一种三相流态化尿素催化水解制氨设备及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用尿素制氨的工艺方法及设备，尤其涉及三相流态化尿素催化 水解制氨的方法及设备，属于化工材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前商业化应用以尿素为原料制氨的工艺主要有尿素催化水解和尿素热解两种。 尿素热解的反应速度快且安全，现场无需设置氨气储罐，但其能耗和运行费用很高；所以在 油价高涨的今天，对单一用户采用时，其运行成本压力越来越大；与尿素热解相比，水解方 法需要蒸汽作为热源，故多用于火电厂制取氨气，用以净化烟气中的氮氧化物，能耗较低， 具有一定的优势。
[0003] 已有的尿素催化水解工艺，如中国专利文献（CN101450807A、CN202490568U)等 均采用的是液相全混反应，反应速度较慢、需要庞大的反应器和缓冲装置，且只是利用了简 单的盘管换热器，并不能充分的利用能源，造成投资和能耗较高。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种三相流态化尿素催化水解 制氨设备及方法，使其进一步降低能耗，节约能源，提高设备的利用率。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] -种三相流态化尿素催化水解制氨设备，该设备含有反应器本体、原料储罐、原料 泵和蒸汽管道，在反应器本体内，自下而上依次设有布风板、盘管式换热器和产品气出口， 其特征在于：在反应器本体内安装有喷淋器和除雾器，所述除雾器设置在喷淋器与产品气 出口之间，原料储罐通过原料泵和管路与喷淋器相连；所述除雾器包括除雾器入口、偏心 内筒、偏心内筒缺口、上顶板、下底板和水封槽；所述的偏心内筒与下底板连接，并通过上顶 板和下底板固定安装在反应器内壁面上；所述的蒸汽管道分成两路，一路与盘管式换热器 入口相连，另一路与反应器底部的蒸汽入口连接；盘管式换热器的出口分别通过管路和调 节阀与原料储罐和排空管连接。
[0007] 上述技术方案中，在所述布风板的中心区域布置有风帽，布置风帽的中心区域面 积与其周围的环形面积之比在3 :7至4 :6之间；风帽的开孔率为2%~5%。
[0008] 优选地，所述偏心内筒的偏心距为0. 05-0.Im;偏心内筒外表面与反应器内表面 之间最窄通道的流通面积为0. 0015-0. 003m2。
[0009]本发明的另一技术特征是：在盘管式换热器上设有肋片，肋片采用厚度相等或厚 度不等的直肋片，其肋化系数在8~15之间。
[0010] 本发明提供的一种三相流态化尿素催化水解制氨方法，其特征在于该方法包括如 下步骤：
[0011] 1)反应器内装填以活性炭为载体的碱性颗粒催化剂，装填量30kg/m3~50kg/m3; 尿素装入储罐内，并用软水进行溶解；由给料泵经喷淋器喷洒到反应器中，给料的质量百分 含量为60%~80%，温度为50°0~80°〇；
[0012] 2)将压力为0? 5~I.OMPa，温度为180~250°C的蒸汽通过蒸汽管道分成两路，一 路进入盘管式换热器，对反应器内的料液进行间接加热；另一路从反应器底部进入，经布风 板直接进入反应器，此路蒸汽兼作反应器的流化介质，反应器内的压力〇. 5Mpa~I.OMpa， 反应温度140°C~180°C;
[0013] 3)经盘管式换热器换热后的余热蒸汽分两路排出，一路经管道进入原料储罐对原 料进行加热，另一路经排空管排空；
[0014] 4)尿素在反应器内进行催化水解反应，反应后的产物沿螺旋偏心内筒的外侧旋 转，将其所夹带的液滴分离出来，液滴沿反应器壁面下流，经水封槽返回反应料层；分离后 的产品气经螺旋内筒缺口（16)进入内筒，上升后从反应器出口流出。
