一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器制造技术

本发明专利技术涉及火电厂烟气脱硝技术领域，尤其涉及一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器，包括横截面为方形的水解反应器壳体和布置在水解反应器壳体外部的氨缓冲罐，水解反应器壳体的氨气出口、安全阀出口与氨缓冲罐的入口连接，所述水解反应器壳体内固定有加热盘管簇，加热盘管簇的上下两侧均设置有一催化剂层，所述催化剂层为金属网状催化剂层，所述金属网状催化剂层包括网状骨架和负载在网状骨架上的催化剂，本发明专利技术的反应器结构紧凑、安全灵活、成本低且易检修维护。本低且易检修维护。本低且易检修维护。

【技术实现步骤摘要】
一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器


[0001]本专利技术涉及火电厂烟气脱硝
，具体为一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器。

技术介绍

[0002]尿素水解制氨工艺是尿素溶液在压力釜中发生水解，生成氨气/二氧化碳/水。尿素水解技术来源于化工行业尿素生产中的废液回收工艺，应用于火电厂SCR烟气脱硝还原剂制备工艺时，需要面对不同的工艺流程、不同的运行环境和操作参数，其工艺设计具有显著的差别。
[0003]如图1所示，传统的水解反应器一般采用釜式结构，釜体截面为圆形，反应液液位位于釜体中部，液位下方为氨反应区，加热盘管均布置在氨反应区内，液位上方为氨缓冲区，氨气出口位于氨缓冲区上部。现有水解装置在使用过程中，出现的普遍问题是反应器体积大、负荷响应速率慢、水解中间产物堵塞排污管等。尿素水解反应速率较慢，为满足SCR用氨需求，需要提高水解反应温度或是增大反应器容积。尿素水解过程中会生成一些酸性物质(如氨基甲酸铵等)，会严重腐蚀不锈钢管道表面的氧化膜，腐蚀程度随着温度的升高而升高，因此提高反应温度会增大腐蚀速率。增大反应器容积，一方面会提高制造成本，另一方面由于反应器内的尿素溶液具有很大的热惯性，会导致水解反应器变负荷响应时间延长，机组变负荷期间氮氧化物排放超标。
[0004]加入催化剂能够提高水解反应速率，从而降低反应温度，减小反应器容积，并能够减小设备腐蚀和提高变负荷响应速率。学者们开发了一系列非金属材料、金属、金属氧化物以及金属混合氧化物作为尿素水解催化剂，大大提高了水解效率和速率。如专利CN201310344322.3公开了一种尿素催化水解的方法及装置，通过在尿素水解反应器中加入不同配比的磷酸氢二铵和磷酸二氢铵作为催化剂，但这种液体催化剂与反应液直接混合，损耗较大，需要随时补充，并且会导致废水中含有磷化合物，直接排放会造成水体富营养化。又如专利CN202110553273.9公开了一种利用纳米氧化铝催化尿素水解的方法，以纳米氧化铝为催化剂，在水解反应器内进行尿素催化水解反应，并在水解反应器下部安装有蒸汽喷射系统。专利202023134049.6公开了一种SCR脱硝尿素非均相催化水解制氨的系统，采用固定床列管式反应器，球形催化剂颗粒装填在列管内，尿素溶液经喷淋装置喷射进入非均相水解反应器中。上述方法均采用固体非均相催化剂，将氧化铝粉末或球形颗粒加入反应液中，解决了液体催化剂易损耗的问题，但固相催化剂接触面积小，催化效率有待进一步提高。
[0005]增加催化剂后，水解反应器的结构需要进行重新设计。如专利CN201510487560.9公开了一种双气室加热的尿素催化水解反应器及方法，包括反应室和排污室双气室,通过定期升高反应室的液位，将上层含污液体排入排污室，排污液体在排污室中进行二次分解后再排出。又如专利CN201720817064.X公开了一种脱硝用立式尿素复合催化水解反应器，反应器外壳上部安装有液体分布装置，液体分布装置下方安装有降膜分布装置，可以在不
用催化剂、使用液体催化剂、使用固体催化剂三种功能之间切换。但上述两种结构设计仍存在体积大、催化剂与反应液接触不够充分等问题，而且立式反应器结构不利于氨气的扩散逸出。
[0006]催化剂能够加快水解反应速率，但对传热过程影响较小，因此尿素催化水解反应器在减小体积的同时需要平衡盘管加热面积的大小，确保在缩小的反应器结构内布置足够数量的加热盘管。另一方面，现有的水解反应器内均设有氨缓冲区，虽然提高了变负荷的响应能力，但显著增大了反应器的体积，同时氨缓冲区与反应区直接连接会降低系统运行的灵活性。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器，结构紧凑、安全灵活、成本低且易检修维护。
[0008]本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器，包括横截面为方形的水解反应器壳体和布置在水解反应器壳体外部的氨缓冲罐，水解反应器壳体通过氨气出口和安全阀与氨缓冲罐的入口连接，所述水解反应器壳体内固定有加热盘管簇，加热盘管簇的上下两侧均设置有一催化剂层，所述催化剂层为金属网状催化剂层，所述金属网状催化剂层包括网状骨架和负载在网状骨架上的催化剂。
