專利名稱：二步法氨基磺酸的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氨基磺酸的制備工藝，尤其涉及一種以尿素、硫酸和三氧化硫?yàn)樵?，二步法制備干品氨基磺酸的改進(jìn)工藝。
背景技術(shù)：
氨基磺酸的制備方法有多種，如溶劑散熱法、液體三氧化硫過(guò)量法、固態(tài)溶劑法、二步法等。溶劑散熱法是試圖通過(guò)溶劑汽化——冷凝，來(lái)散逸反應(yīng)熱，從而控制反應(yīng)的進(jìn)行。美國(guó)專利4,386,060公開(kāi)了一種方法，即采用氟氯烴作為溶劑，直接生產(chǎn)含量達(dá)到92％的干品氨基磺酸，但產(chǎn)品顏色泛黃，且氟氯烴將在2005年被禁止使用，故已無(wú)現(xiàn)實(shí)意義。
液體三氧化硫過(guò)量法是將反應(yīng)物尿素和硫酸放入大量的液體三氧化硫中進(jìn)行反應(yīng)，液體三氧化硫作為反應(yīng)的一種液態(tài)溶劑，以散逸反應(yīng)熱及控制反應(yīng)的進(jìn)行，如美國(guó)專利2,408,823。這種方法雖然可以生產(chǎn)含量達(dá)到92％的干品氨基磺酸，但由于液體三氧化硫價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本高，經(jīng)濟(jì)上難以承受。
美國(guó)專利2,408,492公開(kāi)了一種固態(tài)溶劑法，即在有大量固態(tài)溶劑存在的條件下，將各反應(yīng)物堆放在一起，具體比例保證反應(yīng)物料呈表觀干燥且確實(shí)無(wú)任何連續(xù)液態(tài)相存在。該溶劑是為了阻礙反應(yīng)的自我加速，為反應(yīng)的氣態(tài)產(chǎn)物二氧化碳的釋放提供巨大表面積，從而達(dá)到控制反應(yīng)溫度的目的。但該方法所制備的干品氨基磺酸存在雜質(zhì)含量高、收率低的缺點(diǎn)。
二步法是指在第一步反應(yīng)中所有的反應(yīng)物料尿素、硫酸和三氧化硫首先加入一帶冷卻功能的預(yù)混器，反應(yīng)生成一種絡(luò)合液體，接著該絡(luò)合液體在第二步被加熱生成氨基磺酸。如美國(guó)專利2,390,648、2,409,572等，其中美國(guó)專利2,409,572，是在美國(guó)專利2,390648基礎(chǔ)上的一個(gè)改進(jìn)工藝，其采用一帶內(nèi)夾套冷卻的預(yù)混器及一用于冷卻循環(huán)料漿的外部冷卻器，來(lái)實(shí)現(xiàn)第一步反應(yīng)。該工藝對(duì)反應(yīng)溫度的控制要求特別嚴(yán)格，尤其在使用濃度高于45％的發(fā)煙硫酸時(shí)，反應(yīng)溫度必須嚴(yán)格控制在35~40℃范圍內(nèi)，高于此溫度范圍，氨基磺酸的生成反應(yīng)速度加快，氨基磺酸的生成量增加，從而引起料漿粘性增強(qiáng)；而低于此溫度范圍，則接近發(fā)煙硫酸的凝固溫度，料漿粘性也隨之增強(qiáng)，有數(shù)據(jù)顯示，低于此溫度范圍6℃，料漿粘度將增加一倍。可見(jiàn)無(wú)論高于或低于35~40℃范圍，都將使原本粘性就較大的料漿輸送更加困難。在大規(guī)模生產(chǎn)中，勢(shì)必存在傳熱難以正常、穩(wěn)定進(jìn)行，一旦外部冷卻器的冷凝管堵塞，將導(dǎo)致惡性循環(huán)，出現(xiàn)反應(yīng)失去控制的危險(xiǎn)，甚至出現(xiàn)爆炸的危險(xiǎn)。另外，同上述原理一樣，該工藝對(duì)夾套冷卻水溫度也有特別嚴(yán)格的控制要求，尤其不能低到使發(fā)煙硫酸凝固。這些不僅加大了控制操作的難度，而且也造成生產(chǎn)出來(lái)的氨基磺酸產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在上述美國(guó)專利2,409,572二步法流程基礎(chǔ)上的改進(jìn)和創(chuàng)新工藝，目的在于提供一種操作彈性大、操作難度和操作危險(xiǎn)性小、流程簡(jiǎn)潔，并可使用價(jià)格便宜、方便易得的硫酸工廠的三氧化硫轉(zhuǎn)化氣作為原料，直接生產(chǎn)含量大于92％的干品氨基磺酸的工藝路線。
