NO168467B - Fremgangsmaate for fremstilling av konsentrerte ammoniumnitratloesningger. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av konsentrerte løsninger av ammoniumnitrat ved nøytralisering av salpetersyre med ammoniakk, hvori nøytraliser-ingen utføres i en rørreaktor.

Rørreaktoren eller den rørformede reaktor er et rør med en temmelig liten diameter og som ikke inneholder noen innvendig fylling. Disse rørreaktorer har vært brukt for fremstilling av ammoniumfosfater ved nøytralisering av fosforsyre med ammoniakk. Reaksjonen er temmelig momentan og fordamping av vannet i fosforsyren finner sted. Bruken av rørreaktor for fremstilling av ammoniumfosfat har vært beskrevet i mange patenter så som de følgende: FR-B 1426746, USA 2618547, USA 2755176, USA 2902342, USA 2977201, USA 3238021, USA 3310371, USA 3362809, USA 3399031, USA 3419378, USA 3464808, USA 3482945, USA3503706.

Rørreaktoren stilles horisontalt eller står i en liten vinkel med horisontalplanet. Rørreaktorene som har vært mest brukt,

har en diameter som varierer mellom 200 mm og 10 mm og en lengde som varierer mellom 1,50 meter og 10 meter. Forholdet lengde/diameter er normalt ikke under 50. Ifølge foreliggende oppfinnelse, når den totale strømningshastighet av reaktanter er under 150 kg/t/cm<2> rør-reaktortverrsnitt, utføres reaksjonen i nærvær av et medium bestående av en resirkulerende strøm av den konsentrerte løsning av ammoniumnitrat med et resirkuleringsforhold mellom 1 og 5, og når den totale strømningshastighet av reaktanter er over 150 kg/t/cm<2> rør-reaktortverrsnitt, utføres nøytraliseringen uten resirkulering.

Når således den totale strøm av reaktanter er lavere enn 150 kg/time/cm<2>, fører reaksjonen til dannelse av en aerosol av smådråper eller av faste mikropartikler som danner en viktig røyksky eller tåke, hvorfra det er meget vanskelig om ikke umulig å skille det ønskede produkt. Søkeren har funnet at i et slikt tilfelle når konsentrert salpetersyre injiseres sammen med ammoniakk i en strøm av resirkulerte løsninger av ammoniumnitrat, er produktet som kommer ut fra rørreaktoren en lett separerbar blanding av smådråper av ammoniumnitratløsning og damp. Salpetersyre injiseres i nærvær av et volum ammoniumnitrat som varierer mellom 1 og 5 ganger volumet av produsert ammonium-nj. l-j. a Liwbiiiiiy. uu idveie neie red^tdntsiromraen ex, jo nøyere er resirkuleringshastigheten.

Det var allerede kjent å omsette konsentrert salpetersyre og ammoniakk i et stort volum vandig løsning av ammoniumnitrat. Reaktantene injiseres i en apparatur omfattende to adskilte kammere forbundet med loddrette rør. Reaktantene innføres ved bunnen av det nedre kammer, og reaksjonsvarmen fører til fordampning av vannet konsentrert salpetersyre inneholder. Denn< kokingen finner sted i det andre kammeret som er plassert over det første kammeret, og har forbindelse med sistnevnte gjennom loddrette rør. Et termosifong-fenomen gjør det mulig for produktet å gå opp i noen loddrette rør og ned i andre. I denne typen apparatur er resirkuleringshastigheten (beregnet som forhold av volumet av resirkulert ammoniumnitrat til volumet av produsert ammoniumnitratløsning) ca. 100/1. Installeringer som bruker denne type reaktor er brysomme og inneholder et stort volum av et farlig produkt som holdes på høy temperatur (140 - 160°C).

Når totalstrømmen av reaktanter er slik at produksjonen er større enn 150 kg/time/cm<2>, er det ikke lenger nødvendig å resirkulere ammoniumnitratløsninger. Ingen røyk dannes. Det må imidlertid bemerkes at det er en fordel å innføre ved begynnels< av en operasjon, en viss mengde ammoniumnitratløsning. På det tidspunkt er åpningen av ventilene således ikke momentan og tar ca. 10 sekunder, hvorunder adskillig røyk dannes. Videre foretrekkes det å benytte en anordning for resirkulering av ammoniumnitratløsninger for å kunne modifisere hele strømmen av reaktanter etter behov.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan utføres i den følgende enhet.

Denne enhet omfatter minst en rørreaktor utstyrt med tilførselsanordninger for innføring av reaktanter (HNO3-NH3), minst en separator for å skille strøm fra reaksjonsproduktet (konsentrert vandig løsning av ammoniumnitrat) og eventuelt resirkuleringsanordninger for en del av reaksjonsproduktet til rørreaktoren. Da har rørreaktoren tilførselsanordninger for resirkulert løsning.

Andre egenskaper og fordeler ved oppfinnelsen vil bedre forstås ut fra den følgende beskrivelse under henvisning til den medfølgende skjematiske tegning.

