一種尿素溶液水解反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明目的在于提供一種尿素溶液水解反應(yīng)器，能夠接受尿素過飽和溶液作為來液，降低反應(yīng)器出口水蒸汽含量，從而節(jié)省能量和除鹽水的耗量。其包括底部分別設(shè)置尿素溶液進(jìn)料口和反應(yīng)液出口的反應(yīng)釜，以及設(shè)置在反應(yīng)釜內(nèi)沿尿素流動方向依次設(shè)置的加熱裝置和汽提裝置；所述反應(yīng)釜頂部設(shè)置反應(yīng)氣相產(chǎn)物出口；所述的汽提裝置包括連通設(shè)置在反應(yīng)釜底部的汽提蒸汽進(jìn)口，汽提蒸汽進(jìn)口伸入反應(yīng)釜的一端連接汽提蒸汽分配器。本發(fā)明通過設(shè)置的汽提裝置，使經(jīng)汽提裝置輸入反應(yīng)釜內(nèi)的水蒸汽與尿素溶液直接接觸，不僅加速了尿素溶液的水解，而且能夠加速了液相中生成的氨氣不斷擴散到氣相中，并從反應(yīng)氣相產(chǎn)物出口中輸出。
【專利說明】一種尿素溶液水解反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煙氣脫硝系統(tǒng)中尿素水解制氨設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種尿素溶液水解反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]燃煤發(fā)電廠的煤炭燃燒伴隨著大量的氮氧化物(NOx)的排放，對大氣造成污染。通常采取在鍋爐尾部加設(shè)煙氣脫硝裝置，利用選擇性催化還原法(SCR)脫除煙氣中的NOx，將其轉(zhuǎn)化為無毒無害的氮氣(N2)和水(H2O),從而達(dá)到排放要求。選擇性催化還原法中所需的脫硝還原劑氨(NH3)通常有三種供給形式:液氨、氨水和尿素。其中，液氨與氨水屬于危險化學(xué)品。國家在涉及液氨和氨水的儲存、使用和運輸過程中都有嚴(yán)格的法律規(guī)定。而工業(yè)用尿素為白色結(jié)晶體顆粒，不屬于危險化學(xué)品范疇，便于儲存和運輸，不會因泄漏造成安全隱患，因此從安全與經(jīng)濟角度考慮，尿素制氨逐漸受到人們青睞，通過采用尿素制氨方法之一的尿素溶液水解法來實現(xiàn)氨的供給。
[0003]現(xiàn)有的尿素溶液水解反應(yīng)器中，尿素溶液注入時,考慮到常溫下尿素的溶解度及輸送過程的安全性，都采用的是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%_60%的尿素溶液；根據(jù)尿素水解的化學(xué)反
應(yīng)方程式(NH2；)2C0+H20 2NH3+C02，假設(shè)尿素溶液質(zhì)量濃度50%，按照尿素水
解反應(yīng)的化學(xué)計量比計算，只有溶液重量15%的水參與化學(xué)反應(yīng)，其余占尿素溶液重量35%的水并不參與水解反應(yīng)。這35%的過量水經(jīng)吸熱汽化后，隨反應(yīng)產(chǎn)物離開反應(yīng)器，造成能量及除鹽水量的浪費。假設(shè)尿素溶液質(zhì)量濃度60%，按照尿素水解反應(yīng)的化學(xué)計量比計算，只有溶液重量18%的水參與化學(xué)反應(yīng)，其余占尿素溶液重量22%的水并不參與水解反應(yīng)。
`[0004]如果將尿素與水按照水解反應(yīng)計量比配置尿素溶液，則尿素溶液的質(zhì)量濃度需要達(dá)到77%,此濃度的尿素溶液必然為尿素的過飽和溶液，因此將尿素的過飽和溶液作為水解反應(yīng)器的來液，必將大大降低反應(yīng)器出口水蒸汽的含量，但現(xiàn)有的反應(yīng)器都無法滿足接受尿素過飽和溶液的工藝要求，原料浪費嚴(yán)重，而且耗能較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種尿素溶液水解反應(yīng)器，能夠接受尿素過飽和溶液作為來液，降低反應(yīng)器出口水蒸汽含量，從而節(jié)省能量和除鹽水的耗量。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]—種尿素溶液水解反應(yīng)器,包括底部分別設(shè)置尿素溶液進(jìn)料口和反應(yīng)液出口的反應(yīng)釜，以及設(shè)置在反應(yīng)釜內(nèi)沿尿素流動方向依次設(shè)置的加熱裝置和汽提裝置；所述反應(yīng)釜頂部設(shè)置反應(yīng)氣相產(chǎn)物出口 ；所述的汽提裝置包括連通設(shè)置在反應(yīng)釜底部的汽提蒸汽進(jìn)口，汽提蒸汽進(jìn)口伸入反應(yīng)釜的一端連接汽提蒸汽分配器。
