一种带产品气处理装置的新型尿素水解系统及应用
技术领域
本发明属于环保技术领域，涉及烟气脱硝的还原剂制备装置，尤其是一种带产品气处理装置的新型尿素水解系统及应用。
背景技术
随着环保要求的不断提高，大气污染物排放浓度要求达到超低排放标准，氮氧化物的处理效率一般要求在90％左右，因此选择性催化还原法(SCR)成为脱硝最常用的工艺。SCR工艺中的还原剂有三种，液氨、尿素和氨水。其中，液氨法的脱硝运行成本最低，尿素次之，氨水最贵。
目前国内SCR烟气脱硝中85％以上采用液氨作为还原剂。但是，液氨是乙类危险化学品，存在严重的安全隐患，国能安全[2017]65号要求2017年-2019年全面强化危险化学品安全监管，国家限令整改。氨水风险低于液氨，但运输成本大。还原剂采用尿素分解，安全无毒，且易于储存。因此，国内SCR脱硝中液氨改尿素水解的工程越来越多。
尿素水解制氨工艺是利用蒸汽通过蒸汽盘管间接加热40％～60％的尿素溶液使之发生反应，尿素可以水解为氨气、二氧化碳和水蒸气。水解反应器出口的产品气为三种气体混合气，温度为140～160℃，而混合气温度在133℃以下水蒸气会产生回凝，发生逆反应，生成氨基甲酸铵。生成的氨基甲酸铵是白色晶体，会堵塞管道或设备。
因此，亟需设计一种针对尿素水解装置出口产品气的处理装置。
通过检索，尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种带产品气处理装置的新型尿素水解系统及应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种带产品气处理装置的新型尿素水解系统，所述系统包括尿素水解反应器、除雾器、产品气再热装置、产品气冷凝回水装置和冷凝水箱，所述尿素水解反应器相连通设置有产品气出口和尿素溶液进口，所述产品气出口通过除雾器与尿素水解反应器紧密相连接设置，所述产品气再热装置设置于尿素水解反应器内，该产品气再热装置设置有产品气再热装置出口、产品气再热装置进口；
所述产品气冷凝回水装置的输入端包括产品气壳程输入端和尿素溶液进口，该产品气冷凝回水装置的输出端包括产品气壳程输出端、尿素溶液出口和冷凝水出口，所述产品气出口的输出端与产品气冷凝回水装置的产品气壳程输入端紧密相连接设置，所述产品气壳程输出端与产品气再热装置进口紧密相连接设置；
所述产品气冷凝回水装置的尿素溶液进口能够与尿素溶液储罐的输出端紧密相连接设置，该尿素溶液储罐能够输出反应用尿素溶液，所述产品气冷凝回水装置的尿素溶液出口与尿素水解反应器的尿素溶液进口紧密相连接设置；
所述冷凝水出口与冷凝水箱的输入端相连接设置；
所述产品气再热装置出口能够与喷氨装置紧密相连接设置。
而且，所述除雾器为气动除雾器。
而且，所述气动除雾器包括多个旋流板。
而且，所述产品气冷凝回水装置为外置式换热器。
而且，所述产品气再热装置为内置式换热器。
如上所述的带产品气处理装置的新型尿素水解系统在烟气脱硝方面中的应用。
本发明取得的优点和效果是：
1、本发明系统带有产品气处理装置，处理装置分为三级，可以去除产品气中的液态水和气态水，且不增加额外的能耗。冷凝过程散发的热量用于加热尿素溶液。去除水后的尿素水解产品气再经过加热，不会发生副反应，不会出现堵塞设备和管道的现象。本发明系统提高了烟气脱硝过程中还原剂供应的可靠性和稳定性，可以广泛地应用于烟气脱硝过程中。
2、本发明系统对水解反应后的产品混合气进行三级处理。首先除雾器对产品气中的液态水进行气动脱除，冷凝再热，将混合气中的水蒸气冷凝出来，避免副反应发生，同时利用水蒸气冷凝放出的热量加热尿素溶液。本系统的整个冷凝回水装置和再热装置没有消耗额外能量，且节省了配置尿素溶液的水耗。再热后的混合气温度较高，不发生逆反应。该系统节水降耗、运行安全稳定。