[0015] 本发明所述方法中，其特征在于：所述碱性颗粒催化剂为五氧化二钒、三氧化钨或 三氧化钼中的任一种，颗粒尺度分布为1~8_，平均粒度为5mm;堆积密度约1300kg/m3 ; 比表面积I. 5X105m2/kg~2.IX105m2/kg。
[0016] 本发明方法中，其特征还在于：步骤3)中进入盘管式换热器蒸汽的热量占蒸汽总 热量的50%~64%，经布风板直接进入反应器的蒸汽的热量占蒸汽总热量的36%~50%; 从盘管式换热器换热后的余热对原料储罐内的料液进行加热，使原料储罐内尿素溶液的温 度保持在50-80度之间。
[0017] 本发明方法的另一技术特征在于，步骤4)中所述反应后的产物沿偏心内筒外侧 旋转的平均线速度在l〇m/s~20m/s之间。
[0018] 本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①本发明采用了固 体颗粒催化剂、原料喷淋及蒸汽加热的三相流态化的催化水解方法，并采用了蒸汽直接加 热和间接加热相结合，使部分蒸汽对反应料层直接加热，不仅为反应提供所需热量，而且可 作为流化介质，用以增强反应器内物料各相之间的传质和传热，从而可以加速水解反应， 有效增强了反应器内的扰动，使传热、传质能力增强，原料的转化率约为98%以上；同时除 直接加热外，从盘管式换热器换热后的余热对原料储罐内的料液进行加热，使原料储罐内 尿素溶液的温度保持在50-80度之间，进一步提高了蒸汽的利用率，与通常采用间接加热 的反应釜相比，由于加强了传质和传热能力，设备利用率可以提高50%以上。②采用偏心内 筒的除雾器回收产物中所夹带的液滴，不仅分离效果好，而且有效减少了原料的损失。③采 用带有肋片的盘管式换热器，传热面的肋片不仅减小传热的热阻，还可以切割汽泡，增强各 相之间的传质。④采用了特殊结构的分布板，即布风板上风帽所占的圆面积与其周围的环 形面积成一定的比例关系，使反应器内的物料构成内循环，增加了原料的停留时间，从而提 高了原料的转化率。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明提供的一种三相流态化尿素催化水解制氨设备实施例的结构示意 图。
[0020] 图2是采用偏心内筒的除雾器的结构示意图。
[0021] 图3是液滴与产品气被偏心内筒分离的原理示意图。
[0022] 图4是带肋片的盘管式换热器的结构示意图。
[0023] 图5是本发明布风板结构示意图。
[0024] 图6是布风板上面的风帽结构示意图。
[0025] 图中：1_反应器；2_除雾器；3_产品气出口；4_盘管式换热器；5_布风板；6_蒸 汽管路；7-余热利用；8-原料储罐；9-辅助软水；10-排空管；11-给料泵；13-肋片；14-风 帽；15-蒸汽进口； 16-除雾器入口； 17-水封槽；18-下底板；19-喷淋器；20-偏心内筒缺 口；21-偏心内筒；22-上顶板。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明的结构、原理和工作过程作进一步的说明。
[0027]图1为图1是本发明提供的一种三相流态化尿素催化水解制氨设备实施例的结构 示意图，该设备含有反应器本体1、原料储罐8、原料泵11和蒸汽管道6 ;在反应器本体内， 自下而上依次设有布风板5、盘管式换热器4、喷淋器19、除雾器和产品气出口 3 ;所述除雾 器设置在喷淋器与产品气出口之间，原料储罐8通过原料泵11和管路与喷淋器19相连；所 述除雾器包括除雾器入口 16、偏心内筒21、偏心内筒缺口 20、上顶板22、下底板18和水封 槽17 ;所述的偏心内筒21与下底板18连接，并通过上顶板22和下底板18固定安装在反 应器内壁面上；所述的蒸汽管道6分成两路，一路与盘管式换热器4入口相连，另一路与反 应器底部的蒸汽入口连接；盘管式换热器的出口分别通过管路和调节阀与原料储罐8和排 空管10连接。
[0028] 图2和图3为带偏心内筒的除雾器的结构原理示意图，带