Производство азотных и калийных удобрений

   Процесс  гранулирования плава осуществляется  в прямоугольной башне с размерами  в плане 

8  *11 м. Высота  полета гранул 50 –55 м. Такая большая высота выбрана из условий полной кристаллизации капель и остывания гранул средним диаметром 2.2 –2.6 мм в полете до температуры 90–110⁰С при экономном расходе воздуха через башню с целью снижения расхода электроэнергии и скорости воздуха в башне. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

    
 
 

   Рис.2. Схема производства аммиачной селитры в агрегате АС-72:

1 – нейтрализатор  ИТН, 2 – подогреватель азотной  кислоты, 3 – подогреватель аммиака, 4 – донейтрализатор, 5 – выпарной  аппарат, 10 – гидрозатвор, 11 – фильтр, 12 – сборник плава селитры, 13 – центробежный погружной насос, 14 – насос, 15 – сборник, 16 – напорный сборник для плава, 17 – виброгрануляторы, 18 – грануляционная башня, 19 – вентилятор, 20 – промывной скуббер тарельчатого типа, 24 – холодильник кипящего слоя, 25 – транспортер, 26 – элеватор, 27 – вращающийся барабан.

  

   Высококонцентрированный плав из напорного бака 16 поступает в три гранулятора 17 производительностью 20 т/ч каждый. В нижнюю часть грануляторов подается воздух, охлаждающий падающие сверху капли селитры. Во время падения капель с высоты 50–55 м при обтекании их потоком воздуха образуются гранулы удобрения. Температура гранул на выходе из башни равна 90–110⁰С; горячие гранулы охлаждают в аппарате кипящего слоя 24. Это прямоугольный аппарат, имеющий три секции и снабженный решеткой с отверстиями. Под решетку вентиляторами подается воздух; при этом создается псевдоожиженный слой гранул

селитры, поступающих  по транспортеру из грануляционной башни. Воздух после охлаждения попадает в  грануляционную башню.

   Гранулы аммиачной селитры транспортером  25 подают на обработку поверхностно-активными веществами во вращающий барабан 27. Затем готовое удобрение транспортером 25 направляют на упаковку.

   Таким образом, в башне агрегата АС–72 в результате применения монодисперсных грануляторов обеспечен выравненный гранулометрический состав, снижено содержание мелких гранул, уменьшена скорость воздуха по сечению башни, т.е. созданы более благоприятные условия для уменьшения уноса пыли из башни и снижения нагрузки на промывной скруббер.

   Воздух, выходящий из грануляционной башни, загрязнен частицами аммиачной селитры, а соковый пар из нейтрализатора и паро-воздушная смесь из выпарного аппарата содержат непрореагировавшие аммиак и азотную кислоту, а также частицы унесенной аммиачной селитры.  Для очистки этих потоков в верхней части грануляционной башни расположены шесть параллельно работающих промывных скрубберов тарельчатого типа 20, орошаемых 20–30%-ным раствором аммиачной селитры, которая подается насосом 14 из сборника 15. Часть этого раствора

отводится в  нейтрализатор ИТН для промывки сокового пара, а затем подмешивается  к раствору селитры, и, следовательно, используется для выработки продукции. 

   Очищенный воздух отсасывается из грануляционной башни вентилятором 19 и выбрасывается в атмосферу.

   В связи  с ростом производства аммиачной селитры мощности строящихся вновь агрегатов производства аммиачной селитры непрерывно растут. Новейшие агрегаты, состоящие из нейтрализатора, выпарного аппарата, гранулятора и вспомогательного оборудования имеют производительность 1400-1500 т/сутки. Удельные капвложения при сооружении таких агрегатов уменьшаются.

   На ряде заводов за рубежом, (например, США) осуществляют получение аммиачной селитры безупарочным способом, известным также как способ Стенгеля. В этом способе испарение воды из раствора аммиачной селитры и получение сухого продукта осуществляется  за счет реакционного тепла без использования специальных выпарных аппаратов. 

   В реактор поступает 58% азотная кислота и аммиак, предварительно подогретые в теплообменниках. Температура внутри реактора достигает 230⁰С. Отделенный от паро-газовой смеси в сепараторе плав продувается воздухом, причем содержание влаги в нем уменьшается от 2 до 0.2%, а температура его понижается до 195-205⁰С. Затем плав поступает на кристаллизацию, осуществляемую на ленточном конвейере. Плав застывает на поверхности ленты из нержавеющей стали, движущейся со скоростью 0.4м/с и охлаждаемом снизу водой. Куски плава поступают  с ленточного конвейера на измельчение и смешиваются с припудривающим порошком и

упаковываются в тару.

