火电厂尿素制氨过程的模拟与分析
发布时间：2020-12-12 15:25
电厂SCR烟气脱硝系统的还原剂NH3普遍采用液氨法制备,但由于液氨的安全性问题,近年来尿素制氨受到广泛关注,尿素制氨法分为尿素热解法和水解法。本文基于现有的技术及各系统设备的性能参数,使用Aspen Plus软件对尿素制氨过程进行模拟,比较不同操作条件下系统的产氨量以及能耗,在此基础上分析最佳的制氨方案以及操作条件,并对某电厂300 MW机组的尿素水解系统进行设计计算。利用Aspen Plus中的RCSTR模块对某燃煤电厂300MW机组的尿素热解和尿素水解系统进行模拟。结果表明,水解反应方案反应温度低,因此低温蒸汽可作为热源,能耗仅为热解的20～30%。从节能角度出发,水解制氨为最佳方案。从水解制氨系统的尿素进料质量分数、反应温度及压力三个方面,分析了不同反应条件对水解产物的影响。结果表明:计算结果与相关实测值变化趋势相同,建立的模型是合理可靠的。随尿素进料质量分数的增加,产氨量增加,耗热量降低,但液相中的尿素质量分数也随之升高,易发生设备腐蚀。随着温度的上升,尿素水解速率提高,但离解反应也加速,经济性差。增加压力能降低设备发生腐蚀的风险,但也会对产品气的析出产生抑制。综合考虑,尿素水...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电厂SCR脱硝系统工艺图
图１－２尿素热解制氨工艺??Ｓｔｒａｄｃｌｌａ等人发现热解过程不仅会产生ＮＨｄｌｌ?ＨＮＣＯ，还会斗：成缩一．脲、缩、三聚氰酸等聚合物｜９１。不同条件下，热解的产物由较大的茇Ｓｃｈａｂｅｒ等在的条件下研究热解过程，提出了热解的反应机理，将热解过ＩＭ划分为叫个阶、在室温电４６３Ｋ时，主要发生尿素溶液的蒸发、分解，并有大量的缩：脲产生、ｆｒ：４６３－５２３Ｋ时，以索继续分解，缩二脲也开始发牛．分解，丨聚铽酸逐渐增、５２３－６３３Ｋ时，尿素、缩：脲等儿乎完全被分解，二聚氰酸等开始蒸发分解；四于６３３Ｋ后，三聚氰酸分解加快，在６４８－６５３Ｋ之间会完全分解Ｍｌ。Ｋｏｅｂｅｌ等引起副反应的４１要反应物是ＨＮＣＯ，快速升温以及ＨＮＣＯ的快速扩散能够抑二脲、缩三脲、７聚Ｍ酸等副产物的产生⑴Ｉ。??Ｂｅｒｎｈａｒｄ?Ａ?Ｍ等人使用Ｔｉ０２作为尿素热解的催化剂，研究Ｔｉ０２对以尜分解产物的影响，发现缩二脲，缩三脲，三聚氰酸等都可以被水解．缩二腺、缩三直接被水解，而？：聚氰酸则是先水解成氰尿酸，最后，氰秘酸完企水解成ＮＣ〇２丨丨２丨。??，
尿素溶液受热会形成很多难溶于水，，是缩二脲（ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２），缩二脲的产生机理为以下两个反应的（１）两个尿素分子在高于１３３°Ｃ的温度卜直接形成缩二脲和ＮＨ３。??２ＮＨ２ＣＯＮＨ２?＾?ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２＋ＮＨ３（２）尿素首先分解为ＨＮＣＯ和ＮＨ３，温度高于１６０°Ｃ，?ＨＮＣＯ与尿腮。??ＮＨ２ＣＯＮＨ２?ＨＮＣＯ＋?ＮＨ，ＮＨ２ＣＯＮＨ；?＋?ＨＮＣＯ?＾?ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２图２－３为缩二脲生成速率与尿素质量分数和温度之间的关系。当温度二脲的生成速率随尿素质量分数的升高而升高。在〗８０°Ｃ、５０ｗｔ％的尿下，缩二脲的生成率约为丨〇％。在１６０°Ｃ、６０ｗｔ％的尿素溶液条件下，成率约为６％。