способ производства гидросульфата аммония

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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)₂SO ₄*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.