CS257571B1 - Způsob výroby vodného roztoku hydroxilamindisulfonanu amonného - Google Patents

Abstract

Způsob výroby vodného roztoku hydroxylamlndisulfonanu amonného o koncentraci 300 až 550 kg/m3 vyráběného z roztoků dusitanu amonného, hydrogensiřičitanu amonného a plynného oxidu siřičitého, přičemž vstupní roztoky i reakční směs obsahuji vedlejší komponenty podle provozovaných technologií, řízený číslicovým regulátorem se zvolenými algoritmy pro řízení pH v rozmezí 2,5 až 5,0 a redox potenciálu, jehož hodnoty v millvoltech odpovídají koncentraci dusitanu amonného v rozmezí 0 až 5 kg/m3 a hydrogen siřičitanu amonného v rozmezí 0 až 5 kg/m3 ve výstupním proudu spočívající v tom, že regulátor pH a regulátor redox se provozuje nezávisle na sobě, regulátor pH řídi množství vstupních surovin a regulátor redox jejich poměr, přičemž regulátor redox upravuje poměr vstupujících roztoků podle žádané hodnoty redox, tehdy, pokud odchylky od žádané hodnoty pH nepřekročí hodnotu v rozmezí +10 až -10 relativních procent.

Description

Vynález se týká způsobu výroby hydroxylamindisulfonanu amonného (dále HAD) řízeného číslicovou regulací pH a redox potenciálu.

Výroba HAD vychází ze tří základních komponent:

a - oxidu siřičitého (g) S0₂ b - dusitanu amonného (aq) NH^NO₂ (dále DA) c - hydrogen siřičitanu amonného (aq) NH^HSO^ (dále Bl)

Vzájemnou reakcí těchto tří komponent ve vodní fázi se získá roztok HAD. Hydrolýzou tohoto roztoku vzniká hydroxylamin sulfát (dále HAS).

Hlavní reakce probíhají podle následujících stechiometrických rovnic:

NH4NO2 + NH4HSO3 =	(nh4)2(hon(so3)2)	(1)
(NH4)2(HON(S03)2) + SO2 + H2O	= NH4(H2N02S03) + NH4HSO3	(2)
NH4(H2NO2SO3) =	NH4(NOSO3) + H2O	(3)
NH4(NOSO3) + NH4HSO3	= HON(SO3NH4)2 HAD	(4)

Při průmyslové výrobě roztoku HAD se nejprve smíchají roztoky DA obsahující hydrogen uhli čitan amonný (dále kUA) a uhličitan amonný (dále UA) a roztok Bl obsahující i siřičitan amonný (dále SU) , přičemž vzniká tzv. nitrozo směs (dále NiS) - viz rovnice (1). Tato NiS, jejíž pH kolísá v rozmezí 7 až 9, se zavádí do produkční kolony HAD, kde dojde k okamžitému snížení pH na hodnotu cca 3 až 5 vlivem přiváděného S0₂ (g), viz reakce 2 až 4.

Nevýhodou současného způsobu výroby je skutečnost, že roztoky DA a Bl obsahují vedle hlav nich složek i uhličitanové a siřičitanové ionty. Z těchto iontů v průběhu hlavních reakcí vzni kají postupně žádoucí hydrogen siřičitanové ionty, avšak jejich postupný vznik v reakční směsi ovlivňuje kinetiku hlavních reakcí, a tím i výtěžek výroby HAD a následně i HAS.

Vzhledem k tomu, že výrobní proces je řízen tak, aby na výstupu z produkční kolony HAD byly koncentrace DA a Bl blízké k nule, dochází k tomu, že na vstupu do kolony je přebytek DA. Přebytek DA, způsobený tím, že část Bl vzniká až v průběhu výroby HAD, má za následek vznik nežádoucích sloučenin, které snižují výtěžek. Z literatury je -známo, že konečným produktem těchto vedlejších nežádoucích reakcí je kyselina sírová, oxid dusnatý a dusík. Oxid dusnatý též funguje jako přenášeč vzdušného kyslíku a tedy jako katalyzátor oxidace siřičitanových iontů na síranové.

Obsah uhličitanových iontů v roztoku DA nelze v současném způsobu výroby významně snížit, protože tvoří bezpečnostní alkalitu roztoku. Rovněž nežádoucí obsah SU v roztoku Bl zatím nelz eliminovat.

Pro potlačení nežádoucích vedlejších reakcí je nutno za současného stavu provozovat výrobu při teplotách blízkých 273 K, což klade energetické nároky na strojní chlazení. Přitom výtěžky se pohybují na úrovni 90 % vztaženo na DA.

Bylo zjištěno, že nejvyšší výtěžky jsou dosahovány při udržování redukčně oxidačního potenciálu roztoku na takové úrovni, která odpovídá nulovým koncentracím DA a Bl v reakční směsi na výstupu. Dále bylo prokázáno, že výtěžek reakce silně ovlivňuje přebytek SO₂ ve vodní fázi, kontinuální měření je zajištěno pH metrem. Dlouhodobé provozování ukázalo, že řízení vzájemného poměru vstupních komponent, tj. DA, Bl a SO₂ příznivě ovlivňuje výtěžek procesu. Klasická analogová regulace nezaručuje dostatečnou přenost a citlivost regulačních zásahů při jakýchkoliv výchylkách ve výrobě, což se projevuje v tom, že trvá poměrně dlouhou dobu, než dojde k odstranění regulační odchylky.

