автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Интенсификация технологии производства экстракционной фосфорной кислоты разложением апатита и фосфорита растворами фосфорной и серной кислот

На правах рукопис

005537581

Сахаров Юрий Николаевич

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ РАЗЛОЖЕНИЕМ АПАТИТА И ФОСФОРИТА РАСТВОРАМИ ФОСФОРНОЙ И СЕРНОЙ КИСЛОТ

05.17.01 — Технология неорганических веществ

7 НОЯ 2013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 2013

005537581

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

(ФГБОУ ВПО «КНИТУ»)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Махоткин Алексей Феофилактович

Официальные оппоненты:

Завьялова Наталья Борисовна доктор технических наук, заместитель директора по развитию производства - начальник научно-производственного отдела Федерального казенного предприятия «Казанский государственный казенный пороховой завод»

Корнилов Анатолий Васильевич доктор технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник ФГУП «ЦНИИгеолнеруд»

Ведущая организация:

ФГАОУ ВПО Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург

Защита состоится «26» ноября 2013г. в «16» час., ауд. А-330 на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.080.10 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 68.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского национального исследовательского технологического университета

Автореферат разослан <•_,>____2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Межевич Ж. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Запасы фосфатного сырья в России представлены в основном апатитами и фосфоритами. Среднее содержание Р205 в апатитах составляет 17,2%, в фосфоритах 11,4% Р205. При этом фосфориты составляют около 75-80% отечественных фосфатных ресурсов.

Апатит легко подвергается флотационному обогащению, в результате которого получают высококачественное фосфатное сырье в виде апатитового концентрата с содержанием Р,05 не менее 39,4%. При обогащении фосфоритов получают концентрат с относительно меньшим содержанием Р205 до 28%.

В настоящее время, как в России, так и во всем мире снижается доля легко обогащаемых руд, и в дальнейшем эта тенденция будет только в этом направлении.

На базе кислотного разложения фосфатного сырья основано производство экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), важнейшего полупродукта для производства фосфорных удобрений. Мировое производство ЭФК в 2011 году составило 42,1 млн. тонн Р205 и по прогнозам до 2015 года увеличится до 47,8 млн. тонн.

Процесс получения ЭФК сопровождается образованием сульфата кальция в виде кристаллического осадка и осложняется необходимостью фильтрации жидкости через слой осадка.

При разложении фосфатного сырья с получением ЭФК в зависимости от температуры процесса и от концентрации раствора разбавления сульфат кальция может быть выделен в форме дигидрата - Са804-2Н20 (гипса) или полугидрата (Са80л"0,5Н20). По этим признакам процесс производства ЭФК классифицируется как дигидратный или полугидратный способ получения ЭФК. В России на предприятиях отрасли широко распространен дигидратный режим процесса получения ЭФК. В типовых технологических системах процесс проводится при 65 - 70°С, с получением экстракционной фосфорной кислоты, содержащей 24 - 27% Р205.

Анализ известных промышленных способов производства ЭФК показал, что в настоящее время технология разложения фосфатного сырья с низким содержанием Р205 является недостаточно эффективной. Фосфоритное сырье содержит карбонатные соединения и другие примеси, которые затрудняют процесс экстракции (при разложении фосфоритной муки образуется пена)

При смешении фосфоритов с апатитом процесс их совместного разложения протекает относительно медленно, чем разложение индивидуального сырья. Кристаллы фосфогипса получаются недостаточно крупными. Процесс получения ЭФК в действующих технологиях лимитируется стадией фильтрации фосфогипса. В этой связи дальнейшее развитие научных основ интенсификации технологии производства ЭФК. в том числе на смесевом фосфоритном сырье, является актуальной научно-технической проблемой, имеющей существенное народнохозяйственное и экономическое значение.

Связь работы с научными темами. Диссертационная работа выполнена на основании «Стратегии развития химической и нефтехимической промышленности России на период до 2015 года» в области интенсификации процессов производства минеральных удобрений в соответствии с планами развития производства ОАО «Минерально-Химическая Компания ЕвроХим» ООО ПГ «Фосфорит».

Целью работы является разработка способов интенсификации технологических процессов производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) на стадиях: подготовки исходного сырья, разложения апатита и фосфорита, кристаллизации сульфата кальция, а также интенсификация очистки отходящих газов производства ЭФК.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- исследование закономерностей механизма и кинетики процесса разложения фосфатного сырья;

- исследование влияния качества подготовки исходного сырья на эффективность процесса разложения фосфатного сырья;

- исследование закономерностей процесса образования кристаллов при разложении фосфатного сырья;

- исследование закономерностей процесса очистки отходящих газов от соединений фтора и хлора:

- разработка технологических схем важнейших стадий производства ЭФК.

Объекты исследования В качестве объекта исследования принята технология получения экстракционной фосфорной кислоты методом разложения фосфатного сырья растворами серной и фосфорной кислот.

Научная новизна работы.

Определены закономерности механизма и кинетики процесса разложения апатита и фосфорита смесью фосфорной и серной кислот. Показано, что при начальном соотношении Ж:Т более 2,5 механизм процесса разложения апатита и фосфорита протекает в диффузионной области с образованием промежуточного растворимого соединения - геля монокальцийфосфата. Показано, что механизм процесса разложения остается постоянным от начала процесса разложения до полного разложения апатита и фосфорита.

Раскрыты новые закономерности кинетики процесса разложения фосфорита апатита и их смеси. Выполнено обобщение температурной зависимости процесса разложения апатита и фосфорита для дигидратного и полугидратного способа получения ЭФК.

Определены закономерности: кинетики процесса отжига фосфорита, влияния содержания карбонатных примесей в фосфатном сырье на процесс кристаллизации фосфогипса, очистки отходящих газов от НР и НС1 в условиях производства ЭФК.

Практическая значимость

Разработаны рекомендации для интенсификации технологии производства ЭФК разложением фосфорита и апатита растворами фосфорной и серной кислот на основных стадиях производства ЭФК включая: подготовку сырья, разложение фосфатного сырья, кристаллизацию фосфогипса, очистку газовых выбросов.

В промышленных условиях показано, что для интенсификации процесса совместного разложения фосфорита и апатита, с увеличением размера кристаллов сульфата кальция необходим переход на двухстадийную технологию с дозированием исходного сырья на каждую стадию, при этом на первую стадию дозируется фосфорит, а на вторую стадию апатит.

Показано, что увеличение размера кристаллов фосфогипса зависит не только от правильной организации процесса разложения, но и от остаточного содержания карбонатов в исходном сырье. При содержании карбонатных примесей в фосфоритном сырье менее 3% получается крупнокристаллический осадок фосфогипса.

