결과는 설계된 요소 가수 분해 반응 장치의 작동 매개 변수가 계산 결과와 일치하며 모델 구축 및 계산 방법이 가능함을 보여줍니다. 작동 조건이150 C, 0.6MPa 에서 요소 용액 농도가 높을수록 반응기의 암모니아 생산 능력이 커질수록 수출 가스의 H2O 함량이 낮아져 이론적 계산에 부합한다.
중국 전력기업연합회 월간지에 따르면 2065438+2006 년 3 월 말 현재 전국 6000 킬로와트 이상 화력기 10 100 만 킬로와트가 집계됐다. 2020 년까지 우리나라 화력 설치 용량은 6543.8+0 억 2 천만 킬로와트를 넘을 것으로 예상된다. 이 가운데 석탄 발전소에서 질소산소화합물 배출을 줄이는 것은 환경에 대한 오염을 더욱 중시할 것이다. 환경업계가 더욱 엄격한 제도협의를 통해 액암모니아의 잠재적 위험성을 규정하고 있으며, 석탄발전소 에테르수해제 암모니아 탈질기술은 탈질환원제의 제비 방법으로 많은 관심을 받고 있다.
국내 기술 부족으로 인해 발전소는 기본적으로 외국 U2A 우레아의 수해 암모니아 반응기를 직접 구매한다. 최근 몇 년 동안 국내 일부 기관들은 자주재산권을 가진 에테르수해반응기를 개발하였다. 그러나 기술의 기밀성과 수해반응기 사용의 한계로 공개된 자료는 거의 없다.
이 기술 공백을 메우기 위해 20 12 이후' 천인계획' 해외 전문가가 이끄는 연구팀이 에테르수해기술연구를 실시했다. 이론계산을 통해 수해반응과정과 수해반응기 매개변수를 초보적으로 설계해 석탄발전소 탈질용 에테르수해제암모니아 시험장치를 구축해 운영온도, 운영압력, 질량유량에 의한 요소 수해율을 분석했다.
본 논문에서는 먼저 우레아 가수 분해 반응 평형 상수 (우레아 합성 공정의 반응 평형 상수를 따른다고 가정) 와 NH3-CO2-H2O-CO(NH2)2 차 시스템의 평형 계산 방법을 기초로 PR 상태 방정식과 수정 된 UNIQUAC 모델을 결합하여 ASPEN 소프트웨어를 이용한 시뮬레이션 계산을 검증 할뿐만 아니라
1 의 이론적 계산 방법
우레아 가수 분해에 의한 암모니아 생산의 기본 원리는 다음과 같습니다.
우레아 합성 공정 응축수 깊이 가수 분해 섹션과 달리 탈질 단위 우레아 수용액 농도는 일반적으로 40% 및 50% 의 중량비로 고농도 우레아 가수 분해 공정에 속한다. 우레아 합성 장치의 우레아 가수 분해 농도는 약 0.003 ~ 0.006 mol/kg 에 불과하며 NH3, CO2 및 우레아 함량은 각각 3.5 ~ 5.5%, 2 ~ 3% 및 0.4 ~ 2% 로 저농도 우레아 가수 분해에 속하며 반응 증류 과정입니다. 그 화학반응과 NH3-CO2-H2O-Co (NH2) 의 상균형 계산 모델
분명히, 저농도 증류 공정의 심도 가수 분해 평형 계산 방법은 고농도 우레아 가수 분해 시스템에 적용되지 않으며 고농도 우레아 가수 분해 평형의 계산은보고되지 않는다.
1 우레아 가수 분해의 열역학적 계산
우레아 가수 분해는 우레아 합성 반응의 역 과정으로서 우레아 합성 시스템의 상대적으로 성숙한 연구 이론을 배울 수 있습니다.
반응 평형 상수는1..1
반응 평형 상수 K 는 시뮬레이션 계산의 핵심 매개변수이며 압력과 구성과는 무관하지만 온도의 함수일 뿐이다. 열용량이 프로세스 전후에 크게 변경되지 않은 경우 공식 (2) 에 표시된 대로 다음과 같습니다.
