Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИСТОГО АММОНИЯ

Изобретение относится к получению хлористого аммония, который может быть использован в текстильной промышленности, фармацевтике, при пайке металлов, лужении, для заполнения гальванических элементов, в качестве азотного удобрения.

Известен способ получения хлористого аммония [А.с. СССР №191497, кл. C01C, опубл. 26.01.1967] путем смешения газообразных аммиака и хлористого водорода при атмосферном давлении при повышенной температуре, при этом смешение исходных газов осуществляют в присутствии мелкокристаллического хлористого аммония, нагретого до 150°С, и псевдоожиженного воздуха. Температуру в реакторе поддерживают за счет тепла реакции на уровне 100-250°С, преимущественно при 160-200°С.

Недостатком известного способа является потребление дорогостоящих исходных веществ - газообразных аммиака и хлороводорода, значительный расход воздуха.

Известен способ получения зернистого хлористого аммония [патент РФ №2257345, кл. С01С 1/16, опубл. 27.05. 2005], который заключается во взаимодействии газообразных аммиака и хлористого водорода в присутствии псевдоожижаемого компонента, в качестве которого используют гранулы инертного материала, а взаимодействие газообразных аммиака и хлористого водорода осуществляют, подавая их раздельно в контактный аппарат для создания псевдоожиженного слоя гранул инертного материала, орошаемого водой или раствором хлорида аммония. В качестве инертного материала используют гранулы хлористого аммония, кварцевого песка, алюмосиликата. Заявляемый способ позволяет увеличить выход целевого продукта до 95-97 мас.% и увеличить удельную производительность по готовому продукту за счет увеличения суммарной концентрации исходных реагентов в эквимолекулярном соотношении.

Недостатком известного способа является потребление дорогостоящих исходных веществ - газообразных аммиака и хлороводорода.

Целесообразным является получение хлористого аммония на основе побочных продуктов или отходов производства.

При получении кальцинированной соды аммиачным методом образуется фильтровая жидкость (ФЖ), представляющая собой раствори состава: NH₄Cl -176-180 г/л, NaCl - 60-80 г/л, NH₄CO₃ - 40-50 г/л, (NH₄)₂CO₃ - 25-35 г/л, Na₂SO₄ - 5-8 г/л, NaHCO₃- 40-50 г/л, Na₂CO₃ - 0,4-0,6 г/л, показатель рН=7,6-7,8. В дистилляционной колонне ФЖ нагревают от температуры 30°С до 100-110°С, при этом идет разложение бикарбоната и карбоната аммония с выделением в газовую фазу аммиака и углекислого газа, затем реакционную массу обрабатывают известковым молоком (8-12% Са(ОН)₂), при этом хлористый аммоний за счет обменной реакции с Са(ОН)₂ образует хлористый кальций, а аммиак выделяется в газовую фазу. А также происходит образование карбоната и сульфата кальция за счет обменных реакций с карбонатом, бикарбонатом и сульфатом натрия. Далее реакционная смесь, так называемая дистиллерная жидкость (ДЖ) состава (в г/л): CaCl₂ - 100-115, NaCl 25-40, Са(ОН)₂- 1-5, показатель рН=9-11 - карбонизируется углекислым газом до рН-7-8 и направляется на утилизацию.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения хлористого аммония путем переработки фильтровой жидкости содового производства [Позин М.Е. Технология минеральных солей. Часть 2. Глава XXXIII. Соли аммония, с.1256-1259], включающий предварительный нагрев фильтровой жидкости с целью регенерации из нее аммиака и углекислого газа, содержащихся в форме карбоната и бикарбоната аммония, упаривание полученного раствора в вакуум-выпарных аппаратах, выделение кристаллов хлористого аммония путем охлаждения упаренной жидкости, отделения кристаллов хлористого аммония и сушки, при этом охлаждение упаренного раствора проводят до температуры 35-50°С, а сушку продукта осуществляют при температуре не выше 70°С.

Недостатком известного способа является значительные потери аммиака при упаривании фильтровой жидкости, так как на упаривание направляется фильтровая жидкость с показателем рН среды 9-11, недостаточная производительность процесса упаривания.

Технической задачей предлагаемого изобретения является интенсификация процесса упаривания, сокращение потерь аммиака.