Разработана технология эффективной очистки отходящих газов от паров и тумана IIР и НС1 в отходящих газах производства ЭФК. Показано, что очистка фторсодержащих отходящих газов производства ЭФК до допустимой нормы выброса в атмосферу требует не менее двух ступеней контакта фаз с эффективным уловом брызг жидкости после каждой ступени и применение фильтрующих элементов после последней ступени контакта фаз.

По результатам диссертационной работы в ООО «ПГ Фосфорит» МХК Еврохим в г. Кингисепп в 2005 году проведены опытно-промышленные испытания разработанного способа интенсификации технологии производства экстракционной фосфорной кислоты при раздельной (двухстадийной) переработке фосфатного сырья и апатита. Промышленные испытания показали возможность увеличения мощности производства на существующем технологическом оборудовании на 25%, при одновременном улучшении технологических показателей процессов экстракции и фильтрации.

Комплект технической документации на разработанную технологию передан в проектный институт ОАО «Тулагипрохим» МХК Еврохим.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались: на Международной научно - технической и методической конференции «Современные проблемы специальной технической химии» (Казань 2007), на заседаниях технического совета ООО «ПГ Фосфорит» МХК Еврохим, на научных сессиях КНИТУ, на заседаниях кафедры ОХЗ КНИТУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано б статей, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 9 тезисов докладов на конференциях.

Достоверность проводимых исследований обеспечивалась: применением современных приборов для экспериментальных исследований и подтверждена результатами испытаний в промышленных условиях.

Личный вклад автора заключается: в постановке цели и задач научной работы, в экспериментальном исследовании закономерностей механизма и кинетики процессов, математическом описании процессов и проведении опытно-промышленных испытаний эффективного способа интенсификации производства ЭФК.

Структура и объём диссертации. Диссертация содержит введение, 4 главы, выводы по работе, список используемой литературы, включающий 111 наименований. Диссертация изложена на 240 страницах машинописного текста, включает 79 рисунков, 43 таблицы и восемь приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается актуальность и дается обоснование задач для решения проблемы интенсификации производства ЭФК.

В первой главе диссертации рассмотрена структура природных запасов и минералогический состав фосфатного сырья России, применяемого в производстве ЭФК. Отмечено, что специфическое строение фосфоритных руд и наличие в них примесей требует проведения научно-технического поиска, позволяющего определить пути рентабельной переработки фосфоритов каждого типа в экстракционную фосфорную кислоту.

Выполнен анализ известных закономерностей разложения фосфатного сырья. Рассмотрены физико-химические основы получения экстракционной фосфорной кислоты. Показано, что стадия разложения включает в себя два процесса: растворение исходного фосфатного сырья и кристаллизацию гипса. В современных типовых технологических схемах эти процессы аппаратно и по времени совмещены, что приводит к отложению выпадающих кристаллов гипса на растворяющихся частицах, и как следствие к уменьшению степени извлечения фосфатного сырья и понижению производительности технологии.

При рассмотрении типовых технологий получения экстракционной фосфорной кислоты выделено четыре основных недостатка приводящих к понижению производительности, это: неравномерность смешения пульпы с серной кислотой; совместное дозирование различных видов фосфатного сырья; совмещение процессов растворения и кристаллизации; низкая производительность фильтров, лимитирующая процесс.

Анализ аппаратурно-технологических решений производства ЭФК. показал, что основные тенденции развития аппаратурного оформления реакционного оборудования производства ЭФК состоят в организации более рационального движения потоков пульпы, которые делают реакционную пульпу более однородной по химическим характеристикам, и также одновременно уменьшают и выравнивают градиент температур в различных точках реакционной системы.

Выполнен Анализ физико-химических основ абсорбционных методов улавливания фторсодержащих газов и улова тумана НР и НС1. Анализ аппаратов и процесса абсорбции фторсодержащих газов производства ЭФК показал, что методом абсорбции водой можно снизить концентрацию фтора в отходящих газах до 20-30 мг/м3. Отмечено, что процесс абсорбции фторсодержащих газов производства ЭФК сопровождается образованием гелеподобных соединений, забивающих элементы конструкции аппаратов и газоходы, что требует проведения дополнительного экспериментального исследования закономерностей кинетики абсорбции НР и НС1 с целью повышения эффективности процессов абсорбции газов и решения экологических проблем производства ЭФК.

Выполнена постановка задач для дальнейшей интенсификации технологии производства ЭФК на стадиях подготовки сырья, разложения фосфатного сырья, кристаллизации фосфогипса и очистки отходящих газовых выбросов.

Во второй главе приведена методика экспериментального исследования закономерностей процесса разложения фосфатного сырья. Описана экспериментальная установка для исследования кинетики термического разложения фосфоритов, и экспериментальная установка исследования закономерностей процессов очистки отходящих газов от соединений фтора и хлора. Схемы экспериментальных установок представлены на рис. 1,2.

Рис. 1.

Схема экспериментальной

установки для исследования кинетики термического

разложения фосфоритов. 1 -лабораторные весы

(электронные), 2 - подставка, 3 -кварцевая трубка, 4 - печь, 5 -термопара, 6 - стеклянная трубка, 7 - милливольтметр, 8 - ЛАТР, 9 -навеска.

Исследование закономерностей процесса абсорбции паров и улова тумана НР и НС1, проводили посредством абсорбции модельных газов производства ЭФК в присутствии пакетов волокнистых фильтров при различном соотношении НР.

Рис. 2. Схема экспериментальной установки для исследования закономерностей процесса абсорбции паров и улова тумана HF и HCl. 1 - реактор, 2- брызгоотбойник, 3 - основной элемент - абсорбер. 4 - штуцер отвода воздуха на анализ, 5 - фильтрующий элемент, 6 - фильтрующий материал, 7,8,9,10-дрекселя, 11 - реометры, 12,13 - патроны для фильтров АФА. 14.15,16,17.18- краны, 19 -насос. 20 - газовый счетчик, 21 - термостат, 22,23 - термометр.

В третьей главе выполнено описание результатов экспериментального исследования закономерностей процесса разложения фосфоритов и апатитов фосфорной и серной кислотой.

Представлены результаты исследования закономерностей процесса образования кристаллов фосфогипса при разложении фосфатного сырья.

Описаны результаты экспериментального исследования влияния качества подготовки исходного сырья на эффективность процесса разложения фосфатного сырья.

Представлены результаты экспериментального исследования закономерностей процесса очистки отходящих газов производства ЭФК от соединений фтора

Разложение фосфатов серной кислотой протекает с образованием фосфорной кислоты и сульфата кальция по реакции:

Са5(Р04)3Р + 5Н2504 + 5пН20 —> 5Са804-пН20 + ЗН3Р04 + НБ (1)

Результаты экспериментального исследования, представленные на рис. 3 показывают, что исходный фосфат реагирует в начале с фосфорной кислотой по реакции:

Са5Р(Р04)3 + пНзРОл -> 5Са(Н2Р04)2 + (п—-7)Н3Р04 + № (2)

Затем, образовавшийся монокальцийфосфат - Са(Н2Р04)2, взаимодействует с серной кислотой в присутствии фосфорной кислоты по реакции:

Са(Н2Р04)2+Н2504+]пНзР04 Са504+(т+2)Н3Р04 (3)

Рис. 3

Изменение массы твердой фазы в процессе разложения апатита серной кислотой в системе:

Апатит:Н3Р04:Н2504) при различном начальном соотношении Ж.Т. 1 - Ж:Т = 20:1; 2-Ж:Т = 40:1.

