尿素热解技术

尿素热解技术

The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

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。