Способ получения сульфата аммония
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к производству сульфата аммония. Сульфат аммония получают нейтрализацией отработанной серной кислоты процесса сернокислотного алкилирования изобутана олефинами, содержащей органические примеси в виде органических сульфокислот и сульфоэфиров, аммиаком в присутствии экстрагента. В качестве экстрагента используют ацетон, или смесь этилового спирта и ацетона, или смесь этилового спирта либо ацетона с бутиловым, пропиловым, изобутиловым либо изоамиловым спиртом, или смесь этилового спирта либо ацетона с тетрагидрофураном или 1,4-диоксаном при массовом соотношении серная кислота в пересчете на моногидрат:экстрагент, равном 1:0,2-0,4. Образовавшийся органический слой отделяют от водного слоя, последний выпаривают и сушат. Изобретение позволяет увеличить сырьевую базу производства сульфата аммония за счет использования отходов, получить продукт, не содержащий органических примесей. 1 табл.
Изобретение относится к получению сульфата аммония из отработанной серной кислоты процесса сернокислотного алкилирования изобутана олефинами, содержащей полярные органические примеси.
Известен способ получения сульфата аммония путем нейтрализации серной кислоты, содержащей органические примеси, газообразным аммиаком [а.с. 349636, заявл. 12.12.69, С01С 1/24]. Отработанную кислоту предварительно разбавляют водой до концентрации 10%, добавляют масло в качестве экстрагента и процесс нейтрализации проводят при температуре не выше 80°С до достижения показателя рН среды 6. Экстрагент вводится в объемном соотношении серная кислота:масло = 1:3. Образовавшийся слой масла отделяют, маточный раствор выпаривают, сушат и получают сульфат аммония с массовой долей азота 18-21%. Недостатком способа является низкая степень очистки продукта от полярных органических примесей, как органические сульфокислоты и сульфоэфиры.
Известен способ получения сульфата аммония из сернокислотных отходов акрилатных производств, включающем нейтрализацию аммиаком разбавленной серной кислоты в присутствии экстрагента органических примесей с последующей кристаллизацией сульфата аммония. В качестве экстрагента используют смесь пропилового спирта с бутиловым спиртом или бутилацетатом [а.с. 923949, заявл. 07.12.79, кл. 3 С01С 1/24]. Количество вводимого экстрагента составляет 0,5-1,0 объемов на один объем отработанной серной кислоты. Нейтрализацию кислоты газообразным аммиаком проводят при температуре не выше 100°С и до показателя рН 7-8. Недостатком способа является низкая степень очистки продукта от полярных органических примесей.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения сульфата аммония нейтрализацией серной кислоты аммиаком в присутствии пероксомоносерной кислоты в качестве окислителя в количестве 0,00015-0,06 кг на 1 кг товарного сульфата аммония [а.с. 850583, заявл. 15.10.79, кл. 3 С01С 1/24]. Получают сульфат аммония с низким содержанием примесей хлора и роданид-ионов. Недостатком способа является использование дорогого и дефицитного окислителя - пероксомоносерной кислоты и низкая степени очистки продукта от полярных органических примесей.
Предлагаемый способ отличается от известного тем, что нейтрализацию отработанной серной кислоты процесса сернокислотного алкилирования изобутана олефинами, содержащую органические примеси в виде органических сульфокислот и сульфоэфиров, осуществляют аммиаком в присутствии экстрагента, а в качестве экстрагента используют ацетон, или смесь этилового спирта и ацетона, или смесь этилового спирта либо ацетона с пропиловым, бутиловым, изобутиловым или изоамиловым спиртом, или смесь этилового спирта либо ацетона с тетрагидрофураном либо 1,4-диоксаном при массовом соотношении серная кислота в пересчете на моногидрат:экстрагент, равном 1:0,2-0,4, полученный органический слой отделяют от водного слоя, последний выпаривают и сушат.
Эффективными при экстракции органических примесей сульфокислот и сульфоэфиров являются смеси (в объемном соотношении):
- этиловый спирт - 1,4-диоксан = 65-99:35-1;
- этиловый спирт - бутиловый спирт = 80-99:20-1;
- этиловый спирт - пропиловый спирт = 70-99:30-1;
- этиловый спирт - изобутиловый спирт = 70-99:30-1;
- этиловый спирт - тстрагидрофуран (ТГФ) = 70-99:30-1;
- этиловый спирт - изоамиловый спирт = 10-90:90-10;
- этиловый спирт - ацетон - в любом соотношении;
- ацетон - бутиловый спирт = 70-99:30-1;
- ацетон - пропиловый спирт = 70-99:30-1;
- ацетон - изобутиловый спирт = 70-99:30-1;
- ацетон - тетрагидрофуран (ТГФ) = 70-99:30-1;
- ацетон - 1,4-диоксан = 70-99:30-1;
- ацетон - изоамиловый спирт 20-80:80-20.
