本發(fā)明屬于尿素水解制氨，具體涉及一種低腐蝕防結(jié)垢尿素水解系統(tǒng)及節(jié)能運(yùn)行工藝。

背景技術(shù)：

1、燃煤電廠在采用尿素水解制氨工藝后，發(fā)現(xiàn)尿素水解器腐蝕嚴(yán)重、結(jié)垢較多。其根本原因是高濃度尿素溶液中的雜質(zhì)在水解器中富集，造成鋼設(shè)備腐蝕、加熱器盤管表面結(jié)垢。尿素溶液中的雜質(zhì)包括氯離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子、磷酸根、硫酸根等，主要來源為尿素顆粒和尿素溶液配制用水，gb/t2440-2017僅對工業(yè)用尿素中縮二脲、鐵、硫酸鹽等少數(shù)雜質(zhì)種類和濃度進(jìn)行了規(guī)定（對氯離子等無規(guī)定），即使采用優(yōu)等品尿素和低離子濃度的除鹽水也無法完全避免引入少量雜質(zhì)。該雜質(zhì)進(jìn)入尿素水解反應(yīng)器后不斷濃縮，運(yùn)行時間較長的水解液氯離子濃度甚至能達(dá)到1000mg/l以上，現(xiàn)有工藝上僅能夠通過定期排污維持水解器內(nèi)污染物濃度，產(chǎn)生大量難處理高濃度尿素廢水（尿素濃度約50%）。

2、由于尿素溶液中的雜質(zhì)濃度低（氯離子濃度通常50mg/l以下），且無法完全避免?，F(xiàn)有研究均集中在耐腐蝕材料、阻垢劑、排污頻率控制工藝、排污廢水深度處理上，在尿素進(jìn)料液預(yù)處理方向的研究罕有涉及。

3、采用電滲析法處理高濃度尿素溶液有幾個難點需要克服：

4、1）尿素溶液雜質(zhì)濃度很低，常規(guī)電滲析系統(tǒng)效率低；

5、2）尿素溶液能夠穿透電滲析選擇性離子交換膜，造成電滲析濃水尿素大量流失和排放污染；

6、3）尿素溶液配制過程中需加熱至50±2℃（加速溶解），而電滲析的離子交換膜要求進(jìn)水溫度不超過30℃。

7、基于上述三個原因，絕大多數(shù)研究人員認(rèn)為電滲析技術(shù)不適用于高濃度尿素溶液脫鹽，不僅沒有相關(guān)基礎(chǔ)研究，更無工業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種低腐蝕防結(jié)垢尿素水解系統(tǒng)及節(jié)能運(yùn)行工藝。

2、具體的技術(shù)方案如下：

3、一種低腐蝕防結(jié)垢尿素水解系統(tǒng)，包括尿素溶液配制罐、第一換熱器、第二換熱器、多級電滲析模塊、尿素溶液儲罐和尿素水解反應(yīng)器；

4、尿素溶液配制罐的高溫原水出口管路與第一換熱器連接，第一換熱器的低溫原水出口管路與多級電滲析模塊連接，多級電滲析模塊的低溫產(chǎn)水出口管路與第二換熱器連接，第二換熱器的高溫產(chǎn)水出口管路連接尿素溶液配制罐，第一換熱器和第二換熱器的換熱介質(zhì)管路循環(huán)連接，尿素溶液配制罐依次連接尿素溶液儲罐和尿素水解反應(yīng)器。

5、進(jìn)一步地，多級電滲析模塊包括初級電滲析膜堆、初級循環(huán)泵、n級依次連接的電滲析循環(huán)裝置、末級循環(huán)泵和末級濃水儲罐，初級電滲析膜堆和尿素溶液配制罐之間通過第一換熱器、第二換熱器和初級循環(huán)泵循環(huán)連接，每一組電滲析循環(huán)裝置包括第一循環(huán)泵、濃水儲罐、第二循環(huán)泵和電滲析膜堆，濃水儲罐和電滲析膜堆之間通過第二循環(huán)泵循環(huán)連接，濃水儲罐通過第一循環(huán)泵與初級電滲析膜堆或另一相鄰電滲析膜堆循環(huán)連接，末級濃水儲罐通過末級循環(huán)泵與相鄰電滲析膜堆循環(huán)連接。

6、一種采用上述低腐蝕防結(jié)垢尿素水解系統(tǒng)進(jìn)行的尿素水解工藝，包括如下步驟：

7、1）向尿素溶液配制罐內(nèi)加入尿素顆粒和除鹽水，在高溫蒸汽的伴熱下配制尿素溶液，第一換熱器利用冷媒對從尿素溶液配制罐內(nèi)流出的高溫原水進(jìn)行降溫；

8、2）降溫后的原水依次進(jìn)入初級電滲析膜堆、n級電滲析循環(huán)裝置中進(jìn)行電滲析脫鹽預(yù)處理，脫鹽后的產(chǎn)水進(jìn)入第二換熱器中，第一換熱器中的冷媒介質(zhì)被高溫原水加熱后作為第二換熱器的熱媒，脫鹽后的產(chǎn)水經(jīng)過第二換熱器加熱后進(jìn)入尿素溶液配制罐中；

