一種氧化鈣制氨工藝的製作方法

2023-10-27 02:04:52 1

專利名稱：一種氧化鈣制氨工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及化工領域，特別是涉及一種用氧化鈣與氯化銨溶液反應製取氨的工藝，工藝簡單，投資小。
背景技術：
氨氣，無機化合物，化學式NH3 ;常溫下為氣體，無色有刺激性惡臭的氣味，易溶於水。在化工工業中，氨是以哈伯法通過N2和H2在高溫高壓和催化劑存在下直接化合而製成。這種氨的生產方法適合工業大規模生產，例如幾萬噸、幾十萬噸/年。然而，有時，工業上需要小規模氨的生產，例如，500-5000噸/年。此時，哈伯法顯然不適用。用氫氧化鈣(固體)+氯化銨(固體)可以用於實驗室制氨，但是，不適於小規模氨的生產。因此，發明一種適應小規模生產氨的工藝將有很好現實需求。

發明內容
本發明的目的在於提供一種小規模生產氨的工藝，可以適用500-3000噸/年氨的生產。本發明採用氧化鈣與氯化銨溶液反應，生產氨，反應式如下
CaO+ H20 = Ca(OH)2(I)
2NH4C1 + Ca(OH)2=2ΝΗ3 + CaCl2 + 2H20(2)
總反應式
Ca0+2NH4C1 = 2ΝΗ3 + CaCl2 + H2O(3)
本工藝採用一鍋煮方式，在反應釜中加入水、氯化銨，然後加入氧化鈣粉末，氧化鈣立即與水反應，生成氫氧化鈣，由於反應液中已接有氯化銨，所以，生成的氫氧化鈣立即與氯化銨反應，氫氧化鈣不形成固體沉澱。因為反應為均相反應，所以，反應速度快。相反，如果用氫氧化鈣粉末(由於其溶解度很小，實際上是固體)與氯化銨溶液反應，則反應為非均相反應，反應速度很慢，遠遠小於均相反應。所以，採用本工藝，顯著優於氫氧化鈣(固體)+氯化銨固體或溶液的反應。此外，反應(I)是放熱反應，而反應(2)是吸熱反應，反應(I)產生的熱可用於加入反應液，並提供反應(2)所需的熱量。可見，本發明節省能源。本發明可以用2種具體工藝實現。I、流加+分割工藝(工藝I)
反應釜中加入水，加入氯化銨，得到一定濃度的氯化銨溶液，200-600kg/m3 (可能部分未溶解)，然後，同時加入氧化鈣粉末和氯化銨顆粒，氧化鈣粉末和氯化銨顆粒的加入速度按I :2的摩爾比加入，反應開始，反應釜頂部排出產生的氨。反應溫度為50-80°C。當反應釜中氯化鈣濃度接近飽和時，進行分割操作，停止加入氯化銨，繼續反應，使反應液中氯化銨濃度降低，停止加入氧化鈣，降低氧化鈣濃度，排出70-90%反應液。開始新的一個操作周期，加入氯化銨、水、氧化鈣，繼續反應，生成氨。從反應釜排出的反應液主要含氯化鈣，且接近飽和，可以用多種方法乾燥，例如噴霧乾燥，或結晶後乾燥等。為了連續穩定對外提供氨， 可以設置一個氨貯存罐。2、連續工藝(工藝2)
反應釜中加入反應釜中加入水，加入氯化銨，得到一定濃度的氯化銨溶液，200-600kg/ m3(可能部分未溶解)，然後，同時加入氧化鈣粉末和氯化銨顆粒和水，氧化鈣粉末與氯化銨顆粒的加入速度摩爾比為I :2，水與氯化銨的加入速度質量比為O. 1667-1. 5 :1。反應溫度為50-80°C。與此同時，開始排放反應液，排放速度與進料物料量平衡，使反應釜液位保持穩定，排出反應液中的氯化鈣，可以用結晶或者噴霧乾燥法回收。反應釜頂部開始穩定排出氨氣。為了連續穩定對外提供氨，可以設置一個氨貯存罐。與工藝I相比，工藝2排放液中的氯化銨濃度較高，後續廢水中氨氮含量高。工藝 2的氨氣產生量較為均勻，但是，對工藝各環節控制要求高。工藝I在分割操作時，氨氣產生量會有一定的波動。顯然，本發明的工藝流程簡單、投資小，特別適合需要小規模生產氨的企業需求。下面結合具體實施例對本發明作進一步描述。
