Спосіб безперервної інверсії нітритних розчинів при одержанні нітритів лужних металів

Способ непрерывной инверсии нитритных растворов при получении нитритов щелочных металлов в колонне с ситчатыми тарелками, включающий прямоточное контактирование нитритного раствора с азотной кислотой и отдувку воздухом их нитратного раствора растворенного в нем оксида азота, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что контактирование нитрита с азотной кислотой проводят в верхней части колонны в инжекционном режиме, при отношении скорости выделившегося оксида азота через отверстия тарелки к его скорости в свободном сечении колонны, равном 20-60, при этом выделившийся оксид азота является основным перемешивающим агентом, а отдувку воздухом проводят в нижней части колонны противотоком. Изобретение относится к химической отрасли и касается получения а процессе инверсии малоокисленных оксидов азота и использования их в производстве нитритов щелочных металлов. Полнота извлечения кристаллического нитрита натрия из раствора, полученного методом щелочной абсорбции оксидов азота, ограничена наличием в нем нитрата натрия, загрязняющего продукцию при глубоком упаривании и кристаллизации, поэтому из раствора выделяют только часть нитрита натрия, от 40 до 65%, а остальное количество переводят методом инверсии в нитрат натрия. Известен процесс окисления нитрита щелочных металлов азотной кислотой (инверсии), протекающий по следующему суммарному уравнению: 3NaNO2 2HNO3 - 3NaNO3 2NO Н2О Этот процесс считается очень медленным вследствие плохого перемешивания жидкой фазы, а, следовательно, десорбции окислов азота, которые образуются при распаде азотистой кислоты ( 1 , 2 , 3). Известен также способ непрерывной инверсии нитритных растворов, которую проводят в колонне с ситчатыми тарелками (4). Нитритный раствор подают на верхнюю тарелку колонны, а азотную кислоту - на ту же или на вышележащую тарелку. Тарелка, на которую подаются реагенты, является смесительной. Полученный в результате инверсии (окисления нитрита щелочных металлов) нитратный раствор выводят из нижней части аппарата. Через всю колонну снизу вверх продувают воз NJ О 27119 дух, вследствие чего на тарелках происходит интенсивная турбулизация жидкой и газовой фаз Степень окисленности оксидов азота составляет 70-95%. К недостаткам данного способа относится следующее: - кислород, содержащийся в воздухе, используемом для создания турбулентности (перемешивания) жидкой фазы, почти полностью окисляет выделившийся оксид азота в двуоксид азота, который нельзя в последующем использовать для получения нитрит-нитратных растворов, т.к. степень окисленности оксидов азота, поступающих на абсорбцию, не должна превышать 20%; - высокая окисленность оксидов азота приводят к тому, что влага охлажденных в процессе транспортировки до колонны кислой абсорбции газов конденсируется с образованием азотной кислоты концентрации 60-70 мас.% HNO3, которая при 80-90°С в присутствии хлоридов проявляет высокую агрессивность к металлам, в том числе к нержавеющим сталям. Задачей изобретения является уменьшение степени окисленности выделенного в процессе инверсии оксида азота и использование его для дополнительной выработки целевого продукта - нитрита щелочного металла. Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе непрерывной инверсии нитритных растворов при получении нитритов щелочных металлов в колонне с ситчатыми тарелками, включающем прямоточное контактирование нитрита с азотной кислотой и продувку воздухом, контактирование нитрита с азотной кислотой проводят в верхней части колонны, при этом в качестве основного перемешивающего агента используют выделившийся оксид азота с соотношением его скорости через отверстия тарелки к скорости в свободном сечении колонны, равным 20-60, а в нижней части колонны противотоком проводят отдувку воздухом из нитратного раствора растворенного в нем оксида азота. Раздельное