Спосіб одержання калію азотнокислого

1. Спосіб одержання калію азотнокислого шляхом взаємодії хлориду калію з азотною кислотою, виділення із реакційної суміші цільового продукту, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що взаємодію хлориду калію з азотною кислотою проводять в присутності оксидів марганцю МпОп (при п=1,5-2,0) при співвідношенні КСІ : HNO 3 : MnOn рівному 1:(0,8-1,2) : (0,9-1,2) від стехіометрично необхідного. 2. Спосіб одержання калію азотнокислого по п.1, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що реакційну суміш після виділення калію азотнокислого обробляють аміаком з отриманням аміачної селітри і гідроксиду марганцю МпОп (при п= =1,5-2,0) з поверненням останнього у процес. С > Os Винахід відноситься до хімічної галузі, а саме до виробництва мінеральних солей, і може бути застосований при одержанні калію азотнокислого (калійної селітри), який використовується у сільському господарстві як безхлорне, безбаластне азотнокалієве добриво, піротехніці, скляній, радіотехнічній та інших галузях. Відомі конверсійні способи одержання калію азотнокислого, наприклад, по реакції у водяному середовищі [1] NaNo 3 + КСІ = KNO 3 + NaCI (1) Недоліки конверсійних способів: - необхідність застосування у вигляді сировини дорогокоштовного нітрату натрію або других нітратів (Ca(NO 3 ) 2 , NH 4 NO 3 ); - низький вихід готового продукту; - низька швидкість процесу конверсії і, як наслідок, великі обсяги реакторного обладнання; - високі питомі витрати пару на процес; - велика кількість стічної води та попутних продуктів (хлоридів натрію, кальцію, амонію), які мають обмежене застосування. О з . 26469 Найбільш близьким по технічній суті хлориду калію з азотною кислотою провота досягаемому результату є спосіб диться у присутності оксидів марганцю МпОп (при п = 1,5-2) реакція 4 при одержання калію азотнокислого [2], що співвідношенні КСІ : HNO^ : МпОп рівномістить у собі: - взаємодію хлоридів калію з азотною 5 му 1 : (0,8-1,2) : (0,9-1,2) від стехіометрично необхідного, а реакційну суміш після кислотою при температурі 75-85°С по виділення калію азотнокислого обробляють реакції 2: аміаком з одержанням розчину аміачної селітри і гідроксиду марганцю (II) реакція ЗКСІ + .4HNO, = 3KNO3 + CL + NOCI + + 2Н2О (2) 10 5 з послщуючим його окисленням кисневонаповненим газом у оксиди марганцю - відгонку хлору та нітрозилхлориду МпОп (при п=1,5~2) реакція 6, та їх повернення у процес на реакцію 4. (NOCI) з реакційної суміші; - кристалізацію та виділення з реак2m=(n-1)KCI + 2 mnHNO, + mMnOn = 15 ційної суміші готового продукту; =2m (n-1)KNO3 - розділення хлору та нітрозилхлориду mMn(NO3) 2 + m(n-1)CI2 + mnH2O ректифікацією; (4) - окислення нітрозилхлориду у середоде: m=3 (n-1) вищі 80%-ної азотної кислоти, по реакції 20 Mn(NO3)2 + 2NH3 + 2H.0 = 2NH.NCL + З, з метою його утилізації: + Mn(OH)2 (5) 2Mn(OH)2 + (n-l)O 2 = 2MnOn + 2H2O NOC! 2HNO3 = 3NO2 0,5СІ2 + Н2О (3) (6) Сукупність суттєвих ознак заявленого - розділення хлориду та діоксиду азоту, отриманих по реакції 3, ректифікацією; 25 винаходу має слідуючий причинно-наслідковий зв'язок: - перетворення діоксиду азоту у азот- підвищення виходу калію азотнокисну кислоту та її повернення у процесе. лого на 5-20% стало можливим через те, Недоліки описаного способу: що процес взаємодії хлориду калію з азот- низький вихід (70-75%) калію азотнокислого через недостатньо правильно 30 ною кислотою проходить у присутності вибраної стехіометрично необхідної кільоксидів марганцю МпОп (при п=1,5-2) кості HNO3 по відношенню до КСІ; при співвідношенні КСІ : HNO3 : МпОп = =1 : (0,8-1,2) : (0,9-1,2) від стехіометрич- багатостадійність процесу утилізації но необхідного; попутних продуктів, що містять у собі стадії розділення сумішів хлор-нітрозилхлориду 35 - схема одержання KNO3 удосконалета хлордіоксид азоту, окислення на таким шляхом, що усувається подвійна нітрозилхлориду та одержання азотної кисректифікація процесу, а саме: розділення лоти, вимагає спеціальних процесів і хлору та нітрозилхлориду ректифікацією, апаратури з висококорозійностійких матерозділення хлору та діоксиду