Способ получения нитрита натрия и абсорбционный аппарат для проведения процесса

 

Изобретение относится к способам получения нитрита натрия и абсорбционным аппаратам для проведения процесса и может быть использовано в химической промышленности и других отраслях хозяйства. Сущность изобретения заключается в том, что абсорбцию горячей газовой смеси, получаемой в результате окисления аммиака и содержащей водяные пары, кислород и окислы азота, водным раствором гидроокиси натрия, ведут в заполненном гидроокисью натрия вертикальном цилиндрическом аппарате, при этом газ и исходный раствор гидроокиси натрия подают в нижнюю секцию абсорбционной зоны и выводят из верхней секции абсорбционной зоны. Процесс ведут в абсорбционном аппарате, который выполнен многосекционным, внутреннее пространство корпуса разделено на верхний и нижний отсеки перегородкой, на которой установлен барботер, а корпус снабжен штуцерами подачи циркуляционного раствора, выхода продукционного раствора и отвода выхлопных газов, верхний отсек разделен ситчатыми тарелками на секции, на высоте 2/3 верхнего отсека установлены, по меньшей мере, две сепарационные тарелки с переливными патрубками, одна из тарелок сообщается с нижним отсеком аппарата, другая - с нижней частью верхнего отсека, барботер выполнен в виде цилиндра, верхний торец которого снабжен перфорированной отверстиями перегородкой. Изобретение позволяет увеличить выход готового продукта за счет повышения отношения нитрита натрия к нитрату натрия, улучшить качество продукта, так как в отдельных случаях получают нитрит натрия без примеси нитрата натрия, с низким содержанием гидроокиси натрия. 2 с. и 2 з. п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к получению неорганических нитритов, в частности к способам получения нитрита натрия абсорбцией горячих окислов азота в щелочном водном растворе и к конструкциям вертикальных тарельчатых цилиндрических абсорбционных аппаратов.

Известны способы получения нитрита натрия абсорбцией горячих окислов азота в водных растворах соды или щелочи с последующим выделением нитрита натрия из нитрит-нитратных щелоков, образующихся в процессе абсорбции. Выход нитрита натрия и его качество зависят главным образом от отношения нитрита к нитрату в нитрит-нитратных щелоках. В этом случае процесс абсорбции ведут таким образом, чтобы получить щелок по возможности с большим содержанием нитрита и с меньшим содержанием нитрата. Этого достигают уменьшением содержания кислорода в газе, поступающем на абсорбцию, чтобы к моменту подхода газа к абсорбционным аппаратам степень окисления содержащихся в нем окислов азота соответствовала эквимолярной смеси NO+NO₂. Абсорбционные аппараты работают по принципу орошения различных конструкций насадок аппарата сверху навстречу движущемуся снизу потоку газа [1. Позин М.Е. Технология минеральных солей, ч. 2, "Химия", Л. , 1970, с. 1221-1222, Справочник азотчика, "Химия", М., 1987 г., с. 223-227].

Недостатком известных способов является низкий выход нитрита натрия и наличие примеси нитрата натрия в полученном продукте. Это связано с тем, что получить в процессе абсорбции щелока без примесей нитрата натрия в известных способах не удалось.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения нитрита натрия путем абсорбции горячей газовой смеси, получаемой в результате окисления аммиака и содержащей водяные пары, кислород и окислы азота, в котором для увеличения выхода нитрита натрия за счет увеличения отношения нитрита натрия к нитрату натрия до 30-200:1 горячую газовую смесь с температурой выше ее точки росы быстро охлаждают в водном растворе гидроокиси натрия до 50-70^oC. Абсорбцию ведут в вертикальном цилиндрическом абсорбционном аппарате с переливными тарелками путем циркуляции раствора гидроокиси натрия сверху вниз навстречу поднимающемуся снизу потоку газа [2. Патент США N 4009246, С 01 В 21/50, 1977 г. -прототип].

