автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Научные основы производства высокоэффективных удобрений на основе карбамида

ШХ Пр-иймЛ руКО-аИОп

Икайлоп ЙэиА Ипяношга ШАиЛ ~Т

Научные основы производства высокоэМектипных

Специальность 05.17.01,-Технология неорганических веществ

АВТОР© азАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург, 1996 г.

Работа выполнена в Дзержинском филиале Низке г с людского Государственного технического университета

Научный консультант - чл. корр. Инженерной Академ и России, доктор технических наук, профессор Игорь Сешнович Никандров

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ренат Е^ьевич Зинюк; доктор технических наук, профессор Юрий Георгиевич Широков; доктор технических наук, старший научный сотрудник Игорь Григорьевич Гришаев

Ведущее предприятие - АООТ Научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза®, г.Москва

8ащита состоится: ¿¿¿О/бЖ. 1995 г. в часов на заседании Диссертационного Совета Д. 063.25.01 при Санкт-Пэ-тербургскон Государственном Технологическом институте (техническом университете) 198013, г. Оанкт-Петербург, Московский проспект, д.26.

С диссертацией можно ознакомиться с фундаментальной библиотеке Санку-Петербургского Государственного Технологического института.

Отзывы на автореферат заверенные печатью, просим направлять по адресу: 19801?, г. Сапкт-Петербург, Московский проспект, д.26. Санкт-Петербургский Государственный Технологический институт. Ученый Совет.

Автореферат разослан

, З.Г.Филиппова

Ученый секретарь Диссертационного Совета

ОБцАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повышение 3,54x5ктибности производства сельскохозяйственной продукции зависит ач количества вносишь минеральных уд^брэний к потребительского качества кх. Особое значение ишют азотные удобрения, которые в больше" »ере внносптся растениям. К 1990 г. Россия и страны CHI являлись нвдуциш протводителкии минеральных. удобрений. Иэ азотных удобрений приоритет отдавался проиэвопптяу карбамида, Оу^яствупци» урчрень развития техники ПОЗРОЛ.00? СОЗДЯРНТЬ ОТвЧРСТР^ННКе oripoppnui к?,гбР "** "° производительностью до 2000 т/сутки. Производственные мощности России позволяют выпускать до 7 млн. т карбамида и сложных удобрений на его основе. Применение безнитратных сложных удобрений на оонове карбамида экономически выгоднее применения нитрофосфатов с учетоы затрат на транспортировку, хранение и внесение в -почву. Поэтому разработка и внедрение в прошиленность новых прогрессивных способов получения сложит гранулированных иарбашадсодержащих удобрений представляет сс. 5ой важную народно-хозяйственную задачу. Одновременно, в связи с большими потерям! вносимого в почву азота удобрений в результате протекания процессов нитрификации и денитрификации, приобретает все большее значение разработка приемов снижения потерь и охраны окружащей среды при использовании азотных удобрений. Для решения данной проблемы необходимо разработать эффективные технологические приеш получения ингибированного карбамида. В связи со значительным увеличением объемов производства карбамида, особую актуальность приобрели вопросы совершенствования технологии карбамида, обеспечения ресурсосбережения в его производстве, потреблении и повыления потребительских качеств карбамида.

Теоретические и прикладные исследования, результаты которых приведены в диссертации, выполнены в соответотвии с постановлениями правительства № 400 от 15.10.70, № 500 от 21.11.75, ДО Ю19 от 19.10.81 по рабочей программа сотруд-

ничества в области разработки технологии производства и применения ингибиторов нитрификации азотных удобрений на 1986-87 годы, в соответствии с ьежправительственным соглашением СССР и ГДР от 18.06.82 на 1382-87 годы и протокола его продления от 13.01.88; по координационному плану Проблемного Совета "Экологическая технология", комплексной программы Минвуза РСФСР "Человек и окружащая среда: Проблемы охраны природы", в соответствии с планами развития предприятий Министерства удобрений.

