專利名稱：一種制備氯甲烷和氨的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用氯化銨和甲醇氣固相法制備氯甲烷和氨的裝置。
背景技術(shù)：
近幾年，由于我國聯(lián)堿工業(yè)迅猛發(fā)展，產(chǎn)生了大量的副產(chǎn)品氯化銨。氯化銨主要用于生產(chǎn)復(fù)合肥，但施用時存在氯離子在土壤中富集等問題，用量正逐漸減少。因此，應(yīng)積極開拓氯化銨的應(yīng)用新領(lǐng)域。氯化銨分解時，可生成氯化氫和氨，但二者分離非常困難。通過引入甲醇與氯化氫反應(yīng)生成氯甲烷，同時可回收氨。氯甲烷是合成甲基氯硅烷、纖維素酯、 季銨化臺物、除草劑等的重要原料，廣泛地應(yīng)用于農(nóng)藥、合成橡膠、樹脂、工業(yè)助劑等方面。 氨是聯(lián)堿生產(chǎn)必需的原料之一，可循環(huán)回用。因而，氯化銨與甲醇反應(yīng)制備氯甲烷工藝，不僅可解決聯(lián)堿過程副產(chǎn)氯化銨的消納問題，也可實現(xiàn)氨的閉路循環(huán)，對促進我國聯(lián)堿工業(yè)的發(fā)展有重要作用。在二十世紀(jì)50年代初，Olin Mathieson化學(xué)公司提出了以氯化銨和甲醇反應(yīng)制備氯甲烷和氨的方法(US2755311，US2755316，US3315441)，并提供兩類反應(yīng)工藝一是將氣態(tài)氯化銨和氣態(tài)醇一起通入裝有催化劑的固定床中進行反應(yīng)，催化劑為粒狀氧化鋁，產(chǎn)物除氯甲烷外還有少量甲胺及醚，發(fā)現(xiàn)將副產(chǎn)物加回到原料中再反應(yīng)可轉(zhuǎn)化為氯甲烷；另一個是將固體氯化銨與熔融狀態(tài)的催化劑混合，然后與醇反應(yīng)，反應(yīng)后分出催化劑再循環(huán)， 催化劑為氯化亞銅。將固體氯化銨氣化需要較多的能量，在350°C分解氣化每摩爾氯化銨需用165. SkJ熱量，由于氯化銨本身傳熱性差，當(dāng)遇熱時表面收縮，內(nèi)部結(jié)塊阻止進一步分解，直接氣化有一定難度，改用高溫有機溶劑作介質(zhì)時氯化銨氣化效果較好，但氣態(tài)氯化銨具有很強的腐蝕性，對設(shè)備材質(zhì)要求很高。二十世紀(jì)80年代，日本三菱瓦斯化學(xué)公司在其公開的專利JP57130930、 JP58146519和JP58194823中，對氯化銨和甲醇反應(yīng)制備氯甲烷和氨的反應(yīng)工藝進行了改進，并進一步研究了催化劑的選擇性和產(chǎn)物分離方法，將該工藝向工業(yè)化推進了一大步。催化劑可以是活性Al2O3，也可以是活性炭或活性炭負載堿金屬化合物等，氯甲烷的收率最高達 74%。上述已公開的專利中，采用固定床或流化床反應(yīng)器，且必須先將氯化銨分解再進入反應(yīng)器中。盡管部分實施例的氯甲烷收率可達到比較高的水平，但由于氯化銨的分解和氯甲烷的合成在兩個反應(yīng)段內(nèi)進行，氯化銨分解產(chǎn)生的氯化氫如果不能和甲醇迅速反應(yīng)而消耗掉，有可能在輸送過程中由于溫度的波動再次和氨化合成氯化銨而堵塞管道。2009年， 河北科技大學(xué)在其公開的專利CN101579611和CN101574657中提出了采用具有提升段和反應(yīng)段的流化床反應(yīng)器完成氯化銨和甲醇的反應(yīng)，并提供了催化劑的制備方法，但整個過程的能耗較高，氯化氫對設(shè)備的腐蝕問題也比較嚴(yán)重。
