СОВМЕЩЁННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКАРБОНАТА НАТРИЯ И АЗОТНОГО УДОБРЕНИЯ СМЕШАННОГО ТИПА
COMBINED METHOD OF PRODUCING SODIUM BICARBONATE AND MIXED TYPE NITROGEN FERTILIZER

Изобретение относится к технологии получения гидрокарбоната натрия и азотных удобрений смешанного типа конверсией раствора солей углекислым аммонием или смесью аммиака и диоксида углерода и может найти применение на крупнотоннажных агрегатах нефтехимии, имеющих в своем составе цеха водоподготовки.
При использовании ионообменных смол для обессоливания речной воды образуются значительные объемы сточных вод с повышенным содержанием сульфата и хлорида натрия, которые сбрасываются в водоемы, осложняя тем самым экологическую обстановку в регионах.
Большинство известных технологий базируются на переводе поваренной соли в соду и хлористый аммоний, а сульфата натрия (мирабилита) - в гипс, с последующим получением на его основе сульфата аммония в качестве азотного удобрения. Конверсия исходных солей не превышает 60%. По указанной причине значительное их количество остается в растворенном состоянии и направляется на очистные сооружения.
Известен способ получения сульфата аммония из гипса или фосфогипса путем их конверсии углекислым аммонием, который готовят заранее в виде 25-30%-ного раствора, либо вводом в реакционную смесь аммиака и углекислого газа при высокой кратности циркуляции пульпы [1. Позин М.Е. Технология минерального сырья. Л.: Химия. 4.2. 1970, с. 1252].
Процесс описывается реакцией:
В отличие от газового метода предлагаемая технология достаточно проста, не требует применения концентрированной серной кислоты. Для приготовления углекислого аммония может быть использован диоксид углерода, содержащийся в дымовых газах.
Недостатком известного способа является низкая производительность фильтрации карбонатной пульпы, образующейся в ходе процесса.
Наиболее близким по технической сущности может рассматриваться способ, позволяющий из природного сульфата натрия (мирабилита) получать два ценных продукта - гидрокарбонат натрия и сульфат аммония [2. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Изд. Химическая литература. Л.: 1949. - 574 с.]. Он основан на следующих реакциях:
После отделения кристаллов гидрокарбоната натрия методом фильтрации раствор сульфата аммония направляется на удаление аммиака и последующее упаривание с целью отделения второго целевого продукта.
К недостаткам данного способа можно отнести возможность образования смешанных солей из сульфатов натрия и аммония, что снижает степень превращения мирабилита в твердое азотное удобрение, а также большие затраты энергии на отгонку аммиака и упаривание водного раствора сульфата аммония.
Технической задачей изобретения является разработка оптимальной схемы переработки раствора солей с ионообменных фильтров цехов водо-подготовки, обогащенных хлоридом и сульфатом натрия, в гидрокарбонат и аммонийные производные.
Поставленная цель достигается их конверсией в химические продукты -гидрокарбонат натрия и водный раствор азотного удобрения смешанного типа, реализуемой при контакте солевого раствора с газообразным аммиаком и углекислым газом в аппарате с перемешивающим устройством или в абсорбционной насадочной колонне с последующим охлаждением реакционной смеси, отделением выпавшего в осадок плохо растворимого гидрокарбоната натрия и переводом непрореагировавшего аммиака в фильтрате в сульфат аммония раствором серной кислоты.
//
Возможность протекания реакций (2) подтверждена термодинамическим расчетом энергии Гиббса, которая имеет отрицательное значение. Детальное исследование этого процесса показало, что при увеличении подачи в реакционную смесь диоксида углерода и аммиака или водного гидрокарбоната аммония можно сместить равновесие в сторону образования конечных продуктов, повысив тем самым степень конверсии сульфата натрия в сульфат аммония до требуемого уровня.
При наличии в солевой смеси хлорида натрия возможна его конверсия по уравнению (3).
