[发明专利]一种分解氯化铵制备氯化氢和氨气的连续循环工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种分解氯化铵制备氯化氢和氨气的连续循环工艺。

背景技术

氯化铵是联合制碱法生产纯碱时产出的副产品。目前，我国氯化铵的消费主要是以铵氮的形式加入复合肥，适用于水稻、小麦、棉花、麻类、蔬菜等作物，但是对少数的农作物如对干旱少雨地区以及对氯离子敏感的作物（如烟草、橙、桔、甘蔗等）不宜使用。而且，氯化铵作为氮肥只利用了其中的氮元素，有价值的氯元素却被白白浪费掉，还可能对土壤造成不良的影响。氯是化学工业产品中重要的元素，其基础产品如氯化氢和盐酸是无机化工和有机化工十分重要的化工原料。因此如何充分利用好氯化铵既是经济问题又是可持续发展的资源综合利用问题。从氯化铵的现实情况来看，如何将氯化铵成功分解或转化成更有价值的产品，以实现资源深度利用和制碱工业副产氯化铵的有效转化无疑将具有重大的现实意义，氯化铵分解成功也必将对纯碱、烧碱、盐酸和盐湖镁资源开发利用产生深远影响。

在专利GB743295A和GB716754中，在220℃~270℃时，向一种酸性硫酸盐熔体中加入氯化铵，在流体中通过热的稳定的惰性有机剥离蒸汽（如三氯苯）来剥离熔体中的氯化氢，在流体中通过更高温度（330℃~380℃）的热的稳定的惰性有机剥离液体来剥离熔体中的氨气。该工艺过程复杂，产生氯化氢和氨气的温度较高，所用的有机溶剂蒸汽量大，最后还需将目标产品和有机蒸汽的分离。

刘长飞在《氯化铵分解制取氨及氯化氢气体》的专利中，用硫酸与氯化铵反应来分解氯化铵。在60～160℃下，NH₄Cl十H₂SO₄→NH₄HSO₄ + HCl。释放完氯化氢气体后继续搅拌加热到370℃～380℃，NH₄HSO₄（加热）→H₂SO₄ + NH₃。循环使用，继续生产氯化氢气体和氨气。刘长飞在《分解氯化铵制取氨及氯化氢气体的方法》的专利中，硫酸氢铵加入量与氯化铵加入量的摩尔比为1:0.5～1。在 140℃～160℃下，NH₄Cl+NH₄HSO₄→(NH₄)₂SO₄+HCl↑，然后加热到280℃～330℃，(NH₄)₂SO₄→NH₄HSO₄+NH₃↑。蒋文伟等在《一种用非挥发性酸或酸式盐使氯化铵分解释放氯化氢的方法》中，将非挥发性酸或酸式盐 4～15重量份加入带有搅拌器、温度计、回流冷凝器的反应器中，升温至150～200℃；将1重量份固体粉末状的氯化铵加入上述反应器中，在200～250℃ 反应1～2小时，获得氯化氢的收率为 95％～99%；将反应得到的铵盐及剩余的非挥发性酸或酸式盐混合物经高温热分解处理释放出氨气，再重复使用。Kokai 等以 NH₄HSO₄ 为循环介质将 NH4Cl分解为氨气和氯化氢。该工艺过程的第一步是回收氯化氢，以氮气或空气为载体，在温度 200～290℃条件下，从熔融 NH₄HSO₄ + NH₄Cl体系中回收 氯化氢，而熔融体系则转变为（NH₄)₂SO₄；第二步是回收氨气，在温度300～380℃ 条件下，熔融（NH₄)₂SO₄分解为氨气和 NH₄HSO₄ ，而分解所得的 NH₄HSO₄ 又返回到第一步回收氯化氢段。该法的 氯化氢回收率为 99.1% ，但氨气回收率仅为 58.0％。这些方法中硫酸氢铵、硫酸铵分解温度高，能耗大。然而，根据相关研究单位的研究表明，当温度高于250℃时硫酸铵开始分解，到300℃时只有氮分解，在350℃时，硫开始分解，如在350℃保持0.5h硫分解为SO₂(10.8%)和SO₃ (3.82%)，在500℃, 0.5h,硫几乎全部分解为SO₂(93.7%)和SO₃ (5.14%)。因此，在300~380℃的温度范围内不能得到纯的氨气，尤其是体系中的硫酸氢铵含量逐渐减少，体系组成改变，不能循环分解氯化铵。