Сульфат аммония. Технология получения и основные стадии производства сульфата аммония

Лекция №13

Сульфат аммония. Технология получения  и основные стадии производства сульфата аммония.

План лекции:

1. Физико-химические свойства сульфата аммония.
2. Технология получения  сульфата аммония.

      Сульфат аммония  применяют в качестве  азотно-серного удобрения,  компонента осадительной ванны в процессе формирования вискозного волокна и добавки  к стекольной шихте (для улучшения ее плавкости).

      Согласно ГОСТ 9097-82, сульфат аммония должен содержать (в %): азот - не менее21; серная кислота – не более 0,05-0,5.

   Процесс нейтрализации серной кислоты газообразным аммиаком протекает по реакции

2NH_{3 (г)}  + H₂SO_4(ж)    → (NH₄)₂SO_{4 (тв)} + 274 кДж                                                               

Протекает  с выделением значительного  количества теплоты, которая расходуется на испарение из системы воды, в результате чего целевой продукт кристаллизуется из пересыщенного раствора. Содержащиеся в исходной  серной кислоте примеси сульфатов металлов затрудняют процесс кристаллизации сульфата аммония. В процессе нейтрализации кислоты осаждаются коллоидные гидроксиды железа и алюминия:    

        Fe₂(SO₄)₃  + 6NH₃  + 6H₂O = 2Fe(OH)₃ + 3(NH₄)₂SO₄

Рекомендуемые материалы

        Al₂(SO₄)₃  + 6NH₃  + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3(NH₄)₂SO₄

Которые обволакивают кристаллы сульфата аммония и препятствуют их росту. С целью исключения этого явления растворы нейтрализуют не полностью. В реакторах поддерживают, кислую реакцию  среды.

Получение сульфата аммония из аммиака коксового газа.  В коксовом газе  содержится 7-15г/см³ аммиака.  Разработаны три способа его переработки в сульфат аммония: коксовый, прямой и полупрямой.

      Согласно коксовому способу, коксовый газ охлаждают. При этом из него конденсируется смола и надсмольная вода, насыщенная  аммиаком. Оставшийся в газе аммиак абсорбируют водой в аммиачных скрубберах. Из полученного водного аммиака и надсмольной воды в дистилляционных колоннах аммиак абсорбируют серной кислотой. Способ требует громоздкого оборудования и значительных энергозатрат.

Прямой способ сводится  к поглощению аммиака серной кислотой с получением сульфата аммония.  Процесс проводят, получая целевой продукт непосредственно из коксового газа, предварительно охлажденного до 68⁰С и очищенного от смолы в электрофильтрах.

Наиболее широко применяется полупрямой способ, согласно которому  исходный коксовый газ охлаждают до 25-30⁰С до конденсации смолы. При этом конденсат расслаивается на два слоя: нижний – смолу и верхний – надсмольную воду, в которой  растворена часть аммиака. Надсмольную вод у обрабатывают суспензией оксида –гидроксида кальция, а выделившийся аммиак абсорбируют серной кислотой вместе с аммиаком, оставшимся в дочищенном в электрофильтрах от смолы коксового газа.

         Абсорбцию аммиака  из коксового газа можно производить  в сепараторах барботажного типа (сатураторный способ) или в скрубберах (бессатураторный способ). В сатураторном способе абсорбция аммиака из коксового газа и кристаллизация образующегося сульфата аммония совмещены в одном аппарате – сатураторе. Однако это ограничивает возможность выбора технологического режима, который был бы оптимальным одновременно для обоих процессов, т.е.  обеспечивающего более полное поглощение аммиака и образование  крупнокристаллического сульфата аммония. Поэтому  эти процессы ведут  раздельно - поглощение аммиака в скрубберах, а кристаллизацию сульфата аммония – в кристаллизаторах.  

         В бессатураторных процессах абсорбцию аммиака из коксового газа ведут в полых скрубберах кислым ненасыщенным раствором сульфата аммония с последующей вакуум-выпаркой на кристалл или кислым  насыщенным раствором с выращиванием  образовавшихся мелких кристаллов в кристаллизаторах под атмосферным давлением. Обычно применяют первый способ – орошение абсорбера ненасыщенным  раствором предотвращает их засоление, а кристаллизация  в выпарных аппаратах позволяет регулировать размеры получаемых кристаллов. 

Вместе с этой лекцией читают "14 - Тектонические процессы".

         Получение сульфата аммония из гипса. По этому способу, который основывается на реакции

                    СаSO₄  + (NH₄)₂СO₃ =  (NH₄)₂SO₄ + СаСO₃

Роль серной кислоты выполняет гипс, ангидрит или фосфогипс – отход производства ЭФК. Процесс поводят при температуре 50-55⁰С, применяя 32-33-ный раствор карбоната аммония так называемым жидкостным методом. После реакции и отделение осадка карбоната кальция на фильтрах полученный -40%-ный раствор сульфата аммония перерабатывают в твердый продукт выпаркой, кристаллизацией, фильтрацией кристаллов в центрифуге и их сушкой.

Газовый метод. В данном способе сульфата аммония получают из гипса, применяя вместо  карбоната аммония газы – аммиак и диоксид углерода:

      СаSO₄  + 2NH₃  + СO₂ + Н₂О  =  (NH₄)₂SO₄ + СаСO₃

Недостатком  газового метода  является то, что по нему получают мелкие кристаллы карбоната кальция, которые фильтруются плохо. С целью получения  крупных кристаллов увеличивают длительность процесса проведения реакции, чем при жидкостном способе.