Цель работы. Целью данной работы явилась разработка научных основ производства высокоэффективных фори удобрений на основе карбамида, создание ресурсосберегающих технологических систем, обеспечивающих повшение качества готового продукта и создание новых товарных форм карбамида, обладающих повьшенной эффективностью использования в сельском хозяйстве за счет сокращения непроизводительных потерь и снижения отрицательных последствий использования азотных удобренийй на окружающую среду.

Для достижения поставленной цели поставлены задачи:

- оценить качество карбамида, получаемого на отечественных системах различных поколений и сопоставить его со сложившимися требованиями потребителя на мировом рынке;

- обосновать перспективные формы удобрений на основе карбамида и разработать технологию их получения в гранулированном виде;

- выявить направления интенсификации использования карбамида в сельском хозяйстве и разработать технологии получения карбамида повышенной усвояемости;

- разработать технологию кондиционирования карбамида до уровня мировых требований к нему с утилизацией отходов, образующихся в его производстве, при "хранении и перевозке и разработать технические аппаратурные решения, обеспечивающие данную новую технологию;

- разработать технологии получения сложных удобрений на основе карбамида;

- изучить физико-химические свойства растворов, пульп и плавов карбамида, необходимые для проектирования разра-

ботанных новых технических решений; --определить физико-механические свойства готовых форм но-еых удобрений, определяющих качество готового продукта;

- на базе выполненных исследований создать научные основы

производства высокоэффективных форм удобрений на основе карбамида.

Методическая часть. Основным объектом исследования явились растворы» расплавы, твердый карбамид и продукты, получаемые на его основе. Решение поставленных задач основано на комплексных физико-химических, химических и инструментальных мгтодах исследований, в тим числе и спектрофотометрического, рентгенофазового, ИК-спектра;;ьного и дериэатогра-фического исследований. Технологические исследования и проверка технических решений были проведены на лабораторных, стендовых, опытных и' опытно-прашйленных установках. По данным исследований, были рассмэ^]bgffl процессы образования внутреннего ре тура и разработай^ ¿йт'одики расчета технологических процессов высоко качественной) карбамида и его новых товарных форм, промышленных аййа'ратов-кондкционеров, оборудования нанесения ингибиторов йа гранулированный продукт.

Научная новизна. Предложены и разработаны технологии новых гранулированных высококонцектрированных сложных удобрений КА$ и КА5К. Впервые получены и оценены следующие научные данные:

- физико-химические свойства систеш карбамид - мзноамш-ний фосфат - соли калия;

- массопередача при испарении воды в факеле распыла из капель концентрированных растворов КАФ и КАФК;

-• свойства ингибиторов нитрификации АТГ, КМП и др. и ингиби-

рованного ими карбамида';- влияние веществ ингибиторов на скорость разложения, гидролиз, теплоту плавления и температуру кристаллизации карбамида;

- взаимодействие ингибиторов с карбамидом и образование новых соединений в сстеыах "нгибитор - карбамид.

- введение ингибиторов нитрификации непосредственно в технологическом процессе производства карбамида;

- кристаллизации плава напылением на завесу гранул, кондиционирование и упрочнение гранул карбамида и переработка отходов;

- получение супергранул карбамида с размером фракций 6-8 мм.

Получены новые результаты, существенно дополняющие сведения:

- о свойствах 4-аюто-1,2,4-триазола, полученного по технологии ГОСНЖкарбамидпроекта;

- установлены особенности взаимодействия АТГ с карбамидом и показано образование новых фаз;

. - о процессах введения ингибиторов нитрификации и режимах их введения;

- о процессах кондиционирования карбамида;

- о свойствах карбамида, его разложении и гидролизе.

В результате выполненного исследования, обосновано новое научное направление в области получения новых высокоэффективных азотсодержащих удобрений на основе карбамида, направленное на достижение ресурсосбережения и снижение отрицательного последствия на окружающую среду от внесения интенсивных корм азотных удобрений.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Ка основании теоретических и прикладных исследований, разработан и предложен к опытной и опытно-промшленной проверке рад способов получения удобрений на основе карбамида с новыми потребительскими свойствами, позволяющих обеспечить ресурсосбережении в производстве и потреблении и снизить отрицательные последствия окружающей среде от примэненкя интенсивных доз аэота.

