book338727

Козадерова О.А., Нифталиев С.И. Козадерова О.А., Нифталиев С.И. — Технология минеральных удобрений

3.2. Сырье и методы получения

Производство аммиачной селитры состоит из нейтрализа-

ции азотной кислоты газообра	аммиаком и кристаллизации
продукта. Процесс основан на	:
NН3 + НNО3 = NН4NО3	Н = -144,9 кДж/моль.	(3.1)

В производстве используются азотная кислота и синтетический аммиак или отходы аммиачного производства - аммиачная вода, продувочные и танковые газы, газы дистилляции с производства карбамида. Состав аммиаксодержащих газов представлен в табл. 3.5. По аппаратурному оформлению способ получения аммиачной селитры из аммиаксодержащих газов отличается от способа ее получения из синтетического аммиака только на стадии нейтрализации.

				Таблица 3.5
Состав, %	Танковые	Продувочные		Газы дистилляции
(по массе)	газы	газы		с производства карбамида
NH3	45 – 70	7,5	– 9	55 – 57
N2+H2	55 – 30	92,5	– 91	-
CO2	-	-		18 – 24
H2O	-	-		15 – 20

Азотная кислота HNO3 – бесцветная жидкость плотностью 1,51 г/см3 при -42 °С застывающая в прозрачную кристал-

лическую массу, tплав -41,99 °С, tкип 82,6 °С. На воздухе она, подобно концентрированной соляной кислоте, «дымит», так как

пары ее образуют с влагой воздуха мелкие капельки тумана. Азотная кислота под влиянием света постепенно разлагается:

4 HNO3 = 4NO2	O2 ↑ + 2H2O.
В HNO3 содержание	оксидов азота не должно превышать

0,1 % мас. Чем выше температура и концентрация кислоты, тем быстрее идет разложение. Выделяющийся диоксид азота растворяется в кислоте и придает ей бурую окраску. Азотная кислота

45

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Козадерова О.А., Нифталиев С.И. Козадерова О.А., Нифталиев С.И. — Технология минеральных удобрений

принадлежит к числу наиболее сильных кислот: в разбавленных растворах она полностью диссоциирована.

Получаемая окислением аммиака азотная кислота имеет концентрацию, не превышающую 60 %, при необходимости ее концентрируют. Промышленностью выпускается разбавленная азотная кислота: 55, 47 и 45 % мас., и концентрированная – 98 и

97 % мас.

Азотная кислота по степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности. Её пары вызывают ра дражение дыхательных путей, а сама кислота оставляет на коже долгозаживающие язвы. При попадании на кожу азотной кислоты возникает характерное жёлтое окрашивание, обусловленное ксантопротеиновой реакцией. ПДК для азотной кислоты в воздухе рабочей зоны по NO2 2 мг/м3.

В небольших количествах аммиачную селитру получают конверсионными способами - путем обменного разложения солей, являющихся побочным продуктом другого производства:

Мg(NО3)2 +(NН4)2СО3 = 2NН4NО3 + МgСО3,

Ва(NО3)2 +(NН4)2SО4 = 2NН4NО3 + ВаSО4, (3.2)

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

Например, нитрат кальция получается при производстве нитроаммофоски азотно-кислотн разложением фторапатита.

Эти способы получения аммиачной селитры основываются на выделении осадка одной из образующихся солей. Все способы получения аммиачной селитры обменным разложением солей сложны, связаны с большим расходом энергии и потерей связанного азота. Их обычно применяют на крупных предприятиях, выпускающих разные виды минеральных удобрений, когда присутствует возможность утилизации большого количества побочных азотсодержащих продуктов, полученных при производстве одного вида удобрения в технологическом процессе синтеза другого.

46

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Козадерова О.А., Нифталиев С.И. Козадерова О.А., Нифталиев С.И. — Технология минеральных удобрений

3.3. Физико-химические синтеза

Химическое взаимодействие газообразного аммиака и растворов азотной кислоты протекает с большой скоростью, но лимитируется массообменом и гидродинамическими условиями. Поэтому большое значение имеет интенсивность смешения реагентов, которая в основном зависит от соотношения между скоростями движения азотной кислоты и аммиака в реакторе. Наиболее тесное соприкосновение реагентов достигается при условии, что линейная скорость газообразного аммиака превышает линейную скорость раствора азотной кислоты не более чем

в15 раз.

