尿素深度水解工艺运行浅析金琮

尿素深度水解工艺运行浅析金琮

金琮

（大唐长春第二热电有限责任公司130000）

摘要：燃煤电厂是目前我国电力资源的主要提供者，燃煤电厂运行中，氨氮化合物的排放量较多，影响环境。目前，SCR工艺中的氨主要由液氨提供，存在安全隐患。因此，本文对氨的制备工艺进行分析研究，结合具体电厂的实际应用，说明尿素水解制备氨工艺的可行性和有效性。

关键词：尿素水解工艺运行

1引言

随着我国环保要求的日益严格，国家对于企业排放要求标准日趋严格。另外，我国的能源结构为多煤少油。因此，燃煤电厂的数量和规模在我国都十分巨大，电厂运行过程中的废气中含有较多的氮氧化物，目前脱硝的主要方法是SCR方法，其中氨的主要来源为液氨，此种方式存在较大的安全隐患。利用尿素制备氨具有安全性高、存储和运输便捷等优点，逐渐得到电厂的关注和应用。本文针对此种情况，结合具体的电厂应用，对尿素深度水解制备氨的工艺运行进行分析探析，以期为相关的企业提供借鉴和参考。

2尿素制备氨工艺系统

尿素制氨工艺的原理是尿素水溶液在一定温度下发生水解反应，生成的气体中包含二氧化碳、水蒸汽和氨气。其化学反应式为：

尿素催化水解工艺的反应系统主要包含：反应器、反应器盘管加热装置、尿素计量供给系统、测量、控制系统等。每台锅炉设一套尿素溶液水解室。浓度50%的尿素溶液被输送到水解器内；催化剂溶液通过高压泵加入水解器，与尿素溶液混合；来着蒸汽母管的蒸汽，通过减温系统减温减压至180℃、1MPa的过热水蒸汽，并被送往水解器的加热盘管加热尿素溶液，加热后形成的180℃、1MPa的饱和水通过疏水管道进入疏水扩容器。过热蒸汽保证尿素溶液在0.5～0.95Mpa、135～160℃和催化剂的作用下进行水解反应生成氨气、二氧化碳。混合气中含氨浓度约37.5%(体积浓度)，通过反应釜上面的汽水分离器分离后，经由减压、流量控制调节与稀释风在氨空气混合器混合，稀释氨浓度至5%以下，最后进入烟道进行脱硝。具体工艺流程见图1。

将尿素溶液通入水解器加入直至液位高于管束。当加热程序启动时，尿素溶液首先被加热至刚好低于尿素反应温度。当系统切换至“喷氨”状态时，水解器换热管束中流过更多的蒸汽，尿素水解成氨基甲酸氨，该氨基甲酸铵随机分解为氨和二氧化碳。尿素水解反应是吸热反应，因此该反应需要输入热量以实现氨气的产生。

从水解器顶部排放的氨/二氧化碳/水蒸汽被送至氨蒸气流量调节模块后进入氨气空气混合器。如果水解器没有喷氨，但是处于准备喷氨状态，控制系统在水解器中保持适当的温度和压力。当系统被首次启动时，在准备喷氨状态中的水解器的稳定温度将会更高，但是其将随着尿素转换和释放二氧化碳和氨气而下降。当温度降低时，尿素水解制氨的速率降低，氨在尿素溶液中的溶解度虽温度降低而增加。任何时候，当处于准备喷氨状态的水解器置于喷氨状态时，聚集在反应器顶部的气体压力开始减小，此时在蒸汽管中加入更多的蒸汽，使温度上升。随着蒸汽换热管附近的温度的上升，氨气从溶液中蒸发并补充水解器中被释放的气体。随着溶液的温度的上升，溶解的氨被释放，并且尿素开始转换以取代被蒸发的氨。

4水解装置运行以及效果分析

利用上述的催化水解制备氨的工艺运行，通过168小时试验，NOx浓度从400mg/Nm3以上降到80mg/Nm3以内，达到了设计指标，比热解炉制氨工艺明显稳定。

经济效益分析：

水解制备氨和热分解制备氨的工艺经济性对照可以看出，水解制备氨更具有经济性。直接运行费用中仅包括物料消耗费用，尿素溶液配制浓度为50wt%，尿素热解计算转化率为95%，年运行3500小时。

运行1台炉，直接运行费用水解制备氨工艺可以节省84.1万元(191.45-107.35)，氮氧化物排污费用（按0.6元/当量计算）3-6号炉年上缴排污费550万元，按照新规定排污费调整为（1.2元/当量计算），则每台锅炉需要缴纳275万元(550×2&pide;4)，则总共水解制备氨工艺每台锅炉可以节约费用为359.1万元。

社会效益分析：

通过168小时试运后，水解催化制氨工艺运行较热解炉制氨工艺明显稳定，为公司NOx达标排放创造了前提条件，NOx是主要的大气污染物之一，直接或间接与大气环境问题相关，如光化学烟雾、酸沉降、平流层臭氧损耗和全球气候变化。此外，氮沉降量的增加会导致地表水的富营养化和陆地、湿地、地下水系的酸化和毒化，从而对陆地和水生态系统造成破坏，最终对人体健康和生态环境安全产生不利影响。

根据国务院的《排污费征收使用管理条例》和国家发改委等四部委颁布的《排污费征收标准管理办法》，直接向环境排放污染物的排污者，应当按规定缴纳排污费，NOx达标排放后公司可享受脱硝电价，为公司带来一定的经济效益。

5结语

尿素水解制备氨工艺为SCR提供氨资源更具安全性，其运输和存储的安全性和便捷性更高。通过结合具体电厂的实践应用，对尿素的水解制备氨工艺进行分析探讨，可以看出，该工艺具有可行性和有效性。

参考文献

[1]陈鑫,李洪艳.利用深度水解技术处理尿素工艺冷凝液[J].工程技术:全文版,2016(11):00207-00207.

[2]马明新,周翔,龚普勤,等.尿素深度水解系统工艺优化[J].小氮肥,2015(11):15-16.