СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ НИТРОСМЕСЕЙ Российский патент 1998 года по МПК C01B21/46 C06B31/16 

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способам утилизации специальных нитросмесей с целью получения продуктов, которые могут быть использованы в производстве нитросоединений различных классов. В нашем случае под специальной нитросмесью понимается нитросмесь, используемая, например, как окислитель топлив, в состав которой входят азотная кислота, окислы азота и добавки, являющиеся ингибиторами коррозии и стабилизаторами процесса окисления, такие как йод, фтористоводородная кислота, ортофосфорная кислота (в зависимости от марки окислителя).

Проблема утилизации отработанных и снятых с производства и хранения таких нитросмесей является важной экономической и экологической проблемой, что обусловлено их большими запасами на складах. Дополнительные трудности создает наличие в нитросмесях ингибиторов коррозии, что усложняет технологию их утилизации.

Существует два направления утилизации специальных нитросмесей:
- путем уничтожения (сжигания). Этот путь по экономическим и экологическим причинам был однозначно отвергнут, так как для сжигания 1 тонны такой нитросмеси необходимо 50 тонн керосина;
- путем переработки специальных нитросмесей в продукцию производственно-технического назначения.

Переработка отработанных и снятых с производства специальных нитросмесей осуществляется различными способами: разделением, регенерацией, очисткой и т.д.

Известен способ переработки специальной нитросмеси методом синтеза сверхазеотропной (82-86%-ной) азотной кислоты с последующей ее ректификацией в концентрированную азотную кислоту (Утилизация компонентов ракетного топлива: Материалы второй Всероссийской научно-технической конференции. Красноярск, 1994, с. 125).

Основные стадии процесса:
- синтез сверхазеотропной азотной кислоты;
- конденсация оксидов азота;
- ректификация азеотропной азотной кислоты;
- получение реактивной азотной кислоты особо чистой квалификации.

Известна технология утилизации, заключающаяся в следующем: предварительно из специальной нитросмеси выделяются ингибиторы коррозии:
- йод - методом осаждения из разбавленной холодной азотной кислоты нитросмеси с последующей фильтрацией и извлечением остатка йода абсорбцией на активированном угле;
- фтористый водород - в результате взаимодействия с кремнийсодержащими соединениями и обработки в промывочной колонне с образованием кремнийфтористоводородной кислоты. После удаления ингибиторов коррозии производится перегонка нитросмеси с отделением оксидов азота, которые затем используются как товарный продукт или сырье для получения азотной кислоты (Утилизация компонентов ракетного топлива: Материалы второй Всероссийской научно-технической конференции. Красноярск, 1994, с. 124).

Оба эти способа являются многостадийными и требуют использования нестандартного оборудования.

Известен способ переработки специальных нитросмесей, заключающийся в отгонке оксидов азота и ректификации азотной кислоты (утилизация компонентов ракетного топлива: Материалы второй Всероссийской научно-технической конференции. Красноярск, 1994, с. 125).

Основные стадии процесса:
- отгонка оксидов азота из исходного продукта с получением концентрированной азотной кислоты с йодсодержащими добавками;
- конденсация оксидов азота с выделением в качестве товарного продукта;
- ректификация концентрированной (95 - 97%-ной) азотной кислоты с йодсодержащими добавками с получением товарной азотной кислоты с массовой долей 99% и кубового остатка, содержащего азотную кислоту с массовой долей 70%, и йодсодержащие продукты, подлежащие дальнейшей переработке. Этот способ был выбран нами в качестве прототипа.

Так же, как и вышеуказанные способы, данный способ является многостадийным, требует использования дорогостоящего нестандартного оборудования. Кроме того, наличие в кубовом остатке большого процентного содержания йодсодержащих компонентов ведет к коррозии оборудования или требует использования уникальных материалов, устойчивых к такого рода средам.

Задачей настоящего изобретения является разработка простого, дешевого способа утилизации специальных нитросмесей, позволяющего получать продукционную азотную кислоту, которая используется в дальнейшем в качестве нитрующего агента для получения нитросоединений различных классов.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, состоящим в том, что утилизацию специальных нитросмесей осуществляют на одной из стадий получения нитропроизводных, вводя специальную нитросмесь в основной поток абсорбционной системы в соотношении специальная нитросмесь:слабая азотная кислота 1: 8 - 1:20.

Предлагаемый способ утилизации специальной нитросмеси отличается от прототипа принципиально иным его выполнением, что дает основание считать данное техническое решение обладающим критерием "новизна".

В технике неизвестны способы утилизации такого рода отходов и снятых с производства и хранения продуктов путем прямого использования их в технологических процессах получения нитросоединений различных классов. Обычно утилизация является самостоятельным процессом, в котором отходы и продукты, снятые с производства, перерабатываются в продукты, имеющие самостоятельно значение, которые могут быть затем направлены либо на дальнейшее использование в производстве, либо на склад и продажу, либо на захоронение.

