一種尿素熱解制氨的流化床反應器的製造方法

2023-05-24 03:53:21

一種尿素熱解制氨的流化床反應器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種尿素熱解制氨的流化床反應器，包括反應器本體，反應器本體的下部設置有用於通入空氣或者煙氣的氣體入口，反應器本體的上部設置有反應產物出口；反應器本體的側面開設置有若干用於向反應器本體內通入尿素溶液的溶液入口；反應器本體的外側自上而下有若干組加熱電阻絲包裹，且每組加熱電阻絲分別連接有相應的控溫裝置。本發明在反應器本體的側面開設用於通入尿素溶液的溶液入口，同時在反應器本體外側安裝用於給反應器加熱的加熱電阻絲，可以使尿素在反應器內熱解轉化，因此本發明成本低，控制簡單，不會產生二次汙染。
【專利說明】一種尿素熱解制氨的流化床反應器
【技術領域】
[0001]本發明屬於煙氣脫硝領域，涉及將尿素溶液熱解從而產生脫硝還原劑---氨氣的反應器，具體涉及一種尿素熱解制氨的流化床反應器。
【背景技術】
[0002]我國以燃煤為主的發電模式導致了大量氮氧化物(NOx)的產生，目前電廠中脫硝的主要手段為選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)。在脫硝過程中，廣泛使用的還原劑氨氣(NH3)主要來源於液氨、氨水和尿素。其中，液氨和氨水屬於危險化學品，一旦洩漏可能導致燃燒和爆炸等危險發生，因此在運輸、儲存方面都有嚴格的規定和要求，使用方便性受到限制。相比於液氨和氨水，尿素具有無毒無害、易於運輸和儲存的優點。
[0003]對於通過尿素製取氨氣的方法主要有熱解法和水解法兩種。其中水解法需在高溫高壓下操作，且成本較高、用水量大、響應時間長，不適宜在電廠鍋爐中廣泛應用。熱解法通常將預熱的空氣或熱煙氣或天然氣或柴油送入熱解室，同時將一定濃度(40%~50%)的尿素溶液噴入熱解室，從而發生氧化還原反應產生氨氣。在無催化劑的反應條件下，尿素熱解完全需要較高溫度(800°C~1000°C)，由此會造成巨大的成本損耗，不利於節能減排目標的實現。而通常情況下，在金屬氧化物的催化作用下，尿素完全熱解的溫度會降低到200°C左右，大幅降低了熱解所需能源消耗。目前國內普遍採用的熱解反應器卻沒有考慮到催化劑的利用和回收問題，更無法實現催化劑與尿素的良好混合，不利於尿素熱解反應的順利進行和有效利用。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在於克服上述現有技術中存在的不足，提供一種結構簡單、反應產率高、控溫精確可靠的尿素熱解制氨的流化床反應器，該反應器能夠將尿素溶液熱解從而產生脫硝還原劑一氨氣，成本低，控制簡單，不會產生二次汙染。
[0005]為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案是:
[0006]包括反應器本體，反應器本體的下部設置有用於通入空氣或者煙氣的氣體入口，反應器本體的上部設置有反應產物出口，且氣體入口與反應產物出口相連通，形成反應空腔；反應器本體的側面開設置有若干用於向反應器本體內通入尿素溶液的溶液入口 ；反應器本體的外側自上而下包裹有若干組加熱電阻絲。
[0007]每組加熱電阻絲分別連接有控溫裝置。
[0008]所述的反應器本體為由耐熱鋼製成的圓柱體。
[0009]所述的反應器本體自上而下由三組加熱電阻絲包裹，三組加熱電阻絲均連接有控溫裝置，三組加熱電阻絲將反應器本體分為三個反應段。
[0010]反應器本體通過控溫裝置控制反應溫度在100~1000°C。
[0011]所述的溶液入口周向布置於反應器本體的側面，並伸入反應器本體內，與反應空腔相連通，溶液入口的末端安裝有用於將溶液破碎的霧化噴嘴。[0012]所述反應器本體的側面對稱位置開設有兩個溶液入口。
[0013]所述反應空腔為圓柱狀，反應器本體的橫截面為圓環狀。
[0014]所述反應空腔內設置有用於放置催化劑的石英篩板，反應過程中在來流氣體的作用下催化劑呈現流化狀態，與反應物充分混合接觸以催化熱解反應的發生。
[0015]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0016]本發明提供了一種尿素熱解制氨的流化床反應器，由於在反應器本體的側面開設用於通入尿素溶液的溶液入口，同時在反應器本體外側安裝用於給反應器加熱的加熱電阻絲，使得反應器形成熱解室，能夠使尿素在反應器內進行熱解轉化，發生氧化還原反應產生氨氣，因此本發明的裝置成本低，且控制簡單，另外，由於採用尿素溶液作為原料進行反應，因此，不會產生二次汙染。
[0017]進一步的，本發明整個反應器加熱段分為三組，分別由加熱電阻絲和控溫裝置組成，並且可以根據實際情況的需要進行增減，通過實行分段控溫，保證了反應過程中溫度的準確可靠。分段加熱能夠更好的提高反應段內溫度的準確性，也能夠更好的適應空氣或者煙氣等不同載體所造成的不同工況，節約加熱用電能，符合節能環保的政策要求。
[0018]進一步的，本發明通過巧妙設計霧化噴嘴的布置方式，可以強化尿素霧化液滴在反應器內的霧化效果，促進其在反應器內的熱量交換和動量交換，由此保證了在有限長度反應段內尿素的熱解轉化率，有效降低了熱解所需要的反應段長度，進而減小了反應器所需空間。