Из кривых рис.3 видно, что при соотношении Ж:Т = 40:1 (линия 2) процесс разложения апатита идет практически с полным растворением исходного апатита (начальный участок кривой 2 до минимума) и образованием раствора монокальцийфосфата, а затем с выделением из раствора кристаллического продукта реакции - фосфогипса.

Исследования механизма процесса в условиях приолиженных к промышленным по величине отношения Ж:Т = 2,5 показали, что сформулированный механизм процесса работает не только при больших соотношениях Ж:Т, но и при проведении процесса при температуре 85°С при соотношении Ж:Т = 2,5. При достижении Ж:Т менее 2,5 наблюдается образование корочки сульфата кальция на частицах разлагаемого фосфатного сырья.

На рис. 4 показана зависимость изменения скорости процесса разложения от массовой доли фосфата по отношению к исходной.

0.1 1 1С 100

Массовая доля исходного сырья

Рис. 4.

Зависимость изменения скорости процесса разложения фосфатного сырья в аппарате периодического действия от массовой доли исходного сырья (температура 85°С).

1 - апатит, 2 - фосфорит.

Из рис. 4 видно, что процесс разложения фосфорита протекает быстрее процесса разложения апатита. Однако механизмы процессов разложения различного фосфатного сырья являются одинаковыми от начала разложения и практически до конца (до степени разложения 99,9%).

При соотношении жидкой и твердой фаз - Ж : Т = 2,5 и температуре Т= 85°С, кинетика процесса описывается уравнением:

с/т

с/

= кт

(4)

где: т - текущее значение массовой доли фосфата, %

Влияние температуры на эффективность процесса разложения показана на рис. 5.

Рис. 5.

Влияние температуры на эффективность процесса разложения апатита 1 - 70°С; 2 - 80°С; 3 - 90°С; 4 - 120°С

Время. ■

Зависимость константы скорости процесса от температуры представлена на рис. 6.

0,002544 0.002755 0,002833 0.002915

Рис. 6,

Зависимость константы скорости процесса разложения апатита и фосфорита от обратной температуры 1 - апатит; 2 - фосфорит.

Величина энергии активации процесса разложения равна Еакт=5,4ккал/моль как для фосфорита Кингисеппского, так и апатита Ковдорского месторождений. Следовательно, механизм процесса разложения для фосфорита и апатита один и тот же. хотя скорости процесса разложения различаются в несколько раз.

Значение величины энергии активации указывает на то, что лимитирующей стадией является медленный диффузионный процесс, происходящий на границе раздела фаз в слое геля монокальцийфосфата.

Увеличение скорости процесса объясняется в первую очередь не ускорением скорости химических реакций, а понижением вязкости раствора и соответствующим увеличением скорости диффузии реагентов (фосфорной кислоты и монокальцийфосфата).

При этом скорость процесса разложения фосфатов серной кислотой в системе: фосфат:НзР04:Н2804 лимитируется скоростью диффузии продуктов реакции с поверхности частицы в объем жидкости:

0=Р-Р-|Са (Н2Р04)2]р -[Са (Н2Р04)2]) (5)

где: р - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе;

F - площадь поверхности контакта фаз:

([Са(Н2Р04)2]р. [Са(Н2Р04)2| - концентрация монокальцийфосфата равновесная над частицей и в объеме раствора соответственно.

Согласно уравнению (5), интенсификацию процесса разложения, как фосфорита, так и апатита необходимо осуществлять на основе увеличения движущей силы процесса. Увеличение равновесной концентрации монокальцийфосфата в растворе над частицей достигается за счет увеличения температуры, а уменьшение его концентрации в растворе может быть достигнуто за счет уменьшения концентрации фосфорной кислоты на первых ступенях контакта фаз многоступенчатой технологии.

Исследование влияния состава исходного сырья на эффективность процесса разложения представлено на рис. 7.

Рис. 7.

Влияние состава исходного сырья, поступающего в экстрактор, на эффективность процесса разложения (температура 85С, начальное соотношение Ж:Т =2,5: 1): -фосфорит - 100%, 2 - апатит, - 100%, 3 - смесь апатит:фосфорит (А:Ф = 0,85:0,15), 4 -смесь апатит: фосфорит (А:Ф = 0,55:0,45).

3 4

время, час

Кинетические кривые 1,2 рис. 7 подтверждают, что фосфоритная мука разлагается значительно быстрее апатита. Однако смесь фосфоритной муки с апатитом разлагается значительно медленнее. Кривая - 3 показывает, что степень разложения смесевого фосфатного сырья апатит : фосфорит 0,55:0,45 равная - 0,98 достигается за 4 часа, а кривая - 4 показывает, что при соотношении А:Ф = 0,85:0,15 такая же степень разложения фосфатного сырья достигается уже за 5,5 часов. Последнее говорит о том, что скорость разложения смеси любого вида сырья всегда меньше, чем скорость разложения индивидуального сырья.

Увеличение доли фосфорита в фосфатном сырье приводит к увеличению времени, необходимого для достижения одинаковой степени разложения. При степени разложения - 0,98 разница по времени достигает 1,5 часа. Очевидно, что увеличение времени полного разложения приводит к соответствующему уменьшению производительности технологии и требует увеличения объёма экстракционной аппаратуры.

Поскольку разложение фосфорита и апатита протекает с различными скоростями, а совместное их разложение, замедляет процесс, то разложение фосфорита должно проводиться раздельно от апатита.

На основе результатов проведённых исследований рекомендуется применение отдельного аппарата для разложения фосфорита.

Кроме того, на процесс разложения существенное влияние оказывают примеси карбоната кальция и магния. Карбонаты кальция и магния разлагаются серной кислотой по реакции:

СаМ§(СОз)2 " 2Н2504 Са504 + М§304 + 2Н20+2С02 (6)

Разложение карбонатной части фосфоритов сопровождается выделением в газовую фазу С02 с образованием пены. Образование пены ухудшает тепловые и концентрационные режимы процесса получения ЭФК и снижает степень разложения фосфата. При переработке фосфоритов, неочищенных от

карбонатов, получается мелкокристаллический фосфогипс. Последнее затрудняет фильтрацию фосфогипса и понижает общую производительность технологии производства ЭФК.

