专利名称：一种微波脱氢生产草酸钠的方法
技术领域：
本发明属于有机化学工业，羧酸盐制造技术领域，它特别涉及合成法生产草酸技术。
背景技术：
草酸是一种重要的化工原料，目前大都采用合成法生产草酸，脱氢工序是合成法生产草酸的重要工序之一。
脱氢生产的基本化学原理是将合成工序生产的25％的甲酸钠溶液经浓缩后放入脱氢锅中加热，当溶液中水分蒸发后，锅内的甲酸钠溶融达400℃后，脱氢锅内甲酸钠在常压下发生分解，生成草酸钠和氢气。脱氢工序的化学反应式为目前现有脱氢方法采用锅型脱氢器脱氢，甲酸钠的浓缩、固化、熔融、升温和脱氢均在脱氢锅中进行，整个过程不但时间长，而且物料多，加热面积小，物料受热不均匀，从而反应不完全、副反应多，脱氢转化率无法提高，最高仅达到80％；另外由于脱氢过程释放氢气，而氢气遇明火或与空气混合会发生爆炸，因此在脱氢过程中往往发生氢气爆炸，存在着安全隐患。
现有的煤火锅型脱氢器甲酸钠脱氢生产工艺具体存在的主要问题有(1)能量损失严重煤在炉膛内燃烧热效率低、锅体散热、暴露于空气中的甲酸钠散热。
(2)收率低收率低的原因有①甲酸钠脱氢在380～420℃温度下进行。由于脱氢前的升温速率较慢，在280～300℃时有以下副反应发生
显然，升温速率越慢使经历此温度段的时间越长，此副反应的转化率越高，正反应的收率将越低。
②由于锅内甲酸钠暴露于大气中，故处于底中和上部的物料温度不一致，当底部甲酸钠达到脱氢温度时，中上部尚未达到同样温度，即下部反应上部不反应，影响收率。加搅拌器对此问题有一定作用，但解决不了根本问题。
③当草酸钠温度大于700℃时，有以下副反应发生
(3)操作环境恶劣，工人劳动强度大一般规模的脱氢工段都是若干个脱氢锅同时操作，由于脱氢反应发生的时间不能预测和准确控制，故每口脱氢锅加热、加水冷却、加料的时间不可能一致或有序，就不能实现加煤除灰自动化，操作工人需要靠铁锹加煤除灰，操作环境恶劣、工人劳动强度大。
(4)安全问题脱氢锅敞口，锅下明火加热，灶台锅壁极易被烧裂，烧裂后还不易被发现、补救，明火漏出特别容易引燃脱氢反应生成的气体，引起爆鸣，造成人身和设备的伤害和损坏。
(5)设备损坏严重明火加热，脱氢过程两次固化使锅底温度很高，锅底经常被烧得凸起，锅底、壁、灶及炉口等处也极易被烧坏，烟道气温度高，引风机寿命降低。
合成法生产草酸技术，其脱氢器大多采用煤火锅型脱氢器；流化床连续脱氢装置(ZL97110656.8，CN87102067A)；横卧式夹套保温脱氢炉(CN85103377A)国外的链条式连续脱氢装置和转鼓连续脱氢工艺及设备等，所有上述的方法和装置都是基于传统热传导的加热方法(煤加热、电阻丝加热或高温气体等)，传热较慢且不均匀，而对于甲酸钠脱氢工艺，传热越均匀对反应越有利；传热速率越快、整个脱氢过程的时间越短，经历副反应的时间越短，脱氢的转化率越高。因此，改变脱氢过程的传热方式、提高传热速率就成为脱氢实现连续化的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种微波脱氢生产草酸钠的方法，运用本发明的方法可以减少脱氢工序中副反应的发生，提高收率，降低能耗，增加安全性。
本发明提供的一种微波脱氢生产草酸钠的方法，其特征是它采用下面的步骤
