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尿素水解反应器

尿素水解反应器

  • 尿素水解反应器

尿素水解制氨技术以其高安全性、运行经济性为优势,逐渐成为脱硝还原剂制备技术的技术方案。希柯中立环保公司的尿素水解制氨技术因采用模块化供货,工期短、技术可靠,已经在全国多台脱硝系统中使用,占据国内尿素水解制氨系统的很多市场份额。
尿素水解制氨的工艺流程图:

6.png尿素水解制氨反应器撬装模块现场:

3.jpg

2.jpg

尿素水解制氨的主要特点:

高安全性:不用运输、装卸、储存液氨等危险化学品,厂区内无重大危险源。
运行经济:相对于尿素热解制氨方案,2×300MW机组年节省运行费用约300万元,2×600MW机组年节省运行费用约500万元。

素水解系统布置于锅炉SCR脱硝反应器区域时,每台锅炉设置1台水解反应器,在水解反应器附近布置1台疏水箱和2台疏水泵(1运1备)。每台水解反应器设置1台废水箱和2台废水泵用于水解反应器压力泄放及排污,废水箱内溶液将不再返回水解反应器,废水箱和废水泵应采用不锈钢。
当尿素水解系统布置在尿素溶解车间时,应将水解反应器泄放阀开启时排出之反应器内液体导入尿素溶液储罐。反应器内液体会被尿素溶液储罐内的尿素溶液吸收,此过程中氨气释放量极少,不会造成风险。对于多台炉情况下,推荐采用此共用制方式进行布置,水解反应器间可以互相备用。
脱硝
脱硝
图2.典型尿素热解工艺系统图


4.jpg三、尿素水解法与热解法的比较
(一)技术比较
(1)就公用系统部分(尿素车间)而言,尿素水解与热解制氨工艺的尿素车间大致相同,均需要尿素颗粒储存、尿素溶液配制、溶液储存及输送等环节。
(2)由于尿素热解后分解成一个氨气分子和一个异氰酸分子,而异氰酸在热解室的环境条件下难以分解为氨气,故热解系统尿素转化为氨的转化率较水解系统低。尿素热解技术的主要问题是其消耗的能源量大,运行成本偏高。由于热解炉内流场、温度分布不均导致热解炉内尿素转化率低,副反应复杂,尿素消耗量大。同时需注意绝热分解室内温度如非更佳温度,有可能将尿素转化为NOx。
(3)水解系统中,尿素的杂质留在液相中,通过排污排出,因此产生的气态氨是纯净的。热解系统中,尿素中的不可燃杂质(如铁、镍化合物)将进入烟气中并进入SCR系统。
(4)尿素水解反应会生成一些中间产物,它们在特定的条件下会发生聚合,但是尿素水解工艺过程中的条件是远离聚合条件的,因此不会产生聚合堵塞问题。
(5)尿素水解反应器为压力容器,若泄漏会出现少量氨气泄漏。即使水解反应器或管道发生泄漏,因其中氨气量很少,且其中大部分NH3会和CO2反应,因此对环境和健康的影响很小。需说明,水解反应器的设计制造都是符合有关规范的,并有多种措施防止其超压,基本不会发生泄漏问题。如对U2A®水解反应器,当其达到指定压力时,其蒸汽盘管内将通入冷却水或水解反应器泄放阀开启将反应器内物质排入常压废水箱以降低压力防止安全阀动作。
热解炉为常压设备,系统中无氨的驻留,无氨泄漏问题。
(6)水解系统对氨气需求信号的响应时间为1-2分钟,热解系统的响应时间为5-30秒,比前者快。不过,由于水解反应器蒸汽空间有一定的氨气储存量可起缓冲作用,因此可部分弥补水解反应器响应时间长的缺点,根据现有运行机组的考察,此问题已经解决。
(7)尿素水解制氨反应器蒸汽供热后的蒸汽冷凝水可送至尿素车间供尿素溶液配制循环使用,从而降低尿素水解制氨工艺运行成本。
(二)关于核心设备材质及安全性
(1)尿素热解过程由于远离腐蚀性条件,其热解炉材质要求较低,可以采用碳钢材质即可满足使用要求,相应工程造价较低。
(2)尿素水解工艺由于存在尿素中间产物氨基甲酸铵,氨基甲酸铵属于强腐蚀性物质,因此水解反应器材质选择要求不低于316L,相应工程造价较高。
(3)尿素水解工艺的关键设备是尿素水解反应器,该设备整体采用316L不锈钢,尿素水解反应器工作温度控制在130~158℃、工作压力控制在0.45~0.65MPa时,316L不锈钢可满足防腐要求。
(4)尿素水解反应器材质也采用316L不锈钢材料,该材料能够满足防腐的要求。
(5)对于尿素水解制氨,无论是国产还是进口设备,其尿素水解反应器是一个压力容器,工作温度温度小于160℃,工作压力小于0.7MPa。该反应器有可靠的计算机保护系统(DCS系统)。尿素水解反应器本身是模块式装置,没有任何转动设备,尿素水解反应器易于密封,尿素水解反应器不存在自身泄漏氨的问题。
(6)关于尿素水解及热解系统运行的安全及可靠性:根据《火力发电厂烟气脱硝设计技术规程》专题报告二《尿素制氨工艺研究报告》尿素热解及水解两种工艺在国外均有较多业绩;国电青山电厂为国内应用尿素水解制氨工艺(进口装置);国产尿素水解制氨工艺目前已在内蒙东胜及金堂电厂应用,均于2012年底左右投运,目前运行稳定。综合而言两种工艺均有应用业绩。
(三)运行经济性
尿素热解和水解技术都是较成熟的烟气脱硝还原剂制备技术,在国内外均有大量的运行业绩,都能满足烟气脱硝对还原剂的需求。尿素热解制氨技术初投资稍低,但运行费用更高;尿素水解工艺初投资稍高,运行费用较热解工艺大幅低降低。

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