本发明专利技术属于化工工艺及设备技术领域，涉及一种利用氯化铵和甲醇制备氯甲烷和氨的装置和方法。本发明专利技术装置中设置了互相垂直的两个竖向隔板，使床体分成内通的四个区域，在这四个区域内同时完成热量供给、氯甲烷的合成反应、催化剂的循环以及积炭催化剂的再生。采用本发明专利技术的装置和方法，可解决反应所需大量热的传递问题和设备材质问题，并且使装置轴向高度上限制了产物氯甲烷和氨的返混，对抑制副反应有很好的效果。本发明专利技术具有设备集成度高、工艺简单、转化率高、选择性好和容易控制等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属化工工艺及设备
，具体涉及一种利用氯化铵和甲醇气固相法 制备氯甲烷和氨的装置和方法。
技术介绍
近几年，由于我国联碱工业迅猛发展，产生了大量的副产品氯化铵。氯化铵主 要用于生产复合肥，但施用时存在氯离子在土壤中富集等问题，用量正逐渐减少。因 此，应积极开拓氯化铵的应用新领域。氯化铵分解时，可生成氯化氢和氨，但二者分离 非常困难。通过引入甲醇与氯化氢反应生成氯甲烷，同时可回收氨。氯甲烷是合成甲 基氯硅烷、纤维素酯、季铵化台物、除草剂等的重要原料，广泛地应用于农药、合成橡 胶、树脂、工业助剂等方面。氨是联碱生产必需的原料之一，可循环回用。因而，氯化 铵与甲醇反应制备氯甲烷工艺，不仅可解决联碱过程副产氯化铵的消纳问题，也可实现 氨的闭路循环，对促进我国联碱工业的发展有重要作用。在二十世纪50年代初，Olin Mathieson化学公司提出了以氯化铵和甲醇反应制 备氯甲烷和氨的方法(US2755311，US2755316，US3315441)，并提供两类反应工艺一 是将气态氯化铵和气态醇一起通入装有催化剂的固定床中进行反应，催化剂为粒状氧化 铝，产物除氯甲烷外还有少量甲胺及醚，发现将副产物加回到原料中再反应可转化为氯 甲烷；另一个是将固体氯化铵与熔融状态的催化剂混合，然后与醇反应，反应后分出催 化剂再循环，催化剂为氯化亚铜。将固体氯化铵气化需要较多的能量，在350°C分解气化 每摩尔氯化铵需用165.8kJ热量，由于氯化铵本身传热性差，当遇热时表面收缩，内部结 块阻止进一步分解，直接气化有一定难度，改用高温有机溶剂作介质时氯化铵气化效果 较好，但气态氯化铵具有很强的腐蚀性，对设备材质要求很高。二十世纪80年代，日本三菱瓦斯化学公司在其公开的专利JP57130930、 JP58146519和JP58194823中，对氯化铵和甲醇反应制备氯甲烷和氨的反应工艺进行了 改进，并进一步研究了催化剂的选择性和产物分离方法，将该工艺向工业化推进了一大 步。催化剂可以是活性A1203，也可以是活性炭或活性炭负载碱金属化合物等，氯甲烷的 收率最高达74%。上述已公开的专利中，采用固定床或流化床反应器，且必须先将氯化铵分解再 进入反应器中。尽管部分实施例的氯甲烷收率可达到比较高的水平，但由于氯化铵的 分解和氯甲烷的合成在两个反应段内进行，氯化铵分解产生的氯化氢如果不能和甲醇迅 速反应而消耗掉，有可能在输送过程中由于温度的波动再次和氨化合成氯化铵而堵塞管 道。2009年，河北科技大学在其公开的专利CN101579611和CN101574657中提出了采 用具有提升段和反应段的流化床反应器完成氯化铵和甲醇的反应，并提供了催化剂的制 备方法，但整个过程的能耗较高，氯化氢对设备的腐蚀问题也比较严重。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术中存在的问题，提供一种利用氯化铵与甲醇制备氯甲烷 和氨的装置和方法，它能够在本专利技术装置中同时进行复合反应，并且同时解决了该装置 给热和催化剂再生问题，具有工艺流程短、转化率高、选择性好、能耗低、操作平稳和 容易控制的特点。本专利技术采用以下技术方案予以实现一种制备氯甲烷和氨的装置，其特征是，它包括从上至下依次相连的气固分离 室、反应段、风室；所述气固分离室上部的一侧设有催化剂入口，所述气固分离室的内 部设有两个旋风分离器，其中一个旋风分离器的上部设有烟道气出口，另一个旋风分离 器的上部设有反应混合气出口，并位于气固分离室的上部。所述反应段内下方设有气体分布器，在气体分布器上方设有呈十字交叉状的长 竖向隔板和短竖向隔板，所述长竖向隔板从气体分布器直达气固分离室的顶部，所述短 竖向隔板从气体分布器到达反应段的中上部位置；所述长竖向隔板的下部两端开有孔 道；所述反应段的外部一侧设有氯化铵入口，在另一侧的下部、气体分布器的上方设有 催化剂出口，所述氯化铵入口位于反应段的中部；所述风室的下端分别与甲醇进口和烟 道气进口相连。所述甲醇入口位于风室的下端，所述气体分布器位于风室的上方。