尿素热解技术
尿素溶液热解系统概述和工艺设计
尿素溶液热解系统概述和工艺设计SCR烟气脱硝的还原剂应具有效率高、价格低、安全性高、仓储便利、占地面积小等特点，目前常用的还原剂主要有液氨、氨水和尿素三种。
液氨虽然具有来源广、投资费用低等优点，但因其是有毒物质，具有很强的安全威胁性和毒性，同样氨水也具有安全问题，这两种还原剂逐渐被尿素所取代。
尿素制氨工艺包括水解和热解两种技术，其中热解工艺具有很高的稳定性、安全性和可利用率，越来越受到业内的认可和青睐。
1 原理介绍2 流程介绍尿素热解法制氨系统分为尿素溶液制备系统和热解系统两部分，其中尿素制备包括斗提机、溶解罐、溶液给料泵、储罐、尿素溶液循环装置（HFD），热解包括计量分配装置（MDM）、电加热器（EH）、含喷射器（INJ）的绝热分解室（DC）。
（1）袋装尿素经过破袋后，由斗提机输送到溶解罐里，用除盐水将干尿素溶解成40～60%（一般为50%）质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐。
（2）尿素溶液经由尿素溶液循环泵输送至计量分配装置母管接口，再通过循环管路经由背压控制阀回到尿素溶液储罐。
（3）50%尿素溶液结晶温度约为18℃，为防止设备及管路内溶液结晶，罐体需要内置蒸汽盘管，管路可设置疏水、电伴热并采用硅酸铝或岩棉管壳保温。
（4）尿素溶液经过计量分配装置精确地测量和控制输送到喷射器，经过雾化喷嘴喷入分解室后热解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物喷入SCR脱硝系统。
（5）尿素热解采用锅炉热一次风或二次风，风量设计值由热平衡计算所得，风压不低于8.5KPa，如达不到此压力值，需设置增压风机。
用电加热器将高温空气加热到约350～600 ℃后进入绝热分解室。
3 核心设备的设计理念及优化3.1 尿素溶解罐材料采用S*****不锈钢，溶解罐除设有水流量和温度控制系统外，还采用输送泵将尿素溶液从储罐底部向侧部进行循环，使尿素溶液更好地混合。
尿素溶液浓度的精准配制是通过装在循环回路上的密度计信号控制溶解罐进水自动完成的。
尿素热解技术
尿素制氨SCR兑硝技术一、国内外脱硝还原剂制备现状目前大型电厂烟气脱硝主要采用选择性催化脱硝(SCR)技术，其化学反应机理比较复杂，但主要的反应是NH3在一定的温度和催化剂作用下，选择性地把烟气中的NOx还原为N2和水，目前最常用的还原剂制备方法一般有3种：液氨法、氨水法、尿素法。
1.1液氨法采用液氨法，具有投资少，运行费用较低等优点。
但根据我国《危险化学物品名表》(GB12268-90)和《重大危险源辨识》(GB18218-2000)的有关规定, 液氨在生产场所超过40t、储存场所超过100t时构成重大危险源，需报相关安全生产部门审批。
液氨的储存和制备系统在安全、消防和环保等方面需满足相关的规范，对电厂的日常运行和管理按二级重大危险源要求。
液氨储存和装卸场所应禁止设置在学校、医院、居民区等人口稠密区附近，如表1所示。
据统计，我国95%以上的危险化学品涉及异地运输问题，例如液氨的年流动量达100多万吨，，其中80%是通过公路运输的。
国内外统计表明,危险化学品运输事故占危险化学品事故总数的30%~40%。
危险化学品公路运输事故频繁发生对社会公共安全造成了巨大的损失和潜在威胁。
此外，液氨具有极强的挥发性、腐蚀性，因此，在使用及运输过程中也容易产生泄露，从而导致事故的发生图1我国各种危险化学品事故发生比例2.2氨水法氨水法采用浓度为20%~25%的氨水溶液作为原料。
氨水储罐中的氨水通过加热装置使其蒸发，形成氨气和水蒸汽，送至烟气系统。
采用氨水法较液氨法相对安全，但同样存在安全隐患，且与其它常用方法比较运行费用最高。
因此90年代以后国际上已经很少采用氨水作为SCR脱硝还原剂。
2.3尿素法热解法：国际上应用的是由美国FuelTech公司设计的NOxOUT ULTRA尿素热解制氨技术。
其技术要点为利用热空气作为热源，在450-600E来快速分解40%-55%的尿素水溶液。
