CN109467105A - 碳酸氢铵的生产方法与生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种碳酸氢铵的生产方法与生产装置，涉及碳酸氢氨生产领域，该碳酸氢铵的生产方法包括以下步骤：S1)提供碳酸氢铵的饱和溶液作为母液，提供三聚氰胺尾气作为反应原料；S2)将一部分三聚氰胺尾气通入所述母液中形成氨碳溶液，并将剩余部分三聚氰胺尾气经分离后得到的高纯度的二氧化碳气体通入所述氨碳溶液中进行碳化结晶使碳酸氢铵析出，经固液分离得到碳酸氢铵和用于回收的母液。利用该生产方法能够解决现有生产方法存在的效率低、成本高、工艺复杂的技术问题，达到提高生产效率、降低生产成本以及简化生产工艺的技术效果。

Description

碳酸氢铵的生产方法与生产装置

技术领域

本发明涉及碳酸氢氨生产领域，尤其是涉及一种碳酸氢铵的生产方法与生产装置。

背景技术

碳酸氢铵，又称碳铵，是一种碳酸盐，含氮17.7％左右，其主要应用是可作为氮肥使用，由于其可分解为NH₃、CO₂和H₂O三种气体而消失，故又称气肥；其次也可以用于合成铵盐和织物脱脂。

目前，国内碳酸氢铵的生产工艺主要是以NH₃、CO₂和H₂O为原料，其具体工艺流程如图1所示，利用含碳酸氢铵的溶液为母液，在氨气吸收器内吸收氨气，形成浓氨水，浓氨水通过浓氨水槽进入碳化塔Ⅰ中吸收碳化气。碳化气为纯度20-40％的CO₂气体，如合成氨生产过程中产生的变换气。大部分CO₂被碳化塔Ⅰ吸收，含少量CO₂的气体(CO₂含量为8-20％)进入碳化塔Ⅱ中再进行吸收；经吸收后，含0.4％～1.5％二氧化碳、含10～30mg/m³氨的出塔气依次经固定副塔，回收清洗塔和分离罐后将所得惰性气体排出。碳化塔Ⅱ底部排出的含碳酸氢铵的固液混合物，经稠厚器和离心机进行固液分离后，得到固体碳酸氢铵和母液，母液继续回到氨气吸收器内吸收氨气，固体碳酸氢铵可以通过干燥得到碳酸氢铵产品。

上述生产过程所用的生产设备中，碳化塔为塔式结构，不适用于高纯度CO₂气，只适用于CO₂气体含量在20-40％范围内的碳化气，主要原因是碳化气需要从碳化塔的底部进入，碳化气纯度越高，反应速度越快，当高纯度CO₂进入碳化塔时，很快在底部全部反应，上部的液体还未参与反应，这就使得碳化塔底部过饱和度很大，对于结晶不利，造成结晶的颗粒太小，不能满足固液分离的要求。同时碳化塔内设置有10-20组的换热管束，容易结垢造成堵塞。

通过上述分析可知，目前的碳酸氢氨的生产工艺存在的主要问题有：以纯氨和低纯度碳化气为原料，成本高；碳化塔不适用于高纯度CO₂进行生产，生产效率低，装置能耗高；碳化塔容易堵塞，运行周期短；反应要经过两级碳化反应，装置工艺复杂，流程长；所得碳酸氢铵的颗粒粒度较小，不易分离，且得到的碳酸氢铵颗粒多为针状结构，易碎。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳酸氢铵的生产方法，以解决上述所提及问题中的至少一个。

本发明的第二目的在于提供碳酸氢铵的生产装置，以解决上述所提及问题中的至少一个。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种碳酸氢铵的生产方法，包括以下步骤：

S1)提供碳酸氢铵的饱和溶液作为母液，提供三聚氰胺尾气作为反应原料；

S2)将一部分三聚氰胺尾气通入所述母液中形成氨碳溶液，并将剩余部分三聚氰胺尾气经分离后得到的高纯度的二氧化碳气体通入所述氨碳溶液中进行碳化结晶使碳酸氢铵析出，经固液分离得到碳酸氢铵和用于回收的母液。

