一种循环扰动尿素水解装置及操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种循环扰动尿素水解装置，包括装置壳体、换热管束和循环管道，装置壳体上开设有尿素溶液入口、产品气出口、循环液入口和循环液出口。换热管束的一端设于装置壳体内，另一端设于装置壳体外。循环管道的一端与循环液入口连接，循环管道的另一端与循环液出口连接，循环管道上还设有循环泵。本发明专利技术依靠尿素溶液循环流动，防止尿素水解的副产物和杂质沉积在装置壳体和换热管束上，提高装置的稳定性，同时，循环流动会扰动尿素溶液，加速氨气扩散逸出，提高尿素水解的效率。本发明专利技术还提供了循环扰动尿素水解装置的操作方法，并对尿素水解的温度和压力进行了控制，能够进一步提高尿素水解的效率。

A circulating disturbance urea hydrolysis unit and its operation method

The invention discloses a circulating disturbance urea hydrolysis device, which comprises a device shell, a heat exchange tube bundle and a circulating pipeline. The device shell is provided with a urea solution inlet, a product gas outlet, a circulating liquid inlet and a circulating liquid outlet. One end of the heat exchange tube bundle is arranged in the device shell and the other end is arranged outside the device shell. One end of the circulation pipeline is connected with the circulation liquid inlet, the other end of the circulation pipeline is connected with the circulation liquid outlet, and the circulation pipeline is also provided with a circulation pump. The invention relies on the circulating flow of urea solution to prevent the byproducts and impurities of urea hydrolysis from depositing on the device shell and heat exchange tube bundle, improve the stability of the device, at the same time, the circulating flow will disturb the urea solution, accelerate the diffusion and escape of ammonia gas, and improve the efficiency of urea hydrolysis. The invention also provides the operation method of circulating disturbance urea hydrolysis device, and controls the temperature and pressure of urea hydrolysis, which can further improve the efficiency of urea hydrolysis.

【技术实现步骤摘要】
一种循环扰动尿素水解装置及操作方法
本专利技术涉及火电厂烟气脱硝
，特别是一种循环扰动尿素水解装置及操作方法。
技术介绍
