专利名称：一种碳酸氢铵的制备方法
技术领域：
本发明涉及化肥合成领域，具体涉及一种碳酸氢铵的制备方法。
背景技术：
碳酸氢铵(NH4HCO3)又称碳铵，其含氮量为17. 7%，是碳酸盐的一种。由于其分解 生成的氨气、二氧化碳和水能够给植物提供必须的养分，且不含有有害物质，所以被广泛的 应用于农田肥料。另外，碳酸氢铵适用于各种土壤，长期使用也不会造成土地板结，相比硫 酸根氮肥而言具有更大的优势和使用空间。目前国内主要是使用合成氨厂产生的尾气或低压法制备三聚氰胺产生的尾气来 合成碳酸氢铵，因为所述尾气均含有氨气和二氧化碳使用所述尾气制备碳酸氢铵既能降低 尾气排放给大气带来的污染又能节约原料和能源，得到的碳酸氢铵能够作为新产品带来更 高的效益。另外，碳酸氢铵制备工序简单，将尾气和水通入吸收塔内，经过2 3次反应，使 尾气中的二氧化碳和氨气与水反应生成碳酸氢铵。现有技术中，合成氨厂产生的尾气被称作变换气，所谓变换气就是通过一氧化碳 与水反应生成得到二氧化碳与氢气的混合气，二氧化碳与氢气混合气就是变换气，这是因 为合成氨要的是氢气，一般无论是天然气造气还是煤造气都有不同浓度的一氧化碳，为了 把一氧化碳变成氢气就有了变换工序。由于变换气是二氧化碳与氢气的混合气，氢气大量 存在使得二氧化碳反应不完全，需要加压等操作，增加了能源消耗，降低了碳酸氢铵的产 率。使用低压法三聚氰胺尾气制备碳酸氢铵需要使用石灰石煅烧产生的二氧化碳提高三聚 氰胺尾气中的二氧化碳浓度以达到氨气和二氧化碳的反应比例。但是石灰石煅烧产生的二 氧化碳中含有大量的固体颗粒，需要对所述石灰石煅烧产生的二氧化碳进行多道除尘和洗 涤工序，增加了生产成本。另外，使用三聚氰胺尾气制备碳酸氢铵产生的放空尾气中二氧化 碳的体积百分数为3. 0% 3. 5%，温室气体排放增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种既能降低二氧化碳排放量，降低能耗又能 减少原料处理工序，延长设备使用寿命的碳酸氢铵制备方法。为了解决以上技术问题，本发明提供了一种碳酸氢铵的制备方法，包括a)将尾气与吸收剂混合制备碳化氨水；所述尾气包括二氧化碳和/或氨气；所述 吸收剂为水或碳化母液；b)将所述碳化氨水与二氧化碳体积百分数为35% 40%的混合气体反应，生成 碳酸氢铵与碳化母液以及碳化尾气；c)碳化尾气通过循环动力的作用与二氧化碳混合制备所述混合气体，并重复步骤 b)操作；所述碳化母液与所述尾气混合重复步骤a)操作。优选的，步骤b)具体为bl)将压力为20kPa 25kPa的二氧化碳升压至0. 4MPa 0. 6MPa ；
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b2)将所述升压后的二氧化碳与非易燃易爆气体混合得到所述混合气体；b3)将所述碳化氨水与混合气体混合反应生成碳酸氢铵悬浮液和所述碳化尾气；b4)将所述碳酸氢铵悬浮液离心分离得到碳酸氢铵与碳化母液；b5)将所述碳化尾气进行驰放、洗涤、分离操作。优选的，所述碳化氨水包括14wt% 16wt%的氨和llwt% 13wt%的二氧化碳。优选的，所述碳化尾气包括二氧化碳、氨气、氮气或水中的一种或几种。优选的，所述碳化母液包括碳化氨水、氨水、二氧化碳、水中的一种或几种。优选的，所述循环动力由循环气压缩机或循环气泵提供。优选的，还包括将步骤b2)制备的混合气体冷却至40°C 50°C，然后进行步骤b3) 的操作。优选的，所述非易燃易爆气体包括氮气、氨气或碳化尾气中的一种或几种。优选的，所述驰放具体为释放占所述碳化尾气总体积 2%的气体。优选的，所述洗涤具体为用0. 5m3/h 1. 0m3/h的水洗涤所述驰放后的碳化尾气， 所述洗涤后的洗涤液与碳化母液混合得到所述吸收剂。本发明提供了一种碳酸氢铵的制备方法，a)将尾气与吸收剂混合制备碳化氨水； 所述尾气包括二氧化碳和/或氨气；所述吸收剂为水或碳化母液；b)将所述碳化氨水与二 氧化碳体积百分数为35% 40%的混合气体反应，生成碳酸氢铵与碳化母液以及碳化尾 气；c)碳化尾气通过循环动力的作用与二氧化碳混合制备所述混合气体，并重复步骤b)操 作；所述碳化母液与所述尾气混合重复步骤a)操作。本发明提供的碳酸氢铵的制备方法 制备碳酸氢铵的同时得到了碳化母液和碳化尾气，并且将碳化母液作为吸收剂进行重复使 用，将碳化尾气作为制备所述混合气体的原料重复使用，使得整个制备工艺可循环操作，解 决了碳化母液和碳化尾气排放对环境的破坏问题；同时，本发明还使用二氧化碳作为原料 补充替代了石灰石煅烧制备的二氧化碳，解决了固体颗粒对生产设备的损害问题，延长了 生产设备的使用寿命。
