[发明专利]直接合成草酰胺颗粒的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于化工、化肥和环保的技术领域。涉及到以草酸二甲脂和氨气为原料，甲醇为反应溶剂常压下氨解合成固体产品草酰胺以及草酰胺固体颗粒成型的整个一体化工艺过程。

背景技术

草酰胺（Oxamide)又名乙二酰二胺，化学式(CONH₂)₂，是一种含氮量较高的缓效氮肥，理论含氮量为31.8%。其在土壤水中的溶解度为0.016%，分解缓慢。在农田中施用后不容易随着水体而流失，可以减少氮素流失对大气和水体的污染。同时，草酰胺又能在火箭推进剂中用作降速剂，在燃气发生剂中用作发气剂和降温剂，也能用作消化纤维产品的稳定剂以及合成寸层配方中的增链增稠剂等。其用途相当广泛。由于国内外用于合成草酰胺的研究主要集中在上世纪的80～90年代，当时对于草酰胺的需求量并不是很大，在发达国家主要用于非农业市场，如园艺、温室、高尔夫球场、草坪和苗圃等。

目前合成草酰胺的方法主要包括：以氢氰酸为原料的四种方法，包括三种两步法和一种一步法；以草酸铵或草酸尿素热解法；由一氧化碳偶联经草酸二酯氨解法；以草酸二酯为原料直接氨解法。以氢氰酸为原料合成草酰胺的方法由于氢氰酸的成本较高但是获得产品的收率和纯度并不高，同时，整个工艺过程对环境造成很大的污染，因此这种方法并没有得到工业化应用。以草酸铵或草酸尿素热解其部分产物是草酰胺，收率不足50%，并且热解原料的成本高，也并没有大规模应用。目前合成草酰胺的主要方法还是由一氧化碳为原料制成草酸二酯再由草酸二酯氨解得到草酰胺。21世纪初，日本的Tomohiko Yamamoto等人在美国专利US6348626中首次公开了由草酸二酯氨解制备草酰胺的研究，使用的原料是草酸二酯和其对应的低链脂肪醇，讨论了不同反应条件下得到草酰胺产品的纯度以及收率问题，专利中反应过程只是用于实验室研究，用量少，同时对于氨解过程只是简单谈及其控制相关因素，氨解的关键技术也没有直接公开，是否已进行工业化也不得而知。

国内对于草酰胺的研究开始得比较晚，相应的文献记载也不多。近些年来，煤制乙二醇的研究是国家煤化工发展的重要项目由于国家的大力支持，乙二醇项目正在积极的攻关阶段。在煤制乙二醇的两步工艺路线中，第一步的中间产物是草酸二酯，其正是合成草酰胺的原料，因此国家对于煤制乙二醇项目的支持从另一方面也为草酸二酯氨解制备草酰胺提供了原料基础。陈贻盾等在专利CN102267921A提出了一种合成草酰胺的连续工艺，其利用合成气制备草酰胺，工艺中的原料全部采用工业上的煤、一氧化碳、一氧化氮、氧气、氢气、醇类等，该工艺使用一氧化碳、氨和氧合成草酰胺，合成气利用碳一化工新技术将煤或者天然气转化为一氧化碳和氢气，同时采用膜分离、深冷分离、变压吸附等方法得到高纯度的氢气（99.9%），利用空分设备得到高纯度的氮气（99.0%），在催化剂作用下合成氨气，利用一氧化碳偶联合成草酸二酯，然后再氨解得到草酰胺。改工艺使合成氨厂联产，小氮肥厂改变产品结构的有效方式，经济效益可观，值得推广和应用。该专利的侧重点主要在于全部使用工业原料用来合成草酸二甲脂，对于由草酸二甲脂氨解合成草酰胺只是简单提及，并且并未介绍具体的实例。另外，其氨解过程和造粒过程分开进行，使用造粒机进行造粒，增加了设备成本，同时该专利对于氨解反应合成草酰胺的控制因素以及造粒过程中的控制条件均未介绍，因此有必要对氨解过程和造粒过程进行详细的实验和验证。

采用一步法由草酸二酯氨解制备缓效氮肥草酰胺，在不经过后处理的情况下是以粉末状的形态出现，由于作为化肥施用在土壤中，粉末状的草酰胺容易被风以及其它原因损失掉，颗粒形态的草酰胺相对于粉末状的形态来说，其随风、水流等原因损失的量会大大减少。同时，由于草酰胺在水中的溶解度很低，因此颗粒形态的草酰胺在水中的稳定性会提高，施用于土壤中，逐渐缓慢的被微生物分解，释放农作物生长所需的氮素元素。因此，制备颗粒形状的草酰胺有利于草酰胺作为氮肥施种于土壤中。目前，关于草酰胺颗粒成型的研究较少。仅仅查阅到日本的Yukio Inaba等人在其美国US5393319专利中，简单提到影响草酰胺晶型控制的影响因素，并且做了相关的实验研究，该专利介绍的造粒过程是和氨解过程分开进行，使用旋转蒸发器或其它的后续处理设备进行颗粒成型控制，得到产品的收率和纯度没有得到验证。因此，探索影响草酰胺颗粒成型的作用因素，能够指导制备草酰胺颗粒的工艺过程。

至今，没有关于由草酸二甲脂直接氨解反应制备草酰胺并且对其颗粒成型控制研究的报导，也没有关于氨解反应及颗粒成型一体化设备的相关报导。

发明内容