1. 系统组成与工艺流程
- 核心设备:包括尿素水解器、蒸汽回收器、洗涤器、除气冷却器及氨液分离器等14。
- 工艺流程:尿素溶液经预热后进入水解器,在高温高压下分解为氨气(NH₃)和二氧化碳(CO₂);混合气体经脱气、洗涤后进入分离器,最终输出氨气和二氧化碳12。
- 辅助系统:涵盖尿素溶解罐、溶液储罐、高压泵等,用于尿素溶液的配制、储存及输送46。
2. 工艺原理与反应条件
- 化学反应:尿素水溶液在高温下分两阶段反应:
- 尿素水解为氨基甲酸铵(NH₂COONH₄);
- 氨基甲酸铵进一步分解为NH₃和CO₂,总反应式为:NH₂-CO-NH₂ + H₂O → 2NH₃↑ + CO₂↑23。
- 操作参数:
- 温度:140–160℃;
- 压力:0.4–0.6 MPa;
- 蒸汽压力:0.8–1.2 MPa;
- 尿素溶液浓度:40–60%34。
3. 优化运行与问题解决
- 常见问题:能耗高、反应效率受进料温度及蒸汽量波动影响15。
- 优化措施:
- 提高进料温度或增加蒸汽流量以加速反应5;
- 减少回流比,提升系统整体温度5;
- 采用热力学模型模拟,优化水解器设计及操作参数56。
4. 应用场景与优势
- 环保领域:主要用于SCR(选择性催化还原)烟气脱硝,替代液氨作为安全还原剂26。
- 安全性:相较于液氨,尿素储存运输风险低,水解器内氨气储量少,降低安全隐患36。
- 工业案例:截至2023年,国内已有超118项应用案例,涉及256台水解设备3。
5. 技术创新与发展
- 监测技术:新型在线污染物检测装置可实时监控水解器运行状态,提升效率与环保性7。
- 模型研究:通过改进热力学方程和平衡级模型,模拟水解效率与操作参数的关系,指导工业优化5。
总结
尿素水解系统通过高温高压反应将尿素转化为氨气,广泛应用于烟气脱硝等环保领域。其核心优势在于安全性和可优化性,通过工艺改进与技术创新持续提升效率