Производство азотных и калийных удобрений

стекает возвратный аммиак, полученный в конденсаторах 1-ой ступени дистилляции 9, 10, 12 и далее он охлаждается в холодильнике 52. Подача углеаммонийных (УАС) солей в узел синтеза осуществляется насосами 50. Узел синтеза состоит из смесителя 7 емкостью 60 л, снабженного тарелками для перемешивания потоков и колонны синтеза 8 объемом 31.5м³. Те части аппаратуры

узла синтеза, которые соприкасаются с плавом при высоких температурах и давлениях, изготовлены из хромоникельмолибденовой стали. Защита этой стали от корродирующего воздействия плава осуществляется за счет добавки в него кислорода или воздуха. В смеситель поступают: двуокись углерода с температурой около 100⁰С, жидкий аммиак с температурой около 90⁰С и раствор углеаамонийных солей с температурой около 95⁰С, практическое соотношение NН₃:СО₂ =4 –4.5. В смесителе 7 начинается образование карбамата аммония, вследствие чего

температура в нем возрастает до 175⁰С. Смесь направляется в колонну синтеза, где при давлении около 200 атм и температуре до 190⁰С завершается образование карбамата аммония и его превращение в карбамид. При этом степень превращения карбамата аммония в карбамид (с учетом карбамата, находящегося в циркулирующем растворе) достигает 62 –65%.

   Плав, содержащий 35–38% NН₃, 10–12% СО₂, 28–35% СО(NН₂)₂ и 19–23% воды, дросселируется до 18 атм и поступает в верхнюю часть ректификатора 14  узла дистилляции 1-ой ступени. При этом из плава выделяется часть аммиака, вследствие чего температура падает до 120–125⁰С. Для разложения карбамата аммония и отгонки аммиака и двуокиси углерода плав подогревается в теплообменнике 15 до 158–162⁰С и поступает в сепаратор 16. На 1-ой ступени дистилляции разлагается до 90% карбамата аммония и отгоняется из плава более 90% аммиака, который в смеси

с  двуокисью  углерода и парами воды направляется в барботажный слой промывной  колонны 20. В последнюю подается также раствор углеаммонийных солей  из 2-ой ступени дистилляции. Здесь  при 92–96⁰С происходит конденсация водяных паров и поглощение основного количества двуокиси углерода с образованием раствора углеаммонийных солей, содержащего 38–45% NН₃, 30–37% СО₃, 22–27% Н₂О. Этот раствор насосом 50 подается в смеситель узла синтеза. Аммиак окончательно отмывается от двуокиси углерода в насадочной части промывной колонны 20 при

45 –50⁰С концентрированной аммиачной водой (93–96% аммиака), получаемой смешением жидкого аммиака со слабой аммиачной водой (25–40%) или конденсатом в смесителе, расположенном над распределительной тарелкой в верхней части колонны. 

   Очищенный аммиак конденсируется в конденсаторах 9, 10, 12 и собирается в промежуточный сборник 11; несконденсированные газы отмываются от аммиака в скруббере 13, орошаемом конденсатом сокового пара, дросселируются до атмосферного давления и через хвостовой скруббер 24 сбрасываются в атмосферу. Часть жидкого аммиака из сборника 11 направляется в промывную колонну для поддержания в ней заданного температурного режима.

   Несмотря на тщательную отмывку, в парах аммиака содержится от 0.002 до 0.05% СО₂ и

0.2–0.5% Н₂О. Кроме того, в одном потоке с ними из колонны 20 уходят все инертные газы, присутствующие в исходной СО₂. Наличие СО₂ в газовой фазе приводит к образованию карбамата аммония, который практически не растворим в аммиаке. Вследствие этого трубки конденсаторов подвергаются эрозии и коррозии.

