Технология производства азотных удобрений

В последние годы в производстве карбамида был внедрен стриппинг-процесс, в котором разложение карбамата аммония в плаве ведут при давлении, близком к давлению синтеза, путем продувки плава сжатым диоксидом углерода. В этих условиях карбамат аммония диссоциирует за счет снижения парциального давления аммиака и сдвига равновесия реакции 1 влево. На принципе стриппинг-процесса в настоящее время работают установки большой единичной мощности 1000 – 1100 т/сут. Технологическая схема подобного процесса представлена на рисунке 1.1.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 - Технологическая  схема стриппинг-процесса

1 – конденсатор высокого  давления; 2 – колонна синтеза; 3 –  отдувочная колонна; 4 – инжектор; 1 – скруббер; 6 – редуктор; 7 – ректификационная колонна; 8 – редуктор; 9 – сборник раствора; 10 – холодильник- конденсатор; 11 – выпарной аппарат; 12 – гранулятор; 13 – транспортер

Из конденсатора высокого давления 1 в нижнюю часть колонны  синтеза 2 поступают водный раствор  карбамата аммония, аммонийных солей, аммиак и диоксид углерода. Образовавшийся плав направляется в отдувочную колонну 3, обогреваемую паром, в которую противотоком поступает под давлением 11 МПа диоксид углерода. Из колонны 3 парогазовая смесь, содержащая свежий диоксид углерода, поступает в конденсатор высокого давления 1, куда через инжектор 4 вводится жидкий аммиак. Он одновременно служит рабочим телом в инжекторе, подающем в конденсатор раствор аммонийных солей из скруббера 1 и часть плава из колонны синтеза. В конденсаторе образуется карбамат, а тепловой эффект реакции используют для выработки пара. Непрореагировавшие в колонне синтеза газы и пары воды поступают в скруббер высокого давления 1, в котором конденсируются и через инжектор 4 направляются в конденсатор высокого давления 1. Водный раствор карбамида, выходящий из отдувочной колонны 3, содержит до 1% карбамата аммония. Для его разложения раствор дросселируют в редукторе 6 до давления 0,3 – 0,6 МПа и направляют в верхнюю часть ректификационной колонны 7. В ней жидкая фаза в виде 70% раствора карбамида стекает вниз и после снижения давления до 0,1 МПа в редукторе 8 собирается в сборнике раствора 9. Водяные пары, выходящие из ректификационной колонны 7, конденсируются в холодильнике-конденсаторе 10, растворяя содержащиеся в них аммиак и диоксид углерода, и полученный раствор аммонийных солей направляется в скруббер 2. Раствор карбамида из сборника 9 поступает в выпарной аппарат 11 и после упаривания в грануляционную башню 12, откуда в виде гранул направляется транспортером 13 на склад.

Стриппинг-процесс производства карбамида позволяет использовать тепловой эффект реакции образования карбамида, упростить технологическую схему, сократить количество оборотной воды и, в целом, является поэтому более экономичным, чем обычный.

Дальнейшее совершенствование  производства карбамида заключается  в создании интегральных схем, объединяющих производство карбамида, аммиака и  нитрата аммония, повышении единичной  мощности установок, внедрении технологических  схем со стриппинг-процессом.

В заключении в табл.2 приведены расходные коэффициенты в производстве нитрата аммония и карбамида.

Таблица 2. Расходные коэффициенты в производстве азотных удобрений

Сырье и энергия (на тонну  готового продукта)	Производство нитрата  аммония в установке АС-72М	Производство карбамида
		Полный жидкостный цикл	Стриппинг- процесс
Аммиак, т	0,214	0,18	0,176
Диоксид углерода, т	-	0,77	0,71
Азотная кислота, т	0,786	-	-
Вода, м3	0,1	100	87
Электроэнергия, кВт·ч	21,1	110	120
Пар, т	0,214	1,1	1,01

 

1.3.Производство нитрата натрия.

1.3.1.Свойства и применение натриевой селитры.

Натриевая соль азотной кислоты  NaNO₃ (нитрат натрия, натриевая селитра) представляет собой мелкокристаллический порошок белого или слегка желтоватого света.

Удельный вес кристаллов натриевой селитры при 20 С – 2,27г/см, объемный вес 1,1-1,4 г/см, молекулярный вес 85,0.Температура плавления натриевой селитры 306С. При нагревании до 380С натриевая селитра разлагается на нитрат натрия (NaNO₂) и кислород, при дальнейшем нагревании нитрат натрия в свою очередь разлагается с выделением большого количества окислов азота.

Кристаллы натриевой селитры  имеют горько-соленый вкус, они  хорошо растворяются в воде, на воздухе  слегка увлажняются.

Растворимость NaNO₃ в воде с повышением температуры значительно возрастает (таблица 3).

Таблица 3.Содержание NaNO₃ в насыщенном растворе при различных температурах.

Температура 0С	NaNO3 вес.,%	Температура 0С	NaNO3 вес.,%
0	42,2	60	55,5
10	44,6	70	57,6
20	46,8	80	59,7
30	49,0	90	61,7
40	51,2	100	63,5
50	53,3	119	67,6

 

Если в растворе имеются  другие соли, растворимость натриевой  селитры  значительно понижается.

С ростом концентрации водных растворов натриевой селитры  удельной вес их увеличивается (таблица 4).

