CN102391099B - 一种二流体喷液连续脱氢生产草酸钠的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二流体喷液连续脱氢生产草酸钠的方法，介质气体从脱氢反应塔上部进入，经过气体分布器与二流体雾化器喷淋出来的甲酸钠溶液雾汽并流向下，控制介质气体与甲酸钠溶液的比例，使温度达到400-420℃，甲酸钠在此温度下发生脱氢反应。本发明使甲酸钠在脱氢反应器中与介质气体充分混合，快速升温，减少了副产物的生成，提高了草酸钠的收率，并且使脱氢气体可以循环使用，生产过程中无废气产生，达到了清洁环保的目的。
Description
技术领域
本发明涉及草酸钠的生产方法，具体涉及一种二流体喷液连续脱氢生产草酸钠的方法，本发明还涉及二流体喷液连续脱氢生产草酸钠的设备。
背景技术
生产草酸钠的化学反应式如下：
反应在310-450℃之间进行，最佳温度在420℃左右，而在物料升温过程中，尤其在300℃左右时很容易发生副反应。
因而必须采取措施使物料快速升温，迅速越过300℃左右这个阶段，用尽可能短的时间达到脱氢温度420℃左右。此外，脱氢过程是一放热过程，脱氢后物料温度仍会继续上升，而脱氢后生成的草酸钠在高温下很容易碳化，所以脱氢后的产物草酸钠应立即离开高温区并迅速降温，才能避免分解和碳化。
目前，国内生产草酸钠的工艺是间歇法，反应在间歇脱氢锅中进行，方法是将干燥的甲酸钠投入脱氢间歇锅中，锅底用炉火加热，物料逐渐升温，当温度上升至脱氢温度大约310℃时，开始脱氢，同时升温加快，当温度达到400℃左右时，甲酸钠急剧脱氢，由于脱氢过程放热，物料温度也急剧上升，随即脱氢过程完毕。降温后，人工将产物移出锅外，准备再一次投料。这种方法的优点是设备简单、投资少。但由于加热不均匀，靠近锅壁面附近的物料很容易过热分解或碳化，其次因升温时间过长，副产物多，收率低，通常只有80％-85％，能耗和物料损耗均较大，另外高温操作，工作条件差，劳动强度大，甲酸钠和草酸钠具有一定的毒性。在操作中粉尘飞扬，对工人的健康有极大影响。
国外为了提高草酸钠的收率并使脱氢过程连续化，采用链条式连续脱氢装置，链条由特殊材料制成，目的是防止物料粘连，物料通过喷嘴以喷雾状均匀的平摊在经过加热温度大约为400-450℃的链条上，受热升温后脱氢，然后物料从链条上剥离，脱氢完毕，链条继续循环运转。这种方法的缺点是设备投资大，从国外引进一台这样的设备，约需3000万元。同时由于它的链条是由特殊材料制成的，到目前为止，我国还不能自行制备这样的设备。
为了提高脱氢的收率，并实现脱氢过程连续化，国内外专家均在研制新式的脱氢设备。现有技术中有两类具有代表性的连续脱氢工艺及设备，一类是转鼓连续脱氢工艺及设备，它是将物料均匀的喷涂在经过加热，具有一定温度的转鼓表面。物料在转鼓表面实现脱氢。然后用刮刀将脱氢产物从转鼓上移走，转鼓连续不断转动，以实现过程的连续化，这种工艺的优点是实现了脱氢连续化，也可使脱氢的收率有所提高，但缺点是设备结构复杂，要求设备制作精度高，工业上难以实现，至今未实现工业化。另一类是流化床连续脱氢，它是将煤气燃烧后形成的烟道气作为热源，热流自下而上通过流化床，气体从物料的间隙穿过并将物料吹离床层，从而形成流化床。物料在流化床中脱氢以后从下料管中离开流化床。此方法的优点也是实现了连续化，也可使脱氢收率提高，但缺点有三，其一是操作弹性小，不易操作，其二是用煤气直接加热，其中的硫对脱氢反应有毒化作用，其三是脱氢后的产物不能及时降温，会导致物料分解或碳化。
三相流化床双循环连续脱氢生产草酸钠的工艺是将氮气、空气或硫化后的烟道气加热至430-600℃作为载热介质，经鼓风机从流化床的底部通入，自下而上通过流化床；将甲酸钠在熔融锅中熔化并加热至200-250℃，然后将熔融状态的甲酸钠用压力泵打入流化床上部；在流化床内甲酸钠通过喷头以喷雾状喷淋下来，与上升的高温气流逆流接触，甲酸钠在流化床的停留时间控制在20秒以内，脱氢产物草酸钠在流化床的停留时间控制在10秒以内；脱氢产物草酸钠被上升气流迅速带出流化床并依次进入旋风分离器和洗涤塔中进行分离和冷却。此方法的优点是在普通流化床的基础上进行了改造，脱氢后的产物被迅速带出流化床并得以迅速降温，避免了产物的进一步分解，进一步提高了产物的收率，但缺点有四，其一是未能解决脱氢产物中含有大量氢气而带来的安全问题，其二是熔融状态的甲酸钠黏度大，不易喷淋，喷淋的甲酸钠分布不均，产物收率低，副产物多，其三是熔融状态的甲酸钠极易遇冷凝固堵塞管道或喷头，不利于连续脱氢，其四是熔融甲酸钠时设备温度高，容易造成人身伤害。