火电厂烟气中含有大量的氮氧化物，氮氧化物在阳光的作用下会生成光化学烟雾，造成严重的大气污染，因此必须对烟气进行脱硝处理，去除其中的氮氧化物；氨气是烟气脱硝中最常用的还原剂，能够将氮氧化物还原成无害的氮气。氨气或液氨储存运输非常不便，并且液氨易燃易爆，存在安全隐患，因此需要有相应的制氨方法配合火电厂烟气脱硝。尿素水解法是一种常用的氨气制备方法，尿素溶液在加热条件下易发生水解，生成氨气和二氧化碳，尿素性质稳定无毒，运输和储存不需要特殊要求，是制氨的理想材料。但在实际生产过程中，火电厂为降低制氨成本，选用的尿素中含有较多的杂质，为了保证尿素水解的反应速率，尿素水解装置中需要维持一定的尿素溶液浓度和反应温度，随着尿素溶液不断蒸发和水解，尿素溶液中携带的杂质以及副反应产物如氨基甲酸盐在水解装置中逐渐富集，一方面会导致水解装置内结垢，另一方面会使反应液腐蚀性增强，破坏水解装置。多个项目运行经验表明，在运行几个月后，水解装置壳体底部以及换热管束上会形成一层明显的灰色或黑色垢层，甚至可能堵塞液相管口，使得水解反应效率明显降低，需要停机人工清理，严重影响尿素水解效率，甚至破坏水解装置的稳定性。另外，尿素水解产生的氨气易溶于水，氨气溶解在反应液中，扩散较慢，根据化学平衡移动原理，反应液中氨气浓度增高会导致尿素水解速度减慢，也会降低尿素水解效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种循环扰动尿素水解装置，能够防止水解装置壳体和换热管束结垢，去除尿素水解的副反应产物和杂质，并加速生成的氨气扩散，提高尿素水解的效率和水解装置的稳定性。本专利技术还提供了循环扰动尿素水解装置的操作方法，并对尿素水解的反应温度和压力进行控制，进一步提高尿素水解的效率。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：循环扰动尿素水解装置，包括装置壳体、换热管束和循环管道，所述装置壳体上开设有尿素溶液入口、产品气出口、循环液入口和循环液出口，其中产品气出口位于装置壳体的顶部，尿素溶液入口和循环液入口位于装置壳体的底部，循环液出口位于装置壳体的侧面中部。所述换热管束的换热部分插入装置壳体内，换热管束的另一端设于装置壳体外，便于换热流体进出。所述循环管道的一端与循环液入口连接，循环管道的另一端与循环液出口连接，循环管道上还设有循环泵，装置壳体内的循环液在循环泵的作用下在装置壳体和循环管道内进行循环。循环扰动尿素水解装置还包括布液管，所述布液管设于装置壳体内，布液管为两端封闭的长管，布液管的管壁上开设有若干布液口和进液口，布液管的进液口与循环液入口连接，布液管能够使流回装置壳体内的尿素溶液分布更加均匀，提高尿素水解的反应效率。如上所述，尿素本身含有较多杂质，并且尿素水解的副产物也会形成污垢，影响尿素水解，本专利技术在装置壳体上还开设有若干排污口，排污口包括底部排污口和液面排污口，所述底部排污口设于装置壳体的底部，用于排放沉积在装置壳体底部的污垢，液面排污口设于装置壳体的侧面中部，在尿素溶液填充在装置壳体中后，液面排污口位置靠近尿素溶液液面，用于排放漂浮在尿素溶液液面上的污垢。本专利技术应用于火电厂烟气脱硝中氨气的制备，尿素水解的热源可以利用火电厂低品位蒸汽的余热，大幅降低成本。换热管束的高度为装置壳体的1/3-1/2，换热管束位于装置壳体的水平轴线下方，上方留有空间，用于临时储存尿素水解生成的氨气和二氧化碳。换热管束包括蒸汽入口、冷凝水出口和若干U形换热管，蒸汽入口和冷凝水出口位于装置壳体外，分别与U形换热管的两个开口连接，用于注入高温蒸汽并将换热完成后的冷凝水排出。U形换热管的换热部位插入装置壳体内，U形换热管插入装置壳体内的长度为装置壳体总长度的1/2-3/4，该长度根据换热面积和壳体的长径比决定，根据换热面积确定换热管尺寸和总长度，对U形管换热器进行管束排布。装置壳体内液面维持在中心线，U形换热管管束的半径必须小于装置壳体的半径，保证管束下方有自由流动空间，上方也保持100mm以上的淹没高度。管束的长度不能超过装置壳体的长度，需要预留内部检修空间。换热管束插入到这一位置，既能够保证尿素水解，又不会与循环过程互相干扰，而且便于设备检修维护。为了进一步去除污垢和杂质，本专利技术还在循环管道上设置了第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器设于循环泵和循环液出口之间，对流出装置壳体的循环液进行初步过滤，去除循环液中的粒径较大的杂质和污垢，防止循环泵收到损伤，第二过滤器设于循环泵与循环液入口之间，进一步精细过滤，去除循环液中析出的盐类和油污。本专利技术中的循环液入口有两个，均设于装置壳体底部，利于尿素溶液与换热管束接触反应。本专利技术中的布液管可以有两种布置形式，一种是设置两个布液管，两个布液管的进液口分别与两个循环液入口连接，另一种是设置四个布液管，并增加连通件，每两个布液管的进液口通过连通件与一个循环液入口连接。本专利技术还提供了一种循环扰动尿素水解装置的操作方法，包括以下步骤：a、溶解尿素，调成质量浓度为30％-60％的尿素溶液，将尿素溶液由尿素溶液入口填充入装置壳体内，液面高度超过换热管束的高度；b、向换热管束中注入热流体，与装置壳体中的尿素溶液进行换热，尿素水解，生成氨气和二氧化碳，产品气由产品气出口排放，进行收集，完成氨气的制备；c、当装置壳体内出现不溶物时，开启循环泵，尿素溶液由循环液出口流出，沿循环管道经循环液入口进入装置壳体，进行循环。