火電廠尿素制氨過程的模擬與分析
發(fā)布時間：2020-12-12 15:25
電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的還原劑NH3普遍采用液氨法制備,但由于液氨的安全性問題,近年來尿素制氨受到廣泛關注,尿素制氨法分為尿素熱解法和水解法。本文基于現(xiàn)有的技術及各系統(tǒng)設備的性能參數(shù),使用Aspen Plus軟件對尿素制氨過程進行模擬,比較不同操作條件下系統(tǒng)的產(chǎn)氨量以及能耗,在此基礎上分析最佳的制氨方案以及操作條件,并對某電廠300 MW機組的尿素水解系統(tǒng)進行設計計算。利用Aspen Plus中的RCSTR模塊對某燃煤電廠300MW機組的尿素熱解和尿素水解系統(tǒng)進行模擬。結果表明,水解反應方案反應溫度低,因此低溫蒸汽可作為熱源,能耗僅為熱解的20～30%。從節(jié)能角度出發(fā),水解制氨為最佳方案。從水解制氨系統(tǒng)的尿素進料質(zhì)量分數(shù)、反應溫度及壓力三個方面,分析了不同反應條件對水解產(chǎn)物的影響。結果表明:計算結果與相關實測值變化趨勢相同,建立的模型是合理可靠的。隨尿素進料質(zhì)量分數(shù)的增加,產(chǎn)氨量增加,耗熱量降低,但液相中的尿素質(zhì)量分數(shù)也隨之升高,易發(fā)生設備腐蝕。隨著溫度的上升,尿素水解速率提高,但離解反應也加速,經(jīng)濟性差。增加壓力能降低設備發(fā)生腐蝕的風險,但也會對產(chǎn)品氣的析出產(chǎn)生抑制。綜合考慮,尿素水...
【文章來源】：華北電力大學(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：60 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
電廠SCR脫硝系統(tǒng)工藝圖
圖１－２尿素熱解制氨工藝??Ｓｔｒａｄｃｌｌａ等人發(fā)現(xiàn)熱解過程不僅會產(chǎn)生ＮＨｄｌｌ?ＨＮＣＯ，還會斗：成縮一．脲、縮、三聚氰酸等聚合物｜９１。不同條件下，熱解的產(chǎn)物由較大的茇Ｓｃｈａｂｅｒ等在的條件下研究熱解過程，提出了熱解的反應機理，將熱解過ＩＭ劃分為叫個階、在室溫電４６３Ｋ時，主要發(fā)生尿素溶液的蒸發(fā)、分解，并有大量的縮：脲產(chǎn)生、ｆｒ：４６３－５２３Ｋ時，以索繼續(xù)分解，縮二脲也開始發(fā)牛．分解，丨聚鋱酸逐漸增、５２３－６３３Ｋ時，尿素、縮：脲等兒乎完全被分解，二聚氰酸等開始蒸發(fā)分解；四于６３３Ｋ后，三聚氰酸分解加快，在６４８－６５３Ｋ之間會完全分解Ｍｌ。Ｋｏｅｂｅｌ等引起副反應的４１要反應物是ＨＮＣＯ，快速升溫以及ＨＮＣＯ的快速擴散能夠抑二脲、縮三脲、７聚Ｍ酸等副產(chǎn)物的產(chǎn)生⑴Ｉ。??Ｂｅｒｎｈａｒｄ?Ａ?Ｍ等人使用Ｔｉ０２作為尿素熱解的催化劑，研究Ｔｉ０２對以尜分解產(chǎn)物的影響，發(fā)現(xiàn)縮二脲，縮三脲，三聚氰酸等都可以被水解．縮二腺、縮三直接被水解，而？：聚氰酸則是先水解成氰尿酸，最后，氰秘酸完企水解成ＮＣ〇２丨丨２丨。??，
尿素溶液受熱會形成很多難溶于水，，是縮二脲（ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２），縮二脲的產(chǎn)生機理為以下兩個反應的（１）兩個尿素分子在高于１３３°Ｃ的溫度卜直接形成縮二脲和ＮＨ３。??２ＮＨ２ＣＯＮＨ２?＾?ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２＋ＮＨ３（２）尿素首先分解為ＨＮＣＯ和ＮＨ３，溫度高于１６０°Ｃ，?ＨＮＣＯ與尿腮。??ＮＨ２ＣＯＮＨ２?ＨＮＣＯ＋?ＮＨ，ＮＨ２ＣＯＮＨ；?＋?ＨＮＣＯ?＾?ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２圖２－３為縮二脲生成速率與尿素質(zhì)量分數(shù)和溫度之間的關系。