一种碳酸氢铵的生产装置，包括：

吸收器，用于形成氨碳溶液，

氨碳分离系统，用于三聚氰胺尾气的分离以得到高纯度的二氧化碳气体，

反应结晶器，入口分别连接所述吸收器和所述氨碳分离系统，

固液分离器，入口连接所述反应结晶器的出口。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的碳酸氢铵的生产方法，是以碳酸氢铵的饱和溶液作为母液，并以三聚氰胺尾气作为反应原料，先将一部分三聚氰胺尾气通入所述母液中形成氨碳溶液，然后再将剩余部分三聚氰胺尾气分离得到的高纯度CO₂气体通入氨碳溶液中进行碳化结晶反应，碳化结晶反应过程中，氨碳溶液会吸收CO₂气体从而与氨碳溶液中的氨形成碳酸氢铵，在过饱和的作用下，生产的碳酸氢铵从氨碳溶液中结晶析出，得到碳酸氢铵的固液混合物，经固液分离后得到碳酸氢铵和用于回收的母液。

在该生产方法中，由于所利用的反应原料为三聚氰胺尾气，三聚氰胺尾气分离后可以得到液氨和高纯度的CO₂气体，利用得到的高纯度的CO₂气体可直接用于碳化结晶反应，同时，本发明中，用三聚氰胺尾气提供氨气气源，相对于传统的纯氨气和纯二氧化碳气体而言，成本可以降低50％以上。另外，由于采用高纯度的CO₂气体作为碳化气体，碳化结晶部件不再选用碳化塔，而可以选用内部无管束结构的结晶器，因此，可以避免管体堵塞情况的发生，延长设备的运行周期。此外，在结晶过程中，可以通过循环重复结晶，以提高碳酸氢铵晶粒的大小，从而便于碳酸氢铵与母液的分离。

本发明提供的碳酸氢铵的生产装置，包括用于混合三聚氰胺尾气和母液以形成氨碳溶液的吸收器，用于分离三聚氰胺尾气以得到二氧化碳气体的氨碳分离系统，用于进行碳化反应的反应结晶器，以及用于分离碳酸氢铵和母液的固液分离器。该生产装置和现有的具有两级碳化塔的装置相比，本发明中的反应结晶器仅为一级，装置工艺流程缩短，减少了装置的投资，运行费用，操作也更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有碳酸氢铵的生产工艺流程图；

图2为本发明一种实施方式的碳酸氢铵的生产装置的结构示意图；

图3为本发明一种实施方式的碳酸氢铵的生产工艺流程图。

图标：1-吸收器；2-氨碳分离系统；3-反应结晶器；4-固液分离器；5-第一冷却器；6-第二冷却器；7-洗涤塔；8-中间储罐。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一方面，本发明提供了一种碳酸氢铵的生产方法，包括以下步骤：

S1)提供碳酸氢铵的饱和溶液作为母液，提供三聚氰胺尾气作为反应原料；

S2)将一部分三聚氰胺尾气通入所述母液中形成氨碳溶液，并将剩余部分三聚氰胺尾气经分离后得到的高纯度的二氧化碳气体通入所述氨碳溶液中进行碳化结晶反应使碳酸氢铵析出，经固液分离得到碳酸氢铵和母液。

本发明提供的碳酸氢铵的生产方法，是以碳酸氢铵的饱和溶液作为母液，并以三聚氰胺尾气作为反应原料，先将一部分三聚氰胺尾气通入所述母液中形成氨碳溶液，然后再将剩余部分三聚氰胺尾气分离得到的高纯度的CO₂气体通入氨碳溶液中进行碳化结晶反应，碳化结晶反应过程中，氨碳溶液会吸收CO₂气体从而与氨碳溶液中的氨形成碳酸氢铵，在过饱和度的作用下，生产的碳酸氢铵从氨碳溶液中结晶析出，得到碳酸氢铵的固液混合物，经固液分离后得到碳酸氢铵和用于回收的母液。