Предложены и разработаны новые технические решения по барабану-кондиционеру низкокачественного карбамвда и бйра-банноку аппарату получения ингибированного карбамида.

Наработаны и испытаны промьплекные партии новых форм удобрений и кормовых добавок на осноье карбамида и выдана

исходные данные для проектирования производства сложных удобрений" КАФ и КЙ&К мощностью-IÛÛ тыс. т/год.—

Внедрена установка по производству ингибитора АТГ мощностью 200 т/год, и веданы исходный данные на реконструкция цеха карбамида Чирчикского- "Электрохишроы" на производство ингибированного карбамида мощностью 203 тыс. т/год.

Выданы исходные данные на проектирование установки кондиционирования низкокачественного карбамида до требований высшего качества с утилизацией отходов производства на АО "Кэрунд".

Разработаны рекомэндации по производству карбосульфа-та аммония, эффективного в технологии риса, супергранул карбамида для производства кукурузы и карбамида с микроудобрениями.

Предложены и отработаны в опытных масштабах конструкции высокорнтенсивных аппаратов нанесения ингибитора на гранулы карбамида и барабанного кондиционера, позволяющие увеличить мощность действующего производства на без наращивания гранбашен.

Новизна предложенных технологических процессов и технических решений подтверждена 10 авторскими свидетельствами и патентами России, в которых сконцентрированы основные идеи выполненной работы.

Положения, выносише на защиту. Защищается теоретическое обобщение результатов комплексных научных исследований по получение новых высокоэффективных удобрений на основе карбамида.

I. Из теоретических и эксперимзнтальных разработок исследования равновесия в-системах образующихся при получе-лии сложных удобрений и кормэвых добавок нейтрализацией фосфорной кислоты с добавками карбамида » солей калия, свойств образующихся растворов (пульп), свойств сложных удобрений типа КАФ, ШК и др. Технологические-схемы получения сложных удобрений типа Ш и ШК, результаты заводе "их испы-. зний процессов на опытных и

опытно-промыпленных установок, подтвердивших результаты лабораторных исследований и положенные в основу разработки и проектирования реконструкции промыяленного производства сложных удобрений, эффективность действия и преимущества которых подтверждены многочисленными сель-. скохоэяйственными испытаниями в различных зонах России и стран СНГ.

2. Из научно-технических разработок: результаты исследования технологии ингибироведщго карбамида с использованием различных ингибитора? ^трификации отечественного производства, свойств рартао^ов и расплавов карбамида с ингибиторами, свойств Щ^цбктора АТГ, изучение побочных взаиюдействиц в образующихся системах, свойств гранулированных удобрений, технологические схемы и оптимальные режимы ингибирования. Результаты заводских испытаний, положенные в основу исходных данных проектирования реконструкции промышленного производства, методику расчета гранулятора и процесса нанесения ингибитора.

3. Результаты исследования кондиционирования низкокачественного карбамида, с получением карбамида высшего сорта,, удовлетворяющего требованиям мирового рынка. Технологическую схему и конструкцию барабанного кондиционера. Результаты их отработки на опытной установке, подтвердившие высокие эксплуатационные показатели процесса и качества получаемого карбамвда, положены в основу разработки и проектирования опытно-промьшенного аппарата и производства.

4. Рекомендации и технологическую схему увеличения мощности технологической системы без наращивания грвнбашен.

5. Рекомендации и результаты стендовых и опытных испытаний по утилизации отходов производства карбамида образующихся в производстве, при бестарной перевозке, подтвердившие возможность существенного снижения потерь и обеспечения ресурсосбережения при производстве, хранении к транспортировке карбамида.

