Spôsob spracovania kyslých síranových lúhov a zariadenie na jeho vykonávanie

Číslo patentu: 280510

Dátum: 07.10.1998

Autori: Kulla Štefan, Potočár Jozef

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Kyslé síranové lúhy sú po úprave vedené k neutralizácii čpavkom na pH 4,0 až 6,0 pri využívaní tým vznikajúceho reakčného tepla k odparovaniu vody. Úprava kyslých síranových lúhov spočíva v premene v nich prítomnej H2SO4 na NH4HSO4, ktorá sa dosahuje ich zmiešavaním s vodným roztokom (NH4)2SO4 s výhodnou prítomnosťou 6 - Kaprolaktámu. Výhodnou alternatívou postupu je oddeľovanie organickej fázy uvoľňujúcej sa takouto úpravou z kyslých síranových lúhov. Zásadnou podmienkou postupu je oddelený odber a spracovávanie špecificky ľahšej organickej fázy a kryštálu (NH4)2SO4 vytvárajúcich sa v priebehu neutralizácie čpavkom. Uskutočňovanie postupu je riešené úpravami kryštalizačnej odparky s nútenou cirkuláciou suspenzie. Úpravy spočívajú vo vybavení zariadenia hrdlami na prívod a rozptyľovanie kyslých síranových lúhov, čpavku a oddelený odber organickej fázy a kryštálu (NH4)2SO4. Dôležité je geometrické umiestnenie hrdiel podľa obrázku č. 1. Upravené zariadenie môže pracovať samostatne alebo ako jeden člen viacstupňovej odparovaco-kryštalizačnej linky.