Смесь экстрагентов вводится при массовом соотношении серная кислота в пересчете на моногидрат:экстрагент, равном 1:0,2-0,4. Уменьшение расхода экстрагента ниже массового соотношения 1:0,2 приводит к снижению степени экстракции органических примесей из реакционной массы после нейтрализации отработанной серной кислоты аммиаком и повышению содержания органических примесей в готовом продукте. Увеличение расхода экстрагента выше массового соотношения 1:0,4 нецелесообразно, так как при этом степень экстракции органических примесей из реакционной массы остается неизменной и допускается перерасход экстрагента.
Объемное соотношение растворителей в каждом виде смеси экстрагентов подобрано экспериментально. Критериями оценки эффективности являются содержание основного вещества - азота, органических веществ в продукте, цвет сульфата аммония и расход смеси экстрагента.
Ведение процесса в указанных пределах массового соотношения серная кислота: экстрагент, объемных соотношений этанол - полярный растворитель и ацетон - полярный растворитель в смеси экстрагента обеспечивает получение качественного продукта - сульфата аммония.
Увеличение объемного соотношения полярных растворителей в смеси с этиловым спиртом или ацетоном выше указанных пределов приводит к снижению степени выделения органической фазы.
Пример 1. Берут 200 г отработанной серной кислоты - отхода процесса алкилирования изобутана олефинами, содержащей 86% масс. серной кислоты и 12% масс. полярных органических примесей. Нейтрализуют 25%-ным раствором аммиака в количестве 239 г до достижения показателя рН водной фазы 6-7 при температуре 60-70°С. Затем добавляют 52 г экстрагента - смесь этилового спирта и 1,4-диоксана в объемном соотношении 80:20. Массовое соотношение серная кислота в пересчете на моногидрат:экстрагент равно 1:0,3. Реакционная масса самопроизвольно делится на органический (верхний) и водный слои. Образовавшийся органический слой отделяют. Водный слой, представляющий собой насыщенный раствор сульфата аммония, имеет желтую окраску. Водный слой выпаривают и сушат. Выход соли - сульфата аммония 232 г, содержание азота 20,5% мас. в пересчете на сухое вещество, влаги 0,3% мас., кислотность 0,03% мас., органические примеси 0,1% мас. Цвет продукта - желтый. При выдерживании реакционной массы в течение 48 часов и проведения процесса выделения органической фазы и сушки водного слоя качество получаемого продукта - сульфата аммония остается неизменным.
Пример 2. Условия проведения опыта аналогично примеру 1. К реакционной массе добавляют 26 г экстрагента - смесь этилового спирта и 1,4-диоксана в объемном соотношении 80:20. Массовое соотношение серная кислота в пересчете на моногидрат: экстрагент равно 1:0,15. Реакционная масса самопроизвольно делится на органический (верхний) и водный слои. Образовавшийся органический слой отделяют. Водный слой, представляющий собой насыщенный раствор сульфата аммония, имеет темную окраску. Водный слой выпаривают и сушат. Выход соли - сульфата аммония 202 г, содержание азота 19% мас. в пересчете на сухое вещество, влаги 0,3% мас., кислотность 0,03% мас., органические примеси 1% мас. Цвет продукта - темный.
Пример 3. Условия проведения опыта аналогичны примеру 2. К реакционной массе добавляют 77,5 г экстрагента - смесь этилового спирта и 1,4-диоксана в объемном соотношении 80:20. Массовое соотношение серная кислота в пересчете на моногидрат: экстрагент равно 1:0,45. Реакционная масса самопроизвольно делится на органический (верхний) и водный слои. Образовавшийся органический слой отделяют. Водный слой, представляющий собой насыщенный раствор сульфата аммония, имеет желтую окраску. Водный слой выпаривают и сушат. Выход соли - сульфата аммония 232 г, содержание азота 20,5% мас. в пересчете на сухое вещество, влаги 0,3% мас., кислотность 0,03% мас., органические примеси 0,1% мас. Цвет продукта - желтый. При выдерживании реакционной массы в течение 48 часов и проведения процесса выделения органической фазы и сушки водного слоя качество получаемого сульфата аммония остается неизменным.
