雙氰胺水解碳化工藝發展現狀

閔越 馬玉雯 王芳 馬雪 段斌

寧夏鑫悅洋科技服務有限公司，中國·寧夏 銀川 750002

當前中國有關水解及過濾工藝技術仍有待進一步發展。生產雙氰胺的關鍵過程就是氰胺化鈣水解，為對整個生產水平進行衡量的一個重要標志。可是，因為國內相關工藝較為落后，通常其生產規模不會超出1000t/a。因此，針對雙氰胺水解碳化工藝發展現狀展開分析有重要價值。首先，針對雙氰胺生產原理以及關鍵技術的選擇進行分析；其次，對有關雙氰胺水解碳化工藝發展進行分析，主要從水解碳化工藝條件控制、水解碳化工藝反應溫度、水解碳化工藝反應時間三方面展開分析。在此基礎上，進一步提出促進雙氰胺水解碳化工藝發展策略，即提高攪拌強度、增大界面面積、選擇合適過濾機。期望通過本研究的開展為相關研究理論豐富以及有關方面的深入了解，發揮積極的補充及影響作用。

雙氰胺；水解碳化工藝；反應條件

1 引言

在中國，有關雙水解連續化的雙氰胺生產逐漸發展，將生產能力逐漸提升，對于耗能等方面起到了有效的降低作用，為當前中國連續化生產雙氰胺重要工藝。而論文也將進一步針對雙氰胺水解碳化工藝發展現狀進行分析，了解其重要生產原理、關鍵技術以及工藝發展，進而提出相對應的促進雙氰胺水解碳化工藝發展策略，希望通過本研究的開展對有關工藝發展現狀有更進一步的了解。

2 雙氰胺生產原理及關鍵技術選擇

2.1 雙氰胺生產原理

雙氰胺主要就是通過氰氨化鈣和水相互作用，從而產生水解反應，生成氰氨氫鈣與較小溶劑熱度的氫氧化鈣溶液。

將二氧化碳向此溶液當中通入，產生了脫鈣反應，會有游離的氰氨與碳酸鈣沉淀生成。

2.2 關鍵工藝技術選擇

就氰胺化鈣水解而言，主要由兩個關鍵環節構成。第一，為水解反應時間、反應溫度的控制。第二，為過濾料漿的技術。對水解反應的時間以及反應的溫度進行合理的控制，對于水解效果的發揮有著至關重要的作用。而過濾料漿的技術，對于產品質量以及消耗有著直接的影響。

氰氨化鈣水解的生產方法主要有兩種：一種為在水解的過程中，氰氨化鈣通入了二氧化碳脫鈣，也就是三步法生產，如圖1 所示。

圖1 三步法生產工藝流程圖

另一種為氰胺化鈣直接同水進行作用，進而產生水解反應，也就是四步法生產，如圖2 所示。

圖2 四步法生產工藝流程圖

前者的水解反應時間以及反應溫度較難進行控制，而后者的水解反應時間以及反應溫度相對容易進行控制。下面將就關鍵工藝條件進行具體的討論。

3 雙氰胺水解碳化工藝發展

3.1 水解碳化工藝條件控制

氰胺化鈣主要通過石灰氮車間，經氣流直接送往雙氰胺車間氰氨化鈣貯斗。尾氣主要通過布袋除塵器完成相應的過濾除塵操作。氰胺化鈣同結晶工序所的母液或是水，會分別以相應比例，在立式水解槽中加入混合，之后再依次通過1#、2#、3#臥式水解槽進行攪拌，并完成水解反應。在加料過程中所產生的粉塵，主要通過文丘里三級除塵器捕捉集合。在水解之后的料漿，通過翻盤過濾機進行過濾，并且在洗滌過濾渣之后，其過濾渣通過皮帶進行輸送，將其送到渣斗中，最后運送到渣場。而其濾液繼續送向脫鈣工序中。

3.2 水解碳化工藝反應溫度

依據氰氨與雙氰胺性質可以知道，相較于雙氰胺而言，氰氨更容易溶于水，這也就要求氰氨化鈣在水解過程當中，盡可能地將氰氨過早聚合而產生了雙氰胺。由于雙氰胺有著較小的溶解度，較易同反應過程當中的濾渣一同沉淀，而在過濾的過程中，會伴隨濾渣一同帶走。若再使用大量的水將濾渣進行洗滌的時候，就會將溶液過飽和度推動力破壞，進而對下一道工序結晶過程造成影響。

表1 將三步法生產的相應測定數據提供，可以發現在三步法的生產過程中，水解液的含氰氨均量為0.88%。而在水解反應之前，同氰氨化鈣相作用的木業，含有氰氨的平均量在0.6%。可以看出，兩者所含氰氨量的差值是很小的。這是因為二氧化碳、氰氨化鈣同氫氧化鈣進行作用后，所反應釋放熱會在同一個反應器中同時發生，進而令整個反應過程中處于偏高的溫度下完成。通常情況下，其反應的溫度大約為75℃，在夏季的時候會達到90℃。在上述pH 值與反應溫度條件下，大量氰氨基本上完成了聚合生成雙氰胺反應。

