Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БРОМИДА АММОНИЯ

Область техники

Изобретение относится к технологии получения неорганических соединений, а именно, к процессу получения бромида аммония, применяемый в фармакологии, в качестве антипирена, а также является удобным и дешевым в перевозке сырьем для получения жидкого брома. Изобретение относится к химической технологии минеральных солей и может быть использовано в химической промышленности.

Уровень техники

Известен способ получения бромистых металлов (Патент СССР №8215, опубликован 28.02.1929) взаимодействием окисей, гидратов окисей и карбонатов соответствующих металлов с бромом в присутствии восстановителей и воды, в котором в качестве восстановителей применяют вещества, дающие при окислении только воду, или газы, или воду и газы вместе, например, аммиак, мочевина, цианамид, соли аммония, карбонат аммония, галогениды аммония, формальдегид, гидразин, муравьиная кислота, формамид, щавелевая кислота, гидроксиламин и другие, а также их смеси. По данному способу в водный раствор восстановителя дозируют бром и раствор гидроокиси или карбоната металла. Реагенты дозируют одновременно, порциями или по очереди. Полученный концентрированный раствор бромистой соли фильтруют, упаривают и выделяют готовый продукт известным способом. Способ малопроизводителен, энергоемок и не обеспечивает получение готового продукта высокого качества.

Известен способ получения бромида аммония (Позин М.Е. Технология минеральных солей. 4-е изд. Л.Химия, 1974. ч. 1. стр. 233) взаимодействием концентрированного раствора аммиака с бромом. Для осуществления этого способа реактор вначале охлаждают, а бром приливают небольшими порциями. Выделяющийся из раствора аммиак и образующийся дым бромида аммония улавливают водой или слабым раствором бромида аммония.

Полученный раствор выпаривают, а затем охлаждают, и выделившиеся кристаллы бромида отфуговывают, сушат и упаковывают.

Известен способ получения бромидов щелочных металлов, кальция и аммония (Патент РФ №2135406С1, опубликован 27.08.1999) путем противоточной экстракции бромида из раствора бромида железа (III) растворами солей аминов в органическом растворителе, а реэкстракцию осуществляют растворами соответствующих металлов в противоточном режиме. При этом, наряду с бромидами, получают раствор хлорида железа (III).

В авторском свидетельстве СССР №783229, опубликованном 30.11.1980, описан способ получения брома и его солей, относящийся к технике поглощения галогенов из газовых смесей жидкостными поглотителями. Данное изобретение нацелено на снижение потерь восстановителя и щелочного агента, при этом отсутствует описание процесса получения бромвоздушной смеси и используемого сырья.

Наиболее близким является способ получения бромистых солей (Авторское свидетельство СССР №138232, опубликовано 01.01.1961), в котором поглощение брома ведут с избыточным количеством мочевины в щелочном растворе в количестве 101-101,5% от теоретического с последующим нагреванием раствора на 60-65°C с рассчитанным количеством бромной воды. Данный способ энергоемок и не позволяет получить готовый продукт высокого качества из-за образования карбонатов в процессе восстановления брома.

Сущность изобретения Целью изобретения является получение высококачественного кристаллического бромида аммония и его водного раствора. Технический результат заключается в исключении стадии очистки бромовоздушной смеси от хлора, и сохранении высоких показателей чистоты конечных продуктов и высокой степени извлечения брома.

Технический результат достигается за счет двух-стадийноого процесса окисления бромид-ионов до элементного брома газообразным хлором, что позволяет минимизировать содержание примесей хлора в бромвоздушной смеси без ее дополнительной очистки.

В процессе абсорбции брома из бромвоздушной смеси используется охлажденный высококонцентрированный раствор бромида аммония, что повышает степень абсорбции брома до 99%. Использование относительно дешевого аммиака или аммиачной воды в качестве восстановителя брома обеспечивает высокие экономические показатели при промышленном производстве.