因此，尿素水解时溶液的质量分数应控制在６０％以下。分数．？定时，缩二脲的化成率随温度升高而升高。即使尿素质量分数为到丨８０。（：时，缩二脲的１．：产率也达到了?７％左右。因此尿素水解温度不／降低副反应，温度要拧制在丨８〇°Ｃ以下。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃煤电厂超低排放改造方案及其经济性分析[J]. 成新兴,武宝会,周彦军,牛国平,李兴华,孙大伟. 热力发电. 2017(11)
[2]商用选择性催化还原催化剂SO2氧化率控制研究进展[J]. 唐昊,李文艳,王琦,陆强,李慧,胡笑颖,董长青. 化工进展. 2017(06)
[3]中国煤炭清洁高效利用的实践与展望[J]. 张绍强. 科技导报. 2016(17)
[4]高浓度尿素水解制氨试验研究[J]. 张向宇,高宁,张波,陆续,徐宏杰. 热力发电. 2016(06)
[5]火电厂脱硝用尿素水解中试试验[J]. 向小凤,张向宇,张波,高宁,陆续,徐宏杰. 化工进展. 2016(S1)
[6]火电厂尿素水解工艺设计及试验研究[J]. 张向宇,张波,陆续,向小凤,徐宏杰. 中国电机工程学报. 2016(09)
[7]尿素水解研究及其在柴油机尾气脱硝中的应用[J]. 郭秀丽,亓占丰. 大连大学学报. 2015(06)
[8]水平管内纯饱和蒸汽强制对流冷凝局部换热特性[J]. 徐慧强,孙中宁,谷海峰,李昊. 化工学报. 2015(01)
[9]SCR脱硝工艺计算实例分析[J]. 江辉,吴凤玲,刘民,赵修华,吴晓烽. 环境与发展. 2014(07)
[10]国产首套尿素水解装置在大型火电厂的工业应用及技术优化[J]. 惠润堂,韦飞,闫世平,刘曙东,杨爱勇,姜艳靓,郑伟. 中国电力. 2014(07)
博士论文
[1]基于尿素还原剂的选择性非催化还原高效脱硝技术的实验研究[D]. 陈镇超.浙江大学 2012
[2]尿素生产系统热力学研究及流程模拟开发[D]. 张香平.大连理工大学 2002
硕士论文
[1]改进的热力学方程模拟尿素水解系统[D]. 高腾飞.天津大学 2015
[2]尿素装置水解系统的模拟与技术改进[D]. 邵方元.重庆大学 2014
[3]尿素生产解吸及水解系统热力学研究与设备模拟[D]. 付雪梅.重庆大学 2011
本文编号：2912817
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电厂SCR脱硝系统工艺图
图１－２尿素热解制氨工艺??Ｓｔｒａｄｃｌｌａ等人发现热解过程不仅会产生ＮＨｄｌｌ?ＨＮＣＯ，还会斗：成缩一．脲、缩、三聚氰酸等聚合物｜９１。不同条件下，热解的产物由较大的茇Ｓｃｈａｂｅｒ等在的条件下研究热解过程，提出了热解的反应机理，将热解过ＩＭ划分为叫个阶、在室温电４６３Ｋ时，主要发生尿素溶液的蒸发、分解，并有大量的缩：脲产生、ｆｒ：４６３－５２３Ｋ时，以索继续分解，缩二脲也开始发牛．分解，丨聚铽酸逐渐增、５２３－６３３Ｋ时，尿素、缩：脲等儿乎完全被分解，二聚氰酸等开始蒸发分解；四于６３３Ｋ后，三聚氰酸分解加快，在６４８－６５３Ｋ之间会完全分解Ｍｌ。Ｋｏｅｂｅｌ等引起副反应的４１要反应物是ＨＮＣＯ，快速升温以及ＨＮＣＯ的快速扩散能够抑二脲、缩三脲、７聚Ｍ酸等副产物的产生⑴Ｉ。??Ｂｅｒｎｈａｒｄ?Ａ?Ｍ等人使用Ｔｉ０２作为尿素热解的催化剂，研究Ｔｉ０２对以尜分解产物的影响，发现缩二脲，缩三脲，三聚氰酸等都可以被水解．缩二腺、缩三直接被水解，而？：聚氰酸则是先水解成氰尿酸，最后，氰秘酸完企水解成ＮＣ〇２丨丨２丨。??，