   Раствор из сепаратора 16, содержащий 8–11% NН₃, 1.5–2.5СО₂, 55 –60% СО(NН₂)₂, 28–35% Н₂О, дросселируется до 2.5–4 атм в ректификаторе 17 узла дистилляции 2-ой ступени. При этом температура в верхней части последнего 110⁰С. Раствор подогревается в теплообменнике 19 до 140⁰С и после сепаратора 18 вновь дросселируется до остаточного давления 300 мм рт ст в вакуум- испарителе 23.

   Газовая фаза из сепаратора 18 через ректификатор 17 поступает в барботер конденсатора–абсорбера 21, где поддерживается температура около 40⁰С (охлаждение водой). Здесь поглощаются аммиак и двуокись углерода и конденсируются пары воды; дополнительное количество воды, необходимое для образования раствора определенного состава (40% NН₃, 15%СО₂, 45%Н₂О), добавляется в виде сокового конденсата. Практически состав раствора,

направляемого в промывную колонну, изменяется в следующих пределах: 33 -50% NН₃, 10-16%СО₂, 35 –55%Н₂О.

   Раствор, поступающий из сепаратора 18 в вакуум-испаритель 23, имеет следующий состав:

0.8 –2.0% NН₃, 0.2 –0.5% СО₂, 64 –72% СО(NН₂)₂, 26 –36% Н₂О.

   В аппарате 23 температура раствора за счет испарения части воды уменьшается до 95⁰С, а содержание карбамида повышается до 74%. Далее раствор поступает в хранилище 48, откуда насосами 47 подается в напорный бак 28 двухступенчатой выпарной установки. В 1-ой ступени 29, 31 раствор упаривается до 93–95% при остаточном давлении 300 мм рт ст и температуре 125⁰С, а во 2-ой ступени 30, 32 при остаточном давлении 20 –50 мм рт ст и температуре около 138⁰С содержание карбамида увеличивается до 99.7–99.8%. Необходимое для выпаривания раствора

разрежение обеспечивается системой конденсаторов и эжекторов 33-39. Конденсат сокового пара стекает в барометрический сборник 42 и далее в сборник циркуляционного раствора 46 узла абсорбции - десорбции.

   В абсорбер 24 поступают как постоянные, так и эпизодические сбросы газов, содержащих аммиак. Орошение абсорбера осуществляется циркуляцией раствора насосами 45 через холодильник 25. Часть раствора, насыщенного аммиаком, непрерывно отводится насосами 44 на десорбцию через теплообменник 27. Температура в нижней части десорбера за счет подачи острого пара поддерживается в пределах 135 –154⁰С, давление 3-4 атм. Газовый поток из десорбера, содержащий аммиак (45–60%), двуокись углерода (5–10%) и водяные пары (35–45%), вместе с

газом 2-ой ступени  дистилляции поступает в абсорбер-конденсатор 21. Вода после десорбции через  теплообменник 27 и холодильник 43 сбрасывается в канализацию. 

   Плав карбамида насосами 40 направляется через фильтр в центробежный гранулятор и разбрызгивается в башне 1 диаметром 16 и высотой 40 м  (высота падения гранул 32.5 м). Охлаждение гранул осуществляется воздухом, который просасывается через башню четырьмя хвостовыми вентиляторами производительностью по 80000м³/ч. Гранулированный продукт с температурой 60–70⁰С выгружается из башни скребком на транспортер и поднимается элеваторами 

на грохот, где некондиционные гранулы отсеиваются и подаются в растворитель, откуда через фильтры возвращаются в сборник 48.

   В зависимости от назначения может выпускаться продукт различного гранулометрического состава (фракция 1-2.5 мм или 0.2–1.0 мм), что достигается соответствующим подбором гранулятора. Основная фракция, пройдя пылеотделитель и охладители, транспортером ссыпается в распределительный бункер. Отсюда гранулы могут быть направлены транспортерами на упаковку или на склад. При необходимости выпуска готового продукта в виде двух упомянутых выше фракций гранулы с соответствующими размерами, отсеянные от основного потока, по течке поступают в распределительный бункер и далее на склад. Воздух, отсасываемый из пылеотделителя и охладителей, очищается от пыли в циклонах, после чего воздух из охладителей выбрасывается в атмосферу вентиляторами, а из пылеотделителей вентилятором возвращается в систему. Пыль из циклонов отводится в растворитель.

