CN102976358B - 一种利用叔丁胺生产过程中的副产品制备硫酸铵的生产工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用叔丁胺生产过程中的副产品制备硫酸铵的生产工艺及设备，属于化工产品制备技术领域。该工艺通过在氨中和冷却塔和真空抽滤槽之间增设固液分离器，可以循环利用硫酸铵溶液，增加了氨气与硫酸铵溶液的反应时间，使得硫酸铵溶液达到过饱和，以硫酸铵的自然结晶冷却析出代替蒸馏结晶冷却析出，节约了大量的蒸汽。本发明通过将真空抽滤后的含气母液通入真空罐，并经换热器冷凝，可以充分利用硫酸铵溶液，并且减少了有味气体的排放，具有节能环保的优点。

Description

一种利用叔丁胺生产过程中的副产品制备硫酸铵的生产工艺及设备

技术领域

本发明属于化工产品制备技术领域，具体涉及一种利用叔丁胺生产过程中的副产品制备硫酸铵的生产工艺及设备。

背景技术

硫酸铵，又称硫铵，其理论分子式为(NH₄)₂SO₄。硫酸铵是一种易溶于水，纯品为无色斜方晶体的强酸弱碱盐。密度1.769g/cm³。加热时分解失去氨，成为酸式盐。513℃时完全分解为氨和硫酸。工业品为白色或浅灰黄色颗粒，易溶于水，不溶于乙醇、丙酮、氨。易潮解。长期以来主要用作肥料，适用于各种土壤和作物。还可用于纺织、皮革、医药等方面。工业上主要利用工业生产中副产物或排放的废气用硫酸或氨水吸收(如硫酸吸收焦炉气中的氨，氨水吸收冶炼厂烟气中二氧化硫，卡普纶生产中的氨或硫酸法钛白粉生产中的硫酸废液)。也有采用石膏法制硫铵的(以天然石膏或磷石膏、氨、二氧化碳为原料)。

工业生产中，有一种甲基叔丁基醚-氢氰酸法合成叔丁胺的生产技术。该技术主要是在甲基叔丁基醚-氢氰酸法合成叔丁胺工艺过程中，反应混合气通过固定床反应器，在催化剂的作用下合成HCN高温气体。经过氨中和塔除去多余未反应的氨气并进行降温，除氨的过程是通过进入氨中和冷却塔中部的富含硫酸的塔釜液喷淋吸收实现的，喷淋液吸收氨气后在塔底形成富含游离的浓硫酸的硫酸铵水溶液，达到质量百分比浓度为25％～35％后外排回收处理。

现有技术中采用蒸发浓缩、冷却结晶、离心分离，干燥制得。申请号为200910231802.2，名称为“一种硫酸铵废液的浓缩结晶工艺”的中国发明专利申请文件中记载了一种通过加热蒸馏法制备硫酸铵的工艺。在蒸馏过程中处理难度大、能耗高、对设备腐蚀严重、加工条件差；同时，在蒸馏过程中产生的大量酸性废水，该废水COD、氨氮含量都较高，并产生了大量的异味气体。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用叔丁胺生产过程中的副产品制备硫酸铵的生产工艺及设备，以硫酸铵的自然结晶冷却析出代替蒸馏结晶冷却析出，大大降低能耗并符合环保要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用叔丁胺生产过程中的副产品制备硫酸铵的生产工艺，包括以下步骤：

1)将叔丁胺生产过程中产生的含氨反应混合气通入氨中和冷却塔中，从氨中和冷却塔的顶部喷淋硫酸，形成硫酸铵水溶液；

2)将步骤1)中形成的硫酸铵水溶液通入固液分离器中，并通过离心泵不断地输送到氨中和冷却塔的上部，进一步吸收含氨反应混合气中的氨气；

3)当步骤2)中的硫酸铵水溶液循环多次后，氨中和冷却塔的底部就会有大量晶体析出，析出的晶体和硫酸铵水溶液一同流入固液分离器中，当固液分离器中的析出晶体达到一定数量的时候，将析出的晶体放入真空抽滤槽中进行抽滤，制得硫酸铵；并将抽滤后的液体输送至所述的氨中和冷却塔中循环利用。

