Производство аммиачной селитры

ПРОИЗВОДСТВО АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ

Аммиачная селитра производится из газообразного аммиака и водной азотной кислоты в ходе экзотермической реакции, протекающей по следующему уравнению:

NH₃ + HNO₃→ NH₄NO₃ - ∆HR

Тепло реакции выделяется в циркулирующий поток раствора аммиачной селитры, температура которого повышается. Точное управление параметрами реакционной системы является ключевым фактором высокоэффективного производства аммиачной селитры. Данные параметры включают хорошее перемешивание реагентов и надежное управление температурой и значением рН. Разработанная технология предусматривает наружный циркуляционный контур (с естественной или принудительной циркуляцией) и высокотехнологическую систему подачи и смешивания реагентов для обеспечения стабильных условий работы.

Предлагается два эффективных способа нейтрализации для производства раствора аммиачной селитры:

1.Вакуумная нейтрализация и испарение

2.Нейтрализация под давлением

ВАКУУМНАЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ И ИСПАРЕНИЕ

Данный способ (Рис.1.1.) пользуется самой большой популярностью, потому что требует самых низких инвестиционных затрат. Реакция происходит в нейтрализаторе, работающем при небольшом избыточном давлении, чтобы предотвращать кипение раствора аммиачной селитры в зонах реакции и смешивания, что минимизирует потери аммиака. Затем раствор мгновенно испаряется под вакуумом через дроссельную заслонку на входе сепаратора пара, т. е. тепло реакции используется для испарения воды. Таким образом, подогретая сырьевая 60 % азотная кислота может превращаться в раствор аммиачной селитры концентрации 95 % по массе. Однако по соображениям безопасности концентрация раствора аммиачной селитры обычно ограничивается 92 % по массе. Более высокая концентрация, необходимая для дальнейших шагов переработки, таких как гранулирование или приллирование, достигается за счет парового нагрева раствора под вакуумом. В целях оптимального управления процессом и обеспечения стабильности предпочтительней использовать термосильфонную систему испарения. Отмытые в скруббере пары используются для подогрева сырья, избыточные пары конденсируются.

Рис.1.1 Вакуумная нейтрализация и испарение

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

В данном случае система технологического пара работает под давлением выше атмосферного для более эффективной утилизации реакционного тепла. Есть две современных альтернативы нейтрализации под давлением для эффективной рекуперации тепла:

а) реакционное тепло, содержащееся в горячей аммиачной селитре, покидающей нейтрализатор, используется прямо на стадии окончательного концентрирования. Даже для достижения окончательной концентрации 97 % по массе, не требуется дополнительного импорта стороннего пара (Рис. 1.2).

б) часть реакционного тепла используется для выработки пара низкого давления (Рис. 1.3), а для окончательного концентрирования раствора ам. селитры используется сторонний пар.

В обоих случаях пар мгновенного испарения из сепаратора пара под давлением 2-4 бар абс. используется для промежуточного концентрирования слабого раствора аммиачной селитры. Остаточный технологический пар также используется для подогрева сырья, избыточный пар конденсируется. В зависимости от назначения парового конденсата необходимо отмыть часть или весь пар перед тем, как он конденсируется в отдельном паровом скруббере.

Рис.1.2 Нейтрализация под давлением с прямой утилизацией тепла

Рис.1.3 Нейтрализация под давлением с выработкой чистого пара

Также на данный момент широко применяются технологии производства аммиачной селитры, например технологию трубчатого реактора компании «INCRO», если это требуется.

Пар, образующийся при нейтрализации аммиачной селитры, промывается либо прямо в сепараторе пара, либо в отдельной промывной колонне (рис. 1.4). В зависимости от качества технологического пара используется одноступенчатый или двухступенчатый скруббер. Конденсированные верхние пары из скруббера, могут быть использованы для разных целей, например как подпиточная вода скруббера или для производства деминерализованной воды. Уровень загрязнения чистого конденсата составляет всего лишь 15 ppm азота. Кубовой концентрат может быть добавлен в азотную кислоту.

Рис.1.4 Промывка паром

АММИАК

Основная часть аммиака карбамидным раствором уносится из установки синтеза аммиака. Так как количество зависит от равновесия, достигнутого в производстве карбамида, влиять на него нельзя. Небольшая часть аммиака образуется при образовании биурета в передаточной линии между производством карбамида и гранулятором в установке гранулирования. Аммиак поступает в отходящий воздух гранулятора при распылении раствора карбамида в кипящий слой. Стандартным скруббером можно улавливать почти всю карбамидную пыль, однако, не удастся улавливать аммиак в связи с его ограниченной растворимостью в водном растворе карбамида в данных условиях работы.

Имеются следующие возможности сокращения выбросов аммиака:

а) Система сокращения выбросов аммиака базируется на обратимой газофазной реакции аммиака с формальдегидом. Свободный аммиак улавливается из отходящего воздуха гранулятора и рекуперируется на стадии синтеза аммиака. В результатевыбросы аммиака уменьшаются максимум на 40%. При этом не требуется никакого дополнительного промывного средства, а дополнительные инвестиционные и эксплуатационные расходы незначительны.

б) Кислотная промывка, например, при использовании серной кислоты как промывного средства Растворенная серная кислота используется как промывное средство в ступени кислотной промывки ниже по технологической цепочке от скруббера пыли. Газообразный аммиак абсорбируется в растворенной кислоте, в результате чего в качестве дополнительного бокового потока получается сернокислый аммоний, который либо подвергается дополнительной обработке, либо отводится на свалку. Оба варианта осуществляются за пределами границ установки гранулирования карбамида. В итоге выбросы аммиака сокращаются примерно на 90 % и выше.) данная технология разработана UFT «AmmoniaConvert» (рис.2.1.)и заключается в кислотной промывке и возврате полученной аммонийной соли в конечный продукт.