表1 三步法生產所測定的數據

而有關四步法生產的優越性則由表2 顯現出來。水解液的含氰氨量在4.78%，母液含有氰氨的平均量在1.16%。相比三步法而言，兩者含有的氰氨量的差值更大。這也反映出，氰氨化鈣只是完成了水解反應，且相比三步法反應熱更少。因此，在反應過程中，控制溫度是較為容易的。通常可以控制溫度低于40℃，即刻達到水解需要的工藝條件。

表2 四步法生產所測定的數據

3.3 水解碳化工藝反應時間

依據生產實踐，氰氨化鈣水解過程中，經反應的時間進行控制，令其處于40～90min 較好。而就反應的時間而言，令其小于40min 狀態，其水解率較低。而反應的時間超過了90min，因為攪拌器較長時間強烈地攪拌著料漿，令料漿變為黏稠狀態，致使濾渣的透氣性比較差，不容易進行過濾，且濾渣的含濕率也就較高，進而最終令氰氨產生較大的損失。結合上述內容分析可知，三步法生產的脫鈣反應與水解反應是主要就是在同一個反應器當中進行的。在所通入的二氧化碳純度比較低的情況下，所發生的脫鈣反應比較慢，進而令水解反應也變得比較慢；而當通入了高純度的二氧化碳后，其脫鈣反應是比較快的，進而水解反應也比較快。所以，在某種意義上，此生產法的水解反應，主要就是有所二氧化碳通入的純高低情況以及脫鈣反應的速度來決定的。也就是說，相較于三步法生產而言，四步法生產脫鈣與水解反應主要就是在不同的反應器當中完成的，進而也比較好控制水解反應的時間。總之，雙氰胺四步法生產工藝，可以將脫鈣反應與水解反應劃分為兩步完成，且兩者間反應相互不會產生影響。這對反應的時間以及反應溫度的控制是有積極作用的，并且在水解連續化工藝中應用是較為適宜的。

4 促進雙氰胺水解碳化工藝發展策略

4.1 提高攪拌強度

在生產雙氰胺過程中的水解反應，在一定的氰氨化鈣投料量與細度的條件之下，氰氨化鈣水解率的決定性印度主要為水解設備結構以及攪拌效果。為將連續水解反應工藝所需滿足，將原水解設備進行參照，并劫結構上適當的進行改進，進而將三臺臥式水解槽進盡心串聯，令其平行排列的同一水平之上，而臥式水解槽之間，主要為L 字形進行連接。而氰氨滑蓋與水或是母液，在立式水解槽進行混惡化，且依次經過1#、2#、3#臥式水槽，并在進行攪拌之后，經過物料流動方向的不斷變化，增加了粒子徑向循環的速度，降低了軸向的流速，進而將攪拌強化，將傳質增大，令氰氨化鈣產生的水解反應加快。

4.2 增大界面面積

眾所周知，在液體當中固體的溶解速度同濃差成正比，并且也同表面積成正比。其有著越大的解除面積，其單位體積之內的氰氨化鈣同水之間有著越多的碰撞次數，其就會表現出越快的水解反應速度。在實際的生產過程中了解到，氰氨化鈣發生水解反應的速度同其細度之間有著緊密的關系。在氰氨化鈣篩余物（850μm 篩）處于2%～3%的狀態時，雖然可以將氰氨化鈣一級品產品的質量標準滿足。可是，其所產生的水解效果通常是非常差的，并且水解率偏低。只有將水解反應時間延長之后，才可以將更好的水解效果獲取。為有效增加反應物之間接觸的機會，并將物質之間的互相作用反應界面積增大，令氰氨化鈣所產生的水解反應速度加快，控制氰氨化鈣的篩余物（850μm 篩）低于2%的狀態，進而將更好的水解效果獲取。

4.3 選擇合適過濾機

過濾水解料漿，主要就是水解連續法生產另一關鍵環節。在進行連續的水解之后，氰氨化鈣的料漿過濾技術水平是否先進，對于水解操作所具備的連續性有著直接的影響作用。傳統箱式的過濾槽工藝較為落后，且實際的操作條件比較差，同時需要占據較大的面積，只可以完成間歇性的操作，且整體過濾性較低。所以，此種過濾機對雙氰胺水解連續法生產需求不能滿足。而利用二級逆流洗滌過濾渣較為適用，在洗滌之前適用熱水對濾渣浸泡超過60s。相比傳統過濾機，其過濾性及過濾效率更佳。同時，具備良好的濾液澄清度，其濾渣中所含的且氰氨是較低的。可以說，其為氰氨化鈣水解料漿過濾的理想設備。

5 結語

論文主要對雙氰胺水解碳化工藝發展現狀進行分析，針對雙氰胺生產原理以及關鍵技術選擇加以分析，并對雙氰胺水解碳化工藝發展進行探究，如水解碳化工藝條件控制、反應溫度以及反應時間等，從而提出促進雙氰胺水解碳化工藝發展策略。通過本研究了解到，雙氰胺水解連續化生產新工藝是成功的，并且技術是可靠且效果較好的。期望通過本研究的開展為相關研究理論豐富以及有關方面有更多的了解，也希望對有關研究開展起到積極的借鑒價值。