Положение равновесия рассматриваемой обратимой реакции определяется мольным избытком аммиака и диоксида углерода по отношению к хлористому натрию.
Таким образом, при использовании в качестве исходного сырья раствора солевой смеси с цехов водоподготовки с мольным соотношением в ней сульфата и хлорида натрия равном (2 - 7): 1, можно прогнозировать одновременное получение гидрокарбоната натрия, сульфата и хлорида аммония. Среди перечисленных соединений наименьшей растворимостью в воде обладает сода. Данные о растворимости в воде синтезируемых продуктов иллюстрируются нижеприведенными данными.
Используя их нетрудно выбрать оптимальную температуру для отделения гидрокарбоната натрия методом фильтрации. Оставшийся раствор хлорила и сульфата аммония может рассматриваться как азотное удобрение смешанного типа и использован по назначению без выделения входящих в него солей. Нейтрализация непрореагировавшего аммиака в фильтрате приводит к дополнительному образованию сульфата аммония.
С учетом изложенного, сущностью предлагаемого технического решения является совмещенный способ получения гидрокарбоната натрия и азотного удобрения смешанного типа конверсией водного раствора неорганических солей в присутствии аммиака и диоксида углерода в реакторе с перемешивающим устройством или в насадочной колонне противоточного типа, причем в качестве сырьевой солевой смеси выступает концентрированный раствор с ионообменных фильтров цехов водоподготовки, обогащенный сульфатом и хлоридом натрия при их мольном отношении (2-7):1, а получаемое азотное удобрение после отделения осадка гидрокарбоната натрия является водной композицией на основе сульфата и хлорида аммония, в которую вводится разбавленная серная кислота для перевода в сульфат аммония аммиак и продукты его взаимодействия с угольной кислотой.
Полученные результаты иллюстрируются следующими примерами.
Пример 1.
В качестве объекта исследования взят концентрированный водный раствор с узла ионообменной водоподготовки агрегатов аммиака следующего состава, мас. %:
3
В лабораторный аппарат объемом 1 дм, снабженный механической мешалкой, загружают 0,6 дм солевого раствора, и при температуре 60°С барботируют в него газовые потоки углекислого газа и аммиака до достижения мольного соотношения сульфат натрия: диоксид углерода: аммиак =1:3:3. Температуру реакционной смеси снижают затем до 15-20°С и отделяют на ленточном фильтре выпавшие кристаллы гидрокарбоната натрия, а в фильтрат добавляют разбавленную серную кислоту для связывания остаточного аммиака до достижения рН раствора 6-6.2.
Степень конверсии хлорида и сульфата натрия составила 93%.
Пример 2.
Состав водного раствора с узла водоподготовки иллюстрируется следующими данными, мас. %:
Указанный раствор с температурой 50°С непрерывно подают в верхнюю часть колонного аппарата, снабженного одной секцией с металлической насадкой, со скоростью 0,1 л/мин, а в куб противотоком - газообразные диоксид углерода и аммиак до достижения мольного отношения сульфат натрия: аммиак: диоксид углерода =1: 3,2: 3,2. Неабсорбированные газы выводятся из верха колонны и возвращаются в аппарат с новыми порциями газообразных реагентов. Для повышения эффективности абсорбции газов предусмотрена циркуляция солевого раствора из куба на верхнюю секцию насадки.
По истечении двух часов ведения процесса содержимое абсорбера перекачивают в емкость с охлаждающей рубашкой и процесс завершают аналогично примера 1.
Степень конверсии хлорида и сульфата натрия составила 97%.
Таким образом, из описания и примеров следует, что по предлагаемому техническому решению удается решить важную экологическую проблему как переработку солесодержащих стоков с цехов водоподготовки в востребованную химическую продукцию. По сравнению с известными методами существенно упрощена технологическая схема ведения процесса, повышена степень конверсии исходных солей в соду и азотные удобрения смешанного типа, предложено решение острой экологической проблемы.