азоту ректиріалів; 40 фікацією. - тривалість (біля 4 годин) основного Спрощується процесе утилізації, а сапроцесу, реакції 2; ме: - низький ступінь перетворення (60- одержують газоподібний хлор, що 70%) нітрозилхлориду по реакції 3, що не має шкідливих домішок, одночасно з приводить до втрат зв'язаного азоту та 45 процесом синтезу калію азотнокислого; підвищеному витрачанню азотної кислоти. - попутний продукт Mn(NO3)2 переВ основу винаходу поставлено задачу творюють у аміачну селітру та оксиди підвищення виходу калію азотнокислого марганцю МпОп. шляхом удосконалення схеми для спрощенВ одному апараті переробляється (у ня процесу утилізації попутних продуктів. 50 "м'яких" умовах амонізація та окислення) Задача винаходу вирішується тим, що попутний продукт Mn(NO3)2 обробляють у способі одержання калію азотнокислого аміаком з одержанням аміачної селітри шляхом взаємодії хлориду калію з азот- цінного азотного добрива та гідроксид ною кислотою, виділення з реакційної сумарганцю окисляють кисневонаповненим міші цільового продукту калію азотнокис- 55 газом у оксиди марганцю МпОп (при лого та утилізації попутних продуктівп=1,5-2) та їх поверненням у процес, нітрозилхлориду, хлору, утворених у процещо забезпечує замкнутий цикл процесу. сі, згідно винаходу, для підвищення вихоВилучаються, при утілізації попутних ду цільового продукту та спрощення процепродуктів, процеси, які потребують складсу утилізації попутних продуктів, взаємодія ного обладнання з висококорозійностійких 26469 матеріалів та "тонкого" регулювання умов переробки (ректифікація газів при низьких температурах, окислення у "жорстких" умовах та інше) Заявлені граничні відношення КС1 : : HNO 3 : MnOn рівні 1 : (0,8-1,2) : (0,9-1,2) від стехіометрично необхідних обгрунтовані слідуючим: - при кількості HNG, менше 0,8 та МпОп менше 0,9 від стехіометрично необхідного по відношенню до КСІ вихід калію азотнокислого нижчий, ніж по прототипу (менше 75%) див. приклад 1 у таблиці прикладів; - кількість HNO 3 і МпОп більше 1,2 від стехіометрично необхідного по відношенню до КСІ недоцільна, так як це не приведе до помітного підвищення виходу калію азотнокислого, див. приклад 7 у таблиці прикладів. Винахід ілюструється наступними прикладами. У скляний реактор з мішалкою завантажують азотну кислоту (мас. доля HNO3 50-60%), оксиди марганцю та кристалічний хлорид калію, після чого суміш нагрівають протягом 2 0 - 3 0 хв. до температури 110—115°С та витримують при цій температурі 6 0 - 7 0 хв., виводячи з реактора газову фазу. Після закінчення процесу відділяють непрореаговані тверді оксиди марганцю від реакційного розчину (відстоюванням, центрифугуванням або фільтруванням), останній охолоджують до 15-25°С та виділяють з нього кристалічний азотнокислий калій. Маточний розчин після виділення калію азотнокислого обробляють газоподібним аміаком або його водяним розчином до рН не менше 8, після чого через одержану пульпу гідроксиду марганцю (II) у розчині аміачної селітри продувають кисень, повітря або їх суміш при тискові 0 - 0 , 3 М П а до перетворення гідроксиду марганцю (II) у оксиди МпОп (при п=1,5-2). Одержані оксиди марганцю відфільтровують від розчину аміачної селітри й повертають їх на стадію синтезу калію азотнокислого. Результати прикладів одержання калію азотнокислого у відповідності з викладеним наведені у таблиці (Додаток 1). Примітка до таблиці прикладів: 1. Склад хлору газоподібного, вилученого з реактора: C L - 9 5 - 9 6 % , Н2О - 4 5%, NOCI - відсутній. 2. Для прикладу 1 взяті оксиди марганцю МпО 1 9 6 , які використовуються в хімічних джерелах струму; для прикладу 2 - оксиди марганцю, регенеровані в прикладі 1; для прикладу 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 З - регенеровані в прикладі 2; для прикладу 4 - регенеровані в прикладі 3 і т. д. Оксиди марганцю, регенеровані в прикладі 7, у прикладах, наведених у таблиці, не використовувалися. Схема процесу отримання калію азотнокислого, запланована до промислової реалізації, наведена на кресленні, де зображено: 1 - реактор синтезу калію азотнокислого; 2 - кристалізатор калію азотнокислого; 3 - центрифуга фільтруюча; 4 - сушарка барабанна; 5 - реактор - нейтралізатор маточного розчину; 6 - реактор окислення гідроксиду марганцю (II); 7 - барабанний вакуум-фільтр; На кресленні зв'язки між конструктивними елементами позначаються як Потік 1 - кислота азотна зі складу; Потік 2 - хлорид калію зі складу; Потік 3 - оксиди марганцю МпОп; Потік 4 - хлор-газ на осушку та зрідження; Потік 5 - освітлена частина реакційної суміші; Потік 6 - пульпа калію азотнокислого; Потік 7 - калій азотнокислий сирець; Потік 8 - калій азотнокислий товарний на склад; Потік 9 - маточний розчин (фугат); Потік 10 - пульпа гідроксиду марганцю (II) у розчині амселітри; Потік 11 - пульпа оксидів марганцю МпОп у розчині амселітри; Потік 12 - розчин амселітри на грануляцію; Потік 13 - аміак газоподібний; Потік 14 - кисень або повітря. 8 реактор синтезу 1 завантажують азотну кислоту, оксиди марганцю МпОп після регенерації та хлорид калію в необхідному співвідношенні KCI:MnOn:HNO3 та проводять синтез при температурі 110— 115°С. Виділений хлор-газ з реактору 1 направляють у систему сушки та зрідження. По закінченню синтезу перемішування реакційної суміші припиняють і проводять згущення надлишку твердих оксидів марганцю в нижній частині реактору 1. Після згущення декантують освітлену частину реакційної суміші (80-85%) від загального обсягу) через бічний штуцер у кристалізатор 2, в якому її охолоджують до температури 15-25°С. Виділені кристали калію азотнокислого відокремлюють від 26469 8 селітри (фільтрат) з вакуум-фільтру направматочного розчину на фільтруючій центриляють на грануляцію для одержання фузі 3, висушують у барабанній сушарці 4 товарної аміачної селітри. Тверді оксиди з допомогою нагрітого повітря й направмарганцю з вакуум-фільтру подають у ляють на склад товарного продукту. реактор 1 для проведення нових операцій Маточний розчин (фугат) з центрифусинтезу калію азотнокислого. ги 3 направляють у реактор-нейтралізатор 5 і нейтралізують газоподібним аміаком з Згущена частина реакційної суміші, що одержанням розчину аміачної селітри і має непрореаговані оксиди марганцю від гідроксидів марганцю (II). Одержану пульпопередньої операції синтезу, з реактора пу подають у реактор 6, де гідроксид 10 1 не вилучається, а об'єднується з реамарганцю (II) окислюють киснем (або гентами, які подаються на наступну повітрям) до оксидів марганцю МпОп (при операцію синтезу, чим забезпечується п=1,5-2), після чого фільтрують на барабаннеобхідний достаток оксидів марганцю ному вакуум-фільтрі 7. Розчин аміачної МпОп у процесі синтезу. 15 Додаток 1 Приклади здійснення способу одержання калію азотнокислого Одержано калію азотнокислого Отримано після синтезу Взято на синтез №№ прикладів Оксиди марганцю Співвіднош. від стехіом. необ. Калію азотнокислого Хлору газообразного (на 100% СІ2), г Кислота азотна (на 100% HNO3), г Калій хлористий їна 100% КСІ), г Форма Кількість (на 100% МпОп), г НШз КСІ МрОп КСІ г вихід, % 1 580 448 МпО 1 9 б 230 0,75 0,85 450 74,2 158 2 329 162 МпО 1 5 155 0,80 0,90 166 75,6 58 3 320 161 МпО 1 7 4 121 1,0 1,0 186 85,6 65 4 240 118 МпО 1 7 1 102 1,0 1,1 139 86,9 48 5 227 111 МпО 1 8 3 91 1,1 1,2 137 91,3 47 6 232 109 МпО 1 9 1 83 1,2 1,2 1,39 94,4 48 7 219 100 МпО 1 9 3 78 1,25 1,25 128 94,8 45 CD СП со Продовження додатка 1 Регенерація попутних продуктів Отримано після регенерації Взято на регенерацію №№ прикладів Окислювач Розчин аміачно? селітри (на 100% NH 4 NO 3 ), г Оксиди марганцю Аміак (на 100% NH3). г Різновид Тиск, МПа 1 84 повітря 0.0 160 2 64 повітря 0.2 110 58 повітря + + кисень (1+1) 0.0 120 260 МпО 1 7 1 4 45 повітря + +кисень (1+1) 0.2 100 195 М П О 5 42 кисень 0,1 80 6 43 кисень 0,2 7 41 кисень 0.3 3 Кількість (Ha100%0tj), г Форма Кількість, г Ступі; „ регенерації. % 380 МпО 1 5 155 99,0 286 МпО 1 7 4 121 99,1 S О) со 102 99.2 ,,83 91 99,3 180 МпО 1 9 1 83 99,4 80 185 МпО 1 9 3 78 99,6 80 177 М П О 74 99,5 ,91 26469 Потік І ПОТІЧ 4 ..>• Истг- 3 від поз. ? Потік J.A ПОТІК II Вов а зворот Упорядник Техред М. Келемеш Коректор А. Маковська Замовлення 509 Тираж Присне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101