基本信息
- 項目名稱：
- 新型四分式流化床合成氯甲烷反應器
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品在開發(fā)新型催化劑的基礎(chǔ)上，首創(chuàng)地將反應-反應耦合、反應-供熱耦合、反應-催化劑再生耦合等結(jié)合起來，開發(fā)出新型四分式流化床反應器，實現(xiàn)過程的連續(xù)化操作。本作品以氯化銨和甲醇為原料生產(chǎn)氯甲烷和氨氣的新工藝，在生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品氯甲烷的同時，氨回收用于純堿生產(chǎn)過程，符合循環(huán)經(jīng)濟理念，并實現(xiàn)了氯化銨的高價值利用。以本作品為基礎(chǔ)，申請國家專利1項，獲得專利公開1項。
- 詳細介紹：
- 我國的純堿產(chǎn)量居世界第一，氯化銨是純堿生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物，2010年國內(nèi)氯化銨產(chǎn)量超過1300萬噸。由于氯化銨固有的缺點限制了其作為化肥的使用，近年來氯化銨一直處于嚴重滯銷狀態(tài)，解決大量氯化銨的出路問題已經(jīng)成為制約純堿工業(yè)發(fā)展的瓶頸。 本作品提出以氯化銨和甲醇為原料生產(chǎn)氯甲烷和氨氣的新工藝，在生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品氯甲烷的同時，氨回收用于純堿生產(chǎn)過程，符合循環(huán)經(jīng)濟理念，并實現(xiàn)了氯化銨的高價值利用。本作品在開發(fā)新型催化劑的基礎(chǔ)上，首創(chuàng)地將反應-反應耦合、反應-供熱耦合、反應-催化劑再生耦合等結(jié)合起來，開發(fā)出新型四分式流化床反應器，實現(xiàn)了過程的連續(xù)化操作。 本作品針對氯化銨和甲醇制備氯甲烷和氨的反應系統(tǒng)的特點，采用流化床反應器解決了固體氯化銨的處理問題；將兩個反應耦合在一個反應器內(nèi)，實現(xiàn)了反應-反應耦合新技術(shù)和反應熱效應的利用；四分式流化床中的第一個顆粒上下流動的流化床組合用于催化反應，另一個上下流動的流化床組合用于催化劑顆粒的外部加熱，加熱后的催化劑作為熱載體再次進入催化反應流化床組合，催化劑在催化反應流化床組合與加熱流化床組合之間的流動，實現(xiàn)了反應-供熱的耦合；催化劑在加熱流化床組合中依靠在空氣存在下催化劑上積碳的燃燒提供熱量的同時，催化劑得到再生，實現(xiàn)了反應-催化劑再生的耦合。由此可見，新型四分式流化床反應器同時實現(xiàn)了反應-反應耦合、反應-供熱耦合、反應-催化劑再生耦合，解決了甲醇氯化銨法生產(chǎn)氯甲烷反應過程諸多的工程難題。 本作品具有以下創(chuàng)新點： 1）提出了新型多耦合技術(shù)，實現(xiàn)兩步反應耦合、反應與供熱耦合和反應-催化劑再生耦合。 2）開發(fā)了新型四分式流化床反應器，實現(xiàn)此技術(shù)在一個反應器內(nèi)的連續(xù)操作。 3）開發(fā)了適用于堿性環(huán)境的酸性催化劑，達到了較高的反應轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品收率。 現(xiàn)已有大型純堿生產(chǎn)企業(yè)與本團隊合作，在本團隊已經(jīng)開展的實驗室中試實驗基礎(chǔ)上，合作開展工業(yè) 中試實驗研究。預期達到的主要技術(shù)經(jīng)濟指標： ①產(chǎn)品氯甲烷各項指標達到HG/T 3674-2000的要求。 ②本工藝應用在聯(lián)堿法生產(chǎn)純堿，在一個年產(chǎn)100萬噸純堿企業(yè)應用，每年可減排72.8萬噸的CaCl2，減少22.4萬噸合成氨配套裝置。