» Экспериментально показано, что предварительная подготовка фосфоритов посредством термического удаления карбонатной части до их содержания менее 3% позволяет: уменьшить пенообразование при разложении и увеличить размеры кристаллов фосфогипса.

Зависимость влияния температуры на степень термического разложения карбонатной части фосфатного сырья представлена на рис 8.

Рис. 8.

Зависимость эффективности

разложения карбонатов в фосфорите от времени при обжиге с разной температурой обжига: 1 - 600°С, 2 - 800°С, 3 - 900"С, 4 - 1000°С.

Математическая обработка полученных результатов показала, что скорость процесса термического разложения карбонатной части в фосфатном сырье описывается уравнением:

С1 х

где: т - массовая доля карбонатов в фосфорите; г - время обжига.

Уравнение температурной зависимости процесса обжига имеет вид:

Е

1п к = а - --(8)

КТ

Процесс обжига фосфорита протекает в диффузионной области. Величина энергии активации составляет 0,4 Ккал/моль.

Исследование процесса разложения промышленных образцов фосфорита показало, что при температуре 900°С и времени обжига 3 минуты процесс обжига идет не до конца и в фосфорите остается не отожженным до 36% карбонатов от исходного их количества.

Из кривых рис. 8 видно, что для эффективного обжига промышленного фосфатного сырья температура должна быть около 1000°С и время пребывания фосфорита в печи должно быть около 1 минуты.

Из кривой 4 следует, что перегрева частицы исходного сырья выше 1000СС не допускается.

На следующем этапе в главе, для решения экологических проблем производства ЭФК, выполнено исследование закономерностей процесса абсорбции НР и НС1 применительно к условиям производства ЭФК. Процесс абсорбции паров НЕ и НС1 водой сопровождаются образованием тумана.

Показано, что для обеспечения современных санитарных норм очистки отходящих газов необходимо не менее двух теоретических ступеней контакта фаз с эффективным уловом брызг жидкости после каждой ступени и эффективным уловом тумана волокнистыми фильтрами на последней по ходу газа ступени контакта фаз.

Представлено описание разработанной опытно-промышленной установки для эффективной очистки отходящих газов производства экстракционной фосфорной кислоты на производительность по расходу газа 110000м/час. Схема установки представлена на рис. 9.

Показано, что интенсификацию технологии процесса абсорбции паров НБ и НС1 в каждой ступени контакта фаз наиболее целесообразно проводить на основе нисходящего способа взаимодействия фаз в вихревых аппаратах.

Интенсификацию процесса улова брызг жидкости, после первого по ходу газа вихревого аппарата с нисходящим способом взаимодействия фаз, наиболее целесообразно проводить в восходящем потоке контакта фаз на основе применения двухступенчатой сепарации фаз в поле центробежных сил.

Рис. 9 Схема разработанной опытно-промышленной установки абсорбции фторсодержаших газов. 1 - Вихревой абсорбер первой ступени, 2 - брызголовушка первой ступени, 3 - вихревой абсорбер второй ступени. 4 - брызготуманоловушка второй ступени, 5,6 - емкость с мешалкой и погружным насосом.

Интенсификацию процесса улова брызг, после второго по ходу газа вихревого аппарата контакта фаз, необходимо проводить трехступенчато. При этом, две первые ступени улова брызг работают в поле центробежных сил, а окончательная очистка отходящих газов осуществляется на основе фильтрации газов через рукавные фильтрующие элементы для полной ликвидации брызгоуноса.

В четвертой главе рассмотрены вопросы, посвященные выбору условий промышленного проведения процесса разложения фосфатного сырья при получении ЭФК. Разработаны рекомендации по дальнейшей интенсификации производства и исходные данные на проектирование реконструкции промышленной установки*.

Проанализированы данные опытно - промышленных испытаний разработанной технологии. Результаты опытно - промышленных испытаний разработанной технологии показали, что коэффициент разложения увеличился с 96,8-97,2% до 97,2-98,3%. Кроме того, значительно улучшены показатели процесса фильтрации. Подробные данные результатов сравнительного анализа показателей действующей и разработанной технологии по данным завода представлены в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение показателей действующей и разработанной модернизированной технологии производства ЭФК. _

Показатель Действующая технология Разработанная технология

Расход Нг504, кг/т Р2О5 для апатита для фосфорита 2659 2990 2429.53 2969,43

Температура пульпы в экстракторах, "С 70-75 85

Продолжительность пребывания пульпы в экстракторе, ч 6-7 4,5

Концентрация НгЗО* (своб) в жидкой фазе пульпы, % масс^Оз 0,5 0,5

Отношение Ж:Т в пульпе 1,7-2,0:1 2,5: 1

Кратность циркуляции 8-12 6

Концентрация продукционной ЭФК, %Р205 21-25 25-27

Съем Р2О5 с Ьг1 объема экстрактора, кг/ч 16-17 22

Коэффициент разложения фосфата, Кр, % для апатита для фосфорита 97,5 96 98,3 97,2

Температура воды для промывки фосфогипса, °С 60-70 60-70

Съем с 1м"'поверхности фильтра, кг/ч: фосфогипса (сухого дигидрата) Р2О5 420-460 65-75 770-820 180-200

Выход сухого фосфогипса (гипсовое число), т/т фосфата 1,6 1,6

Коэффициент ОТМЫВКИ Р2О5, Кото.% для апатита для фосфорита 98 96 99,4 98,4

Коэффициент выхода Р20.< (Квь,^= Кр- Котм), % для апатита для фосфорита 95,5 96 97,2 96.8

* Исходные данные на проектирование модернизированной технологии переданы в проектный институт ОАО «Тулагипрохим» ОАО МХК Еврохим.

Разработанная технология производства экстракционной фосфорной кислоты в дигидратном режиме первого отделения производства ЭФК ООО «ПГ Фосфорит» ОАО МХК Еврохим работает следующим образом.

В первый экстрактор 3/1 (см. рис. 10) дозируется чистая фосмука, серная кислота и подается оборотная фосфорная кислота из сборника промывного фильтрата 11.

Полученная пульпа по перетоку поступает во второй экстрактор 3/2, откуда погружным насосом 4 перекачивается в третий экстрактор 3/3.

В третий экстрактор дозируется апатитовый концентрат. Подается серная кислота и часть оборотной фосфорной кислоты из сборника 10 насосом.

Полученная пульпа по перетоку поступает в четвертый экстрактор 3/4, откуда подается погружным насосом 4/1 на карусельный вакуум-фильтр 7/) технологической нитки №1, и насосом на карусельный вакуум-фильтр 7/2 технологической нитки №2.

Для поддержания температурного режима пульпа из первого экстрактора подается насосом 5/2, а из второго экстрактора - насосом 5/3 в вакуум-испаритель б технологической нитки №1. Охлажденная пульпа направляется в первый реактор. Пульпа из третьего экстрактора и из четвертого экстрактора подается насосами в вакуум-испаритель 6/1 технологической нитки №2, охлажденная пульпа направляется в третий экстрактор.