图1本发明提供的制备碳酸氢铵工艺流程图；图2本发明实施例1提供的制备碳酸氢铵工艺流程图。
具体实施例方式为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但 是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的 限制。制备碳酸氢铵的反应原理为C02+H20+NH3 = NH4HCO3,正是由于这样的原理，使用合 成氨尾气或合成三聚氰胺尾气制备碳酸氢铵成为了可能。合成氨尾气中含有氨气(NH3)、二 氧化碳(CO2)、以及氢气(H2)，尾气中的CO2是将CO转化成H2时而得到的副产物，利用这样 的尾气生产碳酸氢铵必须注意H2的含量，如果超过了爆炸极限就很容易爆炸或燃烧，所以 对CO2的吸收需要更多的处理步骤，增加了能耗和生产成本。而合成三聚氰胺的尾气中没 有H2,但是制备三聚氰胺尾气中的CO2无法满足制备碳酸氢铵的要求，所以需要向尾气中补充CO2，而目前工业上往往使用石灰石煅烧的CO2来作为补充原料参加反应，但是石灰石煅 烧CO2含量少，固体颗粒多，需要多道净化工序处理，增加了成本。这两种方法都会向大气 排放大量的尾气，从而破坏环境，尤其是CO2等温室气体的排放，更加重了环境负担。因此本发明人考虑，在原有技术的基础上将整个工艺流程转变成可循环工艺，使 得95%以上的碳化尾气与碳化母液重复使用。按照本发明，首先将尾气与吸收剂混合制备碳化氨水；所述尾气包括二氧化碳 和/或氨气；所述吸收剂为水或碳化母液；然后将所述碳化氨水与二氧化碳体积百分数为 35% 40%的混合气体反应，生成碳酸氢铵与碳化母液以及碳化尾气；最后将碳化尾气通 过循环动力的作用与二氧化碳混合制备所述混合气体，并重复步骤b)操作；所述碳化母液 与所述尾气混合重复步骤a)操作。本发明使用的尾气可以是合成氨尾气或合成三聚氰胺的尾气或者含有二氧化碳 和/氨气的气体。使用吸收剂吸收尾气中的氨气和二氧化碳，生成碳化氨水。所述碳化氨 水中优选包括14wt% 16wt%的氨和llwt% 13wt%的二氧化碳。所述吸收剂可以为软 水、碳化母液。这样做的目的是为了使尾气中的有效成分二氧化碳和氨气能够被充分的吸 收，而碳化氨水可以作为合成碳酸氢铵的缓冲步骤，使反应更容易进行。碳化氨水的制备完 成后通入吸收塔内。将所述碳化氨水与二氧化碳体积百分数为35 % 40 %的混合气体反应，生成碳 酸氢铵。本发明使用非易燃易爆气体与纯二氧化碳混合作为混合气体，所述非易燃易爆气 体可以为氮气或碳化尾气。所述纯二氧化碳经过压缩机压缩后压力由20kPa 25kPa的升 压至0. 4MPa 0. 6MPa并与通过循环动力作用的碳化尾气或氮气混合，得到混合气体。本 发明优选使用循环气压缩机或循环气泵提供循环动力。优选将所述混合气体冷却至40°C 50°C通入吸收塔内与碳化氨水充分反应，得到碳酸氢铵悬浮液与所述碳化尾气。将所述碳酸氢铵悬浮液通入真空分离器中，所述真空分离器的操作真空度优选为 IO-1IiPa 10_2kPa，分离器转速优选为50rad/min lOOrad/min。经过真空分离器分离后， 得到碳酸氢铵与碳化母液，碳酸氢铵从出料口输出并包装。碳化母液返回吸收剂缓冲罐中 重复使用。按照本发明，优选向大气中释放所述碳化尾气体积的 2%气体作为驰放部 分，用来平衡吸收塔内的压力。将经过驰放操作的碳化尾气通入洗涤塔内，用水吸收碳化尾 气中未反应的氨气，得到洗涤液和洗涤后的碳化尾气。所述洗涤液返回吸收剂缓冲罐中重 复使用，洗涤后的碳化尾气通过真空分离器进行分离操作，分离出洗涤后的碳化尾气中的 水分，分理处的水分依然通入吸收剂缓冲罐中重复使用。经过分离操作后的碳化尾气通过 循环气压缩机与压缩后的纯二氧化碳混合重复使用。以下将用具体实施例来阐述本发明的方案。实施例11、将低压法合成三聚氰胺尾气经过除尘操作后送入吸收塔内，与吸收剂接触制备 碳化氨水，控制碳化氨水中氨含量为15wt%，二氧化碳含量为12%，吸收剂为软水。2、将压力为20kPa的纯二氧化碳通过压缩机压缩将压力升至0. 4MPa，将升压后的 纯净二氧化碳冷却至40°C并通入气体缓冲罐中，用氮气稀释气体缓冲罐中的二氧化碳，使 得二氧化碳的体积占总体积的40%。将气体缓冲罐中的混合气体通入吸收塔下部，通过在吸收塔上部安装喷淋装置向混合气体喷淋碳化氨水，充分接触反应，生成碳酸氢铵悬浮液 与碳化尾气。3、将碳酸氢铵悬浮液通入真空分离器中，真空度为10_2kPa，转速为SOrad/Vmin， 从悬浮液中分离出碳酸氢铵，剩下的部分为碳化母液。将所述碳化母液通过水泵输送回吸 收剂缓冲罐作为吸收剂使用。