在该生产方法中，由于所利用的反应原料为三聚氰胺尾气，三聚氰胺尾气分离后可以得到液氨和高纯度的CO₂气体，CO₂气体的纯度例如≥70％，利用得到的高纯度的CO₂气体可直接用于碳化反应，同时，本发明中，用三聚氰胺尾气提供氨气气源，相对于传统的纯氨气和纯二氧化碳气体而言，成本可以降低50％以上。另外，由于采用高纯度的CO₂气体作为碳化气体，碳化结晶部件不再选用碳化塔，而可以选用内部无管束结构的结晶器，因此，可以避免管体堵塞情况的发生，延长设备的运行周期。此外，在结晶过程中，可以通过循环重复结晶，以提高碳酸氢铵晶粒的大小，从而便于碳酸氢铵与母液的分离。

本发明中，由于碳化结晶的过程不是在碳化塔内进行的，相对于传统的竖直方向的气液流动吸收方式而言，本发明的碳化结晶过程可以在任意的容器中进行，从而除了可以得到针状结构的碳酸氢铵颗粒，还可以得到其他任意结构的碳酸氢铵颗粒，例如球形或椭球形等等。

以三聚氰胺生产过程中的尾气为原料，其成本远远低于纯氨气和纯度为20-40％的低纯度CO₂气体的成本，原料成本可降低50％以上。

三聚氰胺生产装置中副产大量的尾气，每生产1吨三聚氰胺就产生2吨的尾气，尾气的主要成分是NH₃和CO₂的混合物，摩尔比在2:1左右，三聚氰胺生成反应如下：

三聚氰胺反应方程式：从式中可以看出：反应后的尾气中NH₃和CO₂的摩尔比在2:1。

利用三聚氰胺尾气直接生产碳酸氢铵，CO₂是不够的，碳酸氢铵的生成反应式如下：

碳酸氢铵的反应方程式：NH₃+CO₂+H₂O→NH₄HCO₃。

碳酸氢铵的生成反应需要的NH₃和CO₂摩尔比在1:1，因此利用三聚氰胺尾气直接生产碳酸氢铵，现有的工艺方法并不适用，需要补充外部的CO₂。

本发明中，通入特定量的三聚氰胺尾气，将其中一部分三聚氰胺通入母液中以形成氨碳溶液，并将剩余部分的三聚氰胺尾气进行分离，三聚氰胺尾气经分离后能够得到液氨和高纯度的CO₂气体，然后再将得到的CO₂气体与氨碳溶液混合从而进行碳化反应，碳化反应生成的碳酸氢铵在过饱和的作用下析出形成碳酸氢铵晶体，后经固液分离就可以得到目标产物碳酸氢氨，以及可用于回收的母液。

本发明中，三聚氰胺尾气经分离后得到的液氨可作为副产品对外出售，得到的CO₂气体的纯度例如≥80％，优选为≥90％，压力为0.1～2.0MPa，优选为0.3～2.0MPa。纯度越高，压力越大，越能够促进碳化反应的进行，提高反应效率。

高纯度CO₂与氨碳溶液的反应效率可以达到90％以上，CO₂的利用率得到大幅提高，而传统碳酸氢铵生产工艺使用的低纯度碳化气，其反应效率只有约40％左右，因此，本发明提供的生产工艺，反应效率大大提高。

其中，氨碳溶液是指含有碳酸氢铵的溶液在吸收氨气和二氧化碳气体后所形成的溶液，具体的氨和二氧化碳在溶液中的存在形式以及生成的物质根据氨和二氧化碳的量而定，本发明中并未做具体的限定，因此称为氨碳溶液。

为了提高碳化反应中各原料的利用率，在本发明的一些实施方式中，所述步骤S2)中，通入所述母液中的三聚氰胺尾气与用于分离的三聚氰胺尾气的体积比例为(0.5～2):1，优选为(0.6～1.8):1，进一步优选为(0.8～1.2):1。

通过将通入母液中的三聚氰胺尾气与用于分离的三聚氰胺尾气的体积比例为限定为(0.5～2):1的范围内，可以使碳化反应中氨气与CO₂的比例更接近于1：1，从而使氨碳溶液中的氨与CO₂充分反应，提高各原料的利用率。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤S2)中，所述氨碳溶液中溶解的氨的质量含量为10％～40％。该含量包括原有母液中铵根离子的含量以及母液吸收的三聚氰胺尾气中氨气的量。通过优化控制氨碳溶液中氨的含量，可以有效控制碳化结晶过程中碳酸氢氨的生成量以及反应效率。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤S2)中，所述碳化结晶过程中的反应温度为20～80℃。母液在吸收三聚氰胺尾气中氨和CO₂的过程中，会释放出大量的热量。为了使碳化结晶过程中的反应温度控制在20～80℃范围内，需要对形成的氨碳溶液进行冷却处理。例如可以利用空冷器对氨碳溶液进行冷却处理，利用空气将溶解过程中产生的热量带走，保证进行碳化结晶的氨碳溶液的温度控制在20～80℃范围内。

