專利名稱：一種氧化鈣制氨工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，特別是涉及一種用氧化鈣與氯化銨溶液反應(yīng)制取氨的工藝，工藝簡(jiǎn)單，投資小。
背景技術(shù)：
氨氣，無(wú)機(jī)化合物，化學(xué)式NH3 ;常溫下為氣體，無(wú)色有刺激性惡臭的氣味，易溶于水。在化工工業(yè)中，氨是以哈伯法通過(guò)N2和H2在高溫高壓和催化劑存在下直接化合而制成。這種氨的生產(chǎn)方法適合工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)，例如幾萬(wàn)噸、幾十萬(wàn)噸/年。然而，有時(shí)，工業(yè)上需要小規(guī)模氨的生產(chǎn)，例如，500-5000噸/年。此時(shí)，哈伯法顯然不適用。用氫氧化鈣(固體)+氯化銨(固體)可以用于實(shí)驗(yàn)室制氨，但是，不適于小規(guī)模氨的生產(chǎn)。因此，發(fā)明一種適應(yīng)小規(guī)模生產(chǎn)氨的工藝將有很好現(xiàn)實(shí)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種小規(guī)模生產(chǎn)氨的工藝，可以適用500-3000噸/年氨的生產(chǎn)。本發(fā)明采用氧化鈣與氯化銨溶液反應(yīng)，生產(chǎn)氨，反應(yīng)式如下
CaO+ H20 = Ca(OH)2(I)
2NH4C1 + Ca(OH)2=2ΝΗ3 + CaCl2 + 2H20(2)
總反應(yīng)式
Ca0+2NH4C1 = 2ΝΗ3 + CaCl2 + H2O(3)
本工藝采用一鍋煮方式，在反應(yīng)釜中加入水、氯化銨，然后加入氧化鈣粉末，氧化鈣立即與水反應(yīng)，生成氫氧化鈣，由于反應(yīng)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(yīng)，氫氧化鈣不形成固體沉淀。因?yàn)榉磻?yīng)為均相反應(yīng)，所以，反應(yīng)速度快。相反，如果用氫氧化鈣粉末(由于其溶解度很小，實(shí)際上是固體)與氯化銨溶液反應(yīng)，則反應(yīng)為非均相反應(yīng)，反應(yīng)速度很慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于均相反應(yīng)。所以，采用本工藝，顯著優(yōu)于氫氧化鈣(固體)+氯化銨固體或溶液的反應(yīng)。此外，反應(yīng)(I)是放熱反應(yīng)，而反應(yīng)(2)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)(I)產(chǎn)生的熱可用于加入反應(yīng)液，并提供反應(yīng)(2)所需的熱量?？梢?jiàn)，本發(fā)明節(jié)省能源。本發(fā)明可以用2種具體工藝實(shí)現(xiàn)。I、流加+分割工藝(工藝I)
反應(yīng)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)，然后，同時(shí)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(yīng)開(kāi)始，反應(yīng)釜頂部排出產(chǎn)生的氨。反應(yīng)溫度為50-80°C。當(dāng)反應(yīng)釜中氯化鈣濃度接近飽和時(shí)，進(jìn)行分割操作，停止加入氯化銨，繼續(xù)反應(yīng)，使反應(yīng)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(yīng)液。開(kāi)始新的一個(gè)操作周期，加入氯化銨、水、氧化鈣，繼續(xù)反應(yīng)，生成氨。從反應(yīng)釜排出的反應(yīng)液主要含氯化鈣，且接近飽和，可以用多種方法干燥，例如噴霧干燥，或結(jié)晶后干燥等。為了連續(xù)穩(wěn)定對(duì)外提供氨， 可以設(shè)置一個(gè)氨貯存罐。2、連續(xù)工藝(工藝2)
