一种氨与二氧化碳混合制备双氰胺的系统与方法
阅读说明：本技术 一种氨与二氧化碳混合制备双氰胺的系统与方法 (System and method for preparing dicyandiamide by mixing ammonia and carbon dioxide ) 是由 唐印 宋国天 雷林 秦艳妮 孔德利 李刚 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及双氰胺生产技术领域,具体为一种氨与二氧化碳混合制备双氰胺的系统与方法。该方法包括如下步骤：将来自捕集器的气体通过压缩机后与经过预热的氨进入反应器中反应得到单氰胺气体,将含有固体杂质的单氰胺气体经过滤器-1过滤后,在聚合反应器中聚合得到双氰胺气体,将双氰胺气体中含有的固体杂质经过滤器-2过滤后,进入以二氧化碳为工艺冷气的结晶器中冷却结晶后,在捕集器中收集得到双氰胺固体,气体一部分经压缩机进入反应器中,一部分作为工艺尾气处理再用。利用本发明得到的双氰胺固体,在保证产品质量及纯度高的基础上,实现了工艺流程简单,绿色环保,且原料利用率高,同时副产蒸汽,能耗低,节省成本。(The invention relates to the technical field of dicyandiamide production, in particular to a system and a method for preparing dicyandiamide by mixing ammonia and carbon dioxide. The method comprises the following steps: the method comprises the steps of enabling gas from a trap to pass through a compressor and then react with preheated ammonia in a reactor to obtain cyanamide gas, filtering the cyanamide gas containing solid impurities through a filter-1, polymerizing in a polymerization reactor to obtain dicyandiamide gas, filtering the solid impurities contained in the dicyandiamide gas through a filter-2, cooling and crystallizing in a crystallizer using carbon dioxide as process cold air, collecting dicyandiamide solid in the trap, enabling part of the gas to enter the reactor through the compressor, and enabling part of the gas to be treated and reused as process tail gas. The dicyandiamide solid obtained by the method realizes simple process flow, environmental protection, high raw material utilization rate, byproduct steam, low energy consumption and cost saving on the basis of ensuring high product quality and purity.)
技术领域
本发明涉及双氰胺生产技术领域，具体为一种氨与二氧化碳混合制备双氰胺的系统与方法。
背景技术
双氰胺，别名二氰二胺、二聚氨基氰(是氰胺的二聚体，也是胍的氰基衍生物)，分子式为(NH2CN)2。双氰胺通常呈针状、菱状、鳞状或粉末状的白色结晶体，其熔点为205℃。
现有的双氰胺的制备方法是将氰氨化钙水解所得的氰氨氢钙悬浮液，经真空过滤除去氢氧化钙滤渣，再向滤液通入二氧化碳将钙以碳酸钙的形式沉淀出来，得到氨基氰液。使其在碱性条件下聚合，再经过滤、冷却结晶、分离、干燥，得二聚氰胺。其方程式如下：
2CaCN2+2H2O→Ca(HCN2)2+Ca(OH)2
Ca(HCN2)2+CO2+H2O→2NH2CN+CaCO3
2NH2CN→(NH2CN)2
