способ получения закиси азота и разлагатель плава аммиачной селитры для ее образования

Формула изобретения

1. Способ получения закиси азота, включающий термическое разложение плава аммиачной селитры в зоне температур 260 - 275^oC, очистку от примесей и сжижение, отличающийся тем, что плав подают на разложение эжектированием 94-96% плава аммиачной селитры и парового конденсата с обеспечением автоматической корректировки концентрации плава и подачей получаемой смеси с концентрацией плава 93-94% в реакционный объем.

2. Разлагатель плава аммиачной селитры для образования закиси азота, содержащий корпус в виде цилиндрической обечайки с днищем и боковым штуцером для соединения с гидрозатвором, съемную крышку с узлом для ввода плава, штуцер для отвода продуктов разложения, нагреватель, расположенный внизу под днищем корпуса, отличающийся тем, что узел для ввода плава выполнен в виде миниэжектора, снабженного штуцерами ввода рабочего тела, плава аммиачной селитры, конденсата, аварийного конденсата, устройством равномерной подачи смеси в реакционный объем, выполненным в виде трубок, заглушенных в конце и перфорированных отверстиями на участке прилегания к днищу разлагателя, расположенных радиально от периферии к центру и параллельных днищу, все отверстия трубок направлены в одну сторону параллельно днищу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства азотосодержащих неорганических соединений и может быть использовано в медицине и электронной промышленности.

Известен способ получения закиси азота, включающий термическое разложение аммиачной селитры, очистку от примесей и сжижение [1. Заявка Чехии N 221216, МКИ C 01 B 21/22, опубл. 15.01.86 L4 ANSER 12 OF 31 ZCA COPYRIGHT 1988 ACS AN 105: 266446s205]. Для осуществления известного способа служит устройство производства закиси азота, содержащее вертикальную трубу с увеличенной верхней секцией, тарельчатый сепаратор и нижнюю часть, оборудованную распределительным тарельчатой формы аппаратом с перфорированными наклонными перегородками. Аммиачная селитра подается ниже секции сепаратора, диспергируется до мелких капель, смешивается с перегретым плавом и термически разлагается в нижней части реактора. Образующаяся закись азота проходит через сепаратор и выходит в верхней части реактора. Расход электроэнергии за сутки составил 456 кВт.

Недостатком данного технического решения является то, что плав аммиачной селитры, вводимый в реактор, диспергируется и смешивается с перегретым плавом, что не обеспечивает равномерное введение свежего плава и распределение его по всему объему на стадии разложения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения закиси азота, включающий термическое разложение аммиачной селитры с массовой концентрацией 90-94%, очистку от примесей и сжижение [2. А. с. СССР N 1675202, МКИ5 C 01 B 21/22, опубликовано 07.09.91 г. - прототип] . Плав аммиачной селитры разлагают при 533-548^oK (260-275^oC). Для осуществления данного способа служит устройство, содержащее корпус в виде цилиндрической обечайки с днищем и боковым штуцером для соединения с гидрозатвором, съемную крышку с узлом для ввода плава, штуцер для отвода продуктов разложения, узел нагревателей, расположенный внизу под днищем корпуса. Подача плава в разлагатель производится при температуре 150-160^oC. Уровень плава не превышает 11 см от днища разлагателя. Плав подается тонкой струей при непрерывном подогреве аппарата. При достижении плавом температуры 180^oC начинается процесс разложения селитры с образованием аммиака, кислоты и других компонентов. Поэтому до установления оптимальной температуры разложения все газообразные продукты разложения сбрасываются в воздуховод за пределы установки. После вывода разлагателя на нормальный технологический режим выдача газа с разлагателя переводится в систему очистки. Подача плава в разлагатель идет с избытком на перелив в гидрозатвор и регулируется клапаном автоматически в зависимости от температуры разложения. При повышении температуры разложения до 280^oC выключается электронагреватель. Расход электроэнергии при работе разлагателя 408 кВт/сут (технологический регламент N 40 производства медицинской закиси азота Горловского ОАО "Концерн Стирол", 1987, с. 9-13).

Недостатки известного технического решения:

- трудности при поддержании оптимальной температуры в реакционном объеме 260-275^oC.

- поддержание t = 260-275^oC осуществляется нагревателем, расположенным под днищем разлагателя и подачей избытка вводимого плава на перелив из разлагателя в гидрозатвор, что приводит к протеканию побочных реакций за пределами рабочего диапазона температур, перерасходу электроэнергии и исходного плава аммиачной селитры, следовательно, к увеличению себестоимости готовой продукции.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения закиси азота и разлагателя плава аммиачной селитры для ее образования путем ввода плава аммиачной селитры и парового конденсата эжектированием с обеспечением автоматической корректировки концентрации плава до 93-94%, равномерного направления полученной смеси в реакционный объем и поддержания стабильной температуры процесса разложения плава в автотермическом режиме с использованием подогрева электронагревателем в период пуска и при отклонении температуры ниже 260^oC, что позволяет снизить расходный коэффициент по плаву, поддерживать оптимальные параметры процесса разложения плава, уменьшить энергозатраты и себестоимость готовой продукции.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения закиси азота и разлагателе плава аммиачной селитры для ее образования, включающих термическое разложение плава аммиачной селитры в зоне температур 260-275^oC, очистку от примесей и сжижение согласно способу, ввод 94-96% плава аммиачной селитры и парового конденсата осуществляют эжектированием с обеспечением автоматической корректировки концентрации плава и подачей полученной смеси концентрацией плава 93-94% в реакционный объем. В разлагателе плава аммиачной селитры, содержащем корпус в виде цилиндрической обечайки с днищем и боковым штуцером для соединения с гидрозатвором, съемную крышку с узлом для ввода плава, штуцер для отвода продуктов разложения, нагреватель, расположенный внизу под днищем корпуса, узел для ввода плава выполнен в виде миниэжектора, снабженного штуцерами ввода рабочего тела, плава аммиачной селитры, конденсата, аварийного конденсата, устройством равномерной подачи смеси в реакционный объем, выполненным в виде трубок, заглушенных в конце и перфорированных отверстиями на участке прилегания к днищу разлагателя, расположенных радиально от периферии к центру и параллельных днищу, все отверстия трубок параллельны днищу, направлены в одну сторону.