Поставленная техническая задача решается тем, что в предлагаемом способе получения хлористого аммония путем переработки фильтровой жидкости содового производства, включающий нагрев фильтровой жидкости, упаривание полученного раствора в вакуум-выпарных аппаратах, выделение кристаллов хлористого аммония путем охлаждения упаренной жидкости, отделения кристаллов хлористого аммония и сушки, при этом к фильтровой жидкости добавляют неионогенный ПАВ в количестве 0,0005-0,001 мас.% и соляную кислоту до достижения показателя рН реакционной смеси 6,0-6,5, а упаренный раствор охлаждают до температуры 10-15°С.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Добавка неионогенного ПАВ (неонола) способствует процессам дегазации и эффективному выпариванию за счет снижения поверхностного натяжения. При термовой обработке фильтровой жидкости в газовую фазу выделяются аммиак и углекислый газ в результате разложения карбоната и бикарбоната аммония. При обработке нагретой ФЖ соляной кислотой бикарбонат и карбонат натрия переводятся в хлорид натрия, при этом выделяется углекислый газ. Полученная реакционная масса содержит хлористый аммоний и натрий, сульфат натрия и имеет показатель рН=6,0-6,5. Реакционная масса данного состава (не содержит накипеобразующих ионов, как Са²⁺ и СО₃ ^2-) упаривается без инкрустации теплообменного оборудования выпарной установки. При охлаждении упаренного раствора до 10-15°С достигается наиболее полное выделение хлористого аммония в твердую фазу с большим выходом. Выбранные пределы показателей технологического процесса обеспечивают достижение высокого коэффициента выхода целевого продукта, снижение потерь аммиака при интенсификации стадии упаривания. Введение соляной кислоты в ФЖ до достижения рН среды 6,0-6,5 обеспечивает полноту перевода карбоната и бикарбоната натрия в хлориды. Снижение рН среды ниже 6,0 нецелесообразно из-за перерасхода соляной кислоты и усиления коррозионной активности реакционной смеси. При добавлении соляной кислоты до достижения рН среды выше 6,5 не достигается полнота перевода карбонатов в углекислый газ. Снижение температуры упаренного раствора ниже 10°С нецелесообразно из-за перерасхода энергоресурсов на охлаждение. При повышение температуры упаренного раствора выше 15°С не обеспечивается полнота выделения хлористого аммония.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. 1000 мл (1120 г) фильтровой жидкости, содержащую 160 г/л хлористого аммония NH₄Cl, 45 г/л бикарбоната аммония NH₄HCO₃, 30 г/л карбоната аммония (NH₄)₂CO₃, 0,6 г/л карбоната натрия Na₂CO₃, 45 г/л бикарбоната натрия NaHCO₃, 70 г/л хлористого натрия NaCl и 6 г/л сульфата натрия Na₂SO₄, с показателем рН среды 7,6-7,8, помещают в реактор, куда при перемешивании добавляют расчетное количество (11 мг) неионогенного ПАВ - неонола. ФЖ нагревают до температуры 80-95°С и выдерживают 0,5 ч. Содержание неонола в ФЖ составляет 0,001 мас.%. При нагревании происходит разложение карбоната и бикарбоната аммония с выделением 30,8 г углекислого газа CO₂ и 20,3 г аммиака NH₃ в газовую фазу. В реакционную массу, содержащую хлористый аммоний и натрий, карбонат и бикарбонат натрия, сульфат натрия добавляют соляную кислоту до достижения рН среды реакционной смеси 6,0-6,5. Расход 22%-ной соляной кислоты составил 90,3 г или 19,9 г в пересчете на 100% HCl. При этом идет разложение карбонатных солей натрия с выделением 23,8 г углекислого газа в газовую фазу. Далее 1127,5 г реакционной массы, содержащую 160 г хлористого аммония, 101,8 г хлористого натрия, 6 г сульфата натрия и 0,011 г неанола, упаривают. Упаривание ведется под вакуумом до достижения плотности упаренного раствора 1,4-1,45 г/см³. Процесс упаривания протекает без выделения аммиака в газовую фазу (без потерь аммиака), без инкрустации теплообменного оборудования. При упаривании испаряется 642,6 г воды, а упаренный раствор в количестве 484,85 г охлаждается до температуры 15°С. При этом кристаллы хлористого аммония, частично хлорида натрия и сульфата натрия выделяются в твердую фазу. Суспензия хлористого аммония подается на центрифугу, где осуществляется отделение осадка. Фильтрат в количестве 340,8 г, содержащий 91,0 г хлористого натрия, 5,0 г сульфата натрия, 40,8 г хлористого аммония и 0,011 г неанола, отводится на утилизацию.

Осадок сушат при температуре 70°С с получением 132,4 г целевого продукта - хлористого аммония. Целевой продукт содержит 90,0% NH₄Cl, 8,2% NaCl, 0,8% Na₂SO₄,1,0% влаги.

Предлагаемый способ получения хлористого аммония позволяет интенсифицировать процесс упаривания жидких отходов содового производства, осуществлять процесс упаривания без потерь аммиака.