Сцелью более полного выделения воды целесообразно предварительно подогревать азотную кислоту и аммиак. При одинаковой концентрации азотной кислоты с повышением температуры реагентов на каждые 10 °С концентрация полученного раствора нитрата аммония увеличивается примерно на 1 %.

При подогревании аммиака увеличивается скорость его поступления в реакционную массу и улучшается перемешивание реагентов. Это ускоряет процесс нейтрализации и тем самым снижает возможные потери аммиака с отходящим соковым паром.

Положительное влияние на технологический процесс оказывает повышение давления (456–557 кПа) в реакторенейтрализаторе. С увеличением общего давления уменьшается парциальное давление паров азотной кислоты; в этих условиях она кипит при более высокой температуре, вследствие чего снижаются потери азотной кислоты с соковым паром. Соковый пар повышенного давления может быть с успехом использован для последующего упаривания растворов нитрата аммония или подогревания азотной кислоты. При увеличении давления уменьшается объем реакционного аппарата и соответственно снижаются тепловые потери в окружающую среду. Экономическая целесообразность применения повышенного давления зависит от дополнительного расхода энергии на сжатие аммиака и азотной кислоты и от затрат на специальное оборудование.

47

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Козадерова О.А., Нифталиев С.И. Козадерова О.А., Нифталиев С.И. — Технология минеральных удобрений

Процесс нейтрализации можно проводить в слабокислой или слабощелочной среде. Однако, для уменьшения потерь связанного азота в виде NH3, HNO3, NH4NO3 или NO2 с соковым паром выгоднее вести процесс в слабокислой среде, так как при ибытке азотной кислоты пара HNO3 над растворами аммиачной селитры значительно меньше, чем давление NH3 при его избытке в растворе.

				Тепло, выделяющееся при
			взаимодействии аммиака с азот-
			ной кислотой (реакция (3.1), за-
			висит	от	концентрации азотной
			кислоты (рис. 3.2). При произ-
			водстве		аммиачной		селитры
			обычно применяют				45 – 58 %
			мас. азотную кислоту. При ра-
			циональном			использовании вы-
			деляющегося тепла рекции ней-
	Рис. 3.2. Теплота	нейтрализации	трализации			(3.1) можно за счет
	азотной кислоты	газообразным	испарения			воды	получить
	аммиаком (при атмосферном дав-
			концентрированные				растворы
	лении и 18 °С)
			и	даже		плав аммиачной се-

литры.

В соответствии с этим различают схемы с получением раствора аммиачной селитры с последующим выпариванием его (многостадийный процесс) и с получением плава (одностадийный процесс).

3.4.Производство аммиачной селитры

свыпаркой растворов

Внастоящее время в химической промышленности России применяются крупнотоннажные технологические линии нитрата аммония АС-67, АС-72 и АС-72М, обеспечивающие объем производства 1360 – 1575 т/сут.

48

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Козадерова О.А., Нифталиев С.И. Козадерова О.А., Нифталиев С.И. — Технология минеральных удобрений

					Таблица 3.6
	Отечественные		Фирм зарубежных стран
						США
Агрегаты	АС-67	АС-72	ция	Англия		Метод
						Стен-
						геля
Мощность агрегата, т/сут	1400	1400	1100	1200		1500
Концентрация исходной	58	58	55	5760		57
кислоты, % мас.
Расходные коэффициенты на 1 т продукта (34,8 % N)
Аммиак, кг	214	214	220	212,5		214,6
Азотная кислота (100 %), кг	787	786	800	800		719
Пар, т	0,275	0,215	0,22	0,30		0,40
Вода оборотная, м3	0,2	0,2	16	Нет данных
Электроэнергия, кВт ч	35	25	28	16		14

Технико-экономические показатели крупных отечественных и зарубежных агрегатов производства аммиачной селитры приведены в табл. 3.6.

3.4.1. Технологическая схема

Рассмотрим технологическую схему агрегата по производству аммиачной селитры АС –72 М мощностью 1360 т/сут (рис. 3.3). Реактор, в котором происходит нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком называется ИТН – «использующий теплоту нейтрализации», т. к. циркуляция исходных веществ и продукта – аммиачной селитры – в этом аппарате осуществляется таким образом, что из раствора нитрата аммония частично удаляется вода, при этом происходит упарка раствора. В агрегате установлены два аппарата ИТН, работающие параллельно.