6. Конструкцию барабана-гранулятора для цодучянвя ингибиро-

ванного капсулированного карбамида, карбамида с микродобавками и карбамида в супергранулах, а также барабана-кондиционера, не имеющих мировых аналогов, методику „ расчета их производительности и основных размеров.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на 8, 13-15 Всесоюзных конференциях по технологии неорганических веществ в 1972; 1985, 1988, 1991 г.г. (Одесса, Дзержинск, Львов, Казань), на Ш Всесоюзном научно-техническом совещании по фосфатам (Рига, 1971 г.); на научно-производственной конференции "Перспективы развития и использования минеральных удобрений с микроэлемэнтами" (Киев, 1990 г.); на Всесоюзном научно-техническом совещании "Интенсификация технологических процессов и совершенствование оборудования для массообмэна, обезвоживания и грануляции минеральных удобрений и других химических продуктов" (С1умы, 1974 г.); Всесоюзных совещаниях Перспективы использования ингибитора нитрификации для повышения эффективности азотных удобрений*(Москва, 1986 г., Самарканд, 1990 г.); на Всесоюзном тучно-техническом совещании "Создание высокоэффективных сушилок для многотаннажных производств^Москва, 1971 г.); на региональном совещании "Разработка и внедрение экологических технологий на предприятиях Волго-Вятского региона"(Дзержинск, 1991 г.); научных конференциях Горьковсного (Нижегородского) Политехнического института в 1989-95 г.г. и на отраслевых совещаниях по тематике "Союз-азота".

Цубликации. ГЬ темз диссертационной работы опубликовано 67 научных работ, в т.ч. ДО авторских свидетельств и решение на выдачу патента иа которых в списке приведены 41 публикация в наибольшей степени отражающие содержание работы.

ибъем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и списка цитируемой литературы. Объем диссертации - 297 страниц машинописного текста, в тэм числе: 75 таблиц, 87 рисунков, список литературы из 367 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ .

I. Карбамид и новые формы удобрений на его основе

В первой главе проанализировано изменение требований к качеству карбамида по мэре совершенствования его технологии. Минеральные удобрения должны дифференцированно удовлетворять требованиям агрохимии основных сельскохозяйственных зон России и иностранных потребителей как по химическому составу удобрений, так и по их физико-мзхаш-ческим характеристикам. Использование карбамида в составе сложных удобрений позволяет поднять концентрацию питательных веществ в удобрении до 58-60%, что существенно сокращает затраты на стадии внесения, значительно умзньшает затраты на транспортирование и хранение. К физико-механическим свойствам минеральных удобрений предъявляются следующие требования: рассыпчатость и текучесть после хране--ния их в течение 6 месяцев в насыпях высотой 5 м (в перспективе -Юм) и в мешках; гранулометрический состав удобрений должен быть следующим: гранулы размером 1-3 мы -не ьенее 90$, 2-3 мм - не мэкее 50$, раз юром мэнее I мм -не более 1%; в течение б мэсяцев должна обеспечиваться ' 97$-ная сохранность исходного гранулометрического состава; допустимое разрушение гранул на типовой тукосмесительной установке не более 355; статическая прочность гранул фракции 2-3 мы должна быть не менее 2 МПа. Выполнение приведенных требований дает следующие преимущества: при транспортировании обеспечивается возможность бестарной перевозки, сокращаются расходы на загрузку и выгрузку удобрений, сокращаются затраты рабочей силы на погрузочно-раэгрузочных операциях; при хранении упрощается конструкция складов, повышается уровень механизации; при транспортировании на поле и внесении удобрений, сокращаются затраты на перегрузку, загрузку удобрений в тукоразбрасыватели, исключаются расходы на растаривание. Существенно улучшается равноюр-ность внесения удобрений в почву, что повышает урожайность;