其中，通过增加所述的硫酸铵水溶液的循环次数或者向氨中和冷却塔中补充水分，使所述的氨中和冷却塔中形成质量百分比浓度为40～45％的富含游离硫酸的饱和硫酸铵水溶液；控制氨中和冷却塔中的硫酸铵水溶液的酸碱度为PH＝3～5。

步骤3)中当所述的硫酸铵固液分离器中晶体体积含量占固液体总体积的60～90％时再将所述的析出晶体放入真空抽滤槽中进行抽滤。

一种利用叔丁胺生产过程中的副产品制备硫酸铵的设备，包括氨中和冷却塔，所述氨中和冷却塔的下部开设进气口，所述氨中和冷却塔的顶部设有进硫酸口；还包括固液分离器、循环离心泵、真空抽滤槽、真空泵、真空罐和换热器，所述固液分离器的顶部通过管路与氨中和冷却塔的底部连通，所述固液分离器的底部通过管路与真空抽滤槽的顶部连通，所述固液分离器的上部通过管路与循环离心泵的入口连通，所述循环离心泵的出口通过管路与氨中和冷却塔的上部连通，所述固液分离器的顶部低于氨中和冷却塔的底部，所述真空抽滤槽位于固液分离器下方。

所述真空罐的顶部通过管路与真空抽滤槽的下部连接，所述真空罐的上部通过管路与换热器的底部连通，所述真空罐底部通过管路与氨中和冷却塔的下部连通，所述真空罐的底部高于所述的进气口；所述的真空泵通过管路与换热器的上部连通。

连通氨中和冷却塔与真空罐的管路上安装有第一阀门，连通固液分离器与真空抽滤槽的管路上安装有第二阀门。

所述固液分离器侧壁上开设观察口，观察口位于固液分离器上部管路接口的下方；真空罐罐体上开设液位观察口，液位观察口位于真空罐罐体侧壁管路接口下方。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1，通过增设固液分离器，使得从氨中和冷却塔中出来的硫酸铵溶液可以再次被输送至氨中和冷却塔中，增加了氨气与硫酸铵溶液的反应时间，使得硫酸铵溶液的浓度越来越高，最终达到过饱和，形成硫酸铵晶体。本发明以硫酸铵的自然结晶冷却析出代替现有技术中的蒸馏结晶冷却析出，节约了大量的蒸汽。

2，本发明将真空抽滤后的含气母液输送至真空罐，经换热器冷凝后，气体排出，液体被输送至氨中和冷却塔中循环利用，不仅提高了硫酸铵溶液的利用率，而且实现了污染气体的零排，具有节能环保的优点。

3，通过调整釜与釜之间的高低位置关系，使得大部分的反应产物及中间体可以依靠重力作用实现流通，大大减少了泵的数量，节约了电能。

附图说明

附图是本发明结构示意图。

图中标记为：

1、氨中和冷却塔；11、进气口；12、进硫酸口；2、固液分离器；21、观察口；3、真空抽滤槽；31、盖；32、栅板；33、滤袋；4、真空罐；41、液位观察口；5、换热器；6、真空泵；7、循环离心泵；8、第一阀门；9、第二阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步描述。

实施例1

如图所示，一种利用叔丁胺生产过程中的副产品制备硫酸铵的设备，包括氨中和冷却塔1、固液分离器2、真空抽滤槽3、真空罐4、换热器5、真空泵6、循环离心泵7、第一阀门8和第二阀门9。

氨中和冷却塔1的底部分别通过管路与固液分离器2的顶部和真空罐4的底部连通，氨中和冷却塔1的上部通过管路与循环离心泵7连通，氨中和冷却塔1塔身上开设进气口11和进硫酸口12。塔身与管路连通处即为出口或进口，此处不做赘述。