當溫度二脲的生成速率隨尿素質(zhì)量分數(shù)的升高而升高。在〗８０°Ｃ、５０ｗｔ％的尿下，縮二脲的生成率約為丨〇％。在１６０°Ｃ、６０ｗｔ％的尿素溶液條件下，成率約為６％。因此，尿素水解時溶液的質(zhì)量分數(shù)應控制在６０％以下。分數(shù)．？定時，縮二脲的化成率隨溫度升高而升高。即使尿素質(zhì)量分數(shù)為到丨８０。（：時，縮二脲的１．：產(chǎn)率也達到了?７％左右。因此尿素水解溫度不／降低副反應，溫度要擰制在丨８〇°Ｃ以下。??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]燃煤電廠超低排放改造方案及其經(jīng)濟性分析[J]. 成新興,武寶會,周彥軍,牛國平,李興華,孫大偉. 熱力發(fā)電. 2017(11)
[2]商用選擇性催化還原催化劑SO2氧化率控制研究進展[J]. 唐昊,李文艷,王琦,陸強,李慧,胡笑穎,董長青. 化工進展. 2017(06)
[3]中國煤炭清潔高效利用的實踐與展望[J]. 張紹強. 科技導報. 2016(17)
[4]高濃度尿素水解制氨試驗研究[J]. 張向宇,高寧,張波,陸續(xù),徐宏杰. 熱力發(fā)電. 2016(06)
[5]火電廠脫硝用尿素水解中試試驗[J]. 向小鳳,張向宇,張波,高寧,陸續(xù),徐宏杰. 化工進展. 2016(S1)
[6]火電廠尿素水解工藝設計及試驗研究[J]. 張向宇,張波,陸續(xù),向小鳳,徐宏杰. 中國電機工程學報. 2016(09)
[7]尿素水解研究及其在柴油機尾氣脫硝中的應用[J]. 郭秀麗,亓占豐. 大連大學學報. 2015(06)
[8]水平管內(nèi)純飽和蒸汽強制對流冷凝局部換熱特性[J]. 徐慧強,孫中寧,谷海峰,李昊. 化工學報. 2015(01)
[9]SCR脫硝工藝計算實例分析[J]. 江輝,吳鳳玲,劉民,趙修華,吳曉烽. 環(huán)境與發(fā)展. 2014(07)
[10]國產(chǎn)首套尿素水解裝置在大型火電廠的工業(yè)應用及技術優(yōu)化[J]. 惠潤堂,韋飛,閆世平,劉曙東,楊愛勇,姜艷靚,鄭偉. 中國電力. 2014(07)
博士論文
[1]基于尿素還原劑的選擇性非催化還原高效脫硝技術的實驗研究[D]. 陳鎮(zhèn)超.浙江大學 2012
[2]尿素生產(chǎn)系統(tǒng)熱力學研究及流程模擬開發(fā)[D]. 張香平.大連理工大學 2002
碩士論文
[1]改進的熱力學方程模擬尿素水解系統(tǒng)[D]. 高騰飛.天津大學 2015
[2]尿素裝置水解系統(tǒng)的模擬與技術改進[D]. 邵方元.重慶大學 2014
[3]尿素生產(chǎn)解吸及水解系統(tǒng)熱力學研究與設備模擬[D]. 付雪梅.重慶大學 2011
本文編號：2912817
【文章來源】：華北電力大學(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：60 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
電廠SCR脫硝系統(tǒng)工藝圖
圖１－２尿素熱解制氨工藝??Ｓｔｒａｄｃｌｌａ等人發(fā)現(xiàn)熱解過程不僅會產(chǎn)生ＮＨｄｌｌ?ＨＮＣＯ，還會斗：成縮一．脲、縮、三聚氰酸等聚合物｜９１。不同條件下，熱解的產(chǎn)物由較大的茇Ｓｃｈａｂｅｒ等在的條件下研究熱解過程，提出了熱解的反應機理，將熱解過ＩＭ劃分為叫個階、在室溫電４６３Ｋ時，主要發(fā)生尿素溶液的蒸發(fā)、分解，并有大量的縮：脲產(chǎn)生、ｆｒ：４６３－５２３Ｋ時，以索繼續(xù)分解，縮二脲也開始發(fā)牛．分解，丨聚鋱酸逐漸增、５２３－６３３Ｋ時，尿素、縮：脲等兒乎完全被分解，二聚氰酸等開始蒸發(fā)分解；四于６３３Ｋ后，三聚氰酸分解加快，在６４８－６５３Ｋ之間會完全分解Ｍｌ。Ｋｏｅｂｅｌ等引起副反應的４１要反應物是ＨＮＣＯ，快速升溫以及ＨＮＣＯ的快速擴散能夠抑二脲、縮三脲、７聚Ｍ酸等副產(chǎn)物的產(chǎn)生⑴Ｉ。??Ｂｅｒｎｈａｒｄ?Ａ?Ｍ等人使用Ｔｉ０２作為尿素熱解的催化劑，研究Ｔｉ０２對以尜分解產(chǎn)物的影響，發(fā)現(xiàn)縮二脲，縮三脲，三聚氰酸等都可以被水解．縮二腺、縮三直接被水解，而？：聚氰酸則是先水解成氰尿酸，最后，氰秘酸完企水解成ＮＣ〇２丨丨２丨。??，