反應(yīng)釜中加入反應(yīng)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)，然后，同時(shí)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(zhì)量比為O. 1667-1. 5 :1。反應(yīng)溫度為50-80°C。與此同時(shí)，開(kāi)始排放反應(yīng)液，排放速度與進(jìn)料物料量平衡，使反應(yīng)釜液位保持穩(wěn)定，排出反應(yīng)液中的氯化鈣，可以用結(jié)晶或者噴霧干燥法回收。反應(yīng)釜頂部開(kāi)始穩(wěn)定排出氨氣。為了連續(xù)穩(wěn)定對(duì)外提供氨，可以設(shè)置一個(gè)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，后續(xù)廢水中氨氮含量高。工藝 2的氨氣產(chǎn)生量較為均勻，但是，對(duì)工藝各環(huán)節(jié)控制要求高。工藝I在分割操作時(shí)，氨氣產(chǎn)生量會(huì)有一定的波動(dòng)。顯然，本發(fā)明的工藝流程簡(jiǎn)單、投資小，特別適合需要小規(guī)模生產(chǎn)氨的企業(yè)需求。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
采用流加+分割工藝，年產(chǎn)500噸氨，年工作日300天。7m3反應(yīng)釜，反應(yīng)釜中加入水 4. 8m3，加入氯化銨，制得濃度為500kg/m3的氯化銨溶液，部分未溶解，然后，同時(shí)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(yīng)開(kāi)始，反應(yīng)釜頂部排出產(chǎn)生氨，68_70kg/h。反應(yīng)釜溫度80° C，反應(yīng)24h，當(dāng)反應(yīng)釜中氯化鈣濃度接近飽和時(shí)，進(jìn)行分割操作，停止加入氯化銨， 繼續(xù)反應(yīng)，使反應(yīng)液中氯化銨濃度降低，停止加入氧化鈣，排出80%反應(yīng)液。開(kāi)始新的一個(gè)操作周期，加入氯化銨、水、氧化鈣，加入量同前，繼續(xù)反應(yīng)，生成氨。將反應(yīng)釜排出的反應(yīng)液冷卻結(jié)晶干燥，得到氯化鈣產(chǎn)品。為了連續(xù)穩(wěn)定對(duì)外提供氨，設(shè)置了一個(gè)5m3氨貯存罐。實(shí)施例2
采用連續(xù)工藝，年產(chǎn)500噸氨，年工作日300天。Im3反應(yīng)釜，反應(yīng)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(yīng)穩(wěn)定后，同時(shí)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(yīng)釜溫度70° C，與此同時(shí)，開(kāi)始過(guò)濾排放反應(yīng)液，排放速度與進(jìn)料物料量平衡，使反應(yīng)釜液位穩(wěn)定。反應(yīng)釜頂部排出產(chǎn)生的氨， 68-70kg/h。反應(yīng)釜排出的反應(yīng)液，噴霧干燥，得到氯化鈣產(chǎn)品。干燥廢氣中含有氨，需經(jīng)脫除。實(shí)施例3
采用流加+分割工藝，年產(chǎn)1000噸氨，年工作日300天。13m3反應(yīng)釜，反應(yīng)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)，然后，同時(shí)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(yīng)釜溫度60° C，反應(yīng)開(kāi)始，反應(yīng)釜頂部排出產(chǎn)生的氨，135-143kg/h。反應(yīng)24h，當(dāng)反應(yīng)釜中氯化鈣濃度接近飽和時(shí)，進(jìn)行分割操作，停止加入氯化銨，繼續(xù)反應(yīng)，使反應(yīng)液中氯化銨濃度降低，停止加入氧化鈣，排出80%反應(yīng)液。開(kāi)始新的一個(gè)操作周期，加入氯化銨、水、氧化鈣，加入量同前，繼續(xù)反應(yīng)，生成氨。將反應(yīng)釜排出的反應(yīng)液冷卻結(jié)晶干燥，得到氯化鈣產(chǎn)品。實(shí)施例4
采用連續(xù)工藝，年產(chǎn)1000噸氨，年工作日300天。2m3反應(yīng)釜，反應(yīng)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(yīng)穩(wěn)定后，同時(shí)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(yīng)釜溫度80° C，反應(yīng)開(kāi)始，反應(yīng)釜頂部排出產(chǎn)生的氨，135-143kg/h。與此同時(shí)，開(kāi)始排放反應(yīng)液，排放速度與進(jìn)料物料量平衡， 使反應(yīng)釜液位穩(wěn)定。反應(yīng)釜排出的反應(yīng)液冷卻結(jié)晶干燥，得到氯化鈣產(chǎn)品。廢液中含有氨， 需脫除，以消減廢水中氨氮值。實(shí)施例5