Заявляемый способ утилизации специальной нитросмеси не является самостоятельным, а представляет собой одну из стадий процесса получения моно- и динитропроизводных ароматического, алифатического, ряда соединений и масел. То есть, вводя специальную нитросмесь в основной поток абсорбционной системы в определенном количестве, мы получаем нитрующий агент - азотную кислоту повышенной концентрации с массовой долей 58 - 65%, что до этого получить известными способами не удавалось и позволяет частично отказаться от применения в процессе нитропроизводных дорогостоящей концентрированной азотной кислоты, т.е. удешевить процесс. Кроме того, при данном способе снимается коррозионное влияние иодноватой кислоты за счет очень быстрого его разбавления до концентрации 0.002 - 0.003%, практически не влияющей на скорость коррозии.

При соотношении специальная нитросмесь : слабая азотная кислота меньшем, чем 1: 8 оксиды азота в абсорбционной колонне поглощаются не полностью, и происходит их выброс в атмосферу, а йодсодержащие компоненты разбавляются недостаточно, что приводит к повышенной коррозии оборудования. При соотношении специальная нитросмесь : слабая азотная кислота более чем 1:20 задача теряет экономический смысл. Таким образом, ввод специальной нитросмеси на определенной стадии в процессе производства нитропроизводных дает возможность не только упростить и удешевить утилизацию отходов и снятых с производства и хранения специальных нитросмесей, но и получить нитрующий агент, который может быть использован в процессе получения нитропроизводных разных классов, указанных выше.

Такое решение не было очевидным для специалистов, непосредственно из уровня техники не вытекает, что дает основание считать данное техническое решение обладающим изобретательским уровнем.

Пример 1. Получение мононитротолуола
В нитратор загружают серную кислоту с массовой долей 70 - 72% и одновременно дозируют толуол и нитрующий агент в стехиометрическом соотношении. Реакционную смесь перемешивают при температуре 35 - 50^oC в течение 15 - 20 минут. Образующиеся при реакции окислы азота поступают в абсорбционную смесь, где они преобразуются в 40 - 53%-ную азотную кислоту. Одновременно в газлифтную колонну, входящую в абсорбционную систему, подается специальная нитросмесь в соотношении специальная нитросмесь : слабая азотная кислота 1:8 - 1:20, которая укрепляет слабую азотную кислоту до 58 - 65% за счет поглощения окислов азота из специальной нитросмеси и разбавления входящей в ее состав азотной кислоты. Добавки, входящие в состав специальной нитросмеси разбавляются при этом в 8 - 20 раз и доводятся до концентрации, не влияющей на безопасность процесса нитрования и не оказывающей вредного воздействия на оборудование и на качество получаемого в дальнейшем готового продукта. Полученный нитрующий агент подается в нитратор для получения мононитротолуола.

Пример 2. Получение динитротолуола
В нитратор загружают серную кислоту с массовой долей 82 - 84% и одновременно дозируют мононитротолуол и нитрующий агент в количестве 30 - 40% от необходимого стехиометрического соотношения. Остальная часть азотной кислоты для прохождения полноты реакции дозируется в виде крепкой азотной кислоты с массовой долей не менее 97%. Реакционную смесь перемешивают при температуре 75 - 85^oC в течение 15 - 20 мин. Образующиеся окислы азота поступают в абсорбционную систему, где они преобразуются в 48 - 53 процентную азотную кислоту. Одновременно в газлифтную колонну подается специальная нитросмесь в соотношении специальная нитросмесь : слабая азотная кислота 1:8 - 1:20, которая укрепляет слабую азотную кислоту до 58 - 65% за счет поглощения окислов азота из специальной нитросмеси и разбавления входящей в ее состав азотной кислоты. Примеси, входящие в состав специальной нитросмеси, разбавляются до 0.001-0.002. Полученный нитрующий агент повышенной концентрации поступает в нитратор для получения динитротолуола, что позволяет уменьшить количество используемой концентрированной азотной кислоты.

Пример 3. Получение нитромасел
В нитратор дозируют 300 кг исходного масла (например ДС-8) и 900 кг нитрующего агента с массовой долей 60 - 62%. Смесь перемешивают, выдерживают 3 - 5 ч при нагревании до 60^oC. Полученный промежуточный продукт отстаивают и разделяют. Кислое нитрованное масло направляют на нейтрализацию, выпаривание воды до получения готового продукта. Отработанную азотную кислоту направляют на закрепление до массовой доли 60 - 62% добавлением специальной нитросмеси в количестве по расчету.

Предложенный способ не вызовет затруднений при реализации. Используемые для получения нитропроизводных разных классов исходные продукты выпускаются промышленностью, а необходимость утилизации специальных нитросмесей не вызывает сомнений. Таким образом, предложенное техническое решение имеет и третий признак - промышленную применимость.

Использование: изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способам утилизации нитросмесей с целью получения продуктов, которые могут быть использованы в производстве нитросоединений различных классов. Сущность: способ утилизации нитросмесей заключается в том, что утилизацию осуществляют на одной из стадий получения нитропроизводных, добавляя нитросмесь в основной поток абсорбционной системы в соотношении специальная нитросмесь: слабая азотная кислота 1:8-1:20. Заявленный способ утилизации позволил удешевить и упростить утилизацию отходов и снятых с производства и хранения продуктов, а также получить нитрующий агент, который может быть использован в процессе получения нитропроизводных различных классов.

Способ утилизации нитросмесей, отличающийся тем, что утилизацию осуществляют при получении нитропроизводных, подавая нитросмесь в основной поток на стадию абсорбционной системы получения нитрующего агента в соотношении нитросмесь слабая азотная кислота 1 8 20.