[0008]優(yōu)選的，所述的汽提裝置還包括設(shè)置在汽提蒸汽分配器上方的隔板，以及設(shè)置在分配器兩側(cè)的進(jìn)液堰板和出液堰板；隔板上端開口形成氣體流動口，下端開口形成液體流動口 ；進(jìn)液堰板設(shè)置在隔板的上游方向，上端開口形成液體流入口 ；出液堰板設(shè)置在隔板的下游方向，上端開口形成液體溢出口 ；進(jìn)液堰板和出液堰板之間形成反應(yīng)汽提區(qū)。
[0009]優(yōu)選的，所述的尿素溶液進(jìn)料口通過混液箱的一個進(jìn)料端與尿素溶液供應(yīng)管道連通；混液箱的另一個進(jìn)料端與反應(yīng)液出口連通。
[0010]進(jìn)一步，所述的混液箱與反應(yīng)液出口之間還設(shè)置有用于將反應(yīng)液相加壓注入到混液箱中的循環(huán)泵。
[0011]優(yōu)選的，所述的加熱裝置包括若干穿過反應(yīng)釜的筒體封頭設(shè)置的加熱盤管，以及設(shè)置在反應(yīng)釜外部的加熱介質(zhì)進(jìn)口和熱介質(zhì)冷凝液出口 ；加熱盤管向內(nèi)延伸到反應(yīng)釜內(nèi)的底部，并分別與加熱介質(zhì)進(jìn)口和熱介質(zhì)冷凝液出口連通。
[0012]優(yōu)選的，所述的反應(yīng)釜上設(shè)置反應(yīng)釜液位計，反應(yīng)釜頂部設(shè)置安全閥。
[0013]優(yōu)選的，所述的尿素溶液進(jìn)料口伸入反應(yīng)釜內(nèi)部的端口連接進(jìn)料分配器。
[0014]優(yōu)選的，所述的反應(yīng)氣相產(chǎn)物出口設(shè)置在隔板下游方向的反應(yīng)釜頂部。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0016]本發(fā)明一種尿素溶液水解反應(yīng)器，通過設(shè)置的汽提裝置，使經(jīng)汽提裝置輸入反應(yīng)釜內(nèi)的水蒸汽與尿素溶液直接接觸，不僅加速了尿素溶液的水解，而且能夠加速了液相中生成的氨氣不斷擴散到氣相中，并從反應(yīng)氣相產(chǎn)物出口中輸出；汽提蒸汽分配器的設(shè)置增加了氣液相接觸面積，提高水解反應(yīng)速度，還能夠通過控制調(diào)整水蒸汽的輸入量和壓力值來滿足大范圍的需氨量的負(fù)荷變化 。一方面能夠適用于現(xiàn)有尿素溶液對氨氣的高效提取，另一方面能夠適用于尿素過飽和溶液對氨氣的提取，保證了水解反應(yīng)正向移動，而且排出的反應(yīng)液相中氨氣溶解少，尿素含量低。
[0017]進(jìn)一步的，通過設(shè)置進(jìn)液堰板和出液堰板形成反應(yīng)汽提區(qū)，能夠?qū)⑵岚l(fā)生的反應(yīng)區(qū)域進(jìn)一步的進(jìn)行約束和限制，并且利用設(shè)置在反應(yīng)汽提區(qū)中央的隔板延長反應(yīng)液相的流動距離，使得反應(yīng)液在反應(yīng)汽提區(qū)流動時能夠有充足的時間和空間進(jìn)行水解反應(yīng)，在不增加體積和耗能設(shè)備的同時，卻大幅的提升了產(chǎn)氣的效率，尿素利用率高，耗能少。
[0018]進(jìn)一步的，利用在尿素溶液進(jìn)料口設(shè)置的混液箱，對反應(yīng)液出口排出的低濃度的尿素溶液進(jìn)行回收并與尿素過飽和溶液供應(yīng)管道供應(yīng)的尿素溶液實現(xiàn)原料混合，使得整個反應(yīng)器中，在尿素溶液和蒸汽的供給下，只單一的產(chǎn)出所需的反應(yīng)氣相產(chǎn)物，而沒有反應(yīng)液相產(chǎn)物的排出，能夠使得尿素得到最大限度的充分利用，而且能夠隨意的根據(jù)氨氣的需求量對氨氣的產(chǎn)出進(jìn)行調(diào)整，即使氨氣產(chǎn)出較低也不會對尿素和氨氣造成浪費和無謂的消耗。同時，最大限度的降低反應(yīng)器出口水蒸氣含量，進(jìn)而節(jié)省能量和除鹽水耗量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實例中所述的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:1為反應(yīng)爸,2為尿素溶液進(jìn)料口，3為加熱介質(zhì)進(jìn)口，4為熱介質(zhì)冷凝液出口，5為反應(yīng)氣相產(chǎn)物出口，6為安全閥，7為汽提蒸汽進(jìn)口，8為反應(yīng)釜液位計，9為反應(yīng)液出口，10為加熱盤管，11為汽提蒸汽分配器，12為隔板，13為進(jìn)液堰板，14為出液堰板，15為循環(huán)泵，16為混液箱。