Сравнительные данные по качеству сульфата аммония, полученного нейтрализацией отработанной серной кислоты процесса алкилирования изобутана олефинами аммиаком при использовании в качестве экстрагента смесей этилового спирта, ацетона с полярными органическими растворителями при их различном объемном соотношении, представлены в таблице.
| № | Состав смеси экстрагента | Объемное соотн. этиловый спирт (ацетон):растворитель | Масс. соотн. серная кислота: экстрагент | Показатели качества сульфата аммония | ||
| Содержание, мас.% | Цвет | |||||
| азот | органика | |||||
| 1 | Этиловый спирт и бутиловый спирт | 80:20 | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 2 | Этиловый спирт и бутиловый спирт | 70:30 | 1:0,3 | 19 | 1,0 | черный |
| 3 | Этиловый спирт и пропиловый спирт | 70:30 | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 4 | Этиловый спирт и пропиловый спирт | 60:40 | 1:0,3 | 19 | 1,0 | черный |
| 5 | Этиловый спирт и изобутиловый спирт | 70:30 | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 6 | Этиловый спирт и изобутиловый спирт | 60:40 | 1:0,3 | 19 | 1,0 | черный |
| 7 | Этиловый спирт и тетрагидрофуран | 70:30 | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 8 | Этиловый спирт и тетрагидрофуран | 60:40 | 1:0,3 | 19 | 1,0 | черный |
| 9 | Этиловый спирт и 1,4-диоксан | 65:35 | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 10 | Этиловый спирт и 1,4-диоксан | 60:40 | 1:0,3 | 19,2 | 0,9 | черный |
| 11 | Этиловый спирт и изоамиловый спирт | 10:90 | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 12 | Этиловый спирт и изоамиловый спирт | 5:95 | 1:0,3 | 19,2 | 0,9 | черный |
| 13 | Этиловый спирт и ацетон | любое | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 14 | Ацетон | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый | |
| 15 | Ацетон и бутиловый спирт | 70:30 | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 16 | Ацетон и бутиловый спирт | 60:40 | 1:0,3 | 19 | 1,0 | черный |
| 17 | Ацетон и пропиловый спирт | 70:30 | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 18 | Ацетон и пропиловый спирт | 60:40 | 1:0,3 | 19 | 1,0 | черный |
| 19 | Ацетон и изобутиловый спирт | 70:30 | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 20 | Ацетон и изобутиловый спирт | 60:40 | 1:0,3 | 19 | 1,0 | черный |
| 21 | Ацетон и тетрагидрофуран | 70:30 | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 22 | Ацетон и тетрагидрофураи | 60:40 | 1:0,3 | 19 | 1,0 | черный |
| 23 | Ацетон и 1,4-диоксан | 70:30 | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 24 | Ацетон и 1,4-диоксан | 60:40 | 1:0,3 | 19 | 1,0 | черный |
| 25 | Ацетон и изоамиловый спирт | 20:80 | 1:0,3 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| 26 | Ацетон и изоамиловый спирт | 10:90 | 1:0,3 | 19 | 1,0 | черный |
| 27 | Этиловый спирт и ацетон | любое | 1:0,15 | 18 | 1,2 | черный |
| 28 | Этиловый спирт и ацетон | любое | 1:0,2 | 20,3 | 0,15 | желтый |
| 29 | Этиловый спирт и ацетон | любое | 1:0,4 | 20,5 | 0,1 | желтый |
| Этиловый спирт и ацетон | любое | 1:0,5 | 20,5 | 0,1 | желтый |
Использование в качестве экстрагента смеси этилового спирта и ацетона с полярными органическими растворителями обеспечивает качество получаемого продукта - сульфата аммония.
1. Способ получения сульфата аммония, отличающийся тем, что осуществляют нейтрализацию отработанной серной кислоты процесса сернокислотного алкилирования изобутана олефинами, содержащей органические примеси в виде органических сульфокислот и сульфоэфиров, аммиаком в присутствии экстрагента, в качестве которого используют ацетон, или смесь этилового спирта и ацетона, или смесь этилового спирта или ацетона с бутиловым, пропиловым, изобутиловым или изоамиловым спиртом, или смесь этилового спирта или ацетона с тетрагидрофураном или 1,4-диоксаном при массовом соотношении серная кислота в пересчете на моногидрат : экстрагент, равном 1:0,2-0,4, образовавшийся органический слой отделяют от водного слоя, последний выпаривают и сушат.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, смесь этилового спирта или ацетона с бутиловым, пропиловым, изобутиловым или изоамиловым спиртом, или смесь этилового спирта или ацетона с тетрагидрофураном или 1,4-диоксаном берут объемном соотношении:
этиловый спирт: бутиловый спирт, равном 80-99:20-1;
этиловый спирт: пропиловый спирт, равном 70-99:30-1;
этиловый спирт: изобутиловый спирт, равном 70-99:30-1;
этиловый спирт: тетрагидрофуран, равном 70-99:30-1;
этиловый спирт: 1,4-диоксан, равном 65-99:35-1;
этиловый спирт: изоамиловый спирт, равном 10-90:90-10;
ацетон: бутиловый спирт, равном 70-99:30-1;
ацетон: пропиловый спирт, равном 70-99:30-1;
ацетон: изобутиловый спирт, равном 70-99:30-1;
ацетон: тетрагидрофуран, равном 70-99:30-1
ацетон: 1,4-диоксан, равном 70-99:30-1;
ацетон: изоамиловый спирт, равном 20-80:80-20.
