CN110980767B - 一种氰氨化钙的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于精细化工技术领域，具体涉及一种氰氨化钙的合成方法，该方法以甲烷、氮气与氧化钙为原料，在催化剂作用下，在介质阻挡放电情况下,合成目标产物氰氨化钙。该发明主要利用了介质阻挡放电情况下,气体生成等离子体,这些等离子体与氧化钙互相反应生成氰氨化钙,此发明操作步骤简单，能耗低，生产周期短，产品收率和纯度高，满足市场对氰氨化钙的质量要求；原料易得且价格较低，不受地域限制；在保证产品收率和品质的前提下大大降低了生产成本。

Description

一种氰氨化钙的合成方法
技术领域
本发明属于精细化工技术领域，涉及一种化学品的合成方法，具体涉及一种氰氨化钙的合成方法。
背景技术
氰氨化钙，是一种碱性肥料，可用于生产硫脲、单氰胺、双氰胺、三聚氰胺和氰熔体等。目前，氰氨化钙合成方法是将电石破碎后均匀配入萤石及回炉石灰，经球磨机磨成电石粉末，再进入氮化炉，在1000℃高温下与氮气反应，经42-48h 后生成石灰氮，熔块取出经粉碎及管磨机细碎，制得氰氨化钙成品。目前生产工艺存在能耗大，成本高、污染大的缺点。
介质阻挡放电(DBD)可以在大气压下产生低温等离子体,由于DBD在产生的放电过程中会产生大量的自由基和准分子，如OH、O、NO等，它们的化学性质非常活跃，很容易和其它原子、分子或其它自由基发生反应而形成稳定的原子或分子。
申请号为201810665527.4的专利申请文件中利用等离子体反应生成氰氨化钙，但是这种技术的收率低，且使用的有毒气体，需要额外的安全措施，需要比较大的安全资金投入，成本高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种氰氨化钙的合成方法，解决了现有技术中生产收率低，成本高、能耗大、污染大等问题。
本发明的技术方案如下：
一种氰氨化钙的合成方法，以甲烷、氮气与氧化钙为原料，在催化剂作用下，在介质阻挡放电情况下,合成目标产物氰胺化钙，反应方程式如下：
Figure 2
合成的具体步骤包括：
(1)将催化剂与氧化钙放入反应器中，通入氮气置换，进行升温；
(2)升至反应温度后通入氮气与甲烷的混合气,并将反应器通入电，反应一段时间；
(3)反应完成后,即得到产品。
优选地，氧化钙：催化剂：甲烷单位时间通入量：氮气单位时间通入量的摩尔比为1:0.001-0.01:0.5-5:1-15。
优选地，催化剂为氯化钙、氧化铝、氧化锌的一种或几种。
优选地，步骤(2)中所述的反应温度为200-400℃。
优选地，步骤(2)中所述的反应时间为5-10h。
优选地，步骤(2)中所述的通入电产生介质阻挡放电，电压1000V-2000v，电流0.1A-5A。
优选地，反应器为绝缘材质的管式反应器。
本发明的有益效果有：
(1)操作步骤简单，能耗低，生产周期短，产品收率和纯度高，满足市场对氰氨化钙的质量要求；
(2)原料易得且价格较低，不受地域限制。
本发明主要利用了介质阻挡放电情况下,气体生成等离子体,这些等离子体与氧化钙互相反应生成氰氨化钙,此发明操作步骤简单，能耗低，生产周期短，产品收率和纯度高，满足市场对氰氨化钙的质量要求；原料易得且价格较低，不受地域限制，生产过程无污染；在保证产品收率和品质的前提下大大降低了生产成本，本发明在保证产品品质的前提下降低了生产成本。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
一种氰氨化钙的合成方法，其特征在于：以甲烷、氮气与氧化钙为原料，在催化剂作用下，在介质阻挡放电情况下,合成目标产物氰胺化钙，反应方程式如下：
Figure 3
合成的具体步骤如下：
(1)将氯化钙0.9g与氧化钙56g放入反应器中，通入氮气置换，进行升温；
