CN209039073U - 一种带冷凝回水装置的新型尿素水解系统 - Google Patents

Abstract

一种带冷凝回水装置的新型尿素水解系统，尿素溶液加热水解产生的氨生成气，先经除雾器除去其携带的液滴，再经冷凝回水装置除去氨生成气中的水蒸气并进行收集,收集的水依靠重力作用进入冷凝水箱，冷凝水箱的水可以用于尿素溶液的配制或其他用途，高温氨生成气和水蒸汽的冷凝放出的汽化潜热对尿素溶液进行预热，相当于将水蒸发或汽化的大部分能量返回到尿素水解反应器，整个冷凝回水装置没有额外的能量消耗，节水降耗。该设备具有节水降耗、安全稳定运行等优点，实现了较好的经济效益。

Description

一种带冷凝回水装置的新型尿素水解系统

技术领域

本实用新型属于大气污染烟气治理节能领域，具体涉及一种带冷凝回水装置的新型尿素水解系统。

背景技术

目前，SCR技术是燃煤火电机组应用最广泛的脱硝技术，其还原剂通常采用液氨、氨水和尿素。相对于液氨和氨水，尿素稳定、无毒，便于储存和运输，对人和环境不会产生不良影响，安全性高，因此，尿素分解制氨成为发展趋势。尿素分解制氨包括水解和热解两种技术，其中，尿素水解技术具有能耗低、反应过程中无副产物、投资和运行成本低等优点，具有更强的市场竞争力。

目前尿素水解采用的尿素溶液的质量浓度通常为40%~60%，除去水解反应所需的水，溶液中的水几乎全部都进入到氨生成气中，水的蒸发及汽化将增加水耗和能耗，尤其是水的汽化需要大量的热，在尿素浓度为50%时，氨生成气中的水汽化所消耗的热量约占总能量消耗的25-33%，同时氨生成气中含水量过多，将会引起管道或设备的腐蚀以及空预器的堵塞，影响其安全稳定运行。

本实用新型提供一种带冷凝回水装置的新型尿素水解系统，在氨生成气出口处的除雾装置后布置冷凝回水装置，将水蒸气的汽化热进行回收用于尿素溶液的预热，收集的水进入冷凝水箱，可以用于尿素溶液的配制或其他用途，节水降耗，提高脱硝系统及后续设备的稳定运行。

发明内容

本实用新型提供一种带冷凝回水装置的新型尿素水解系统。本实用新型提供的装置具有节水降耗的优点。

本实用新型的一种带冷凝回水装置的新型尿素水解系统，包括尿素水解反应器1、尿素溶液入口2、氨生成气出口3、除雾器4、冷凝回水装置5、纯净的氨生成气出口6，冷凝水箱7，来自于尿素溶液储罐的尿素溶液8。其特征在于氨生成气经除雾器4之后，含水量较高，进入冷凝回水装置5，遇到表面布满亲水毛细纤维管的冷凝管，冷凝管外壁的亲水毛细纤维管可以显著降低水的饱和蒸气压，令水更易冷凝，放出汽化潜热；冷凝管中流过低温的尿素溶液，水蒸汽的冷凝放出的汽化潜热，用于尿素溶液预热，冷凝管外壁的亲水物质和低温尿素溶液双重作用于冷凝回水装置的热交换；水蒸汽在管壁冷凝成液态水，水在冷凝回水装置底部聚集，然后进入冷凝水箱7，冷凝水箱的水可以用于尿素溶液的配制或其他用途，整个冷凝回水装置没有额外的能量消耗，同时降低了整个尿素水解系统的水耗。

附图说明

图1是本实用新型的一种带冷凝回水装置的新型尿素水解系统的示意图，其中1为尿素水解反应器，2为尿素溶液入口，3为氨生成气出口，4为除雾器，5为冷凝回水装置，6为纯净的氨生成气出口，7为冷凝水箱，8为来自于尿素溶液储罐的尿素溶液。

图2和图3是本实用新型中关于冷凝回水装置的结构详图。图2为冷凝回水装置的立面图，图3为冷凝回水装置的切面图，装置内布满竖直交错、中心对称排列的冷凝管，近壁处不布置，布置效果图可以为环形布置，也可以多边形布置，图中所示为六边形布置方案，冷凝管外壁布满亲水毛细纤维管，图4为冷凝管外壁的亲水毛细纤维管结构。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括尿素水解反应器1、尿素溶液入口2、氨生成气出口3、除雾器4、冷凝回水装置5、纯净的氨生成气出口6，冷凝水箱7，来自于尿素溶液储罐的尿素溶液8。所述尿素水解反应器1的底部设置尿素溶液入口2，反应器顶部设置氨生成气出口3，除雾器4位于氨生成气出口3后；冷凝回水装置5位于除雾器4后，冷凝水箱7位于冷凝回水装置5后。