따라서 저농도 우레아 가수 분해 과정의 평형 상수로부터 배우는 것이 가능해야 한다. 그러나 저농도 우레아의 수해 과정은 암모니아와 CO2 의 약한 전해질의 이온화 균형과 암모니아와 CO2 사이의 화학반응을 동반한다. 저농도 우레아 수용액의 평형 시스템은 약한 전해질 용액의 상 평형 상태에 속하며, 정전기항은 저농도 활동 계수 계산에 중요한 역할을 한다.
따라서, 우레아 합성 공정 응축수 중 우레아 가수 분해 평형 시스템의 열역학적 계산은 질소 제거 우레아 가수 분해 평형 시스템에 적용되지 않지만, 합성 구역의 우레아 농도가 높고, 다른 우레아 생산 공정의 온도와 압력은 180-2 10℃ 및1입니다
또한 활성 계수를 사용하여 액체 분자의 비이상을 수정합니다. 활동 계수를 계산할 때 정전기항을 무시하고 요소 중성 분자와 다른 입자의 이원 상호 작용을 무시합니다. 예를 들어 반응 균형도 공식 (4) 으로 나타낼 수 있습니다.
여기서 mi 는 각 그룹의 질량 농도이고, 텅스텐은 각 그룹의 활동 계수이며, W 는 물의 활성도입니다.
1.2 쿼드 시스템의 상 균형
쿼드 체계의 균형이 맞는 계산은 매우 복잡하니, 각 조의 전리 균형을 고려해야 한다. 현재로서는 더 정확한 방법이 없다. 저농도 우레아 가수 분해 공정의 이온화 반응은 다음과 같습니다:
이 시스템에는 많은 구성 요소가 포함되어 있습니다. 기상에는 물, 암모니아, CO2 의 세 가지 구성 요소가 포함되어 있으며, 균형 액상에는 10 구성 요소 (우레아 가수 분해, 암모니아 및 CO2 의 이온화 균형, 포름산 암모늄 이온 생성 평형 반응) 가 포함되어 있습니다.
이 글은 Edwards 모델을 이용하여 삼원체계의 활동도 계수를 구하고, 수액에 에테르수해제한방정식을 넣어 4 원체계의 상균형 계산을 얻었다.
1.3 우레아 가수 분해율
우레아의 가수 분해는 가역적 인 과정입니다. 온도가 60 C 이하일 때, 수해반응이 거의 발생하지 않는다. 온도가 올라감에 따라 가수 분해 속도가 빨라진다. 온도가 80 C 에 도달하면 우레아의 가수 분해량은 1h 에서 0.5%,110 C 에서는 3% 로 올라갈 수 있고, 가열 용액 온도는/KLOC 보다 높다
우레아 가수 분해율의 표현식은 다음과 같습니다.
여기서 Ue 와 U0 은 각각 반응 전 초기 요소 농도와 반응 후 최종 요소 농도, MG/L 입니다. 플루토늄은 반응기에서 우레아 용액의 체류 시간이고, Minn 은 수해반응기의 수이다. K 는 우레아 가수 분해의 속도 상수입니다. T 는 가수 분해 반응 온도입니다.
2 모델 생성 및 시뮬레이션
우레아 가수 분해 열역학 계산에 기초하여, 우레아 가수 분해 반응 모델과 반응 동역학 모델이 결합되고, ASPEN 을 이용한 공정 시뮬레이션 계산이 수행되며, HYSYS 공정 계산의 각 작동 지점의 물리적 매개 변수가 HTRI 로 임포트되어 반응기 및 열교환 기의 계산 및 선택이 가능합니다 (그림 1 참조).
그림 1 에서 볼 수 있듯이 50w% 우레아 수용액은 열교환 기 B 1 에서 물류 (1) 로180 C 및/KLOC 로 사용됩니다. 우레아 수용액의 온도가 60 C 로 상승하면 가수 분해 반응기 B2 의 공급 흐름 (2) 이 된다.
