[发明专利]一种三相流态化尿素催化水解制氨设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用尿素制氨的工艺方法及设备，尤其涉及三相流态化尿素催化水解制氨的方法及设备，属于化工材料制备技术领域。

背景技术

目前商业化应用以尿素为原料制氨的工艺主要有尿素催化水解和尿素热解两种。尿素热解的反应速度快且安全，现场无需设置氨气储罐，但其能耗和运行费用很高；所以在油价高涨的今天，对单一用户采用时，其运行成本压力越来越大；与尿素热解相比，水解方法需要蒸汽作为热源，故多用于火电厂制取氨气，用以净化烟气中的氮氧化物,能耗较低，具有一定的优势。

已有的尿素催化水解工艺，如中国专利文献(CN 101450807A、CN 202490568 U)等均采用的是液相全混反应，反应速度较慢、需要庞大的反应器和缓冲装置，且只是利用了简单的盘管换热器，并不能充分的利用能源，造成投资和能耗较高。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种三相流态化尿素催化水解制氨设备及方法，使其进一步降低能耗，节约能源，提高设备的利用率。

本发明的技术方案如下：

一种三相流态化尿素催化水解制氨设备，该设备含有反应器本体、原料储罐、原料泵和蒸汽管道，在反应器本体内，自下而上依次设有布风板、盘管式换热器和产品气出口，其特征在于：在反应器本体内安装有喷淋器和除雾器,所述除雾器设置在喷淋器与产品气出口之间,原料储罐通过原料泵和管路与喷淋器相连；所述除雾器包括除雾器入口、偏心内筒、偏心内筒缺口、上顶板、下底板和水封槽；所述的偏心内筒与下底板连接，并通过上顶板和下底板固定安装在反应器内壁面上；所述的蒸汽管道分成两路，一路与盘管式换热器入口相连，另一路与反应器底部的蒸汽入口连接；盘管式换热器的出口分别通过管路和调节阀与原料储罐和排空管连接。

上述技术方案中，在所述布风板的中心区域布置有风帽，布置风帽的中心区域面积与其周围的环形面积之比在3：7至4：6之间；风帽的开孔率为2％～5％。

优选地，所述偏心内筒的偏心距为0.05-0.1m；偏心内筒外表面与反应器内表面之间最窄通道的流通面积为0.0015-0.003m²。

本发明的另一技术特征是：在盘管式换热器上设有肋片，肋片采用厚度相等或厚度不等的直肋片，其肋化系数在8～15之间。

本发明提供的一种三相流态化尿素催化水解制氨方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)反应器内装填以活性炭为载体的碱性颗粒催化剂，装填量30kg/m³～50kg/m³；尿素装入储罐内，并用软水进行溶解；由给料泵经喷淋器喷洒到反应器中，给料的质量百分含量为60％～80％，温度为50℃～80℃；

2)将压力为0.5～1.0MPa,温度为180～250℃的蒸汽通过蒸汽管道分成两路，一路进入盘管式换热器，对反应器内的料液进行间接加热；另一路从反应器底部进入，经布风板直接进入反应器，此路蒸汽兼作反应器的流化介质，反应器内的压力0.5Mpa～1.0Mpa，反应温度140℃～180℃；

3)经盘管式换热器换热后的余热蒸汽分两路排出，一路经管道进入原料储罐对原料进行加热，另一路经排空管排空；

4)尿素在反应器内进行催化水解反应，反应后的产物沿螺旋偏心内筒的外侧旋转，将其所夹带的液滴分离出来，液滴沿反应器壁面下流，经水封槽返回反应料层；分离后的产品气经螺旋内筒缺口(16)进入内筒，上升后从反应器出口流出。

本发明所述方法中，其特征在于：所述碱性颗粒催化剂为五氧化二钒、三氧化钨或三氧化钼中的任一种，颗粒尺度分布为1～8mm，平均粒度为5mm；堆积密度约1300kg/m3；比表面积1.5×10⁵m²/kg～2.1×10⁵m²/kg。

本发明方法中，其特征还在于：步骤3)中进入盘管式换热器蒸汽的热量占蒸汽总热量的50％～64％，经布风板直接进入反应器的蒸汽的热量占蒸汽总热量的36％～50％；从盘管式换热器换热后的余热对原料储罐内的料液进行加热，使原料储罐内尿素溶液的温度保持在50-80度之间。

本发明方法的另一技术特征在于，步骤4)中所述反应后的产物沿偏心内筒外侧旋转的平均线速度在10m/s～20m/s之间。