一种用磷酸分解氯化铵制氯化氢的方法.pdf

本发明为一种用磷酸分解氯化铵制取氯化氢的方法。分解方法分三步进行，首先将磷酸和氯化铵按一定摩尔比加入反应器，在一定温度条件下氯化铵与磷酸反应生成磷酸二氢铵，放出氯化氢气体。反应完成液经冷却结晶，离心分离出含有一定量磷酸和水的磷酸二氢铵结晶。用浓氨水把磷酸中和后，经离心分离干燥生产出合格的磷酸二氢铵产品。也可以用碳酸氢铵中和。

权利要求书
1.  一种用磷酸分解氯化氨制氯化氢的方法，其特征在于：本方法分三步进行， 即氯化铵分解、完成液冷却结晶分离和结晶中的磷酸用氨水或碳酸氢铵中和， 最终生成氯化氢气体和磷酸二氢铵产品。

2.  根据权利要求1所述的一种磷酸分解氯化铵制氯化氢的方法，其特征在于： 氯化铵分解反应的最佳条件是，磷酸和氯化铵的摩尔比为2.1～2.3比1；反应温 度为240-260℃；反应时间为80-100分钟；反应在搅拌和微正压条件下进行。

3.  根据权利要求1所述的一种用磷酸分解氯化铵制氯化氢的方法，其特征在于： 反应完成液经水冷却至60℃左右时加一定量的水，加水量为未反应的纯磷酸的 30％左右，加水后继续冷却到25℃以下，让磷酸二氢铵结晶淅出，使反应完成 液呈粘稠状。

4.  根据权利要求3所述的一种用磷酸分解氯化铵制氯化氢的方法，其特征在于： 磷酸二氢铵结晶小，须分两步用离心机过滤，第一步用滤布为40-50目，滤出大 部分结晶；第二步用滤布为150目左右，滤出少部分结晶。

5.  根据权利要求1所述的一种用磷酸分解氯化铵制氯化氢的方法，其特征在于： 由离心机过滤得到的磷酸二氢铵结晶中含有少量磷酸，需用浓氨水或碳酸氢铵 中和，中和到PH值为4.2-4.6时停止加浓氨水或碳酸氢铵。

