Спосіб одержання нітріту лужного металу

Изобретение относится к химической отрасли и касается получения нитрита щелочного металла путем взаимодействия оксидов азота с водными растворами оснований этих металлов. Наиболее близким из известных является способ получения нитритов, включающий ступени образования смеси горячего газа, содержащего оксиды азота, кислород и водяной пар, охлаждение смеси газа до температуры 300-5000С и мгновенное охлаждение такой газовой смеси в водном растворе основания для избежания контакта горячей смеси газа с холодной поверхностью (1). Полученный товарный продукт содержит до 40 вес. % нитрита натрия, 0,1-0,3 вес. % нитрата натрия, 9-10 вес. % гидроксида натрия, 0,5 вес. % карбоната натрия и 50-60 вес. % воды. Скорость подачи газа 90 кг/час, жидкости - 40-70 кг/час. К недостаткам известного способа относятся: - большое содержание в товарном продукте щелочного компонента (10 вес. %), - невозможность получения готового продукта в кристаллическом виде с малым содержанием нитрата без многократной перекристаллизации. Задачей изобретения является создание способа получения нитрита щелочного металла прямоточным взаимодействием оксидов азота с водным раствором оснований этих металлов при определенных режимах, за счет чего достигается снижение содержания в продукте щелочного компонента. Данный способ позволяет получить готовый продукт в кристаллическом виде без многократной перекристаллизации. Поставленная задача решается тем, что в способе получения нитрита щелочного металла, включающем взаимодействие оксидов азота с водным раствором оснований этих металлов в тарельчатой колонне, взаимодействие проводят прямотоком в колонне с ситчатыми тарелками в инжекционном режиме, создаваемом при отношении скорости подачи газа через отверстия тарелки к скорости газа в свободном сечении колонны, равном 15-35. Изобретение иллюстрируется схематичным изображением колонны, на котором: 1 - корпус колонны, 2 - трубопровод подачи нитрозного газа, 3 - трубопровод подачи раствора Na2CО3, 4 распределитель, 5, 6, 7, 8 - ситчатые тарелки, 9 - отбойная тарелка, 10 - трубопровод вывода нитрозного газа, 11 - трубопровод вывода раствора нитрит-нитрата натрия, 12-линия, 13 - насос, 14 - линия,15 - холодильник,16, 17 линии ввода и вывода воды, 18 - линия. Способ осуществляется следующим образом. Нитрозный газ, полученный окислением аммиака состава (об. %): NО - 5,9, NО2 - 3,9, О2 - 3,6, N2 - 69,8, H 2О 16,8 с температурой 385-4150С по трубопроводу 2 подают в нижнюю часть колонны 1 через распределитель 4. Свежий раствор карбоната натрия концентрацией 260-340 г/л и температурой 900С по трубопроводу 3 также подают в нижнюю часть колонны 1. Под тарелкой 5 осуществляется основной процесс взаимодействия (на 8690%) горячих нитрозных газов с раствором соды по реакциям: NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2 (1) 2NO2+Na2CO3=NaNO2+NaNO3+CO2 (2) В указанной секции образуется основное количество нитрита натрия (88-91%). Остальное количество карбоната натрия срабатывается на вышележащих тарелках. Взаимодействие осуществляется на ситчатых тарелках в инжекционном режиме при относительно высоких скоростях газа и жидкости в отверстиях тарелки. При соотношении скоростей газа в отверстиях тарелки и свободном сечении колонны ниже 15 происходит переток жидкой фазы с верхнележащей на нижележащую тарелку, что приводит к нарушению содержания соды и нитрита натрия в растворе. В колонне начинается процесс инверсии, что не позволяет получить необходимое соотношение NaNO2/NaNO3 в конечном продукте. При соотношении скоростей газа в отверстиях тарелки и свободном сечении колонны выше 35 создается сопротивление в 8-10 раз выше, чем требуется для нормального прохождения газа через колонну. При инжекционном режиме взаимодействия осуществляется интенсивный захват и дробление жидкости, формируется двухфазный динамический слой, в котором сплошная фаза - газ, а дисперсная - жидкость. В слое появляются сплошные газовые каналы, которые активно транспортируют жидкость в сепарационное пространство между тарелками. В этом процессе отсутствует провал жидкости на нижележащие тарелки, что препятствует перемешиванию жидкой фазы по высоте колонны. В секции между тарелками должен быть определенный состав раствора и должно срабатываться определенное количество щелочи и оксидов азота из нитрозных газов, Под первой тарелкой содержание щелочи 6-7 вес. %, на последней тарелке (продукционном растворе)- 0,5 вес. %. Отвод реакционного и физического тепла нитрозных газов осуществляется принудительной циркуляцией по схеме: линия 12, насос 13, линия 14, холодильник 15, линия 18. Охлаждение производят водой, поступающей по линии 17 и отводящей линии 16. Смесь нитрозного газа и раствора соды проходит все тарелки снизу вверх прямотоком. С 8-й тарелки непрореагировавший нитрозный газ по трубопроводу 10 поступает в