一、核心功能与化学反应原理

尿素水解器是一种专门设计用于催化或加热条件下促使尿素（CO(NH₂)₂）与水发生水解反应的设备。其核心反应为：

$${\text{CO(NH}}_2{\text{)}}_2+{\text{H}}_2\text{O}\stackrel{\text{催化剂/加热}}{}2{\text{NH}}_3\uparrow +{\text{CO}}_2\uparrow$$

反应特点：

• 放热反应：需一定活化能，通常通过加热（130~160℃）或催化剂（如酸、碱、酶）促进。

• 产物形态：生成气态氨（NH₃）和二氧化碳（CO₂），无中间副产物。

二、主要应用场景

1. 工业脱硝（SCR系统）

• 作用：将尿素溶液转化为氨气，作为选择性催化还原（SCR）系统的还原剂，与烟气中的氮氧化物（NOₓ）反应生成无害的氮气和水，降低排放。

• 技术细节：

• 瞬时氨气产量可匹配脱硝需求（响应速度≥10%/分钟）。

• 无中间副产物，运行稳定，安全性优于传统氨水储存。

• 设备结构：采用管壳式换热器，材质多为316L不锈钢或2205双相不锈钢，耐高温高压。

• 反应条件：温度130~160℃，压力0.4~0.6MPa，饱和蒸汽加热。

• 效率优势：

• 典型案例：

• 国能聊城4×600MW机组、皖能铜陵2×1000MW机组等项目采用尿素水解器配套脱硝系统。

• 大型火电厂通过设置尿素溶解罐（容积22.6m³）和储罐（72m³/台），满足7天运行需求。

2. 农业肥料转化

• 作用：土壤中的脲酶催化尿素水解为铵态氮（NH₄⁺），供植物吸收。但需控制水解速度以避免氨挥发损失。

• 优化措施：

• 调节土壤酸碱度，控制施肥时间和温度。

• 微生物活性高的土壤中，脲酶作用显著加速水解。

3. 环保与资源回收

• 废水处理：处理含尿素废水（如化工废水），通过水解回收氨和二氧化碳，实现资源循环利用。

• 减排意义：减少工业排放中的氮氧化物，符合环保要求。

三、技术特点与优势

1. 设备设计

• 结构：反应器主体、进料口、加热装置、安全阀、压力表、温度计等。

• 材质：耐腐蚀不锈钢（316L、2205双相钢），适应高温高压环境。

• 布局灵活性：可采用单元制或集中式设计，适应不同工业场景。

2. 运行参数

• 水解能力：50%尿素溶液水解能力可达53~3530 Kg/h，制氨气能力15~1000Kg/h。

• 热源需求：0.8~1.0MPa饱和蒸汽。

3. 安全性与效率

• 无副产物：生成的氨气直接用于SCR反应，避免中间产物污染。

• 稳定性：设备运行可靠，维护成本低。

四、优化方向与挑战

1. 优化方向

• 反应条件控制：精确调节温度（130~160℃）和尿素溶液浓度（40%~60%）以提升效率。

• 材料升级：开发更耐腐蚀、高温的材料以延长设备寿命。

• 智能化：集成自动控制系统，实时监测反应参数，优化响应速度。

2. 现有挑战

• 催化剂成本：高效催化剂的研发与成本降低仍是关键。

• 能源消耗：高温加热需消耗一定能源，需进一步优化热能利用。

五、总结

尿素水解器通过高效转化尿素为氨气和二氧化碳，在工业脱硝、农业施肥及环保领域发挥核心作用。其技术优势体现在高反应效率、安全性和资源循环利用能力，是现代工业减排和农业可持续发展的重要设备。未来，通过材料科学和智能控制的进步，其性能和应用范围有望进一步拓展。