при тукосмешении обеспечивается получение однородных смесей заданного состава-на основе различных простых и сложных удобрений, благодаря однородности гранулометрического состава смешиваемых материалов. Поэтому, вопросы совершенствования технологии получения карбамида, особенно на стадии гранулирования плава, кондиционирования гранул по грансоставу и прочности, по утилизации мелочи, просыпей и других отходов карбамида и по получению карбамида с заданным гранулометрическим составом, видом и свойствами поверхности гранул, остаются актуальным!. Благоприятное воздействие карбамида на почвенную микрофлору, способствующее повыпению эффективности усвоения фосфорг.ых и калийных удобрений делает перспективным разработку и создание производства сложных удобрений на основе карбамида и полупродуктов его производства. Разработка технологии ставит перед необходимостью изучения равновесия в образующихся системах определения свойств систем, поведения плава карбамида в присутствия фосфорно-калийных компонентов, условий грануляиии пулг "2 и смзсей, методик расчета процессов, отработки технологии на всех стадиях производства и подтверждения эффективности использования новых форм удобрений к кормовых добавок в сельском хозяйстве.

Снижение потерь, увеличение степени использования и более продуктивное усвоение растениями азота удобрений, наряду с агротехническими мероприятиями, может быть достигнуто путем регулирования процессов превращения в почве азота удобрений с"помощью химических препаратов - ингибиторов уреазной активности - ингибиторов нитрификации и-денктрифи-кации. Использование ¡к может сокращать потери, связанные с вымыванием нитратов или последующей их денитрификации.

Таким образом, применение ингибиторов нитрификации по-вшаег эффективность усвоения растениями вносимого с аммиачными и амидными удобрениями азота за счет снижения его потерь. Одновременно достигается значительный■социально-экологический эффект от предотвращения ущерба окружающей

среде.

В итоге обобщения и оценки известных сведений, сформулированы направления исследований пи созданию научных основ разработки и внедрения высокоэффективных удобрений на основе карбамида.

2. Производство карбоаммофоса (КАФ) и карбоаммсфоски (КА.ФЮ

В главе 2 приведены результаты исследований систем карбамид - иэноаммонийфосфат - соли калия - вода, свойств растворов и пульп КАФ и КАФК. Особое внимание уделено физико-химическим свойствам растворов бесхлорной карбоаммо-фоски. При атмосферном давлении предельная концентрация раствора удобрений марок Д;I:0,3 и 1:1:1 составляет соответственно 64,6 и 42,86, температура кипения растворов равна 107,5 и 103,5°С. Разложение карбамида изучено в интервале температур 100-140°С в условиях нейтрализации карбамидсодержащего плава 30, 50 и 70^-ной фосфорной кислотой с последующим смешением с раствором сульфата кадия. С повьшением температуры, степень разложения карбамида возрастает, поэтоцу, при проведении процесса, время пребывания реакционной смесц в зоне высоких температур должно составлять не более 30 мин. Разложение карбамид» в растворах бесхлорной карбоамшфоски описывается уравнением второго порядка:

где: С и С0 - соответственно текущая и начальная концентрация карбамида. Энергия активации, с ростом доли фосфорной кислоты, меняется от 80 до 125^5 кДк/иэль. определяется долей солей калия и возрастает с 4,2- 1(Р до 0,8*10* л/голь-мин. При разложении, наряду с аммиаком и двуокисью углерода, образуется биурет. Цри 130°С количество биурета в реакционной сиси не превыдает а при 140°С - 1,8£.

Степень разложения карбамида от времени (Г, мин.) и температуры ( °С) в пульпе А/1:1:1 описывается уравнением, при доле воды ЗОЙ:

= - 3,2 ± - О^гТ* 0,0/58^ + Г),ООбЬТ* /58 Степень разложения плава'КЙ5 с соотнесением ЛЛ/7 ~ 1:1 описывается уравнение.м, при доле воды 30%:

При тсгаоратурах Ю0-140°С отшчается возможность полного перехода диаммонийфосфата в однозамещенну» соль. Анализ образцов гранулированного показал долю диамш-яийфосфата более от сумш фосфатов. Эта обьясняется термической деструкцией двузамещенной соли с выделением свободного йьц.и:а!;а и выноса его с газами.

