基于氧化鎂載體的硫酸銨釋氨反應動力學研究

劉 嚴, 潘 騰, 成有為, 王麗軍, 李 希

(1. 浙江大學 化學工程與生物工程學院, 浙江省化工高效制造技術重點實驗室, 浙江 杭州 310027; 2. 浙江大學衢州研究院, 浙江 衢州 324000)

1 前 言

圖1 硫酸銨化學鏈技術分解流程圖 Fig.1 Flow chart of the chemical chain technology for ammonium sulfate decomposition

硫酸銨((NH4)2SO4)是生產己內酰胺、煙氣脫硫工業過程的副產物，它是一種常用的氮肥，同時也應用于礦石浮選、金屬回收等行業[1-2]。上世紀末，隨著尿素的廣泛應用，硫酸銨在農業上的應用逐漸減少[3]。此外，根據DU 等[4]的研究，大量施用硫酸銨肥料會導致空氣中PM 2.5 含量升高，這大大限制了其在農業上的使用，而其他行業對硫酸銨的需求較小，不足以消化每年產生的上千萬噸的硫酸銨。因此，如果能將硫酸銨回收利用，對我國己內酰胺、煙氣脫硫等行業的發展有促進作用。硫酸銨的直接熱解過程中會有33.3%的-3 價的氮元素被+6 價的硫元素氧化成氮氣，附加值較高的氨氣不能完全回收[5-6]。而采用如圖1 所示的化學鏈循環技術，將(NH4)2SO4與堿性金屬氧化物或堿性溶液混合并加熱[7]，在釋放出氨氣的同時盡可能將硫元素固定得到硫酸鹽。生成的硫酸鹽可以在高溫下分解為金屬氧化物和硫的氧化物，其中金屬氧化物作為化學鏈載體循環利用，硫氧化物可用于制備硫酸。針對上述釋氨過程，本課題組提出了一種將硫酸銨與石灰乳混合熱解得到氨氣和硫酸鈣的方法[8]，并建立了CaSO4?(NH4)2SO4?NH3?H2O 四元系統的非對稱E-NRTL 熱力學模型；此外，在硫酸銨分解方面，范蕓珠等[6,9]利用熱重法(TGA)研究了硫酸銨分解的反應動力學；……