固液分离器2的顶部低于氨中和冷却塔1的底部，固液分离器2的上部通过管路与循环离心泵7连通，固液分离器2的底部通过管路与真空抽滤槽3的顶部连通；

真空抽滤槽3的顶部开口，开口上放置有封闭开口的盖31，真空抽滤槽3的设置高度低于固液分离器2的设置高度，真空抽滤槽3的底部通过管路与真空罐4的顶部连通，真空罐4罐体侧壁通过管路与换热器5连通，换热器5通过管路与真空泵6连通；真空抽滤槽3内壁还设置有栅板32和滤袋33，滤袋33放置于栅板32上；

真空罐4的底部管路的接口高度不低于氨中和冷却塔1中液面的高度，或者说真空罐4的底部管路的接口高于进气口11，以两者中较高位置为优选。连通氨中和冷却塔1与真空罐4的管路上安装有第一阀门8，连通固液分离器2与真空抽滤槽3的管路上安装有第二阀门9。

一种利用叔丁胺生产过程中的副产品制备硫酸铵的生产工艺，具体如下：

将叔丁胺生产过程中产生的含氨反应混合气从氨中和冷却塔1的塔体底部通入氨中和冷却塔1中，同时，从氨中和冷却塔1的塔体上部不断喷洒硫酸，形成硫酸铵水溶液，所述溶液在氨中和冷却塔1内的系统压力以及液位的静压力循环作用下流入固液分离器2中，在循环离心泵7的作用下，硫酸铵水溶液被抽回到氨中和冷却塔1中，继续与通入的含氨反应混合气中的氨反应，随着硫酸铵水溶液浓度的不断提高，氨中和冷却塔1的底部开始出现硫酸铵晶体，晶体在氨中和冷却塔1内的系统压力以及液位的静压力循环作用下流入固液分离器2中，随着反应的进行，固液分离器2中的晶体越来越多，通过观察口21可以查看固液分离器2中的晶体数量，当晶体体积达到固液总体积的80％时，同时保证不超过观察口21底部，打开第二阀门9，将晶体放入真空抽滤槽3中抽滤，抽滤得到的含气母液在真空泵6的作用下流入真空罐4，液体流到真空罐4底部，气体在真空泵6的作用下流经换热器5，从换热器5出来的气体经真空泵6排入大气，从换热器5冷凝回来的液体流入真空罐4底部，当真空罐4中的液位达到一定高度时，打开第一阀门8，将液体通入氨中和冷却塔1中循环使用。

其中，为了防止氨中和冷却塔1中的晶体数量过多堵塞管路，每2小时对氨中和冷却塔1中的液体浓度进行检测，当质量百分比浓度高于45％时，缓慢地向氨中和冷却塔1中加水，至质量百分比浓度降为40％。

为了保证最佳产出率，需要控制硫酸与含氨反应混合气中的氨气比例，通过调整硫酸的加入量，控制氨中和冷却塔1中的液体酸碱度为PH＝3～5为最佳。

正常生产中，氨中和冷却塔1中的温度一般为50～60℃，控制连续运行时间为8小时。

此外，真空抽滤槽3的顶部开口，开口上放置有封闭开口的盖31，真空抽滤槽3内壁还设置有栅板32和滤袋33，滤袋33放置于栅板32上；打开第二阀门9后，硫酸铵晶体被阻挡在设置于槽中的滤袋33上，而硫酸铵水溶液却穿过滤袋33下落到真空抽滤槽3的底部，流下来的硫酸铵水溶液在真空罐4的负压作用下被抽到真空罐4中。当留在滤袋33上的硫酸铵晶体达到一定数量时，打开盖31，将硫酸铵晶体提走。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例中，当固液分离器2中的晶体体积达到固液总体积的60％时，同时保证不超过观察口21底部，打开第二阀门9，将晶体放入真空抽滤槽3中抽滤。