Text

Pozerať všetko

I (11) Číslo dokumentu SLOVENSKA REPUBLIKA r(19) SK 280 510 Číslo prihlášky 327.97 Dátum podania 12.03.1997 (13) DW d°kum°nmľ B 5 Číslo prioritnej prihlášky (51) ĺnĺ- C 16 Dátum priority C 01 C 1/24 Krajina priority Dátum zverejnenia 07.10.1998 ÚRAD PRIEMYSELNÉHO Dátum zverejnenia udelenia V 0 VCSÍIIÍKUZ SLOVENSKEJ REPUBLIKY Číslo PCT(73) Majiteľ patentu Považské chemické závody, a. s., Žilina. SK(72) Pôvodca vynálezu Kulla Štefan, Ing., Žilina, SK Potočár Jozef, Ing., Zilina, SK(54) Názov vynálezu Spôsob spracovania kyslých síranových lúhov a zariadenie na jeho vykonávanieKyslć síranové lúhy sú po úprave vedene k neutralizácii čpavkom na pH 4,0 až 6,0 pri využívaní tým vznikajúceho reakčnćho tepla k odparovaniu vody. Uprava kyslých síranovýeh lúhov spočíva v premene v nich prltomnej I-IŽSO., na NH 4 HSOr, ktorá sa dosahuje ich zmiešavaním s vodným roztokom (NH 4)ZSO 4 s výhodnou prítomnosťou 6 - Kaprolaktámu. Výhodnou alternatívou postupu je oddeľovanie organickej fázy uvoľňujúcej sa takouto úpravou z kyslých síranových Iúhov,Zásadnou podmienkou postupu je oddelený odber a spracovávanie špecificky ľahšej organickej fázy a kryštálu (NI-LQZSO vytvárajúcich sa v priebehu neutralizácie čpavkom. Uskutočňovanie postupu je riešené úpravami kryštalizačnej odparky s nútenou eírkuláciou suspenzie. Úpravy spočívajú vo vybavení zariadenia hrdlamí na prívod a rozptyľovanie kyslých síranových Iúhov, čpavku a oddelený odber organickej fázy a kryštálu (NH 4)SO 4. Dôležité je geometrické umiestnenie hrdiel podľa obrázku č. l. Upravené zariadenie môže pracovať samostatne alebo ako jeden člen viacstupňovej odparovaco-kryštalizačnej linky.Vynález rieši spôsob spracovania kyslých síranových lúhov vznikajúcich pri výrobe metylmetakrylátu na kryštalický síran amónny a zariadenie najeho vykonávanie.Klasická technológia výroby metylmetalqylátu na báze acetónkyanhydrinu je spojená so vznikom odpadovej, žlto až hnedo sfarbenej, viskóznej kvapaliny obsahujúcej 47 až 56 hmotnoslných dielov kyslého síranu amónneho, 13 až 22 hmotnostných dielov kyseliny sírovej, 20 až 28 hmotnostných dielov vody a 2 až 5 hmotnosmých dielov organických látok.Pre dominantný obsah kyslého síranu amúnneho sa na tento sprievodný technologický odpad zaužíval názov kyslć síranové lúhy.Ekologický najvhodnejším spôsobom ich likvidácie je teirnicko-oxidačný rozklad pri teplotách okolo 1000 °C za vzniku oxidov síry a uhlíka, ktoré sa ďalej priemyselne využívajú na výrobu štandardných chemických zlúčenín. Najčastejším konečným výrobkom termooxidačnćho rozkladu kyslých síranových lúhov je kyselina sírová.Nevýhodou takéhoto spôsobu spracovania kyslých síranových lúhov je jeho investičná, energetická a korózna náročnosť. Pre uvedene dôvody je opisovaný spôsob spracovania kyslých síranových lúhov používaný pri kapacitách výroby metylmetakrylátu prekračujúcich 20000 t za rok.Pri menších kapacitách výroby metylmetakrylátu sú kyslé síranove lúhy najčastejšie spracovávané na kryštalický síran amónny určený na hnojenie.Spôsoby premeny kyslých síranových lúhov na kryštalický síran amónny a zariadenia slúžiace na ich vykonávanie možno v zásade rozdeliť na 2 druhy.Prvý z nich, používaný hlavne tam, kde je potrebne spracovávať na kryštalický síran amónny iba predmetný odpad z výroby metylmetakrylátu, rieši spracovávanie kyslých síranových lúhov icli neutralízáciou plynným čpavkom za súčasnej výroby kryštalickćho síranu amónneho. Takýto spôsob spracovávania je vykonávaný na samostatnom zariadení typu Koppersov nasycovač. Výhodou tohto spôsobu sú nízke investičné a prevádzkové náklady,nakoľko ide o jednoduché zariadenie a využíva sa reakčne teplo neutralizačnej reakcie na odparovanie vody prítomnej v kyslých síranových lúhoch.Nevýhodou tohto spôsobu je výroba kryštálu síranu