尿素法制取高純度硝酸胍產品的過程和方法

硝酸胍的合成工藝非常多◕◕╃▩，傳統合成工藝路線為雙氰胺和硝酸銨的熔融縮合(簡稱雙氰胺法)◕◕╃▩，反應分兩步進行◕◕╃▩，總反應式為↟✘：

尿素法硝酸胍的工藝過程↟✘：熔融態的尿素和硝酸銨在催化劑的作用下生成硝酸胍和氨基甲酸銨◕◕╃▩，氨基甲酸銨在常壓下分解為二氧化碳和氨氣☁│▩。反應式為↟✘：

尿素法硝酸胍生產過程中採用熔融態尿素和熔融態硝酸銨透過縮合反應而得◕◕╃▩，反應溫度比較高◕◕╃▩，在主反應進行的同時◕◕╃▩，還存在一些副反應如尿素自身分子之間的縮合及環化反應◕◕╃▩，這些副反應產生的副產物影響產品硝酸胍的質量☁│▩。

雙氰胺法生產硝酸胍的生產方法相對比較簡單◕◕╃▩，國內外目前多數企業採用該方法生產硝酸胍☁│▩。但是◕◕╃▩，由於雙氰胺市場價格比較高◕◕╃▩，導致雙氰胺法生產硝酸胍的生產成本比較高◕◕╃▩，加之市場競爭日趨激烈◕◕╃▩，因此如何降低雙氰胺法生產硝酸胍的成本是擺在用該法生產硝酸胍的企業面前的又一大問題☁│▩。為了解決上述問題◕◕╃▩，國內外開發了以尿素和硝酸銨為原料◕◕╃▩，生產硝酸胍的新型合成工藝◕◕╃▩，即採用尿素替代雙氰胺和硝酸銨反應生產硝酸胍☁│▩。南於尿素來源廣泛◕◕╃▩，市場價格便宜◕◕╃▩，採用尿素和硝酸銨生產硝酸胍◕◕╃▩，可以大幅度降低硝酸胍的生產成本◕◕╃▩，增加硝酸胍產品的市場競爭力◕◕╃▩，經濟效益十分明顯☁│▩。國內已經有少數企業採用尿素法生產硝酸胍☁│▩。

尿素法生產得到硝酸胍產品的質量和雙氰胺法相比◕◕╃▩，硝酸胍含量低於雙氰胺法◕◕╃▩，尤其在水不溶物等質量指標上不如雙氰胺法◕◕╃▩，應用過程中出現下游產品收率··☁₪·、質量等降低◕◕╃▩，為此受企業委託◕◕╃▩，對尿素法硝酸胍產品的精製進行研究☁│▩。

1實驗部分

1．1實驗原料和試劑

硝酸胍粗產品(企業提供)◕◕╃▩，蒸餾水◕◕╃▩，新增劑(自制)☁│▩。

1．2精製過程

取一定量的蒸餾水◕◕╃▩，加入硝酸胍粗品◕◕╃▩，加熱使之溶解◕◕╃▩，加入適當量的新增劑◕◕╃▩，保溫一段時間後◕◕╃▩，趁熱過濾(去除固體雜質)◕◕╃▩，母液自然冷卻結晶◕◕╃▩，過濾◕◕╃▩，濾餅烘乾稱重並分析產品含量◕◕╃▩，確定精製過程主產品硝酸胍的回收率和質量◕◕╃▩，濾液迴圈使用☁│▩。精製過程主要進行以下三方面內容的研究↟✘：根據硝酸胍溶解於水的物理特性變化特徵◕◕╃▩，確定蒸餾水作溶劑的用量；根據尿素法硝酸胍生產原理以及可能存在的副反應◕◕╃▩，選擇適宜的新增劑並確定其用量；根據企業提出的硝酸胍產品精製回收率及其質量要求◕◕╃▩，母液迴圈對產品硝酸胍產品回收率和質量的影響☁│▩。