그림 2 는 서로 다른 공급 농도에서 가수 분해물의 각 그룹별 몰 농도와 리액터 열 전력의 시뮬레이션 계산 비교 결과를 보여 줍니다. 우레아 용액 농도가 증가함에 따라 가수 분해물에서 NH3 의 농도가 증가하고 H2O 의 농도가 감소하며 단위 암모니아 에너지 소비량이 감소한다는 것을 알 수 있습니다. 우레아 용액의 농도가 50w% 에서 60w% 로 증가하면 생성물 가스 중 NH3 의 몰 점수가 0.37 에서 0.47 로 증가하고 H2O 의 몰 점수가 0.43 에서 0.28 로 감소합니다.
제품 가스에서 H2O 농도가 감소함에 따라 반응액 중 과도한 수분 증발에 흡수된 기화 잠열을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 반응기에서 가열된 증기의 소비를 줄여 에테르수해반응기의 경제성을 효과적으로 높일 수 있다.
3 파일럿 테스트
3. 1 파일럿 반응기 시스템
파일럿 장치가 가동되고 있으며, 우레아 수용액의 제조는 수용액 중 우레아의 농도를 제어하는 준비 시스템에 의해 완료됩니다. 시험공예에 사용된 원료는 봉지우레아로 총 질소 함량 ≥46.3%, 뷰렛 함량 ≤0.9%, 물 (H2O) 함량 ≤0.5% 로 국표 GB2440-200 1 에 부합한다.
그림 3 에 나와 있는 에테르수해시험장치의 과정은 배출 탱크의 연화수가 피드를 통해 에테르용해탱크와 에테르입자를 혼합하여 에테르용액을 만들고, 다른 한 길은 열교환기를 통해 예열한 후 전기 보일러로 보내 고온증기를 생성하는 것이다. 우레아 용액은 공급 펌프에서 가수 분해 반응기로 공급되며 가수 분해 반응은 암모니아를 생성합니다. 반응에 필요한 열량은 분독 안에서 흐르는 증기에 의해 제공되고, 증기 발열은 포화수로 변하고, 열교환기에 의해 냉각된 후 물탱크로 돌아간다. 기상산물은 반응기의 꼭대기에서 배출된다. 반응 잔여물은 후처리를 위해 폐수 탱크로 보내졌다.
이 장치는 상수 압력 작동, 연속 공급, 파이프에 설치된 질량 유량계를 통해 난방 증기 및 제품 가스의 흐름을 실시간으로 기록합니다. 반응 시스템이 평형에 이르면 가열 증기 흐름과 제품 공기 흐름은 안정적이지만 가수 분해 반응기의 기상 온도는 안정화될 때까지 점차 낮아진다.
3.2 제품 가스 분석
수출제품기용 온라인 색보계 분석. 그림 4 에서 볼 수 있듯이 우레아 용액의 질량 농도가 증가함에 따라 우레아 가수 분해물에서 NH3 및 CO2 의 성분 농도가 증가하고 H2O 의 성분 농도가 감소하여 시뮬레이션 연구에서 얻은 결론과 일치하며 시험 결과는 장치의 반응 설계 요구 사항을 충족시킵니다.
3.3 시스템의 자재 균형 및 열 균형
공정 설계 및 계산 방법을 더 수정하기 위해 리액터 열 교체 영역, 리액터 크기, 공급량, 증기 발생기 동력 등의 설계 매개변수를 검사하고 요소 가수 분해 장치 작동 중 실험 데이터를 예로 들어 장치의 자재 균형과 열 균형을 분석했습니다.
여기서 자재 균형은 에테르수해반응기 공급구와 제품 가스 출구에 설치된 질량 유량계를 통해 시스템의 자재 균형을 점검하는 동시에 리액터 내 수위를 일정하게 유지하는 것이다. 우레아 가수 분해 반응기의 열 균형은 주로 작동 유체 흡열, 증기 발열 및 가열 코일 열전도도의 균형을 포함한다.
