CN1110272A - 优化尿素法生产水合肼工艺 - Google Patents

Abstract

本发明为优化尿素法生产水合肼工艺，开车时在 稀碱中通入氯气，然后连续不断地加入42％浓度的 氢氧化钠和氯气，反应生成次氯酸钠和氯化钠，分离 除去氯化钠离心后的母液即25～27％的次氯酸钠溶 液，将母液，尿素溶液，氢氧化钠溶液送入合成器混合 加热生成粗水合肼溶液。将粗水合肼溶液送入反向 循环式蒸发器蒸发，水和水合肼蒸汽直接进入分馏塔 提浓后塔釜液即得45～55％水合肼。

Description

本发明涉及一种用尿素为原料生产水合肼的工艺。

传统的尿素法生产水合肼工艺是将42%浓度氢氧化钠加水配成30%浓度的稀碱，通入氯气，控制反应温度10-25℃，反应生成次氯酸钠，含有效氯10-12%，将生成的次氯酸钠溶液，尿素溶液在催化剂作用下，加热到104-105℃，反应生成水合肼溶液（简称合成液）。合成液中含水合肼4-4.5%。此外还要生成碳酸钠和氯化钠，由于整个工艺流程中生成的氯化钠没有除去，合成液中氯化钠的含量达10-12%，将生成的合成液送入五层蒸发器蒸发脱盐，蒸发出的水和水合肼降温为液体送入分馏塔，再加热变成蒸汽后，提浓到40%，整个工艺流程都为间歇操作。

传统的尿素法生产水合肼的工艺由于原料浓度低，物料的投入量均以人工控制，用玻璃流量计检测，配料不准，影响水合肼的合成收率，合成收率低，只有68-70%。且水合肼含量低，只有4-4.5%，后处理量大，蒸汽消耗量大。

使用五层蒸发器蒸发脱盐，每次只能投入4m³合成液，间歇操作，工人劳动强度大。蒸发器的效率低，只有88%，消耗较多的蒸汽。蒸发出的水和水合肼蒸汽降温为液体，而在分馏提浓工序又要加热变成气体再提浓，多消耗蒸汽。蒸发后的固体盐（含水合肼，氯化钠，碳酸钠等）没有回收利用，直接排放污染环境。由于整个工艺流程为间歇式操作，生产率低。

本发明的目的是提供一种耗能少，不污染环境，整个生产连续化，合成收率高，生产率高的生产水合肼工艺。

本发明是这样实现的：

（1）次氯酸钠生产工序，在开车时将42%浓度的氢氧化钠溶液稀释成30%浓度，通入氯气到剩余氢氧化钠为2-4%时，连续不断地加入42%浓度的氢氧化钠溶液和氯气（以后不再配稀碱）。不断生成次氯酸钠。反应原理为：

因次氯酸钠含有效氯高，氯化钠则以结晶形式大部分析出，由采盐泵采出，经离心分离后得到较纯净的氯化钠晶体。

由于生成的次氯酸钠含有效氯较高，在下工序生产水合肼时，合成液中含水合肼浓度高达5-6%，后处理量减少。

次氯酸钠除去氯化钠后，使下工序合成提高收率1-2%。在蒸发脱盐工序时采出的盐量减少，减少了采盐夹带损失的水合肼。

（2）合成工序：

将上工序生成的低碱度，高浓度次氯酸钠溶液，30%浓度尿素溶液，42%浓度氢氧化钠溶液分别送入合成器混合后加热到104-105℃，在催化剂作用下，反应生成水合肼的粗溶液。反应原理如下：

（3）蒸发，分离工序：

将粗水合肼溶液连续不断地送入反向循环式蒸发器蒸发，水和水合肼蒸汽直接进入分馏塔。蒸发时形成的氯化钠，碳酸钠等结晶体经采盐泵采出分离得固体盐。

反向循环式蒸发器在蒸发时不需用泵强制循环，而是自然循环，蒸发效率高达91-92%，蒸发器的加热面积达100m²以上，利于大生产。生产连续进行，减轻了工人的劳动强度，改善了操作条件。

（4）分馏工序：

水和水合肼混合蒸汽连续不断进入分馏塔提浓塔釜液即45-55%的水合肼，排出馏出水。

本发明的工序（2）中的次氯酸钠、尿素、氢氧化钠溶液各由一泵输送到合成器，泵的转速由变频调速器调控。流量由电磁流量计检测，密度由密度仪检测。合成器的加热器由蒸汽加热，蒸气通入量的大小由电磁调节阀调节。由温度传感器检测合成器反应温度。送入合成器的次氯酸钠、尿素、氢氧化钠溶液的摩尔比为1∶1∶05∶2.5-2.7。