Для обеспечения стационарности процесса гранулирования КМ? и КЙФК, представляет интерес время полной потери сил адгезии и степень концентрирования растворов и пульп в факеле распыла. В соответствии с законом Нуссельта время испарения капель полидисперсного состава при различных температурах теплоносителя 500-800°С определяется как:

Г= ¿2

ь 8 - > -д£

где: - врем» , сек.; /в - плотность раствора, нг/м3;

X - теплота парообразования, кДк/кг; 3 •- диаштр "капель раствора;, м; А - кэсффициснт теплопроводности, :сДи/м'Ч"Град, • д£- разность температур теплоносителя и раствора, °С.

Отработку процесса проводили на опытно-прошпленной установке производительностью 500 кг/ч. Гранулятор представлял собой усеченный конус с углом раскрытия 30°. Диаштр верхней части конуса - 3,5 м, нижней (на уровне газораспределительной решетки) - I,I м. Сбщая высота аппарата составляла 7 и. В центре газораспределительной решетки находится сепарирующее устройство для выгрузки продукта. В аппарат вставлены 4 пневматические форсунки, работающие на сжатом воздухе с давлением до 0,3 МПа.

Для получения гранулированных КАЗ> и К/ШС в аппарате с псевдоожиженным слоем использовали плав карбамида П ступени дистилляции, аммиак газов дистилляции П ступени, экстракционную или т.рмическ^ю фосфорные кислоты и соли

калия, которые вводились в раствор КА5.

Анализ гидродинамических параметров гранулирования в псевдоожиженном слое показал, что оптимальными являются скорости псевдоожижения от 1,5 до 2,0 м/с. При гранулировании, температура слоя изменялась от 60 до Ю0°С. Установлено, что оптимальная температурная область псевдоожиженного слоя находится в пределах 70-90°С. Исследование влияния температуры слоя на влажность гранулированного продукта и содержание биурета в полученном продукте (рис. I.) показало возможность получения стабильного не-слеживаемого продук- Рис. I. Зависимость содержания та с влажностью ш- влаги (I) и биурета (2) в грану-нее 0,1$. лах от температуры слоя.

Дробный анализ гранул показал равноюрное распределение питательных элемэнтов по гранулам различного размера. Отклонение доли их не превышало -Т% относительный. Рент-геноструктурным анализом (УРС-50 ИМ) новых соединений в готовых продуктах не обнаружено.

Определены условия стационарного режима гранулирования, включая массу слоя, скорость подачи раствора на грануляцию, режим автоматической выгрузки из слоя. Постоянством числа частиц во времзни (с1п/с1Т=о) определено условие стационарности. Кинетику роста гранул в стационарном процессе гранулирования можно описать изменением кон-

центрации растворов по длине факела распыла, в зависимости от температуры теплоносителя и давления сжатого воздуха, подаваемого на распиливание растворов (пульп). Концентрирование раствора при температуре топочных газов 680--700°С показало, что уже на расстоянии 1,6 м от сопла форсунки кз пульпы с 2555 воды получается масса с влажностью 2, В/о. Гранулированием карбамшдсо держащих удобрений в опыт-но-промьшленном аппарате с пеевдсожкженным слоем, с верхним расположением пневматических форсунок и применением в качестве теплоносителя -высокотемпературного газа установлено, что скорость псевдоожижакхцего агента ( V/, м/с) равна:

\Л/= "2,63 5„ +0.6395/ + 3,518 , м/с. где: и/- скорость псевдоожижагацего агента, м/сек.; 5Л -площадь сечения аппарата, мг. Высота псевдоожиженного слоя ( Л, м).