附图说明
图l为本发明尿素水解系统的一种结构连接示意图；
图2为图1中除雾器的一种平面结构连接示意图。
具体实施方式
下面结合通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规的市售产品；本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域的常规方法。
一种带产品气处理装置的新型尿素水解系统，如图1所示，所述系统包括尿素水解反应器1、除雾器3、产品气再热装置4、产品气冷凝回水装置6和冷凝水箱10，所述尿素水解反应器相连通设置有产品气出口2和尿素溶液进口9，所述产品气出口通过除雾器与尿素水解反应器紧密相连接设置，所述产品气再热装置设置于尿素水解反应器内，该产品气再热装置设置有产品气再热装置出口5、产品气再热装置进口11；
所述产品气冷凝回水装置的输入端包括产品气壳程输入端12和尿素溶液进口7，该产品气冷凝回水装置的输出端包括产品气壳程输出端13、尿素溶液出口8和冷凝水出口14，所述产品气出口的输出端与产品气冷凝回水装置的产品气壳程输入端紧密相连接设置，所述产品气壳程输出端与产品气再热装置进口紧密相连接设置；
所述产品气冷凝回水装置的尿素溶液进口能够与尿素溶液储罐(图中未示出)的输出端紧密相连接设置，该尿素溶液储罐能够输出反应用尿素溶液，所述产品气冷凝回水装置的尿素溶液出口与尿素水解反应器的尿素溶液进口紧密相连接设置；
所述冷凝水出口与冷凝水箱的输入端相连接设置；
所述产品气再热装置出口能够与喷氨装置(图中未示出)紧密相连接设置。
尿素水解反应器内生成的产品气经过产品气出口和除雾器脱除产品气内的液态水。脱除液态水的产品气进入冷凝回水装置，和从尿素溶液储罐来的尿素溶液通过进口进行换热，产品气走壳程，尿素溶液走管程，产品气内的水蒸气在冷凝回水装置的壳程冷凝下来，冷凝为液态水，依靠重力进入冷凝水箱，这部分水可以用于配置尿素溶液。加热后的尿素溶液进入水解反应器的尿素溶液进口。
冷凝脱除气态水的产品气进入布置于水解反应器内的产品气再热装置，进行加热升温，升温后的无水产品气去喷氨装置。
在本实施例中，如图2所示，所述除雾器为气动除雾器。
较优地，所述气动除雾器包括多个旋流板31，混合气在气动力的作用下旋转碰撞，使得小液滴凝聚成大液滴，向外离心运动而回到尿素水解反应器。这种结构能有效地去除产品气内所有的液态水滴。
在本实施例中，所述产品气冷凝回水装置为外置式换热器，产品气走壳程，尿素溶液走管程，加热后的尿素溶液进入尿素水解反应器，冷凝后的混合气进入再热装置。
在本实施例中，所述产品气再热装置为内置式换热器，放置于水解反应器内部，管程为冷凝后不含水蒸气的产品混合气，与水解反应器上部未冷凝的混合气换热，将未冷凝的混合气预冷凝。
本发明带产品气处理装置的新型尿素水解系统的一种工作原理如下：
本系统包括尿素水解反应器、除雾器、产品气的冷凝回水装置和产品气再热装置及冷凝水箱，本系统对产品气进行三级处理。尿素溶液吸收热量水解产生氨气、二氧化碳和水蒸气的混合气，混合气先经除雾器除去携带的液滴，再经冷凝回水装置去除水蒸气，然后进入再热装置进行加热，加热后的混合气去喷氨系统使用。高温混合气降温和水蒸气冷凝放出的热量对尿素溶液进行预热，水解反应器中的再热装置对降温后的混合气进行再热，避免低温混合气发生逆反应生成氨基甲酸铵。混合气中的水蒸气冷凝后自流进入冷凝水箱，用于配置尿素溶液。整个冷凝回水装置和再热装置没有消耗额外能量，且节省了配置尿素溶液的水耗。再热后的混合气温度较高，不发生逆反应。该设备节水降耗、运行安全稳定。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。
