一种氨碱、联碱行业氯化铵直接热分解的方法和设备

摘要

本发明公开了一种氨碱、联碱行业氯化铵直接热分解的方法和设备，氯化铵加入空气预热真空炉预热，通过预热、抽真空方式去除水分和空气后进入分解炉，在350℃下迅速分解，氨气通过倾斜30‑70°的分离器分离，分解后的氨气从上部进入氨气回收系统，氯化氢通过分离器下部进入氯化氢收集系统，本发明将氨碱反应生成的氯化铵溶液经浓缩，提纯成氯化铵固体，直接分解成氨气和氯化氢，实现了氨碱行业的氨的循环利用问题，既不产生废液，废渣；又成功地回收了氯化氢资源，节约了氢氧化钙资源，可实现氨碱行业零排放的绿色发展；既具有经济效益，又具有社会效应。

说明书

技术领域

本发明涉及一种氯化铵的分解方法和设备，尤其涉及一种氨碱、联碱行业氯化铵直接热分解的方法和设备。

背景技术

氯化铵是一种速效氮素化学肥料，含氮量为24%～25%，属生理酸性肥料，它适用于小麦、水稻、玉米、油菜等作物，尤其对棉麻类作物有增强纤维韧性和拉力并提高品质之功效。但是，由于氯化铵的性质决定如果施用不对路，往往会给土壤和农作物带来一些不良影响，一般都使用硝酸铵。由于联碱行业大量副产氯化铵，与尿素形成激烈竞争，导致氯化铵低于成本销售的局面。

2014年底，我国氨碱产能1413万t，每生产1t氨碱要排放10m³废液，其中固体含量约3%，每年至少排放废液14130万t，废渣423.9万t，既污染环境，又浪费了资源。2014年底，我国联碱产能1589万t，副产氯化铵1618.98万t，产能严重过剩，出现低于成本销售的激烈无序竞争局面。

近几十年来，世界一些国家先后对氯化铵间接分解进行过研究工作，有的进行了工业性试验，取得了一定的成果；如：氧化镁法、氧化锰法、氧化铁法、硫酸氢钠熔融物法、高温络合物法、熔融盐电解法、氯化铅法。目前，NH₄C1分解技术在世界上还没有大规模工业化应用，只有少量专利和文献对分解NH₄C1的工艺提出了一些设想并进行了初步探索。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明将氨碱反应生成的氯化铵溶液经浓缩，提纯成氯化铵固体，直接分解成氨气和氯化氢，实现了氨碱行业的氨的循环利用问题，既不产生废液，废渣；又成功地回收了氯化氢资源，节约了氢氧化钙资源，可实现氨碱行业零排放的绿色发展。

为达到上述技术目的，本发明采取了如下技术方案：

一种氨碱、联碱行业氯化铵直接热分解的方法，包括以下步骤：

a、将氨碱生成的氯化铵饱和溶液，送至冷却结晶器，经冷却至30～45℃，析出过饱和的氯化铵晶体，把结晶器上部氯化铵溶液送至风冷器冷却并循环至结晶器；下部晶浆经稠厚器增稠后再离心分离，制得氯化铵成品；

b、将步骤a氯化铵加入空气预热真空炉预热，通过预热、抽真空方式去除水分和空气；

c、将步骤b去除水分抽真空后的氯化铵通过空气预热真空炉下部的叶轮给料机通过供料系统进入分解炉；

d、氯化铵在分解炉中在350℃下迅速分解，氨气通过分离器上部进入氨气回收系统，氯化氢通过分离器下部进入氯化氢收集系统。

步骤b的氯化铵用110℃热空气预热后抽真空至1300Pa。

本发明还提供了一种氨碱、联碱行业氯化铵直接热分解设备，包括供料系统、热分解系统、分离系统，供料系统包括空气预热真空炉，下部通过叶轮给料机A连接料仓，热空气入口由预热真空炉下部进入，料仓下连接叶轮给料机B，叶轮给料机B通过连接管连接环形给料筒，环形给料筒外侧设有真空泵C，环形给料筒下部连接叶轮给料机C，叶轮给料机C通过给料管与分解炉连接，空气预热真空炉、料仓及环形给料筒均安装真空泵；热分解系统为分解炉，分离器与分解炉之间装有过滤器；分离系统为倾斜30-70°的分离器，分离器内部设有分子筛，分离器外侧安装真空泵，两端装球阀连接氨气及氯化氢收集系统，过滤器为高温平板过滤器，分子筛为JMT-1型沸石分子筛。