Система сконструирована таким образом, что аммонийная соль и вымытая пыль направляются в небольшое отделение вакуумного испарения рециклового потока, расположенное в пределах установки гранулирования карбамида. Затем этот концентрированный раствор смешивается с раствором карбамида, поступающего из отделения вакуумного испарения установки синтеза карбамида. В связи с тем, что по данной схеме поток не подается обратно на синтез карбамида, инвестиционные и эксплуатационные расходы установки синтеза карбамида уменьшаются. Технологический конденсат с отделения испарения прямо направляется в комбинированную систему кислотной промывки и улавливания пыли в качестве подпиточной воды. Следы сернокислого аммония в грануляте карбамида улучшают качество удобрения содержанием дополнительного микропитательного вещества. Таким образом, выбросы аммиака сокращаются примерно на 90 % и выше.

Рис.2.1. Технологическая схема технологии «AmmoniaConvert» (ACT)

Технология «AmmoniaConvert» компании UFT имеет следующие преимущества:

• Отсутствие бокового потока раствора кислотной промывки, который следует отвести на свалку.

• Содержание азота в карбамидном удобрении выше 46 %.

• Качество продукта повышается за счет дополнительного питательного вещества.

• Существенная экономия на производственных издержках на тонну продукта и в год.

• Возможность выполнения строжайших требований по защите окружающей среды, сокращение производственных издержек, повышение производительности и репутации компании в глазах общественности.

Достигаемый уровень выбросов аммиака 15 мг/Нм3 воздуха.

Ключевые характеристики

• Гибкость производства

• Гибкость по ассортименту производимых продуктов, например АС, КАН, КС, СНА

• Простая добавка дополнительных питательных элементов (S, Mg, и т. д.)

• Диапазон мощностей однолинейной установки от 200 до 1800 т/сутки

• Выбросы ниже предельно допустимых уровней физического воздействия на атмосферный воздух

• Нет сточных вод

• Электропотребление ниже 30 кВтч/т (в зависимости от продукта)

• Низкий расход воздуха Лопастный смеситель-гранулятор компании «Uhde»

На рисунке 3.2 изображена технология грануляции компании «Uhde» с использованием лопастного смесителя-гранулятора

Все твердые сырьевые (например, наполнители и добавки) и рецикловые материалы подаются в переднюю часть лопастного смесителя, чтобы обеспечить достаточное перемешивание до подачи жидкостей.

Жидкое сырье (например, расплав аммиачной селитры) распределяется по ожиженному материалу с помощью распределителя собственной разработки.

В грануляторе частицы растут до нужного размера за счет агломерации и наслаивания. Из гранулятора, горячий и влажный гранулят через желоб падаетво вращающийся сушильный барабан.

В барабане гранулят высушивается горячим воздухом. Затем в двухступенчатых и одноступенчатых ситах высушенныйгранулят просеивается на сверхкрупные, кондиционные и мелкие фракции. Мелкая фракция сразу возвращается в гранулятор, сверхкрупная возвращается после дробления. В охладителе кипящего слоя кондиционная или товарная фракция охлаждается до нужной температуры хранения с помощью кондиционированного воздуха.

Охлажденный продукт затем подается на стадию кондиционирования, где добавляются поверхностно-активные вещества для улучшения транспортных характеристик (например, предотвращают слеживание, пылеобразование).Отходящий воздух охладителя кипящего слоя используется для сушки продукта, что значительно уменьшает количество очищаемого отходящего воздуха. Снижается и электропотребление, потому что продукт высушивается либо автотермическим способом, либо при существенно сокращенной подаче тепла воздушным нагрева-телем, установленным на входе сушильного барабана. Основная доля пыли в отходящем воздухе сушильного барабана улавливается в циклонах и возвращается в гранулятор. Воздух на выходе циклонов еще содержит пыль и аммиак, которые должны быть удалены для выполнения нормативов по защите окружающей среды.

Для этого отходящий воздух сушильного барабана и воздух системы обеспыливания подаются в мокрый скруббер, где пыль отделяется от воздуха за счет тесного контакта с отмывающим раствором, в то время как аммиак реагирует с азотной кислотой, содержащейся в нем. Слив из скруббера подается обратно в систему испарения, т. е. при нормальной работе сточные воды не образуются.

Рис.3.2 Технология грануляции компании «Uhde» с использованием лопастного смесителя-гранулятора

ПРОИЗВОДСТВО АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ

Аммиачная селитра производится из газообразного аммиака и водной азотной кислоты в ходе экзотермической реакции, протекающей по следующему уравнению:

NH₃ + HNO₃→ NH₄NO₃ - ∆HR

Тепло реакции выделяется в циркулирующий поток раствора аммиачной селитры, температура которого повышается. Точное управление параметрами реакционной системы является ключевым фактором высокоэффективного производства аммиачной селитры. Данные параметры включают хорошее перемешивание реагентов и надежное управление температурой и значением рН. Разработанная технология предусматривает наружный циркуляционный контур (с естественной или принудительной циркуляцией) и высокотехнологическую систему подачи и смешивания реагентов для обеспечения стабильных условий работы.

Предлагается два эффективных способа нейтрализации для производства раствора аммиачной селитры:

1.Вакуумная нейтрализация и испарение

2.Нейтрализация под давлением