一种升膜式尿素水热制氨的反应器和尿素水解制氨工艺方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107159081A(43)申请公布日2017.09.15(21)申请号201710249865.5(22)申请日2017.04.17(71)申请人赵寰宇地址101101北京市朝阳区十八里店乡饮马井村133号(72)发明人张平原张平凡任大超赵寰宇(74)专利代理机构北京中建联合知识产权代理事务所(普通合伙)11004代理人宋元松(51)Int.Cl.B01J19/24(2006.01)B01J14/00(2006.01)B01J19/00(2006.01)C01C1/08(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种升膜式尿素水热制氨的反应器和尿素水解制氨工艺方法(57)摘要一种升膜式反应器及尿素水解制氨方法。该反应器由预热器和升膜式自循环反应器组成。利用预热器将尿素溶液加热至接近反应所需温度。在升膜式自循环反应器将尿素加热水解生成氨气和二氧化碳。预热器可以采用板式或管壳式换热器。在升膜式自循环反应器中，尿素溶液在管程，蒸汽在壳程冷凝，在提高了换热效率同时降低了所需换热面积及制造成本。反应器内的保有溶液量低，可以通过调整蒸汽流量和尿素溶液的流量来控制氨气产量，对于氨气波动变化的响应时间短，避免由于锅炉烟气波动造成的供氨不足或氨逃逸现象的发生。由于预热器与反应器分体设计，且升膜自循环反应器为立式结构。因此设备整体的占地面积较小，减小了设备的土建安装成本。CN107159081ACN107159081A权利要求书1/1页1.根据权利要求1所述的用于烟气脱硝尿素水解反应器的水解反应器，其特征在于：水解反应器采用升膜式自循环水解反应器；反应器垂直立式安装，采用管壳式结构，尿素溶液在管程，水蒸汽在壳程，尿素溶液接近分解温度条件下进入反应器，在管侧受热分解形成氨气和二氧化碳，反应生成的气体上升至至反应器顶部经汽水分离器排出；尿素溶液在气流的作用下在反应器的管程以液膜状态下抬升至反应器的持液层。2.根据权利要求1所述的用于烟气脱硝尿素水解反应器的水解反应器，其特征在于：在反应器的上部和底部之间设有一联通管，尿素溶液在达到反应器上部后，在上部维持一定的尿素溶液液位，夹带上来的尿素溶液经过连通管回流至反应器底部，由于液体的密度大于气液混合物的密度，在反应器内部形成尿素溶液的循环；尿素溶液从反应器底部联通管水平段进入，尿素溶液进口在连通管内以喷管的形式出现；利用进口尿素溶液的高速流动促进反应器内部的溶液循环。3.根据权利要求1所述的用于烟气脱硝尿素水解反应器的水解反应器，其特征在于：在壳程加热蒸汽进口为一个至多个，对于多个蒸汽入口，应根据反应器上中下（或上下）分层布置，每层蒸汽入口应均布；其换热管的面积应根据反应器的设备出力（氨气的产量）确定，并有50%的设计裕量;为加快管内尿素溶液的流动速度，设备整体的长径比不小于5，换热管的长径比（L/D）不小于100，一般为300；换热管的外直径不大于25mm，一般为15mm；管内气体流速不低于15m/s,一般为30m/s。4.根据权利要求1所述的用于烟气脱硝尿素水解反应器的水解反应器，其特征在于：其尿素溶液的质量浓度为40%～50%，比重1.13～1.15，pH值7～10。5.根据权利要求1所述的用于烟气脱硝尿素水解反应器的水解反应器，其特征在于：可以利用控制水解反应器的蒸汽流量和尿素溶液的流量来控制反应器的氨生成量；以满足不同工况下烟气脱硝的氨气用量，控制反应温度在145℃～165℃，反应压力在0.55～0.70MPa；尿素深度水解制氨系统使用的蒸汽源可以为电厂中压供热蒸汽，汽源压力约3.5MPa，温度420℃二经过减温减压装置得到压力0.5～0.8MPa，温度150℃～170℃的蒸汽，供水解系统使用。6.根据权利要求1所述的用于烟气脱硝尿素水解反应器的水解反应器所采用的尿素水解制氨工艺，其特征在于：尿素水解制氨工艺由尿素储运、尿素溶解、尿素溶液输送、尿素预热系统、尿素水解制氨系统、以及疏水回收水箱及疏水泵等辅助设备组成组成。7.根据权利要求6所述的用于烟气脱硝尿素水解反应器的尿素溶液预加热器，其特征在于：预加热器可以采用管壳式换热器或板式换热器，对于管壳式换热器，尿素溶液在管侧流动，水蒸汽在壳侧冷凝，对于板式换热器则一侧为尿素溶液另一侧为蒸汽；预热器的换热面积应满足尿素溶液从室温加热至接近反应温度（130℃）所需的换热面积的150%，加热蒸汽的温度为135℃～140℃。8.根据权利要求6所述的用于烟气脱硝尿素水解反应器的尿素溶液预加热器，其特征在于：预热器的冷凝水通过预热器底部的疏水口经疏水阀排至疏水回收水箱（与升膜自循环尿素水解反应器的回收凝结水共用）；疏水箱的回收水可以用于尿素的溶解或其他用途。9