Подача плава аммиачной селитры концентрацией 94-96% и парового конденсата с помощью миниэжектора позволяет эффективно и быстро производить корректировку концентрации плава до 93-95% - параметра, необходимого и достаточного для проведения процесса разложения плава в автотермическом режиме с использованием подогрева электронагревателем в период пуска и при отклонении температуры ниже 260^oC, снижает расход электроэнергии. Рост экзотермических реакций процесса разложения регулируется подачей парового конденсата, чем обеспечивается снижение расходного коэффициента по плаву аммиачной селитры. Подача смеси плава с конденсатом в реакционный объем по трубкам через отверстия позволяет обеспечить мгновенное и равномерное ее распределение по объему в реакционной зоне разлагателя. Расположение отверстий в трубках, направленных в одну сторону, параллельно днищу создает круговое движение, плавное распределение и способствует быстрому нагреву смеси в реакционном объеме. Это обеспечивает быстрый нагрев вводимого плава и длительную работу в зоне оптимальных температур 260-275^oC, что значительно уменьшает побочные реакции разложения при разогреве от 150^oC до 260^oC, увеличивая выход продукта.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 - общий вид, продольный разрез разлагателя плава аммиачной селитры;

на фиг. 2 - сечение А-А разлагателя.

Предлагаемый способ реализуют с помощью разлигателя плава аммиачной селитры, содержащего корпус 1 в виде цилиндрической обечайки с днищем 2 и боковым штуцером 3 для соединения с гидрозатвором 4, съемную крышку 5 с узлом 6 для ввода плава, штуцер 7 для отвода продуктов разложения, нагреватель 8, расположенный внизу под днищем корпуса 1, узел 6 для ввода плава, выполненный в виде миниэжектора, снабженного штуцерами 9, 10, 11, 12 ввода рабочего тела, плава аммиачной селитры, конденсата пара, аварийного конденсата пара, устройство 13 равномерной подачи смеси в реакционный объем 14, выполненное в виде трубок 15, заглушенных в конце и перфорированных отверстиями 16 на участке прилегания к днищу 2 разлагателя, расположенных радиально от периферии к центру и параллельно днищу 2, все отверстия 16 трубок направлены в одну сторону параллельно днищу 2.

Разлагатель плава аммиачной селитры работает следующим образом. Рабочее тело - медицинская закись азота под давлением 20-40 кг/см² с температурой 150-160^oC через штуцер 9 поступает в миниэжектор 6 и создает разрежение в штуцере 10 подачи плава аммиачной селитры концентрацией 94-96% и штуцере 11 подачи парового конденсата в количестве, необходимом для доведения концентрации подаваемого плава до 93-94%. Штуцеры 10, 11 соединены с питающими трубопроводами через регулирующие клапаны. Полученная смесь парового конденсата с плавом аммиачной селитры концентрацией 93-94% и рабочим телом через распределительное устройство 13, трубки 15 с отверстиями 16 поступает в реакционный объем 14, где t = 260-275^oC, необходимая для термического разложения аммиачной селитры на момент пуска, обеспечивается нагревателем 8. Затем процесс разложения протекает за счет экзотермии без подогрева извне. Температура 260-275^oC в процессе разложения регулируется вводом необходимого количества конденсата пара в зависимости от концентрации плава аммиачной селитры и конкретной температуры в реакционном объеме. Когда температура в реакционном объеме 14 достигает 276-280^oC, через штуцер 12 вводится аварийный конденсат пара для погашения избыточной температуры до 260-265^oC. Нагреватель 8 включается в работу после снижения до температуры 259-255^oC и выключается после повышения ее до 260-265^oC. Расход электроэнергии за сутки составил 102 кВт. Разлагатель работал в течение 6 месяцев. Полученная техническая закись азота после разлагателя направлялась на стадии очистки от примесей и сжижение.

Как видно из описания и примера, работа разлагателя плава аммиачной селитры обусловлена узлом ввода исходного плава в виде миниэжектора и устройством равномерной и быстрой подачи смеси в реакционный объем, выполненным в виде перфорированных отверстиями трубок, расположенных параллельно днищу разлагателя. Использование предлагаемого способа получения закиси азота в разлагателе плава аммиачной селитры по сравнению с аналогом и прототипом позволяет снизить наличие примесей на стадии разложения, уменьшить расход плава аммиачной селитры, заменив его паровым конденсатом для регулировки температуры, поддерживать оптимальные параметры процесса разложения плава в течение длительного времени, отнести технологию получения к энергосберегающим, снизить себестоимость и на 24,5% расход электроэнергии.