Исходная 58–60 % мас. азотная кислота, нагретая до 70– 80 °С соковым паром из аппарата ИТН в подогревателе 2, подается на нейтрализацию. Газообразный аммиак подается в ИТН, предварительно нагретым до 120–130 ºС. Соотношение азотной кислоты и аммиака регулируют таким образом, чтобы на выходе

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Козадерова О.А., Нифталиев С.И. Козадерова О.А., Нифталиев С.И. — Технология минеральных удобрений

из аппарата ИТН раствор имел небольшой избыток кислоты (2 – 5 г/дм3), обеспечивающий полноту поглощения аммиака.

Кислый раствор аммиачной селитры с концентрацией ок. 90 % мас. направляют в донейтрализаторы: 4 – основной, где к раствору добавляют фосфорную и серную кислоты в таких количествах, чтобы в готовом продукте содержалось нормированное количество Р2О5 и сульфата аммония, и 5 – контрольный – куда поступает аммиак, необходимый для взаимодействия с оставшейся азотной кислотой. В донейтрализаторы же вводят кондиционирующую добавку – 30-40 % мас. раствор нитрата магния. Затем раствор подают в выпарной аппарат 6. На выходе из выпарного аппарата получается плав, содержащий 99,7 – 99,8 % селитры, который идет на донейтрализацию в гидрозатвор 9, куда подается газообразный аммиак, нейтрализующий избыточную кислотность плава, образующуюся вследствие частичного гидролиза аммиачной селитры в процессе выпаривания. Затем плав поступает в бак 11, на котором установлен центробежный погружной насос 12, перекачивающий его в напорный бак 15.

Процесс гранулирования плава осуществляется в грануляционной башне. Высота полета гранул 50 – 55 м. Концентрированный плав из напорного бака 15 поступает в три гранулятора 16 производительностью 20 т/ч каждый. В нижнюю часть гранбашни подается воздух, охлаждающий падающие сверху капли селитры. Во время падения капель при обтекании их потоком воздуха образуются гранулы удобрения. Температура гранул на выходе из башни 90–110 °С; горячие гранулы охлаждают в аппарате кипящего слоя 22. Это прямоугольный аппарат, имеющий три секции и снабженный решеткой с отверстиями. Под решетку вентиляторами подается воздух, при этом создается псевдоожиженный слой гранул селитры. После охлаждения гранулы аммиачной селитры транспортером подают на обработку поверхност- но-активными веществами и на упаковку.

50

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

org).tcpdf.(www TCPDF by Powered

	Рис. 3.3. Схема получения аммиачной селитры в агрегате АС-72М: 1, 2 – подогреватели газообразного аммиака и
	азотной кислоты соответственно; 3 – аппарат ИТН; 4, 5 – донейтрализаторы; 6 – комбинированный выпарной аппа-
	рат; 7, 24 – подогреватели воздуха; 8 – нагнетатель воздуха; 9 – гидрозатвор-донейтрализатор; 10 – фильтр плава	–
	бак плава; 12 – погружной насос; 13 – центробежный насос; 14 – бак для раствора аммиачной селитры; 15 –
	бак; 16, 17 – акустический и мододисперсный грануляторы; 18 – скруббер; 19, 23 – вентиляторы; 20 – грануляцион-
51	ная башня; 21, 25 – конвейеры; 22 – аппарат кипящего слоя; 26 – элеватор; 27 аппарат для обработки гранул ПАВ

минеральных	.О Козадерова
удобрений	Нифталиев ,.А
	Технология — .И.С Нифталиев ,.А.О Козадерова .И.С

Козадерова О.А., Нифталиев С.И. Козадерова О.А., Нифталиев С.И. — Технология минеральных удобрений

3.4.2. Оборудование производства

Аппарат ИТН

Аппарат ИТН (рис. 3.4) состоит из двух цилиндрических частей: нижней – реакционной и верхней – сепарационной. В нижней части аппарата происходит реакция нейтрализации при температуре 155 –170 ºС; при этом получается концентрированный раствор, содержащий 91–92 % мас. NН4NО3. Внутри корпуса реакционной части находится реакционный стакан 2, в нижней части которого имеются отверстия. В реакционный стакан по титановым барботерам 3 и 4 поступают аммиак и азотная кислота. Скорость аммиака в отверстиях барботера 30-50 м/с, количество отверстий диаметром 3 мм – 6650. Скорость поступления азотной кислоты через 2160 отверстий диаметром 1,5 мм 2-3 м/с. Протекает экзотермическая реакция, приводящая к испарению части воды, что ведет к возникновению подъемной силы, и парожидкостная смесь выбрасывается из верха реакционного стакана через завихритель 5, способствующий разделению парожидкостной смеси.