В первом экстракторе поддерживается следующие технологические параметры жидкой фазы: Р205 не более - 18%; SO3 - 0,5%; Ж/Т -2,1-2,5; температура 84 - 85°С.

Масса серной кислоты, необходимая для полного разложения фосфорита, распределяется между первым и третьим экстрактором з расчетном стехиометрическом соотношении к количеству дозируемого фоссырья, в соответствии с нормами расхода.

Нормы расхода получены расчетом материального баланса на основе показателей достигнутых в результате опытно-промышленных испытаний разработанной технологии.

В третьем и четвертом экстракторе разработанной технологии поддерживаются параметры технологического режима в соответствии с регламентными нормами (технологический регламент №5 производства экстракционной фосфорной кислоты), с изменением по температуре, которая должна поддерживаться в диапазоне - 84 - 85°С.

По сравнению с действующим на ООО «ПГ Фосфорит» аналогом в технологическую схему внесены следующие изменения:

1. Вместо подачи усредненного оборотного раствора из емкости 10 на стадию разложения фосфорита подается более разбавленный раствор оборотной фосфорной кислоты из емкости 11 после второй промывки фосфогипса.

На стадию разложения апатита в реактор 3/3 подается более крепкий раствор оборотной фосфорной кислоты из емкости 10 после первой промывки осадка фосфогипса.

Раствор укрепляется частью продукционной фосфорной кислоты (первый фильтрат) из емкости 9. при этом раствор в емкости 10 слабым промывным раствором из емкости 11 не разбавляется.

2. Вместо совместного дозирования фосфатного сырья (апатита и фосфорита) проводится раздельная подача апатита и фосфорита.

Фосфорит полностью подается в первый экстрактор 3/1.

Апатит подается полностью в третий экстрактор 3/3.

Технологические режимы работы модернизированной технологии производства ЭФК в дигидратном режиме приведены в таблице 2.

Таблица 2 Технологические режимы работы модернизированного производства ЭФК в дигидратном режиме___

Номер секции экстракционной аппаратуры Количество подаваемого фосфатного сырья [Н^О.,]0/« Темпера ■гура Порядок использования оборотных растворов

1 до 150 тыс. тонн Р2О5 в год в виде фосфоритной муки 0,5 85 ±2 "С Полное использование промывных вод, после промывки фосфогипса

2 нет 0,5 85 ±2'"С нет

3 до 30 тыс. тонн Р2О5 в год в виде апатита 0,5 85 ±2"С Полное использование прелфильтрата и части продукционной фосфорной кислоты

4 кет 0,5 85 ±2'С нет

В разработанной технологии остается без изменений существующая схема водопотребления, химические составы потоков действующей на ООО «ПГ Фосфорит» технологии. Балансы по кремнефтористоводородной кислоте, воде и фтору увеличиваются пропорционально производительности в соответствии с нормами указанного технологического регламента.

Разработанная интенсивная технология производства ЭФК базируется на применении действующего оборудования.

Испытанная в промышленности технологическая схема показала рост производительности технологии без увеличения капитальных затрат.

В диссертационной работе приведено описание конструкции разработанного форреактора, который позволяет дополнительно интенсифицировать технологию производства ЭФК на стадии разложения фосфатного сырья с получением продукционной фосфорной кислоты до 32 % масс. Р2О5 в дигидратном режиме.

ФіХ^ЖГ, /ІІХ'І//!

Рис. 10 - Схема разработанной технологии производства экстракционной фосфорной кислоты в дигидратном режиме для первого отделения производства ЭФК ООО «III' Фосфорит»

1. 1/1 - бункер для фосфатного сырья; 2, 2/1 - весовой дозатор; 3/1, 3/2, 3/3, 3/4 - экстрактор; 4/1, 4/2 - погружной насос; 5/1, 5/2, 5/3 -циркуляционные насосы; 6/1, 6/2 - вакуум- испаритель; 7/1, 7/2 — карусельный вакуум - фильтр; 8 - сепараторы; 9 — сборник продукционной фосфорной кислоты; 10 - сборник оборотной фосфорной кислоты; 11 - сборник промывного фильтрата; 12 - сборник суспензии.

выводы

1. Получили дальнейшее развитие научно-технические основы способа производства экстракционной фосфорной кислоты методом разложения фосфоритов и апатита смесью серной и фосфорной кислот.

2. Показано, что процесс обжига исходного фосфорсодержащего сырья значительно влияет на закономерности формирования кристаллов фосфогипса. Выполнено математическое описание кинетики процесса обжига фосфоритной муки. Показано, что после эффективного обжига с уменьшением карбонатной части в фосфатном сырье с 11,7% до 3 %, при последующем сернокислотном разложении фосфоритов, размеры кристаллов фосфогипса увеличиваются с 50 до 250 мкм.

3. Впервые показано, что температурная зависимость скорости процесса разложения, как апатита, так и фосфорита представляет собой обобщающие прямые линии без изломов (в координатах Аррениуса). Как для дигидратного, так и для полугидратного способов разложения в диапазоне температур 70 -120°С. Обобщение и математическое описание закономерностей кинетики процессов разложения фосфоритной муки, апатита и их смеси показало, что величина энергии активации процесса разложения, как для апатита, так и для фосфорита Еакт = 5,4 ккал/моль. Лимитирующей стадией процесса разложения является диффузия через слой геля монокальцийфосфата.

4. Выполнено исследование закономерностей процесса очистки отходящих газов от паров и тумана НР НС1. Разработаны исходные данные на проектирование модернизированной технологии, включающей процессы разложения фосфатного сырья, кристаллизации фосфогипса и очистки отходящих газов. Исходные данные на проектирование согласованы в ООО «ПГ Фосфорит» ОАО МХК Еврохим и переданы в установленном порядке в ОАО «Тулагипрохим».

5. В промышленных условиях ООО «ПГ Фосфорит» г. Кингисепп выполнены испытания модернизированной технологии. Испытания показали, что на действующем оборудовании можно значительно увеличить размеры кристаллов фосфогипса, ускорить процессы фильтрации, сократить образование геля и пены, увеличить производительность технологии на 25%.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК РФ:

1. Сахаров Ю.Н. Механизм и кинетика разложения фосфатного сырья./ Ю.Н. Сахаров А.Ф. Махоткин И.А. Махоткин А.И. Ситкин // Вестник Казанского технологического университета,- 2011. - №11.- С. 18-22.

2. Сахаров Ю.Н. Исследование закономерностей отжига фосфатного сырья для интенсификации технологии производства экстракционной фосфорной кислоты/ Ю.Н. Сахаров, А.Ф. Махоткин, И.А. Махоткин. // Вестник Казанского технологического университета -2010. - №10. - С. 300-304.

