草酰胺的合成工艺

背景技术

草酰胺是一种优质缓效氮肥。它在水中的溶解度很小，仅0.016％，施肥后不容易被水流带走损失。草酰胺可以缓慢释放出植物生长所必须的氨态氮，不会因施肥不及时造成氮肥缺少使作物减产，也不会因施肥过量造成植物吸收过量氮肥而奇形生长，有利于提高农作物产量。用草酰胺作为氮肥施用，既有利于提高氮肥的利用率，又能减少氮肥流失造成的水源污染。它可以作为基肥一次施用，节省施肥劳动力。据日本和前苏联已经实验的结果证实，由于草酸胺在水中的溶解度小，施肥后不容易被水流带走损失，草酰胺的氮的利用率高达65～80％，是尿素的二倍多。合成氨和尿素都需要高温、高压才能生产，用草酰胺代替尿素或碳酸氢铵作为氮肥施用，可以大大减少氮肥的损失和浪费，从而达到减少合成氨和合成尿素的生产量，以达到节约生产合成氨和尿素所需要的资源和能源，从而达到节约资源、节约能源的目标。同时，草酰胺作为基肥施用，可以大大节省施肥劳力和成本、既可以用于农作物生产，更特别适合于林业、牧业、瓜果、蔬菜、花卉业和特种种植业的需要。有资料指出，用草酰胺代替尿素用于牧草施肥，牧草的产量可以提高6倍。我国和世界有60多亿人口，种植粮食、水果、蔬菜、花卉以及发展林、牧业等需要的氮肥有数亿吨，其数量之大，是其他化工产品的用量无法比拟的。所以，采用工业原料来合成草酰胺，其作用、意义和发展前景巨大。

目前，草酰胺是用氢氰酸经过催化氧化生成乙氰，然后再把乙氰水解得到草酰胺(见：陈贻盾：“新型氮肥草酰胺及其合成”《化学通报》1984年第九期P35～38及其参考文献)。这种生产方法，成本高，污染严重，只能少量生产用于作为化工原料，根本无法大规模生产来满足农牧业生产的发展需要。

合成草酰胺

用煤或天然气经合成气“合成草酰胺连续工艺”，是20世纪80年代兴起的C1化工新工艺、新技术。它是将煤或天然气转化为合成气(CO+H2)(式1或式2)，用变压吸附技术或膜分离技术或深冷分离技术把CO与H2分离，先用H2≥99.0V％氢气和从空气中分离得到的N2≥99.0V％氮气在催化剂作用下生产合成氨(式3)；同时用分离得到的CO气体和亚硝酸酯气体進行“CO气相催化合成草酸酯”(式4)，反应尾气中的NO与醇类及氧气反应、生成亚硝酸酯回收循环利用(式5)；然后把“草酸酯与氨反应合成草酰胺”(式6)。在整个反应过程中，NO和醇类理论上是不消耗的，所以只需用煤、水及空气中的氧和氮就可以合成出重要的化工原料和缓效氮肥草酰胺(式7)。这样做，合成气中的CO和H2都得到充分利用。这是一条物料利用最合理、资源最节约、原料、能源消耗最节省的合成缓效氮肥草酰胺的工艺技术路线，它又是循环经济型产业和低能耗型产业，符合环境友好环保工程要求，是当代C1化工的重要发展方向。

煤制合成气：3C+3H2O→3CO+3H2-------(1)

天然气制合成气：CH4+H2O→CO+3H2------(2)

合成氨反应：3H2+N2→2NH3--------(3)

合成草酸酯反应：2CO+2RONO→(COOR)2+2NO(4)

反应尾气回收再生：2NO+1/2O2+2ROH→2RONO+H2O(5)

合成草酰胺反应：(COOR)2+2NH3→(CONH2)2+2ROH(6)

合成草酰胺总反应式：3C+2H2O+1/2O2+N2→(CONH2)2+CO----(7)

由式(7)看到，只需用煤、水和空气N2+O2就能合成出重要化工原料和缓效氮肥草酰胺，原料路线和工艺技术都具有极大的优越性。

生产工艺：

(1)采用步骤1(3)生产的合成氨和步骤2(2)合成的草酸酯及用醇类吸收反应尾气中的草酸酯得到的醇溶液一起，直接送入合成草酰胺反应釜生成草酰胺，醇类回收循环使用。草酸酯醇溶液的浓度为1～98Wt％，反应温度控制在1～100℃之间，反应压力为0.05～1.0MPa。所用的氨可以是液氨或气氨，氨浓度为0.1～99.5V％均可；反应时间t≈1.0～15小时；

(2)用离心分离或挤压分离方法将3(1)合成反应生成的草酰胺与母液分离，回收母液循环使用。草酰胺产品经烘干、造粒成型、包装出售。

本发明专利所用的工业CO(CO≥30～99V％、H2≈0.01～10V％及N2、O2、Ar、CH4等)气体，既可以采用煤或天然气或油田气或重质油或生物质或城市废弃物转化为合成气、经变压吸附分离技术或深冷分离技术或膜分离技术制得；也可直接采用如合成氨铜洗回收的CO气体、炼钢转炉尾气、黄磷炉尾气、密闭电石炉尾气、铁合金炉尾气、炼焦炉尾气等各种回收的CO资源。

附图说明

附图是用煤或天然气经合成气“合成草酰胺连续工艺”流程示意图。其中：A是煤或天然气气源；B是合成气发生炉；C是变压吸附分离装置；D是CO贮气柜；E是CO气体脱氢反应塔；F是草酸酯合成塔；G是草酸酯醇吸收塔；H是NO氧化酯化塔；I是尾气冷凝分离塔；J是二次氧化酯化塔；K是尾气压缩机；L是尾气醇类吸收塔；M是尾气冷凝分离塔；N是尾气冷凝液贮罐；O是酯类吸收液循环槽；P是醇类回收循环液贮槽；Q是酯化反应塔；R、S是醇类回收循环液贮槽；T是草酸酯产物接收贮罐；U是氢气贮气柜；V是氧气贮气柜；W是空气分离装置；X是氮气贮气柜；Y是合成氨气体贮气柜；Z是合成氨反应塔；α是合成草酰胺反应釜；β是草酰胺产物贮槽；γ是草酰胺造粒成型机；δ是合成气循环压缩机。