[发明专利]氯化铵热解分离制取氨和氯化氢的多管式移动床反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种化工反应设备，具体是涉及一种氯化铵热解分离制取氨和氯化氢的多管式移动床反应装置。

背景技术

纯碱生产中的联合制碱法采用氯化钠、二氧化碳与合成氨为原料制取纯碱与氯化铵，氯化铵作为肥料容易导致土壤酸化与板结，市场十分有限，价格一路走低，氯化铵大量积压已成为纯碱行业发展的瓶颈。如果能将氯化铵分解分离为氨气与氯化氢，氨气循环用于制碱，氯化氢用于制备氯乙烯或盐酸，则一方面解决了氯化铵的市场出路问题，又能够代替耗能污染的电解法制备氯化氢的氯碱工艺，是清洁生产方面的一项关键技术。

本发明人曾经在专利文献CN103626206A和有关文献中公开了一种采用高温吸附剂(如氧化镁)与两步加热分解分离氯化铵为氨气和氯化氢的方法，称为化学链循环工艺，然后将纯碱与氯乙烯进行联产，以大规模地将CO₂转化为纯碱。

氯化铵的化学链循环工艺是将氯化铵固体加热气化为氨和氯化氢的气体混合物，然后采用碱性金属氧化物吸收氯化氢气体，释放出氨气。吸收氯化氢后的金属氧化物再进一步加热释放出氯化氢气体，同时将金属氧化物再生。该过程包含两个吸热反应器，释氨器与释氯器。按照该方案，只需要外部供给热量，就可以实现氯化铵的分解与分离。由于氯化铵两步分解都属于吸热反应，同时又不能采用高温气体直接加热的方式以免污染产品气氨和氯化氢，因此只能采用间壁换热方式供热。然而，氯化铵分解的吸热量很大(约160kJ/mol)，常规的间壁换热工业炉(如回转炉)难以提供足够的换热面积，因此很难实现大规模的工业化生产。

利用多根列管同时进行换热则可解决上述换热不足的问题。同时，氯化铵分解释放的气体量也很大，1体积的氯化铵固体气化后释放出约1000倍其体积的气体。反应室中气固两相逆流流动，气体向上而固体向下，固体处于边流化边移动的状态。反应器的结构和操作条件还必须保证固体颗粒流动顺畅、无堵塞与死区，同时要尽量减少返混以提高转化效率。固体的流化、移动与传热强化的要求构成了一对矛盾，需要通过采用合适的列管直径、列管间距、操作气速、颗粒粒径来兼顾二者的不同要求。此外，根据申请人前期对氯化铵热解过程的动力学研究，释氨反应与释氯反应具有不同的动力学特征：释氨反应包括氯化铵热分解与氧化镁吸附氯化氢两步反应，要求吸热速率均匀，适合采用高温烟气与固体颗粒之间的逆流换热模式；而羟基氯化镁的释氯反应初期吸热量大而后期吸热量小，适合采用气固并流换热模式。因此，必须针对氯化铵热解分离的特殊要求进行研究，采用专门的反应器类型、结构和操作条件来满足这一过程在换热、反应、流动方面的要求。

但是，迄今为此公开的专利文献与其他文献大都只涉及氯化铵分解与分离的原理与过程，缺乏针对氯化铵热解过程的专门的反应器的介绍，特别是缺乏对反应器类型、结构与操作条件的介绍。因此，当前亟需设计一种高效的反应器，用于氯化铵的热解分离过程。

发明内容

本发明提供了一种氯化铵热解分离制取氨和氯化氢的多管式移动床反应装置，通过在反应器内部安装大量的换热列管来提供足够的换热面积，满足氯化铵热解换热的需求，同时采用适当的结构与操作条件满足氯化铵热解反应与流动的要求，可实现大规模连续化的工业生产。

一种氯化铵热解分离制取氨和氯化氢的多管式移动床反应装置，包括：带有一个或多个进料口和出料口的释氨器和释氯器；这些进料口包括固体氯化铵进料口、载体进料口，进料口可仅设置一个，也可根据物料不同单独设置，出料口包括固体出料口或者气体出料口；

所述释氯器和释氨器为多管式移动床反应器，释氨器的固体出料口与释氯器的固体进料口连接，释氯器的固体出料口与释氨器的载体进料口连接；同时所述释氯器的供热通道与所述释氨器的供热通道连接，且释氯器通过燃烧供热，释氨器通过燃烧后的高温烟气供热；

所述多管式移动床反应器为横管式移动床反应器或者竖管式移动床反应器。

通过释氨器可实现氯化铵热解反应(释氨反应)，载体一般为碱金属氧化物，例如可采用氧化镁；最终得到的气体物料为氨气，固体物料为吸收氯化氢后的羟基氯化物和未反应完全的金属氧化物，反应如下；

NH4Cl→HCl↑+NH₃↑(1)

MgO+HCl→Mg(OH)Cl(2)

通过释氯器可完成对载体的回收(释氯反应)，同时实现对氯化氢的回收，发生的反应如下：

Mg(OH)Cl→MgO+HCl↑(主)(3)

Mg(OH)Cl+HCl→MgCl2+H2O↑(副)(4)