说明书一种用磷酸分解氯化铵制氯化氢的方法
技术领域：
本发明属于化工领域
背景技术：
氯化铵是联合制碱法生产纯碱时的副产品。目前，我国氯化铵的消费主要 是以铵氮的形式加入复合肥，适用于水稻、小麦、棉花、麻类、蔬菜等作物， 但是对氯离子敏感的作物(如烟草、橙、桔、甘蔗等)不宜使用。而且，氯化 铵作为氮肥只利用了其中的氮元素，有价值的氯元素却被白白浪费掉，还可能 对土壤造成不良的影响。氯是化学工业产品中重要的元素，如何充分利用好氯 化铵既是经济问题又是可持续发展的资源综合利用问题。从氯化铵的现实情况 来看，如何将氯化铵成功分解或转化成更有价值的产品，以实现资源深度利用 和制碱工业副产氯化铵的有效转化无疑将具有重大的现实意义，氯化铵成功分 解也必将对纯碱、烧碱、聚氯乙烯、盐酸、硫酸和磷肥等工业产生深远影响。
目前，NH4Cl分解技术在世界上还没有大规模工业化应用，只有少量专利 和文献对分解NH4Cl的工艺提出了一些设想并进行了初步探索。但是大多数文 献只是对分解NH4Cl的方法进行简单的描述或进行有限的实验验证，缺乏详细 的工艺和理论研究，各种分解方法的技术和经济可行性均有待证实。
针对上述情况，我们提出一种能比较容易地实现工业化生产的分解氯化铵 制氯化氢的方法，经过数百次试验，取得了理想的效果。
发明内容：
本发明是用磷酸分解氯化铵制取氯化氢并产生磷酸二氢铵。发明工艺分三 步进行，请见图1。
第一步：氯化铵分解
把工业氯化铵和75％-85％的工业磷酸按磷酸/氯化铵摩尔比2.1～2.3比1加 入反应器(1)，反应器为一夹套加热器，带搅拌。从A1口加入高温导热油， 将反应器内物料加热并保持在240-260℃，边反应边搅拌，反应时间80-100分 钟。导热油从A2口出去循环加热。在反应器内发生下述反应：
NH4Cl+H3PO4＝HCI↑+NH4H2PO4
分解出的氯化氢从反应器顶部排出，根据需要可制成盐酸或直接送到聚氯 乙烯厂生产聚氯乙烯。
第二步：结晶分离
第一步反应完成后，氯化铵分解率约为95％左右，反应器内物料有3种， 即未分解的氯化铵、磷酸和生成的磷酸二氢铵。反应器内物料为液态。
将上述反应完成液放入结晶器(2)，结晶器为夹套冷却器，带搅拌，用冷 水冷却，当冷却到60℃左右时向结晶器内加水，水量为未反应纯磷酸的30％左 右。继续冷却到25℃以下。此时磷酸二氢铵结晶，反应完成液呈粘稠状。
然后，进行离心分离。分离分两步进行，将已结晶的完成液送入1号离心 机(3)，该离心机滤布为40-50目，1号离心机分离出大部分结晶，1号离心机 的滤液进入2号离心机(4)，进一步分离，该机滤布为150目左右。从2号离 心机出来的滤液主要是75％左右的磷酸，将滤液收集到储桶(5)，再用离心泵 (6)送到蒸发罐(7)，由加热器(8)加热蒸发，把75％左右的磷酸浓缩到85％ 左右，返回反应器(1)重复利用。
蒸发罐出来的蒸汽进入大气冷凝器(9)，由离心泵(11)从水池(10)抽 上来的水冷凝吸收。
从离心机分离出来的物料主要是磷酸二氢铵，含有少量的磷酸和水，将此 物料送到中和桶(12)。
第三步：中和
在中和桶(12)内经搅拌把结晶打碎，同时加入浓氨水，调正PH值在4.2-4.6， 停止加氨水，此时物料为磷酸二氢铵，将物料用离心机(13)脱水后送入振动 流化床干燥机(14)，经干燥后生产出合格产品——磷酸二氢铵(15)。
也可以用碳酸氢铵中和。
本发明的重要意义：
本实验如果通过中试用于实际生产，将产生重大的经济效益和社会效益。 分述如下：
(1)、对聚氯乙烯和碱工业：
由于聚氯乙烯具有优良的性质，近年来聚氯乙烯工业取得了巨大的发展， 截至2013年底我国聚氯乙烯产能已达到2468万吨。聚氯乙烯生产工艺主要有 乙烯法和电石法两种，我国以电石法为主，电石法产能占聚氯乙烯总产能的80％ 以上。传统的电石法生产在建聚氯乙烯厂时必须同时建一电解烧碱厂，通过电 解食盐为聚氯乙烯提供氯化氢，副产烧碱。由于副产烧碱，产生了以下三个问 题。
首先是烧碱产能严重过剩。截止2013年底烧碱产能已达到3850万吨，过 剩2000万吨。
