尿素水解：原理、过程、应用与风险管控全解析

一、核心反应机理

尿素水解是通过水分子作用将尿素（CO(NH₂)₂）分解为氨（NH₃）和二氧化碳（CO₂）的化学反应，其总反应式为：

CO(NH₂)₂ + H₂O → 2NH₃↑ + CO₂↑

该反应分两步进行：

氨基甲酸铵生成：尿素与水反应生成不稳定的氨基甲酸铵（NH₂COONH₄），此步骤为微放热反应。分解为氨和二氧化碳：氨基甲酸铵在高温（通常≥60℃）下进一步分解为氨气和二氧化碳，此步骤为吸热反应。

反应条件：

温度：通常需121℃以上，工业中常用140-160℃以加速反应。压力：维持0.17-0.6MPa压力可提高反应效率。催化剂：酸性、碱性条件或酶（如脲酶）可降低反应活化能，酸性/碱性环境需加热，酶催化可在常温下进行。

二、工业应用场景

烟气脱硝

原理：氨气作为还原剂，将烟气中的氮氧化物（NOx）转化为氮气和水。工艺流程：尿素溶液（40-50%浓度）经加热盘管制成，输送至水解反应器，在130-160℃下分解为氨气和二氧化碳。产品气经稀释后喷入脱硝反应器，与烟气混合反应。优势：

安全性高：无需储存液氨，避免重大危险源。运行稳定：密闭循环系统，氨气泄漏风险低。成本低：能量消耗低，运行成本低于热解制氨工艺。

三、特点与优势

快速响应能力

水解反应器上部空间通常储存3-5分钟氨气作为缓冲，瞬时排放量可实时调节，系统响应速度达10%/分钟以上，匹配脱硝需氨变化速率。

设备适应性

水解反应器可布置在锅炉钢架上，缩短产品气输送距离，减少管道热量损失。选用抗腐蚀性材料，并加入防腐空气形成钝化膜，降低腐蚀速率。

经济性

投资成本适中，运行成本低于热解制氨工艺，且尿素原材料丰富、运输方便、安全性高。