上述供料系统环形给料筒是3个，环形给料筒的曲度与分解炉的曲度相同，供料系统可为2套，对称分布在分解炉两侧，每个给料管与分解炉的夹角为45°。

上述分离器筒体为三层结构，由外侧的防护层、中间的加热层和导热层组成；分解炉筒体为三层结构，由外侧的防护层、中间的加热层和导热层组成。

空气预热真空炉下部叶轮给料机A为5个，呈X形布置；料仓下部叶轮给料机B为3个，呈正三角形布置，通过连接管与3个给料管对应连接；环形给料筒下部叶轮给料机C为3个，呈扇形布置。

氯化铵加热至180℃时开始分解，337.8℃时可以完全分解为氨气和氯化氢气体。氯化铵热分解是可行的，只是分解后的氨气和氯化氢分离问题解决不了，遇冷后又重新化合生成颗粒极小的氯化铵而呈现为白色浓烟，不易下沉，也极不易再溶解于水，所以导致氯化铵热分解没能产业化。本发明是利用自己发明的一种特殊的倾斜30-70°分离器在温度保持350℃，利用氨气和氯化氢两种气体密度不同，且在分解温度时粘度不同进行分离。在标准状况时，氨的密度为0.771g/L（25℃）；氯化氢的密度为1.447g/L（25℃）。在加热时两种气体的密度同时变小，但氯化氢的密度仍然远远大于氨气密度；且在338℃时，氨的粘度为0.015mpa·s,氯化氢为0.021mpa·s。根据相同摩尔数的气体摩尔体积基本相同的原理，中部形成湍流区，依据两种气体的密度和粘度不同，逐渐产生分层，这就使得两种气体逃逸方向有所不同，氨气从上部排出，氯化氢从底部排出，成功地将两种气体进行有效分离，从而实现了氯化铵直接热分解。利用JMT-1型沸石分子筛成功地限定了中部形成湍流区的下边界，使氯化氢下沉通过，氨气不能下沉通过。

本发明利用空气预热真空炉，首先去除氯化铵中的水分，然后抽成真空使反应物变得纯净，没有副反应发生，再在真空环境下进行热分解，生成的氨气和氯化氢可以直接利用。

本发明空气预热真空炉底部给料机A为5个，呈X形布置；料仓下部叶轮给料机B为3个，呈正三角形布置，通过连接管与3个给料管对应连接；环形给料筒下部叶轮给料机C为3个，呈扇形布置。

本发明利用空气预热真空炉、料仓、环形给料筒、给料管、叶轮给料机成功地实现了全炉均匀给料，即利用两套给料系统，料仓下各有三个环形给料筒，环形给料筒的曲度与分解炉的曲度相同，环形给料筒下各有三个给料管，9个给料管可实现180°给料，分解炉每隔20°就有一个给料管，每个给料管与分解炉的夹角为45°。空气预热真空炉、料仓、环形给料筒、分离器均装有真空泵，实现系统真空状态，并能安全开炉和停炉。供料系统全部使用叶轮给料机，不存在堵料问题，并成功地解决了分解气体从给料管反窜问题。平板式耐高温过滤器防止未分解飞灰进入分离器。

采用本发明将氨碱反应生成的氯化铵溶液经浓缩，提纯成氯化铵固体，直接分解成氨气和氯化氢，实现了氨碱行业的氨的循环利用问题，既不产生废液，废渣；又成功地回收了氯化氢资源，节约了氢氧化钙资源，可实现氨碱行业零排放的绿色发展；既具有经济效益，又具有社会效应。

采用本发明的技术方案解决了联碱行业氯化铵低于成本销售问题；联碱行业扩产可不再配套合成氨设备。

附图说明

图1为本发明一种氨碱、联碱行业氯化铵直接热分解设备的结构示意图；

图2为本发明一种氨碱、联碱行业氯化铵直接热分解设备的主视图；

图3为本发明一种氨碱、联碱行业氯化铵直接热分解设备的右视图；

图4为本发明一种氨碱、联碱行业氯化铵直接热分解设备的俯视图；

图5为本发明一种氨碱、联碱行业氯化铵直接热分解设备热分解系统和分离系统的结构示意图

其中1-空气预热真空炉、2-进料闸板阀、3-真空泵A、4-叶轮给料机A、5-热空气入口、6-真空泵B、7-料仓、8-叶轮给料机B、9-环形给料筒、10-真空泵C、11-叶轮给料机C、12-给料管、13-分解炉、131-分解炉防护层、132-分解炉加热层、133分解炉导热层、134-进料口、14-分离器、141-分离器隔热层、142-分离器加热层、143-分离器导热层、15-支架、16-过滤器、17-分子筛、18-真空泵D、19-球阀、20-连接管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，为实现氯化铵直接热分解，采用以下步骤：