Исследовано гранулирование растворов и пульп КАФ и КАШ К в барабанном грануляторе * (ЕГС ¿ = 0,7 и, ^ = 2к). Кинетику г ран у л о о б раз о в ан и я в барабане БГС исследовали на КАЗ и Ш5К кар-, к 1:1:0 и 1:1:1. После пуска в первые 2-4 часа наблюдается увеличение эквивалентного диаметра гранул с 1,7 до 2-2,5 мм. При стабилизации процесса, пик среднего диаметра гранул смещается в сторону увеличения 1,5 мы и стабилизируется на с{ = 3, 5 ил, с одновременным ростом доли максимальной фракции с 3-7% при пуске до н2% в стабильном режиме (рис. 2.).

Рис. 2. Весовые кривые распределения гранулометрического состава продукта в-стационарном процессе. -I - внутреннего ретура;

2 - перед классификатором;

3 - готового продукта.

Таблица I.

Химический состав пульп и готового продукта

Содержание в пульпе, % масс.

С0(Ш^г\ЩНгРа,: ШН^НРО, : Ца :Биурет: ИгО

1:1:0 1:1:1 26.5 23,7 1,3 - 0,3 27.6 25,3 0,9 23,9 0,2 49,5 22,0

Состав готового продукта, % масс.

Ñofruy • РгDs оГиь: : Ü20 :Биурет: иго

1:1:0 1:1:1 30,0 29,6 - 0,6 21,0 21,1 19,7 0,3 0,4 0,5

Балансовыми опытами показано, что удельный расход сушильного агента 36,5-41,7 Кг/кг вл. и удельный расход тепла - 4379-5193 кДк/кг вл. Тепловые характеристики грануляции Ш> и КАФК в БГС практически не зависят от химического состава пульп. Концентрация пыли в газе после БГС колебалась от 0,1 до 0,63 г/ы3. По результатам отработки процесса были выданы исходные данные для проектирования производства карбоаммофоски с аппаратами БГСХ на • мощность 300 тыс. т/год с реконструкцией цгхов карбамида и нитрофоски на ПО "Азот", г.Новомэсковск.

С точки зрения быстроты внедрения в промшленности, рекомендовано гранулирование сложных удобрений вести в барабанных грануляторах, Но более перспективна грануляция КАФ и КА5К в аппарате с псевдоокиженным слоем, которая позволяет получить их по безрэтурной схеш. В результате отработки стадий на опытно-промыпленной установке, разработана технологическая схека получения КМ и 1ШК, представленная на рисунке 3.

Процзсс состоит из четырех основных стадий: синтеза карбамида с получением полупродуктов - раствора карбамида (-7Сй С.0(МН2^ ) и газов дистилляции второй ступени; нейтрализации экстракционной или термической ортофос-форных кислот с получением 70%-ногд раствора

(пульпы) аммофоса; сюшением растворов карбамида и аммофоса с получением раствора (пульпы) карбоаммофоса," а в случае получения карбоаммофоски с порошкообразным!', соля-калия; переработки полученных растворов (пульп) в гранулированный продукт в аппарате "КС" или БГС.

I - колонна синтеза карбамида; 2, К, 18 - насосы; 3 -компрессор двуокиси углерода; 4 - колонна дистилляции первой ступени; 5 - колонна фракционирования; б - насос для раствора углеаммонийных солей; 7 - конденсатор возвратного аммиака; 8 - емкость для жидкго аммиака; 9 -колонна дистилляции второй ступени; Ю - нейтрализатор; IX - емкость фосфорной кислоты; 13 - напорный бак; 14 -нейтрализатор-сатуратор; 15'- холодильник-конденсатор; 16 - смэситель; 17 - дозатор хлористого калия; 9 - аппарат "КС; 20 - охладитель; 21 - бункер готового продукта; 2.? - аппарат БГС; 23 - сухой циклон; 24 - скруббер; 25 - циркуляционный насос; 26 - грохот; 27 - дробилка.

3. Получение ингибированного карбамида

Неполное использование азота растениями сельскохозяйственных культур приводит к увеличению непроизводительных потерь его и к загрязнению окружающей среды. Степень использования азота, вносимого с удобрениями в разных почвенно-климатических зонах страны, в среднем, составляет 35-60$. Основные потери азота удобрений из почвы происходят через нитратную форму и в виде газообразных продуктов, в следствие протекания, процессов биологической нитрификации и денитрификации соединений азота под влиянием почвенных микроорганизмов. Одним ив перспективных, агрохимически и экономически целесообразных приемов повышения эффективности азотных удобрений и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур при внесении их является использование ингибиторов нитрификации амидного и аммонийного азота удобрений.