發(fā)明內(nèi)容[0006]本實用新型為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種利用氯化銨與甲醇制備氯甲烷和氨的裝置，它能夠在本實用新型裝置中同時進行復(fù)合反應(yīng)，并且同時解決了實用新型裝置給熱和催化劑再生問題，具有工藝流程短、轉(zhuǎn)化率高、選擇性好、能耗低、操作平穩(wěn)和容易控制的特點。本實用新型采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
本實用新型一種制備氯甲烷和氨的裝置，它包括從上至下依次相連的氣固分離室、反應(yīng)段、風(fēng)室；所述氣固分離室上部的一側(cè)設(shè)有催化劑入口，所述氣固分離室的內(nèi)部設(shè)有兩個旋風(fēng)分離器，其中第一旋風(fēng)分離器的上部設(shè)有煙道氣出口，第二旋風(fēng)分離器的上部設(shè)有反應(yīng)混合氣出口，并位于氣固分離室的上部。所述反應(yīng)段內(nèi)下方設(shè)有氣體分布器，在氣體分布器上方設(shè)有呈十字交叉狀的長豎向隔板和短豎向隔板，所述長豎向隔板從氣體分布器直達氣固分離室的頂部，所述短豎向隔板從氣體分布器到達反應(yīng)段的中上部位置；所述長豎向隔板的下部兩端開有第一孔道和第二孔道；所述反應(yīng)段的外部一側(cè)設(shè)有氯化銨入口，在另一側(cè)的下部、氣體分布器的上方設(shè)有催化劑出口，所述氯化銨入口位于反應(yīng)段的中部；所述風(fēng)室的下端分別與甲醇進口和煙道氣進口相連，所述甲醇入口位于風(fēng)室的下端，所述氣體分布器位于風(fēng)室的上方。所述長豎向隔板和短豎向隔板將裝置內(nèi)部分隔成A、B、C、D四個區(qū)域，并且區(qū)域A、 D之間以及區(qū)域B、C之間在長豎向隔板的下部設(shè)置了孔道，即第一孔道和第二孔道。所述反應(yīng)段和氣固分離室為圓柱體，所述氣固分離室與反應(yīng)段的橫截面邊長比為 2 1，所述反應(yīng)段的高與橫截面邊長比為16 1 25 1。所述氣體分布器的開孔率為 5% 40%。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著的優(yōu)點①在一個反應(yīng)器中同時實現(xiàn)氯化銨與甲醇反應(yīng)和催化劑再生兩個過程，設(shè)備簡單、工藝流程短，投資少。②在反應(yīng)的同時，解決了催化劑積炭問題。③利用煙道氣提供反應(yīng)所需熱量和催化劑再生所需熱量，大大降低了能耗。
圖1為本實用新型制備氯甲烷和氨的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型制備氯甲烷和氨的裝置的俯視圖。圖中各部件說明1催化劑入口 ；2.氣固分離室；3.長豎向隔板；4.反應(yīng)段；5.短豎向隔板；6.氯化銨入口 ；7.氣體分布器；8.第一孔道；9.風(fēng)室；10.催化劑出口 ；11.甲醇進口 ；12.煙道氣進口 ；13.反應(yīng)混合氣出口 ；14.煙道氣出口 ；15.第一旋風(fēng)分離器；16.第二孔道；17.第二旋風(fēng)分離器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明參見圖1、圖2，本實用新型一種制備氯甲烷和氨的裝置，它包括從上至下依次相連的氣固分離室2、反應(yīng)段4、風(fēng)室9;所述氣固分離室2上部的一側(cè)設(shè)有催化劑入口 1，所述氣固分離室2的內(nèi)部設(shè)有兩個旋風(fēng)分離器，其中第一旋風(fēng)分離器15的上部設(shè)有煙道氣出口 14，第二旋風(fēng)分離器17的上部設(shè)有反應(yīng)混合氣出口 13，并位于氣固分離室2的上部。