колонну кислой абсорбции на получение азотной кислоты. Полученный раствор нитрит-нитрата натрия по трубопроводу 11 подают на дальнейшую переработку для получения кристаллического товарного продукта. Изобретение поясняется приведенными ниже примерами. Пример 1 (оптимальный вариант). Полученные окислением аммиака нитрозные газы в количестве 50909,71 кг/ч состава (вес. %): NO-7,48, NO26,17, O2-2,85, N2 - 69,88, H2O - 13,62 с температурой 4000С и давлением 0,6 МПа поступают по тр убопроводу 2 через распределитель 4 в нижнюю часть колонны 1, затопленную раствором соды. После распределителя 4 горячие нитрозные газы поступают под тарелку 5, куда по трубопроводу 3 подают раствор соды в количестве 40333,31 кг/час состава (вес. %): Na2CO3 - 25,75, H2O - 74,25 с температурой 800С и давлением 0,9 МПа, соотношение скоростей 28. Линейная скорость газа в отверстиях тарелки 11,585 м/сек, а линейная скорость в свободном сечении колонны -0,412 м/сек. Смесь нитрозного газа и раствора соды проходит все перфорированные тарелки 5, 6, 7, 8, на которых осуществляется процесс их взаимодействия с получением нитрит-нитрата натрия. С тарелки 8 непрореагировавшии нитрозный газ в количестве 42731,65 кг/час состава (вес. %): NО - 0,19, NО2 - 0,19, О2 - 1,83, N2-83,26, CО2 - 9,81, H2О-4,72 направляют по трубопроводу 10 в колонну кислой абсорбции на получение азотной кислоты. По трубопроводу 11 выводят раствор нитрит-нитрата натрия в количестве 48511,38 кг/час состава (вес. %): NaNO2 - 25,27, NaNO3 - 2,27, Na2CО2 - 0,58, H2O - 71,86 и направляют на дальнейшую переработку для получения кристаллического продукта с соотношением NaNO2/NaNO3 = 11, содержание щелочного компонента 0,58 вес. %. Материальный баланс приведен в таблице 1. Пример 2. Нитрозные газы в количестве 49545,25 кг/час состава (вес. %): NO -7,26, NО2 - 6,33, О2 - 2,86, N2 70,02, H2О -13,53 с температурой 4000С и давлением 0,6 МПа поступают по трубопроводу 2 через распределитель 4 в нижнюю часть колонны 1, затопленную раствором соды. После распределителя 4 горячие нитрозные газы поступают под тарелку 5, куда по трубопроводу 3 подают раствор соды в количестве 41922,78 состава (вес. %): Na 2CО 3-24,8, H 2О - 75,2 с температурой 800С, соотношение скоростей 15 (6,18:0,412 = 15) Смесь (жидкость-газ) проходит все перфорированные тарелки 5, 6, 7, 8, на которых проходит процесс их взаимодействия с получением нитрит-нитрата натрия. С тарелки 8 непрореагировавший нитрозный газ в количестве 41127,77 кг/час состава (вес. %): NO - 0,4, NО 2 – 0,6, О 2 – 0,45, N2 - 91,35, СО - 9,48, H2 О - 4,72 направляют по трубопроводу 10 в колонну кислой абсорбции на получение азотной кислоты. По трубопроводу 11 выводят раствор нитрит-нитрата натрия в количестве 50337,47 кг/час состава (вес. %): NaNО2 -17,27, NaNО3 - 8,64, NаCО3 - 2,00, H2O -72,09 и направляют на дальнейшую переработку для получения кристаллического продукта с соотношением NaNО2/NaNО3 = 2. Содержание щелочного компонента 2,00 вес. %. Материальный баланс приведен в таблице 2 Пример 3. Нитрозные газы в количестве 48349,88 кг/час состава (вес. %): NO -7,29, NО2 - 6,02, О2 - 3,31, N2 69,98, H2O -13,4 с температурой 4000С и давлением 0,6 МПа поступают по трубопроводу 2 через распределитель 4 в нижнюю часть колонны 1, затопленную раствором соды. После распределителя 4 горячие нитрозные газы поступают под тарелку 5, куда по трубопроводу 3 подают раствор соды в количестве 41485,95 состава (вес. %): Na2CО3 - 23,12, H 2О - 76,88 с температурой 800С, соотношение скоростей 20 (8,24 : 0,412 = 20). Смесь (жидкость и газ) проходит все перфорированные тарелки 5, 6, 7, 8, на которых проходит процесс взаимодействия с получением нитрит-нитрата натрия. С тарелки 8 непрореагировавший нитрозный газ в количестве 40640,48 кг/час состава (вес. %): NО - 0,37, NО2 - 0,31, О 2 - 1,98, N2 - 83,26, CО2 - 9,36, H2О - 4,72 направляют по трубопроводу 10 в колонну кислой абсорбции на получение азотной кислоты. По трубопроводу 11 выводят раствор нитрит-нитрата натрия в количестве 49195,32 кг/час состава (вес. %); NaNО2 -20,92, NaNО3 - 4,13, Na2CО3 - 0,85, H2О -74,10 и направляют на дальнейшую переработку для получения кристаллического продукта с соотношением NaNО2/NaNО3 = 5. Содержание щелочного компонента 0,85. Материальный баланс приведен в таблице 3. В таблице 4 приведен материальный баланс при соотношении скоростей равном 35 (14,42:0,412=35). Положительный эффект изобретения по сравнению с известным состоит - в уменьшении щелочного компонента в готовом продукте в 5-20 раз, - в том, что способ дает возможность получать раствор, из которого можно получать кристаллический продукт. Кроме указанных преимуществ необходимо отметить то, что способ успешно можно использовать в промышленных условиях без значительных затрат. Способ можно рассматривать как элемент технологической схемы получения азотной кислоты при повышенном давлении.