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明一種尿素溶液水解反應(yīng)器，包括底部分別設(shè)置尿素溶液進(jìn)料口 2和反應(yīng)液出口 9的反應(yīng)釜1，以及設(shè)置在反應(yīng)釜I內(nèi)沿尿素流動方向依次設(shè)置的加熱裝置和汽提裝置；所述反應(yīng)釜I頂部設(shè)置反應(yīng)氣相產(chǎn)物出口 5 ;所述的汽提裝置包括連通設(shè)置在反應(yīng)釜I底部的汽提蒸汽進(jìn)口 7，汽提蒸汽進(jìn)口 7伸入反應(yīng)釜I的一端連接汽提蒸汽分配器11。 [0023]在使用時,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%~60%的尿素溶液或尿素的過飽和溶液,通過尿素供應(yīng)管道經(jīng)尿素溶液進(jìn)料口 2進(jìn)入到反應(yīng)釜I中，在加熱裝置的加熱下開始升溫并進(jìn)行水解反應(yīng)。本發(fā)明通過汽提裝置來對氨氣產(chǎn)生的速率進(jìn)行控制，利用汽提裝置中經(jīng)汽提蒸汽進(jìn)口 7注入的水蒸汽對反應(yīng)溶液進(jìn)行直接加熱，并通過向反應(yīng)釜I內(nèi)汽提裝置對應(yīng)的反應(yīng)汽提區(qū)液相鼓泡，使液相中水解產(chǎn)生的氨氣不斷擴散到氣相中去，大大提高了水解速度，同時能夠?qū)Π睔獾漠a(chǎn)量進(jìn)行簡單方便的控制。
[0024]優(yōu)選的，如圖1所示，本優(yōu)選實例中，汽提裝置還包括設(shè)置在汽提蒸汽分配器11上方的隔板12，以及設(shè)置在分配器11兩側(cè)的進(jìn)液堰板13和出液堰板14 ;隔板12上端開口形成氣體流動口，下端開口形成液體流動口 ；進(jìn)液堰板13設(shè)置在隔板12的上游方向，上端開口形成液體流入口 ；出液堰板14設(shè)置在隔板12的下游方向，上端開口形成液體溢出口 ；進(jìn)液堰板13和出液堰板14之間形成反應(yīng)汽提區(qū)。進(jìn)一步的，尿素溶液進(jìn)料口 2通過混液箱16的一個進(jìn)料端與尿素溶液供應(yīng)管道連通；混液箱16的另一個進(jìn)料端與反應(yīng)液出口 9連通。再進(jìn)一步的，混液箱16與反應(yīng)液出口 9之間還設(shè)置有用于將反應(yīng)液相加壓注入到混液箱16中的循環(huán)泵15。從而水解反應(yīng)器內(nèi)部形成循環(huán)，對外不會產(chǎn)生廢棄物的排放，利用效率高，產(chǎn)氣效果好。
[0025]優(yōu)選的，如圖1所示，加熱裝置包括若干穿過反應(yīng)釜I的筒體封頭設(shè)置的加熱盤管10，以及設(shè)置在反應(yīng)釜I外部的加熱介質(zhì)進(jìn)口 3和熱介質(zhì)冷凝液出口 4 ;加熱盤管10向內(nèi)延伸到反應(yīng)釜I內(nèi)的底部，并分別與加熱介質(zhì)進(jìn)口 3和熱介質(zhì)冷凝液出口 4連通；本優(yōu)選實例以U型加熱盤管為例進(jìn)行說明；反應(yīng)釜I上設(shè)置反應(yīng)釜液位計8，能夠顯示反應(yīng)釜I內(nèi)液位達(dá)到數(shù)量值，從而控制尿素溶液的輸入量；反應(yīng)釜I頂部設(shè)置安全閥6，保證受壓容器反應(yīng)釜I的使用安全；尿素溶液進(jìn)料口 2伸入反應(yīng)釜I內(nèi)部的端口連接進(jìn)料分配器；能夠使得尿素溶液經(jīng)進(jìn)料分配器使進(jìn)入的尿素溶液均勻的與加熱盤管10換熱升溫；反應(yīng)氣相產(chǎn)物出口 5設(shè)置在隔板12下游方向的反應(yīng)釜I頂部，能夠更好的保證氨氣的順利排出。