  Готовый продукт упаковывается в полиэтиленовые мешки, и погрузчиком загружается в вагоны. Одним из достоинств метода фирмы «Стамикарбон» является высокое качество гранул, которые практически не слеживаются даже при хранении навалом. Это объясняется тем, что перед гранулированием плав содержит 99.7 –99.8% карбамида. Гранулы, полученные из такого плава, обладают высокой механической прочностью вследствие небольшой влажности.

   В мировой азотной промышленности по разомкнутой системе работают примерно лишь 1-3% установок, по полузамкнутой схеме 27 –29%, по схеме с полным рециклом до 70%. До 35% установок с полным рециклом, действующих в н.в. в капиталистических странах, работают по схеме фирмы «Монтекатини»; примерно 30% - по схеме фирмы «Стамикарбон»; на 15% установок применяется схема фирмы «Хемико», на 12% установок –фирмы «Тое-Куацу».

   Различие в методах синтеза карбамида заключается только в том, какими способами производится рециркуляция непрореагировавших газов: жидкостной рецикл суспензии карбамата аммония в масле, разделение газов дистилляции, основанное на избирательной абсорбции (системы фирмы «Хемико»); жидкостной рецикл в виде водного раствора углеаммонийных солей (системы фирм «Стамикарбон», «Монтекатини», «Тое-Коацу»).  

   Анализ  показал, что системы, использующие полный жидкостной рецикл в виде водного раствора углеаммонийных солей, имеют существенные преимущества перед остальными. Однако все они недостаточно эффективны с энергетической точки зрения, так как разложение не прореагировавшего карбамата аммония требует значительной затраты тепловой энергии. Последующая абсорбция продуктов разложения с образованием РУАС сопровождается выделением теплоты. Использование ее затруднительно вследствие низкого температурного потенциала (не свыше 400К). Создание очень мощных систем производства карбамида повлекло за собой стремление повысить эффективность технологического процесса путем снижения энергозатрат и повышение надежности работы оборудования.

   Представляют интерес процессы использования теплоты, выделяющейся при образовании карбамата аммония в первой ступени дистилляции, для частичной отгонки не прореагировавших компонентов во второй ступени. Стриппинг-процесс дает возможность значительно утилизировать энергозатраты, хотя бы в виде пара низкого давления. Интересно и комбинирование производства аммиака и карбамида, в результате чего снижаются капитальные и эксплуатационные затраты.  

1.2.Производство аммиачной селитры

1.2.1.Свойства аммиачной селитры

   Нитрат аммония (аммиачная селитра) – белое кристаллическое вещество, молекулярный вес 80.04; содержит 60% О, 5% Н, 35% N в аммиачной и нитратной форме. Аммиачная селитра – основное азотное удобрение, в котором массовая доля азота в аммонийной и нитратной форме составляет 35%. Основные физико-химические свойства:

  Плотность, г/см³ …………………………………..1.68 – 1.7254

  Насыпная плотность, г/см³………………………0.8262;

  Температура плавления, ⁰С……………………….169.6 – 170.4

  Температура разложения, 0С …………………….более 190;

  Теплота плавления, ккал/кг……………………….16.2;

  Теплота образования, ккал/моль ………………….87.2;

  Коэффициент теплопроводности, ккал/м*ч*град  0.205;

   Твердая аммиачная селитра в интервале температур от 17 до 169.6⁰С имеет 5 кристаллических модификаций, термодинамически устойчивых при атмосферном давлении. Каждая модификация существует лишь в определенной области температур, и переход из одной модификации в другую (полимерный переход) сопровождается изменением кристаллической структуры и объема кристаллической решетки. 

   Кристаллы ромбической формы, устойчивые  при температурах от –16 до +32⁰С, не слеживаются и являются  лучшей формой как удобрение.