本發(fā)明保留了美國(guó)專利2,409,572直接生產(chǎn)高含量干品氨基磺酸的工藝優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)其第一步反應(yīng)進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。特別地，本發(fā)明第一步反應(yīng)進(jìn)行如下連續(xù)地將全部的硫酸或濃度低于38％的發(fā)煙硫酸加入到多級(jí)反應(yīng)釜的第一釜，同時(shí)加入尿素和三氧化硫，攪拌并冷卻抑制氨基磺酸的生成反應(yīng)，其中三氧化硫分段限量加入，第一釜三氧化硫累計(jì)量不超過(guò)加入硫酸mo1數(shù)的75％，硫酸、尿素和三氧化硫三種原料累計(jì)mol比為1∶1∶1.3~1.6，各釜反應(yīng)溫度依據(jù)三氧化硫加入比例，由高到低在70~25℃范圍內(nèi)設(shè)定。
所述的多級(jí)反應(yīng)釜，至少為2釜，最好3~4釜，多于4釜雖然操作更趨向安全、穩(wěn)定，但存在裝置投資大、占地面積大、能耗高的缺點(diǎn)。
采用3釜以上連續(xù)操作時(shí)，尿素也可分段加入，其中，末級(jí)釜避免加入尿素，否則不能保證尿素的充分完全反應(yīng)，從而影響最終氨基磺酸產(chǎn)品質(zhì)量。
采用3釜連續(xù)操作時(shí)，第一、二、三釜三氧化硫累計(jì)加入量占加入硫酸mol數(shù)的0~75％、75~100％、130~160％，第一、二釜尿素累計(jì)加入量占加入硫酸mol數(shù)的50~100％、100％，第一、二、三釜溫度分別控制在25~70℃、25~55℃、25~40℃范圍內(nèi)，反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行且生成的氨基磺酸產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
上述發(fā)明是基于這樣的思路提出的提高溫度有利于尿素、硫酸和三氧化硫絡(luò)合反應(yīng)的進(jìn)行，但同時(shí)也加速氨基磺酸的生成反應(yīng)，這恰恰又是第一步反應(yīng)所不希望的。但無(wú)論是第一步的絡(luò)合反應(yīng)，還是氨基磺酸的生成反應(yīng)，其反應(yīng)速度均受到三氧化硫用量的限制，當(dāng)三氧化硫用量增加時(shí)，該二步反應(yīng)速度皆加快；同樣，降低前期三氧化硫用量，可平緩第一步的放熱反應(yīng)，抑制第二步反應(yīng)發(fā)生，這時(shí)提高溫度將加速第一步反應(yīng)的進(jìn)行，但反應(yīng)并不劇烈，而第二步氨基磺酸的生成反應(yīng)并不表現(xiàn)加速，而且由于傳熱溫差的加大，使反應(yīng)易于控制而不危險(xiǎn)。因此，通過(guò)控制三氧化硫加入量的比例，提高第一步反應(yīng)前期溫度來(lái)加速絡(luò)合反應(yīng)的進(jìn)行，而且反應(yīng)平緩，同時(shí)氨基磺酸的生成反應(yīng)得到抑制。即通過(guò)設(shè)置第一步反應(yīng)前期較高溫度、三氧化硫限量加入；后期反應(yīng)溫度較低、三氧化硫足量加入，不僅達(dá)到提高第一步反應(yīng)速度、降低第一步反應(yīng)激烈程度、抑制氨基磺酸的生成反應(yīng)的目的，而且由于第一步反應(yīng)前期溫度較高，有利于傳熱的進(jìn)行和溫度的控制，也加大了工藝的操作彈性，降低了操作難度和操作危險(xiǎn)性。