Navrhovaný postup vychází ze zjištění, že nasazením Číslicového regulátoru lze technologii výroby HAD řídit zcela automaticky, a to jak pH roztoku indikující přebytek S0₂, tak i hodnotu redox potenciálu, indikující přebytek DA či Bl, a to obě hodnoty, jak pH, tak redox, na sobě nezávisle.

Regulovaná soustava je složena ze dvou základních regulačních smyček. První, jednoduchá, stabilizuje výšku hladiny v koloně odpouštěním produktu. Je použit PI regulátor. Druhá smyčka je komplexnější. Stabilizuje pH z roztoku na výstupu z kolony na žádané hodnotě tím, že ovládá žádané hodnoty nástřiku DA. Je použit regulátor PID.

Žádaná hodnota průtoku Bl je odvozena z hodnoty průtoku DA lineární závislosti. Konstanta této vazby je počítána dalším PID regulátorem, jehož vstupním parametrem je hodnota redox potenciálu měřená ve stejném místě, jako pH. Tento regulátor koriguje poměrovou konstantu obou průtoků pouze tehdy, je-li měřené pH v blízkém okolí žádané hodnoty.

Průtoky DA a Bl jsou stabilizovány na vypočítané požadované hodnotě PI regulátory.

Počet regulačních smyček je závislý na zapojení aparátů. Výše uvedený popis odpovídá řízení výroby HAD v jedné koloně. Systém řízení číslicovým regulátorem lze provozovat se stejnými výsledky i při rozšířeném technologickém zapojení aparátů.

Výhoda použití číslicového regulátoru spočívá v tom, že použitá aritmetika regulátoru umožňuje velice jemné regulační zásahy, a to i v sekundových intervalech. PID regulátor řídí hodnotu redox potenciálu nepřetržitě, pouze v úzké mezi hodnot pH (i v setinách pH), takže je dodržen optimální poměr reagujících složek.

Příklad 1

Klasická analogová regulace pH a redox potenciál HAD

Do systému bylo dopraveno 258 kg/h UA, 630 kg/h kUA, 3 601 kg/h DA, 186 kg/h SU, 3 682 kg/h Bl. Dodávka S0₂ neměřena. Vyrobeno bylo 4 180 kg/h HAS. Výtěžek HAS na spotřebovaný DA byl 90,6 % při hydrolýze HAD na HAS s výtěžkem 100 %. Žádaná hodnota pH 4,6, redox relativní hodnota 0 mV.

Příklad 2 *

Klasická analogová regulace redox, pH řízeno číslicovým regulátorem

Do systému bylo dopraveno 258 kg/h UA, 638 kg/h kUA, 3 601 kg/h DA, 186 kg/h SU, 3 682 kg/h Bl. Dodávka SO₂ neměřena. Bylo vyrobeno 4 217 kg/h HAS. Výtěžek HAS na spotřebovaný DA byl 91,4 % při hydrolýze HAD na HAS s výtěžkem 100 %. Žádaná hodnota pí 4,6, redox relativní hodnota 0 mV.

Přikladl

Redox potenciál a pH řízeno číslicovým regulátorem

Do systému bylo dopraveno 258 kg/h UA, 638 kg/h kUA, 3 601 kg/π DA, 186 kg/h SU, 3 682 kg/h Bl. Dodávka SO₂ neměřena. Vyrobeno bylo 4 259 kg/h HAS. Výtěžek HAS na spotřebovaný DA byl 92,3 % při hydrolýze HAD na HAS s výtěžkem 100 %. Žádaná hodnota pH 4,6, redox relativní hodnota 0 mV.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   Způsob výroby vodného roztoku hydroxylamindisulfonanu amonného o koncentraci 300 až 550 kg/m vyráběného z roztoků dusitanu amonného, hydrogen siřičitanu amonného a plynného oxidu siřičitého, přičemž vstupní roztoky i reakční směs obsahují vedlejší komponenty podle provozovaných technologií, řízený číslicovým regulátorem se zvolenými algoritmy pro řízení pH v rozmezí 2,5 až 5,0 a redox potenciálu, jehož hodnoty v milivoltech odpovídají koncentraci dusitanu amon3 3 ného v rozmezí 0 až 5 kg/m a hydrogen siřičitanu amonného v rozmezí 0 až 5 kg/m ve výstupním proudu vyznačený tím, že regulátor pH a regulátor redox se provozují nezávisle na sobě, regulátor pH řídí množství vstupních surovin a regulátor redox jejich poměr, přičemž regulátor redox upravuje poměr vstupujících roztoků podle žádané hodnoty redox tehdy, pokud odchylky od žádané hodnoty pH nepřekročí hodnotu v rozmezí +10 až -10 relativních procent.