所述的制备氯甲烷和氨的装置，所述长竖向隔板和短竖向隔板将装置内部分隔 成A、B、C、D四个区域，并且区域A、D之间以及区域B、C之间在长竖向隔板的下 部设置了孔道。所述的制备氯甲烷和氨的装置，所述反应段和气固分离室为长方体，所述气固 分离室与反应段的横截面边长比为2 1，所述反应段的高与横截面边长比为16 1 25 1。所述的制备氯甲烷和氨的装置，所述气体分布器的开孔率为5% 40%。一种使用上述装置利用氯化铵和甲醇制备氯甲烷和氨的方法，它包括如下步 骤a.将催化剂A1203从催化剂入口经气固分离室加入到反应段中，由烟道气进口向 区域D通入300 400°C的烟道气，并向区域A、区域B和区域C通入氮气，随着区域D 气速的增加，带有热量的催化剂颗粒由区域D经短竖向隔板上方进入区域C，再由长竖向 隔板下部一端的孔道进入区域B，然后经由短竖向隔板上方进入区域A，最后又经长竖向 隔板下部另一端的孔道进入区域D，实现催化剂颗粒在整个反应器中的循环，由于催化剂 带有热量，在固体的催化剂颗粒循环过程中使本专利技术装置内的温度控制在320 350°C。b.待本专利技术装置内的温度和催化剂颗粒循环稳定后，由甲醇进口经气体分布器 向反应段的区域B通入甲醇蒸汽，气体在反应段中的空塔速度为0.2 1米/秒；c.用螺旋进料器从氯化铵入口加入原料氯化铵，氯化铵与甲醇的物质的量之比 为0.8 1 1 1，并使反应器内的重量空速为0.5 1.5小时―1。d.被气体夹带的催化剂颗粒或未分解的氯化铵固体颗粒进入气固分离室后进行 气固分离，一部分固体颗粒由于重力的作用返回反应段内的区域B，另一部分被气体夹 带的催化剂颗粒或未分解的氯化铵固体颗粒经旋风分离器进一步分离后，生成氯甲烷和 氨，并从旋风分离器的顶部反应混合气出口流出，催化剂和未反应的氯化铵固体颗粒经旋风分离器的底部料管进入反应段的下部；由于反应在高温下进行，反应过程中会造成 催化剂的积碳，积碳的催化剂由短竖向隔板上方进入区域A，又经长竖向隔板下部一端 的孔道进入区域D，在D区域中，由烟道气进口进入的500 600°C高温烟道气将催化剂 颗粒上的积碳烧掉，使催化剂再生(再生过程实际就是碳的燃烧过程，烟道气中的氧气 与碳反应，生成二氧化碳，这是工程中积碳催化剂再生的基本方法。)，再生的催化剂由 短竖向隔板上方进入区域C，再由长竖向隔板的下部另一端的孔道进入区域B中继续使 用；失活催化剂从反应段下端侧的催化剂出口排出。所述的利用氯化铵和甲醇制备氯甲烷和氨的方法，所述步骤b中混合气体在反 应段中的空塔速度为0.4 0.6米/秒。所述的利用氯化铵和甲醇制备氯甲烷和氨的方法，所述步骤C中氯化铵与甲醇的 物质的量之比为0.85 1 0.95 1。所述的利用氯化铵和甲醇制备氯甲烷和氨的方法，所述步骤C中反应器内的重量 空速为0.8 1.2小时<。本专利技术装置下段为反应段，上段为扩大段，装置内部设置了互相垂直的两个竖 向隔板，使床体分成内通的四个区域，构成内通式流化床反应器，限制了气体的轴向返 混，使气体的流动更接近于平推流形式，可有效避免一些副反应的发生。由于采用内通 式流化床反应器，使反应气体消耗量本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备氯甲烷和氨的装置，其特征是，它包括从上至下依次相连的气固分离室（２）、反应段（４）、风室（９）；所述气固分离室（２）上部的一侧设有催化剂入口（１），所述气固分离室（２）的内部设有两个旋风分离器，其中一个旋风分离器（１５）的上部设有烟道气出口（１４），另一个旋风分离器（１７）的上部设有反应混合气出口（１３），并位于气固分离室（２）的上部；所述反应段（４）内下方设有气体分布器（７），在气体分布器（７）上方设有呈十字交叉状的长竖向隔板（３）和短竖向隔板（５），所述长竖向隔板（３）从气体分布器（７）直达气固分离室（２）的顶部，所述短竖向隔板（５）从气体分布器（７）到达反应段（４）的中上部位置；所述长竖向隔板（３）的下部两端开有孔道（８）和孔道（１６）；所述反应段（４）的外部一侧设有氯化铵入口（６），在另一侧的下部、气体分布器（７）的上方设有催化剂出口（１０），所述氯化铵入口（６）位于反应段（４）的中部；所述风室（９）的下端分别与甲醇进口（１１）和烟道气进口（１２）相连。所述甲醇入口（１１）位于风室（９）的下端，所述气体分布器（７）位于风室（９）的上方。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜海超，张向京，赵风云，胡永其，张志昆，刘硕，尚健楠，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]
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