3. Сахаров Ю.Н. Особенности процесса кристаплизации фосфогипса в технологии экстракционной фосфорной кислоты из фосфатного сырья Джерой - Сардаринского месторождения/ Ю.Н. Сахаров, А.Ф. Махоткин, А.И. Ситкин, И.А. Махоткин, A.C. Балыбердин. // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана -2006. -Том 189.-С. 347-354.

4. Сахаров Ю.Н. Исследование процесса абсорбции отходящих фторсодержащих газов для решения проблем экологии производства экстракционной фосфорной кислоты/ P.A. Валиев, Ю.Н. Сахаров, И.А. Махоткин, P.A. Халитов, A.C. Балыбердин, А.И. Ситкин, А.Ф. Махоткин.// Ученые записки Казанской государственной академии ветеринаоной медицины им. Н. Э. Баумана - 2006. Том 190. - С. 3-12.

Материалы конференций, статьи:

5. Сахаров Ю.Н. Исследование закономерностей процесса кристаллизации фосфогипса, разработка и анализ промышленных испытаний технологии производства экстракционной фосфорной кислоты/ Ю.Н. Сахаров, А.Ф. Махоткин, P.A. Валиев, И.А. Махоткин, A.C. Балыбердин, А.И. Ситкин // Материалы докладов Международной научно - технической и методической конференции «Современные проблемы специальной технической химии».-Казань,- 2007. - С.132-142.

6. Сахаров Ю.Н. Исследование процесса абсорбции хлорсодержащих газов для решения экологических проблем производства экстракционной фосфорной кислоты в условиях Джерой - Сардаринского месторождения/ P.A. Валиев, Ю.Н.Сахаров, И.А. Махоткин, P.A. Халитов, А.И. Ситкин, А.Ф. Махоткин. // Материалы докладов Международной научно - технической и методической конференции «Современные проблемы специальной технической химии»,-Казань, 2007. - С.142-145.

Апробация работы (тезисы докладов)

7. Сахаров Ю.Н. Исследование путей интенсификации производства фосфорной кислоты/ Ю.Н. Сахаров, А.Ф. Махоткин, И.А. Махоткин, Ю.Н. Бакиева, М.Н. Куликов, А.И. Ситкин. // Тез. докл. Научная сессия 1-4 февраля. ГОУ ВПО «КГТУ». Казань, 2006. -С.93.

8. Сахаров Ю.Н. Исследование абсорбции отходящих фторсодержащих газов производства экстракционной фосфорной кислоты/ Ю.Н. Сахаров, А.Ф. Махоткин, И.А. Махоткин, P.A. Валиев, А.И. Ситкин // Тез. докл. Научная сессия 1-4 февраля. Казань. ГОУ ВПО «КГТУ». Казань, 2006. - С.94.

9. Сахаров Ю.Н. Разработка научных основ комплексной совмещенной технологии производства фосфорной и серной кислот/ Ю.Н. Сахаров, А.Ф. Махоткин, P.A. Халитов, И.А. Махоткин, Т.В. Колесникова, А.И. Ситкин. // Тез. докл. Научная сессия 1-4 февраля. ГОУ ВПО «КГТУ». Казань, 2006. -С.94.

10. Сахаров Ю.Н. Разработка новой эффективной технологии получения экстракционной фосфорной кислоты на основе многостадийной переработки фосфоросодержащего сырья/ Ю.Н. Сахаров, А.Ф. Махоткин, A.C. Балыбердин, И.А. Махоткин, U.M. Замдиханов, А.И. Ситкин. // Тез. докл. Научная сессия 1-4 февраля. ГОУ ВПО «КГТУ». Казань, 2006.-С.94.

11. Сахаров Ю.Н. Отжиг высококарбонатного сырья в производстве экстракционной фосфорной кислоты/ Ю.Н. Сахаров, А.Ф. Махоткин, А.И. Ситкин, И.А. Махоткин, P.A. Валиев./У Тез. докл. Научная сессия 5-9 февраля. ГОУ ВПО «КГТУ». Казань, 2007. -С.77.

12. Сахаров Ю.Н. Исследование процесса очистки отходящих газов производства экстракционной фосфорной кислоты/ P.A. Валиев, Ю.Н.Сахаров, И.А. Махоткин, P.A. Халитов, A.C. Балыбердин, А.И. Ситкин, А.Ф. Махоткин / Тез. докл. Научная сессия 5-9 февраля. ГОУ ВПО «КГТУ». Казань, 2007. -С.78.

13. Сахаров Ю.Н. Теоретические основы и результаты внедрения в производство новой технологии получения экстракционной фосфорной кислоты из смеси фосфоритной муки Кигисеппского месторождения и Кавдорского апатита/ A.C. Балыбердин, Ю.Н.Сахаров, И.А. Махоткин, В.Б. Репин, А.И. Ситкин. // Тез. докл. Научная сессия 5-9 февраля. ГОУ ВПО «КГТУ». Казань, 2007. -С.78.

14. Сахаров Ю.Н. Исследование закономерностей процесса кристаллизации фосфогипса, разработка и анализ промышленных испытаний технологии производства экстракционной фосфорной кислоты/ Ю.Н. Сахаров, А.Ф. Махоткин, P.A. Валиев, И.А. Махоткин, А.С, Балыбердин, А.И. Ситкин. /7 Тез. докл. Научная сессия 4-8 февраля. ГОУ ВПО «КГТУ». Казань, 2008. -С.76.

15. Сахаров Ю.Н. Исследование процесса абсорбции газов для решения экологических проблем производства экстракционной фосфорной кислоты из фосфатного сырья Джерой - Сардаринского месторождения/ Ю.Н. Сахаров, P.A. Валиев, И.А. Махоткин, P.A. Халитов, А.И. Ситкин, А.Ф. Махоткин. // -Тез. докл. Научная сессия 4-8 февраля. ГОУ ВПО «КГТУ». Казань, 2008. -С.77.

Выражаю искреннюю благодарность коллективу кафедры ОХЗ ФГБОУ ВПО КНИТУ за многократное обсуждение этапов диссертационной работы и помощь в доведении результатов исследований до промышленных испытаний на заводе.

Соискатель

Ю. Н. Сахаров

Заказ № ''-2>1 Тираж 100 экз.

Офсетная лаборатория ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68

На правах рукописи

1

04201365963

Сахаров Юрий Николаевич

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ РАЗЛОЖЕНИЕМ АПАТИТА И ФОСФОРИТА РАСТВОРАМИ ФОСФОРНОЙ И СЕРНОЙ КИСЛОТ

Специальность 05.17.01 Технология неорганических веществ

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д. т. н., профессор,

Махоткин А. Ф.