现有石灰氮法工艺技术中影响双氰胺质量指标的主要因素为产品中含有的氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙等杂质。石灰氮法的生产工艺流程长，设备费用高，会产生大量的废渣和废水，造成环境污染严重，致使成本大，同时石灰氮水解脱钙过程中需大量冷却水控温，会造成能耗和水资源的极大浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氨与二氧化碳混合制备双氰胺的方法，该方法利用氨与二氧化碳混合反应，聚合等过程制备的双氰胺产品，使产品中无任何含钙及其他杂质，可解决石灰氮法中钙杂质对双氰胺的质量影响因素，该方法相对石灰氮法工艺流程简单，不产生废渣和废水，原料利用率高，产品纯度高，可副产蒸汽，降低成本，同时生产流程中无需大量冷却水控温，可减少水资源的大量消耗，氨与二氧化碳制备双氰胺过程中，二氧化碳气体在系统中多次利用，可减少成本，同时降低能耗。
本发明的另外一个发明目的是提供一种应用于以上方法的系统。
为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案为：
一种氨与二氧化碳混合制备双氰胺的方法一，包括以下步骤：
①将来自捕集器的气体经压缩机压缩加压后通入反应器中，同时将氨预热后也通入反应器中，两者在反应器中混合反应得到单氰胺气体。单氰胺气体进入过滤器-1中，将带出的固体杂质过滤后，通入聚合反应器中。
②通入聚合反应器的单氰胺气体，在聚合反应器中聚合得到双氰胺气体。双氰胺气体进入过滤器-2中，将带出的固体杂质过滤后，送入结晶器中。
③双氰胺气体进入结晶器中，与作为工艺冷气的二氧化碳混合冷却结晶后，将夹带有双氰胺结晶的气体进入捕集器中完成气固分离，收集得到双氰胺固体，气体一部分经压缩机进入反应器中，一部分作为工艺尾气处理后再用。
作为本申请中一种较好的实施方式，所述氨预热后的温度为0-140℃，更进一步优选25-80℃。
作为本申请中一种较好的实施方式，氨与二氧化碳混合反应的反应器温度控制在650-900℃，更进一步优选720-800℃。
作为本申请中一种较好的实施方式，聚合反应器中聚合的温度为200-400℃，更进一步优选260-320℃。
作为本申请中一种较好的实施方式，工艺冷气二氧化碳温度为0-100℃，更进一步优选25-60℃。
作为本申请中一种较好的实施方式，通入的氨与二氧化碳的质量比为1:1～1.8。
一种氨与二氧化碳混合制备双氰胺的方法二，包括以下步骤：
①将来自捕集器的气体经压缩机压缩加压后通入反应器中，同时将二氧化碳预热后也通入反应器中，两者在反应器中混合反应得到单氰胺气体。单氰胺气体进入过滤器-1中，将带出的固体杂质过滤后，通入聚合反应器中。
②通入聚合反应器的单氰胺气体，在聚合反应器中聚合得到双氰胺气体。双氰胺气体进入过滤器-2中，将带出的固体杂质过滤后，送入结晶器中。
③双氰胺气体进入结晶器中，与作为工艺冷气的氨混合冷却结晶后，将夹带有双氰胺结晶的气体进入捕集器中完成气固分离，收集得到双氰胺固体，气体一部分经压缩机进入反应器中，一部分作为工艺尾气处理后再用。
作为本申请中一种较好的实施方式，所述二氧化碳预热后的温度为0-140℃，更进一步优选25-80℃。
作为本申请中一种较好的实施方式，二氧化碳与氨混合反应的反应器温度控制在650-900℃，更进一步优选720-800℃。
作为本申请中一种较好的实施方式，聚合反应器中聚合的温度为200-400℃，更进一步优选260-320℃。
作为本申请中一种较好的实施方式，工艺冷气氨的温度为0-100℃，更进一步优选25-60℃。
作为本申请中一种较好的实施方式，通入的二氧化碳与氨的质量比为1:1～1.8。
一种氨与二氧化碳混合制备双氰胺的方法中所采用的生产系统，其包括预热器、反应器、过滤器一、聚合反应器、过滤器二、结晶器和捕集器；预热器通过管道依次与反应器，过滤器一，聚合反应器，过滤器二，结晶器和捕集器连接；所述捕集器通过压缩机与反应器连接。
作为本申请中一种较好的实施方式，所述聚合反应器上设置有水加入口和蒸汽出口；所述过滤器一和过滤器二上均设置有杂质排出口；所述结晶器上设置有工艺冷气进口。
作为本申请中一种较好的实施方式，所述的反应器为流化床反应器或固定床反应器，反应器通过管道与烟气系统连接，利用高温烟气提供热量。
作为本申请中一种较好的实施方式，聚合反应器中聚合反应中的热量可利用水吸收，水变为蒸汽以进行移热。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(一)、对比石灰氮法生产双氰胺的生产流程(附图2)中涉及水解、脱钙、聚合、结晶、分离、干燥等步骤，本发明中的生产流程中涉及高温反应、聚合、结晶、捕集等步骤，其相对石灰氮法流程短，设备数量少，可减少一次性设备投资。