[0009]进一步的，所述氨缓冲罐为立式结构，所述氨缓冲罐具有绝热保温层。
[0010]进一步的，所述水解反应器壳体的工作压力为0.4Mpa
‑
0.6Mpa，所述氨缓冲罐的工作压力为0.3Mpa
‑
0.4Mpa。
[0011]进一步的，所述网状骨架为金属铝丝织成的单层网状结构，所述网状骨架的空隙率小于2mm。
[0012]进一步的，所述单层网状结构的节点处采用热熔搭接。
[0013]进一步的，所述催化剂为氧化铝，所述催化剂的负载量为摩尔比5％
‑
10％。
[0014]进一步的，所述催化剂通过浸渍法负载在网状骨架上，具体的，将网状骨架浸渍在催化剂悬浊液中并加热，浸渍完成后烘干，得到金属网状催化剂层。
[0015]进一步的，所述水解反应器壳体的氨气出口内还设置有除雾器；所述水解反应器壳体外还设置有液位计，液位计用于测量水解反应器壳体内部尿素溶液的液位，水解反应器壳体通过安全阀与氨缓冲罐的入口连通。
[0016]进一步的，所述水解反应器壳体一侧设置有堵头，所述加热盘管簇通过堵头固定在水解反应器壳体内。
[0017]进一步的，所述堵头的横截面为方形。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术提供一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器，在水解反应器壳体中设置两层催化剂层，并且催化剂层为金属网状催化剂层，金属网状催化剂层的比表面积大，能够显著增大催化剂与反应液的接触面积，提高催化效率。另一方面，金属网状催化剂比粉末状、球状催化剂易固定和更换，解决了固体催化剂难以补充的问题，同时与液体催化剂磷酸氢铵或磷酸氢二铵相比，不会产生含磷化合物，对反应器排污过程无影响；
[0020]本专利技术提供的一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器，将水解反应器壳体的横
截面由传统的圆形调整为方形，当圆截面直径与方形截面边长相等时，方形截面的面积要显著大于圆截面，因此在保证水解反应器占地面积不变的前提下，采用方形截面能够提高布置加热盘管簇的空间的体积，从而确保在缩小的反应器结构内布置足够数量的加热盘管簇。
[0021]本专利技术提供的一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器，水解反应器壳体中不设置氨缓冲区，尿素溶液完全充满水解反应器，可减小水解反应器体积50％以上，同时为保证变负荷过程中氨气输送压力的稳定，在水解反应器外部增加氨缓冲罐，氨缓冲罐的入口与水解反应器壳体的氨气出口、安全阀出口相连接，氨缓冲罐可同时与多台水解器联用。将氨缓冲区由水解反应器内部移到外部后，氨反应区与氨缓冲区相分离，水解反应器操作灵活性显著提高，当SCR系统需要紧急停机时可快速切断水解反应器，多余的氨气均送入氨缓冲罐中存储，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器，其特征在于，包括横截面为方形的水解反应器壳体(4)和布置在水解反应器壳体(4)外部的氨缓冲罐(14)，水解反应器壳体(4)通过氨气出口(12)和安全阀(13)与氨缓冲罐(14)的入口连接，所述水解反应器壳体(4)内固定有加热盘管簇(7)，加热盘管簇(7)的上下两侧均设置有一催化剂层(6)，所述催化剂层(6)为金属网状催化剂层，所述金属网状催化剂层包括网状骨架和负载在网状骨架上的催化剂。2.根据权利要求1所述的一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器，其特征在于，所述氨缓冲罐(14)为立式结构，所述氨缓冲罐(14)具有绝热保温层。3.根据权利要求1所述的一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器，其特征在于，所述水解反应器壳体(4)的工作压力为0.4Mpa
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0.6Mpa，所述氨缓冲罐(14)的工作压力为0.3Mpa
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0.4Mpa。4.根据权利要求1所述的一种外置氨缓冲区的尿素催化水解反应器，其特征在于，所述网状骨架为金属铝丝织成的单层网状结构，所述网状骨架的空隙率小于2mm。5.根据权利要求4所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向宇，向小凤，刘雯，王志超，张喜来，方顺利，郭洋洲，刘家利，姚伟，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：