Согласно заявленному способу получения бромида аммония из бромоносного поликомпонентного гидроминерального сырья промысловых рассолов хлоридного кальциево-магниевого типа, поток рассола, очищенный от растворенного железа, марганца и нерастворимых примесей, подвергают предварительному нагреву до 30-35°С, нейтрализации щелочности и подкислению до значений рН=2.5, с использованием минеральных кислот для предотвращения гидролиза свободного брома, затем осуществляют окисление бромид-ионов газообразным хлором до элементного брома в две стадии: на первой стадии окисление бромид-ионов до элементного брома производится на 73-74% от исходного содержания в проточном хлораторе, работающем в противоточном режиме, причем воздушную десорбцию элементного брома проводят в противоточном режиме в десорбере, а абсорбцию элементного брома из бромовоздушной смеси проводят в массобменном аппарате колонного типа, разнонаправленной винтовой насадкой, работающей в противоточном режиме, причем в качестве абсорбента используют охлажденный раствор бромида аммония с концентрацией 400 г/дм³, затем осуществляют восстановление абсорбированного элементного брома в виде комплексного бромида (NH4[Br2]Br) до бромид-ионов в реакторе, затем осуществляют очистку полученного раствора бромида аммония от примесей брома с использованием муравьиной кислоты, затем осуществляют упаривание очищенного раствора бромида аммония в две стадии: на первой стадии производится упаривание до концентрации бромида аммония 50% в вакуум-выпарных аппаратах с рекомпрессией водяного пара, на второй стадии упарку проводят в выпарных аппаратах, оснащенных паровыми рубашками и мешалками якорного типа, причем упаривание проводят до получения пульпы, содержащей кристаллы бромида аммония, с соотношением бромид аммония с водой 3:1, полученную пульпу охлаждают до 60-62°С и подвергают центрифугированию для отделения кристаллического бромида аммония от маточного раствора, затем осуществляют сушку отделенных кристаллов в шнековой сушилке, причем, после первой стадии десорбции, для доизвлечения остаточного количества брома, бромоносное поликомпонентное гидроминеральное сырье подают на окисление бромид-ионов до элементного брома газообразным хлором до 88-90% от его остаточного содержания.

В предпочтительном варианте осуществления, последующие операции воздушной десорбции брома, абсорбции бромовоздушной смеси, восстановление абсорбированного элементного брома, очистка полученного раствора бромида аммония аналогичны первой стадии окисления.

В другом предпочтительном варианте осуществления, очищенный раствор бромида аммония в смеси с маточным раствором, со стадии получения кристаллического бромида аммония, поступает на выпаривание до необходимой плотности для получения раствора бромида аммония в качестве товарного продукта.

Хлоратор представляет собой вертикальный аппарат. Десорбер представляет собой массообменный аппарат колонного типа. Реактор представляет собой горизонтальную емкость, разделенную перегородками на секции: в первой секции осуществляют восстановление брома до бромид-иона аммиачной водой с концентрацией 25% аммиака, во второй секции реактора осуществляется дегазация абсорбента, выделившийся азот сбрасывают в атмосферу

Перечень чертежей

На фигуре 1 схематично представлена последовательность действий способа производства бромида аммония из бромоносного поликомпонентного гидроминерального сырья. Способ включает в себя подкисление исходного рассола с использованием 31,5% соляной кислоты для предотвращения гидролиза свободного брома до значения рН 2.5, затем подкисленный рассол поступает на первую стадию окисления газообразным хлором до 73-74%) бромид-ионов от их исходного содержания до элементного брома с контролем процесса окисления по окислительно-восстановительному потенциалу платинового электрода, далее окисленная вода поступает на I стадию десорбции элементарного брома атмосферным воздухом, который циркулирует в системе (десорбции брома составляет 95%). Бромовоздушная смесь (БВС) направляется на абсорбцию брома раствором бромида аммония (абсорбент, с содержанием NH₄Br=400 г/дм³). Насыщенный бромом абсорбент периодически перекачивается в реактор, где происходит процесс восстановления брома до бромида аммония (I стадия), дозированием 25% раствора аммиака. Полученный раствор бромида аммония идет на производство кристаллического бромида аммония. Воздух после извлечения брома, содержащий некоторое количество остаточного брома, используют для десорбции на второй стадии. Отработанная вода с I стадии десорбции попадает на II стадию окисления газообразным хлором, на которой окисляют 88-90%) бромид-ионов от их остаточного содержания до элементного брома. Далее, вода со II стадии окисления поступает на II стадию воздушной десорбции элементарного брома. Бромовоздушная смесь, аналогично I стадии, поступает на абсорбцию таким же абсорбентом (раствор бромида аммония). Насыщенный бромом абсорбент периодически перекачивается в реактор, где происходит процесс восстановления брома до бромида аммония (II стадия), дозированием 25% раствора аммиака. Полученный раствор бромида аммония направляется на производство товарной формы раствора бромида аммония.