4、将碳化尾气进行驰放操作，释放占碳化尾气总体积1 %的气体，然后通入清洗塔 中，进行洗涤操作。洗涤塔中的洗涤水量为0. 8m3/h，洗涤操作结束后，洗涤液通过泵送至吸 收剂缓冲罐。洗涤后的碳化尾气进入分离器中分离碳化尾气中夹带的水分，并通过循环气 压缩机返回混合气体缓冲罐重复使用。通过实施例1的方法制备的碳酸氢铵纯度为95%以上，排放的废气中二氧化碳含 量小于二氧化碳总量的0. 5%，实现了工艺的循环操作，降低了对环境的损害。而使用纯净 的二氧化碳也降低了生产过程中气体中参杂的固体颗粒对压缩机的损害。以上对本发明提供的一种碳酸氢铵的制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了 具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本 发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发 明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权 利要求的保护范围内。
权利要求
一种碳酸氢铵的制备方法，其特征在于，包括a)将尾气与吸收剂混合制备碳化氨水；所述尾气包括二氧化碳和/或氨气；所述吸收剂为水或碳化母液；b)将所述碳化氨水与二氧化碳体积百分数为35％～40％的混合气体反应，生成碳酸氢铵与碳化母液以及碳化尾气；c)碳化尾气通过循环动力的作用与二氧化碳混合制备所述混合气体，并重复步骤b)操作；所述碳化母液与所述尾气混合重复步骤a)操作。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)具体为 bl)将压力为20kPa 25kPa的二氧化碳升压至0. 4MPa 0. 6MPa ；b2)将所述升压后的二氧化碳与非易燃易爆气体混合得到所述混合气体； b3)将所述碳化氨水与混合气体混合反应生成碳酸氢铵悬浮液和所述碳化尾气； b4)将所述碳酸氢铵悬浮液离心分离得到碳酸氢铵与碳化母液； b5)将所述碳化尾气进行驰放、洗涤、分离操作。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化氨水包括14wt% 16wt% 的氨和llwt% 13wt%的二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化尾气包括二氧化碳、氨气、 氮气或水中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化母液包括碳化氨水、氨水、 二氧化碳、水中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述循环动力由循环气压缩机或循 环气泵提供。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，还包括将步骤b2)制备的混合气体冷 却至40°C 50°C，然后进行步骤b3)的操作。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述非易燃易爆气体包括氮气、或碳化尾气。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述驰放具体为释放占所述碳化尾 气总体积 2%的气体。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤具体为用0.5m3/h 1. OmVh的水洗涤所述驰放后的碳化尾气，所述洗涤后的洗涤液与碳化母液混合得到所述 吸收剂。
全文摘要
本发明提供了一种碳酸氢铵的制备方法，a)将尾气与吸收剂混合制备碳化氨水；所述尾气包括二氧化碳和/或氨气；所述吸收剂为水或碳化母液；b)将所述碳化氨水与二氧化碳体积百分数为35％～40％的混合气体反应，生成碳酸氢铵与碳化母液以及碳化尾气；c)碳化尾气通过循环动力的作用与二氧化碳混合制备所述混合气体，并重复步骤b)操作；所述碳化母液与所述尾气混合重复步骤a)操作。本发明的提供的方法实现了碳酸氢铵制备的可循环操作，降低了有害气体的排放，降低了能耗，既保护了环境又节约了生产成本。
文档编号C01C1/26GK101905893SQ201010273290
公开日2010年12月8日 申请日期2010年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者刘德义, 宋根, 杨德霖 申请人:四川美青氰胺有限责任公司