9、3）經(jīng)過脫鹽預(yù)處理的原水進(jìn)入尿素溶液儲罐，然后進(jìn)入尿素水解反應(yīng)器中進(jìn)行尿素的水解。

10、進(jìn)一步地，步驟1）中的尿素溶液的質(zhì)量濃度為30-60%，尿素溶液配制罐（1）內(nèi)的高溫原水的溫度為40-60℃，冷媒對高溫原水降溫至30℃以下。

11、進(jìn)一步地，n為2-4，電滲析級數(shù)越多，離子遷移效率越高，末級濃水排水量越少、離子濃度越高，但與此同時系統(tǒng)運(yùn)行能耗也越高。大多數(shù)應(yīng)用場景下，2~4級電滲析即可滿足處理要求。

12、進(jìn)一步地，步驟2）中n級電滲析循環(huán)裝置中進(jìn)行電滲析脫鹽預(yù)處理的具體操作過程為：首先開啟第一換熱器和第二換熱器，再開啟初級循環(huán)泵和再開啟一級電滲析循環(huán)裝置，一級電滲析循環(huán)裝置的濃水儲罐以系統(tǒng)最高廢水排量qmax同時排水和補(bǔ)液，穩(wěn)定運(yùn)行后，判斷一級電滲析循環(huán)裝置的濃水氯離子濃度與產(chǎn)水氯離子濃度比e1是否小于設(shè)定值，若滿足條件，可繼續(xù)運(yùn)行，若連續(xù)5分鐘不滿足，則開啟二級電滲析循環(huán)裝置，穩(wěn)定運(yùn)行后，判斷二級滲析循環(huán)裝置的濃水氯離子濃度與產(chǎn)水氯離子濃度比e2是否小于設(shè)定值，若滿足條件，可繼續(xù)運(yùn)行，若連續(xù)5分鐘不滿足，則開啟三級電滲析循環(huán)裝置，采用以上相同方式繼續(xù)運(yùn)行，直至所有電滲析循環(huán)裝置的濃水氯離子濃度與產(chǎn)水氯離子濃度比都滿足條件，直至一級電滲析循環(huán)裝置產(chǎn)水氯離子濃度小于產(chǎn)水氯離子濃度最高值clmax，此時停止運(yùn)行。

13、進(jìn)一步地，尿素溶液配制罐、多個濃水儲罐和末級濃水儲罐中的溶液保有量沿著電滲析進(jìn)行方向不斷減小，多個濃水儲罐中的初始料液和末級濃水儲罐的補(bǔ)水為尿素溶液配制罐中的尿素溶液或除鹽水，可以保證各級電滲析系統(tǒng)原水和濃水的離子濃差較小，從而避免濃差極化造成的離子遷移降低，保證多級電滲析的整體運(yùn)行效率，可以大幅降低排污水量，最大程度減少隨排水流失的尿素量（尿素因無電荷，不會在電滲析系統(tǒng)富集，排水中的尿素濃度=尿素溶液配制罐料液中的尿素濃度）。

14、尿素水解系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行過程中，尿素溶液配制罐間歇運(yùn)行，尿素溶液儲罐料位低值時，尿素溶液開始配制，并在配制成50%、50℃的尿素溶液后投運(yùn)多級電滲析模塊和換熱器，經(jīng)過2~6小時的連續(xù)處理，能夠有效去除尿素溶液中90%~99.9%的雜質(zhì)離子，減少尿素水解反應(yīng)器排污量至原有排污量的0.1%~10%，大幅降低了尿素水解系統(tǒng)的結(jié)垢風(fēng)險和腐蝕風(fēng)險。

15、本發(fā)明的有益效果在于：

16、1）針對尿素料液尿素濃度高、雜質(zhì)離子濃度低、溫度高的水質(zhì)特點，采用換熱多級電滲析法處理尿素料液，實現(xiàn)尿素水解系統(tǒng)低腐蝕、防結(jié)垢，大幅降低了尿素水解器的排污量；

17、2）利用換熱系統(tǒng)，確保高濃尿素溶液能夠高效進(jìn)行電滲析處理，且實現(xiàn)冷媒的余熱利用，減小尿素溶液配制過程中的蒸汽耗量，實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行；

18、3）利用多級電滲析系統(tǒng)，提高系統(tǒng)脫鹽效率，最大程度減少末端濃水排出量，降低了尿素?fù)p失的同時，具有減排的環(huán)保效益。

技術(shù)特征：

1.一種低腐蝕防結(jié)垢尿素水解系統(tǒng)，其特征在于，包括尿素溶液配制罐（1）、第一換熱器（2）、第二換熱器（3）、多級電滲析模塊、尿素溶液儲罐（4）和尿素水解反應(yīng)器（5）；

