AT239810B - Verfahren zur Herstellung von Alkalinitraten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Alkalinitraten

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nitric acid
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nitrosyl chloride
chloride
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AT181263A
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Ferdinand Dr Weinrotter
Walter Dr Mueller
Guenter Dipl Ing Raab
Kurt Dr Allgeuer
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Chemie Linz Ag
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/082Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals
    • C01B21/083Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals containing one or more halogen atoms
    • C01B21/084Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals containing one or more halogen atoms containing also one or more oxygen atoms, e.g. nitrosyl halides
    • C01B21/0842Halides of nitrogen oxides
    • C01B21/0846Nitrosyl chloride

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Verfahren zur Herstellung von Alkalinitraten 
Die Umsetzung von Natrium- oder Kaliumchlorid mit Salpetersäure nach der chemischen Reaktionsgleichung 
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 ist bekannt und wurde oft beschrieben. Die gasförmigen Reaktionsprodukte dieser Umsetzung können nach einer weiteren Umwandlung des Nitrosylchlorids mit z. B. Salpetersäure oder Sauerstoff in elementares Chlor umgesetzt werden. 



   Diese Gewinnungsmöglichkeit von elementarem Chlor aus den Alkalichloriden ohne die übliche Chlor-Alkali-Elektrolyse und damit ohne den zwangsweisen Anfall von. Ätzkali ist interessant, da der Chlorbedarf seit Jahren schneller steigt als der von Ätzkali. Beim Einsatz von Kaliumchlorid zur genannten Umsetzung bestehtnoch ein weiterer Anreiz darin, das anfallende Kaliumnitrat als chlorfreie Düngerkomponente mit hohem   Pflanzennährstoffgehalt   zu verwerten. Trotz der sehr erwünschten Reaktionsprodukte hat die Umsetzung von Alkalichloriden mit Salpetersäure bisher keine grössere technische Bedeutung erlangt. 



   Die Ursache dafür liegt einerseits in der schwierigen Durchführung der Primärreaktion, die nur mit   hochkonzentrierter, Salpetersäure   bei Siedetemperatur befriedigend abläuft und anderseits in der Entfernung des gebildeten Reaktionswassers aus dem Prozess in Gegenwart äusserst korrodierender Reaktionspartner und nicht zuletzt in der Aufarbeitung des gasförmigen feuchten Gemisches aus Chlor, Nitrosylchlorid und Salpetersäure. 



   Man hat wohl versucht, die Feuchtigkeit auszuschalten und die Umsetzung statt mit Salpetersäure mit Stickstoffdioxyd nach der Gleichung 
 EMI1.2 
 durchzuführen. Es zeigte sich aber, dass absolut trockenes Stickstoffdioxyd mit Alkalichloriden überhaupt nicht reagiert. Erst wenn man Natrium- oder Kaliumchlorid mit einigen Prozenten Wasser anfeuchtet, kommt es unter Erwärmung der Reaktionspartner zu einer unvollständigen Umsetzung des Alkalichlorids, die bei einmaligem Überleiten von NO-Gas im Überschuss bei etwa   500/0   liegt. Diese in der Literatur des öfteren beschriebene Reaktion ist für technische Zwecke nicht brauchbar. 



   Ein gewisser Fortschritt demgegenüber wurde durch den Vorschlag erzielt, mit Stickstoffperoxyd bzw. 



  Gemischen aus   N, 0 und NO,   bei Temperaturen zwischen 20 und 450C zu arbeiten, wobei halogenierte Kohlenwasserstoffe, insbesondere Tetrachlorkohlenstoff, als Lösungsmittel für die Stickstoffoxyde bzw. als pumpbares Suspensionsmittel für die festen Reaktanten verwendet wurde. Diese Reaktion war jedoch 

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 erst in   3 - 4 h   mit nicht befriedigender Ausbeute beendet und bot nebenbei noch technische Schwierigkeiten. 



   Die Erfindung besteht nun in einem Verfahren, das die Umsetzung von Alkalichlorid mit dem bei 
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 EMI2.2 
 
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 zungen entspricht bei dem erfindungsgemässen Verfahren eine Salpetersäure mit einer Konzentration von 65 bis 75   Gew.-%,   zweckmässigerweise von 70   Gew.-% HNO.     zigue   Salpetersäure reagiert bei kurzer Einwirkungsdauer und bei   00C   weder mit Kalium- oder Natriumchlorid noch mit Distickstofftetroxyd. 