(2)升至反应温度200℃后通入氮气22.4L/min与甲烷11.2L/min的混合气,并将反应器通入电产生介质阻挡放电，电压2000V，电流5A，反应5h；
(3)反应完成后,得到目标产物氰氨化钙81.63g，收率90.2％，纯度88.4％。
实施例2
一种氰氨化钙的合成方法，其特征在于：以甲烷、氮气与氧化钙为原料，在催化剂作用下，在介质阻挡放电情况下,合成目标产物氰胺化钙，反应方程式如下：
Figure 4
合成的具体步骤如下：
(1)将氧化锌0.8g与氧化钙56g放入反应器中，通入氮气置换，进行升温；
(2)升至400℃后通入氮气336L/min与甲烷112L/min的混合气,并将反应器通入电产生介质阻挡放电，电压1000v，电流2A，反应10h；
(3)反应完成后,得到目标产物氰氨化钙79.20g，收率89.3％，纯度90.2％。
实施例3
一种氰氨化钙的合成方法，其特征在于：以甲烷、氮气与氧化钙为原料，在催化剂作用下，在介质阻挡放电情况下,合成目标产物氰胺化钙，反应方程式如下：
Figure 5
合成的具体步骤如下：
(1)将氧化铝0.52g与氧化钙56g放入反应器中，进行升温，升温至通入氮气置换；
(2)升至300℃后通入氮气44.8L/min与甲烷22.4L/min的混合气,并将反应器通入电介质阻挡放电，电压1500V，电流1A，反应8h；
(3)反应完成后,得到目标产物氰氨化钙80.52g，收率92.3％，纯度91.7％。
对比例1(选自申请号为201810665527.4的专利申请文件中的最佳实施例作为本申请的对比例1)
将粒度为80-100目，含量99％的氧化钙样品30g置于等离子体反应器的石英玻璃管与高压电极间的空腔内，通入氮气10分钟以除去反应器中的空气。通过质量流量计控制，使摩尔比为3：1的氨气和一氧化碳混和气以800mL/min的流量通过氧化钙床层。接通连接高压极的等离子体电源，电压为6000V左右，反应2.0小时关闭流量计及等离子体电源，制得氰氨化钙40.8g，有效氮30.6％，纯度为87.4％，收率为84.1％。
本发明中实施例1-3，得到氰氨化钙的收率在89.3％以上，纯度在88.4％以上，对比例中虽然使用了等离子体反应器，纯度与实施例1-3相当，但是对比例的收率仅为84.1％，远低于本发明的实施例的收率；对比例一氧化碳与氨气是剧毒气体，需要额外的安全措施，需要比较大的安全资金投入，而对比例中剩余的未反应气体处理需要额外的环保措施。本发明操作步骤简单，能耗低，产品收率和纯度高，满足市场对氰氨化钙的质量要求；原料易得且价格较低，不受地域限制，生产过程无污染；在保证产品收率和品质的前提下大大降低了生产成本，本发明在保证产品品质的前提下降低了生产成本。

Claims (3)

1.一种氰氨化钙的合成方法，其特征在于：以甲烷、氮气与氧化钙为原料，在催化剂作用下，在介质阻挡放电情况下,合成目标产物氰胺化钙，反应方程式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
具体步骤包括：
（1）将催化剂与氧化钙放入反应器中，通入氮气置换，进行升温；
（2）升至反应温度后，通入氮气与甲烷的混合气，并将反应器通入电，反应一段时间；
（3）反应完成后，即得到产品；
所述的氧化钙：催化剂：甲烷单位时间通入量：氮气单位时间通入量的摩尔比为1:0.001-0.01:0.5-5:1-15；
步骤（2）中所述的通入电产生介质阻挡放电，电压1000V-2000v，电流0.1A-5A；
所述的催化剂为氯化钙、氧化铝、氧化锌的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种氰氨化钙的合成方法，其特征在于：步骤（2）中所述的反应温度为200-400℃。
3.根据权利要求1所述的一种氰氨化钙的合成方法，其特征在于：步骤（2）中所述的反应时间为5-10h。
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