其优点为：近常压热解，操作压力低。
其缺点和容易出现的故障现象有：1）燃油耗量大、运行费用高。
尿素法脱硝热解炉技术资料
烟气脱硝改造工程尿素热解装置工艺流程描述、系统运行及控制说明1. 系统概述尿素热解法制氨系统包括尿素储仓、干卸料、螺旋给料机、尿素溶解罐、尿素溶液给料泵、尿素溶液储罐、供液泵、计量和分配装置、背压控制阀、绝热分解室(内含喷射器)、电加热器及控制装置等。
整套系统考虑夏天防晒，冬天防冻措施。
尿素粉末储存于储仓，由螺旋给料机输送到溶解罐里，用去离子水将干尿素溶解成40~55%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由供液泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室内分解，生成NH3、H2O和CO2，分解产物经由氨喷射系统进入脱硝系统。
所设计的尿素制氨工艺满足：还原剂的供应量能满足锅炉不同负荷的要求，调节方便、灵活、可靠；尿素制氨工艺配有良好的控制系统。
2. 主要设备（1）尿素储仓设置2套锥形底立式尿素筒仓，体积要满足全厂4台机组3天用量要求，碳钢制造，锥体内衬1Cr18Ni9Ti不锈钢。
筒仓设计考虑配备流化风或振动装置来防止尿素吸潮、架桥及堵塞。
此外，还应配有布袋过滤器，预留气力输送接口。
（2）尿素溶解罐设置两只尿素溶解罐，采用两套螺旋给料机将尿素输送到溶解罐。
在溶解罐中，用去离子水（也可使用反渗透水和冷凝水，不使用软化水）制成40~55%的尿素溶液。
当尿素溶液温度过低时，蒸汽加热系统启动使溶液的温度高于82℃（确保不结晶）。
材料采用1Cr18Ni9Ti不锈钢，内衬防腐材质。
尿素溶液配制采用计量罐方式。
溶解罐除设有水流量和温度控制系统外，还采用输送泵将化学剂从储罐底部向侧部进行循环，使化学剂更好地混合。
（3）尿素溶液混合泵尿素溶液混合泵为不锈钢本体，碳化硅机械密封的离心泵，每只尿素溶解罐设两台泵一运一备，并列布置。
此外，溶液混合泵还利用溶解罐所配置的循环管道将尿素溶液进行循环，以获得更好混合。
（4）尿素溶液储罐尿素溶液经由尿素溶液给料泵进入尿素溶液储罐。
设置两只尿素溶液储罐，满足4天的系统用量（40~55%尿素溶液）要求。
尿素热解和水解技术在锅炉烟气脱硝工程中的应用
尿素热解和水解技术在锅炉烟气脱硝工程中的应用尿素热解和水解技术在锅炉烟气脱硝工程中的应用引言：锅炉烟气脱硝工程是环保领域中的重要一环，其主要目的是降低锅炉烟气排放中的氮氧化物（NOx）浓度，减少大气污染对环境和人类健康的影响。
尿素热解和水解技术作为一种现代化的脱硝方法，其应用在锅炉烟气脱硝工程中逐渐受到关注。
本文将从尿素热解和水解技术的原理、应用以及优势等方面综合评估其在锅炉烟气脱硝工程中的价值和作用。
一、尿素热解和水解技术的原理1. 尿素热解技术原理尿素热解技术是利用高温下尿素分解生成氨和氰酸酯的反应过程。
尿素经过加热后产生氨气，而氨气可以与烟气中的NOx反应生成氮气和水，从而实现脱硝的目的。
2. 尿素水解技术原理尿素水解技术是将尿素与碱性溶液反应生成氨气的过程。
水解反应一般在碱性环境中进行，并通过调节反应条件和溶液浓度来实现对NOx 的脱除。
二、尿素热解和水解技术在锅炉烟气脱硝工程中的应用1. 尿素热解技术的应用尿素热解技术因其简便、高效的特点在锅炉烟气脱硝工程中得到广泛应用。
通过在锅炉燃烧过程中注入尿素，可以有效降低烟气排放中的NOx浓度，达到减少大气污染的效果。
尿素热解技术还可以与其他脱硝技术相结合，提高脱硝效果。
2. 尿素水解技术的应用尿素水解技术是一种适用于低温、低压条件下的脱硝方法，因其操作简便、能耗低的特点受到关注。
该技术主要应用于小型锅炉和工业锅炉等烟气处理中，可以有效降低烟气排放中的NOx浓度，实现环境保护的目标。
三、尿素热解和水解技术的优势1. 高效性尿素热解和水解技术在锅炉烟气脱硝工程中具有高效的优势。
通过合理设计脱硝装置和优化工艺参数，可以实现高效的脱硝效果，使锅炉烟气排放中的NOx浓度大幅度降低。