Недостатком этого способа является низкое отношение нитрита натрия к нитрату натрия 30-200: 1 и высокая концентрация остаточной гидроокиси натрия (9-10%) в продукционных щелоках.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения нитрита натрия и абсорбционного аппарата для проведения процесса путем увеличения отношения нитрита натрия к нитрату натрия в процессе абсорбции вплоть до получения щелоков, не содержащих примеси нитрита натрия, при одновременном увеличении глубины срабатывания гидроокиси натрия за счет подбора режима абсорбции, при котором реакции образования нитрита натрия сводятся к минимуму либо не протекают.

Поставленная задача решается за счет того, что абсорбцию горячей газовой смеси, получаемой в результате окисления аммиака и содержащей водяные пары, кислород и окислы азота в водном растворе гидроокиси натрия, проводят в вертикальном многосекционном цилиндрическом абсорбционном аппарате, а также промывку выхлопных газов, согласно способу абсорбцию ведут в аппарате, заполненном раствором гидроокиси натрия, концентрацию гидроокиси натрия в циркуляционном растворе поддерживают не менее 2,0%, а промывку выхлопных газов осуществляют 40%-ным раствором гидроокиси натрия, абсорбционный аппарат, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого находятся тарелки, разделяющие внутреннее пространство корпуса на секции, штуцеры подачи циркуляционного раствора, выхода продукционного раствора и отвода выхлопных газов, согласно изобретению внутреннее пространство корпуса разделено на верхний и нижний отсеки перегородкой, на которой установлен барботер для газа, тарелки, разделяющие пространство корпуса на секции, выполнены ситчатыми и расположены только в верхнем отсеке, причем на высоте 2/3 верхнего отсека установлены, по меньшей мере, две сепарационные тарелки с переливными патрубками, одна из тарелок сообщается с нижним отсеком аппарата, другая - с нижней частью верхнего отсека; барботер выполнен в виде цилиндра, верхний торец которого снабжен перфорированной отверстиями перегородкой.

Проведение абсорбции горячей газовой смеси в заполненном раствором гидроокиси натрия абсорбционном аппарате с подачей крепкого нитрозного газа и концентрированного раствора гидроокиси натрия в нижнюю часть верхнего отсека аппарата и выводом из верхней части первой по ходу потока сепарационной тарелки позволяет на стадии абсорбции повысить отношение нитрита натрия к нитрату натрия, что обеспечивает увеличение выхода продукта. В отдельных случаях получают нитрит натрия без примеси нитрата натрия. За счет максимального срабатывания абсорбента получают нитрит натрия с низким содержанием гидроокиси натрия, что является важным качественным показателем продукта.

Подача газа, поступающего с большой скоростью в нижнюю часть верхнего отсека абсорбционного аппарата, обеспечивает вспенивание концентрированного раствора гидроокиси натрия. Образовавшаяся эмульсия поднимается вверх, обеспечивая развитую поверхность контакта.

Разделение внутреннего пространства аппарата на верхний и нижний отсеки и расположение в верхнем отсеке тарелок, разделяющих его на секции, создает условия для плавного срабатывания гидроокиси натрия за счет поглощения окислов азота по мере прохождения образовавшейся ранее газожидкостной эмульсией секций аппарата. Исключается контакт концентрированного по окислам азота газа со щелоками, имеющими низкую концентрацию гидроокиси натрия и высокую концентрацию нитрата натрия, что исключает возможность протекания реакции окисления нитрита натрия до нитрата натрия, особенно при глубоком срабатывании гидроокиси натрия.

Установка на высоте 2/3 верхнего отсека, по меньшей мере, двух сепарационных тарелок обеспечивает разделение газожидкостной эмульсии на газ и жидкость.

Расположение над сепарационными тарелками ситчатых тарелок позволяет создать зоны, в которых происходит дополнительное отделение уносимых щелока и окислов азота.

Разделение внутреннего пространства перегородкой на верхний и нижний отсеки позволяет использовать нижнюю часть абсорбционного аппарата для сбора продукционных щелоков.

