基本反应原理
尿素(化学式:(CO(NH_2)_2))与水((H_2O))反应,生成氨气((NH_3))和二氧化碳((CO_2))。在反应过程中,水分子中的一个氢原子((H))与尿素分子中的一个氨基((NH_2))基团发生取代反应,形成氨和尿基((OC(NH_2)_2))中的一个羟基((OH)),这是一个可逆反应,可以在适当的条件下向前或向后进行1。
反应步骤
尿素在预热器中被加热到一定温度(如121℃),然后泵入水解反应器。在反应器中,尿素与水或催化剂在特定的温度和压力下(如130 - 180℃和0.17 - 0.2MPa)进行反应,反应生成中间产物氨基甲酸((NH_2COONH_4)),然后进一步分解,生成氨气和二氧化碳。该反应通常需要加热或使用催化剂(如性物质氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH),它们能够提供氢氧根离子(OH^-),促使水的离解,从而加速水解反应的进行)来提高反应速率,因为尿素水解反应是一个缓慢的过程
脱硝领域
在电厂脱硝工程中,尿素水解制氨系统解决了液氨的装卸、运输、储存等问题。尿素溶液在水解反应器中水解产生(NH_3)、(H_2O)和(CO_2),产品气随后进入氨空气混合器后喷入烟道用作烟气脱硝的还原剂,水解器制氨备案随制随用,无需储存, 解决了电厂脱硝工程还原剂制备系统的安全隐患问题2。
合成尿素生产中的废液处理
尿素溶液储罐储存尿素溶液,设置数量可能为两只(满足一定天数如5天的系统用量,浓度为40 - 60%尿素溶液),采用SS304不锈钢制造,为立式平底结构,装有液面、温度显示仪、人孔、梯子、通风孔及蒸汽加热装置等,罐体外实施保温,设置尿素溶液伴热管道系统,基础为混凝土结构,露天放置时四周加有隔离防护栏并考虑多种现场情况变量4。
尿素溶液输送泵为不锈钢本体、碳化硅机械密封的离心泵,设两台泵一运一备,并列布置,用于将尿素溶液从储罐输送到水解反应器4。
尿素溶液(浓度约40 - 60%)被输送到尿素水解反应器内,饱和蒸汽通过盘管的方式进入水解反应器(饱和蒸汽不与尿素溶液混合,通过盘管回流),水解反应器内的尿素溶液浓度可达到40 - 60%,气液两相平衡体系的压力约为0.48 - 0.6MPa,温度约为136 - 160℃4。
水解反应器材质采用316L不锈钢,不需要额外添加压缩空气等防腐措施即满足使用需求,使用寿命不少于30年,采用撬装模块化供货,撬装模块集成与水解器本体相连的所有阀门、管道、仪表及电伴热控制系统等。水解器模块上所有尿素溶液和氨气管线均设置电伴热系统,其电伴热系统集中显示在电伴热控制柜上显示,水解器撬装模块上还集成氨气管道自动清洗吹扫装置,水解器压力、液位测点设置冗余4。
2台炉设置2台水解反应器,一用一备,水解反应器布置在尿素车间,单台水解反应器设备出力满足两台炉BMCR负荷下设计入口NOx浓度时 氨耗量,并且尿素溶液供应及尿素水解反应器的制氨能力有10%的裕量,保证机组在任何工况下尿素水解反应器能满足脱硝反应,不影响脱硝效率
在合成尿素的生产过程中,从解吸器排出的废液仍含有尿素。通过水解塔在一定条件下(如1.7MPa和200℃),经过充分的停留时间,使废液中的尿素被蒸汽水解成氨和二氧化碳,从而实现废液的净化和资源的回收3。、、
尿素溶液储存和输送系统
尿素水解系统核心 - 尿素水解反应器模块