[0019]進一步的，粉末狀催化劑在來流氣體的作用下呈流化態，增強了催化劑與反應物之間的混合接觸，有益於充分發揮催化劑在熱解過程中的催化作用，保證了在有限停留時間內獲得理想的尿素分解率和氨氣產率。同時，通過實行分段控溫，保證了在整個熱解過程中空氣預熱、溶液蒸發、反應發生等各個階段的溫控精確，有效節省了反應所需的電力消耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的主視圖；
[0021]圖2是本發明A-A方向的剖視圖。
[0022]其中，I為反應器本體；2為氣體入口 ；3為溶液入口 ；4為反應產物出口 ；5為加熱電阻絲；6為流化態催化劑；7為石英篩板；8為控溫裝置；9為霧化噴嘴。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明
[0024]參見圖1和圖2，本發明包括由耐熱鋼製成的圓柱體的反應器本體1，反應器本體I的下部設置有用於通入空氣或者煙氣的氣體入口 2，反應器本體I的上部設置有反應產物出口 4，且氣體入口 2與反應產物出口 4相連通，形成反應空腔；反應器本體I的氣體入口2和反應產物出口 4之間的反應空腔為圓柱狀，反應器本體I的橫截面為圓環狀；反應器本體I的側面開設置有若干用於向反應器本體I內通入尿素溶液的溶液入口 3 ;反應器本體I的外側自上而下包裹有若干組加熱電阻絲5。示例性的，反應器本體I的側面沿周向均勻開設有兩個溶液入口 3，並伸入反應空腔內，溶液入口 3的末端安裝有用於將溶液被破碎成直徑為幾微米到幾十微米不等的小液滴的霧化噴嘴9，經過霧化噴嘴9出來的小液滴以對衝形式噴入反應器內進一步破碎；反應器本體I內特定位置安放石英篩板7，石英篩板7上放置反應所需粉末狀催化劑6，在反應進行過程中，催化劑6在氣體作用下呈流化態用以催化熱解反應；反應器本體I自上而下由三組加熱電阻絲5包裹，三組加熱電阻絲5均連接有與其相對應的控溫裝置8，反應器本體I通過控溫裝置8控制反應溫度在100~1000°C，以適應不同反應段控溫需求，提高控溫準確度，具體實施時，可以根據需要來增減控溫裝置和電阻絲的數量；三組加熱電阻絲5將反應器本體I分為三個反應段。
[0025]本發明的工作過程:[0026]首先將適量催化劑6放置於石英篩板7之上，然後設定各加熱段所需工作溫度，將電阻絲5通電加熱耐熱鋼，待溫度穩定後從反應器本體I下方的氣體入口 2通入空氣或者煙氣，從尿素溶液入口通入適宜濃度的尿素溶液，在反應器中進行如下反應，CO(NH2)2 — NH3+HNC0, HNCCHH2O — NH3+C02，從而可以生成大量的氨氣和二氧化碳。混合氣體經由反應器上方出口通入鍋爐煙道中，以進行脫硝反應。
【權利要求】
1.一種尿素熱解制氨的流化床反應器，其特徵在於:包括反應器本體(1)，反應器本體(1)的下部設置有用於通入空氣或者煙氣的氣體入口( 2 )，反應器本體(1)的上部設置有反應產物出口(4)，且氣體入口(2)與反應產物出口(4)相連通，形成反應空腔；反應器本體(O的側面開設置有若干用於向反應器本體(1)內通入尿素溶液的溶液入口(3);反應器本體(1)的外側自上而下包裹有若干組加熱電阻絲(5 )。
2.根據權利要求1所述的用於煙氣脫硝的尿素熱解制氨的反應器，其特徵在於:每組加熱電阻絲(5 )分別連接有控溫裝置(8 )。
3.根據權利要求1所述的用於煙氣脫硝的尿素熱解制氨的反應器，其特徵在於:所述的反應器本體(1)為耐熱鋼製成的圓柱體。
4.根據權利要求1或3所述的尿素熱解制氨的流化床反應器，其特徵在於:所述的反應器本體(1)自上而下由三組加熱電阻絲(5 )包裹，三組加熱電阻絲(5 )均連接有控溫裝置(8)，三組加熱電阻絲(5)將反應器本體(1)分為三個反應段。
5.根據權利要求4所述的尿素熱解制氨的流化床反應器，其特徵在於:反應器本體(1)通過控溫裝置(8)控制反應溫度在100~1000°C。
6.根據權利要求1或3所述的尿素熱解制氨的流化床反應器，其特徵在於:所述的溶液入口(3)周向布置於反應器本體(1)的側面，並伸入反應器本體(1)內，與反應空腔相連通，溶液入口(3)的末端安裝有用於將溶液破碎的霧化噴嘴(9)。
7.根據權利要求6所述的尿素熱解制氨的流化床反應器，其特徵在於:所述反應器本體(1)的側面對稱位置開設有兩個溶液入口(3)。
8.根據權利要求1或3所述的尿素熱解制氨的流化床反應器，其特徵在於:所述反應空腔為圓柱狀，反應器本體(1)的橫截面為圓環狀。
9.根據權利要求1或3所述的尿素熱解制氨的流化床反應器，其特徵在於:所述反應空腔內設置有用於放置催化劑(6)的石英篩板(7)，反應過程中在來流氣體的作用下催化劑(6)呈現流化狀態，與反應物充分混合接觸以催化熱解反應的發生。
【文檔編號】C01C1/08GK103936029SQ201410161103
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月18日 優先權日:2014年4月18日
【發明者】惠世恩, 王登輝, 劉長春, 尚桐, 鄒浩, 張庚, 張曉璐 申請人:西安交通大學