   Die Konzentration der Salpetersäure ist nach unten mit 65   Gew. -0/0   begrenzt, da ab hier bereits die unerwünschte Reaktion 
 EMI2.4 
 einsetzt und aus dem Distickstofftetroxyd Salpetersäure und Stickstoffmonoxyd gebildet wird. 



   Nach oben ist die Salpetersäurekonzentration mit 75   Gew. -0/0 begrenzt,   da hier die ebenso unerwünschte Reaktion 
 EMI2.5 
 beginnt und neben elementarem Chlor auch Reaktionswasser entsteht, das bekanntlich aus dem Reaktionsgemisch schwierig zu entfernen ist. 



   Die Reaktion nach III verläuft bei Temperaturen von -10 bis   +10 C   in Gegenwart der   70% gen   Salpetersäure als Lösungsvermittler rasch und vollständig. Am zweckmässigsten führt man die Reaktion bei einer Temperatur von   00C   durch. Man verwendet soviel   70% igue   Salpetersäure, dass das Reaktionsgemisch mit dem ausgeschiedenen kristallisierten Kaliumnitrat leicht durch Rohrleitungen und mittels Pumpen befördert werden kann. Das Kaliumnitrat ist grobkristallin und leicht z. B. mittels einer Zentrifuge abzu- 
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 den abgeschleuderten Kaliumnitratkristallen anhaftet und daher für den Kreislauf verlorengeht. 



   Die Anwendung tieferer Reaktionstemperaturen als -100C bringt keine technischen Vorteile und bedarf nur zusätzlicher Kühlungsenergie. 



   Bei einer Reaktionstemperatur von   00C   und der oben genannten zweckmässigen Salpetersäuremenge ist das Kaliumnitrat grobkristallin und das entstandene Nitrosylchlorid nach der Reaktion vollständig in der Salpetersäure gelöst. Durch Erwärmung des Reaktionsgemisches von 0 auf +10 C entweichen etwa   851o   des gebildeten Nitrosylchlorids als Gas mit einem Feuchtigkeitsgehalt von unter   0, 1 Gew.-lo.   Der geringe Feuchtigkeitsgehalt der Hauptmenge des Nitrosylchlorids ist aus   Korrosionsgründen   für eine Weiterverarbeitung desselben auf elementares Chlor sehr vorteilhaft. Die Herstellung von Chlor aus Nitrosylchlorid ist nicht mehr Gegenstand der Erfindung. 



   Die technische Durchführung der Umsetzung nach der Gleichung   111   wird man in mindestens 4 Stufen durchführen, wobei es belanglos ist, ob das Verfahren diskontinuierlich oder vollkontinuierlich ausgeführt wird. In der ersten Stufe wird die im Kreislauf geführte 70%ige Salpetersäure, die von einer vorhergehenden Umsetzung an KNOW gesättigt ist, bei etwa   00C   mit Kaliumchlorid vermischt und unmittelbar danach mit flüssigem Distickstofftetroxyd   (N, 0)   verrührt. 



   In der zweiten Stufe wird das Reaktionsgemisch auf   +10 C   erwärmt, wobei der Hauptanteil des Nitrosylchlorids mit wenig Feuchtigkeit gasförmig bei gewöhnlichem Druck entweicht. 

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   In der dritten Stufe wird das Reaktionsgemisch auf etwa   +50 C   erwärmt, wobei das restliche Nitrosylchlorid aus dem Reaktionsgemisch entgast. Da es aber entsprechend dem Dampfdruck der mit Kaliumnitrat gesättigten   70% eigen   Salpetersäure bei +50 C auch etwas Feuchtigkeit enthält, wird dieses Gas in die flüssige Phase der ersten oder der zweiten Stufe des Verfahrens zurückgeleitet. 



   In der vierten Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens wird das nun praktisch an Nitrosylchlorid freie Reaktionsgemisch wieder auf   00C   abgekühlt und das ausgeschiedene kristalline Kaliumnitrat z. B. mit einer Schälzentrifuge, abgetrennt. Die beim Abschleudern anfallende 700/0ige Salpetersäure wird wieder der ersten Stufe des Verfahrens zugeführt, womit der Kreislauf geschlossen ist. 



   Beispiele :
1. 800 ml (1260 g) im Kreislauf geführter etwa   70% tiger   Salpetersäure mit der Zusammensetzung 227,5 g/l Gesamt-Stickstoff   (N),   7,8 g/l Chlor   (cil)   und 754,4 g/l freie Säure (g   HNOS     100% ig)   wird auf   00C   gekühlt. In diese Säure werden 400 g fein gemahlenes technisches Kaliumchlorid (mit einer Korngrösse von 80   Gew.-%   unter 120 ) eingetragen. Unmittelbar darauf werden unter Rühren 365 ml   (545 g)   flüssiges Distickstofftetroxyd (N2O4), d.s. 10% über der stöchiometrisch notwendigen Menge, dem Reaktionsgemisch hinzugefügt. Durch die sofort erfolgende Reaktion ändert sich die Temperatur des Gemisches praktisch nicht. 



