[发明专利]一种利用疏水余热的尿素水解反应器及其尿素水解方法

说明书

本发明公开利用疏水余热的尿素水解反应器及其尿素水解方法，反应器包括壳体、换热管束和集箱，壳体的内部空间包括下部的液相区和上部的气相区；换热管束包括换热管、支撑隔板和预热段，换热管通过支撑隔板设置在壳体的液相区内，换热管的入口端和出口端分别与布置在壳体外侧的集箱的蒸汽进口和疏水出口相连通，预热段的入口处设置有尿素溶液进口且预热段的出口通向壳体的液相区。方法利用上述反应器进行尿素水解。本发明将疏水余热利用与尿素水解反应器进行一体化设计，通过在尿素水解反应器内部设置进液预热段，利用即将排出尿素水解反应器的疏水对进入反应器内的尿素溶液进行预热，提高尿素溶液的进液温度，减少加热蒸汽耗量，减少系统运行成本和投资成本。

技术领域

本发明涉及环保技术领域，更具体地讲，涉及一种利用疏水余热的尿素水解反应器及其尿素水解方法。

背景技术

尿素制备脱硝还原剂是一种比液氨更安全的工艺方法，有尿素热解和尿素水解两种制备技术，其中尿素水解技术相对能耗低、工艺系统简单、容易实施，在电厂烟气脱硝工程中应用较多。尿素水解制氨技术的原理是通过热源加热一定质量浓度的尿素溶液，在一定温度和压力条件下尿素与水发生反应生成气态的NH₃和CO₂，其产氨量与尿素溶液的浓度、反应温度和反应停留时间正相关，其中反应温度影响最大。足够的反应温度是提高尿素水解反应速率的关键，但过高的温度不仅造成能源浪费和产生腐蚀风险，而且增加了设备投资成本。一般火电厂烟气脱硝采用尿素水解制氨工艺时，加热蒸汽通常引接电厂0.8～1.2MPa、～300℃的辅助蒸汽，经减温减至一定压力下的饱和蒸汽后再进入尿素水解反应器中加热高浓度的尿素溶液(40～60％质量浓度)。水解反应器一般采用卧式管壳式结构的压力容器，尿素溶液走壳程，加热蒸汽走管程，饱和蒸汽在流经管束的过程中释放大量潜热加热管外的尿素溶液至尿素水解反应温度后，凝结为饱和疏水直接排出水解反应器外。

尿素水解反应为吸热反应，需要消耗大量的蒸汽，为了减少系统能耗，通常对蒸汽疏水余热进行回收利用。疏水余热回收利用目前主要有两种方式，一是将疏水集中回收后作为尿素溶液制备系统的补充水或伴热热源；二是增配热交换器，将尿素水解反应器排放的疏水与即将进入水解反应器的尿素溶液进行换热，以利用疏水余热提高尿素溶液进口温度。这两种方式均能一定程度利用疏水余热，但热效率并不高，而且增加了疏水回收利用的相关设备、管路、阀门、仪器仪表等，系统复杂，相应增加了投资和运维成本。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种充分利用疏水余热并且能够减少系统运行成本和投资成本的尿素水解反应器及其尿素水解方法。

本发明的一方面提供了一种利用疏水余热的尿素水解反应器，所述尿素水解反应器包括壳体、换热管束和集箱，所述壳体的内部空间包括下部的液相区和上部的气相区；所述换热管束包括换热管、支撑隔板和预热段，换热管通过支撑隔板设置在壳体的液相区内，换热管的入口端和出口端分别与布置在壳体外侧的集箱的蒸汽进口和疏水出口相连通；

其中，所述预热段布置在换热管的出口端并形成由包壳围成的半封闭式结构，预热段的入口处设置有尿素溶液进口且预热段的出口通向壳体的液相区。

根据本发明利用疏水余热的尿素水解反应器的一个实施例，所述壳体的顶壁上设置有气体出口和维修人孔，壳体的底壁上设置有远离尿素溶液进口的底部排污口和紧急排放口，壳体的侧壁上设置有液面排污口。

根据本发明利用疏水余热的尿素水解反应器的一个实施例，所述壳体下部的液相区和上部的气相区之间通过设定液位面分隔，所述设定液位面高于换热管束的顶面。

根据本发明利用疏水余热的尿素水解反应器的一个实施例，所述预热段内还间隔设置有若干个交错布置的折流板，通过尿素溶液进口进入预热段的尿素溶液在所述折流板之间相对于换热管出口端内的疏水逆向迂回流动。