本發(fā)明在裝置的使用上，選用帶內(nèi)夾套冷卻的反應(yīng)釜，落差流動(dòng)連續(xù)反應(yīng)方式，避免使用料漿泵、管式冷凝器及多閥門操作，流程簡(jiǎn)潔，操作方便靈活，提高了裝置的安全運(yùn)行系數(shù)。
另外，本發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)可以使用方便易得、成本低廉的硫酸工廠的一段和二段三氧化硫轉(zhuǎn)化氣替代液體三氧化硫作為原料，生產(chǎn)含量大于92％的干品氨基磺酸，解決了直接生產(chǎn)高含量干品氨基磺酸就必須使用濃度高于45％的發(fā)煙硫酸或液體三氧化硫的難題。在應(yīng)用硫酸工廠的一段和二段三氧化硫轉(zhuǎn)化氣時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行冷卻處理，由于一段轉(zhuǎn)化氣中三氧化硫含量高，處理的物料量相對(duì)較少，有利于節(jié)約冷卻能耗，所以使用高濃度的一段三氧化硫轉(zhuǎn)化氣為好。
本發(fā)明與現(xiàn)有二步法氨基磺酸的制備工藝相比，由于采用三氧化硫分段限量加入及落差流動(dòng)方式，拓寬了工藝參數(shù)的操作范圍，降低了操作難度和操作危險(xiǎn)性；采用硫酸工廠的三氧化硫轉(zhuǎn)化氣替代液體三氧化硫作為原料，大幅度地降低了氨基磺酸的生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式
以下所述的實(shí)施例中，除特別指明的以外，物料量均是指重量。
實(shí)施例1由二個(gè)反應(yīng)釜串聯(lián)組成的連續(xù)反應(yīng)裝置，以每小時(shí)80份20％濃度的發(fā)煙硫酸、40份的尿素、25份液體三氧化硫的速率加入第一反應(yīng)釜，攪拌并冷卻控制在50~40℃溫度范圍；再以每小時(shí)35份液體三氧化硫的速率加入第二反應(yīng)釜，攪拌并冷卻控制在40~25℃溫度范圍；反應(yīng)生成的絡(luò)合物由第二反應(yīng)釜連續(xù)溢流至結(jié)片機(jī)，加熱到70~90℃立即生成干品氨基磺酸，再經(jīng)脫氣裝置脫除三氧化硫，最終產(chǎn)品氨基磺酸含量93.58％，相對(duì)尿素產(chǎn)率94.67％。
實(shí)施例2由三個(gè)反應(yīng)釜串聯(lián)組成的連續(xù)反應(yīng)裝置，以每小時(shí)161份31％濃度的發(fā)煙硫酸、40份的尿素加入第一反應(yīng)釜，攪拌并冷卻控制在55~45℃溫度范圍；再以每小時(shí)35份尿素、50份三氧化硫(硫酸工廠的一段三氧化硫轉(zhuǎn)化氣，含三氧化硫體積比7.9％)的速率加入第二反應(yīng)釜，攪拌并冷卻控制在46~40℃溫度范圍，最后以每小時(shí)50份三氧化硫(同上)的速率加入第三反應(yīng)釜其料溫控制在40~20℃；反應(yīng)生成的絡(luò)合物由第三反應(yīng)釜連續(xù)溢流至結(jié)片機(jī)，加熱到70~90℃立即生成干品氨基磺酸，再經(jīng)脫氣裝置脫除三氧化硫，最終產(chǎn)品氨基磺酸含量93.00％，相對(duì)尿素產(chǎn)率93.56％。