同时，为了保证碳化结晶过程中的液体的温度保持在20～80℃范围内，可以在碳化结晶器的外部设置冷却系统对碳化结晶器进行冷却，从而有效保证碳化结晶过程中液体的温度处于可控范围内。在冷却过程中，冷却介质的循环通入量为母液量的10～300倍，冷却介质的大的循环量降低了碳化结晶过程中母液的过饱和度，使得碳酸氢铵颗粒不断长大，从而对晶粒的尺寸进行控制。

通过控制碳化结晶过程中的反应温度，可以控制碳化结晶后形成的碳酸氢铵在母液中的溶解度，进而控制碳酸氢铵的析出量和得到的碳酸氢铵的晶粒大小。

在本发明的一些实施方式中，所述步骤S2)中，所述碳化结晶采用强制循环方式进行碳化结晶。

通常通过控制碳化结晶过程中的反应温度以及反应原料的含量，对所得碳酸氢铵的晶粒的大小调节程度有限，很难获得直径10μm以上的碳酸氢铵颗粒，因此，利用强制循环方式进行碳化结晶可以获得更大晶粒尺寸的碳酸氢铵颗粒。在强制循环方式的碳化结晶过程中，经碳化结晶后的碳酸氢铵的固液混合物再次与氨碳溶液混合，并与高纯度CO₂气体进行反应，此时，之前获得的碳酸氢铵晶粒就以晶种的形式存在，碳化结晶过程中，碳酸氢铵晶种不断长大，从而可以得到更大尺寸的碳酸氢铵颗粒。通过控制碳酸氢铵固液混合物的循环次数，可以得到不同粒径的碳酸氢铵颗粒。

在本发明的一些实施方式中，所述碳化结晶反应结束后产生的尾气经洗涤处理后对外排放，所得液体作为母液循环利用；优选地，洗涤处理中所用的洗涤介质为脱盐水。经洗涤后，排放的气体中的氨的含量低于50ppm。

由于碳化结晶过程中产生的尾气体量较少，只要经过一次洗涤就可以达到使排放的气体中的氨的含量低于50ppm，且经过洗涤处理后，排放的气体量可以减少到传统工艺的20％以下，可大大减少对环境的影响。而传统的生产工艺中，由于碳化反应结束后，尾气中的氨的含量较高，因此需要设置两次洗涤的步骤，与传统的二次洗涤方式相比，本发明的生产工艺中，由于氨的吸收碳化反应较为彻底，因此本申请产生的尾气中的氨含量就少，因此本发明中，只需经过一次洗涤即可，可以有效缩短工艺流程。

在本发明的一些实施方式中，固液分离时优先采用旋流分离技术。

在一些应用情况中，碳酸氢铵的后续反应并不需要碳酸氢铵固体或碳酸氢铵溶液，需要的是的具有一定固液比的碳酸氢铵的固液混合物，因此，利用旋流分离技术可以分离出部分液体以作为母液循环使用，剩余部分即为得到的碳酸氢铵的固液混合物；同时，利用该分离方法还可以精确控制分离出的固液混合物的固液比。分离出的液体可以作为母液继续吸收NH₃和CO₂。在本发明的整个生产工艺过程中，液体完全回收利用，无废水排放。