amónneho s malým zrnom, značne znečistenom prítomnými organickými nečistotamí. Značné sú i prevádzkové problémy vyplývajúce z prítomnosti organických smolovítých látok uvoľňujúcich sa z kyslých síranových lúhov neutralizačnou reakciou.Druhý postup, používaný najmä tam, kde je potrebné spracovávať na kryštalický síran amónny i jeho vodné roztoky pochádzajúce z iných zdrojov, napr. z výroby kaprolaktámu, rieši spracovávanie kyslých síranových lúhov v 2 stupňoch. V prvom z nich sa kyslé síranové lúhy neutralizujú čpavkom za vzniku vodného roztoku normálneho síranu amónneho, od ktorého sa oddelí podstatná časť neutralizáciou uvoľnených organických látok. V druhom stupni sa takto upravene vodné roztoky síranu amónneho zmiešavajú s vodnými roztokmí síranu amónneho z iných zdrojov a spracovávajú sa na víacstupňových tlakovo-vákuových odparovaco-lcryštalizačných linkách. Na neutralizáciu kyslých síranových lúhov sa používa bežne zariadenie vybavené chladičmí a sprchovačmi odplynov. Odparovanie vody akryštalizácia je prevádzaná na klasických odparkách s prirodzenou alebo nútenou cirkuláciou cez varáky, pričom sa stále častejšie používajú kryštalizačné odparky typu OSLO.Výhodou tohto spôsobu spracovania kyslých síranových lúhov je používanie v praxi osvedčených výrobných zariadení, na ktorých sa získava kryštál s väčším zmom a vyššou čistotou.Nevýhodou takéhoto riešenia spracovania kyslých síranových lúhov je nevyužitie neutralizačného tepla na odparo anie vody a veľké problémy so smolovitými organickýini látkami, ktore sa v priebehu spoločného spracovávania roztokov síranu amónneho vylučujú zo spracovávaného roztoku ako samostatná, špecificky ľahšia organické fáza smolovitého charakteru. Organícká fáza sa nalepuje najmä na teplovýmenných plochách varákov s prirodzenou cirkuláciou, čo znižuje efektívnosť výmeny tepla a nutnosť čistenia varákov narúša kontinuitu výroby.Bolo teraz zistené, že uvedené problémy spracovania kyslých síranových lúhov vznikajúcich pri výrobe metylmetakrylátu na kryštalický síran amónny možno odstrániť technologickým postupom a zariadením podľa tohto vynálezu.Podstatou spôsobu spracovania kyslých síranových lúhov vznikajúcich pri výrobe metylmetakrylátu na kryštalický síran amónny podľa vynálezu spočíva v tom, že kysle síranové lúhy sú priamo, alebo výhodnejšie po zmiešaním s vodným roztokom normálneho síranu amónneho v pomere l 0,5 až l 10 zabezpečujúcom premenu kyseliny sírovej obsiahnutej v kyslých síranových lúhoch na kyslý síran amónny a po výhodnom oddelení zmiešaním roztokov uvoľneriej špecificky ľahšej organickej fázy vedené k neutralizacii čpavkom na pH 4,0 a 6,0 za vzniku reakčnćho tepla a tvorby kryštálu síranu amónneho, jeho nasýteného vodného roztoku a špecificky ľahšej organickej fázy, pričom odber tejto fázy ajej ďalšie spracovanie je uskutočňované oddelene od odberu a spracovania kryštálu síranu arnónneho.Neutralizáciou uvoľnené reakčné teplo je výhodne využívané na odparovanie privádzanej vody.Ďalšou možnou výhodou je používanie vodného roztoku normálneho síranu amónneho obsahujúceho ő-Kaprolaktám na úpravu pôvodných kyslých síranových lúhov.Podstata zariadenia pozostávajúceho z kryštalizačnej odparky tvorenej oddelenou odparovacou a kryštalizačnou časťou spojenou stredovou rúrou vyúsťujúcou nad dno kryštalizačnej časti s nútenou cirkuláciou suspenzie na vykonávanie tohto spôsobu vo vybavení kryštalizačnej odparky zobrazenej na obrázku hrdlom (l) na prívod a rozptyľ vanie kyslých síranových lúhov, hrdlom organickej fázy a hrdlom () na prívod kryštálu síranu amónneho.Hrdlo (2) je umiestnené vo vzdialenosti 1,5 m od roviny vyústenia stredovej rúry spájajúcej odparovaciu s kryštalizačnou časťou zariadenia pričom hrdlo (l) je umiestnene najmenej 0,5 m nad hrdlom (2), hrdlo (4) je umiestnené najmenej 0.5 