2. 环保性尿素热解和水解技术对环境友好，其产生的副产物往往可以再利用。
在脱硝过程中，尿素经过热解或水解反应后生成的氮气、水和少量的氨气等对环境没有明显的污染。
3. 经济性尿素热解和水解技术的投资和运维成本相对较低，适用于各种规模和类型的锅炉。
尿素热解法脱硝具体工艺及应用
1尿素热解和水解尿素热解反应方程式：CO(NH2)2(溶液) → CO(NH2)2(固) + H2O(气) （1）CO(NH2)2→ NH3+HNCO （2）HNCO+H2O → NH3+CO2（3）目前普遍认为尿素热解制氨的生成分三步实现：（1）尿素水溶液蒸发析出尿素颗粒；（2）尿素热解生成等物质的量的氨气和异氰酸HNCO；（3）异氰酸进一步水解生成等物质量的氨气和二氧化碳[1]。
尿素热解产物HNCO在气相中稳定存在，不易分解，只有在反应温度≥400 °C 时才会发生水解。
反应温度较低致使尿素热解过于复杂，中间反应产物降低了目标产物NH3的转化率，不利于尿素彻底分解。
因此提高反应温度、添加催化剂是脱硝过程中常用的提高尿素分解效率的手段。
尿素水解反应方程式：CO(NH2)2+ H2O → 2 NH3+ CO2（4）表1 尿素热解和水解技术参数对比[2]调研来看，尿素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，但用户的运行成本压力较大。
和尿素热解相比，尿素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。
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。
尿素在热解时最终的产物是等量的氨气(NH)和异氰酸(HNCO)。
虽然HNCO能3，但是HNCO在气相下非常稳定，水解反应只有在特进一步发生水解反应生成NH3定的金属或金属氧化物下才能进行[3]。
HNCO的存在对于脱硝过程是不利的，HNCO 与NO能进行还原反应，部分NO被还原成有害的氧化亚氮；在选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)过程中，HNCO先在SCR催化剂的作用后再进一步与NO发生还原反应，减少了还原反应的时间，从下快速水解成NH3而有可能降低催化效果[4, 5]。
尿素热解工作原理
尿素热解工作原理
尿素热解是指将尿素（H2NCONH2）在高温下分解成氨气和二氧化碳的化学反应。
它是
一种重要的化学反应，被广泛应用于化肥、燃料和聚合物工业等领域。
尿素热解的工作原
理与尿素分子的结构和化学性质密切相关，下面将对其进行详细阐述：
1.尿素分子的结构
尿素分子由两个氨基和一个甲酰基组成，化学式为H2NCONH2。
它是一种有机化合物，分子量为60.06 g/mol。
尿素的分子结构与含有双键的碳氢化合物类似，但其分子中的双
键被氧原子所代替。
2.尿素的物理性质
尿素在常温下为白色结晶体，易溶于水，但也能溶于乙醇和苯等极性溶剂。
尿素具有
的糖类甜味，而且还具有很强的吸湿性。
在300℃左右的高温下，尿素会发生热解反应。
3.尿素热解反应的机理
尿素热解反应的机理与尿素分子的结构密切相关。
当尿素被加热到一定温度时，尿素
分子中的N-C-N键断裂，形成两个氨基和一个甲酰基自由基，同时释放出一分子的水分子。
甲酰基自由基会被氧空气氧化为CO2，而氨基则被分解为氨气。
H2NCONH2 → H2O + CO2 + 2NH3
尿素热解的应用非常广泛。
在化肥工业中，尿素热解可用于生产氨、尿素和硝酸等各
种氮化合物。
在燃料领域中，尿素热解被用作SCR（选择性催化还原）技术的反应剂，用于减少柴油车辆废气中的氮氧化物排放。
此外，尿素热解反应也被应用于高分子材料的制备、生物质转化和化学分析等领域。
尿素热解脱硝技术在应用问题与前景
建立安全检查制度
定期对设备进行检查和维 护，及时发现和消除安全 隐患。
04
尿素热解脱硝技术前景展望
政策支持与市场驱动
政策支持
随着国家对环保要求的不断提高，政府出台了一系列鼓励环保技术发展的政策，为尿素热解脱硝技术的推广和应 用提供了有力支持。