В верхней части аппарата водяные пары (так называемый соковый пар) отмываются на черырех колпачковых тарелках: на двух нижних – от аммиака - 20-25 % мас. раствором нитрата аммония, подкисленным азотной кислотой, на двух верхних – от паров азотной кислоты и капель нитрата аммония - конденсатом сокового пара. Процесс окончательного освобождения от брызг происходит в отбойнике 8. Далее промывные растворы возвращают в аппарат ИТН, а соковый пар направляют в скруббер на гранбашне и очищенный пар выбрасывают в атмосферу.

Раствор нитрата аммония, отделенный от сокового пара, движется вниз по цилиндрическому пространству между реакционным стаканом 1 и корпусом аппарата и возвращается реакционный стакан через нижние отверстия, упариваясь в процессе движения за счет теплоты, передаваемой через стенку стакана. Отверстия в нижней части реакционной камеры обеспечивают более интенсивную циркуляцию раствора в реакционном про-

52

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Козадерова О.А., Нифталиев С.И. Козадерова О.А., Нифталиев С.И. — Технология минеральных удобрений

странстве, что способствует лучшему взаимодействию реагентов и повышению производительности аппарата.

Рис. 3.4. Аппарат ИТН: 1 – корпус реакционной части аппарата; 2 – ре-

акционный стакан; 3 – барботер аммиака	барботер азотной кислоты;
5 – завихритель; 6 – корпус сепаратора; 7 –	колпачковые тарелки; 8 –
сетчатый отбойник

Для переработки танковых газов и газов дистилляции производства карбамида применяют нейтрализатор типа насадочной колонны высотой 5 м с разбрызгивающим устройством и с использованием реакционной теплоты. Вследствие высокой интен-

53

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Козадерова О.А., Нифталиев С.И. Козадерова О.А., Нифталиев С.И. — Технология минеральных удобрений

сивности процесса достигается значительное уменьшение объема нейтрализационного аппарата (приблизительно в 7,5 раз по сравнению с аппаратом ИТН).

Комбинированный выпарной аппарат

Непременным условием высокого качества аммиачной селитры является обеспечение высокой степени упаривания ее растворов в выпарных аппаратах с достижением остаточного содержания воды в готовом продукте не более 0,3 %. В зависимости от метода кристаллизации продукта растворы аммиачной селитры упаривают до состояния плава различной концентрации. Так, при кристаллизации в гранбашнях растворы упариваются до концентрации 99,7 - 99,9 % мас. NН4NО3. С увеличением концентрации растворов NН4NО3 при их упаривании температура раствора повышается, и возрастают потери аммиачной селитры с соковым паром. Поэтому применяют выпарные аппараты, работающие при разрежении 73 – 80 кПа. При более низком давлении температура кипения раствора понижается, это позволяет упаривать растворы при более низких температурах, что способствует уменьшению потерь целевого продукта на этой стадии производства.

Комбинированный выпарной аппарат (рис. 3.5) состоит из трех частей: нижней – концентрационной 3, средней – кожухотрубной теплообменной 2 и верхней – сепарационной 1. Раствор аммиачной селитры с концентрацией ок. 90 % мас. подается в трубное пространство теплообменной части аппарата. Источником теплоты является пар с давлением 1,3 – 1,5 МПа, подаваемый в межтрубное пространство, и горячий воздух (180 °С), движущийся внутри трубок противотоком стекающей пленке раствора. Воздух поступает из нижней части аппарата, проходя расположенные в ней ситчатые тарелки провального типа 6. Три верхние тарелки снабжены змеевиками для дополнительной подачи тепла. Из концентрационной части выпарного аппарата выходит плав, содержащий 99,7 % мас. нитрата аммония с температурой 175 –

185°С.

Вверхней части выпарного аппарата отмывается отходящая паровоздушная смесь от аммиака, азотной кислоты, частиц

54

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)