专利名称：一种制备氯甲烷和氨的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属化工设备技术领域，具体涉及一种用氯化铵和甲醇气固相法制备氯甲烷和氨的装置。
背景技术：
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. SkJ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Al2O3，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。
发明内容[0006]本实用新型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，它能够在本实用新型装置中同时进行复合反应，并且同时解决了实用新型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。本实用新型采用以下技术方案予以实现。
本实用新型一种制备氯甲烷和氨的装置，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，其中第一旋风分离器的上部设有烟道气出口，第二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第一孔道和第二孔道；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，即第一孔道和第二孔道。所述反应段和气固分离室为圆柱体，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。所述气体分布器的开孔率为 5% 40%。本实用新型与现有技术相比具有以下显著的优点①在一个反应器中同时实现氯化铵与甲醇反应和催化剂再生两个过程，设备简单、工艺流程短，投资少。②在反应的同时，解决了催化剂积炭问题。③利用烟道气提供反应所需热量和催化剂再生所需热量，大大降低了能耗。
图1为本实用新型制备氯甲烷和氨的装置的结构示意图。图2为本实用新型制备氯甲烷和氨的装置的俯视图。图中各部件说明1催化剂入口 ；2.气固分离室；3.长竖向隔板；4.反应段；5.短竖向隔板；6.氯化铵入口 ；7.气体分布器；8.第一孔道；9.风室；10.催化剂出口 ；11.甲醇进口 ；12.烟道气进口 ；13.反应混合气出口 ；14.烟道气出口 ；15.第一旋风分离器；16.第二孔道；17.第二旋风分离器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明参见图1、图2，本实用新型一种制备氯甲烷和氨的装置，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，其中第一旋风分离器15的上部设有烟道气出口 14，第二旋风分离器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的下部两端开有第一孔道8和第二孔道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。所述长竖 向隔板3和短竖向隔板5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3的下部设置了孔道，即第一孔道8和第二孔道16。所述反应段4和气固分离室2为圆柱体，所述气固分离室2与反应段4的横截面边长比为2 1，所述反应段4的高与横截面边长比为16 1 25 1。所述气体分布器7的开孔率为5% 40%。本实用新型具体实施过程为a.将催化剂Al2O3从催化剂入口 1经气固分离室2加入到反应段4中，由烟道气进口 12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5上方进入区域C，再由长竖向隔板3下部一端的第二孔道16进入区域B，然后经由短竖向隔板5上方进入区域A， 最后又经长竖向隔板3下部另一端的第一孔道8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该装置温度控制在 320 350°C ；此温度高于甲醇的饱和温度，以便使进入的甲醇蒸汽不发生冷凝，并且为氯化铵分解和氯甲烷合成的适合温度。b.待催化剂颗粒循环稳定，该装置温度控制在320 350°C稳定后，由甲醇进口 11 经气体分布器7向反应段4的区域B通入甲醇蒸汽。c.用螺旋进料器从氯化铵入口 6加入原料氯化铵。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2后进行气固分离，固体颗粒由于重力的作用返回反应段4内的区域B，被气体夹带的催化剂颗粒或未分解的氯化铵固体颗粒经第二旋风分离器17进一步分离后，生成氯甲烷和氨，并从第二旋风分离器17的顶部反应混合气出口 13流出，催化剂和未反应的氯化铵固体颗粒经第一旋风分离器15的底部料管进入反应段4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，积碳的催化剂积碳的催化剂由短竖向隔板5上方进入区域A，又经长竖向隔板3下部一端的第一孔道8进入区域D，在D区域中，由烟道气进口 12进入的烟道气将催化剂颗粒上的积碳烧掉，使催化剂再生，再生的催化剂由短竖向隔板5上方进入区域C， 再由长竖向隔板3的下部另一端的第二孔道16进入区域B中继续使用；失活催化剂从反应段4下端侧的催化剂出口 10排出。
权利要求1.一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，其中第一旋风分离器(15)的上部设有烟道气出口 (14)，第二旋风分离器(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)的下部两端开有第一孔道(8)和第二孔道(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。
2.如权利要求1所述的制备氯甲烷和氨的装置，其特征是，所述长竖向隔板(3)和短竖向隔板(5)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(3)的下部设置了孔道，即第一孔道(8)和第二孔道(16)。
3.如权利要求1所述的制备氯甲烷和氨的装置，其特征是，所述反应段(4)和气固分离室(2)为圆柱体，所述气固分离室(2)与反应段(4)的横截面边长比为2 1，所述反应段 (4)的高与横截面边长比为16 1 25 1。
4.如权利要求1所述的制备氯甲烷和氨的装置，其特征是，所述气体分布器(7)的开孔率为5% 40%。
专利摘要本实用新型属化工设备技术领域，涉及一种制备氯甲烷和氨的装置。它包括从上至下依次相连的气固分离室、反应段、风室。本实用新型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。采用本实用新型装置，可解决反应所需大量热的传递问题和设备材质问题，而且使装置轴向高度上限制产物氯甲烷和氨的返混，对抑制副反应有很好的效果。本实用新型具有设备集成度高、工艺简单、转化率高、选择性好和容易控制等优点。
文档编号B01J8/08GK202113843SQ20112021169
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者刘硕, 姜海超, 孙玉捧, 尚建楠, 张志昆, 张文娇, 胡永琪, 魏士东 申请人:河北科技大学