一种尿素水解反应器气液回收系统

技术领域

本发明属于烟气脱硝系统中尿素水解制氨系统领域，具体涉及一种尿素水解反应器气液回收系统。

背景技术

针对燃煤发电厂锅炉尾部烟气排放过程中氮氧化物(NOx)对大气造成的污染，国家相关部门已经出台了严格的氮氧化物排放指标限值。利用氨气(NH3)作为还原剂降低锅炉排放烟气中氮氧化物浓度的烟气脱硝技术，目前已经全面推广应用。

在早期的烟气脱硝系统中，多采用液氨或氨水制备还原剂(氨气)的工艺方案，但是相关项目有着及其严格的审批和监管流程，且液氨、氨水的存储设备属于重大危险源，安全运行成本极高。近期频发的液氨存储系统事故，也促使相关技术产业进行更新、升级。近年来，采用危险系数较低的尿素颗粒制备氨气的工艺方案已经发展成熟，而这其中，尿素水解制氨法以其系统简单、布置方便、控制灵活等特点，逐渐成为大多数燃煤锅炉脱硝还原剂系统二次改造的首选方案。

尿素水解反应制氨系统中，最主要的设备是尿素水解反应器，该设备属于卧式压力容器。系统运行时，尿素溶液在反应器内部吸收热量，发生尿素水解化学反应，通过气液分离，生产水解产品气，即氨气、二氧化碳、水蒸气的混合气体。当锅炉脱硝系统需氨量急剧下降时，水解反应器内部会集聚产品气，造成水解反应器超压。出现水解反应器超压现象时，为了对压力容器进行保护，相关的保护装置会及时对外排放反应器内集聚的气体。如果排气无法使反应器内压力有效下降，相关保护机制也会进一步对外排放水解器内的尿素溶液，使得反应器内无法继续产生、集聚气体，达到降压目的。另外，当水解反应器停运而热量输入管路故障时，系统无法彻底隔绝热量输入，也有可能造成水解反应器的超压，此时超压保护机制同样会进行排气或排液。

在以往的尿素水解系统设计中，反应器超压后的排气排液通常会与反应器排污的废液汇总，并统一排放至厂区废水池。但由于反应器超压排气排液量较大且相对频繁，而尿素区域对废水的汇集能力有限，无法使排气及排液自然冷却，往往出现含氨的高温液体在本区域或化学废水池区域的逸散，出现刺激性气体，造成二次污染。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种尿素水解反应器气液回收系统，具有回收利用率高，自动化程度高，操作维护简单的特点。

为了达到上述目的，本发明包括尿素水解反应器和用于吸收水解器的排气和排液的吸收罐；

吸收罐内设置有气体均压缓释管，尿素水解反应器的排气连接吸收罐内的气体均压缓释管，尿素水解反应器的排液连接吸收罐，吸收罐内设置有除盐水，尿素水解反应器连接作为液体输入端的液体混合器，液体混合器连接尿素溶液入口和吸收罐的混合溶液出口。

吸收罐与液体混合器的连接管路上设置有回收泵。

回收泵后设置有混合溶液回收阀，回收泵和混合溶液回收阀间设置有连接气液吸收罐的混合溶液回流管路，混合溶液回流管路混合溶液回流阀和混合溶液密度检测仪。

回收泵后设置有混合溶液排污管路，混合溶液排污管路上设置有混合溶液排污阀。

水解器上设置有排污管路，排污管路上设置有水解器排污阀。

吸收罐顶部对空管上设置有氨气浓度检测仪，吸收罐内设置有除盐水喷淋管，除盐水喷淋管上设置有喷淋除盐水阀。

除盐水喷淋管置于吸收罐内的顶部，气体均压缓释管设置于吸收罐内的液面下。

尿素水解反应器连接气体均压缓释管的管路上设置有气相排放阀。

尿素水解反应器连接吸收罐的排液管路上设置有液相排放阀。

液体混合器与吸收罐的混合溶液管路上设置有混合溶液逆止阀。

与现有技术相比，本发明通过将水解器因超压保护而进行的排气排液引入吸收罐，并通过自动喷淋管系对排气排液中的可利用成分氨气及尿素溶液进行有效吸、降温，并汇集在吸收罐内，避免了排气排液进入本区域废水池或厂区化学水池造成二次污染，同时提高了尿素水解制氨系统对原材料的利用率。为尿素水解制氨系统的节能、环保提供了新的技术方案。

进一步的，本发明设置有氨气浓度检测仪和除盐水喷淋管，能够根据吸收罐内氨气逸散程度进行除盐水的自动喷淋，保证了吸收罐对氨气的充分吸收，降低了物料损失，提高了系统对氨气的回收利用率。

进一步的，本发明在混合溶液回流管路上设置有混合溶液密度检测仪，对吸收罐内混合溶液的密度实时测量，当混合溶液密度达到一定条件后，将混合溶液输送至水解反应器入口。如此保证了再利用混合溶液的品质，减少混合溶液的注入对水解反应器的正常运行产生的影响，保证回收系统的安全、连续、稳定运行。