Отработанная вода поступает на нейтрализацию для ее подготовки с целью дальнейшей утилизации.

Осуществление изобретения

Пример 1. 2,43 м³ рассола плотностью 1130 кг/м³, с водородным показателем 5,7 следующего состава: Σ (Са²⁺, Mg²⁺, Sr²⁺)=31,7 кг/м³; Fe_общ=0,002 кг/м³; Mn²⁺=0,003 кг/м³ Σ (K⁺, Na⁺, Li⁺)=27,42 кг/м³; Сl^-=74,37 кг/м³; НСО₃^-=0,03 кг/м³; SO₄^2-=0,73 кг/м³; Br^-=2,40 кг/м³ подкисляли 31,5% соляной кислотой до рН=2,5 и подвергали 1 стадии окисления газообразным (анодным) хлором до остаточного содержания Br^-=0,64 кг/м³, что соответствует степени окисления = 73,3%; элементарный бром десорбировали атмосферным воздухом и абсорбировали раствором бромида аммония концентрацией 395,5 кг/м³ на насадочной колонне; насыщенный элементарным бромом абсорбент восстанавливали 25% раствором аммиака; полученный концентрат бромида аммония упаривали на газовой горелке до выпадения кристаллов бромида аммония; полученные кристаллы сушили в сушильном шкафу; маточный раствор использовали для получения раствора бромида аммония в качестве продукта. Получено 4,84 кг кристаллического бромида аммония с содержанием основного вещества в сухом продукте 99,15%. Рассол после первой стадии окисления и извлечения брома (Br^-=0,64 кг/м³), поступил на вторую стадию окисления газообразным (анодным) хлором до остаточного содержание Br^-=0,07 кг/м³, что соответствует степени окисления = 89,0%) по данной стадии. Поглощение раствором бромида натрия и восстановление аммиачной водой элементного брома проводилось аналогично первой стадии. Полученный концентрат смешивался с маточным раствором, после осаждения кристаллов бромида аммония с первой стадии и упаривался на газовой горелке до необходимой плотности, и использования данного раствора в качестве продукта. Получено жидкого продукта 4,46 дм³ с плотностью 1233 кг/м³ и содержанием бромида натрия = 32,7%). Общая степень извлечения брома из рассола составила 97,1%.

Пример 2. Отличается от Примера 1 составом исходного рассола: 1195 кг/м³, с водородным показателем 5,3 следующего состава: Σ (Са²⁺, Mg²⁺, Sr²⁺)=49,55 кг/м³; Fe_общ=0,003 кг/м³; Mn²⁺=0,005 кг/м³ Σ (K⁺, Na⁺, Li⁺)=25,98 кг/м³; Cl^-=166,8 кг/м³; НСО₃^-=0,024 кг/м³; SO₄^2-=0,55 кг/м³; Br^-=3,12 кг/м³ Объем рассола = 2,8 м³. Степень окисления брома на первой стадии составила 73,4%, что соответствует остаточной концентрации Br^-=0,83 кг/м³; на второй стадии степень окисления составила 89,16%, что соответствует Br^-=0,09 кг/м³. Получено: кристаллического бромида аммония 5,7 кг с содержанием основного вещества = 99,02%; жидкого продукта 3,83 дм³ с плотностью 1230 кг/м³ и содержанием бромида натрия=32,5%. Общая степень извлечения брома из рассола составила 97,12%.

Пример 3. Отличается от Примера 1 составом исходного рассола: 1364 кг/м³, с водородным показателем 5,17 следующего состава: Σ (Са²⁺, Mg²⁺, Sr²⁺)=162,25 кг/м³; Fe_общ=0,005 кг/м³; Mn²⁺=0,005 кг/м³ Σ (K⁺, Na⁺, Li⁺)=27,7 кг/м³; Cl^-=166,8 кг/м³; НСО₃^-=0,8 кг/м³; SO₄^2-=0,003 кг/м³; Br^-=8,25 кг/м³. Объем рассола = 2,0 м³. Степень окисления брома на первой стадии составила 73,0%, что соответствует остаточной концентрации Br^-=2,23 кг/м³; на второй стадии степень окисления составила 88,34%, что соответствует Br^-=0,26 кг/м³. Получено: кристаллического бромида аммония 14,0 кг с содержанием основного вещества = 99,2%; жидкого продукта 9,8 дм³ с плотностью 1231 кг/м³ и содержанием бромида натрия = 32,6%. Общая степень извлечения брома из рассола составила 96,85%.