   Преимуществом безупарочного способа получения нитрата аммония является уменьшение расходов на строительство цехов вследствие ненадобности выпарных устройств и большей удельно производительности нейтрализаторов, чем аппаратов ИТН. Но при безупарочном способе потери аммиачной селитры и азотной кислоты больше, так как они сильнее разлагаются из-за более высокой температуры  в зоне реакции.

 

1.3. Нитратные удобрения

   Аммиачная селитра является физиологически кислым удобрением. При длительном ее внесении почва подкисляется, что ведет к снижению урожайности. Поэтому применение аммиачной селитры для удобрения кислых почв, которые весьма распространены, требует их предварительного известкования.   

1.3.1. Известково-аммиачная селитра

   Наиболее удобно применять сплав нитрата аммония с известняком, называемый известково-аммиачной селитрой. За границей ее используют довольно широко, особенно в странах Западной Европы. Этот  продукт выпускают в виде гранул с различными весовыми соотношениями

NН₄NО₃ : СаСО₃ – от 80:20 до 53:47. Наилучшие физические свойства имеет известково-аммиачная селитра, содержащая 60% NН₄NО₃ и 40% СаСО₃; при этом соотношении компонентов продукт содержит 20.5% N.

   При смешении известняка с плавом нитрата аммония появляется небольшое количество нитрата кальция (0.4-1.2%). Поэтому продукт более гигроскопичен, чем чистая аммиачная селитра.

NН₄NО₃ + СаСО₃ = (NН₄)₂СО₃+ Са(NО₃)₂.             (11)

   Так как карбонат аммония разлагается уже при 58⁰С

(NН₄)₂СО₃=2 NН₃ +СО₂ +Н₂О,                                  (12),

то в плаве, имеющем значительно более высокую  температуру, карбоната аммония  не остается. Вследствие этого потери азота в виде аммиака составляют 0.3-0.8 от содержания азота в плаве.

Из-за дополнительных затрат (стоимость известняка, расходы на его размол) стоимость азота в известково-аммиачной селитре на 10-15% выше, чем в аммиачной селитре.

   Значительная гигроскопичность и слеживаемость нитрата аммония затрудняют его хранение и применение в странах с теплым и влажным климатом. Сплавлением  с другими солями, с которыми нитрат аммония вступает в химические взаимодействия, например, с сульфатом аммония или хлоридом калия, могут быть получены менее гигроскопичные удобрения с лучшими физическими свойствами

NН₄NО₃+(NН₄)₂SО₄ =(NН₄)₂SО₄*2NН₄NО₃               (13)

NН₄NО₃+КСl = NН₄Сl +КNО₃                                     (14)

   Сплав нитрата и сульфата аммония  – сульфат-нитрат аммония выпускают за границей в небольших количествах. В несколько больших масштабах производят комплексное удобрение – калийно-аммиачную селитру, получаемую сплавлением NН₄NО₃ и КСl. Эти продукты выпускают в чешуйчатом и гранулированном виде.  

1.3.2Сульфат аммония

   Сульфат аммония (NН₄)₂SО₄ – бесцветное кристаллическое вещество, содержит 21.21% азота, при нагревании до 513⁰С полностью разлагается на аммиак и серную кислоту; частичное разложение  с образованием кислых солей начинается выше 200⁰С. Сульфат аммония применяется исключительно в качестве удобрения. Это удобрение обладает весьма небольшой гигроскопичностью, мало слеживается, и внесение его в почву не вызывает затруднений. Его недостатком является большая физиологическая кислотность. При его применении в почве, если она не содержит достаточного количества  оснований, постепенно накапливается серная кислота, для нейтрализации которой необходимо периодически производить известкование почвы.

   Основные промышленные способы производства сульфата аммония базируются на нейтрализации серной кислоты аммиаком. Для производства сульфата аммония используют аммиак, содержащийся в газах сухой перегонки каменного угля в коксохимической и газовой промышленности, а также синтетический аммиак. Сульфат аммония получают также, обрабатывая гипс растворами карбоната аммония и из растворов, являющихся отходами производства капролактама, используемого для получения капрона.