进一步的，本发明在吸收罐回收后的混合溶液通过液体混合器与进入水解反应器的尿素溶液新料混合，同样能够最大限度的降低回收混合液对水解反应器正常运行的影响。

附图说明

图1为尿素水解反应器气液回收系统示意图；

图中，1为尿素水解反应器，2为气液吸收罐，3为回收泵，4为液体混合器，5为气相排放阀，6为气体均压缓释管，7为液相排放阀，8为喷淋除盐水阀，9为除盐水喷淋管，10为氨气浓度检测仪，11为混合溶液回流阀，12为混合溶液密度检测仪，13为混合溶液回收阀，14为混合溶液逆止阀，15为水解器排污阀，16为混合溶液排污阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1，包括尿素水解反应器1和用于吸收水解器的排气和排液的吸收罐2；吸收罐2内设置有气体均压缓释管6，尿素水解反应器1的排气连接吸收罐2内的气体均压缓释管6，尿素水解反应器1的排液连接吸收罐2，吸收罐2内设置有除盐水，尿素水解反应器1连接作为液体输入端的液体混合器4，液体混合器4连接尿素溶液入口和吸收罐2的混合溶液出口。吸收罐2与液体混合器4的连接管路上设置有回收泵3。回收泵3后设置有混合溶液回收阀13，回收泵3和混合溶液回收阀13间设置有连接气液吸收罐2的混合溶液回流管路，混合溶液回流管路混合溶液回流阀11和混合溶液密度检测仪12。回收泵3后设置有混合溶液排污管路，混合溶液排污管路上设置有混合溶液排污阀16。水解器1上设置有排污管路，排污管路上设置有水解器排污阀15。吸收罐2顶部对空管上设置有氨气浓度检测仪10，吸收罐2内设置有除盐水喷淋管9，除盐水喷淋管9上设置有喷淋除盐水阀8。除盐水喷淋管9置于吸收罐2内的顶部，气体均压缓释管6设置于吸收罐2内的液面下。尿素水解反应器1连接气体均压缓释管6的管路上设置有气相排放阀5。尿素水解反应器1连接吸收罐2的排液管路上设置有液相排放阀7。液体混合器4与吸收罐2的混合溶液管路上设置有混合溶液逆止阀14。

当水解反应器1因超压保护动作而出现排气时，气相排放阀5自动开启，水解器内含氨混合气通过气体均压缓释管6排入吸收罐2内的除盐水中。含氨混合气与除盐水充分接触，氨气快速溶于水中，二氧化碳等不溶于水的气体成分则通过吸收罐2顶部对空口排出。

当水解反应器1出现排液操作时，液相排放阀7自动开启，水解器内高温尿素溶液通过相关管路直接排入吸收罐2内底部。高温溶液与罐内除盐水充分接触降温，大大减小尿素溶液的氨气逸散现象。

系统运行时，吸收罐2内将汇集氨水及尿素混合溶液。回收泵3启动后，罐内混合溶液通过混合溶液回收阀13、混合溶液逆止阀14进入液体混合器4。液体混合器4内，吸收罐2回收的混合溶液将和即将进入水解器1的尿素溶液新料充分混合，之后进入水解反应器1，实现对水解器排气排液的回收和再利用。

吸收罐2顶部对空管上，安装氨气浓度检测仪10，对吸收罐2内可能出现的氨气逸散进行实时监测。当氨气逸散浓度超过一定限值后，系统将自动开启喷淋除盐水阀8，则除盐水通过喷淋管9进入吸收罐2，并形成除盐水幕，对吸收罐2内的逸散氨气进行再吸收。同时对管内混合溶液进行物理降温，并有效减小氨气逸散现象。

吸收罐2内的混合溶液输送至液体混合器4之前，回收泵3及混合溶液回流阀11开启，管内混合溶液将在泵及罐体之间的管道内循环流动。同时，回流管上安装的混合溶液密度仪12将对罐内溶液进行实施监测。当吸收罐2内的混合溶液密度达到一定标准，满足进入水解器进行再利用的条件后，则系统开启混合溶液回收阀13，并关闭合溶液回流阀11，将吸收罐内混合溶液输送至水解器1进行再利用。

当水解器1需要进行排污操作时，系统开启水解器排污阀15进行排污，该操作与系统对水解器排液的回收互不影响，有效并行。另外，当吸收罐2运行一定时间后，也可开启回收泵3及混合溶液排污泵16进行排污操作，保证对吸收罐3的维护、检修的可行性。

本发明利用气液吸收罐2、回收泵3及液体混合器4，实现对尿素水解反应器1排气排液的回收及再利用功能。同时通过实时监测吸收罐2内氨气逸散程度，自动喷淋除盐水，保证吸收罐对氨气的充分吸收，提高系统对有效成分的回收率。另外，通过设置回收泵回流管道及混合溶液密度检测仪12，保证回收混合溶液的氨含量，提高进入水解器的回收溶液品质，降低主系统的能耗。而设置液体混合器4，也最大限度的降低了回收溶液进入主系统时对水解反应器1正常运行的影响。本发明设计合理，符合规范，安全可靠，实用性强，大大提高了尿素水解系统对尿素原料的利用率，降低了系统能耗。

本发明在水解反应器排液口、吸收罐底部、回收泵后均设置排污口，确保当系统出现故障无法运行时或对回收混合溶液有特殊使用需求时，所以介质均能够以安全的方式输送，提高了系统是适应性。