一种利用疏水余热的尿素水解反应器及其尿素水解方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A urea hydrolysis reactor using the waste heat of hydrophobic water and the method of urea hydrolysis

【技术实现步骤摘要】
一种利用疏水余热的尿素水解反应器及其尿素水解方法
本专利技术涉及环保
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术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。本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术利用疏水余热的尿素水解反应器的一个实施例，所述集箱包括箱体，所述箱体由隔板分隔形成彼此分隔的蒸汽进口区和疏水出口区，所述蒸汽进口区设置有蒸汽进口并且与换热管的入口端相连，所述疏水出口区设置有疏水出口并且与换热管的出口端相连。本专利技术的另一方面提供了一种尿素水解方法，采用上述利用疏水余热的尿素水解反应器进行尿素的水解。根据本专利技术尿素水解方法的一个实施例，所述尿素水解方法包括以下步骤：通过尿素溶液进口通入预定量的尿素溶液并在壳体内形成下部的液相区和上部的气相区；通过集箱的蒸汽进口向换热管中通入蒸汽对尿素溶液进行加热并通过集箱的疏水出口导出疏水；持续通过尿素溶液进口通入尿素溶液并利用预热段中流过的疏水进行预热，收集尿素溶液经换热管中蒸汽进一步加热后水解产生的氨气。根据本专利技术尿素水解方法的一个实施例，通过尿素溶液进口进入预热段的尿素溶液的温度为～40℃，经过预热段之后进入壳体下部的液相区的尿素溶液的温度为70～90℃，经换热管进一步加热的尿素溶液的温度为140～160℃。根据本专利技术尿素水解方法的一个实施例，通过集箱的蒸汽进口进入集箱和换热管的蒸汽温度为170～180℃，流经换热管后冷凝的疏水温度为170～180℃，流经预热段之后通过集箱的疏水出口流出的疏水温度为120～130℃。根据本专利技术尿素水解方法的一个实施例，所述方法还包括定期清除壳体中不溶于水的固体沉积物和悬浮物以及将尿素溶液彻底排尽进行检修的步骤。与现有技术相比，本专利技术将疏水余热利用与尿素水解反应器进行一体化设计，即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，最大程度地提高尿素溶液的进液温度，从而减少尿素水解反应器的加热蒸汽耗量，减少系统运行成本和投资成本。附图说明图1示出了根据本专利技术示例性实施例的利用疏水余热的尿素水解反应器的结构示意图。附图标记说明：1-壳体、11-气体出口、12-液面排污口、13-底部排污口、14-紧急排放口、2-换热管束、21-换热管、22-支撑隔板、23-预热段、231-包壳、232-折流板、233-尿素溶液进口、3-集箱、31-箱体、32-隔板、33-蒸汽进口、34-疏水出口。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。在下文中，先对本专利技术的利用疏水余热的尿素水解反应器进行详细说明。图1示出了根据本专利技术示例性实施例的利用疏水余热的尿素水解反应器的结构示意图。如图1所示，根据本专利技术的示例性实施例，所述利用疏水余热的尿素水解反应器包括壳体1、换热管束2和集箱3。本专利技术的尿素水解反应器为卧式管壳式压力容器，壳侧走高浓度的尿素溶液，管侧走饱和蒸汽。具体地，壳体1的内部空间包括下部的液相区和上部的气相区。实际上，壳体1内的尿素溶液维持一定液位高度而将内部空间分割为上下两部分，也即壳体下部的液相区和上部的气相区之间是通过设定液位面分隔的，设定液位面应高于换热管束2的顶面以使换热管束2完全浸没在尿素溶液中。换热管束2包括换热管21、支撑隔板22和预热段23，换热管21通过支撑隔板22设置在壳体1的液相区内，换热管21的入口端和出口端分别与布置在壳体1外侧的集箱3的蒸汽进口33和疏水出口34相连通。也即，集箱3布置在壳体1外侧并用于向换热管21中输入蒸汽和导出疏水。其中，集箱3包括箱体31，箱体31由隔板32分隔形成彼此分隔的蒸汽进口区和疏水出口区，蒸汽进口区设置有蒸汽进口33并且与换热管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用疏水余热的尿素水解反应器，其特征在于，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；/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用疏水余热的尿素水解反应器，其特征在于，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。


2.根据权利要求1所述利用疏水余热的尿素水解反应器，其特征在于，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。


3.根据权利要求1所述利用疏水余热的尿素水解反应器，其特征在于，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。


4.根据权利要求1所述利用疏水余热的尿素水解反应器，其特征在于，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。


5.根据权利要求1所述利用疏水余热的尿素水解反应器，其特征在于，所述集箱包括箱体，所述箱体由隔板分隔形成彼此分隔的蒸汽进口区和疏水出口区，所述蒸汽进口区设置有蒸汽进口并且与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小勤，杨威，金黄，彭俊，付平，周松锐，季敏东，
申请(专利权)人：东方电气集团东方锅炉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51