Способ производства гидросульфата аммония

Способ производства гидросульфата аммония

Реферат

Изобретение относится к химической технологии неорганических веществ, а именно к технологии производства гидросульфата аммония.

Известно, что при утилизации аммиака коксового газа с помощью серной кислоты в сатураторной схеме в качестве промежуточного продукта в сатураторах образуется раствор гидросульфата аммония (Поляков Н.Н. Сульфат аммония / Н.Н.Поляков // Справочник азотчика / Н.М.Жаворонков [и др.]; общ. ред. Е.Я.Мельников [и др.]. 2-е изд. перераб. - М.: Химия, 1987. - 464 с. Гл.11.5. - с.228-234). Из такого раствора, как показано в (Ключников Н.Г. Практикум по неорганическому синтезу / Н.Г.Ключников // 2-е изд. перераб. - М.: Просвещение, 1979. - 271 с.), можно получить гидросульфат аммония стандартным способом: упарить раствор гидросульфата аммония, кристаллизовать моногидрат гидросульфата аммония, термически разложить полученный кристаллический моногидрат гидросульфата аммония на гидросульфат аммония и пары воды. Недостатком способа является низкая производительность, связанная как с наличием операций по загрузке, охлаждению продукции, выгрузке, так и с низкой производительностью самого процесса термического разложения моногидрата гидросульфата аммония. Моногидрат гидросульфата аммония необходимо загрузить в сушилку тонким слоем и медленно нагревать, скорость нагрева должна быть меньше скорости удаления воды, иначе кристаллогидрат растворится (поскольку растворимость его в собственной кристаллизационной воде растет с ростом температуры) и превратится в конце процесса в сложно удаляемый монолит. Также недостатком являются большие энергетические затраты связанные с длительностью процесса термического разложения кристаллогидрата.

Известно, что можно получить гидросульфат аммония путем постепенного нагрева кристаллов сульфата аммония (Поляков Н.Н. Сульфат аммония / Н.Н.Поляков // Справочник азотчика/ Н.М.Жаворонков [и др.]; общ. ред. Е.Я.Мельников [и др.]. 2-е изд. перераб. - М.: Химия, 1987. - 464 с. Гл.11.5. - С.228-234), в результате такого нагрева сульфат аммония будет постепенно разлагаться на гидросульфат аммония и аммиак. Такой процесс можно провести в камерной электрической печи периодического действия. (Электротехнологические промышленные установки / И.П.Евтюков [и др.]; под. ред. А.Д.Свенчанского. - М.: Энергоиздат, 1982. - 400 с.). Недостатком способа является низкая производительность, связанная как с наличием операций по загрузке, охлаждению продукции, выгрузке, так и с длительностью технологического процесса - требующего постепенный нагрев сульфата аммония при температурах печи не выше 360°С, поскольку при температуре печи выше 360°С начинается разложение сульфата аммония до сернистого газа. Также недостатком являются большие энергетические затраты, связанные с длительностью процесса термического разложения сульфата аммоний, длительность которого определяется не только низкой температурой печи - 360°С, но и тем, что нагрев сульфата аммония идет от наружных слоев к внутренним, от слоя к слою с низкими коэффициентами теплопередачи, равными 0,02-0,03 Вт/(м·°С).

Технической задачей данного изобретения является получение гидросульфата аммония экономичным способом.

Технический результат, который будет получен от использования этого изобретения, заключается в повышении производительности производства гидросульфата аммония и в снижении энергопотребления.

Указанный технический результат достигается при осуществлении предлагаемого способа за счет того, что:

Сульфат аммония непрерывно подается в расплав гидросульфата аммония, тем самым сокращается время всего процесса за счет исключения времени операций загрузки.

Сульфат аммония расплавляется и термически разлагается в расплаве гидросульфата аммония с температурой 230-360°С. Тем самым до времен порядка 1^ой секунды сокращается стадия нагрева сульфата аммония до температуры расплава, а также сокращается время протекания процессов расплавления и разложения, поскольку коэффициент теплопроводности расплавленного гидросульфата аммония равен 0,5-0,7 Вт/(м*°С), в то время как при нагреве в камерной электропечи нагрев сульфата аммония идет от поверхности вглубь, от слоя к слою с коэффициентом теплопроводности, равным коэффициенту теплопроводности воздуха, составляющему 0,02-0,03 Вт/(м*°С), что в десятки раз меньше теплопроводности расплавленного гидросульфата аммония. Температура расплава поддерживается не ниже 230°С, что обеспечивает эффективное термическое разложение сульфата аммония, поскольку при этой температуре идет не только разложение сульфата аммония, но и расплавление мешающих процессу, образующихся при взаимодействии сульфата аммония и гидросульфата аммония, кислых солей переменного состава - x((NH₄)₂SO₄)*y(H₂SO₄), а также образующихся из примесей сульфата аммония - кислых солей, таких как NaHSO₄. Температура расплава поддерживается не выше 360°С, это обеспечивает не разложение гидросульфата аммония - при больших температурах расплава в удаляемом аммиаке появляются оксиды серы.