   Сульфат аммония получается по реакции

2NН₃ (газ) +Н₂SО₄ =(NН₄)₂SО₄ +280 кДж               (15)       

путем нейтрализации  газообразного аммиака серной кислотой. При мокром способе производства продукт кристаллизуется из пересыщенных растворов, при сухом – мелкие брызги серной кислоты нейтрализуются в газообразном аммиаке. При насыщении аммиаком серной кислоты в реакционном аппарате выделяется большое количество тепла, достаточное для нагрева реакционной смеси до температуры кипения и для испарения из нее значительного количества воды. При сухом способе производства вода испаряется практически полностью. При мокром способе важно обеспечить кристаллизацию из горячего реакционного раствора средней соли, не допуская выделения кислых солей.

   Находящиеся в серной кислоте примеси, особенно сульфаты железа и алюминия, затрудняют кристаллизацию сульфата аммония. При нейтрализации кислоты осаждаются коллоидные гидроксиды железа и алюминия, обволакивающие кристаллы сульфата аммония и тормозящие их рост. Для устранения этого явления кислоту нейтрализуют не полностью – в непрерывно

действующих реакторах  поддерживают кислую реакцию среды.

Производство  сульфата аммония  из синтетического аммиака.

   Сульфат аммония из  синтетического аммиака получают мокрым и сухим способами.

   Рассмотрим сухой способ получения, который заключается в распылении серной кислоты в камере с газообразным аммиаком. Мелкие брызги серной кислоты почти мгновенно нейтрализуются аммиаком и превращаются в твердые сухие кристаллики сульфата аммония, так как вносимая с серной кислотой вода испаряется за счет теплоты реакции и уносится из аппарата в виде пара. Сухой продукт падает на дно реакционной камеры.

   Схема  производства сульфата аммония  изображена на рис.3. Подающаяся  со склада серная кислота разбавляется  водой до концентрации 68-71% и поступает  из напорного бака 3 в промыватель  4, оканчивающийся внизу барботером 5, находящимся в сатураторе 6. Через сатуратор и промыватель противотоком кислоте проходит выходящий из реакционной камеры 9 водяной пар с остатками аммиака. Аммиак поглощается кислотой с образованием сульфата аммония. Водяной пар выходит из реакционной камеры с температурой 200-220⁰С и нагревает кислоту в сатураторе до 135-140⁰С. При этой температуре кислота, содержащая некоторое

количество сульфата аммония, поступает из сатуратора через  мерник 7 на дисковый распылитель 8, установленный в реакционной камере 9 и вращающийся со скоростью 3000об/мин. Он распределяет тончайшие брызги кислоты по всему сечению камеры. Реакционная камера имеет диаметр 7.5м и высоту 3.75м. Ее изготовляют из углеродистой стали. Во избежание коррозии кислота не должна попадать на стенки камеры. Для лучшего распределения аммиака у стенок камеры расположен зонт 10, оканчивающийся на высоте 1.9 м от дна камеры. Аммиак поступает по одному нижнему вводу в центр камеры и по четырем верхним вводам в узкий кольцевой зазор между стенками камеры и зонтом. Этим достигается его равномерное распределение в реакционном пространстве. Аммиак движется навстречу брызгам серной кислоты. Образующиеся кристаллы сульфата аммония, оседают на дно камеры и выгружаются с помощью скребка 11, вращающегося со скоростью 2 об/мин. и передвигающего соль от периферии к  центру. Продукт выгружается через лопастной затвор 12 и шнеками 13 передается на склад. Продукт, находящийся в выгружателе и шнеке служит затвором, препятствующим выходу аммиака через выгрузное отверстие  в дне реакционной камеры.

   Выгружаемый  из камеры сульфат аммония  имеет высокую температуру (до 220⁰С), при которой его нельзя загружать в тару. Но уже в процессе подачи на склад он успевает достаточно остыть. Получаемый таким способом продукт содержит 21% N, менее 0.1% влаги и н/б 0.15% свободной кислоты. Однако для этого требуется точное соблюдение технологического режима – подача кислоты необходимой концентрации и достаточного количества аммиака для того, чтобы температура реакции между ними выдерживалась в пределах 200-220⁰С. Снижение температуры