способ получения закиси азота и устройство для ее получения

Формула изобретения

1. Способ получения закиси азота термическим разложением аммиачной селитры, отличающийся тем, что в качестве сырья используют растворы аммиачной селитры с концентрацией 80-90,9 мас.%, вводимые в слой разлагаемой аммиачной селитры.

2. Реактор для получения закиси азота разложением аммиачной селитры, содержащий цилиндрический корпус, гидрозатвор, устройство для подачи сырья и подогреватель, отличающийся тем, что для подачи сырья в реактор используется устройство, которое выполнено в виде лотка или перфорированной трубы, введенное тангенциально и погруженное в слой разлагаемой аммиачной селитры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам получения закиси азота и к аппаратурному оформлению процесса ее производства.

Известен способ получения закиси азота, заключающийся в разложении сухой аммиачной селитры или ее 91-94% плава при температурах 270-280^oC [1].

Недостатком этого способа является то, что, так как реакция разложения по уравнению:

NH₄NO₃ = N₂O + H₂O

экзотермична, то для предотвращения ее бурного протекания подогрев массы селитры периодически прекращают. Слишком быстрый нагрев массы селитры, а также повышение температуры реакции до 300^oC, которой, как правило, он сопровождается, может вызвать взрыв [1].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения закиси азота с использованием реактора разложения плава аммиачной селитры по авт. св. N 1579553, в котором плав с температурой 120-140^oC вводится через патрубок на отбойную тарелку реактора, далее поступает через перелив в распределители, где по коллектору и трубкам заполняет нижнюю часть корпуса, установленного на электроподогревателе. За счет того, что козырьки на трубках расположены под углом и нижние концы трубок срезаны под углом, а сами трубки введены в корпус также под углом, распределители обеспечивают реакционной массе направленно-вращательное движение и интенсивное перемешивание во всем реакционном объеме.

К недостаткам данного способа относится следующее:

1. При малых расходах плава аммиачной селитры происходит его вскипание в распределителе, что препятствует поступлению плава в аппарат и повышает взрывоопасность процесса.

2. При снижении концентрации поступающего на разложение плава (ниже 91,0%) увеличивается количество примесей в продуктах разложения, работа узла регулирования уровня плава аммиачной селитры в аппарате теряет устойчивость, что также повышается взрывоопасность процесса.

3. При подаче плава через распределители нельзя использовать тепло реакции разложения для подогрева и концентрирования растворов аммиачной селитры, что увеличивает расходы энергии, связанные с проведением процесса получения закиси азота.

4. В описанном реакторе возможно разложение только плава аммиачной селитры, практически не содержащего примесей воды. В связи с этим обстоятельством перед реактором должен быть установлен аппарат, в котором полученный в процессе синтеза аммиачной селитры раствор необходимо упарить до концентрации, близкой к 100%. Это приводит к усложнению технологической схемы и дополнительным расходам энергии.

Цель изобретения - усовершенствование технологического процесса, улучшение качества продукта и снижение энергопотребления процесса за счет снижения концентрации раствора аммиачной селитры, подаваемого на разложение.

Сущность изобретения реализуется:

а) изменением способа получения закиси азота, состоящем в том, в качестве сырья используется не расплав, а раствор аммиачной селитры с концентрацией 80 - 90,9 мас.%;

б) использованием новой конструкции реактора для получения закиси азота разложением аммиачной селитры, содержащего цилиндрический корпус, гидрозатвор, устройство для подачи сырья и подогреватель, отличающийся тем, что для подачи сырья в реактор используется устройство, которое выполнено в виде лотка или перфорированной трубы, введенных тангенциально и погруженных в слой разлагаемой аммиачной селитры.

Использование усовершенствований по пунктам а) и б) позволяет снизить взрывоопасность процесса за счет того, что большая часть выделяющегося при разложении аммиачной селитры тепла идет не на повышение температуры, приводящее к взрывной реакции, а на испарение воды из раствора, которое протекает при постоянной температуре.

Прочие преимущества предлагаемого изобретения изложены ниже.

Цель реализуется следующим образом.

Раствор аммиачной селитры с концентрацией 80-90,9% подается в реактор разложения, выполненный в виде цилиндрического корпуса 1, который соединен с гидрозатвором 2. Реактор снабжен устройством подачи раствора аммиачной селитры 3, выполненном в виде лотка или перфорированной трубы. Устройство 3 погружено в реакционную массу тангенциально, что обеспечивает ее интенсивное перемешивание во всем реакционном объеме. Нижняя часть реактора снабжена подогревателем 4 (например, электрическим или каким-либо другим). Использование раствора ниже 80% концентрации сложно в реализации, т.к. затруднен подвод тепла, необходимого для испарения большого количества воды. Выше 90,9% раствор фактически является плавом, а недостатки использования плава в процессе описаны ранее.

Пример:

Раствор аммиачной селитры концентрацией 80,0-90,9 об.% и температурой 120-140^oC подается в устройство подачи 3, при движении по которому раствор упаривается и частично разлагается за счет тепла реакции путем нагрева продуктами разложения с температурой 260-275^oC, и заполняет нижнюю часть корпуса 1, установленного на подогревателе 4. В этом случае перемешивание раствора в реакционном объеме обеспечивается тангенциальным вводом сырья и дополнительных перемешивающих устройств не требуется (см. чертеж).

Разложение нитрата аммония происходит при температуре 260-275^oC, которое достигается при помощи подогревателя 4. Регулирование температуры осуществляется изменением количества раствора аммиачной селитры, подаваемого в зону реакции через устройство подачи 3.

Предлагаемое изобретение имеет следующие преимущества:

1. Сокращаются общие энергозатраты процесса получения закиси азота за счет использования тепла реакции разложения аммиачной селитры.

2. Стабилизируется работа узла регулирования уровня раствора аммиачной селитры в аппарате.

3. Снижается взрывоопасность процесса.

Литература

1. Миниович М.А. Производство аммиачной селитры. - М.: Химия. 1974, с. 218-219.