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的和基本思路： 純堿是重要的化工產(chǎn)品，氯化銨為純堿生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物，2010年我國副產(chǎn)氯化銨超過1000萬噸。氯化銨是酸性肥料，若施用過量會對作物和土壤造成一定損害，近年來氯化銨處于嚴重滯銷狀態(tài)，解決如此大量氯化銨的出路問題已成為制約純堿工業(yè)發(fā)展的瓶頸。本作品提出以氯化銨為原料生產(chǎn)氯甲烷和氨氣，在生產(chǎn)高附加值氯甲烷產(chǎn)品的同時，氨回用于純堿生產(chǎn)過程，符合循環(huán)經(jīng)濟理念，為解決大量氯化銨出路問題找到了新途徑。 在反應工藝中，需要同時解決反應給熱、催化劑再生和耐腐蝕材質(zhì)等問題。為此本作品提出了反應-反應耦合、反應-供熱耦合、反應-催化劑再生耦合等相結(jié)合的多耦合新技術(shù)，開發(fā)出新型四分式流化床反應器，巧妙地解決了這些問題。 創(chuàng)新點： 1) 提出新型多耦合技術(shù)，實現(xiàn)兩步反應耦合、反應-供熱耦合和反應-催化劑再生耦合。 2）開發(fā)了新型四分式流化床反應器，實現(xiàn)此技術(shù)的連續(xù)操作。 3）開發(fā)了適用于堿性環(huán)境的酸性催化劑，達到了較高的反應轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品收率。 技術(shù)關(guān)鍵： 1)解決針對高溫、強酸性環(huán)境下的反應供熱問題； 2)新型四分式流化床反應器中固體顆粒的循環(huán)問題； 3)篩選耐高溫、耐酸堿、易再生的高效催化劑。 主要技術(shù)指標： 1)開發(fā)出新型高效催化劑，產(chǎn)品氯甲烷對甲醇的收率達到85%～95%； 2）在年產(chǎn)10t氯甲烷的新型四分式流化床反應器上進行中試實驗，產(chǎn)品氯甲烷各項指標達到HG/T 3674-2000的要求。
科學性、先進性
- 作品的科學性先進性： 目前，氯化銨轉(zhuǎn)化技術(shù)尚未工業(yè)化。早期國外有少量專利和文獻對氯化銨轉(zhuǎn)化技術(shù)進行初步探索，美國Olin公司提出將氯化銨加熱分解后進入固定床反應器中反應，但是氯化銨再結(jié)合生成細小固體顆粒容易堵塞反應床層。八十年代，日本三菱公司開發(fā)了以氧化鋁為載體浸漬金屬氯化物或硫酸鹽的催化劑，但沒有解決好堿性環(huán)境下酸活性中心的保護問題。隨著化學法純堿生產(chǎn)技術(shù)向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，發(fā)達國家對氯化銨轉(zhuǎn)化技術(shù)也隨之擱淺，還沒有篩選出較適宜的反應催化劑，反應給熱和催化劑再生問題還沒有涉及到。本作品提出的新型四分式流化床反應器，解決了反應-反應耦合、反應-供熱耦合、反應-催化劑再生耦合，在國內(nèi)外未見報道。 本作品具有以下優(yōu)勢： 1)首創(chuàng)地將多種耦合技術(shù)集合在一個自主開發(fā)的新型反應器中，構(gòu)思巧妙，具有較明顯的創(chuàng)新性和新穎性； 2）新型反應器操作彈性大，熱量利用率高，催化劑再生效果好； 3）催化劑活性高，壽命長； 4）實現(xiàn)了氯化銨的資源化利用。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1.尚建楠,孫玉捧等.新型四分式流化床合成氯甲烷反應器.挑戰(zhàn)杯2011年大學生課外學術(shù)科技作品競賽獲省級特等獎. 2 尚建楠，孫玉捧，姜海超等.一種制備氯甲烷和氨的裝置.申請?zhí)枺?01120168421.7 3.姜海超，劉碩，尚建楠等.一種利用氯化銨和甲醇制備氯甲烷和氨的裝置和方法.公開號：CN 102019157A. 4.劉碩，尚建楠，孫玉捧等.氯化銨甲醇法生產(chǎn)氯甲烷和氨的過程研究.2010年第六屆全國化學工程與生物化工年會. 5.孫玉捧，劉碩，尚建楠等.甲醇氨氯化法反應催化劑的研究.2010年第六屆全國化學工程與生物化工年會.