本发明的工序2中使用微机通过STD总线的CH4通道把4-20mA电流信号传递给蒸气电磁调节阀，通入蒸汽给合成器加热器预热。延时1分钟后，微机再通过STD总线由通道CH1，CH2，CH3发出4-20mA电流信号给输送次氯酸钠溶液，尿素溶液、氢氧化钠溶液的泵的变频调速器。控制泵的转速，从而控制物料的流量。电磁流量计和密度仪检测到的结果返回STD总线的CH6，CH7，CH8，CH9，CH10，CH11通道，由总线送给微机，经微机处理后，由通道CH1、CH2，CH3输出信号给变频器调整泵的转速，从而调节物料的流量。温度传感器检测到反应温度后，转换成电流信号，由CH5通道返回STD总线，经微机处理后，由通道CH4输出信号调整电磁调节阀的阀门开度，从而调控合成器的反应温度。

本发明在合成粗水合肼工序时，用仪器检测代替人工控制玻璃流量计检测，便于使用微机控制整个工序。实现微机控制后可得到准确的反应物料配比和最佳的反应温度，使合成收率提高3-4%。如微机出现故障，用人工操作变频器的面板，可同样达到控制效果。可避免控制不准造成的损失，合成液中含水合肼浓度可达5-6%。

本发明生产连续进行，可实现自动控制，生产率高，能耗少，原料消耗少。水合肼总收率可达70-74%，比传统工艺提高10-14%，每生产1吨80%浓度水合肼耗氢氧化钠由原来的5.5吨下降至4.7-5吨，尿素由原来的1.7吨降至1.5-1.6吨，蒸汽消耗由原来的70吨下降至35-40吨。降低了生产成本，提高了副产品的综合利用率，减轻了对环境的污染。

图1为本发明的工艺流程图。

图2为工序（2）的微机控制流程图。

图3实施例的工艺装置图。

图4为实施例的微机控制原理图。

如下是本发明的实施例：

如图3所示氯气b、42%氢氧化钠溶液a和由循环泵3来的次氯酸钠循环液进入喷射器1混合反应，经钛管冷却器24降温后进入氯化釜3，反应生成次氯酸钠。反应形成的氯化钠结晶经采盐泵7采出，经旋液分离器4分离后，清液从旋液分离器4的上面回入氯化釜3，盐泥从旋液分离器的下面流出进入贮槽5，再进入洗涤槽6，用42%氢氧化钠溶液a洗涤，并由离心机8离心分离除去氯化钠、离心母液进入贮槽9、氯气经氢氧化钠吸收反应后，尾气d排空。合格后的次氯酸钠由氯化釜3的溢流管25流出进入次氯酸钠贮槽9。

次氯酸钠泵10从贮槽9中抽出次氯酸钠，送入合成反应器12，尿素液g由泵11送入合成反应器12与42%氢氧化钠溶液a混合反应，用蒸汽f加热到104℃即生成合成液，并流入合成液贮槽13。

由泵14从贮槽13中抽出合成液与离心母液一起送入反循环式蒸发器19中进行蒸发脱盐，用蒸汽f加热，蒸发的水合肼和水的蒸汽直接进入分馏塔21提浓。蒸发中形成的结晶盐由采盐泵20采出，经旋液分离器15分离，清液回入蒸发器19，盐泥进入贮槽16，再经离心机17离心分离除去离心盐m，母液进入母液贮槽18。分馏塔21的再沸器23用蒸汽f加热，水合肼和水的蒸汽经提浓后，馏出水i经冷凝器22降温后一部分回入分馏塔，另一部分排入地沟，塔釜排残液J，即为45～55%的水合肼。

如图4所示，合成计算机控制系统主要是对生产过程中的三种物料的流量和合成反应的终点温度进行自动控制，以达到使各参数符合工艺上的要求。

在流量控制系统中，次氯酸钠液①、尿素液②、氢氧化钠液③的流量参数的检测，采用K-300型一体化电磁流量变送器作现场检测装置，电磁流量变送器将所检测到的上述三种物料流量转换成4～20mA的直流电流信号送到计算机控制室的接线排CH，经过电流/电压转换器I/V转换成1～5V的直流电压信号，再通过模/数转换器A/D转换后，输入计算机CPU，计算机CPU将三种物料的流量信号与工业密度仪HZ-5301C输入的密度信号进行综合处理，按照一定的关系式进行计算、并输出三个流量信号，这三个信号再经过数/模转换器A/D转换成1～5V直流电压信号，并且经过电压/电流转换器I/V转换成4～20mA的直流电流信号，（正常时此三个电流信号自动输送给变频调速器SK），由变频调速器SK控制泵B1、B2、B3电机的转速，从而获得所需要的三种物料的流量，再一次通过电磁流量变送器K-300将上面三个流量的检测信号反馈给计算机CPU，计算机重新计算后再次输出信号指挥变频调速器SK工作，使实际流量和理论要求的流量相等，满足工艺参数的要求。

