Modellierung und Experiment der Harnstoffhydrolyse zur Ammoniakproduktion

LU Xu ,  

ZHANG Xiangyu ,  

LIU Tong ,  

ZHANG Bo ,  

XU Hongjie ,  

摘要

Die Untersuchung des Mechanismus der Harnstoffhydrolyse zu Ammoniak ist eine Voraussetzung zur Verbesserung des Designs der Harnstoffhydrolysetechnologie für die Entschwefelung von Rauchgasen in einem Kraftwerk. Unter Verwendung des Gas-Flüssigkeitsgleichgewichtsmechanismus ACWU (NH3-CO2-H2O-(NH2)2CO) wurde ein nichtlineares Gleichungssystem für das Material-, das chemische, das thermische und das Phasengleichgewicht des Harnstoffhydrolyseprozesses in einem offenen System aufgebaut, ein thermodynamisches und kinetisches Modell der Reaktion wurde aufgestellt; eine experimentelle Überprüfung der Gültigkeit des Mechanismusmodells wurde an einer von dem Forschungsteam entworfenen und gebauten Harnstoff-Hydrolyseanlage durchgeführt, der Einfluss der Reaktionstemperatur, des Betriebsdrucks und des Massenanteils des Harnstoffs in der Zufuhr auf die Hydrolyse-Reaktion wurde analysiert. Basierend auf den Analyseergebnissen wurden die kinetischen Parameter der Harnstoffhydrolyse unter den Bedingungen der Ammoniakproduktion für die Entschwefelung von Rauchgasen in einem Kraftwerk berechnet. Die Analyseergebnisse zeigten: Die Methode zur Lösung des Phasengleichgewichts stimmte praktisch mit den Ergebnissen des Experimentierens überein, diese Methode ist auf die Technologie der Ammoniakproduktion durch Harnstoffhydrolyse für die Entschwefelung von Rauchgasen in einem Kraftwerk anwendbar; mit zunehmender Reaktionstemperatur nahm der Massenanteil von Wasser, Ammoniak und CO2 in der Reaktionsflüssigkeit stetig ab; mit zunehmendem Massenanteil von Harnstoff in der Zufuhr nahm der Massenanteil von Ammoniak und CO2 in der Reaktionsflüssigkeit zu, während der Massenanteil von Wasser stetig abnahm; mit zunehmendem Betriebsdruck nahm der Massenanteil von Harnstoff und seinen Derivaten in der Reaktionsflüssigkeit stetig ab; bei der experimentellen Untersuchung der Harnstoffhydrolyse wurde festgestellt, dass unter den Bedingungen von 0,6 MPa/150℃ der Vor-Exponentialfaktor A gleich 1,255×1012 s-1 war, die Aktivierungsenergie E gleich 107,24 kJ/mol betrug.

关键词

Kraftwerk; Entschwefelung; Ammoniakproduktion; Harnstoffhydrolysemechanismus; Thermodynamik; Kinetik

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