电厂尿素热解和水解工艺研究

首先用斗式提升机将尿素输送到装有除盐水的溶解罐,溶解形成50%的尿素溶液(需要外部加热,溶液温度保持在40℃以上),通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐。

尿素溶液经由给料泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室,在600℃,0.1MPa的条件下分解,生成NH3,H2O和CO2,稀释空气经加热后也进入分解室,与生成的分解产物氨气和二氧化碳混合,经充分混合后由氨喷射系统进入脱硝烟道。

尿素的热解反应如下[6]:

2.2尿素热解系统在运行工程中存在的问题

尿素热解工艺在使用过程中也存在一些问题。由于采用尿素热解法,尿素热解设备和管道应注意保温,尤其是在北方地区。在实际操作中如果不加伴热带(电伴热或者蒸汽伴热)在尿素输送过程中会发生结晶现象。另外尿素溶液在热解室里的停留时间太短,未分解的尿素也会在热解室的尾部形成结晶[7]。

在烟气脱硝系统投运初期,在喷氨格栅管道手动阀前后段有大量的蜂窝状的沉积物,这不仅影响尿素的使用效率,而且还影响到脱硝系统运行的安全和稳定性。

稀释风的温度太低、流量大再加上系统需氨量大,尿素热解需求的热量大,所以尿素热解装置在运行过程中能耗较大。

3尿素水解技术

尿素水解制氨技术是在1999年就开始在国外应用于锅炉烟气脱硝工程中,但是该技术在电厂烟气脱硝中应用较少,在化工行业中应用比较普遍。

3.1主要工艺流程

斗提机将尿素输送到尿素溶解罐,经搅拌器的搅拌溶解形成60%的尿素溶液,混合泵再将溶液送到尿素溶液储罐,尿素溶液经输送泵送至水解反应器,饱和蒸汽通过管束进入水解反应器,尿素溶液在150~250℃,1.5~3.0MPa下发生分解反应,转化成二氧化碳和氨气,水解后的残留液体回收到系统设备中重复利用,以减少系统的热损失。

尿素水解产生的氨气和二氧化碳进入缓冲罐,再由缓冲罐输送到锅炉的喷氨系统进行脱硝[8]。工艺流程图如图2所示。

图2尿素水解工艺流程图

尿素水解反应方程式[9]:

第一步:尿素和水反应生成氨基甲酸铵,此反应为微放热反应,反应速度较慢。

第二步:氨基甲酸铵分解生成氨气和二氧化碳,此反应为强吸热反应,反应迅速。

3.2尿素水解在运行过程中存在的问题

尿素在水解过程中会产生一些酸性物质(如氨基甲酸铵等),氨基甲酸铵会破坏不锈钢表面的氧化薄膜,使管道的腐蚀速度加快,当温度超过190℃时,一般的不锈钢材料会遭受严重腐蚀。

尿素溶液受热会产生固体沉积物,这种沉积物主要是由凝结的尿素和分解副产物缩二脲组成。当温度超过133℃高活性的中间产物HNCO就会和尿素反应生成缩二脲,这是造成尿素水解系统易产生堵塞的原因之一。

因此,最好选择较低的质量浓度的尿素水溶液,并且在系统停车时要对尿素溶解槽缓冲罐到水解器这一段管路进行清洗,如果冲洗不完全,当温度升高时会造成该段管路堵塞且不易疏通,一般需要更换管道[10,11]。

在尿素水解过程中产生酸性物质会对设备造成腐蚀,而水解反应器温度较高,因此更易受到腐蚀而造成泄漏现象,再加上水解反应器中压力较高,在运行过程中存在极大的安全隐患。

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