具體實施例方式實施例I
採用流加+分割工藝，年產500噸氨，年工作日300天。7m3反應釜，反應釜中加入水 4. 8m3，加入氯化銨，製得濃度為500kg/m3的氯化銨溶液，部分未溶解，然後，同時加入氧化鈣粉末(含量90%)和氯化銨顆粒(含量97%)，氧化鈣粉末和氯化銨顆粒的加入速度分別為127. 04kg/h和224. 85kg/h。反應開始，反應釜頂部排出產生氨，68_70kg/h。反應釜溫度80° C，反應24h，當反應釜中氯化鈣濃度接近飽和時，進行分割操作，停止加入氯化銨， 繼續反應，使反應液中氯化銨濃度降低，停止加入氧化鈣，排出80%反應液。開始新的一個操作周期，加入氯化銨、水、氧化鈣，加入量同前，繼續反應，生成氨。將反應釜排出的反應液冷卻結晶乾燥，得到氯化鈣產品。為了連續穩定對外提供氨，設置了一個5m3氨貯存罐。實施例2
採用連續工藝，年產500噸氨，年工作日300天。Im3反應釜，反應釜中加入水O. 75m3， 加入氯化銨，得到濃度為500kg/m3的氯化銨溶液，加入氧化鈣，待反應穩定後，同時加入氧化鈣粉末(含量90% )、氯化銨顆粒(含量97% )和水，氧化鈣粉末、氯化銨顆粒和水的加入速度分別為127. 04kg/h、224. 85kg/h和37. 7kg/h。反應釜溫度70° C，與此同時，開始過濾排放反應液，排放速度與進料物料量平衡，使反應釜液位穩定。反應釜頂部排出產生的氨， 68-70kg/h。反應釜排出的反應液，噴霧乾燥，得到氯化鈣產品。乾燥廢氣中含有氨，需經脫除。實施例3
採用流加+分割工藝，年產1000噸氨，年工作日300天。13m3反應釜，反應釜中加入水
9.6m3，加入氯化銨，得到濃度為200kg/m3的氯化銨溶液(部分未溶解)，然後，同時加入氧化鈣粉末(含量90 % )和氯化銨顆粒(含量97 % )，氧化鈣粉末和氯化銨顆粒的加入速度分別為228. 67kg/h和436. 21kg/h。反應釜溫度60° C，反應開始，反應釜頂部排出產生的氨，135-143kg/h。反應24h，當反應釜中氯化鈣濃度接近飽和時，進行分割操作，停止加入氯化銨，繼續反應，使反應液中氯化銨濃度降低，停止加入氧化鈣，排出80%反應液。開始新的一個操作周期，加入氯化銨、水、氧化鈣，加入量同前，繼續反應，生成氨。將反應釜排出的反應液冷卻結晶乾燥，得到氯化鈣產品。實施例4
採用連續工藝，年產1000噸氨，年工作日300天。2m3反應釜，反應釜中加入水I. 5m3， 加入氯化銨，得到濃度為600kg/m3的氯化銨溶液，加入氧化鈣，待反應穩定後，同時加入氧化鈣粉末(含量90% )、氯化銨顆粒(含量97% )和水，氧化鈣粉末、氯化銨顆粒和水的加入速度分別為228. 67kg/h、436. 21kg/h和678kg/h。反應釜溫度80° C，反應開始，反應釜頂部排出產生的氨，135-143kg/h。與此同時，開始排放反應液，排放速度與進料物料量平衡， 使反應釜液位穩定。反應釜排出的反應液冷卻結晶乾燥，得到氯化鈣產品。廢液中含有氨， 需脫除，以消減廢水中氨氮值。實施例5