m pod hrdlom (2) a hrdlo (3) je umiestnené na naj vyššom mieste kryštalizačnej časti zariadenia, Zariadenie môže pracovať samostatne alebo je výhodne zaradené do zostavy viacstupňovej odparovaco-kiyštalizačnej linky na spracovávanie roztokov síranu amónneho, Spôsob a zariadenie podľa vynálezu má viacero výhod oproti známym postupom a zariadeniam používaným na spracovanie kyslých síranových lúhov vznikajúcich pri výrobe metylmetakrylátu na kryštalický síran amónny.Výhodou úpravy dosahovanej zmiešavaním kyslých síranových lúhov s vodným roztokom normálneho síranu amónneho je výmamnć zníženie koróznej agresivity pôvodných kyslých síranových lúhov, čo umožňuje na ich skladovanie a prepravu použiť lacnejšie konštrukčné materiály.Dalšou výhodou úpravy je možnosť oddeliť uvoľnenú organickú fázu, resp. jej podstatnú časť od anorganickej fázy vedenej k neutralizácii čpavkom.Výhodou prítomnosti 6 - Kaprolaktámu vo vodnom roztoku normálneho síranu amónneho použitého na úpravu kyslých síranových lúhov je vznik menej viskóznej špecificky ľahšej organickej fázy, čo uľahčuje mechanické operácie s touto fázou.Výhodou využívania reakčného tepla čpavku vytvárajúceho sa pri jeho reakcii s kyslými zložkami privádzanými kyslými síranovými lúhmi na odparovanie vody je zníženie energetických nákladov na spracovanie roztokov síranu amónneho. Hodnota reakčnćho tepla je taká vysoká, že umožňuje odpariť nielen cele množstvo vody obsiahnuté v kyslých síranových lúhoch, ale i časť vody pochádzajúcej z roztokov síranu amónneho iného pôvodu.Zásadným bodom postupu podľa vynálezu je oddelený odvod a spracovanie organickej fázy od odvodu a spracovania kryštálu síranu amónneho. Tento bod na rozdiel od iných postupov zohľadňuje okolnosť, že nie je možné ani neutralizáciou kyslých síranových lúhov dosiahnuť úplne vylúčenie a následné oddelenie organickej fázy. Časť organickej fázy ostane i v upravených síranových lúhoch rozpustená a zapríčiňuje pri ich spracovávaní na kryštalický síran amónny celý rad problémov.Odvod organickej fázy priamo z aparátu, v ktorom sa vyrába kryštál, rieši tento problém.Odvod organickej fázy môže byť uskutočňovaný v jej čistej podobe, ale tiež i v jej zmesi s nasýteným vodným roztokom síranu amónneho, od ktoreho sa oddelí prechodom cez gravítačný alebo mechanický separátor.Odvod kryštálu síranu amónneho je vždy realizovaný v podobe jeho suspenzie s materským roztokom, od ktorého sa oddeľuje spracovávanim na odstredivke, alebo filtri spravidla so zavedením premývania lqyštálu vodou. Sú to všeobecné známe postupy, preto nie sú širšie rozvádzanć.Výhodou vykonávania postupu podľa vynálezu na zariadení podľa vynálezu je možnosť použiť v praxi osvedčené zariadenie s málo nákladnými úpravami.Zariadenie podľa vynálezu môže byť požité ako samostatný stupeň, alebo ako jeden zo stupňov viacstupňovej tlakovo-vákuovej odparovaco-kryštalizačnej linky.Zaradenie do viacstupňovej linky možno výhodne voliť v prípadoch, keď je potrebné spracovávať i vodný roztok síranu amónneho 2 a viacnásobne prevyšujúci množstvo kyslých síranových lúhov.Do samostatnej kryštalizačnej odparky s nútenou cirkuláciou suspenzie upravenej podľa obrázku, opatrenej kondenzátorom štiavnych pár, naplnenej zmesou nasýtenćho roztoku síranu amónneho, jeho kryštálom a kvapalnými časťami uvoľňujúcej sa špecificky ľahšej organickej fázy je hrdlom (1) umiestneným 2,5 m nad vyústením stredovej rúry spájajúcej odparovaciu s kryštalizačnou časťou zariadenia, kontinuálne nastrekovanć a rozptyľované 2000 kg pôvodných kyslých síranových lúhov vznikajúcich pri výrobe metylmetakrylátu obsahujúcich 1040 kg kyslćho síranu amónneho, 400 kg kyseliny sírovej, 480 kg vody a 80 kg organických látok.Hrdlom (2) umiestneným vo výške 0,5 m pod vyústením stredovej rúry spájajúcej odparovacíu s kryštalizačnoučasťou