循环流化床连续脱氢生产草酸钠的工艺，是将温度为500℃左右的过热蒸汽从流化床脱氢反应器底部通入，甲酸钠在常温下经绞龙从流化床脱氢反应器下部进入，控制过热蒸汽与甲酸钠的比例，使混合后的温度达到420℃左右，甲酸钠在此温度下脱氢；脱氢以后的混合物进入旋风分离器，产物草酸钠从旋风分离器下部放出，氢气和水蒸气的混合物从旋风分离的上部出来，经风机加压后，一部分进入流化床脱氢反应器底部循环利用，一部分经多管式除尘器进一步脱出草酸钠后排空。此方法的缺点一是蒸汽消耗过大，二是固体甲酸钠分布不均匀，产物收率低，副产物多。
发明内容
本发明的目的在于针对上述生产方法的不足，改进生产工艺，提供一种产物收率高，副产物少，安全可靠，清洁环保的二流体喷液连续脱氢生产草酸钠的方法和设备。
本发明采用了如下技术方案：
一种二流体喷液连续脱氢生产草酸钠的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将一小部分介质气体加热至100℃，在二流体雾化器中与50～70％的甲酸钠溶液混合后均匀喷入脱氢反应塔，将剩余的介质气体加热至420-450℃，从脱氢反应塔上部进入，经过气体分布器与二流体雾化器喷淋出来的甲酸钠溶液雾汽并流向下，控制介质气体与甲酸钠溶液的比例，使温度达到400-420℃，甲酸钠在此温度下发生脱氢反应；
(2)脱氢后的产物大部分降至脱氢反应塔底部，被从循环泵出来的草酸钠溶液冲洗，溶液从反应塔底部出来后，经循环泵一部分打入反应塔循环，一部分精制得到草酸钠；另一部分产物随着介质气体从脱氢反应塔侧面出来，进入旋风分离器分离成草酸钠和脱氢气体；
(3)脱氢气体经降温后，将一部分氢气含量高的脱氢气体放至气柜，作为合成氨原料气使用，另一部分脱氢气体经加压后作为介质气体循环利用。
所述介质气体为蒸汽或氮气或合成提氢尾气，本发明优选的介质气体是合成提氢尾气。
一种二流体喷液连续脱氢生产草酸钠的设备，其特征在于由缓冲罐(1)、换热器(2)、水冷器(3)、缓冲罐(4)、萝茨机(5)、电炉(6)、脱氢反应塔(7)、旋风分离器(8)、小换热器(9)、循环水泵(10)、化料桶(11)、二流体雾化器(12)、气体分布器(13)所组成，缓冲罐(1)通过管道分别与小换热器(9)和换热器(2)相连通，换热器(2)通过管道分别与萝茨机(5)、小换热器(9)、水冷器(3)及电炉(6)相连通，电炉(6)通过管道经气体分布器(13)与脱氢反应塔(7)相连通，脱氢反应塔(7)的上部与二流体雾化器(12)和气体分布器(13)相连通，气体分布器(13)位于二流体雾化器(12)的下面，脱氢反应塔(7)的下部通过管道与循环水泵(10)和旋风分离器(8)相连通，旋风分离器(8)通过管道与小换热器(9)相连通，小换热器(9)通过管道与二流体雾化器(12)相连通，二流体雾化器(12)通过管道与化料桶(11)相连通。
本发明的有益效果是：
1、由于二流体雾化器喷出的雾滴直径小，分布均匀，能与介质气体充分接触，将甲酸钠雾化汽通入400-450℃的介质气体氛围，在脱氢反应器中能充分混合，快速升温，缩短了升温时间，减少了副产物的生成，提高了草酸钠的收率。
2、甲酸钠在脱氢反应器中脱氢以后生成草酸钠蓬松状固体颗粒，一部分被草酸钠循环溶液迅速降温，另一部分被气流迅速带出脱氢反应器，并进入旋风分离器自然迅速降温，减少了草酸钠的分解，提高了草酸钠的收率。
3、由于脱氢气体中含有大量氢气，而氢气可以作为其它工业合成的原料气，本发明实现了氢气的回收利用。同时将另一部分脱氢气体循环使用，提高了能量的利用率，降低了电量的消耗，降低了生产成本。
4、合成提氢尾气是工业合成氨过程中产生的气体，经过提取氢气后分离出来的尾气，其主要组成为氮气、甲烷和少量氢气，由于合成提氢尾气几乎不含有氧气，作为加热介质，解决了氢气的安全问题，为工业化生产提供了安全保障。同时由于合成提氢尾气本身具有一定的压力，不用任何机械输送设备，即可节省投资，同时降低了运行成本。
5、省去了甲酸钠熔融过程，简化了生产工艺。