第二方面，本发明提供了一种碳酸氢铵的生产装置，如图2所示，包括：

吸收器1，用于形成氨碳溶液，

氨碳分离系统2，用于三聚氰胺尾气的分离以得到二氧化碳气体，

反应结晶器3，入口分别连接所述吸收器1和所述氨碳分离系统2，

固液分离器4，入口连接所述反应结晶器3的出口。

本发明提供的碳酸氢铵的生产装置，包括用于混合三聚氰胺尾气和母液以形成氨碳溶液的吸收器，用于分离三聚氰胺尾气以得到高纯度的CO₂气体的氨碳分离系统，用于进行碳化结晶反应的反应结晶器，以及用于分离碳酸氢铵和母液的固液分离器。其中，吸收器和氨碳分离系统是相互独立的，反应结晶器的入口分别连接吸收器和氨碳分离系统，这样，在吸收器中的氨碳溶液进入反应结晶器的同时，从氨碳分离系统分离得到的高纯度CO₂气体也可以进入反应结晶器中，进而发生碳化结晶反应。反应结晶器连接固液分离器，碳化结晶反应结束后，碳酸氢铵的固液混合物则从反应结晶器中流出，然后进入固液分离器，从而实现碳酸氢铵和母液的分离。

该生产装置和现有的具有两级碳化塔的装置相比，本发明中的碳化反应器仅为一级，装置工艺流程缩短，减少了装置的投资，运行费用，操作也更加方便。

本发明提供的碳酸氢铵的生产装置，在使用时，可以碳酸氢铵的饱和溶液作为母液置于吸收器内，并以三聚氰胺尾气作为反应原料，先将一部分三聚氰胺尾气通入吸收器内，其中的氨气和二氧化碳气体被母液溶解吸收后形成氨碳溶液，然后再将氨碳溶液通入反应结晶器内；同时，将剩余部分三聚氰胺尾气通入氨碳分离系统内进行分离，分离后得到的氨气经收集压缩处理后形成液氨作为副产品出售，而分离得到的CO₂气体则通入反应结晶器内与氨碳溶液进行碳化结晶反应，碳化结晶反应过程中，氨碳溶液会吸收CO₂气体从而与氨碳溶液中的氨形成碳酸氢铵，在过饱和的状态下，生成的碳酸氢铵从氨碳溶液中结晶析出，得到碳酸氢铵的固液混合物，之后固液混合物在固液分离器内进行固液分离，最终得到碳酸氢铵和用于回收的母液。本发明中的吸收器例如为吸收塔。

利用本发明提供的生产装置生产碳酸氢铵时，可以利用三聚氰胺尾气作为反应原料，三聚氰胺尾气分离后可以得到液氨和高纯度的CO₂气体，例如为纯度≥70％的CO₂气体，利用得到的高纯度的CO₂气体可直接用于碳化反应，同时，本发明中，用三聚氰胺尾气提供氨气气源，相对于传统的纯氨气和纯二氧化碳气体而言，成本可以降低50％以上。另外，由于采用高纯度的CO₂气体作为碳化气体，反应结晶器不再选用碳化塔，其内部无管束结构，因此，可以避免管体堵塞情况的发生，延长设备的运行周期。此外，在碳化结晶过程中，可以通过循环重复结晶，以提高碳酸氢铵晶粒的大小，从而便于碳酸氢铵与母液的分离。

本发明中，由于碳化结晶的过程不是在碳化塔内进行的，相对于传统的竖直方向的碳化塔而言，本发明的反应结晶器可以在任意的容器中进行，从而除了可以得到针状结构的碳酸氢铵颗粒，还可以得到其他任意结构的碳酸氢铵颗粒，例如球形或椭球形等等。

本发明中，利用氨碳分离系统对三聚氰胺尾气分离后，得到的液氨可作为副产品对外出售，得到的CO₂气体的纯度≥80％，优选为≥90％，压力为0.1～2.0MPa，优选为0.3～2.0MPa。纯度越高，压力越大，越能够促进碳化反应的进行，提高反应效率。

高纯度CO₂与氨碳溶液的反应效率可以达到90％以上，CO₂的利用率得到大幅提高，而传统碳酸氢铵生产工艺使用的低纯度碳化气，其反应效率只有约40％左右，因此，利用本发明提供的生产装置，反应效率大大提高。

本发明的生产装置在连接时，吸收器的液体入口连接外部母液供给管线，吸收器的气体入口连接三聚氰胺尾气供给管线，吸收器的出口连接反应结晶器的液体入口。氨碳分离系统的入口连接三聚氰胺尾气供给管线，氨碳分离系统的一个出口用于收集液氨，另一个出口连接反应结晶器，为反应结晶器提供CO₂气体。反应结晶器的出口连接固液分离器的入口。为了实现母液的循环再利用，固液分离器的液体出口可以通过母液供给管线连接至吸收器的液体入口。