所述反應(yīng)段4內(nèi)下方設(shè)有氣體分布器7，在氣體分布器7上方設(shè)有呈十字交叉狀的長豎向隔板3和短豎向隔板5，所述長豎向隔板3從氣體分布器7直達氣固分離室2的頂部，所述短豎向隔板5從氣體分布器7到達反應(yīng)段4的中上部位置；所述長豎向隔板3的下部兩端開有第一孔道8和第二孔道16 ；所述反應(yīng)段4的外部一側(cè)設(shè)有氯化銨入口 6，在另一側(cè)的下部、氣體分布器7的上方設(shè)有催化劑出口 10，所述氯化銨入口 6位于反應(yīng)段4的中部；所述風(fēng)室9的下端分別與甲醇進口 11和煙道氣進口 12相連，所述甲醇入口 11位于風(fēng)室9的下端，所述氣體分布器7位于風(fēng)室9的上方。所述長豎 向隔板3和短豎向隔板5將裝置內(nèi)部分隔成A、B、C、D四個區(qū)域，并且區(qū)域A、D之間以及區(qū)域B、C之間在長豎向隔板3的下部設(shè)置了孔道，即第一孔道8和第二孔道16。所述反應(yīng)段4和氣固分離室2為圓柱體，所述氣固分離室2與反應(yīng)段4的橫截面邊長比為2 1，所述反應(yīng)段4的高與橫截面邊長比為16 1 25 1。所述氣體分布器7的開孔率為5% 40%。本實用新型具體實施過程為a.將催化劑Al2O3從催化劑入口 1經(jīng)氣固分離室2加入到反應(yīng)段4中，由煙道氣進口 12向區(qū)域D通入300 400°C的煙道氣，并向區(qū)域A、區(qū)域B和區(qū)域C通入氮氣，隨著區(qū)域D氣速的增加，帶有熱量的催化劑顆粒由區(qū)域D經(jīng)短豎向隔板5上方進入?yún)^(qū)域C，再由長豎向隔板3下部一端的第二孔道16進入?yún)^(qū)域B，然后經(jīng)由短豎向隔板5上方進入?yún)^(qū)域A， 最后又經(jīng)長豎向隔板3下部另一端的第一孔道8進入?yún)^(qū)域D，實現(xiàn)催化劑顆粒在整個反應(yīng)器中的循環(huán)，由于催化劑帶有熱量，在固體的催化劑顆粒循環(huán)過程中使該裝置溫度控制在 320 350°C ；此溫度高于甲醇的飽和溫度，以便使進入的甲醇蒸汽不發(fā)生冷凝，并且為氯化銨分解和氯甲烷合成的適合溫度。b.待催化劑顆粒循環(huán)穩(wěn)定，該裝置溫度控制在320 350°C穩(wěn)定后，由甲醇進口 11 經(jīng)氣體分布器7向反應(yīng)段4的區(qū)域B通入甲醇蒸汽。c.用螺旋進料器從氯化銨入口 6加入原料氯化銨。d.被氣體夾帶的催化劑顆粒或未分解的氯化銨固體顆粒進入氣固分離室2后進行氣固分離，固體顆粒由于重力的作用返回反應(yīng)段4內(nèi)的區(qū)域B，被氣體夾帶的催化劑顆粒或未分解的氯化銨固體顆粒經(jīng)第二旋風(fēng)分離器17進一步分離后，生成氯甲烷和氨，并從第二旋風(fēng)分離器17的頂部反應(yīng)混合氣出口 13流出，催化劑和未反應(yīng)的氯化銨固體顆粒經(jīng)第一旋風(fēng)分離器15的底部料管進入反應(yīng)段4的下部；由于反應(yīng)在高溫下進行，反應(yīng)過程中會造成催化劑的積碳，積碳的催化劑積碳的催化劑由短豎向隔板5上方進入?yún)^(qū)域A，又經(jīng)長豎向隔板3下部一端的第一孔道8進入?yún)^(qū)域D，在D區(qū)域中，由煙道氣進口 12進入的煙道氣將催化劑顆粒上的積碳燒掉，使催化劑再生，再生的催化劑由短豎向隔板5上方進入?yún)^(qū)域C， 再由長豎向隔板3的下部另一端的第二孔道16進入?yún)^(qū)域B中繼續(xù)使用；失活催化劑從反應(yīng)段4下端側(cè)的催化劑出口 10排出。
