Способ получения нитрата калия и способ получения жидкого комплексного удобрения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРАТА КАЛИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО КОМПЛЕКСНОГО УДОБРЕНИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Дормешкин Олег Борисович Воробьев Николай Иванович Новик Дмитрий Михайлович Лисай Николай Константинович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) 1. Способ получения нитрата калия, включающий обменное разложение хлорида калия и раствора нитрата аммония при нагревании, кристаллизацию нитрата калия при охлаждении и отделение его от маточного раствора, отличающийся тем, что используют раствор нитрата аммония концентрацией 45-50 , мольное соотношение хлорида калия и нитрата аммония составляет (0,45-0,55)1, обменное разложение хлорида калия и раствора нитрата аммония осуществляют при 60-80 , кристаллизацию нитрата калия осуществляют при 10-20 , а полученные кристаллы нитрата калия промывают раствором нитрата аммония. 2. Способ получения жидкого комплексного удобрения, включающий смешивание маточного раствора, образующегося после отделения кристаллов нитрата калия при его получе нии способом по п. 1, с твердым карбамидом в мольном соотношении СО(2)2 3 , равном (2-3)1, до полного растворения твердой фазы в течение 10-30 мин. Изобретение относится к производству минеральных удобрений и может быть использовано для получения нитрата калия и жидкого комплексного удобрения. Известен способ получения нитрата калия конверсией хлорида калия в нитрат калия путем пропускания раствора хлорида калия через ионообменную колонку, содержащую 4-форму катионита с образованием К-формы катионита и последующим пропусканием раствора нитрата аммония через катионит в К-форме с получением раствора нитрата калия 1. Недостатком указанного способа является образование разбавленных растворов нитрата калия (9,7 по 3) и хлорида аммония (5,2 по 4), что потребует значительных затрат на их упарку, а также сложность процесса, обусловленная необходимостью постоянного перемещения 4 и -катионитов из одной колонки в другую. Другим аналогом предлагаемому изобретению является способ получения нитрата калия и хлорида аммония, включающий обменное разложение хлорида калия нитратом на 7470 1 2005.12.30 трия в насыщенном по данным солям растворе при температуре 80-90 , охлаждение суспензии до 20 в течение 3,5-4 часов и выделение целевого продукта методом флотации с использованием флотореагентов 2. Недостатками этого способа являются низкое качество продукта, содержащего 10,017,3 хлорида натрия, что не позволяет использовать такой продукт в качестве бесхлорного азотно-калийного удобрения, значительные потери нитрата калия с камерным продуктом (до 26,8 ), низкая интенсивность процесса вследствие наличия длительной (до 4 часов) стадии охлаждения, наличие технически сложной стадии флотации и необходимость использования дорогостоящих флотореагентов (смеси октадециламина и октилсульфата натрия), а также проблема утилизации камерного продукта - хлорида натрия - в связи с его высокой загрязненностью нитратом калия и флотореагентами. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сути и достигаемому результату является способ получения нитрата калия, включающий обменное разложение хлорида калия и раствора нитрата аммония при молярном соотношении хлорида калия и нитрата аммония, равном (1,1-1,15)1, при температуре 100 , охлаждение образующейся суспензии до 0 , выдерживание в течение 5 часов с последующим отделением выпавших кристаллов 3, добавление к маточному раствору 55-75 -ного раствора нитрата аммония,изотермическое упаривание полученного раствора при 123 , охлаждение и выдерживание раствора при 57 в течение 2 часов, отделение выпавших кристаллов хлорида аммония от раствора и возврат последнего на стадию обменного разложения 3. Недостатками данного способа являются высокие энергетические затраты, необходимые для упаривания растворов, а также для нагревания растворов первоначально до 100 , и далее повторно от 0 до 123 . Так согласно представленному примеру, в расчете на 1 тонну продукта на стадии упарки удаляется 1570 кг