氯化铵的转化与氯乙烯的制备.docVIP

氯化铵的转化与氯乙烯的制备 1 研究背景 上世纪40年代末50年代初，日本学者对氯化铵进行了大量的研究，通过与硫酸铵、尿素、硝酸铵等其他氮素肥料进行比较，主要解决以下问题：肥料流失；土壤酸碱性反应；硝化；氯根（Cl—）与硫酸根（SO42—）比较；对于水田和旱地的比较；对各种农作物肥效比较等等，试验工作取得较好的效果，从而对氯化铵的生产和使用起了很好的作用[1]。 随着工业不断发展，各行业对氯资源的需求日趋旺盛。据统计，国内纯碱每年有近17Mt的产量，消耗工业盐20Mt，其中有约12Mt的氯资源被排放到自然界中，既造成氯资源浪费，又污染了环境。另一方面，由于材料工业的发展，氯的需求促进氯碱行业的快速发展，“以氯定碱”的形式逐渐形成，氯碱工业的发展造成了一定程度的烧碱过剩，同时加大了对工业盐资源和能源的消耗。因此，从联碱产业、循环经济和绿色产业的角度来讲，研究氯化铵转化，将氯化铵转化成肥料工业所需的氨和材料工业所需的氯资源，不仅减少了对工业盐资源的消耗，还可以减少氨的消耗，降低对环境的影响，同时可以实现氯碱和纯碱工艺的联合，对企业、对行业，甚至对社会都是有利的[2]。目前，不少研究机构和纯碱企业都在研究氯化铵的综合利用问题，主要方案是回收氨进行制碱循环，而将氯转化为氯化氢、氯气和氯乙烯等有机氯产品，虽有不少相关报道和专利申请，但尚无成功的工业化装置和生产工艺。 氯乙烯作为最重要的有机化工产品之一，是用于生产聚氯乙烯的重要单体。制备氯乙烯需要大量的氯资源，充分利用了氯碱行业中排放的氯，减小了对环境的污染。就制取氯乙烯的方法和生产工艺进行了较长时间的工业生产和工艺改造后，产生了电石法、二氯乙烷法、氧氯化法和乙烯乙炔法等工艺，发展到目前世界上最先进的平衡氧氯化工艺，人们仍然在不断探索，以求找到更加完善的生产工艺。目前，国外大部分公司都采用乙烯平衡氧氯化法进行生产，而国内只有少数大公司采用此技术。由于我国经济不断增长，对乙烯和氯乙烯的需求量很大，对原料的需求也要求相应的增加。因此，国内对氯乙烯技术的改造和应用具有很好的发展空间。 氯乙烯的制备需要大量的氯源，而采用氯化铵的转化技术为氯乙烯的制备提供良好的氯源，不仅节约资源，还能保护环境，成为目前研究氯乙烯生产的一条主要路线。专利[3]CN101830773A中一种氯化铵分解制氯乙烯的方法。此法突出的优点是将氯化铵与乙炔在以活性炭为载体的催化剂作用下直接制得氯乙烯，并回收氨气，提供了一种非汞催化电石法制氯乙烯的新工艺，可以彻底解决我国电石法制氯乙烯工业的汞污染问题，同时，这是一种非电解法制氯乙烯的工艺，因此又可大量节约电能。 2氯化铵 2.1 物化性质[4] 氯化铵（NH4Cl）是白色结晶物质，其分子量为53.5，比重1.52。在加热时不熔化而升华，特别是温度超过100℃时，这一点更加显著。氯化铵在水蒸气的存在下加热时，便分解成气态的NH3和HCl（在350℃时达83%）。氯化铵易溶于水，它随温度的升高溶解速度加快，溶解时间缩短。纯氯化铵含氮量为26.1%，工业氯化铵含氮量为24～25%。一般不易吸湿结块，但由于生产氯化铵时要加一些辅助剂，如氯化钠、硫酸钠等会导致吸湿性增大。 氯化铵作为一种含氮的无机肥料，其含量比硫酸铵和碳酸氢铵高，是在制碱工业的兴起而逐渐发展起来的。由于“联合制碱法”的新工艺的成功，氯化铵作为纯碱工业的副产物，廉价且易制造，以及吸湿性小和不易粘结等性质，易被作物吸收利用，过去在农业中得到了广泛的应用。但是氯化铵的氯根对某些作物具有不良作用，所以必须因地制宜或采取措施，才能使其在农业上得到广泛应用。工业上用于镀锡、焊接和印染业中，也用于烟雾剂和某些药剂的制造等。 2.2 氯化铵的制备 氯化铵的制备主要有以下几种方法[1,5]： （1）氯化氢和氨制取氯化铵 氯化氢与氨作用的化学反应式为： HCl + NH3 = NH4Cl 此反应为放热反应。一般采用液相法制取氯化铵，液相法的过程是：用已制备好的氯化铵饱和溶液，在吸收塔中喷淋，逆流方向吸收氯化氢气体，然后，将饱和了HCl的氯化铵溶液，由吸收塔送入反应器，在此用气氨中和至游离氨含量约为3g/l。反应生成的氯化铵悬浊液经澄清，离心机分离出的结晶即为氯化铵，而母液返回吸收塔循环使用。 （2）硫酸铵和氯化物复分解法制取氯化铵 其反应式为： (NH4)2SO4 + 2NaCl(2KCl) = 2NH4Cl + Na2SO4(K2SO4) 得到的NH4Cl保留在溶液中，另一个盐则呈沉淀析出。分出沉淀后，蒸发或冷却、结晶后，从溶液中析出氯化铵。 （3）纯碱生产过程中制取氯化铵 氨碱法生产的反应式为： NaCl + NH3 + CO2 + H2O = NaHCO3 + NH4Cl 采用两种方法从滤液中析出氯化铵：第一种方法是蒸发滤液并加以冷却