尿素溶液受热会形成很多难溶于水，，是缩二脲（ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２），缩二脲的产生机理为以下两个反应的（１）两个尿素分子在高于１３３°Ｃ的温度卜直接形成缩二脲和ＮＨ３。??２ＮＨ２ＣＯＮＨ２?＾?ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２＋ＮＨ３（２）尿素首先分解为ＨＮＣＯ和ＮＨ３，温度高于１６０°Ｃ，?ＨＮＣＯ与尿腮。??ＮＨ２ＣＯＮＨ２?ＨＮＣＯ＋?ＮＨ，ＮＨ２ＣＯＮＨ；?＋?ＨＮＣＯ?＾?ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２图２－３为缩二脲生成速率与尿素质量分数和温度之间的关系。当温度二脲的生成速率随尿素质量分数的升高而升高。在〗８０°Ｃ、５０ｗｔ％的尿下，缩二脲的生成率约为丨〇％。在１６０°Ｃ、６０ｗｔ％的尿素溶液条件下，成率约为６％。因此，尿素水解时溶液的质量分数应控制在６０％以下。分数．？定时，缩二脲的化成率随温度升高而升高。即使尿素质量分数为到丨８０。（：时，缩二脲的１．：产率也达到了?７％左右。因此尿素水解温度不／降低副反应，温度要拧制在丨８〇°Ｃ以下。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃煤电厂超低排放改造方案及其经济性分析[J]. 成新兴,武宝会,周彦军,牛国平,李兴华,孙大伟. 热力发电. 2017(11)
[2]商用选择性催化还原催化剂SO2氧化率控制研究进展[J]. 唐昊,李文艳,王琦,陆强,李慧,胡笑颖,董长青. 化工进展. 2017(06)
[3]中国煤炭清洁高效利用的实践与展望[J]. 张绍强. 科技导报. 2016(17)
[4]高浓度尿素水解制氨试验研究[J]. 张向宇,高宁,张波,陆续,徐宏杰. 热力发电. 2016(06)
[5]火电厂脱硝用尿素水解中试试验[J]. 向小凤,张向宇,张波,高宁,陆续,徐宏杰. 化工进展. 2016(S1)
[6]火电厂尿素水解工艺设计及试验研究[J]. 张向宇,张波,陆续,向小凤,徐宏杰. 中国电机工程学报. 2016(09)
[7]尿素水解研究及其在柴油机尾气脱硝中的应用[J]. 郭秀丽,亓占丰. 大连大学学报. 2015(06)
[8]水平管内纯饱和蒸汽强制对流冷凝局部换热特性[J]. 徐慧强,孙中宁,谷海峰,李昊. 化工学报. 2015(01)
[9]SCR脱硝工艺计算实例分析[J]. 江辉,吴凤玲,刘民,赵修华,吴晓烽. 环境与发展. 2014(07)
[10]国产首套尿素水解装置在大型火电厂的工业应用及技术优化[J]. 惠润堂,韦飞,闫世平,刘曙东,杨爱勇,姜艳靓,郑伟. 中国电力. 2014(07)
博士论文
[1]基于尿素还原剂的选择性非催化还原高效脱硝技术的实验研究[D]. 陈镇超.浙江大学 2012
[2]尿素生产系统热力学研究及流程模拟开发[D]. 张香平.大连理工大学 2002
硕士论文
[1]改进的热力学方程模拟尿素水解系统[D]. 高腾飞.天津大学 2015
[2]尿素装置水解系统的模拟与技术改进[D]. 邵方元.重庆大学 2014
[3]尿素生产解吸及水解系统热力学研究与设备模拟[D]. 付雪梅.重庆大学 2011
本文编号：2912817
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