市场驱动
随着环保意识的普及和市场对绿色产品的需求增加，尿素热解脱硝技术作为一种有效的脱硝手段，具有广阔的市 场前景。
运营成本较高
相比其他脱硝技术，尿素热解脱 硝技术的运营成本较高，包括原 材料、能耗、人工等方面的支出 。
政策支持不足
当前针对尿素热解脱硝技术的政 策支持相对较少，企业在推广和 应用过程中面临一定的政策风险 和资金压力。
未来发展趋势和机遇
技术创新不断推进
随着科技的不断进步和创新，尿素热解脱硝技术有望在设备性能、脱硝效率、运营成本 等方面实现突破。
环保意识提升带动需求增长
随着全球环保意识的不断提升，各国对于减少氮氧化物排放的要求将越来越严格，这将 为尿素热解脱硝技术提供更广阔的市场空间。
多元化应用场景拓展
除了传统的电力、化工等领域，尿素热解脱硝技术还有望在船舶、汽车等移动源领域得 到应用，进一步拓展其市场应用范围。
行业建议和呼吁
1 2 3
加强技术研发和创新投入
操作复杂性和安全性问题
操作复杂性
尿素热解脱硝技术需要精确控制温度、 压力、气体流量等多个参数，操作难度 较大。
VS
安全性问题
该技术涉及高温、高压等危险因素，如果 操作不当或设备故障，可能引发安全事故 。
03
尿素热解脱硝技术优化措施
提高催化剂活性及选择性
选用高性能催化剂
选择具有高活性和选择性 的催化剂，如钒钛系、锰 系等，以提高脱硝效率和
尿素热解技术创新
尿素热解技术创新摘要：尿素是一种广泛应用于化肥、合成树脂、医药等领域的重要化学品。
尿素热解技术是指通过热解反应将尿素转化为氨气和一氧化碳。
在过去的几十年中，随着社会经济的发展和环境保护要求的提高，尿素热解技术也在不断进行技术创新和改进。
本文主要介绍尿素热解技术的发展历程、技术特点及最新的创新成果。
一、尿素热解技术的发展历程尿素热解技术最早可以追溯到20世纪初。
最初是通过对尿素进行热解反应来生产氨气和一氧化碳。
随着化工工艺的发展和研究的深入，尿素热解技术逐渐被引入到合成氨、合成尿素和其他化工生产过程中。
20世纪60-70年代，尿素热解技术得到了进一步的提升和改进，特别是在氮肥生产中得到了广泛应用。
通过利用尿素热解技术，可以将尿素分解成氨气和一氧化碳，为制造合成氨提供原料，从而提高了氮肥生产的效率和质量。
二、尿素热解技术的技术特点1. 热解温度控制：尿素热解过程中，合理控制反应温度是关键。
通常情况下，尿素的热解温度为300-400摄氏度，通过控制反应温度，可以实现对产物氨气和一氧化碳的选择性产率。
2. 反应压力调节：在尿素热解过程中，反应压力的调节对反应速率和产物选择性也有重要影响。
通过合理调节反应压力，可以提高产物纯度和减少能耗。
3. 催化剂选择：在尿素热解反应中，选择合适的催化剂对提高反应速率和增加产物纯度具有重要作用。
目前，常用的催化剂有金属氧化物和过渡金属催化剂。
三、尿素热解技术的创新成果1. 高效催化剂的研发：近年来，科研机构和企业在尿素热解技术领域进行了大量的研究，成功研发了一系列高效催化剂，可以显著提高尿素热解反应的速率和产物的选择性。
2. 过程集成优化：通过过程集成技术，可以实现尿素热解反应的能耗降低和产物纯度提高。
一些企业在生产实践中采用了先进的过程集成技术，取得了良好的经济效益和环境效益。
3. 应用领域拓展：尿素热解技术不仅在化肥生产中得到广泛应用，还在合成树脂、医药、能源等领域具有巨大潜力。
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尿素热解技术
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尿素制氨SCR脱硝技术
一、国内外脱硝还原剂制备现状
目前大型电厂烟气脱硝主要采用选择性催化脱硝（SCR）技术，其化学反应机理比较复杂，但主要的反应是NH3在一定的温度和催化剂作用下，选择性地把烟气中的NOx 还原为N2和水，目前最常用的还原剂制备方法一般有3 种：液氨法、氨水法、尿素法。
液氨法
采用液氨法，具有投资少，运行费用较低等优点。
