[发明专利]一种硝酸铵和苯二甲胺联产方法及换热网络

说明书

本发明提供了一种硝酸铵和苯二甲胺联产的方法，步骤1：天然气、空气和水反应合成液氨，并得到氢气；步骤2：步骤1中的液氨与二甲苯、空气反应生成含有二氰基苯的反应出口气，反应出口气降温后与冷介质接触捕集，得到液相和反应尾气，液相经过精馏得二氰基苯精品；步骤3：步骤1中的氢气与步骤2中的二氰基苯精品反应得到苯二甲胺，再精馏得到苯二甲胺精品；步骤4：步骤1中的液氨与氧气反应再与水反应生成硝酸，硝酸再与步骤2中的反应尾气进行反应，得硝酸铵溶液，硝酸铵溶液经过浓缩造粒，得硝酸铵产品。该方法不仅能够解决苯二甲胺生产过程中的含氨废气的回收利用，同时本发明还设计了换热网络，合理匹配各装置的热量，显著节省了能量。

技术领域

本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种硝酸铵和苯二甲胺联产方法及换热网络。

背景技术

苯二甲胺生产存在如下问题：

1.过剩氨问题：

苯二甲胺有两个甲基胺基团(-CH2NH2)，一般是由甲基(-CH3)与氨和氧气反应制得氰基(-CN)，再加氢而来，所以苯二甲胺属于是氨产业链。而甲基到氰基的反应效率很低，为了甲基尽量完全反应，氨要大大过量。理论上，二甲苯和氨反应的摩尔比只需要1:2，实际公知的达到1:4～10。另外，二甲苯与氧气反应的理论摩尔比是1:3，氧气的来源是空气。为了避免爆炸危险，氨或二甲苯的含量都要在爆炸极限以下，所以空气要在氨过剩的基础上进一步过剩。实际上，二甲苯与空气的比例能达到1：20～50。所以氨氧化反应的出口气，分离氰基产物以后，大部分是氮气，也有不少未反应的氧气和氨气。氨气污染环境，不能直接排放。其实对反应尾气中氨的处理才是生产的核心。现有文献提到，含氨尾气通过装有硫酸溶液的饱和器，把氨变成硫酸铵，避免污染环境，这是处理过剩氨的标准做法。但硫酸铵市场销路差，经济价值太低。也有很多工厂干脆用蓄热式氧化炉焚烧含氨尾气，这种方式把氨的化学品价值转化为热量价值，经济上更加不合理，但为了环保也没办法。

而硝酸铵是一种优质的氮肥。其阴离子和阳离子都有氮原子，含氮量高，而且可以做成水溶肥，符合未来农业的发展方向。传统的硝酸铵生产途径是，把氨与空气中的氧反应得到氮氧化物，再与水反应得到硝酸溶液；硝酸与氨反应得硝酸铵。这也是典型的氨产业链。

因此，本专利提出用反应尾气中的过剩氨来生产硝酸铵，解决了上述难题。而且从全流程看，氨全部转化成了硝酸铵的阴离子+阳离子，以及苯环上的氨基，没有任何浪费，是绿色化工。

2.二氰基苯捕集问题

高温时二氰基苯以气态混合在反应生成气中，现有技术已经提到用一些溶剂连降温带吸收把二氰基苯捕集至液相。现有技术关注点只在溶剂类型上。本申请认为，溶剂的种类是次要的，因为各种有机溶剂对二氰基苯溶解度都不差。捕集的本质在于提供冷介质给二氰基苯降温使其冷凝或凝华，自动离开气相。如果冷介质是与反应气体直接接触，就像现有技术提到的各种溶剂，本专利认为最重要的选择原则是溶剂的沸点而不是种类。因为反应出口气的中氮气、氧气等占比大，分压大，沸点低的溶剂与其接触后，会大量挥发进入反应尾气而损失，在经济上不可接受，尾气中的溶剂难以处理。如果溶剂沸点过高，则和二氰基苯过于接近，分离难度高，能耗大。

3.能量综合利用问题。

前述二甲苯氨氧化、二氰基苯加氢、硝酸中和等生产过程，如果像现有技术一样相互独立，既产生大量无法使用的余热，又需要外界补充热量。比如硝酸铵生产的中和-浓缩-造粒过程，中和反应放出的热量，温度不够给浓缩使用，需要外来热量用作浓缩。再比如二氰基苯的精制精馏过程，虽然二氰基苯气化需热量与冷凝放热量在数量差不多，但需热温度高于放热温度，热量无法匹配。还有氨氧化反应，反应器和反应生成气温度很高，蕴含高品位热量，而反应原理的气化和预热仅需非常低温的热量即可，如果强行匹配，也是一种能量浪费。

发明内容