Способ получения хлористого аммония

Способ получения хлористого аммония

Реферат

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.

Способ 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, отделение кристаллов хлористого аммония и сушку, отличающийся тем, что к фильтровой жидкости добавляют неионогенное поверхностно-активное вещество в количестве 0,0005-0,001 мас.% и соляную кислоту до достижения показателя рН реакционной массы 6,0-6,5, а упаренный раствор охлаждают до температуры 10-15°С.