權(quán)利要求1.一種制備氯甲烷和氨的裝置，其特征是，它包括從上至下依次相連的氣固分離室 (2)、反應(yīng)段(4)、風(fēng)室(9)；所述氣固分離室(2)上部的一側(cè)設(shè)有催化劑入口(1)，所述氣固分離室(2)的內(nèi)部設(shè)有兩個旋風(fēng)分離器，其中第一旋風(fēng)分離器(15)的上部設(shè)有煙道氣出口 (14)，第二旋風(fēng)分離器(17)的上部設(shè)有反應(yīng)混合氣出口(13)，并位于氣固分離室(2)的上部；所述反應(yīng)段(4)內(nèi)下方設(shè)有氣體分布器(7)，在氣體分布器(7)上方設(shè)有呈十字交叉狀的長豎向隔板(3)和短豎向隔板(5)，所述長豎向隔板(3)從氣體分布器(7)直達氣固分離室(2)的頂部，所述短豎向隔板(5)從氣體分布器(7)到達反應(yīng)段(4)的中上部位置；所述長豎向隔板(3)的下部兩端開有第一孔道(8)和第二孔道(16)；所述反應(yīng)段(4)的外部一側(cè)設(shè)有氯化銨入口(6)，在另一側(cè)的下部、氣體分布器(7)的上方設(shè)有催化劑出口(10)，所述氯化銨入口(6)位于反應(yīng)段(4)的中部；所述風(fēng)室(9)的下端分別與甲醇進口(11)和煙道氣進口(12)相連，所述甲醇入口(11)位于風(fēng)室(9)的下端，所述氣體分布器(7)位于風(fēng)室(9)的上方。
2.如權(quán)利要求1所述的制備氯甲烷和氨的裝置，其特征是，所述長豎向隔板(3)和短豎向隔板(5)將裝置內(nèi)部分隔成A、B、C、D四個區(qū)域，并且區(qū)域A、D之間以及區(qū)域B、C之間在長豎向隔板(3)的下部設(shè)置了孔道，即第一孔道(8)和第二孔道(16)。
3.如權(quán)利要求1所述的制備氯甲烷和氨的裝置，其特征是，所述反應(yīng)段(4)和氣固分離室(2)為圓柱體，所述氣固分離室(2)與反應(yīng)段(4)的橫截面邊長比為2 1，所述反應(yīng)段 (4)的高與橫截面邊長比為16 1 25 1。
4.如權(quán)利要求1所述的制備氯甲烷和氨的裝置，其特征是，所述氣體分布器(7)的開孔率為5% 40%。
專利摘要本實用新型屬化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備氯甲烷和氨的裝置。它包括從上至下依次相連的氣固分離室、反應(yīng)段、風(fēng)室。本實用新型裝置中設(shè)置了互相垂直的兩個豎向隔板，使床體分成內(nèi)通的四個區(qū)域，在這四個區(qū)域內(nèi)同時完成熱量供給、氯甲烷的合成反應(yīng)、催化劑的循環(huán)以及積炭催化劑的再生。采用本實用新型裝置，可解決反應(yīng)所需大量熱的傳遞問題和設(shè)備材質(zhì)問題，而且使裝置軸向高度上限制產(chǎn)物氯甲烷和氨的返混，對抑制副反應(yīng)有很好的效果。本實用新型具有設(shè)備集成度高、工藝簡單、轉(zhuǎn)化率高、選擇性好和容易控制等優(yōu)點。
文檔編號B01J8/08GK202113843SQ20112021169
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者劉碩, 姜海超, 孫玉捧, 尚建楠, 張志昆, 張文嬌, 胡永琪, 魏士東 申請人:河北科技大學(xué)