zariadenia je kontinuálne privádzaný a vnútomým dierovaným prstencom rozptyľovaný plynný čpavok V množstve 293 kg.Plynný čpavok sa absorbuje do vodnej fázy a reaguje s kyslým síranom amónnym na normálny síran amónny za súčasnej tvorby a rastu kryštálu síranu amónneho a uvoľňovania kvapiek organickej fázy.Odstredivým čerpadlem nasávaním napojeným 2 m pod vrchom kryštalizačnej časti zariadenia je zabezpečovaný pohyb obsahu kryštalízačnej časti zariadenia smerom hore, pričom dochádza k premiešavaniu s kyslými síranovými lúhmi a ich reakcií s prítomným čpavkom za súčasněho rastu kryštálu síranu amónneho a uvoľňovania kvapalnej organickej fázy.Časť kiyštálu síranu amónneho s väčším zrnom klesá ku dnu kryštalizačnej časti zariadenia, z ktorej je hrdlom(4) umiestneným 0,5 m pod prívodom čpavku nepretržite odťahovaný vo forme suspenzie obsahujúcej 300 - 500 kg kryštálu v jednom m 3. Táto suspenzia je dávkovaná na kontinuálnu odstredivku s premývaním vodou. Na premývanie sa dávkuje 150 - 200 kg vody.Odstredením sa získava pri ustálených podmienkach 1732 kg kryštalickćho síranu amónneho bielej až sivobielej farby obsahujúceho 0,8 až 1 hmotnostne vody a 20,5 až 20,8 hmotnostného amoniakálneho dusíka.Materské lúhy odtekajúce z odstredivky sú kontinuálne prečerpávané do kryštalizačnej odparky.Pri prúdení obsahu kryštalizačnej časti zariadenia smerom hore dochádza k zhlukovaniu kvapiek organickej fázy a ich usadzovaniu ako súvíslej špecificky ľahšej fázy na vrchu kryštalizačnej časti, z ktorej je hrdlom (3) táto organická fáza regulovane odpúšťaná podľa výšky hladiny v odparovanej časti zariadenia. Za ustálených podmienok opúšťa zariadenie cca 70 kg organiekej fázy obsahujúcej 5 hmotnostných vody a 1 hmotnostne síranu amónneho a je odvádzaná k likvidácii spaľovaním pri teplote 1000 až 1100 °C.Podstatná časť suspenzie s pH 4,0 až 4,5 je cirkulačným čerpadlom prečerpávaná do odparovacej časti zariadenia, kde vplyvom uvoľnenia hydrostatickćho tlaku dochádza k odparovaniu vody a časti prchavých organických látok. Štiavna para obsahujúca 0,6 až l hmotnostné prchavých organických látok je vedená ku kondenzácii a čisteniu na biologickej čistiacej stanici. Hodinový odpar je závislý od strát tepla a kolíše v rozmedzí od 650 do 900 kg.Ochladená suspenzia s teplotou 104 °C odteká stredovou rúrou z dna odparovacej do spodu kryštalizačnej časti zariadenia. Teplota v lcryštalizačnej časti zariadenia v závislosti od intenzity nútenej cirkulácie kolíše v rozmedzí 106 až 110 °C.Vzhľadom na nadbytok reakčného tepla neutralizačnej reakcie oproti teplu potrebnému na odparenie V kyslých síranových lúhoch privádzanej vody, je v prípadoch nižších strát tepla (letné obdobie) energetická bilancia vyrovnávaná prídavkom vody dávkovanej do potrubia plynného čpavku v množstve okolo 200 kg.2700 kg/hod. kyslých síranových lúhov vznikajúcich pri výrobe metylmetakrylátu obsahujúcich 55 hmotnostných NH 4 HSO 4, 19 hmotnostných HZSO 4, 21 hmotnostných HZO a 5 organických látok bolo kontinuálne zmiešané s 3000 kg/hod. síranových lúhov vznikajúcich pri výrobe ó-Kaprolaktámu obsahujúcich 40 hmotnostnýchZ takto vytvorenej heterogénnej zmesi bolo prechodom cez gravitačnú deličku oddelených 95 kg/hod. organickejfázy a zostávajúcich 5605 kg/hod. vodného roztoku kyslćho a nonnálneho síranu amónneho bolo nastrekované do kryštalizačnej odparky s nútenou cirkuláciou suspenzie opatrenej varákom s úpravami bližšie opísanými v príklade l.Kryštalizačná odparka bola zaradená ako tretí člen tlakovo-vákuovej odparovacej a kryštalizačnej linky na spracovávanic síranových lúhov vznikajúcich pri výrobe kaprolaktámu.Odparovacia časť kryštalizačnej odparky bola odsávaním pár udržovaná na pracovnom tlaku 23 kPa, pričom teplota V odparovacej časti bola 800 °C.Upravené kyslć siranove lúhy