Установка на перегородке, разделяющей пространство аппарата на верхний и нижний отсеки, барботера для газа, обеспечивает интенсивное образование газожидкостной эмульсии.

Выполнение барботера в виде цилиндра, верхний торец которого снабжен перфорированной отверстиями перегородкой, позволяет разбить поток на множество более мелких потоков, что дает возможность интенсифицировать процесс.

Создание циркуляционного контура для щелоков: секция между перегородкой и тарелкой-циркуляционный насос- теплообменник-секция между перегородкой и тарелкой обеспечивает поддержание заданной температуры абсорбции.

На чертеже представлена схема получения нитрита натрия и абсорбционный аппарат для проведения процесса.

Абсорбционный аппарат для получения нитрита натрия содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, разделенный на верхний 2 и нижний 3 отсеки перегородкой 4. Корпус 1 снабжен штуцером 5 подачи циркуляционного раствора, штуцером 6 выхода продукционного раствора и штуцером 7 отвода выхлопных газов. Внутреннее пространство верхнего отсека 2 разделено на секции ситчатыми тарелками 8. На высоте 2/3 верхнего отсека 2 установлены две сепарационные тарелки 9,10 с переливными патрубками 11. Над сепарационной тарелкой 10 установлены ситчатые тарелки 12. Зона, образованная сепарационной тарелкой 9 и сепарационной тарелкой 10, сообщается с нижним 3 отсеком аппарата, а зона, образованная сепарационной тарелкой 10 и первой по ходу потока ситчатой тарелкой 12 - с нижней частью верхнего отсека 2. На перегородке 4 расположен барботер 13 для газа, выполненный в виде цилиндра 14, верхний торец которого снабжен перфорированной отверстиями 15 перегородкой 16. Для щелоков образован циркуляционный контур: секция между перегородкой 4 и тарелкой 8-циркуляционный насос 17-теплообменник 18-секция между перегородкой 4 и тарелкой 8, который обеспечивает поддержание заданной температуры абсорбции.

Способ осуществляют следующим образом: Аммиачно-воздушная смесь поступает в контактный аппарат, в котором на платиновом катализаторе под давлением 7,3 атм, при температуре 900^oC происходит окисление аммиака до окислов азота. Образовавшиеся в контактном аппарате нитрозные газы охлаждают в котле-утилизаторе (на чертеже не показаны) до температуры 350-400^oC. Охлажденные газы направляют в барботер 13, смонтированный на перегородке 4 аппарата. Сюда же насосом 17 непрерывно через теплообменник 18 подают циркуляционный раствор и свежий раствор гидроокиси натрия. Проходя барботер 13, нитрозные газы в заполненном объеме образуют газожидкостную эмульсию, которая поднимается вверх и поступает на сепарационную тарелку 9, где происходит разделение эмульсии. Раствор с сепарационной тарелки 9 через патрубки (на чертеже не обозначены) сливается в нижний отсек 3 (кубовую часть) аппарата, а газы поступают далее в верхний отсек 2 аппарата (промывная часть), где на ситчатых тарелках 12 происходит отмывка газов от оставшихся окислов азота раствором гидроокиси натрия или циркуляционным раствором. Расход гидроокиси натрия на абсорбционную колонну поддерживают автоматически в зависимости от нагрузки по нитрозным газам и от концентрации гидроокиси натрия в исходном, циркуляционном и продукционном растворах. Уровень в нижнем отсеке аппарата 3 (кубе) поддерживают автоматически выдачей продукционных щелоков на дальнейшую переработку.

Способ иллюстрируется следующими примерами: Пример 1.

Температура нитрозных газов после котла-утилизатора 371^oC.

Температура раствора в последней зоне 53^oC.

Концентрация NaOH в циркуляционном растворе 3,0%.

Режим абсорбции и состав продукта приведены в таблице.

Пример 2.

Аналогично примеру 1.