步骤1，将25％～100％的甲酸钠溶液或甲酸钠固体加入微波谐振腔(微波脱氢炉腔)内；步骤2，开启微波源的微波功率，微波经微波传输系统输入微波谐振腔(微波脱氢炉)内加热物料甲酸钠，先用满功率微波快速加热，几分钟至几十分钟后(物料甲酸钠的投入量及甲酸钠溶液含水量大时，时间稍长)，当甲酸钠的温度达到脱氢温度350℃～450℃(典型的脱氢温度为380～420℃)后，甲酸钠成熔融态，发生放氢反应，生成草酸钠，适当调整微波功率，使物料甲酸钠的温度保持在380～420℃适当时间(所述的适当时间的确定由物料甲酸钠的投入量、微波功率等参数确定)，使之脱氢完毕；步骤3，脱氢完毕后，关闭微波功率，此时生成的草酸钠鼓起成松散多孔状态，应迅速开泵往微波谐振腔(微波脱氢炉)内输入碳酸钠老碱液降温和稀释，以防物料分解碳化并利于产品草酸钠的排出；步骤4，及时排出脱氢后的产品草酸钠。
需要说明的是上述步骤1中的25％～100％的甲酸钠溶液或甲酸钠固体最好是75％以上的甲酸钠固体，而且甲酸钠中最好含有2％的NaOH作催化剂；上述步骤2中微波谐振腔(微波脱氢炉)内加热物料甲酸钠时也可以采用搅拌器搅拌物料，改善物料加热的均匀性；上述步骤2中脱氢过程中产生的氢气由排气口排出，排出的氢气进入后续处理和储气装置。
本发明的实质利用微波功率和温度易于控制，加热快速，物料内外同时发热，均匀发热的特点，用先进的微波加热技术取代传统的外热源传导加热物料的一种方法。因为微波加热是电磁能量以波的形式渗透到物料甲酸钠内部，甲酸钠吸收微波靠自身介质损耗而即时发热，升温迅速，调节微波功率可以使物料几分钟即可达到350℃～450℃(典型的脱氢温度为380～420℃)，而且物料内外同时发热，勿须经过传导，因而物料甲酸钠在280～300℃停留的时间非常短，可减少280～300℃温度段副反应的发生，同时微波能的关闭几乎无惯性，及时关闭微波功率可以防止物料温度继续升高，也可以防止700℃高温段的副反应发生。因为是物料甲酸钠吸收微波靠介质损耗而发热，因而微波加热无明火，安全可靠。由于物料内外一致加热，物料受热均匀，因而脱氢同步，脱氢转化率高，产品质量优良。因为微波加热勿须经过热传导，也不加热容器(微波加热腔的金属内壁只反射微波而不吸收微波)，所以能降低能耗。
本发明的创新利用微波快速加热，物料内外同时发热，均匀发热，微波功率和反应温度易于控制的特点，用先进的微波加热技术取代传统的外热源传导加热物料的一种方法。
本发明的优点①减少副反应的发生通过调节微波功率，反应温度易于控制，物料吸收微波即时发热，升温迅速，在大功率微波作用下物料几分钟即可达到350℃～450℃(典型的脱氢温度为380～420℃)，而且物料内外同时发热，不需热传导，因而物料在280～300℃停留的时间非常短，可减少280～300℃温度段副反应的发生，同时微波能的关闭几乎无惯性，及时关闭微波功率可以防止物料温度继续升高，也可以防止700℃高温段的副反应发生。
②提高产品质量由于物料内外一致加热，物料受热均匀，因而脱氢同步，脱氢转化率高，产品质量优良。
③高效节能微波能转换成热能的效率，通常为80％～90％(而煤火脱氢炉灶热效率只有12％左右)，加之微波加热时间极短，以及微波功率的封闭性，对物料的渗透性和转化为热的即时性，构成了微波加热节能的基本特点，微波加热减少了传统方法热传导过程的时间，即温度均匀分布的时间，因而大大减少了对环境的热损失，同时微波也不加热容器(微波加热腔的金属内壁只反射微波而不吸收微波)，从而降低能耗，节能可达50％左右，因而具有可观的经济效益。
④微波加热无明火，安全可靠。
⑤易于实现自动化连续生产。