   Das Reaktionsgemisch wird nun durch Wärmezufuhr von aussen auf   +100c   erwärmt, wobei etwa 85   Gew.-%   des gebildeten Nitrosylchlorids mit einem Teil des überschüssigen   NO   gasförmig entweichen. Dieses NOCI +   Nos -Gasgemisch   enthält unter 0, 1 Gew.-% Feuchtigkeit und wird in einem getrennten Verfahrensgang mit Sauerstoff bei höherer Temperatur zu elementarem Chlor und Stickstoffdioxyd umgesetzt. 



   Das flüssige Reaktionsgemisch von   +10 C   wird nun durch äussere Wärmezufuhr auf +500C erwärmt, die restlichen gasförmigen Bestandteile (NOCI, HNO3-und H2O-Dampf, NO2) aus der Flüssigkeit ausgetrieben und der im Kreislauf geführten Säure für einen der nächsten Aufschlüsse wieder zugeführt. 



   Die entgaste und auf +50 C befindliche Reaktionsflüssigkeit wird auf   00C   abgekühlt und das ausgeschiedene kristallisierte Kaliumnitrat mit Hilfe einer Zentrifuge abgetrennt. 



   Das Gewicht des geschleuderten Kristallisates beträgt ohne Waschung und mit etwa   4%   anhaftender   70% figer   Kreislaufsalpetersäure rund 535 g. Dieses Kristallisat enthält 94 Gew.-% KNO3, 2,0% KCl und   4%     70% tiger   Salpetersäure. Der Umsatz des eingesetzten Kaliumchlorids zu Kaliumnitrat beträgt demnach etwa   98%.   



   Das Filtrat wird zum nächsten Ansatz verwendet und durch die am Kristallisat anhaftende Menge an   70% tiger   Salpetersäure ergänzt. 



   2. Die Umsetzung und die Ausführung des Beispiels mit Natriumchlorid'ist völlig analog dem Beispiel 1. Die folgend   angeführten. Zahlen   ergeben sich aus den stöchiometrischen Verhältnissen. 



   Einsatz : 800 ml Kreislaufsalpetersäure,
400 g NaCl (techn. fein gemahlen),
464 ml (693 g)   N204 flüssig.   
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   Das nach der Umsetzung abgeschiedene kristallisierte Natriumnitrat hat ein Gewicht von rund 615 g ohne Waschung und mit etwa   4 - 50/0   anhaftender   70% tiger   Kreislaufsalpetersäure. Das gewonnene Natriumnitrat enthält 92 Gew.-% NaNO3, 3, 4   Gew.-% NaCl   und   4 - 5% 70%igue   Salpetersäure. 



   Der Umsatz beträgt demnach etwa 97%. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Herstellung von Alkalinitraten durch Umsetzung von in einer Flüssigkeit suspendierten Alkalichloriden mit Distickstofftetroxyd, dadurch gekennzeichnet, dass Alkalichloride in   65-75%0piger,   vorzugsweise rund   70% tiger   Salpetersäure mit flüssigem Distickstofftetroxyd bei Temperaturen zwischen - 10 und +10 C, vorzugsweise bei   OOC,   zu Nitraten umgesetzt und der im Reaktionsgemisch unlösliche, in kristallisierter Form ausgeschiedene Anteil des Alkalinitrates abgetrennt wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Salpetersäure samt ihrem restlichen gelösten Nitratgehalt im Kreislauf geführt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptmenge des bei der Invertie- <Desc/Clms Page number 4> rungsreaktion entstandenen Nitrosylchlorids bei Temperaturen bis zu 100C und unter gewöhnlichem Druck als praktisch wasserfreies Gas aus dem Reaktionsgemisch ausgetrieben und vorzugsweise einer gesonderten Aufarbeitung, etwa auf elementares Chlor, zugeführt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Restgehalt des Reaktionsgemisches an Nitrosylchlorid durch Erwärmen auf etwa 500C ausgetrieben und dieses wasserdampfhältige Nitrosylchloridgas in eine vorhergehende Stufe der Invertierung zurückgeführt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausscheidung des kristallisierten Nitrats nach der Austreibung des Nitrosylchlorids durch Wiederabkühlung des Reaktionsgemisches auf rund 00C begünstigt wird.
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