2.如權(quán)利要求1所述的一種低腐蝕防結(jié)垢尿素水解系統(tǒng)，其特征在于，多級電滲析模塊包括初級電滲析膜堆（6）、初級循環(huán)泵（7）、n級依次連接的電滲析循環(huán)裝置、末級循環(huán)泵（8）和末級濃水儲罐（9），初級電滲析膜堆（6）和尿素溶液配制罐（1）之間通過第一換熱器（2）、第二換熱器（3）和初級循環(huán)泵（7）循環(huán)連接，每一組電滲析循環(huán)裝置包括第一循環(huán)泵（10）、濃水儲罐（11）、第二循環(huán)泵（12）和電滲析膜堆（13），濃水儲罐（11）和電滲析膜堆（13）之間通過第二循環(huán)泵（12）循環(huán)連接，濃水儲罐（11）通過第一循環(huán)泵（10）與初級電滲析膜堆（6）或另一相鄰電滲析膜堆（13）循環(huán)連接，末級濃水儲罐（9）通過末級循環(huán)泵（8）與相鄰電滲析膜堆（13）循環(huán)連接。

3.一種采用如權(quán)利要求2所述的低腐蝕防結(jié)垢尿素水解系統(tǒng)進(jìn)行的尿素水解工藝，其特征在于，包括如下步驟：

4.如權(quán)利要求3所述的一種尿素水解工藝，其特征在于，步驟1）中的尿素溶液的質(zhì)量濃度為30-60%，尿素溶液配制罐（1）內(nèi)的高溫原水的溫度為40-60℃，冷媒對高溫原水降溫至30℃以下。

5.如權(quán)利要求4所述的一種尿素水解工藝，其特征在于，n為2-4。

6.如權(quán)利要求3所述的一種尿素水解工藝，其特征在于，步驟2）中n級電滲析循環(huán)裝置中進(jìn)行電滲析脫鹽預(yù)處理的具體操作過程為：首先開啟第一換熱器（2）和第二換熱器（3），再開啟初級循環(huán)泵（7）和再開啟一級電滲析循環(huán)裝置，一級電滲析循環(huán)裝置的濃水儲罐（11）以系統(tǒng)最高廢水排量qmax同時排水和補(bǔ)液，穩(wěn)定運(yùn)行后，判斷一級電滲析循環(huán)裝置的濃水氯離子濃度與產(chǎn)水氯離子濃度比e1是否小于設(shè)定值，若滿足條件，可繼續(xù)運(yùn)行，若連續(xù)5分鐘不滿足，則開啟二級電滲析循環(huán)裝置，穩(wěn)定運(yùn)行后，判斷二級滲析循環(huán)裝置的濃水氯離子濃度與產(chǎn)水氯離子濃度比e2是否小于設(shè)定值，若滿足條件，可繼續(xù)運(yùn)行，若連續(xù)5分鐘不滿足，則開啟三級電滲析循環(huán)裝置，采用以上相同方式繼續(xù)運(yùn)行，直至所有電滲析循環(huán)裝置的濃水氯離子濃度與產(chǎn)水氯離子濃度比都滿足條件，直至一級電滲析循環(huán)裝置產(chǎn)水氯離子濃度小于產(chǎn)水氯離子濃度最高值clmax，此時停止運(yùn)行。

7.如權(quán)利要求4所示的一種尿素水解工藝，其特征在于，尿素溶液配制罐（1）、多個濃水儲罐（11）和末級濃水儲罐（9）中的溶液保有量沿著電滲析進(jìn)行方向不斷減小，多個濃水儲罐（11）中的初始料液和末級濃水儲罐（9）的補(bǔ)水為尿素溶液配制罐（1）中的尿素溶液或除鹽水。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種低腐蝕防結(jié)垢尿素水解系統(tǒng)及節(jié)能運(yùn)行工藝，該系統(tǒng)在常規(guī)尿素水解系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加了多級電滲析模塊和換熱系統(tǒng)，尿素溶液配制罐的高溫原水出口管路與第一換熱器連接，第一換熱器的低溫原水出口管路與多級電滲析模塊連接，多級電滲析模塊的低溫產(chǎn)水出口管路與第二換熱器連接，第二換熱器的高溫產(chǎn)水出口管路連接尿素溶液配制罐，第一換熱器和第二換熱器的換熱介質(zhì)管路循環(huán)連接，尿素溶液配制罐依次連接尿素溶液儲罐和尿素水解反應(yīng)器。本發(fā)明利用換熱系統(tǒng)，確保高濃尿素溶液能高效進(jìn)行電滲析處理，且實現(xiàn)冷媒的余熱利用，實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行，利用電滲析實現(xiàn)尿素水解系統(tǒng)低腐蝕、防結(jié)垢，大幅降低了尿素水解反應(yīng)器的排污量。

技術(shù)研發(fā)人員：施國忠,徐浩然,馮向東,張林,呂佳慧,梁成思,姚之侃,邱玲姝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江浙能技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6