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 按協(xié)議轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型 圖片 樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 依據(jù)耦合新技術(shù)，采用新型四分式流化床反應器將反應和供熱耦合，既解決氯化銨的進料問題，又解決反應供熱問題。優(yōu)勢：1)首創(chuàng)將多種耦合技術(shù)集合在一個自主開發(fā)的新型四分式流化床反應器中，構(gòu)思巧妙，具有較明顯的創(chuàng)新性和新穎性；2）新型反應器操作彈性大，熱量利用率高，催化劑再生效果好；3）催化劑活性高，壽命長；4）實現(xiàn)氯化銨的資源化利用。本作品中開發(fā)的新型復合催化劑可使氯化銨的轉(zhuǎn)化率達90%以上，氯甲烷的選擇性達85%以上。至2010年，我國對有機硅制品的需求量(以有機硅單體計)由04年的37.5萬噸/年增加到100～120萬噸/年。但現(xiàn)有產(chǎn)量遠遠不能滿足市場需求，每年仍須大量進口。而對于我國，90 %的氯甲烷用于有機硅的生產(chǎn)，加之其它用途的不斷開發(fā)，國內(nèi)氯甲烷仍將供不應求。由此可見，未來幾年國內(nèi)氯甲烷的市場缺口非常大?，F(xiàn)已有大型純堿生產(chǎn)企業(yè)與本團隊取得了合作，在本團隊已經(jīng)開展的實驗室中試實驗基礎(chǔ)上，合作開展工業(yè)中試實驗研究，產(chǎn)品氯甲烷各項指標達到HG/T 3674-2000的要求。
同類課題研究水平概述
- 目前，國外只有少量專利和文獻對氯化銨轉(zhuǎn)化的工藝有初步探索，早在1889年，Mond Ludwig提出以氣化的氯化銨為原料，氧化鎂與氯化銨反應生成氯化鎂和氨氣，回收釋放出的氨氣。純堿生產(chǎn)在上世紀氯化銨的利用研究處于停滯狀態(tài)，未帶動起大規(guī)模工業(yè)化。于20世紀九十年代發(fā)展中國家才開始有相關(guān)的氯化銨轉(zhuǎn)化研究。歸納起來，氯化銨轉(zhuǎn)化技術(shù)主要包括與硫酸或硫酸氫鹽、與氧化物反應制備氨氣和氯化氫或氯氣以及與有機物反應制備氯化物和氨氣。但這些方法生產(chǎn)成本高，附加值產(chǎn)品不易分離，環(huán)境污染嚴重等缺點，而且?guī)缀醵嘉匆姽I(yè)化報道。外國專利相關(guān)研究如下： ⑴ 日本專利中提出，固體氯化銨與氣化的甲醇在高溫且催化劑存在的固定床或者流化床中反應，催化劑是以活性炭或氧化鋁為載體浸漬氯化鋅，硫酸鋅，氧化鉀等活性組分的復合催化劑。但是，在固定床反應器中，催化劑的再生問題比較麻煩，需要定期裝料卸料，而且沒有解決好堿性環(huán)境下催化劑酸活性中心的保護問題。⑵ 美國Olin Mathieson 化學公司提出將氯化銨先汽化，然后和甲醇蒸汽一起在裝有活性氧化鋁催化劑的固定床或流化床中進行反應。產(chǎn)物除氯甲烷外還有少量甲胺及醚，若將副產(chǎn)物循環(huán)回到原料中再反應可提高氯甲烷收率。但固體氯化銨氣化需要較多的能量，在350℃分解氣化每摩爾氯化銨需用165.8 kJ 熱量，而且氯化銨很容易凝結(jié)生成細小固體顆粒堵塞反應床層。若改用高溫有機溶劑做媒介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)要求較高。 ⑶ Jone W及R.M.Thomas等提出采用熔鹽法省去氯化銨氣化過程，避免汽化后的晶體氯化銨再結(jié)晶的問題，但是高溫熔鹽的選取，能達到氯化銨分解溫度且不產(chǎn)生其他氣體的熔鹽，現(xiàn)在工業(yè)上還沒有一個可行的方案。本作品開發(fā)的新型復合催化劑使氯化銨的轉(zhuǎn)化率達90%以上，氯甲烷的選擇性達85%以上，并且提出的新型四分式流化床多耦合技術(shù)，有望解決工程放大中遇到的諸如氯化銨的分解、設(shè)備材質(zhì)及氯化銨結(jié)塊等問題，具有很強的市場競爭力。以甲醇和氯化銨為原料制取氯甲烷和氨氣的工藝，即采用新型四分床式流化床反應器，既解決了氯化銨的資源化問題，也解決了反應中催化劑再生循環(huán)利用等問題，也是純堿等行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵鏈接技術(shù)。所得產(chǎn)品氯甲烷各項指標達到HG/T 3674-2000的要求。