如图1所示，氨生成气经过除雾器4后，进入冷凝回水装置5，氨生成气中的水蒸气与冷凝管接触，在低温尿素溶液和毛细作用力的双重作用下冷凝成液态水，放出汽化潜热，将冷凝管中的尿素溶液预加热，水蒸气冷凝水依靠重力作用在冷凝回水装置5底部聚集，并进入冷凝水箱7，冷凝水箱的水可以用于尿素溶液的配制或其他用途，整个冷凝回水装置没有额外的能量消耗，同时降低了整个尿素水解系统的水耗。

如图2和图3所示，冷凝回水装置5内布满竖直交错、中心对称排列的冷凝管，冷凝管内部流过尿素溶液，冷凝管外部走氨生成气，氨生成气中的水蒸气在管壁冷凝。

冷凝回水装置5内单根冷凝管的切面图如图4所示，冷凝管外壁布满亲水毛细纤维管，毛细纤维管内部及它们之间的孔隙非常小，根据开尔文公式ln(p_r/p₀)=2Vγ/RTr

式中：p_r为温度T时半径为r的液滴的蒸气压，p₀是平面液体在相同温度的饱和蒸气压，V为液体的摩尔体积，γ为液体的表面张力，R为气体常数。

对于凹液面，尺寸越小，液体的饱和蒸气压越低，越容易凝结。毛细纤维管的直径为0.001μm ~10μm，毛细纤维管长度为1μm~1000μm，冷凝管的直径为0.1cm~10cm，冷凝管的长度10-100cm，根据氨生成气的速率，可以多级布置。

该装置的具体流程：来自于尿素溶液储罐的尿素溶液8，先经冷凝回水装置5预加热，再经经尿素溶液入口2进入尿素水解反应器1进行水解反应，产生氨生成气，经加热装置加热后尿素进行水解反应，生成NH₃和CO₂，溶液中的水也会汽化进入到生成气中，最终生成气为NH₃、CO₂和H₂O的混合气，经氨生成气出口3排出，然后经除雾器4除去其携带的液滴，以保证后续工艺流程的安全运行，再经冷凝回水装置5除去氨生成气中的水蒸气，氨生成气中的水蒸气冷凝放热并将冷凝管中的尿素溶液预热，含水少的氨生成气进入后续的脱硝系统，收集的水依靠重力作用进入冷凝水箱7，冷凝水箱的水可以用于尿素溶液的配制或其他用途，整个冷凝回水装置没有额外的能量消耗，同时降低了整个尿素水解系统的水耗。

以上所述，仅为解释本实用新型之较佳实施方式，并非企图据以对本实用新型作任何形式上的限制，所以凡是在本实用新型之创作精神下，所作的任何修饰或变更，皆仍应属于本实用新型意图保护之范围。

Claims (4)

1.一种带冷凝回水装置的新型尿素水解系统，包括尿素水解反应器、除雾器、冷凝水箱，其特征在于，还包括冷凝回水装置，冷凝回水装置布置在除雾器后，冷凝回水装置内布满竖直交错、中心对称排列的冷凝管，近壁处不布置，冷凝管外壁布满亲水毛细纤维管，尿素溶液走管程，氨生成气走壳程；冷凝回水装置将水蒸气的汽化热进行回收用于尿素溶液的预热，收集的水进入冷凝水箱，可以用于尿素溶液的配制或其他用途，节水降耗，提高脱硝系统及后续设备的稳定运行。

2.如权利要求1所述的一种带冷凝回水装置的新型尿素水解系统，其特征在于，所述的冷凝回水装置中冷凝管可以为环形布置，也可以为多边形布置。

3.如权利要求1所述的一种带冷凝回水装置的新型尿素水解系统，其特征在于，所述的冷凝回水装置，冷凝管的直径为0.1cm~10cm，冷凝管的长度10-100cm，根据氨生成气的速率，可以多级布置。

4.如权利要求1所述的一种带冷凝回水装置的新型尿素水解系统，其特征在于，所述的冷凝回水装置，毛细纤维管的直径为0.001μm ~10μm，毛细纤维管长度为1μm~1000μm。