其次，烧碱为高耗能产业，一吨烧碱耗电2500多度，折合标煤0.82吨。换 言之，每生产一吨烧碱等于排放CO22吨。
再次，建设烧碱厂投资大，产品成本高，建一个年产30万吨的聚氯乙烯厂 固定资产投资10亿元人民币，必须再投资10亿元建一个烧碱厂，如果加上熔 岩蒸发设备，烧碱厂需投资11亿多元。
如果用分解氯化铵产生的氯化氢制造聚氯乙烯上述的三个问题就都不存在 了。而且采用本工艺经济效益很好。经计算，在未计入劳动力、能源等费用， 只从投入原料和产出产品的价格计算，以分解一吨氯化铵计产出比投入增加 4200元。如果扣除劳动力能源等全部生产费用后，净利润也在2700元以上。换 言之，分解一吨氯化铵利润为2700元以上。以生产30万吨PVC计，需分解38 万吨氯化铵年利润在10亿元以上。
(2)对纯碱工业：
纯碱厂如不生产氯化铵，氯只能以氯化钙形式排出。生产一吨纯碱排出10 立方米废液，形成严重的环境污染。如果生产氯化铵不仅没有污染物排出，还 能降低纯碱的生产成本。但是由于氯化铵在应用方面受到限制，大量积压，已 成为纯碱工业的瓶颈。
(3)对硫酸工业
我国硫酸多数为有色金属的附产品，由于有色金属工业的快速发展，使硫 酸产能严重过剩。这样不仅制约了有色金属工业的发展，还降低了硫酸的价格。 如按本工艺生产，将硫酸变为磷酸，进一步生产出磷酸一铵，既解决了有色金 属生产中的老大难问题，又使硫酸极大的增值了。一吨硫酸400元，生产0.37吨 磷酸，价值为1900元，增值1500元(未扣除成本)。
(4)产生的氯化氢可制成盐酸，用盐酸分解磷矿制造磷酸。因此通过本工 艺可以把滞销的品质差的氯化铵转化为优质化肥-磷酸二氢铵。
(5)本工艺很容易实现大规模工业化生产。这是迄今为止其它文献所提供 的试验方法无法办到的。
存在的问题：
应用本工艺建聚氯乙烯厂对厂址选择要求严格，即厂址除具备生产氯乙烯 以外，还必须距磷酸或者硫酸产地近一些，而且还要修进厂铁路专线。
附图说明：
图1为用磷酸分解氯化铵制氯化氢的工艺流程示意图。图中1为反应器，2 为结晶器，3为1号离心机，4为2号离心机，5为储桶，6为离心泵，7为蒸发 罐，8为加热器，9为大气冷凝器，10为水池，11为离心泵，12为中和桶，13 为离心机，14为振动流化床干燥器，15为磷酸二氢铵成品。
A1、A2为导热油进出口，B1、B2为冷却水进出口。
具体实施方式：
(1)先订购下述设备，括号内数字为图1中顺序号。
一台φ1400×1500的内衬铅的带搅拌的夹套反应器(1)
一台φ1400×1500的带搅拌的搪瓷夹套结晶器(2)
二台衬聚四氟乙烯的卧式刮刀卸料离心机(3、4)
一台φ1000×1200搪瓷储桶(5)
一套蒸发设备，设备和加热管内衬铅(7、8)
制造一套大气冷凝器(9、10)
一台φ1200×1200带搅拌搪瓷中和桶(12)
一台卧式刮刀卸料离心机(13)
一台振动流化床干燥机(14)
一台防腐离心泵(6)、一台离心水泵(11)
(2)将反应器(1)、结晶器(2)和2台离心机(3、4)安装在垂直方向同一 轴线上，即分别安装在4楼、3楼、2楼和1楼，储桶(5)作为地槽安装。
其它设备按常规安装。
设备安装完后按图1用管线连接起来，凡接触磷酸的管道全部要用搪瓷衬 里或聚四氟乙烯衬里。
将氯化铵和磷酸按摩尔比1∶2.2加入反应器(1)，即加入1.5吨85％的磷 酸和0.32吨氯化铵。
将300℃左右的导热油从A1口通入反应器夹套，从A2口出去升温后循环进 入A1口，导热油使反应器内物料的温度保持在250℃左右。通过90分钟反应， NH4Cl分解率达到95％左右。将反应生成的氯化氢气体(约0.21t)从反应器顶 部导出，送到其它厂生产聚氯乙烯、盐酸等产品。
反应完成液放入结晶器(2)，用冷水冷却。当冷却到60℃左右时，加水0.22t， 继续冷却到25℃以下，结晶器内磷酸二氢铵结晶。将结晶通过两级离心分离。 滤液经蒸发浓缩为85％左右的磷酸返回反应器。
结晶送到中和桶(12)，用搅拌打碎，并加25％左右的浓氨水，当PH值为 4.2-4.6时，停止加氨水，物料经离心分离，母液返回氨水桶制浓氨水，分离出 的磷酸二氢铵经干燥成为合格产品。