在本发明的一些实施方式中，所述吸收器1与所述反应结晶器3之间连接有第一冷却器5；在本发明进一步优选地实施方式中，所述第一冷却器5的出口分别连接吸收器1的液体入口和反应结晶器3的液体入口，通过该连接结构可以使第一冷却器5中的一部分氨碳溶液通过管路再循环至吸收器1内，剩余部分氨碳溶液进入反应结晶器3中。

母液在吸收三聚氰胺尾气中氨和CO₂的过程中，会释放出大量的热量。为了使碳化结晶过程中的反应温度控制在20～80℃范围内，需要对形成的氨碳溶液进行冷却处理。

例如，第一冷却器可以为空冷器，利用空冷器对氨碳溶液进行冷却处理，利用空气将溶解过程中产生的热量带走，保证进行碳化结晶的氨碳溶液的温度控制在20～80℃范围内。

在该实施方式中，吸收器的出口连接第一冷却器的入口，第一冷却器的出口连接反应结晶器的液体入口，或者，第一冷却器的出口分别连接反应结晶器的液体入口和吸收器的液体入口。吸收器内的氨碳溶液进入第一冷却器中经冷却后从第一冷却器的出口流出然后进入反应结晶器中。或者，当第一冷却器为空冷器时，氨碳溶液从第一冷却器的出口流出后，一部分氨碳冷却器进入反应结晶器，另一部分氨碳溶液再重新进入吸收器内。通过氨碳溶液的循环，可以有效降低吸收器内氨碳溶液的温度，从而提高母液对氨气和二氧化碳的吸收率。

在本发明的一些实施方式中，所述反应结晶器3外连接有第二冷却器6，用于对所述反应结晶器3进行冷却。

为了保证碳化结晶过程中的液体的温度始终保持在20～80℃范围内，可以在反应结晶器的外部设置第二冷却器对反应结晶器进行冷却，从而有效保证碳化结晶过程中液体的温度处于可控范围内。

该实施方式中，第二冷却器通过提供冷却介质对反应结晶器进行降温，例如，可以将冷却管道设置在反应结晶器的壳体内部，从而实现对反应结晶器的有效降温。在冷却过程中，冷却介质的循环通入量为母液量的10～300倍，冷却介质的大的循环量降低了碳化结晶过程中母液的过饱和度，使得碳酸氢铵颗粒不断长大，从而对晶粒的尺寸进行控制。

通过控制碳化结晶过程中的反应温度，可以控制碳化结晶后形成的碳酸氢铵在母液中的溶解度，进而控制碳酸氢铵的析出量和得到的碳酸氢铵的晶粒大小。

在本发明的一些实施方式中，所述反应结晶器为强制循环反应结晶器，例如OSL反应结晶器，该结晶器的外部设有循环泵，反应结晶器中的原料在循环泵的作用下从出口流出后再进入反应结晶器中进而二次反应。

通常通过控制碳化结晶过程中的反应温度以及反应原料的含量，对所得碳酸氢铵的晶粒的大小调节程度有限，很难获得直径10μm以上的碳酸氢铵颗粒，因此，通过强制循环反应结晶器可以实现多次循环碳化结晶，从而可以获得更大晶粒尺寸的碳酸氢铵颗粒。在强制循环反应结晶器中，经碳化结晶后的碳酸氢铵的固液混合物再次与氨碳溶液混合，并与高纯度CO₂气体进行反应，此时，之前获得的碳酸氢铵晶粒就以晶种的形式存在，碳化结晶过程中，碳酸氢铵晶种不断长大，从而可以得到更大尺寸的碳酸氢铵颗粒。通过控制碳酸氢铵固液混合物的循环次数，可以得到不同粒径的碳酸氢铵颗粒。