가열 증기의 매개변수는 1.0MPa 및180 C 로 코일 내에서 흐르고 기화 잠열을 방출하여 파이프 벽을 통해 리액터 내의 요소 용액으로 열을 전달합니다. 우레아 용액의 흡열 과정은 끓는 열 교환으로 단순화할 수 있다. 가열 코일에서 증기가 방출하는 열은 주로 포화증기가 방출하는 기화 잠열이 포화수로 변하는 열을 가리킨다. 가열 코일 외 요소 용액의 흡열 능력은 세 부분으로 구성됩니다. 즉, 요소 용액은 공급 온도에서 반응 온도까지 필요한 열량입니다. 가열된 요소 용액의 수해반응에 흡수되는 화학반응열; 가수 분해 반응 후 반응기의 나머지 물에 흡수된 기화 잠열은 증기로 기화된다.
총 열 교환의 열 전달 계수는 코일의 대류 열 전달 계수, 코일의 열 전도율 및 코일 외부의 비등 열 전달 계수의 세 부분으로 구성됩니다. 그림 5 와 같이 감지된 난방 증기 흐름에 따라 반응 시스템의 열 균형을 검사합니다.
그림에서 볼 수 있듯이, 반응체계가 평형상태에 도달했을 때, 시스템에 들어가고 떠나는 물질의 질량은 같다. 반응 시스템이 평형 상태에 도달하면 가열 증기에서 방출되는 총 열은 반응기에서 흡수된 총 열과 열 교환 계수로 계산된 총 열 교환과 같습니다.
3.4 기타
수해반응의 액체산물은 시험평가의 주요 목표가 아니다. 냉각 압력 강하가 내려간 후 리액터 맨 아래에 있는 샘플링 장치로 탐지한 다음 상 균형 계산 결과와 비교할 수 있습니다. 실험에 따르면 서로 다른 공급 농도에서 반응액 중 에테르와 그 파생물의 농도는 조작 압력이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다.
4 결론
화력 발전소 요소 수해제 암모니아 반응 시스템은 고농도 요소 수용액 시스템에 속한다. 본 논문에서는 ASPEN 소프트웨어를 사용하여 우레아 가수 분해 과정을 시뮬레이션하고, 우레아 합성 공정의 반응 평형 상수가 준수되고, 반응기의 암모니아 생산 능력이 얻어지고, 파일럿 테스트를 통해 가설의 타당성이 검증된다고 가정한다.
그 결과, 수정된 가설이 가능하고 기기의 실제 작동 결과와 일치하는 것으로 나타났다. 다중 배치 시험에서 장치의 최대 암모니아 생산량은 9.9kg/h 이고, 최소 암모니아 생산량은 13.65kg/h/h 이며, 암모니아 생산 10kg/h 의 설계 값과 일치하며, 장치는 암모니아 부하 변화와
사료 우레아 용액 농도가 증가함에 따라 가수 분해물의 암모니아 농도가 증가하고 수증기 농도가 감소하며 단위 암모니아 에너지 소비량이 감소합니다. 우레아 용액의 질량 농도가 50w% 에서 60w% 로 증가하면 제품 가스에서 암모니아 성분의 부피 농도가 37.5% 에서 48% 로 증가하고 수증기가 43% 에서 28% 로 감소합니다. 과도한 물 소비로 인한 기화 잠열로 인한 에너지 손실을 줄이면 공급 농도를 높이고, 과도한 물 소비를 줄이며, 가수 분해 과정의 운영 비용을 줄이는 데 도움이 된다.
역동적으로 볼 때, 암모니아 생산성은 수해제 암모니아 공정의 운영 비용에 영향을 미치는 또 다른 중요한 요인이다. 공급 농도가 증가함에 따라 반응액 중 요소 농도가 균형 상태에서 증가하고, 동일한 암모니아 생산율에 필요한 작동 온도가 낮아져 시스템 에너지 소비를 줄이고, 가변 부하에 대한 장치 대응 능력을 높이며, 수해장치의 경제성을 높이는 데 도움이 됩니다. 다음 연도 배연 탈질요소 수해제 암모니아 공정 설계와 수해반응기 설비 개발을 위한 기본 매개변수를 제공합니다.
현재, 에테르수해제암모니아 기술은 이미 화에너지 연대발전유한공사, 국전용화연길열전유한공사, 화에너지 좌권발전소에 성공적으로 적용되었다. 이 설비는 이미 안정적으로 가동되어 주요 매개변수가 업계 선진 수준에 이르렀다.
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