採用流加+分割工藝，年產3000噸氨，年工作日300天。20m3反應釜，反應釜中加入水9. 6m3，加入氯化銨，得到濃度為400kg/m3的氯化銨溶液(部分未溶解)，然後，同時加入氧化鈣粉末(含量90 % )和氯化銨顆粒(含量97 % )，氧化鈣粉末和氯化銨顆粒的加入速度分別為686kg/h、1357. 571kg/h。反應釜溫度60° C，反應開始，反應釜頂部排出產生的氨， 410-430kg/h。反應12h，當反應釜中氯化鈣濃度接近飽和時，進行分割操作，停止加入氯化銨，繼續反應，使反應液中氯化銨濃度降低，停止加入氧化鈣，排出80%反應液。開始新的一個操作周期，加入氯化銨、水、氧化鈣，加入量同前，繼續反應，生成氨。將反應釜排出的反應液冷卻結晶乾燥，得到氯化鈣產品。為了連續穩定對外提供氨，設置了一個20m3氨貯存罐。實施例6
採用連續工藝，年產3000噸氨，年工作日300天。2. 5m3反應釜，反應釜中加入水2m3， 加入氯化銨，得到濃度為500kg/m3的氯化銨溶液，加入氧化鈣，待反應穩定後，同時加入氧化鈣粉末(含量90% )、氯化銨顆粒(含量97% )和水，氧化鈣粉末、氯化銨顆粒和水的加入速度分別為686kg/h、1357. 571kg/h和1131kg/h。反應釜溫度80° C，反應開始，反應釜頂部排出產生的氨，410-430kg/h。與此同時，開始排放反應液，排放速度與進料物料量平衡， 使反應釜液位穩定。反應釜排出的反應液冷卻結晶乾燥，得到氯化鈣產品。廢液中含有氨， 需脫除，以消減廢水中氨氮值。
權利要求
1.一種氧化鈣制氨工藝，其特徵在於將氧化鈣粉末加入氯化銨溶液反應生產氨，並得到氯化鈣副產物。
2.權利要求I所述的制氨工藝，其特徵在於可以採用流加+分割工藝，具體反應步驟如下反應釜中加入水，加入氯化銨，製得200-600kg/m3的氯化銨溶液，然後，同時加入氧化鈣粉末和氯化銨顆粒，氧化鈣粉末和氯化銨顆粒的加入速度摩爾比為I :2，反應開始，反應釜頂部排出產生氨；反應溫度為50-80°C ;當反應釜中氯化鈣濃度接近飽和時，進行分割操作，停止加入氯化銨，繼續反應，使反應液中氯化銨濃度降低，停止加入氧化鈣，降低氧化鈣濃度，排出70-90%反應液；開始新的一個操作周期，加入氯化銨、水、氧化鈣，繼續反應，生成氨；從反應釜排出的反應液主要含氯化鈣，可以用多種方法乾燥，例如噴霧乾燥，或結晶後乾燥；為了連續穩定對外提供氨，可以設置一個氨貯存罐。
3.權利要求I所述的制氨工藝，其特徵在於可以採用連續工藝，反應釜中加入水和氯化銨，製得200-600kg/m3的氯化銨溶液，然後，同時加入氧化鈣粉末、氯化銨顆粒和水，氧化鈣粉末與氯化銨顆粒的加入速度摩爾比為I :2，水與氯化銨的加入速度質量比為O.1667-1. 5 1 ;反應溫度為50-80°C ;與此同時，反應釜開始排放反應液，排放速度與進料物料量平衡，使反應釜液位保持穩定；排出反應液中的氯化鈣，可以用結晶或者噴霧乾燥法回收；反應釜頂部開始穩定產出氨氣；為了連續穩定對外提供氨，可以設置一個氨貯存罐。
全文摘要
本發明公開了一種用氧化鈣製取氨的工藝，工藝簡單，投資小，節省能源，非常適合於需要小量氨供應的企業。可以分別採用流加+分割工藝和連續工藝制氨。
文檔編號C01C1/02GK102583438SQ20121003376
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月15日 優先權日2012年2月15日
發明者劉均洪, 張媛媛 申請人:青島科技大學