但根据我国《危险化学物品名表》（GB12268-90）和《重大危险源辨识》（GB18218-2000）的有关规定，液氨在生产场所超过40t、储存场所超过100t时构成重大危险源，需报相关安全生产部门审批。
液氨的储存和制备系统在安全、消防和环保等方面需满足相关的规范，对电厂的日常运行和管理按二级重大危险源要求。
液氨储存和装卸场所应禁止设置在学校、医院、居民区等人口稠密区附近，如表1所示。
表1 液氨储存及装卸的限制区域
据统计, 我国95%以上的危险化学品涉及异地运输问题, 例如液氨的年流动
量达100多万吨,，其中80%是通过公路运输的。
国内外统计表明, 危险化学品运
输事故占危险化学品事故总数的30%~40%。
危险化学品公路运输事故频繁发生, 对社会公共安全造成了巨大的损失和潜在威胁。
此外，液氨具有极强的挥发
性、腐蚀性，因此，在使用及运输过程中也容易产生泄露，从而导致事故的发生。
图1 我国各种危险化学品事故发生比例
氨水法
氨水法采用浓度为20%~25％的氨水溶液作为原料。
氨水储罐中的氨水通过
加热装置使其蒸发，形成氨气和水蒸汽，送至烟气系统。
采用氨水法较液氨法
相对安全，但同样存在安全隐患，且与其它常用方法比较运行费用最高。
因此
90年代以后国际上已经很少采用氨水作为SCR脱硝还原剂。
尿素法
热解法：国际上应用的是由美国FuelTech公司设计的NOxOUT ULTRA尿素
热解制氨技术。
其技术要点为利用热空气作为热源，在450－600℃来快速分解
40%-55%的尿素水溶液。
其优点为：近常压热解，操作压力低。
其缺点和容易出现的故障现象有：
1）燃油耗量大、运行费用高。
尿素热解装置在运行过程中，由于稀释风温度低、流量大，同时系统需氨量大，尿素热解吸收较大的热量，需要燃油提供的热量就越多；
2）热解炉尾部积物较快。
热解炉工作温度过高（450-600℃），在使用过程中发生由于底部尾管处尿素存积过多，导致出口风量减少，系统供氨量不够，直接造成热解炉停运清理，影响脱硝装置的可靠性。
如果热解炉内热空气的流量低或温度低，都会造成尿素溶液得不到完全热解而在尾部形成沉积。
水解法：尿素水解技术主要有AOD法、U2A法及SafeDeNOx 法三种。
主要技术特点为外界热源加热分解左右的，185℃的尿素水溶液。
其不足主要表现为：尿素水解过程中会生成一些酸性中间体(如氨基甲酸铵等)，氨基甲酸铵会严重破坏不锈钢表面的氧化膜，使系统的腐蚀速度加快，超过190℃时，一般的不锈钢材料(如304SS)会遭受严重腐蚀，当超过220℃时，即使采用钛等耐腐蚀材料，系统也会遭受腐蚀。
管道堵塞高浓度的尿素水溶液受热容易生成难溶于水的缩二脲及其他缩合物，这是造成尿素水解系统易产生堵塞的原因。
此外水解反应的不完全性导致无法预测NH3 的生成量, 因而也就无法很快地跟踪NOx 的瞬时变化, 造成要么NH3 喷多了增加氨逃逸, 要么NH3喷少了降低脱硝效率的现象。
就水解的AOD 和U2A 法来说, 使用前就必须预先制备一些NH3存放在容器中, 额外增加了一个危险源。
二、技术经济比较
表2 以一台600MW机组还原剂制备为例，进行技术经济比较：
三、山东省应用前景
尿素和液氨作为SCR还原剂各有优劣，其中液氨SCR 在建造成本、运行费用等方面均较尿素SCR低，目前工程中运用比较广泛。
但液氨作为重大危险源，在运输成本上以及在生产安全管理上对电厂的运行水平要求较高；液氨罐区要求的场地布置也较大（一般5000~6000m2），对于场地较紧张的老厂改造项目或座落于人口较密集地区的电厂不宜采用。
而尿素相对来说安全可靠，在运输及储存等方面没有特殊要求，场地布置相对紧凑(约500m2)，设备投资、能源消耗成本下降20%。
山东工业发达，人口密集，许多电厂、火电厂都附近都居住着大量居民，电厂等的脱硝工程中，还原剂的制备必须充分考虑到安全的因素，随着国家对重大危险源及产品使用的控制，液氨运输也将得到严格的控制，液氨法在脱硝工程中的应用将受到影响。
而尿素热解制氨具有高度的安全性，因此在山东省内的电厂、热电厂中具有较大的应用前景。