a、将氨碱生成的氯化铵饱和溶液，送至冷却结晶器，经冷却至30～45℃，析出过饱和的氯化铵晶体，把结晶器上部氯化铵溶液送至风冷器冷却并循环至结晶器；下部晶浆经稠厚器增稠后再离心分离，制得氯化铵成品；

b、将步骤a氯化铵加入空气预热真空炉1，通过预热、抽真空方式去除水分和空气；

c、将步骤b去除水分抽真空后的氯化铵通过空气预热真空炉1下部的叶轮给料机4通过给料系统进入分解炉13；

d、氯化铵在分解炉13，在350℃下迅速分解，氨气通过分离器14上部进入氨气回收系统，氯化氢通过分离器14下部进入氯化氢收集系统。

步骤b的氯化铵用110℃热空气预热后抽真空至1300Pa。

氯化铵直接热分解设备，包括供料系统、热分解系统、分离系统，供料系统包括空气预热真空炉1，空气预热真空炉1下部通过叶轮给料机A4连接料仓7，热空气入口5由预热真空炉1下部进入，料仓7下连接叶轮给料机B 8，叶轮给料机B 8通过连接管20连接环形给料筒9，环形给料筒9外侧装有真空泵C10，环形给料筒9下部连接叶轮给料机C11，叶轮给料机C11通过给料管12与分解炉13连接，空气预热真空炉1外装有真空泵C3、料仓7外安装真空泵B6；热分解系统为分解炉13，分解炉13与分离器14之间装有过滤器16；分离系统为倾斜30-70°的分离器14，分离器14内部设有分子筛17，分离器14外安装真空泵18，两端装球阀19连接氨气及氯化氢收集系统，过滤器16为高温平板过滤器，分子筛17为JMT-1型沸石分子筛。

上述供料系统环形给料筒9是3个，环形给料筒9的曲度与分解炉13的曲度相同，供料系统为2套，对称分布在分解炉13两侧，每个给料管12与分解炉13的夹角为45°。

分解炉13筒体为三层结构，由外侧的防护层131、中间的加热层132和导热层133组成；分离器14筒体为三层结构，由外侧的防护层141、中间的加热层142和导热层143组成。

空气预热真空炉1下部叶轮给料机A4为5个，呈X形布置；料仓7下部叶轮给料机B8为3个，呈正三角形布置，通过连接管20与3个环形给料筒9对应连接；环形给料筒9下部叶轮给料机C11为3个，呈扇形布置。

具体生产过程中，将氨碱生成的氯化铵饱和溶液，送至冷却结晶器，经冷却至30～45℃，析出过饱和的氯化铵晶体，把结晶器上部氯化铵溶液送至风冷器冷却并循环至结晶器；下部晶浆经稠厚器增稠后再离心分离，制得氯化铵成品；

空气预热真空炉、料仓、分离器通过各自真空泵将系统抽至1300Pa真空，空气预热真空炉1、料仓7、环形给料筒9、分解炉14、分离器14形成真空体系；

给料：氯化铵成品通过空气预热炉上端的闸板式进料阀2进入空气预热真空炉， 110℃空气从热空气入口5通入空气预热真空炉，将氯化铵预热，当加料口空气温度为105℃后，停止通入热空气，而后将空气预热真空炉抽至1300Pa, 利用5个叶轮给料机4将氯化铵快速排入料仓7，5min后开启料仓7底部三个叶轮给料机8将三个环形给料筒9加料至90%；空气预热真空炉1排空后关闭5个叶轮给料机4，打开闸板式进料阀2给料重复该步骤；

热分解：将环形给料筒9中的氯化铵通过叶轮给料机11加入已升温至350℃的分解炉13中进行加热分解，分解后的氨气及氯化氢气体通过高温平板过滤器16进入分离器14， JMT-1型沸石分子筛17成功限定了中部形成湍流区的下边界，使氯化氢下沉通过，氨气不能下沉通过，打开分离器两端的球阀，氨气从上部进入氨气回收系统，氯化氢从下部进入氯化氢收集系统，完成整个生产过程。