проведение инверсии нитритного раствора и продувки нитратного раствора воздухом обеспечивается делением колонны с помощью непроницаемой перегородки на две части; верхнюю инверсионную часть и нижнюю - продувочную. В верхней части колонны взаимодействие реагентов ведут прямотоком в направлении снизу вверх на ситчатых тарелках в инжекционном режиме, созда 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ваемом выделившимся оксидом азота, который затем направляют в колонну щелочной абсорбции для получения нитритнитратного раствора. В продувочной части колонны процесс отдувки растворенного оксида азота из нитратного раствора проводят противотоком на ситчатых тарелках воздухом, который в смеси с остаточными NO, NO2 направляют затем в колонну кислой абсорбции на получение азотной кислоты. На чертеже схематически представлено вертикальное сечение колонны для осуществления процессов инверсии и продувки. Колонна состоит из верхней инверсионной части 1 и нижней продувочной части 2, разделенных непроницаемой перегородкой 3. В обеих частях размещены ситчатые тарелки 4. Колонна имеет подводы: 5 ~ исходного раствора, содержащего нитрит, 6 - азотной кислоты, 7 тепла для процесса инверсии, 8 - воздуха и 9 - нитратного раствора из верхней части колонны на верхнюю тарелку отдувочной части колонны. Колонна имеет также отводы: 10 - тепла, 11 - оксида азота, 12 - воздуха в смеси с оксидами азота и 13 - продукционного раствора-нитрата. Способ осуществляется следующим образом. Нитритный раствор из стадии получения кристаллического нитрита натрия, мас.%: NaNCX, 43, NaNO3 11, Na2CO3 2,5, NaCI 0,7, H2O 42,8, с температурой 6070°С по трубопроводу 5, и азотную кислоту концентрацией 50-60 мае % с температурой 50-60°С по трубопроводу 6 подают через смесительное устройство {не показано) под нижнюю тарелку инверсионной части 1 колонны Здесь осуществляется процесс взаимодействия азотной кислоты с нитритом по реакции: 3NaNO, 2HNO, = 2NO + Н,0 В этой секции верхней части колонны проходит основной процесс взаимодейст50 вия, на 70-80%, всех реагирующих компонентов. Здесь же образуется основное количество оксида азота, участвующего а дальнейшем процессе инверсии в качестве основного перемешивающего агента. 55 Смесь нитритного раствора, азотной кислоты и оксидов азота далее проходит все вышележащие тарелки, на которых окисляется остальное количество нитрита в нитрат. При этом под первой тарелкой (нижней) содержание нитрита натрия сое 27119 тавляет 43,0 мас.% на последней тарелке - 0,1 мас.%. Тепло, необходимое для процесса инверсии, в виде пара подают по трубопроводу 7 в змеевики, уложенные непосредственно на тарелках {не показано), а отвод конденсата осуществляют по трубопроводу 10. По окончании процесса инверсии оксид азота из верхней части колонны 1 по трубопроводу 11 направляют в колонну щелочной абсорбции на получение раствора нитрит-нитратных солей. Контактные устройства в инверсионной части колонны работают при относительно высоких скоростях газа и жидкости в отверстиях тарелки в инжекционном режиме, который обеспечивает более интенсивный массообмен и исключает провал жидкости на нижележащие тарелки. При инжекционном режиме происходит интенсивный захват и эмульгирование жидкости образующимся оксидом азота, формируется динамический двухфазный слой, в котором сплошная фаза - газ, а дисперсная - жидкость. В слое появляются сплошные газовые каналы, которые активно транспортируют жидкость в сепарационное устройство между тарелками 4. Отсутствие провала жидкости на нижележащие тарелки играет важную роль, т.