(二)、本发明中利用现有的氨、二氧化碳为原料制备双氰胺，在流程上减少对氨、二氧化碳的处理过程，可减少能耗，同时利用现有的氨、二氧化碳可降低运输成本及原料成本。
(三)聚合反应器中单氰胺的聚合过程会有大量热量，现将水进入聚合反应器吸收热量以副产蒸汽，避免聚合反应器温度过高腐蚀设备、破坏聚合过程，同时可减少热量的损失，节约能耗。
(四)二氧化碳由结晶器进入，其目的是：(1)作为工艺冷气对来自聚合反应器的双氰胺气体进行冷却结晶；(2)作为原料，由结晶器进入，可利用对双氰胺气体的冷却对其进行升温。若将二氧化碳直接进入反应器中，需要对其进行预热，增加能耗，另需要对结晶通入工艺冷气，增加成本。二氧化碳气体夹带双氰胺固体进入捕集器，气固分离后，一部分气体经过压缩机压缩加压后进入反应器，可将未反应完的氨以及少量双氰胺粉末带入反应器中重复利用，使原料的利用率达90-99％，将捕集器出来的另一部分气体作为工艺尾气处理后再用，可避免对环境的污染。
(五)本方法通过氨与二氧化碳混合制备双氰胺，可以有效解决现有石灰氮法中产生的废渣问题，达到绿色环保且减少废渣的处理过程，同时避免双氰胺产品中含有氧化钙、氢氧化钙等杂质，其产品纯度98-99.5％。
(六)本方法中的高温反应、聚合反应、结晶过程均为气相过程，相对石灰氮法采用的液相过程，减少了水资源的消耗，同时避免了石灰氮水解脱钙中利用冷却水控温的过程。
附图说明
：图1为本发明实施例1和实施例2中一种氨与二氧化碳混合制备双氰胺的方法的工艺流程示意图。
图2为传统石灰氮法制备双氰胺的流程示意图。
图3为本发明实施例3和实施例4中一种氨与二氧化碳混合制备双氰胺的方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
一种氨与二氧化碳混合制备双氰胺的生产系统，包括预热器、反应器、过滤器一、聚合反应器、过滤器二、结晶器和捕集器；预热器通过管道依次与反应器，过滤器一，聚合反应器，过滤器二，结晶器和捕集器连接；所述捕集器通过压缩机与反应器连接。
所述聚合反应器上设置有水加入口和蒸汽出口；所述过滤器一和过滤器二上均设置有杂质排出口；所述结晶器上设置有工艺冷气进口，
所述的反应器为流化床反应器或固定床反应器，反应器通过管道与烟道气系统连接，利用高温烟气提供热量。
聚合反应器中聚合反应中的热量可利用水吸收，水变为蒸汽以进行移热。
一种利用以上系统进行氨与二氧化碳混合制备双氰胺的方法一，包括以下步骤：
①将来自捕集器的气体经压缩机压缩加压后通入反应器中，同时将氨预热后也通入反应器中，两者在反应器中混合反应得到单氰胺气体。单氰胺气体进入过滤器-1中，将带出的固体杂质过滤后，通入聚合反应器中。
②通入聚合反应器的单氰胺气体，在聚合反应器中聚合得到双氰胺气体。
双氰胺气体进入过滤器-2中，将带出的固体杂质过滤后，送入结晶器中。③双氰胺气体进入结晶器中，与作为工艺冷气的二氧化碳混合冷却结晶后，将夹带有双氰胺结晶的气体进入捕集器中完成气固分离，收集得到双氰胺固体，气体一部分经压缩机进入反应器中，一部分作为工艺尾气处理后再用。
所述氨预热后的温度为0-140℃，更进一步优选25-80℃。
氨与二氧化碳混合反应的反应器温度控制在650-900℃。
聚合反应器中聚合的温度为200-400℃。
工艺冷气二氧化碳温度为0-100℃，进一步优选25-60℃。
通入的氨与二氧化碳的质量比为1:1～1.8。
一种利用以上系统进行氨与二氧化碳混合制备双氰胺的方法二，包括以下步骤：
①将来自捕集器的气体经压缩机压缩加压后通入反应器中，同时将二氧化碳预热后也通入反应器中，两者在反应器中混合反应得到单氰胺气体。单氰胺气体进入过滤器-1中，将带出的固体杂质过滤后，通入聚合反应器中。
②通入聚合反应器的单氰胺气体，在聚合反应器中聚合得到双氰胺气体。双氰胺气体进入过滤器-2中，将带出的固体杂质过滤后，送入结晶器中。
③双氰胺气体进入结晶器中，与作为工艺冷气的氨混合冷却结晶后，将夹带有双氰胺结晶的气体进入捕集器中完成气固分离，收集得到双氰胺固体，气体一部分经压缩机进入反应器中，一部分作为工艺尾气处理后再用。
所述二氧化碳预热后的温度为0-140℃，更进一步优选25-80℃。
二氧化碳与氨混合反应的反应器温度控制在650-900℃，更进一步优选720-800℃。
聚合反应器中聚合的温度为200-400℃，更进一步优选260-320℃。
工艺冷气氨的温度为0-100℃，更进一步优选25-60℃。
通入的二氧化碳与氨的质量比为1:1～1.8。
为了使本发明的内容更加便于理解，下面将结合附图和具体实施方式对本发明中所述的工艺做进一步的阐述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