对于密度仪检测到的信号转换成4～20mADC电流信号输入计算机控制室的接线排CH，此电流经过电流/电压转换器I/V转换转换成1-5V直流电，然后再经过A/D转换后输入计算机CPU。

终点温度的控制是通过控制合成反应蒸汽④的流量来实现的，对于温度参数的检测采用SBWZ-2450S一体化温度变送器，此温度变送器将所测合成液⑤的温度转换成4～20mA直流电流信号输入计算机控制室接线排CH，经电流/电压转换器I/V转换成1～5VDC电压信号，再经过模/数转换器A/D转换后输入计算机CPU，计算机处理后输出信号，此信号经数/模转换器A/D转换成1～5VDC电压信号，再经电压/电流转换器I/V转换成4～20mADC电流信号，正常时，此电流信号自动输入伺服放大器SF，伺服放大器SF经过综合，比较和放大，以控制伺服电机DFD-1000A的正反转，从而达到调节电机执行器开启度的目的，实现对蒸汽④流量的控制。

由于蒸汽及三种物料的流量在不断变化，有时单一调节蒸流流量不能控制终点温度，这时则需通过计算机CPU按一定关系输出信号，通过数/模转换器A/D转换，再经电压/电流转换器I/V转换后变成4～20mA直流信号，再通过调节三种物料的流量，从而达到对终点温度的控制。

Claims (3)

1、优化尿素法生产水合肼工艺，其特征在于由如下工序组成：

(1)开车时在次氯酸钠反应釜内加入42%浓度氢氧化钠，加水稀释成30%浓度溶液，通入氯气，反应生成次氯酸钠，直到剩余的氢氧化钠浓度为2-4%时，再连续不断地加入42%浓度的氢氧化钠和氯气，反应生成次氯酸钠，氯化钠和水。

将反应生成的结晶形式的氯化钠用采盐泵采出，经离心分离后得到纯净的氯化钠晶体。离心后的母液中含氢氧化钠浓度为2%，次氯酸钠含有效氯25-27%。

(2)将工序(1)所得的低碱度、高浓度次氯酸钠溶液，30%浓度尿素溶液，42%浓度氢氧化钠溶液送入合成器混合后，加热到104-105℃反应生成含5-6%的粗水合肼溶液。

(3)将粗水合肼溶液连续不断地送入反向循环式蒸发器蒸发，水和水合肼蒸汽直接进入分馏塔，蒸发时形成的氯化钠，碳酸钠等结晶体经采盐泵采出分离得固体盐。

(4)水和水合肼混合蒸汽连续不断进入分馏塔提浓，塔釜液即得45-55%的水合肼。

2、根据权利要求1所述的优化尿素法生产水合肼工艺，其特征在于：工序（2）中的次氯酸钠、尿素、氢氧化钠溶液各由一台泵输送到合成器，泵的转速由变频调速器调控，流量由电磁流量计检测，溶液的密度由密度仪检测，加热器由蒸气加热，蒸气通入量的大小由电磁调节阀调节，由温度传感器检测合成反应温度。次氯酸钠，尿素，氢氧化钠溶液的摩尔比为1∶1.05∶2.5～2.7。

3、根据权利要求2所述的优化尿素法生产水合肼工艺，其特征在于开车时，微机通过STD总线，由通道CH4把4-20mA的电流信号传给电磁调节阀，开启调节阀，通入蒸汽给合成器预热，延时1分钟后，微机再通过STD总线由通道CH1，CH2，CH3发出4-20mA的电流信号给次氯酸钠泵，尿素泵，氢氧化钠泵的变频调速器，控制泵的转速，从而控制物料的流量，电磁流量计和密度仪检测到的结果返回STD总线的CH6，CH7，CH8，CH9，CH10，CH11通道，由总线送给微机，经微机处理后，由通道CH1，CH2，CH3输出信号给变频器调整泵的转速;从而调节物料的流量，温度传感器检测到反应温度后，转换成电流信号由CH5通道返回STD总线送给微机，微机处理后，由通道CH4输出信号调整电磁调节阀的阀门的开度，从而调控合成器的温度。

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