к. препятствует перемешиванию жидкой фазы по высоте колонны 1. Количество тарелок, необходимое для осуществления процесса инверсии, должно быть не менее 3. Нитратный раствор из инверсионной части колонны 1 через гидрозатвор поступает на верхнюю тарелку 4 отдувочной части колонны 2. Количество тарелок в этой части колонны должно быть не менее 5. По трубопроводу 8 под нижнюю тарелку подается воздух. По окончании отдувки воздух в смеси с оксидами азота выходит из верхней части колонны 2 и по трубопроводу 12 направляется в ;,олонну кислой абсорбции на получение азотной кислоты. Содержание оксидов азота в воздухе после колонны составляет примерно 11,0%. Сопоставительный анализ предлагаемого решения и существующих аналогов показал, что Предполагаемое изобретение отличается тем, что процесс инверсии нитритного раствора азотной кислотой и продувки полученного нитратного раствора после инверсии воздухом про 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 водят раздельно, причем в качестве основного перемешивающего агента используется выделившийся оксид азота с соотношением его скорости через отверстия тарелки и скорости в свободном сечении колонны, равным 20-60. При соотношении скорости газа в отверстиях тарелки и свободном сечении колонны ниже 20 может произойти переток жидкой фазы с верхнележащей на нижележащую тарелку, что приведет к увеличению содержания нитрита натрия в готовом продукте. При соотношении скорости газа в отверстиях тарелки и свободном сечении колонны выше 60 создастся сопротивление системы в 8-10 раз превышающее то, которое требуется при нормальной работе колонны. Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом состоят в следующем: - вследствие исключения попадания из продувочной части колонны в инверсионную кислорода воздуха, способствующего окислению газовой фазы, получают малоокисленный оксид азота, что подтверждается отсутствием в инвертированном растворе NO2; малая окисленность оксида азота, использующегося в дальнейшем в качестве сырья для получения раствора нитрита натрия, при щелочной абсорбции дает возможность увеличить выход нитрита натрия на 25-30% из нитрозных газов, полученных контактным окислением аммиака; - малая окисленность оксида азота позволяет получить исходный раствор нитрит-нитратных солей с более высоким соотношением NaNO2 к NaNO3 и, соответственно, также увеличить выход готового продукта: нитрита натрия; - исключается коррозия аппаратуры и трубопроводов, так как оксид азота в эюм случае является ингибитором коррозии. Предлагаемый способ можно успешно использовать в промышленных условиях без значительных затрат. Способ непрерывной инверсии растворов можно рассматривать как часть технологической схемы получения кристаллических продуктов нитрита и нитрата натрия. Материальные балансы процессов инверсии и отдувки представлены в табл. 1 и 2 соответственно. 27119 8 Т а б л и ц а 1 Материальный баланс стадии инверсии № п/п 1 кг/час Приход Нитритный раствор, в том числе" NaNO z NaNO3 Na2CO3 NaCI н2о 2 Азотная кислота, в том числе. HNO3 н2о • % № п/п 5979,90 100,0 1 2571,40 657,80 149,50 41,80 2559,40 43,0 11,0 2,50 0,70 42,80 3742,42 100,0 1871,21 1871,21 50,0 50,0 Расход Инверсионный газ, в том числе: NO сог н2о 2 Инвертированный (нитратный) раствор, в том числе: NaNO2 NaNO3 NaCI нао HNO 3 NO Всего кг/час % 686,82 100,0 560,75 62,11 63,96 81,64 9,04 9,32 9035,50 100,0 8,90 4054,25 41,86 4614,75 133,75 181,99 0,10 44,87 0,46 51,07 1,48 2,02 9722,32 9722,32 Т а б л и ц а Материальный баланс стадии отдувки № п/п 1 кг/час % п/п Расход кг/час % Инвертированный (нитратный) раствор, в том числе: NaNO 2 NaNO 3 NaCI 9035,50 100,0 1 Отдутый инвертированный (нитратный) раствор, в том числе. NaNO 2 NaNO 3 NaCI 8714,05 100,0 • 8,90 4054,25 41,86 4475,29 133,75 0,10 46,52 0,48 51,36 1,54 Воздух с примесью оксидов азота, в том числе* 1538,28 100,0 о2 280,53 923,39 152,37 191,99 18,24 60,02 9,90 11,84 нго HNO3 NO 2 № Приход Воздух, в том числе: °2 N2 нго • 8,90 4054,25 41,86 4614,75 133,75 181,99 0,10 44,87 0,46 51,07 1,48 2,02 1216,83 100,0 280,53 923,39 12,91 23,05 75,89 1,06 нго HNO3 2 н2о NO Всего 10252,33 10252,33 2 27119 Упорядник Техред М. Келемеш Коректор О. Обручар Замовлення 552 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101