Таблица 4.Удельный вес водных растворов NaNO₃  при 20⁰С

NaNO3 вес.,%	Уд.вес., г/см3	NaNO3 вес.,%	Уд.вес., г/см3	NaNO3 вес.,%	Уд.вес., г/см3	NaNO3 вес.,%	Уд.вес., г/см3
1	1,0049	10	1,0674	20	1,1429	30	1,2256
2	1,0117	12	1,0819	22	1,1584	35	1,2701
4	1,0254	14	1,0967	24	1,1752	40	1,3175
6	1,0392	16	1,1118	26	1,1917	45	1,3683
8	1,0582	18	1,1272	28	1,2085

 

Натриевая селитра содержит 16,5% азота  и является хорошим  щелочным  удобрением.

Благодаря малой гигроскопичности она легко рассеивается при внесении в почву и, вследствие хорошей  растворимости  в воде, быстро поглощается  почвенной влагой.

Наилучшие результаты натриевая  селитра дает при внесении в почву  под сахарную свеклу, лен, ячмень и  некоторые другие культуры.н

Натриевая селитра находит  также применение в металлургической промышленности для азотирования и  закалки стали, в производстве стекла, в пищевой промышленности. Из нее  изготавливают некоторые взрывчатые вещества, осветительные ракеты, калиевую селитру и ряд других химических продуктов.

На заводах вырабатывают два сорта NaNO₃: сорт А – для промышленности, и сорт Б – для сельского хозяйства. По действующему ГОСТ 828-41 к натриевой селитре предъявляются следующие требования:

 

	Сорт А	Сорт Б
NaNO3  в пересчете на сухое вещество,%,не менее	99	98
Азот,%,не менее	Не нормируется	16,1
Влага,%,не более	2	2
Нерастворимые в воде примеси,%	0,15	Не нормируется
Хлористые соли ( в пересчете NaCl),%,не более	0,5	Не нормируется
Нитрат натрия и другие окисляемые вещества,%,не более	0,03	0,4

 

Натриевая селитра упаковывается в бумажные многослойные мешки весом 45 кг ни хранятся в крытых складах, изолированных от горючих и огнеопасных веществ.

 

1.3.2.Способы получения натриевой селитры.

  В нашей промышленности наиболее распространение получил способ получения натриевой селитры из окислов азота и соды, Натриевую селитру можно также получить прямой нейтрализацией азотной кислоты кальцинированной или каустической содой, но этот способ применяется редко.

Получение натриевой селитры  из окислов азота и соды.

Натриевую селитру из окислов  азота и соды вырабатывают на тех  заводах, где поставлено производство азотной кислоты без применения избыточного давления. В этих производствах 90-92% всех окислов азота поглощают  водой и таким образом получают азотную кислоту. Остатки окислов (примерно 8-10% от всего количества) поглощать  водой трудно, поэтому их поглощают  содой, которая реагирует с окислами азота значительно быстрее, чем  вода; в результате образуются растворы нитрита и нитрата натрия.

Производство натриевой  селитры из окислов азота и  соды складывается из следующих основных процессов:

1.Поглощение окислов азота  растворами соды.

2. Обработка растворов  нитрита и нитрата натрия азотной  кислотой (этот процесс называют  инверсией), в результате чего  нитрит натрия переходит в  нитрат.

3. Упарка разбавленных растворов нитрата натрия.

4. Переработка упаренных  растворов в сухую соль.

 

 

 

 

 

 1.3.3.Технологическая схема производства нитрата натрия.

Технологическая схема получения  натриевой селитры из хвостовых  газов (окислов азота) изображен на рисунке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нитрозные газы, содержащие 0,7-1,2% окислов азота, из башен водной абсорбции поступают в башни  щелочной абсорбции 1,где промываются  раствором щелочи Na₂CO₃ или NaOH) и затем выбрасываются в атмосферу.

Раствор щелочи на орошение башен подается центробежным насосом 3.Пройдя башню сверху до низу, раствор перетекает в буферный сборник 2, из которого вновь подается насосом на орошение, и так до тех пор, пока в растворе не останется 3-5г/л свободной (не соединившейся с окислами) щелочи. После этого отработанный раствор (нитрит-нитратная щелока) передают инвертор 4, а в бак 2 накачивают свежий щелочной раствор.

В инверторе нитрит-нитратные  щелока окисляются азотной кислотой, подавляемой из бака 5, и превращаются в нитратные. Нейтрализацию избыточной кислоты в инверторе производят раствором соды из бака 6.Инвертированные щелока из инвертора перекачивают в сборник 7, откуда их насосом подают в выпарной аппарат. Щелока поступают в нижнюю часть кипятильника 8, проходят по его трубкам и при этом нагреваются паром, подаваемым в межтрубное пространство кипятильника. Нагретые щелока перетекают в испаритель 9, где часть воды, имеющаяся в шелоках, испаряется.

Соковый пар через ловушку 10 выбрасывается в атмосферу, а  шелока по нижнему трубопроводу вновь попадают в кипятильник, и цикл повторяется.

По мере испарения воды удельный вес щелоков увеличивается, в связи с этим повышается температура  их кипения. Когда температура кипящих  щелоков доходит до 122-124⁰ С, упарку заканчивают и щелока из испарителя 9 выпускают в кристаллизатор 11,где они охлаждаются до 35-45 ⁰С, в результате чего образуется кристаллы NaNO₃,выпадающие в осадок.

Отделение выпавших кристаллов от щелоков осуществляется в центрифугах 12. Отделяемый при центрифугировании  маточный раствор стекает в сборник 13 и насосом подается в выпарные аппараты. Соль, выгружаемая из центрифуга, поступает сначала в шнек 15, а затем в элеватор 16, который подает ее в сушильный барабан 17.Через барабан вентилятором 20 просасывается воздух, который предварительно нагревается и калорифере до 100⁰С. Циклон 19 служит для улавливания мелких кристаллов натриевой селитры, увлекаемых из сушильного барабана воздухом. Высушенную соль собирают в бункер 18, из которого она идет на упаковку.