实施例1：
一种利用以上系统进行氨与二氧化碳混合制备双氰胺的方法，流程示意图见图1。
将来自捕集器的气体经压缩机压缩加压后通入反应器中，同时将温度为50℃的氨预热后也通入反应器中，预热的氨与来自捕集器的气体的质量比为1：5.2。反应器与烟道气系统连接，利用高温烟气为反应器提供热量，使其温度控制在750℃，两者在流化床反应器或固定床反应器中混合反应得到单氰胺气体。单氰胺气体进入过滤器-1中，将带出的固体杂质过滤后，通入聚合反应器中。
通入聚合反应器的单氰胺气体，在聚合反应器中聚合得到双氰胺气体，聚合反应器的温度控制在280℃，其中，聚合反应过程中的热量可利用水吸收，水变为蒸汽以进行移热。双氰胺气体进入过滤器-2中，将带出的固体杂质过滤后，送入结晶器中。
双氰胺气体进入结晶器中，将与氨质量比为1.3，温度为40℃的二氧化碳作为工艺冷气，进行混合冷却结晶后，使夹带有双氰胺结晶的气体进入捕集器中完成气固分离，收集得到双氰胺固体，气体一部分经压缩机进入反应器中，一部分作为工艺尾气处理后再用。
实施例2：
一种利用以上系统进行氨与二氧化碳混合制备双氰胺的方法，流程示意图见图1。
将来自捕集器的气体经压缩机压缩加压后通入反应器中，同时将温度为50℃的氨预热后也通入反应器中,预热的氨与来自捕集器的气体的质量比为1：5.7，反应器与烟道气系统连接，利用高温烟气为反应器提供热量，使其温度控制在750℃，两者在流化床反应器或固定床反应器中混合反应得到单氰胺气体。单氰胺气体进入过滤器-1中，将带出的固体杂质过滤后，通入聚合反应器中。
通入聚合反应器的单氰胺气体，在聚合反应器中聚合得到双氰胺气体，聚合反应器的温度控制在280℃，其中，聚合反应过程中的热量可利用水吸收，水变为蒸汽以进行移热。双氰胺气体进入过滤器-2中，将带出的固体杂质过滤后，送入结晶器中。
双氰胺气体进入结晶器中，将与氨质量比为1.5，温度为40℃的二氧化碳作为工艺冷气，进行混合冷却结晶后，使夹带有双氰胺结晶的气体进入捕集器中完成气固分离，收集得到双氰胺固体，气体一部分经压缩机进入反应器中，一部分作为工艺尾气处理后再用。
实施例3：二氧化碳与氨的不同进口
一种利用以上系统进行氨与二氧化碳混合制备双氰胺的方法，流程示意图见图3。
将来自捕集器的气体经压缩机压缩加压后通入反应器中，同时将二氧化碳预热至温度为40℃后也通入反应器中,预热的二氧化碳与来自捕集器的气体的质量比为1：3.9，反应器与烟道气系统连接，利用高温烟气为反应器提供热量，使其温度控制在750℃，两者在流化床反应器或固定床反应器中混合反应得到单氰胺气体。单氰胺气体进入过滤器-1中，将带出的固体杂质过滤后，通入聚合反应器中。
通入聚合反应器的单氰胺气体，在聚合反应器中聚合得到双氰胺气体，聚合反应器的温度控制在280℃，其中，聚合反应过程中的热量可利用水吸收，水变为蒸汽以进行移热。双氰胺气体进入过滤器-2中，将带出的固体杂质过滤后，送入结晶器中。
双氰胺气体进入结晶器中，将与二氧化碳质量比为0.7，温度为50℃的氨作为工艺冷气，进行混合冷却结晶后，使夹带有双氰胺结晶的气体进入捕集器中完成气固分离，收集得到双氰胺固体，气体一部分经压缩机进入反应器中，一部分作为工艺尾气处理后再用。
实施例4：二氧化碳与氨的不同进口
一种利用以上系统进行氨与二氧化碳混合制备双氰胺的方法，流程示意图见图3。
将来自捕集器的气体经压缩机压缩加压后通入反应器中，同时将温度为40℃的二氧化碳预热后也通入反应器中，预热的二氧化碳与来自捕集器的气体的质量比为1：3.7，反应器与烟道气系统连接，利用高温烟气为反应器提供热量，使其温度控制在750℃，两者在流化床反应器或固定床反应器中混合反应得到单氰胺气体。单氰胺气体进入过滤器-1中，将带出的固体杂质过滤后，通入聚合反应器中。
通入聚合反应器的单氰胺气体，在聚合反应器中聚合得到双氰胺气体，聚合反应器的温度控制在280℃，其中，聚合反应过程中的热量可利用水吸收，水变为蒸汽以进行移热。双氰胺气体进入过滤器-2中，将带出的固体杂质过滤后，送入结晶器中。
双氰胺气体进入结晶器中，将与二氧化碳质量比为0.5，温度为50℃的氨作为工艺冷气，进行混合冷却结晶后，使夹带有双氰胺结晶的气体进入捕集器中完成气固分离，收集得到双氰胺固体，气体一部分经压缩机进入反应器中，一部分作为工艺尾气处理后再用。
将实施例1-4制备双氰胺的方法与现有石灰氮法进行工艺参数及成本对比比较，具体如下：
虽然本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明的保护范围。
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