[0026]本發(fā)明尿素溶液水解反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置反應(yīng)汽提區(qū)，通過蒸汽加速水解產(chǎn)物從液相中分離，反應(yīng)汽提區(qū)之后的尿素溶液濃度降低，較低濃度的尿素溶液通過循環(huán)泵輸送到混液箱，與尿素溶液制備系統(tǒng)來的過飽和尿素溶液混合后，返回水解反應(yīng)器。不僅能夠高效的對現(xiàn)有濃度的尿素溶液實現(xiàn)快速、可控的水解反應(yīng)，還能夠很好的適用于高濃度的尿素溶液的水解反應(yīng)，同樣能夠達(dá)到高效和可控的目的，而且能夠進(jìn)一步的，使得反應(yīng)器內(nèi)部沒有除去所需氣相產(chǎn)物排出外的其他廢棄產(chǎn)物，通過對高濃度尿素溶液的水解，還降低了氣相產(chǎn)物中水蒸汽的含量，大大的節(jié)約了能源，設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)巧妙，安全可靠，高效環(huán)保，反應(yīng)可控，降低能耗，尿素和能源利用率極高。
【權(quán)利要求】
1.一種尿素溶液水解反應(yīng)器,其特征在于,包括底部分別設(shè)置尿素溶液進(jìn)料口(2)和反應(yīng)液出口(9)的反應(yīng)釜(1)，以及設(shè)置在反應(yīng)釜(I)內(nèi)沿尿素流動方向依次設(shè)置的加熱裝置和汽提裝置；所述反應(yīng)釜(I)頂部設(shè)置反應(yīng)氣相產(chǎn)物出口(5);所述的汽提裝置包括連通設(shè)置在反應(yīng)釜(I)底部的汽提蒸汽進(jìn)口( 7 )，汽提蒸汽進(jìn)口( 7 )伸入反應(yīng)釜(I)的一端連接汽提蒸汽分配器(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尿素溶液水解反應(yīng)器，其特征在于，所述的汽提裝置還包括設(shè)置在汽提蒸汽分配器(11)上方的隔板(12)，以及設(shè)置在分配器(11)兩側(cè)的進(jìn)液堰板(13)和出液堰板(14);隔板(12)上端開口形成氣體流動口，下端開口形成液體流動口 ；進(jìn)液堰板(13)設(shè)置在隔板(12)的上游方向，上端開口形成液體流入口 ；出液堰板(14)設(shè)置在隔板(12)的下游方向，上端開口形成液體溢出口 ；進(jìn)液堰板(13)和出液堰板(14)之間形成反應(yīng)汽提區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種尿素溶液水解反應(yīng)器，其特征在于，所述的尿素溶液進(jìn)料口(2)通過混液箱(16)的一個進(jìn)料端與尿素溶液供應(yīng)管道連通；混液箱(16)的另一個進(jìn)料端與反應(yīng)液出口(9)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種尿素溶液水解反應(yīng)器，其特征在于，所述的混液箱(16)與反應(yīng)液出口(9)之間還設(shè)置有用于將反應(yīng)液相加壓注入到混液箱(16)中的循環(huán)泵(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尿素溶液水解反應(yīng)器，其特征在于，所述的加熱裝置包括若干穿過反應(yīng)釜(I)的筒體封頭設(shè)置的加熱盤管(10)，以及設(shè)置在反應(yīng)釜(I)外部的加熱介質(zhì)進(jìn)口(3)和熱介質(zhì)冷凝液出口(4);加熱盤管(10)向內(nèi)延伸到反應(yīng)釜(I)內(nèi)的底部，并分別與加熱介質(zhì)進(jìn)口(3)和熱介質(zhì)冷凝液出口(4)連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尿素溶液水解反應(yīng)器，其特征在于，所述的反應(yīng)釜(I)上設(shè)置反應(yīng)釜液位計(8 )，反應(yīng)釜(I)頂部設(shè)置安全閥(6 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尿素溶液水解反應(yīng)器，其特征在于，所述的尿素溶液進(jìn)料口( 2 )伸入反應(yīng)釜(I)內(nèi)部 的端口連接進(jìn)料分配器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種尿素溶液水解反應(yīng)器，其特征在于，所述的反應(yīng)氣相產(chǎn)物出口( 5 )設(shè)置在隔板(12 )下游方向的反應(yīng)釜(I)頂部。
【文檔編號】C01C1/08GK103482649SQ201310400325
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】徐宏杰, 林偉杰, 王月明, 畢駿, 白少林, 牛國平, 梁法光, 張波, 向小鳳 申請人:西安熱工研究院有限公司, 西安西熱鍋爐環(huán)保工程有限公司