实施例3

与实施例1不同的是，本实施例中，当固液分离器2中的晶体体积达到固液总体积的90％时，同时保证不超过观察口21底部，打开第二阀门9，将晶体放入真空抽滤槽3中抽滤。

对比例

控制氨中和冷却塔1底部生成的富含游离硫酸的硫酸铵水溶液质量百分比浓度为45～50％，温度为50～60℃，连续运行8小时。通过观察口21查看，当有大量硫酸铵结晶析出时，利用氨中和冷却塔1内的系统压力及固液分离器2的液位静压力，不能将固液分离器底部的硫酸铵溶液及硫酸铵从固液分离器中分离出来，原因是固液分离器2分离管口已经被固体硫酸铵堵塞。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用叔丁胺生产过程中的副产品制备硫酸铵的生产工艺，包括以下步骤： 

1)将叔丁胺生产过程中产生的含氨反应混合气通入氨中和冷却塔中，从氨中和冷却塔的顶部喷淋硫酸，形成硫酸铵水溶液； 

2)将步骤1)中形成的硫酸铵水溶液通入固液分离器中，并通过离心泵不断地输送到氨中和冷却塔的上部，进一步吸收含氨反应混合气中的氨气； 

3)当步骤2)中的硫酸铵水溶液循环多次后，氨中和冷却塔的底部就会有大量晶体析出，析出的晶体和硫酸铵水溶液一同流入固液分离器中，当固液分离器中的析出晶体达到一定数量的时候，将析出的晶体放入真空抽滤槽中进行抽滤，制得硫酸铵；并将抽滤后的液体输送至所述的氨中和冷却塔中循环利用； 

其中，通过增加所述的硫酸铵水溶液的循环次数或者向氨中和冷却塔中补充水分，使所述的氨中和冷却塔中形成质量百分比浓度为40～45％的富含游离硫酸的饱和硫酸铵水溶液；控制氨中和冷却塔中的硫酸铵水溶液的酸碱度为pH＝3～5； 

步骤3)中当所述的硫酸铵固液分离器中晶体体积含量占固液体总体积的60～90％时再将所述的析出晶体放入真空抽滤槽中进行抽滤。 

2.一种利用叔丁胺生产过程中的副产品制备硫酸铵的设备，包括氨中和冷却塔(1)，所述氨中和冷却塔(1)的下部开设进气口(11)，所述氨中和冷却塔(1)的顶部设有进硫酸口(12)，其特征在于：还包括固液分离器(2)、循环离心泵(7)、真空抽滤槽(3)、真空泵(6)、真空罐(4)和换热器(5)，所述固液分离器(2)的顶部通过管路与氨中和冷却塔(1)的底部连通，所述固液分离器(2)的底部通过管路与真空抽滤槽(3)的顶部连通，所述固液分离器(2)的上部通过管路与循环离心泵(7)的入口连通，所述循环离心泵(7)的出口通过管路与氨中和冷却塔(1)的上部连通，所述固液分离器(2)的顶部低于氨中和冷却塔(1)的底部，所述真空抽滤槽(3)位于固液分离器(2)下方； 

所述真空罐(4)的顶部通过管路与真空抽滤槽(3)的下部连接，所述真空罐(4)的上部通过管路与换热器(5)的底部连通，所述真空罐(4)底部通过管路与氨中和冷却塔(1)的下部连通，所述真空罐(4)的底部高于所述的进气口(11)；所述的真空泵(6)通过管路与换热器(5)的上部连通； 

连通氨中和冷却塔(1)与真空罐(4)的管路上安装有第一阀门(8)，连通固液分离器(2)与真空抽滤槽(3)的管路上安装有第二阀门(9)； 

所述固液分离器(2)侧壁上开设观察口(21)，观察口(21)位于固液分离器(2)上部管路接口的下方；真空罐(4)罐体上开设液位观察口(41)，液位观察口(41)位于真空罐(4)罐体侧壁 管路接口下方。