boli do zariadenia nastrekovanć hrdlom (l). Hrdlom (2) bolo do zariadenia dávkované 398 kghod. plynněho čpavku.Hrdlom (3) bola cez gravitačný usadzovák odpúšťaná neutralizáciou uvoľnená organická fáza spolu s nasýteným vodným roztokom síranu amónneho. V usadzováku oddelené síranovć lúhy boli kontinuálne prcčerpávané do nasavania nútenej cirkulácie suspenzie.Postupne sa hromadiaca špecificky ľahšia organická fáza bola šaržovite odčerpávaná na konečnú likvidáciu spaľovaním pri teplote 1000 až 1100 °C.Hodinový prírastok organickej fázy bol vyšší ako vypočítaná množstvo organických látok privádzane v prúde kyslých síranových lúhov, zrejme z dôvodu prieniku časti organických nečistôt zo súčasne na výrobnej linke spracovávaných síranových lúhov z výroby kaprolaktámu.Zo spodu kryštalizačnej časti zariadenia bol vo forme suspenzie odťahovaný kryštalický síran amónny, ktorý sa na odstredivke oddeľoval od materských lúhov.Pri odstreďovaní bol kryštál prcmývaný 200 litrami/hod. vody.Odstreďovaním bol získaný biely kryštál síranu amónneho obsahujúci l hmotnostne vody a 20,8 hmotnostného amoniakálneho dusíka. Materské lúhy boli vracanć do procesu odparovania a lcryštalizacie.l. Spôsob spracovania kyslých síranových lúhov vznikajúcich pri výrobe metylmetakrylátu na kryštalický síran amónny,vyznačujúci sa tým,žekyslesíranové lúhy sú po zmiešaní s vodným roztokom normálneho síranu amónneho v pomere 1 0,5 až l l 0 zaručujúcom premenu kyseliny sírovej obsiahnutej V kyslých síranových lúhoch na kyslý síran amónny a po výhodnom oddelení nniešaním roztokov uvoľnenej špecificky ľahšej organickej fázy vedené k neutralizácii čpavkom na pH 4,0 až 6,0 za vzniku reakčného tepla a tvorby kryštálu síranu amónneho,jeho nasýteneho vodného roztoku a špecificky ľahšej organickej fázy, pričom odber tejto fázy ajej ďalšie spracovanie je uskutočňované oddelene od odberu a spracovania kryštálu síranu amónneho.2. Spôsob podľa nároku l, v y z n a č uj ú ci s a t ý m , že neutralizáciou uvoľnené reakčne teplo sa využije na odparovanie privádzanej vody.3. Spôsob podľa nárokov l a 2, v y z n a č uj ú ci s a t ý m , že na úpravu pôvodných kyslých síranových lúhov sa použije vodný roztok síranu amónneho obsahujúci ó-Kaprolalctám.4. Zariadenie na uskutočňovanie spôsobu podľa nárokov l až 3 pozostávajúce z kryštalizačnej odparky tvorenej oddelenou odparovacou a kryštalizačnou časťou spojenou stredovou rúrou vyúsťujúcou nad dno kryštalizačnej časti s nútenou cirkuláciou suspenzie, v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že je opatrené hrdlom (l) slúžiacim na prívod a roz ptyľovanie kyslých síranových lúhov, hrdlom (2) slúžiacim na prívod a rozptyľovanie čpavku, hrdlom (3) slúžiacim na odvod organickej fázy a hrdlom (4) slúžiacim na odvod kryštálu síranu amónneho. 5. Zariadenia podľa nároku 4, v y z n a č u j ú c e s a tý m , že hrdlo (2) je umiestnené vo vzdialenosti naj viac 1,5 m od roviny vyústenia stredovej rúry spájajúcej odparovaciu s kryštalizačnou časťou zariadenia, pričom hrdlo (l) je umiestnene najmenej 0,5 m nad hrdlom (2),hrdlo (4) je umiestnene najmenej 0,5 m pod hrdlom (2) a hrdlo (3) je umiestnené na najvyššom mieste lqyštalizačnej časti zariadenia. 6 Zariadenie podľa nárokov 4 a 5, v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že je výhodne zaradené do zostavy viacstupňovej odparovaco-kiyštalizačnej linky na spracovanie roztokov síranu amónneho.

MPK / Značky

MPK: C01C 1/24

Značky: síranových, kyslých, lúhov, spôsob, vykonávanie, spracovania, zariadenie

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/5-280510-sposob-spracovania-kyslych-siranovych-luhov-a-zariadenie-na-jeho-vykonavanie.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob spracovania kyslých síranových lúhov a zariadenie na jeho vykonávanie</a>

Podobne patenty