6、实现了连续化生产，提高了劳动生产率，改善了生产条件和劳动环境。
附图说明
图1是本发明二流体喷液连续脱氢生产草酸钠的设备结构示意图，其中：1-缓冲罐；2-换热器；3-水冷器；4-缓冲罐；5-萝茨机；6-电炉；7-脱氢反应塔；8-旋风分离器；9-小换热器；10-循环水泵；11-化料桶；12-二流体雾化器；13-气体分布器；
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明。
二流体喷液连续脱氢生产草酸钠的方法，包括以下步骤：
1、缓冲罐1出来的小部分合成提氢尾气经过小换热器9后，被加热到100℃左右，控制气体压力为0.3-0.35MPa，使其在二流体雾化器12中与来自化料桶11的压力为0.3-0.35MPa，浓度为70％的甲酸钠溶液混合后呈雾状均匀喷入脱氢反应塔7，缓冲罐1出来的大部分合成提氢尾气进入换热器2，与旋风分离器8出来的脱氢气体进行换热，被加热至250-300℃，然后进入电炉6，继续被加热至420-450℃，从脱氢反应塔7上部进入，经过气体分布器13与二流体雾化器12喷淋出来的甲酸钠雾汽并流向下，控制循环气量与甲酸钠溶液的比例，使载体温度达到400-420℃，甲酸钠在此温度下发生脱氢反应。
2、脱氢后的产物大部分降至脱氢反应塔7的底部，被从循环水泵10出来的草酸钠溶液冲洗，溶液从脱氢反应塔7底部再经循环泵一部分打入脱氢反应塔7循环，一部分精制得到草酸钠。另一部分产物随着合成提氢尾气从脱氢反应塔7侧面出来，进入旋风分离器8分离成草酸钠和脱氢气体，草酸钠从旋风分离器8下部放出，脱氢气体则从旋风分离器8的上部出来。
3、脱氢气体依次进入小换热器9、换热器2及水冷器3被降温至≤40℃，降温后氢气含量高的气体一部分放至气柜，作为合成氨原料气循环使用，另一部分气体经缓冲罐4气液分离后，再经萝茨机5加压至0.07MPa左右，然后与补入的合成提氢尾气混合进入换热器2，重复上述步骤1、2的过程。
采用上述方法生产的草酸钠试验分析结果见下表：
Claims (2)
1.一种二流体喷液连续脱氢生产草酸钠的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将一小部分介质气体加热至100℃，在二流体雾化器中与50～70％的甲酸钠溶液混合后均匀喷入脱氢反应塔，将剩余的介质气体加热至420～450℃，从脱氢反应塔上部进入，经过气体分布器与二流体雾化器喷淋出来的甲酸钠溶液雾汽并流向下，控制介质气体与甲酸钠溶液的比例，使温度达到400～420℃，甲酸钠在此温度下发生脱氢反应；
(2)脱氢后的产物大部分降至脱氢反应塔底部，被从循环泵出来的草酸钠溶液冲洗，溶液从反应塔底部出来后，经循环泵一部分打入反应塔循环，一部分精制得到草酸钠；另一部分产物随着介质气体从脱氢反应塔侧面出来，进入旋风分离器分离成草酸钠和脱氢气体；
(3)脱氢气体经降温后，将一部分氢气含量高的脱氢气体放至气柜，作为合成氨原料气使用，另一部分脱氢气体经加压后作为介质气体循环利用，
所述介质气体为蒸汽或氮气或合成提氢尾气，
所述合成提氢尾气是工业合成氨过程中产生的气体，经过提取氢气后分离出来的尾气。
2.一种二流体喷液连续脱氢生产草酸钠的设备，其特征在于由缓冲罐(1)、换热器(2)、水冷器(3)、缓冲罐(4)、萝茨机(5)、电炉(6)、脱氢反应塔(7)、旋风分离器(8)、小换热器(9)、循环水泵(10)、化料桶(11)、二流体雾化器(12)、气体分布器(13)所组成，缓冲罐(1)通过管道分别与小换热器(9)和换热器(2)相连通，换热器(2)通过管道分别与萝茨机(5)、小换热器(9)、水冷器(3)及电炉(6)相连通，电炉(6)通过管道经气体分布器(13)与脱氢反应塔(7)相连通，脱氢反应塔(7)的上部与二流体雾化器(12)和气体分布器(13)相连通，气体分布器(13)位于二流体雾化器(12)的下面，脱氢反应塔(7)的下部通过管道与循环水泵(10)和旋风分离器(8)相连通，旋风分离器(8)通过管道与小换热器(9)相连通，小换热器(9)通过管道与二流体雾化器(12)相连通，二流体雾化器(12)通过管道与化料桶(11)相连通。
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