尿素水解

目前，国内燃煤发电企业正按照国家《“十二五”节能减排规划》的要求，对锅炉烟气进行脱硝处理，以减少氮氧化物排放。煤粉锅炉降低氮氧化物排放，普遍采用SCR脱硝工艺，SCR脱硝还原剂的制备可采用液氨法和尿素法。 随着近年来电力行业内对液氨的潜在危险意加重视，未来市场将对尿素分解法制氨工艺有追切的需求。尿素分解法制各脱硝还原剂，分为尿素热解法和尿素水解法。尿素热解法以美国FuelTech公司开发的ULTRA工艺为代表，其原理是利用尿素对热不稳定的性质，迅速加热会分解生成HNCO（氰酸）和NH。主要缺点是采用电加热方式提供热源，运行费用高，设备体积大，现场布置困难。以一台600MW的燃煤锅炉为例，配套的尿素热解炉直径约2.4m，高度约9m，需要上下贯通多层检修平台，难以布置。尿素水解制氨工艺是尿素溶液在压力金中发生水解，水解后的产物为NH、CO2、H0的混合蒸汽，经除雾器除掉携带的水滴后，通过自身压力送往氨气稀释系统，加入空气后稀释成浓度约5%的氨气，送往喷氨系统。目前尿素热解法和尿素水解法的初投资相当，但水解法采用低品质的蒸汽作为加热热源，运行成本大大低于采用电加热的尿素热解法，因此尿素水解技术将具备更强的市场竞争力。

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—NO X 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 NOX 在催化剂表面上发生反应脱除 NO X 。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。 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。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 AOD、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。相对而言，尿素催化水解因为在化学反应中加入了催化剂，使得反应速度大大加快，能耗也大大降低。商业上相对成熟的催化水解技术主要是美国 Chemithon 公司的催化水解技术 SafeDeNOx，在美国有 3 台业绩，但是该技术在国内尚无应用。 本项目研究的低能耗尿素催化水解技术是在尿素普通水解和热解技术的基础上，提出的一种新型尿素制氨技术。经过磷酸铵盐类催化剂的催化作用，熔融状态的尿素可在温度 135~160℃、压力约 0.4-0.9MPa 下进行快速水解反应。催化剂的主要作用是通过改变了反应路径，从而大大加快反应速率，降低响应时间，实际系统的负荷跟踪时间可缩短在 1min 之内或更短。预计本项目的研究能够有效填补国内空白。