En rørreaktor (R) er utstyrt ved en av sine ender med tre tilførselsanordninger for NH3, HN03 og NH3NO3 resirkulerte løsninger. Denne tilførselsanordning er fortrinnsvis bygget opp for å gi en turbulent strøm. Ved den andre ende av rørreaktoren tømmes en konsentrert løsning av ammoniumnitrat og føres til en separator (S). I bunndelen av separatoren (S) fraskilles og lagres konsentrerte løsninger av ammoniumnitrat. Deler av disse løsninger resirkuleres eventuelt etter nøytralisering med NH3 tilført ved (C). Lagringstanker (G) kan oppvarmes med innvendige oppvarmingsanordninger (V) for å holde løsningen i flytende tilstand i tilfelle av enhetsstopping. I den øvre del av separatoren (S) føres damp ut etter en pil (F). Kondensasjonsvann tømmes ut ved H. Forvarming av NH3 og HNO3 finner sted i varmevekslere (ECH^, ECH2) før innføring i reaktoren (R). Mengden av tilsatt NH3 i en lagringstank (G) er en funksjon av produktløsningenes surhet, hvilket er en funksjon av mengden anvendt HN03. Et overskudd av HN03 er nødvendig for å opprett-holde surhet i produktet som kommer ut fra reaktoren for å

unngå tap av NH3.

Fordelene ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er de følgende: små investeringskostnader for reaktoren ettersom den er

meget enkel og har en liten diameter,

et meget lite innhold i enheten ettersom mengdene av

sirkulerende ammoniumnitratløsninger er små,

risiko på grunn av syrenitrat er nedsatt ettersom volumet av sirkulerende løsninger er lite.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1 (sammenligning)

I en rørreaktor med diameter på 15 mm føres pr. time:

157 liter 57,5% salpetersyre,

33,5 kg gassformig ammoniakk ved 20°C.

En tett røyk oppnås og forsøket stoppes etter noen få minutter. Det anslåtte tap av ammoniumnitrat er ca. 40%.

EKSEMPEL 2

I en enhet som illustrert på den vedlagte figur med den samme rørreaktor som i eksempel 1, føres pr. time:

218,4 liter 57,5% salpetersyre ved 20°C,

46 kg gassformig ammoniakk ved 60°C,

1000 kg resirkulerte ammoniumnitratløsninger med en 92%

konsentrasjon og en temperatur på 150°C.

Man får et utbytte på 12 3 0 kg/time ammoniumnitratløsninger med en 91,2% konsentrasjon og en temperatur på 140°C. De totale N-tap er 5,8% av den totale mengde HN03 og NH3 gir.

EKSEMPEL 3

I den samme enhet som i eksempel 2 føres pr. time:

373 liter 57,5% salpetersyre ved 20°C,

76,8 liter gassformig ammoniakk ved 80°C,

700 kg resirkulerte ammoniumnitratløsninger med en konsentrasjon på 92%- og en temperatur på 150°C, hvori det var innført 1,2 kg NH3 ved C.

Utbyttet er 1120 kg/time av en svakt sur løsning (fri surhet 6 g HN03 pr. liter løsning) med en konsentrasjon på 92,4% og en temperatur på 155°C.

De totale tap av N når opp til 0,15%.

EKSEMPEL 4

I den samme enhet som i eksempel 2 føres pr. time:

480 liter 57,5% salpetersyre forvarmet ved 45°C,

97,5 kg gassformig ammoniakk ved 58°C.

Utbyttet er 518: kg pr. time av en svakt sur ammoniumnitrat-løsning med en konsentrasjon på 88,3% og en temperatur på 148°C.

De totale tap av N kommer opp i 0,6%.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av konsentrerte vandige løsninger av ammoniumnitrat ved nøytralisering av salpetersyre med ammoniakk, hvori nøytraliseringen utføres i en rør-reaktor, karakterisert ved at når den totale strøm-ningshastighet av reaktanter er under 150 kg/t/cm<2> rør-reaktor-tverrsnitt, utføres reaksjonen i nærvær av et medium bestående av en resirkulerende strøm av den konsentrerte løsning av ammoniumnitrat med et resirkuleringsforhold mellom 1 og 5, og ved at når den totale strømningshastighet av reaktanter er over 150 kg/t/cm<2> rør-reaktortverrsnitt, utføres nøytraliseringen uten resirkulering.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes et anlegg hovedsakelig omfattende minst én horisontal eller litt skråstilt rør-reaktor (R) med et lengde/diameterforhold større eller lik 50, forsynt med sine reaktant- (HNO3-NH3)-innganger, minst én enhet (S) for separasjon av produktet (konsentrert vandig løsning av ammoniumnitrat) som stammer fra reaksjonen og damp, og minst én krets for resirkulering av produktet mot rør-reaktoren, idet sistnevnte er utstyrt med en tilsvarende inngang.