Температура газа 375^oC.

Температура раствора в последней зоне 67^oC.

Концентрация NaOH в циркуляционном растворе 2,5%.

Состав продукта приведен в таблице.

Пример 3.

Аналогично примеру 1.

Температура газа 400^oC.

Температура раствора в последней зоне 70^oC.

Концентрация NaOH в циркуляционном растворе 2,0%.

Состав продукта приведен в таблице.

Пример 4 (контрольный).

Аналогично примеру 1.

Одна из тарелок 8 и тарелка 9 отсутствуют. Исходный раствор гидроокиси натрия подают на тарелку 12. Нитрозный газ подают в нижний отсек 3 (куб) аппарата.

Режим абсорбции и состав продукта приведены в таблице.

Пример 5 (контрольный).

Концентрация NaOH в циркуляционном растворе 1,0%.

Состав продукта приведен в таблице.

Пример 6 (прототип).

В таблице приведены данные из описания прототипа.

Приведенные в таблице данные показывают, что получение нитрита натрия по предлагаемому способу (примеры 1-3) по сравнению с прототипом (пример 6) увеличивает отношение нитрита натрия к нитрату натрия с 30-200:1 до 503-809: 1 и даже получен продукт без примеси нитрита натрия (пример 1). Содержание NaOH снижено с 9-10% до 1-1,2%. При изменении режима абсорбции на том же, что и в примере 1 абсорбционном аппарате, на режим, аналогичный режиму прототипа (пример 4), отношение NaNO₂/NaNO₃ снижается до 54:1, содержание NaOH увеличивается до 5%. При снижении концентрации NaOH в циркуляционном растворе (пример 5) отношение NaNO₂/NaNO₃ уменьшается до 21:1, содержание NaOH увеличивается до 1,4%.

Таким образом, применение предлагаемого способа получения нитрита натрия и абсорбционный аппарат для проведения процесса позволяют на стадии абсорбции повысить отношение нитрита натрия к нитрату натрия, что обеспечивает увеличение выхода продукта, в отдельных случаях получают нитрит натрия без примеси нитрата натрия, за счет максимального срабатывания абсорбента получают нитрит натрия с низким содержанием гидроокиси натрия, что является важным качественным показателем продукта.

Формула изобретения

1. Способ получения нитрита натрия, включающий абсорбцию горячей газовой смеси, образующейся в результате окисления аммиака и содержащей водяные пары, кислород и окислы азота, раствором гидроокиси натрия, проводимую в вертикальном многосекционном цилиндрическом абсорбционном аппарате с циркуляцией раствора гидроокиси натрия, промывку выхлопных газов, отличающийся тем, что абсорбцию ведут в аппарате, заполненном раствором гидроокиси натрия, при этом исходную газовую смесь и концентрированный раствор гидроокиси натрия подают в нижнюю часть абсорбционного отсека аппарата при поддержании концентрации гидроокиси натрия в циркуляционном растворе не менее 2%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что промывку выхлопных газов осуществляют 40% раствором гидроокиси натрия.

3. Абсорбционный аппарат для получения нитрита натрия, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого находятся тарелки, разделяющие внутреннее пространство корпуса на секции, штуцеры подачи циркуляционного раствора, выхода продукционного раствора и отвода выхлопных газов, отличающийся тем, что внутреннее пространство корпуса разделено на верхний и нижний отсеки перегородкой, на которой установлен барботер для газа, тарелки, разделяющие пространство корпуса на секции, выполнены ситчатыми и расположены только в верхнем отсеке, причем на высоте 2/3 верхнего отсека установлены, по меньшей мере, две сепарационные тарелки с переливными патрубками, одна из тарелок сообщается с нижним отсеком аппарата, другая - с нижней частью верхнего отсека.

4. Абсорбционный аппарат для получения нитрита натрия по п.2, отличающийся тем, что барботер выполнен в виде цилиндра, верхний торец которого снабжен перфорированной отверстиями перегородкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2