Из пространства печи непрерывно удаляется аммиак и гидросульфат аммония, тем самым сокращается время всего процесса за счет исключения времени операций выгрузки.

Пример

При разложении сульфата аммония по существующей технологии в камерной электропечи СНО 4.11.3/12 мощностью 25 кВт в печь загружается три противня размером 400*1100, расстояние между противнями по высоте 120 мм, общий вес сульфата аммония 15 кг. Печь нагревается до 360°С (за 22 мин) и далее выдерживается при температуре 360°С в течение 145 минут до получения гидросульфата аммония, нагрев печи до более высоких температур не возможен в связи с тем, что тогда в процессе нагрева и улетучивания аммиака на поверхности слоя сульфата аммония образуется корочка сложной кислой соли 3(NH₄)₂SO₄*H₂SO₄, которая начинает разлагаться с выделением сернистого газа. За один цикл получается 13,05 кг гидросульфата аммония, затрачивается по счетчику 23,60 кВт·ч электроэнергии. Весь цикл с учетом охлаждения печи в течение 1 часа длится 3,82 часа, что позволяет при 3^х сменной работе проводить 6 циклов в сутки, получая 78,3 кг гидросульфата аммония с расходом электроэнергии 1,808 кВт·ч на 1 кг гидросульфата аммония.

Для практической реализации предлагаемого способа в соляной печи ванне СВС 20/10 стандартной комплектации: мощность 25 кВт, герметичная крышка, патрубок для подключения к системе аспирации, автоматическая система поддержания заданной температуры, рабочий тигель диаметром 300 мм - в крышке сделали отверстие диаметром 10 мм, а в тигель вставили дополнительный тигель диаметром 150 мм с отверстием 2 мм в боковой стенке в районе дна тигля. В тигли насыпали 18 кг гидросульфата аммония, печь закрыли и подключили к системе аспирации. На пульте управления печи задали температуру расплава 360°С, гидросульфат расплавили и выдержали 5 минут, чтобы выровнялись уровни расплава в тиглях. Через отверстие в крышке равномерно с производительностью 10 кг/час начали подавать сульфат аммония в тигель диаметром 150 мм с расплавленным гидросульфатом аммония, при снижении температуры расплава до 350°С подачу сульфата аммония снижали до 7,5 кг/час, при повышении температуры до 360°С подачу сульфата аммония восстанавливали до 10 кг/час. Таким образом, были выполнены все признаки изобретения: сульфат аммония непрерывно подавали в расплав гидросульфата аммония с температурой не меньше 230°С и не больше 360°С, где сульфат аммония плавился и термически разлагался, при этом за счет работы системы аспирации происходило непрерывное удаление аммиака из пространства печи, а за счет отверстия из малого тигля, где велся процесс, по принципу сообщающихся сосудов, происходило непрерывное удаление гидросульфата аммония в большой тигель. Через 30 минут опыт закончили. Было получено вновь 20,82 кг гидросульфата аммония, затрачено по счетчику 12,50 кВт·ч электроэнергии. Для проверки качества получаемого гидросульфата аммония был проведен анализ усредненного гидросульфата из тигля 300 мм, который показал не более 0,3% неразложившегося сульфата аммония. Учитывая, что в большом тигле было 13,5 кг первоначального гидросульфата аммония (с содержанием сульфата аммония 0%), потом из малого тигля поступило 4,5 кг первоначального гидросульфата аммония и 11,12 кг вновь полученного гидросульфата аммония (всего в большом тигле было 29,12 кг), во вновь получаемом гидросульфате аммония было не более 0,79% неразложившегося сульфата аммония, что показывает высокую степень термического разложения сульфата аммония и хорошее качество полученного продукта. При расчете результатов на 3^х сменную работу получается 999,36 кг в сутки гидросульфата аммония (вместо 78,3 кг в сутки в камерной электропечи) с расходом электроэнергии 0,600 кВт·ч на 1 кг гидросульфата аммония (в место 1,808 кВт·ч/кг в камерной электропечи), что позволяет подтвердить для печей одинаковой 25 кВт мощности - повышение производительности и снижение энергопотребления при использовании патентуемого способа.

Способ производства гидросульфата аммония, характеризующийся тем, что сульфат аммония непрерывно подают в расплав гидросульфата аммония, сульфат аммония расплавляют и термически разлагают в расплаве гидросульфата аммония с температурой 230-360°С, непрерывно удаляют аммиак и гидросульфат из пространства печи.