尿素溶液受熱會形成很多難溶于水，，是縮二脲（ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２），縮二脲的產(chǎn)生機理為以下兩個反應的（１）兩個尿素分子在高于１３３°Ｃ的溫度卜直接形成縮二脲和ＮＨ３。??２ＮＨ２ＣＯＮＨ２?＾?ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２＋ＮＨ３（２）尿素首先分解為ＨＮＣＯ和ＮＨ３，溫度高于１６０°Ｃ，?ＨＮＣＯ與尿腮。??ＮＨ２ＣＯＮＨ２?ＨＮＣＯ＋?ＮＨ，ＮＨ２ＣＯＮＨ；?＋?ＨＮＣＯ?＾?ＮＨ２ＣＯＮＨＣＯＮＨ２圖２－３為縮二脲生成速率與尿素質(zhì)量分數(shù)和溫度之間的關系。當溫度二脲的生成速率隨尿素質(zhì)量分數(shù)的升高而升高。在〗８０°Ｃ、５０ｗｔ％的尿下，縮二脲的生成率約為丨〇％。在１６０°Ｃ、６０ｗｔ％的尿素溶液條件下，成率約為６％。因此，尿素水解時溶液的質(zhì)量分數(shù)應控制在６０％以下。分數(shù)．？定時，縮二脲的化成率隨溫度升高而升高。即使尿素質(zhì)量分數(shù)為到丨８０。（：時，縮二脲的１．：產(chǎn)率也達到了?７％左右。因此尿素水解溫度不／降低副反應，溫度要擰制在丨８〇°Ｃ以下。??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]燃煤電廠超低排放改造方案及其經(jīng)濟性分析[J]. 成新興,武寶會,周彥軍,牛國平,李興華,孫大偉. 熱力發(fā)電. 2017(11)
[2]商用選擇性催化還原催化劑SO2氧化率控制研究進展[J]. 唐昊,李文艷,王琦,陸強,李慧,胡笑穎,董長青. 化工進展. 2017(06)
[3]中國煤炭清潔高效利用的實踐與展望[J]. 張紹強. 科技導報. 2016(17)
[4]高濃度尿素水解制氨試驗研究[J]. 張向宇,高寧,張波,陸續(xù),徐宏杰. 熱力發(fā)電. 2016(06)
[5]火電廠脫硝用尿素水解中試試驗[J]. 向小鳳,張向宇,張波,高寧,陸續(xù),徐宏杰. 化工進展. 2016(S1)
[6]火電廠尿素水解工藝設計及試驗研究[J]. 張向宇,張波,陸續(xù),向小鳳,徐宏杰. 中國電機工程學報. 2016(09)
[7]尿素水解研究及其在柴油機尾氣脫硝中的應用[J]. 郭秀麗,亓占豐. 大連大學學報. 2015(06)
[8]水平管內(nèi)純飽和蒸汽強制對流冷凝局部換熱特性[J]. 徐慧強,孫中寧,谷海峰,李昊. 化工學報. 2015(01)
[9]SCR脫硝工藝計算實例分析[J]. 江輝,吳鳳玲,劉民,趙修華,吳曉烽. 環(huán)境與發(fā)展. 2014(07)
[10]國產(chǎn)首套尿素水解裝置在大型火電廠的工業(yè)應用及技術優(yōu)化[J]. 惠潤堂,韋飛,閆世平,劉曙東,楊愛勇,姜艷靚,鄭偉. 中國電力. 2014(07)
博士論文
[1]基于尿素還原劑的選擇性非催化還原高效脫硝技術的實驗研究[D]. 陳鎮(zhèn)超.浙江大學 2012
[2]尿素生產(chǎn)系統(tǒng)熱力學研究及流程模擬開發(fā)[D]. 張香平.大連理工大學 2002
碩士論文
[1]改進的熱力學方程模擬尿素水解系統(tǒng)[D]. 高騰飛.天津大學 2015
[2]尿素裝置水解系統(tǒng)的模擬與技術改進[D]. 邵方元.重慶大學 2014
[3]尿素生產(chǎn)解吸及水解系統(tǒng)熱力學研究與設備模擬[D]. 付雪梅.重慶大學 2011
本文編號：2912817
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