воды, на стадии сушки хлорида аммония - 1430 кг воды. Для удаления этого количества воды необходимо затратить 6582000 кДж тепла, что потребует 193,9 м 3 природного газа многостадийность и сложность процесса образующийся в качестве побочного продукта хлорид аммония имеет малый спрос на рынке, в связи с чем его реализация представляется проблематичной предлагаемая технология предусматривает полную рециркуляцию жидкой фазы на стадию конверсии. Согласно ГОСТ 4568-74 хлорид калия содержит в зависимости от марки от 1,4 до 4,5 примесей. Поэтому поступающие с исходными хлоридом калия и нитратом аммония примеси будут накапливаться в замкнутой системе и переходить в конечный продукт, ухудшая его качество, либо необходимо будет периодически осуществлять вывод жидкой фазы на санитарную очистку. Данная проблема является общей для всех замкнутых водооборотных систем и технологических циклов наличие стадий длительного выдерживания растворов (первоначально 5 часов, затем еще 2 часа), что не позволяет проводить процесс в непрерывном режиме, а только в периодическом. При поддержании мольного соотношения хлорида калия к нитрату аммония в исходном конверсионном растворе, как указано в прототипе, равном (1,1-1,5)1, образующийся после кристаллизации нитрата калия маточный раствор содержит значительное количество хлор-иона и получение на базе этих растворов жидких комплексных удобрений по этой причине не возможно. Поэтому единственным способом утилизации таких маточных растворов является их упарка с выделением основного количества 4 в твердом виде. Проведенные авторами исследования влияния мольного соотношения хлорида калия и нитрата аммония в конверсионных растворах на содержание и распределение хлор-иона между твердой и жидкой фазами, а также в образующихся маточных растворах позволили установить, что снижение мольного соотношения хлорида калия к нитрату аммония в конверсионном растворе до (0,45-0,55)1 обеспечивает значительное снижение содержа 2 7470 1 2005.12.30 ния хлор-иона в маточном растворе, что позволяет получать жидкие комплексные удобрения на базе данных растворов. Известно, что по мере снижения температуры растворов растворимость содержащихся в них солей, в частности 3 и 4, снижается. Поэтому при охлаждении до 0 , как указано в прототипе, в твердую фазу будет переходить не только целевой продукт - 3,но и другие соли. Нами экспериментально установлено, что при быстром охлаждении конверсионного раствора до 10-20 указанная система находится далеко от состояния равновесия. В этих условиях в твердую фазу первым переходит нитрат калия, поэтому дополнительное выдерживание в этом температурном интервале не желательно, т.к. по мере приближения к равновесному состоянию будет возрастать соотношение 43 в твердой фазе. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение технологического процесса и снижение энергетических затрат, повышение интенсивности процесса. Поставленная задача решается путем обменного разложения хлорида калия и раствора нитрата аммония концентрацией 45-50 при мольном соотношении хлорида калия к нитрату аммония в растворе, равном (0,45-0,55)1, и температуре 60-80 , последующей кристаллизацией нитрата калия при 10-20 , отделением его от маточника и промывкой кристаллов нитрата калия раствором нитрата аммония, смешением образующегося после отделения кристаллов нитрата калия маточного раствора с твердым карбамидом в мольном соотношении (2)23-, равном (2-3)1, до полного растворения твердой фазы в течение 10-30 мин с получением жидкого комплексного удобрения. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. К раствору 43, с концентрацией 45-50 , добавляют мелкокристаллический хлорид калия в мольном соотношении 43(0,450,55)1 и нагревают до полного растворения хлорида калия (температура растворения-60-80 С). Образовавшийся гомогенный раствор охлаждают при интенсивном перемешивании до температуры 10-20 . Выпавший кристаллический осадок отделяют методом фильтрации и промывают на фильтре исходным раствором нитрата аммония. Продукционный осадок содержит в пересчете на сухое вещество 16,5-1838-422 и не более 0,2-, что позволяет использовать его в качестве бесхлорного азотно-калийного удобрения - нитрата калия. Раствор, полученный после промывки осадка, смешивается с исходным раствором 43 и направляется на конверсию. Маточный раствор после отделения целевого продукта, содержащий 12-14 и 7-82, смешивается с твердым карбамидом в мольном соотношении (2)23-(2-3)1 до полного растворения твердой фазы в течение 10-30 минут с получением жидкого комплексного удобрения. Полученное жидкое комплексное удобрение содержит от 24 до 28 и от 4 до 5. Повышение мольного соотношения 43 свыше 0,551 не целесообразно, т.