在本发明的一些实施方式中，所述反应结晶器3的气体出口连接洗涤塔7。

碳化结晶反应结束后从反应结晶器中产生的尾气进入洗涤塔进行洗涤，洗涤处理后对外排放，所得液体作为母液循环利用，洗涤处理中所用的洗涤介质可以为脱盐水。经洗涤后，排放的气体中的氨的含量低于50ppm。由于碳化结晶过程中产生的尾气体量较少，只要经过一次洗涤就可以达到使排放的气体中的氨的含量低于50ppm，且经过洗涤处理后，排放的气体量可以减少到传统工艺的20％以下，可大大减少对环境的影响。而传统的生产装置中，由于碳化反应结束后，尾气中的氨的含量较高，因此需要设置两级洗涤装置对尾气进行洗涤，与传统的两级洗涤装置相比，本发明的生产装置中，由于氨的吸收碳化反应较为彻底，产生的尾气中的氨含量就少，因此本发明中，只需设置一级洗涤塔即可，简化了装置，同时有效缩短了工艺流程。

为了实现洗涤液的回收利用，在本发明进一步的实施方式中，所述洗涤塔7的液体出口连接所述吸收器1。在本发明更进一步的实施方式中，所述洗涤塔7的液体出口经中间储罐8连接所述吸收器1。通过该设置结构，洗涤后吸收氨气的洗涤液可以作为母液重新得以利用。而中间储罐8既可以作为缓冲储罐，也可以在作为母液的配制场所。

在本发明的一些实施方式中，所述固液分离器为旋流器。

在一些应用情况中，碳酸氢铵的后续反应并不需要碳酸氢铵固体或碳酸氢铵溶液，需要的是的具有一定固液比的碳酸氢铵的固液混合物，因此，利用旋流器作为固液分离器，可以分离出部分液体以作为母液循环使用，剩余部分即为得到的碳酸氢铵的固液混合物；同时，利用该分离方法还可以精确控制分离出的固液混合物的固液比。分离出的液体可以作为母液继续吸收NH₃和CO₂。利用本发明的整个生产装置生产碳酸氢铵的过程中，液体完全回收利用，无废水排放。

该实施方式中，反应结晶器内反应生成的碳酸氢铵的固液混合物进入到旋流器，在旋流器内进行液体的分离，旋流器上部设置有液体出口，下部设置固液混合物出口，通过控制液体的出液量，可以精确控制固液混合物的固液比。旋流器顶部出来的液体通过母线供给管线连接至吸收器的液体入口，继续吸收NH₃和CO₂。

为了实现母液的回收利用，在本发明进一步的实施方式中，固液分离器4的液体出口连接吸收器1。在本发明更进一步的实施方式中，固液分离器4的液体出口经中间储罐8连接吸收器1。通过该设置结构，固液分离后得到的母液可以重新得以利用。而中间储罐8既可以作为缓冲储罐，也可以在作为母液的中间配制场所。

实施例

本实施例是一种碳酸氢氨的生产方法，该生产方法的工艺流程图如图3所示，该生产方法中以碳酸氢铵的饱和溶液作为母液，以三聚氰胺尾气为反应原料，具体的，该生产方法包括以下步骤：

S1)年产15万吨碳酸氢铵装置，以10万吨三聚氰胺装置的尾气为原料，三聚氰胺装置的尾气中的主要成分为NH₃和CO₂的混合物，摩尔比在2:1左右；

该原料成本与现有的纯氨气和低浓度碳化气比较，成本可降低60％；

S2)将10万吨三聚氰胺尾气分为两部分，一部分大约5万吨通入吸收器，被母液吸收成为含氨浓度大于15％的氨碳溶液；

反应中释放大量的热量，吸收器连接作为第一冷却器的空冷器，利用空气将溶解热带走，吸收器的氨碳溶液经过空冷器冷却后，一部分再回到吸收器内进行循环吸收，另一部分氨碳溶液冷却后送入反应结晶器内进行碳化结晶反应；

S3)将另外的5万吨三聚氰胺尾气送入氨碳分离系统，进行氨气和二氧化碳气的分离；

氨碳分离系统采用多级精馏的方式将氨气和二氧化碳气完全分开，其中的氨气经过冷却或压缩后，可以得到无油高纯度液氨，作为本装置的副产品进行出售；氨碳分离系统分离出的CO₂气体为压力为2.0MPa的高纯度CO₂，纯度达到99％以上；

