利要求7所述的一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，其特征在于：所述氨气出口管道、一级泄压系统管道、表面排污系统管道和底部排污系统管道均采用2205材质夹套管道蒸汽伴热形式。
9.根据权利要求8所述的一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，其特征在于：所述蒸汽伴热的热源为反应器中出来的蒸汽，其蒸汽压力为0.2～0.3Mpa，其温度为120～140℃。
10.根据权利要求1所述的一种强碱性环境改良型尿素水解制氨系统，其特征在于：所述尿素溶液的浓度为50%。
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