一种双气室加热的尿素催化水解反应器及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于大气污染控制技术领域，涉及一种利用尿素催化水解生成的氨气使火电厂燃煤烟气脱硝的水解反应器，具体涉及一种双气室加热的尿素催化水解反应器及方法。
技术背景
[0002]烟气脱硝，是指将高温燃烧后(包括燃煤锅炉、燃油燃气锅炉以及一些工业炉)烟气中所含的有害物质一N0X脱除的技术，包括SCR和SNCR两种主要技术流派，其中SCR是烟气脱硝的主流技术。所谓SCR技术，是指在锅炉的省煤器和空预器之间设置SCR反应器，在反应器内安装催化剂，在反应器之前的烟道截面内喷入还原剂(含氨气体)，还原剂与N0X在催化剂表面上发生反应脱除N0X。
[0003]SCR烟气脱硝所使用的还原剂从根本上来说是氨气，需要在现场设置一套能够持续生产氨气的装置。从原料上来看，氨气制备系统可以分为无水液氨系统、氨水系统和尿素系统。其中使用液氨蒸发制备氨气的系统最为常用，原因是其投资最便宜，运输、使用成本也最低，但液氨系统存在重大的安全隐患，特别是它的运输和存储过程，液氨泄漏带来的危害非常大，安全事故屡见不鲜；氨水系统的投资、运行以及运输成本都很高，比液氨安全一些，但仍有一定的安全隐患；尿素系统的投资及运行成本与液氨系统相比较高，但运输成本相当，并且尿素系统基本上没有安全隐患，是最安全的氨气制备技术。
[0004]目前商业化应用的尿素制氨工艺技术主要有尿素水解和尿素热解，其中尿素水解又包括了普通水解(AOD、U2A、国内化工行业水解)和美国Chemithon的催化水解(SafeDeNOx)，尿素热解则主要是美国燃料公司(Fueltech)所提供的NOxOUT ULTRA技术。
[0005]热解的反应速度最快且最安全，现场几乎没有储氨的容器，但其能耗和运行费用很高，所以较早进入中国市场，业绩较多，但在油价高企的今天，虽有应用，单用户的运行成本压力很大。和热解相比，水解由于采用电厂较为丰富的蒸汽作为热源，能耗较低。但A0D、U2A等国外水解技术，反应较慢需要庞大的反应器和缓冲装置，其投资和能耗较高。催化水解的反应速度也较快，起停迅速，能耗较低，但是该技术相对来说还不是很成熟，在国内尚无应用。但如能开发出成熟的尿素催化水解技术，不仅能够满足国内大规模安装的SCR脱硝装置所需要的安全稳定氨气来源，还能节约大量的能源，实现节能与环保的和谐统一。
[0006]但是，在没有催化剂的作用下，该反应速度较慢，难以满足负荷相应的要求。如果能够通过加入有效的催化剂，大幅提高水解反应速度，则不仅可以满足负荷相应要求，而且由于速度的提高，减低了对水解设备容量缓冲能力的要求，可以显著降低设备投资。但是已有的尿素催化水解设备没有考虑杂质的处理，清理困难，对尿素纯度要求高，这就增加了运营成本。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种双气室加热的尿素催化水解反应器及方法，包括反应室和排污室双气室，且这两个气室都安装有加热盘管，实现排污和能源的有效利用。
[0008]本发明的技术方案如下:
[0009]—种双气室加热的尿素催化水解反应器，包括由挡板隔开的反应室和排污室这两个气室，所述档板的高度高于反应器高度的一半，且这两个气室的底部都安装有加热盘管。
[0010]优选地，所述档板的高度为尿素催化水解反应器高度的60% -80%。
[0011]进一步地，所述反应室上包括至少两个温度传感器、一个就地温度计、一个就地压力表、一个压力传感器、两个雷达液位计、一个就地液位计；所述排污室上包括至少一个温度传感器、一个雷达液位计、一个就地液位计。
[0012]进一步地，所述排污室上设有排污室排污口，所述排污室的就地液位计安装位置尽量接近所述排污室排污口。
[0013]进一步地，所述反应室和排污室的就地液位计采用蒸汽夹套伴热，测量范围应能满足尿素催化水解反应器最高、最低液位要求，口径不得低于100_。
[0014]进一步地，所述反应室上设有尿素溶液进口和反应室排污口，所述尿素溶液进口和反应室排污口分别位于反应室两侧，所述反应室排污口设置在反应室最低点，所述尿素溶液进口设置在所述加热盘管上方，运行液面下方。
[0015]进一步地，所述反应室上方设有催化剂进口，所述催化剂进口上连接有催化剂进口管，所述催化剂进口管埋入到运行液面内。
[0016]进一步地，所述尿素催化水解反应器上设有产品气出口，所述产品气出口处配置有汽水分离器，汽水分离器主要是利用气体和液体的密度不同，通过扩大管路通径，减小速度并改变速度的方向，使产品气与所夹带的液滴分离，减少液体对后续管道、设备的腐蚀，提高产品气的质量，汽水分离器与反应器一起加工制作。
[0017]进一步地，所述反应室上还设有取样口，用于对反应室中的样品进行取样测试。
[0018]—种采用上述反应器的尿素催化水解方法，包括以下步骤:
[0019]I)向反应室中加入除盐水，至反应室体积的25% ；
[0020]2)将溶解于尿素溶液的催化剂加入反应室；
[0021 ] 3)将尿素溶液加入反应室，使液位达到反应室体积的50 %，加热进行反应；
[0022]4)定期提高反应室液位至超过档板高度，使液面上面的漂浮物经过档板排入到排污室，继续反应一段时间后将反应室和排污室底部的杂质排出；
[0023]5)反应生成的产品气经过汽水分离器进行气液分离后，通过产品气出口排出。
[0024]进一步地，步骤3)中加入反应室的尿素溶液浓度不超过28%。
[0025]本发明的有益效果如下:
[0026]由于尿素及催化剂含有杂质、反应过程中产生的污染物，所以需要定时清理反应器中的固体、沉积物和其他污染物，使其保持至最小值，即反应器需要定期进行底部排污和表面排污，为了实现良好的表面排污及排污的二次分解，本申请设计了双气室:反应室和排污室。定期升高反应室的液位，将上层含污液体排入排污室，含污液体在排污室中进行二次分解，再排出反应器。这提高了尿素利用率，经第三方东北电科院测试，基于研究成果200MW热电机组脱硝系统150KG/h制氨量的工程示范，制氨系统水解率99.53%，极