采用流加+分割工藝，年產(chǎn)3000噸氨，年工作日300天。20m3反應(yīng)釜，反應(yīng)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)，然后，同時(shí)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(yīng)釜溫度60° C，反應(yīng)開(kāi)始，反應(yīng)釜頂部排出產(chǎn)生的氨， 410-430kg/h。反應(yīng)12h，當(dāng)反應(yīng)釜中氯化鈣濃度接近飽和時(shí)，進(jìn)行分割操作，停止加入氯化銨，繼續(xù)反應(yīng)，使反應(yīng)液中氯化銨濃度降低，停止加入氧化鈣，排出80%反應(yīng)液。開(kāi)始新的一個(gè)操作周期，加入氯化銨、水、氧化鈣，加入量同前，繼續(xù)反應(yīng)，生成氨。將反應(yīng)釜排出的反應(yīng)液冷卻結(jié)晶干燥，得到氯化鈣產(chǎn)品。為了連續(xù)穩(wěn)定對(duì)外提供氨，設(shè)置了一個(gè)20m3氨貯存罐。實(shí)施例6
采用連續(xù)工藝，年產(chǎn)3000噸氨，年工作日300天。2. 5m3反應(yīng)釜，反應(yīng)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(yīng)穩(wěn)定后，同時(shí)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(yīng)釜溫度80° C，反應(yīng)開(kāi)始，反應(yīng)釜頂部排出產(chǎn)生的氨，410-430kg/h。與此同時(shí)，開(kāi)始排放反應(yīng)液，排放速度與進(jìn)料物料量平衡， 使反應(yīng)釜液位穩(wěn)定。反應(yīng)釜排出的反應(yīng)液冷卻結(jié)晶干燥，得到氯化鈣產(chǎn)品。廢液中含有氨， 需脫除，以消減廢水中氨氮值。
權(quán)利要求
1.一種氧化鈣制氨工藝，其特征在于將氧化鈣粉末加入氯化銨溶液反應(yīng)生產(chǎn)氨，并得到氯化鈣副產(chǎn)物。
2.權(quán)利要求I所述的制氨工藝，其特征在于可以采用流加+分割工藝，具體反應(yīng)步驟如下反應(yīng)釜中加入水，加入氯化銨，制得200-600kg/m3的氯化銨溶液，然后，同時(shí)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(yīng)開(kāi)始，反應(yīng)釜頂部排出產(chǎn)生氨；反應(yīng)溫度為50-80°C ;當(dāng)反應(yīng)釜中氯化鈣濃度接近飽和時(shí)，進(jìn)行分割操作，停止加入氯化銨，繼續(xù)反應(yīng)，使反應(yīng)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(yīng)液；開(kāi)始新的一個(gè)操作周期，加入氯化銨、水、氧化鈣，繼續(xù)反應(yīng)，生成氨；從反應(yīng)釜排出的反應(yīng)液主要含氯化鈣，可以用多種方法干燥，例如噴霧干燥，或結(jié)晶后干燥；為了連續(xù)穩(wěn)定對(duì)外提供氨，可以設(shè)置一個(gè)氨貯存罐。
3.權(quán)利要求I所述的制氨工藝，其特征在于可以采用連續(xù)工藝，反應(yīng)釜中加入水和氯化銨，制得200-600kg/m3的氯化銨溶液，然后，同時(shí)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(zhì)量比為O.1667-1. 5 1 ;反應(yīng)溫度為50-80°C ;與此同時(shí)，反應(yīng)釜開(kāi)始排放反應(yīng)液，排放速度與進(jìn)料物料量平衡，使反應(yīng)釜液位保持穩(wěn)定；排出反應(yīng)液中的氯化鈣，可以用結(jié)晶或者噴霧干燥法回收；反應(yīng)釜頂部開(kāi)始穩(wěn)定產(chǎn)出氨氣；為了連續(xù)穩(wěn)定對(duì)外提供氨，可以設(shè)置一個(gè)氨貯存罐。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用氧化鈣制取氨的工藝，工藝簡(jiǎn)單，投資小，節(jié)省能源，非常適合于需要小量氨供應(yīng)的企業(yè)?？梢苑謩e采用流加+分割工藝和連續(xù)工藝制氨。
文檔編號(hào)C01C1/02GK102583438SQ20121003376
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者劉均洪, 張媛媛 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)