к. при этом, как показали исследования, резко возрастает содержание -иона в продукте (до 8-10 ), следовательно увеличивается количество промывных растворов для отмывки нитрата калия. Повышение мольного соотношения (4)23- свыше 31 позволяет увеличить содержание азота в продукт свыше 28 , однако при этом температура кристаллизации образующихся жидких комплексных удобрений возрастает до 10-15 , что не приемлемо для жидких комплексных удобрений. Понижение мольного соотношения (4)23- ниже 21 приводит к значительному снижению содержания азота в удобрении менее 24 . Полное растворение хлорида калия при указанных в заявке условиях конверсии (пониженное по сравнению с прототипом мольное соотношение хлорида калия к нитрату аммония) наблюдается при 60 . Поэтому нагревание конверсионных растворов до 100 не целесообразно. 3 7470 1 2005.12.30 Эффект снижения энергетических затрат и упрощения технологического процесса достигается за счет снижения температуры конверсии со 100 до 60-80 , исключения стадий изотермической упарки маточных растворов при 123 и последующего выдерживания упаренных растворов при 57 в течение 2-х часов. Эффект повышения интенсивности процесса достигается путем исключения стадии выдерживания конверсионных растворов при 0 в течение 5 часов и повышения необходимой температуры кристаллизации с 0 до 10-20 . Предложенное техническое решение поясняется следующим примером. К 500 г раствора 43 с концентрацией 5043 добавляют 122,5 г галургического мелкокристаллического хлорида калия (мольное соотношение 430,501). Образовавшуюся суспензию при интенсивном перемешивании нагревают до 60 . Затем полученный гомогенный раствор охлаждают при интенсивном перемешивании до 20 и фильтруют. Полученный после фильтрации осадок промывают 97 г раствора 43 с концентрацией 50 . При этом получено 89,7 г осадка, содержащего 9 влаги и 122,3 г промывного раствора и 507,5 г маточного раствора, содержащего 10,6 С- 26,13- 6,5(т.е. 7,82) и 9,94. Продукционный осадок после сушки содержит 0,12 С- 65,53- 33,6(т.е. 40,52) и 3,54. Полученный маточный раствор в количестве 507,5 г смешивали с твердым карбамидом в количестве 313,8 г (мольное соотношение (2)23-31) в течение 30 минут до полного растворения карбамида. При этом получено 821,3 г жидкого комплексного удобрения, содержащего 26 масс., азота и 4 масс., калия, температура кристаллизации 4,5 , плотность 1249,8 кг/м 3. Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в снижении энергетических затрат (на 6582000 кДж тепла на тонну продукта), исключении ряда сложных и энергоемких технологических стадий, интенсификации процесса за счет сокращения времени дополнительного выдерживания растворов перед фильтрацией, организации непрерывного режима ведения технологического процесса. Возможность осуществления технологического процесса, согласно заявляемому изобретению, подтверждена данными расширенных лабораторных испытаний, проведенных на кафедре технологии неорганических веществ БГТУ. Практическая реализация изобретения может быть осуществлена на предприятиях по производству минеральных удобрений, в частности на Гродненском ПО Азот, а также на районных станциях Бельсельхозхимии. Источники информации 1. А.с. СССР 1248650, МПК С 01 9/10, В 01 47/02. Способ получения нитрата калия.- Опубл. 07.08.86 // Бюл.29, 1986. 2. А.с. СССР 1572997, МПК С 01 9/08. Способ получения нитрата калия. - Опубл. 23.06.90 // Бюл.23, 1990. 3. А.с. СССР 1393791, МПК С 01 9/00, С 01 1/16. Способ получения нитрата калия и хлорида аммония. - Опубл. 07.05.88 // Бюл.17, 1988 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4