尿素水解制氨過程模型與實驗研究.pdf

1、火電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)普遍采用液氨法制備還原劑，近年來，國內(nèi)外發(fā)電企業(yè)對液氨使用過程中的潛在危險越來越重視，以尿素替代液氨制備氨氣的工藝開始受到廣泛關注。尿素分解法制備脫硝還原劑分為熱解法和水解法，其中水解制氨工藝在前期設備投資方面比熱解法低11％，年運行費用低約27％，將具備更強的市場競爭力。
　　尿素水解技術來源于化工行業(yè)尿素生產(chǎn)中的廢液回收工藝，應用于火電廠SCR煙氣脫硝還原劑制備時，其反應機理和工藝設計均具有顯著的差別。

2、目前針對尿素水解制氨的理論研究主要在半間歇和間歇反應器上進行，而工業(yè)用連續(xù)反應器中的尿素水解制氨是一個伴隨傳熱傳質(zhì)的化學反應過程，其理論模型有待進一步完善。為研究開發(fā)適用于火電廠煙氣脫硝所需的尿素水解技術，本文對工業(yè)連續(xù)反應器中的尿素水解制氨過程進行了理論建模和實驗研究。
　　首先，采用物料平衡方程、熱量平衡方程、化學平衡方程及相平衡方程組成的非線性方程組來構建開口體系內(nèi)尿素水解過程的熱力學模型和動力學模型，并引入修正的Lewis

3、-Randall方程和修正的Herry方程來描述水解反應器內(nèi)H2O-NH3-CO2-(NH2)2CO(ACWU)四元多自由度氣液平衡關系，氣液兩相的非理想性則分別采用PR狀態(tài)方程和擴展UNIQUAC模型進行修正。尿素水解反應體系內(nèi)的換熱過程由蒸汽放熱、盤管導熱和尿素溶液吸熱三部分構成，蒸汽放熱過程可采用冷凝換熱模型，尿素溶液吸熱過程則符合沸騰換熱的特征。
　　為模擬工業(yè)反應器的傳遞過程條件，在西安熱工研究院設計搭建了一臺尿素水解中

4、試裝置，并開展了實驗研究。結合實驗數(shù)據(jù)分析了壓力、溫度和給料尿素溶液濃度對氣液相組分和產(chǎn)氨速率的影響，從反應器結構設計和腐蝕防護兩方面確定了最優(yōu)的尿素水解工藝操作參數(shù)，具體為操作壓力0.6MPa（定壓運行）、操作溫度140～160℃、尿素溶液給料濃度40％～60％。
　　最后，探討了內(nèi)外擴散傳質(zhì)過程對反應動力學的影響，擬合得到了適用于火電廠煙氣脫硝用尿素水解制氨工藝條件下的反應動力學參數(shù)，具體為指前因子A等于2979461.82s