S4)来自吸收器的氨碳溶液与氨碳分离系统产生的高纯度CO₂气体进入反应结晶器内进行碳化结晶反应；

反应结晶器为强制循环反应结晶器，内部无换热管束，不存在结垢的问题；碳化结晶器的外部设置循环管和第二冷却器，冷却介质的循环量是母液量的200倍，大的冷却介质循环量降低了反应结晶器内部的过饱和度，使得晶体不断长大，结晶颗粒可以根据需要进行控制；

通过冷却使反应结晶器内的反应温度控制在40℃，高纯度CO₂气体与氨碳溶液的反应效率可以达到92％，CO₂气体的利用率得到大幅提高；反应结晶器排放的尾气量减少，大大减少了对环境的影响，通过循环结晶，得到的碳酸氢铵的颗粒成球形，颗粒度在80微米以上；

S5)反应结晶器中生成的尾气的主要成分是CO₂和少量的NH₃，将该尾气通入洗涤塔中回收其中的NH₃和CO₂，洗涤介质为脱盐水，洗涤后的尾气中氨含量低于50ppm；吸收器吸收NH₃和CO₂后生成的液体可以作为母液返回至吸收器，继续吸收NH₃和CO₂；

S6)碳化反应结晶器反应生成的固液混合物为碳酸氢铵固体及其饱和溶液的混合物，从反应结晶器流出后进入到旋流器，在旋流器内进行液体的分离，旋流器上部设置有液体出口，下部设置固液混合物出口，通过控制出液量，可精确控制固液混合物的固液比50％；

旋流器顶部出来的清液作为母液返回吸收器，继续吸收NH₃和CO₂。

该生产方法中，液体完全回收利用，无废水排放。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种碳酸氢铵的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)提供碳酸氢铵的饱和溶液作为母液，提供三聚氰胺尾气作为反应原料；

S2)将一部分三聚氰胺尾气通入所述母液中形成氨碳溶液，并将剩余部分三聚氰胺尾气经分离后得到的高纯度的二氧化碳气体通入所述氨碳溶液中进行碳化结晶使碳酸氢铵析出，经固液分离得到碳酸氢铵和用于回收的母液。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤S2)中，通入所述母液中的三聚氰胺尾气与用于分离的三聚氰胺尾气的体积比例为(0.5～2):1，优选为(0.6～1.8):1，进一步优选为(0.8～1.2):1。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤S2)中，所述氨碳溶液中溶解的氨的质量含量为10％～40％。

4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤S2)中，得到的二氧化碳气体的纯度≥80％，优选为≥90％，压力为0.1～2.0MPa，优选为0.3～2.0MPa。

5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤S2)中，所述碳化结晶过程中的反应温度为20～80℃。

6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤S2)中，所述碳化结晶采用强制循环方式进行碳化结晶。

7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述碳化结晶反应结束后产生的尾气经洗涤处理后对外排放，所得液体作为母液循环利用；

优选地，洗涤处理中所用的洗涤介质为脱盐水。

8.一种碳酸氢铵的生产装置，其特征在于，包括：

吸收器，用于形成氨碳溶液，

氨碳分离系统，用于三聚氰胺尾气的分离以得到高纯度的二氧化碳气体，

反应结晶器，入口分别连接所述吸收器和所述氨碳分离系统，

固液分离器，入口连接所述反应结晶器的出口。

9.根据权利要求8所述的生产装置，其特征在于，所述吸收器与所述反应结晶器之间连接有第一冷却器；

优选地，所述第一冷却器的出口分别连接吸收器的液体入口和所述反应结晶器的液体入口。

10.根据权利要求9所述的生产装置，其特征在于，所述反应结晶器外连接有第二冷却器，用于对所述反应结晶器进行冷却；

优选地，所述反应结晶器为强制循环反应结晶器；

优选地，所述反应结晶器的气体出口连接洗涤塔；

优选地，所述洗涤塔的液体出口连接所述吸收器；

优选地，所述洗涤塔的液体出口经中间储罐连接所述吸收器；

优选地，所述固液分离器为旋流器；

优选地，所述固液分离器的液体出口连接所述吸收器；

优选地，所述固液分离器的液体出口经中间储罐连接所述吸收器。