Казань 2013

Введение................................................................................................................................................5

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССОВ

РАЗЛОЖЕНИЯ ФОСФАТНОГО СЫРЬЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ФОСФОГИПСА

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ОСНОВ АБСОРБЦИОННЫХ МЕТОДОВ УЛАВЛИВАНИЯ

ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ И СПОСОБОВ ОБЖИГА ФОСФАТНОГО СЫРЬЯ............10

1.1 Анализ известных закономерностей разложения фосфатного сырья и постановка задачи для дальнейшей интенсификации процессов разложения апатита и фосфорита.....10

1.1.1 Сырье производства экстракционной фосфорной кислоты......................................10

1.1.2 Физико-химические основы получения экстракционной фосфорной кислоты......12

1.1.3 Анализ влияния примесей на процесс разложения апатита и фосфорита...............14

1.1.4 Кинетика процесса разложения апатитов и фосфоритов..........................................16

1.1.5 Обзор промышленных способов переработки фосфатного сырья в фосфорную кислоту.....................................................................................................................................24

1.1.6 Описание экстракционного способа производства фосфорной кислоты................24

1.1.7 Анализ условий производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК).........26

1.1.8 Описание типовой технологии дигидратного способа получения экстракционной фосфорной кислоты...............................................................................................................33

1.1.9 Анализ аппаратурно-технологических решений производства ЭФК. Основные тенденции развития аппаратурного оформления реакционного оборудования производства ЭФК..................................................................................................................39

1.1.10 Описание процесса «Прайон»....................................................................................41

1.1.11 Описание работы реактора фирмы "Галф-Дизайн".................................................43

1.1.12 Анализ проекта фирмы «Прайон».............................................................................48

1.2 Анализ запасов фтора в фосфатном сырье.........................................................................53

1.2.1 Распределение фтора по фазам при производстве и концентрировании экстракционной фосфорной кислоты...................................................................................54

1.2.2 Выделение фтора при переработке фосфогипса........................................................56

1.2.3 Анализ физико-химических основ абсорбционных методов улавливания

фторсодержащих газов...........................................................................................................57

1.2.4 Физико-химические свойства систем, содержащих фтористый водород и четырехфтористый кремний.................................................................................................58

1.2.5 Абсорбционное улавливание фтористого водорода и четырехфтористого кремния различными поглотителями..................................................................................................64

1.2.6 Абсорбция безводного HF............................................................................................66

1.2.7 Абсорбция HF в присутствии паров воды..................................................................68

1.2.8 Абсорбция безводного SÍF4..........................................................................................71

1.2.9 Абсорбция смеси HF и SÍF4 с парами воды................................................................74

1.2.10 Аппаратурное оформление абсорбционных процессов..........................................76

1.2.11 Распыливающие абсорберы........................................................................................76

1.2.12 Насадочные абсорберы...............................................................................................81

1.2.13 Барботажные абсорберы.............................................................................................82

1.3 Анализ известных способов обжига....................................................................................84

1.3.1 Механизм взаимодействия твердых фаз и их реакционная способность................86

1.3.2 Скорость взаимодействия твердых фаз.......................................................................95

1.3.3 Средства и способы интенсификации обжига............................................................99

1.3.4 Формы связи влаги с твердым веществом................................................................105

1.3.5 Механизм сушки..........................................................................................................108

1.3.6 Выбор способа и режима обжига...............................................................................110

1.3.7 Термограммы...............................................................................................................111

1.4 Выводы по литературной части:........................................................................................113

ГЛАВА 2 МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЭКТРАКЦИИ АБСОБЦИИ ФТОР И ХЛОРСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ И ОБЖИГА ФОСФОРИТА ПРОИЗВОДСТВА ЭФК.... 116 2.1 Методика исследования процессов разложения фосфатного сырья и кристаллизации

фосфогипса................................................................................................................................116

2.1.1 Описание экспериментальной установки.................................................................116

2.1.2 Методика проведения эксперимента.........................................................................116

2.1.3 Методика совместного определения содержания фосфорной и серной кислот... 118

2.2 Методика определения степени гидратированности кристаллов фосфогипса............122

2.3 Методика исследование закономерностей процесса очистки фторсодержащих отходящих газов процесса производства ЭФК......................................................................122

2.3.1 Методика эксперимента..............................................................................................122

2.4 Методика проведения эксперимента по кинетике процесса обжига фосфорита..........124

2.5 Экспериментальная установка определения концентрации карбонатов.......................126

Глава 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ

ПРОЦЕССОВ ЭКСТРАКЦИИ ФОСФАТНОГО СЫРЬЯ АБСОРБЦИИ ОТХОДЯЩИХ

ГАЗОВ И ОБЖИГА ФОСФАТНОГО СЫРЬЯ..........................................................................127

3.1 Исследования закономерностей процесса кристаллизации фосфогипса при разложении фосфатного сырья.....................................................................................................................127

3.1.1 Исследование влияния температуры.........................................................................127

3.1.2 Исследование влияния концентрации фосфорной и серной кислот на форму и размер получаемых кристаллов фосфогипса при разложении смесевого фосфатного сырья из апатита и фосфорита............................................................................................128

3.1.3 Влияние физико - химических условий на основные показатели процесса разложения фосфатного сырья............................................................................................136

3.1.3.2 Экспериментальные исследования кинетики разложения апатита и фосфорита.........................................................................................................................137

3.1.3.3 Разработка способа интенсификации процесса разложения фосфатного сырья на основе раздельного дозирования в экстрактора фосфоритной муки и апатита... 143 3.1.4 Выводы по разделу.................................................................................................147

3.2 Исследование зависимости эффективности процесса абсорбции HF от концентрации HF на входе в абсорбер.............................................................................................................148

3.2.1 Зависимость эффективности абсорбции HF от объемной скорости газового потока. .........................................................................................................................................148

3.2.2 Исследования эффективности улова тумана HF волокнистыми фильтрующими материалами..........................................................................................................................149

3.2.3 Исследование абсорбции хлористого водовода.......................................................151

3.2.4 Описание разработанной опытно - промышленной установки абсорбции

фторсодержащих газов........................................................................................................152

3.2.7 Выводы по разделу......................................................................................................154

3.3 Экспериментальные исследования закономерностей обжига фосфорита....................155

3.3.1 Исследование влияния температуры на процесс обжига фосфорита....................155

3.3.2 Выводы по разделу......................................................................................................160

ГЛАВА 4 АНАЛИЗ ОПЫТНО ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ...................................161

4.1 Общие сведения о новой разработанной технологии......................................................162

4.2 Характеристика производимой по новой технологии продукции.................................166

4.3 Режимы разработанного технологического процесса.....................................................166

4.4 Физико - химические основы разработанного технологического процесса.................168

4.5 Описание разработанного технологического процесса..................................................173

4.6 Описание процесса работы технологического процесса................................................176

4.7 Выводы по главе..................................................................................................................184

5 Выводы по работе......................................................................................................................186

6 Список литературы...................................................................................................................187

Приложения..................................................................................................................................197

Приложение №1....................................................................................................................197

Данные для расчета и выбора основного промышленного технологического

оборудования........................................................................................................................197

Приложение №2....................................................................................................................202

Материальный и тепловой баланс разработанной технологии........................................202

Приложение №3....................................................................................................................220

Характеристика сырья..........................................................................................................220

Приложение №4....................................................................................................................222

Физико - химические и теплофизические свойства исходных, промежуточных,

побочных, готовых продуктов и отходов производства...................................................222

Приложение №5....................................................................................................................223

Описание конструкции и описание работы форреактора.................................................223

Приложение № 6...................................................................................................................225

Расчет установки абсорбции фторсодержащих газов производства ЭФК.....................225

Приложение № 7...................................................................................................................232

Приложение № 8...................................................................................................................237

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время при активном участии крупных предприятий, ведущих НИИ и бизнеса разработана «Стратегия развития химической и нефтехимической промышленности России на период до 2015 года»* [1].