综上所述，本发明采用微波加热工艺，因为微波加热是电磁能量以波的形式渗透到介质的内部引起介质损耗而发热，勿须经过传导，因而具有即时性，它意味着快速发热，并且是内外同时发热，对于均匀介质具有均匀发热的特点。采用微波加热方式可克服传统方法加热慢的缺点，从而减少副反应的发生，提高收率，降低能耗。微波快速加热靠物料自身介质损耗发热，无明火，可保证安全。
图1是本发明方法的工艺流程框图
具体实施例方式单台采用915MHz/20kW的微波功率源，连接微波传输系统和微波谐振腔，将150kg含有2％的NaOH作催化剂的75％的甲酸钠溶液或甲酸钠固体从加料口加入微波谐振腔内，开启微波源的微波功率，微波经微波传输系统输入微波谐振腔内加热物料甲酸钠，先用满功率微波快速加热，开启微波源的微波功率的同时开启微波谐振腔内的搅拌器搅拌物料，加热60分钟左右，当物料甲酸钠的温度达到脱氢温度380～420℃后，甲酸钠成熔融态，发生脱氢反应，生成草酸钠，适当调整微波功率，使物料甲酸钠的温度保持在380～420℃几分钟，脱氢完毕后，及时关闭微波功率；生成的草酸钠鼓起成松散多孔状态，此时应迅速开泵从注水口往微波谐振内输入碳酸钠老碱液降温和稀释，以防物料草酸钠分解碳化。及时排出脱氢后的产品草酸钠。脱氢过程产生的氢气由排气口排出，排出的氢气进入后续处理和储气装置，脱氢后的产品草酸钠从微波谐振腔的下料口排出。
权利要求
1.一种微波脱氢生产草酸钠的方法，其特征是它采用下面的步骤步骤1，将25％～100％的甲酸钠溶液或甲酸钠固体加入微波谐振腔(微波脱氢炉腔)内；步骤2，开启微波源的微波功率，微波经微波传输系统输入微波谐振腔(微波脱氢炉)内加热物料甲酸钠，先用满功率微波快速加热，几分钟至几十分钟后(物料甲酸钠的投入量及甲酸钠溶液含水量大时，时间稍长)，当甲酸钠的温度达到脱氢温度350℃～450℃后，甲酸钠成熔融态，发生放氢反应，生成草酸钠，适当调整微波功率，使物料甲酸钠的温度保持在380～420℃适当时间(所述的适当时间的确定由物料甲酸钠的投入量、微波功率等参数确定)，使之脱氢完毕；步骤3，脱氢完毕后，关闭微波功率，此时生成的草酸钠鼓起成松散多孔状态，应迅速开泵往微波谐振腔(微波脱氢炉)内输入碳酸钠老碱液降温和稀释，以防物料分解碳化并利于产品草酸钠的排出；步骤4，及时排出脱氢后的产品草酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种微波脱氢生产草酸钠的方法，其特征是步骤1中所述的25％～100％的甲酸钠溶液或甲酸钠固体选用含有2％的NaOH作催化剂的75％以上的甲酸钠固体。
3.根据权利要求1所述的一种微波脱氢生产草酸钠的方法，其特征是步骤2中所述的微波谐振腔(微波脱氢炉)内加热物料甲酸钠时，可以采用搅拌器搅拌物料。
全文摘要
本发明公开一种微波脱氢生产草酸钠的方法，它是利用先进的微波加热技术取代传统的外热源传导加热物料的一种方法。其特征是将甲酸钠溶液或甲酸钠固体加入微波谐振腔内，利用微波能量快速将甲酸钠加热到350℃～450℃(典型的脱氢温度为380～420℃)，减少280～300℃温度段副反应的发生。使用本发明公开的微波脱氢生产草酸钠的方法，具有微波谐振腔内物料温度易于控制、加热快速、物料内外同时均匀加热、减少副反应的发生、提高收率、降低能耗、安全无明火、易于实现自动化等特点。
文档编号C07C51/02GK1727322SQ20041004030
公开日2006年2月1日 申请日期2004年7月26日 优先权日2004年7月26日
发明者谢扩军 申请人:电子科技大学