1．3分析方法

按照ZBG17022—89標準分析☁│▩。

2實驗結果及討論

2．1蒸餾水用量的確定

根據硝酸胍在蒸餾水中的溶解度特性來確定蒸餾水的用量◕◕╃▩，蒸餾水用量的多少直接影響硝酸胍產品的回收率和質量☁│▩。蒸餾水用量太少◕◕╃▩，硝酸胍粗品不能完全溶解◕◕╃▩，產品中的雜質去除不完全◕◕╃▩，從而達不到精製目的；蒸餾水用量太大◕◕╃▩，硝酸胍產品的回收率過低◕◕╃▩，又影響整個生產過程的經濟效益◕◕╃▩，因此◕◕╃▩，蒸餾水的用量存在著一個最佳用量範圍☁│▩。固定新增劑用量和硝酸胍粗品量的情況下◕◕╃▩，實驗結果如表1所示☁│▩。從表1中的資料可以看出↟✘：蒸餾水用量的增加◕◕╃▩，硝酸胍產品的回收率降低◕◕╃▩，而硝酸胍產品的質量不斷提高◕◕╃▩，蒸餾水用量提高到130g時◕◕╃▩，硝酸胍回收率降低到83．4％◕◕╃▩，而硝酸胍的質量卻不再提高◕◕╃▩，即硝酸胍產品的回收率和硝酸胍產品質量的提高二者存在著相互制約的矛盾關係☁│▩。蒸餾水用量的過分增加◕◕╃▩，影響整個精製過程的經濟效益◕◕╃▩，因此確定每100g粗品硝酸胍蒸餾水用量為125g☁│▩。

2_2新增劑用量的確定

新增劑的加入既不能影響產品的各項技術性能指標◕◕╃▩，也不能影響生產過程的經濟效益◕◕╃▩，因此◕◕╃▩，新增劑用量的確定應該綜合考慮☁│▩。在硝酸胍粗品用量為100g◕◕╃▩，蒸餾水用量在125g且母液不迴圈的情況下◕◕╃▩，以硝酸胍為基準(質量)◕◕╃▩，實驗結果如表2所示↟✘：

從表2中的資料可以看出◕◕╃▩，新增劑用量對硝酸胍產品回收率的影響不大◕◕╃▩，只是影響硝酸胍產品的質量☁│▩。隨著新增劑用量的增加◕◕╃▩，硝酸胍產品的質量不斷提高◕◕╃▩，用量在0．5％即可◕◕╃▩，產品硝酸胍的質量達到99．2％◕◕╃▩，完全可以滿足市場上硝酸胍產品的質量需求◕◕╃▩，再增加新增劑的用量◕◕╃▩，硝酸胍產品的回收率和質量沒有明顯變化◕◕╃▩，因此確定精製硝酸胍粗品時◕◕╃▩，新增劑的用量為0．5％即能夠達到精製目的☁│▩。

2．3母液迴圈試驗

母液迴圈對精製過程的影響非常顯著☁│▩。母液中含有一定量的硝酸胍產品◕◕╃▩，如果不考慮母液的迴圈◕◕╃▩，經濟上顯然是不合理的◕◕╃▩，因此考慮母液的迴圈利用☁│▩。母液迴圈試驗中◕◕╃▩，新增劑的新增量可以根據母液分析結果來確定◕◕╃▩，最終新增劑的用量控制在硝酸胍粗品的0．5％即可↟✘：不足部分的蒸餾水補足到實驗用量◕◕╃▩，這對母液迴圈中硝酸呱產品的回收率略有影響☁│▩。母液迴圈試驗結果見表3☁│▩。表3母液迴圈對硝酸胍產品回收率和質量的影響母液迴圈時硝酸胍的回收率和沒有母液迴圈時相比◕◕╃▩，硝酸胍的回收率大大增加◕◕╃▩，而且硝酸胍的質量幾乎不發生變化◕◕╃▩，說明母液迴圈對硝酸胍質量沒有影響◕◕╃▩，母液迴圈是可行的☁│▩。更多次數母液迴圈需要進一步研究☁│▩。

3結論

利用蒸餾水對尿素法硝酸胍粗品的精製是可行的◕◕╃▩，精製後硝酸胍的質量可以達到99．2％↟✘：蒸餾水的用量為每100g硝酸胍粗品125g蒸餾水；新增劑用量為以硝酸胍為基準計為0．5％；母液迴圈結果也是比較好◕◕╃▩，達到了精製目的☁│▩。