Необходимость разработки стратегии была вызвана тем, что химический комплекс в условиях формирования современной структуры промышленного производства, и удовлетворения потребности в новых материалах в машиностроении, строительстве, легкой, пищевой и других отраслях, стал базовым сегментом российской экономики.

Потребителями продукции химического комплекса являются сельское хозяйство, практически все промышленные отрасли, культура, сфера услуг, торговля, наука, образование и ВПК. Зависимость развития данных отраслей от состояния химического комплекса выдвигает химию и нефтехимию в число приоритетных направлений экономического развития России. От состояния химического комплекса зависит темпы роста и конкурентоспособность России в целом.

Основная цель стратегии состоит в развитии конкурентоспособности химического комплекса в обеспечении эффективности и соответствия производства и ассортимента химической продукции, как на внутреннем рынке, так и на внешних мировых рынках.

Для этого в стратегии определены главные направления развития химического комплекса и пути их реализации. Предусматриваются техническое перевооружение и модернизация производств, повышение эффективности НИОКР, развитие ресурса сырьевого обеспечения, подготовка кадров.

Однако в настоящее время ценовая конкурентоспособность отечественной промышленной продукции глубокой степени переработки сырья, даже при более низких ценах на сырье и тарифах на электроэнергию, по сравнению с зарубежными аналогами отсутствует.

*Стратегия утверждена приказом № 119 Минпромэнерго России от «14» марта 2008 г.

Данное положение определяется высокой степенью износа основного технологического оборудования. Использованием типовых устаревших технологий с высокими коэффициентами расхода энергоресурсов и сырья.

По оценкам специалистов Минпромэнерго степень износа основных производственных фондов в 2006г в целом по химическому комплексу составила - 46,2%, оборудования - 48,1%. По некоторым видам оборудования степень износа - 80%, на некоторых предприятиях - 100%.

В России средние сроки эксплуатации промышленного оборудования 20 лет. Загрузка мощностей производства минеральных удобрений составляет 82,2%. На предприятиях химической промышленности США установленный срок службы оборудования 6 лет.

К тому же бизнес - структура Российского химического комплекса далека от структуры современной химической промышленности развитых стран.

С одной стороны в России сегодня есть спрос на проектные работы, но как отмечается многими экспертами выполнять проекты только силами отечественных НИИ и НИиПИ уже трудно.

С другой стороны Российские предприятия модернизируют производства за счет импорта технологий, и не обращаются к российским научно-инженерным разработкам.

В результате рассмотренных факторов разработки отечественных научных и проектно-конструкторских организаций не оказывают существенного влияния на развитие химического комплекса. Разрыв между существующими потребностями промышленных предприятий в современных научно-исследовательских разработках и имеющимися предложениями научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций продолжает расти.

Ситуация осложняется неразвитостью инновационной инфраструктуры рынка технологий (информационные посреднические, банковские, юридические, и прочие услуги). Нерешенностью вопросов правового и организационного порядка по охране и передаче объектов интеллектуальной собственности, вопросов сертификации инновационной продукции.

Тем не менее, как отмечает президент Российского союза химиков Виктор Иванов поставленная перед отраслью задача по созданию новых технологий и производств, необходимых для развития всех отраслей экономики, должна решаться. Причем особо подчеркивается, что стратегия развития химической промышленности должна опираться на новые высокоэффективные технологии.

Важнейшей отраслью химической промышленности является промышленность минеральных удобрений.

Основная задача промышленности минеральных удобрений состоит в создании экономической и продовольственной безопасности России, на основе максимально возможного обеспечения потребностей внутреннего и внешнего рынка конкурентной продукцией отечественного производства. Состояние и прогноз спроса на минеральные удобрения представлены в таблице 1 и таблице 2..

Таблица 1 - Состояние и прогноз спроса на минеральные удобрения со стороны внутреннего рынка, тыс. т

состояние прогноз

Наименование продукции 2006г., тыс. т. 2010г., тыс. т. 2015г. тыс. т. 2015г. в % к 2006г.

Удобрения минеральные (в пересчете на 100% питательных веществ) 3833 7790 10290 268,5

Таблица 2 - Состояние и прогноз спроса на минеральные удобрения со стороны внутреннего и внешнего рынка, тыс. т__

состояние прогноз

Показатель 2006г. тыс. т. 2015г. тыс. т. 2015г. в % к 2006г.

Совокупный спрос рынка. Удобрения минеральные (в пересчете на 100% питательных веществ) 16233 21070 131,5

Согласно представленным данным, емкость внешнего и внутреннего рынка минеральных удобрений к 2015 году может значительно увеличиться.

Среди приоритетных направлений развития промышленности минеральных удобрений можно выделить следующие:

- расширение и поддержание сырьевой рудной базы отрасли посредством развития и модернизации существующих предприятий горно-химического

комплекса и технологий переработки и подготовки сырья, как на стадии добычи руды, так и на стадии её обогащения, посредством вовлечения в переработку ранее не рентабельных видов фосфорсодержащего сырья.

- модернизация цехов по выпуску полупродуктов производства минеральных удобрений, в том числе закупавшихся по импорту некоторых марок фосфорной кислоты;

- реконструкция и расширение производства конечной продукции -минеральных удобрений на основе использования интенсивных прогрессивных технологий и оборудования.

Развитие промышленности минеральных удобрений предусматривает, увеличение доли фосфорных видов удобрений в общем объеме выпуска удобрений, что обусловлено низким содержанием фосфора в большинстве почв, что ухудшает их плодородие и снижает эффективность использования других видов удобрений.

Внесение фосфорных удобрений способствуют повышению плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур. Придает растениям устойчивость к неблагоприятным климатическим условиям. Создает условия для созревания урожая в районах с коротким вегетативным периодом. Фосфорные удобрения, способствуя структурированию почв, и развитию почвенных бактерий, изменяют растворимост