当装置壳体内污垢和杂质过多时，需要进行清洗，首先排空装置壳体内的溶液，由尿素溶液入口向装置壳体内注入除盐水，启动循环泵，对装置壳体和循环管道进行冲洗排污。如前所述，本专利技术利用低品位蒸汽为尿素水解供热，尿素溶液在换热完成后的温度范围为130℃-180℃，装置壳体在正常工作时压力范围为0.2MPa-0.8MPa。与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：提供了一种循环扰动尿素水解装置，依靠尿素溶液循环流动，防止尿素水解的副产物和杂质沉积在装置壳体和换热管束上，提高装置的稳定性，同时，循环流动会扰动尿素溶液，加速氨气扩散逸出，提高尿素水解的效率。本专利技术还提供了循环扰动尿素水解装置的操作方法，并对尿素水解的温度和压力进行了控制，能够进一步提高尿素水解的效率。附图说明图1是本专利技术中循环扰动尿素水解装置的结构示意图；图2是本专利技术中布液管的示意图；图3是本专利技术中一个循环液入口连接一条布液管的侧视图；图4是本专利技术中一个循环液入口连接两条布液管的侧视图。附图标记的含义：1-装置壳体，2-换热管束，3-循环管道，4-尿素溶液入口，5-产品气出口，6-循环液入口，7-循环液出口，8-循环泵，9-布液管，10-布液口，11-底部排污口，12-液面排污口，13-蒸汽入口，14-冷凝水出口，15-U形换热管，16-第一过滤器，17-第二过滤器，18-连通件。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。具体实施方式本专利技术的实施例1：如图1所示，循环扰动尿素水解装置包括装置壳体1、换热管束2和循环管道3，所述装置壳体1上开设有尿素溶液入口4、产品气出口5、循环液入口6、循环液出口7和两个排污口，其中产品气出口5位于装置壳体1的顶部，尿素溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种循环扰动尿素水解装置，其特征在于：包括装置壳体(1)、换热管束(2)和循环管道(3)，所述装置壳体(1)上开设有尿素溶液入口(4)、产品气出口(5)、循环液入口(6)和循环液出口(7)，其中产品气出口(5)位于装置壳体(1)的顶部，尿素溶液入口(4)和循环液入口(6)位于装置壳体(1)的底部，循环液出口(7)位于装置壳体(1)的侧面中部；所述换热管束(2)的一端设于装置壳体(1)内，另一端设于装置壳体(1)外；所述循环管道(3)的一端与循环液入口(6)连接，循环管道(3)的另一端与循环液出口(7)连接，循环管道(3)上还设有循环泵(8)。

【技术特征摘要】
1.一种循环扰动尿素水解装置，其特征在于：包括装置壳体(1)、换热管束(2)和循环管道(3)，所述装置壳体(1)上开设有尿素溶液入口(4)、产品气出口(5)、循环液入口(6)和循环液出口(7)，其中产品气出口(5)位于装置壳体(1)的顶部，尿素溶液入口(4)和循环液入口(6)位于装置壳体(1)的底部，循环液出口(7)位于装置壳体(1)的侧面中部；所述换热管束(2)的一端设于装置壳体(1)内，另一端设于装置壳体(1)外；所述循环管道(3)的一端与循环液入口(6)连接，循环管道(3)的另一端与循环液出口(7)连接，循环管道(3)上还设有循环泵(8)。2.根据权利要求1所述的循环扰动尿素水解装置，其特征在于：还包括布液管(9)，所述布液管(9)设于装置壳体(1)内，布液管(9)为两端封堵的长管，布液管(9)的管壁上开设有若干布液口(10)和进液口，布液管(9)的进液口与循环液入口(6)连接。3.根据权利要求1所述的循环扰动尿素水解装置，其特征在于：装置壳体(1)上还开设有若干排污口，排污口包括底部排污口(11)和液面排污口(12)，所述底部排污口(11)设于装置壳体(1)的底部，液面排污口(12)设于装置壳体(1)的侧面中部。4.根据权利要求1所述的循环扰动尿素水解装置，其特征在于：换热管束(2)的高度为装置壳体(1)高度的1/3-1/2；所述换热管束(2)包括蒸汽入口(13)、冷凝水出口(14)和若干U形换热管(15)，所述蒸汽入口(13)和冷凝水出口(14)位于装置壳体(1)外，分别与U形换热管(15)的两个开口连接，所述U形换热管(15)的U形顶点一侧插入装置壳体(1)内，且U形换热管(15)插入装置壳体(1)内的长度为装置壳体(1)总长度的1/2-3/4，U形换热管(15)整体均位于装置壳体(1)的水平轴线下方。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙路长，王争荣，王桦，吴冲，王凯亮，孙立群，张丽亚，文潇贤，
申请(专利权)人：中国华电科工集团有限公司，华电环保系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11