實(shí)施例3由四個(gè)反應(yīng)釜串聯(lián)組成的連續(xù)反應(yīng)裝置，以每小時(shí)181份22％濃度的發(fā)煙硫酸，30份尿素加入第一反應(yīng)釜，攪拌并冷卻控制料液溫度在60~50℃之間，再以每小時(shí)30份尿素、35份三氧化硫(硫酸工廠的一段三氧化硫轉(zhuǎn)化氣，含三氧化硫體積比7.9％)的速率加入第二反應(yīng)釜，再以每小時(shí)27份尿素，35份三氧化硫(同上)加入第三反應(yīng)釜，第四反應(yīng)釜每小時(shí)加入40份三氧化硫(同上)，這三個(gè)反應(yīng)釜的物料溫度分別控制在55~45℃、45~40℃、40~25℃，自第一、第二、第三、第四反應(yīng)釜溢流出來(lái)的反應(yīng)物料分別進(jìn)入第二、第三、第四反應(yīng)釜和結(jié)片機(jī)。流至結(jié)片機(jī)上的絡(luò)和物被立即加熱至70~90℃，并迅速生成干品氨基磺酸，經(jīng)脫氣裝置脫除三氧化硫，最終產(chǎn)品氨基磺酸含量93.45％，相對(duì)尿素收率95.02％。
權(quán)利要求
1.一種二步法氨基磺酸的制備工藝，其中第一步反應(yīng)包括以下步驟連續(xù)地將全部的硫酸或濃度低于38％的發(fā)煙硫酸加入到多級(jí)反應(yīng)釜的第一釜，同時(shí)加入尿素和三氧化硫，攪拌并冷卻抑制氨基磺酸的生成反應(yīng)，其中三氧化硫分段限量加入，第一釜三氧化硫累計(jì)量不超過(guò)加入硫酸mol數(shù)的75％，硫酸、尿素和三氧化硫三種原料累計(jì)mol比為1∶1∶1.3~1.6，各反應(yīng)釜溫度依據(jù)三氧化硫加入比例，由高到低在70~25℃范圍內(nèi)設(shè)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，所述的三氧化硫是硫酸工廠的三氧化硫轉(zhuǎn)化氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述的多級(jí)反應(yīng)釜，最好是3~4釜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的工藝，其中所述的反應(yīng)釜采用落差流動(dòng)連續(xù)反應(yīng)方式操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的工藝，采用3釜以上連續(xù)操作時(shí)，尿素分段加入，但末級(jí)釜不加入尿素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的工藝，采用3釜連續(xù)操作時(shí)，第一、二、三釜三氧化硫累計(jì)加入量占加入硫酸mol數(shù)的0~75％、50~100％、130~160％，第一、二、三釜溫度分別控制在25~70℃、25~55℃、25~40℃范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種二步法氨基磺酸的制備工藝，通過(guò)設(shè)置第一步反應(yīng)前期較高溫度、三氧化硫限量加入；后期反應(yīng)溫度較低、三氧化硫足量加入，達(dá)到提高第一步反應(yīng)速度、降低第一步反應(yīng)激烈程度、抑制氨基磺酸生成反應(yīng)的目的，同時(shí)也加大了工藝的操作彈性，降低了操作難度和操作危險(xiǎn)性。另外，本發(fā)明采用硫酸工廠的三氧化硫轉(zhuǎn)化氣作為原料，大幅度地降低了氨基磺酸的生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C01B21/00GK1597500SQ03159539
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月18日
發(fā)明者葉麗君, 魯軍, 崔應(yīng)虎, 羅自力, 花勇 申請(qǐng)人:銅陵化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司