Примэнение ингибиторов нитрификации снижает потери азота в удобрениях в 1,5-2,5 раза. Цри внесении ингибиторов нитрификации отпадает .необходимость повторного внесения азотных удобрений, что снижает трудоемкость и энергозатраты в полеводстве, а также становится возможным осеннее внесение азотных удобрений. Наиболее перспективным из ингибиторов, рекомендованных к внедрению в промышленное производство, является 4-аыино-1,2,4-триаэол (АТГ) - о те-, чествеюшй аналог японского препарата (АТС). В работе уделено наибольшее внишние изучению физико-химических характеристик ингибитора, его влияние на качество карбамида и исследованию систем AIT - карбамид. Изучено влияние АТГ на разложение карбамида для производственных условий. Показано, что в присутствии АТГ, разложен»проходит с меньшей интенсивностью, и с увеличением содержания АТГ, степень разложения карбамвда умзньшается (рис. 4J-и описывается уравнением первого порядка. Энергия активации равна 98,8-104,7 кДд/мэль. Исследованием влияния АТГ на гидролиз карбамида в интервале при доле AIT

от 0,5 до 1,5$ масс, от карбамида показано, что скорость гидролиза при-увеличении доли АТГ изменяется незначительно, следовательно, AIT может быть добавлен в раствор на стадии выпарки. Температурная зависимость скорости гидролиза описывается уравнением:

W-

__ - и . п

~ cLT ко ^ L*

СНг0~ концентрация соответственно карбамида и

где: Ск,

воды; т- время реакции, час.

5 9

Содержание /\ТГ°/Омосе.

Рис. 5. Диаграмма плавкости систеш карбамид - АТГ'.

4 3

Со}. АТГ^ % от массы

Рис. 4. Зависимость степени разложения расплавов карбамида от содержания АТГ при температуре 12 5° С.

I - Т- 3 мин.; Z - £= 9 мин.; 3 -Г» 15 мин.; 4 - Г= 20 мин.

Термическая устойчивость АТГ, подтвердившая отсутствие потерь ингибитора. Определена плотность и вязкость< плава АТГ в интервале 90-150°С. Плотность плава шнялась от »1269,0 до 1219,0 кг/м3, а вязкость от 5,06 до 2,11 Па. с» 10" Показано, что введение АТГ в плав карбамида до 5,0$ масс, снижает теплоту плааления в 1,32 раза, причем с увеличением концентрации АТГ, это действие проявляется слабее. Для карбамида, содержащего от 0,5 до 5,0$ масс. АТГ, теплота плавлег'я изшн; зтся от 13,4 до 11,0 кДв/иояъ.

го

На диаграмш плавкости карбамид - АТГ установлено образование химических соединений типа х£с. (мнг)^]*уАТГ . При доле AIT 2% в карбамиде отмечено образование соединения 9Q[CQ(a/H2)J. АТГ при перитектике III, 5°С. При доле 3,6$ АТГ наблюдается образование низкоплавкой эвтектики, а ' при доле АТГ - 4,44% имеет масто дистектическая точка двойного соединения типа Ъ0[со(мн2)г]-fi ТГ. При содержании в карбамиде до 1,0% АТГ температура кристаллизации плава снижалась со 132,2 до EI,4°С. Сравнение дериватограмм карбамвда и карбамида, содержащего 2% АТГ показывает, что при 403-413 К эндотермический эффект соответствует плавлению карбамвда. Дальнейший нагрев образцов протекает с разложением карбамида, накоплением биурета и циануровой кислоты в расплаве. Таким образом, терюлиз чистого карбамида и карбамида, содержащего АТГ, протекает практически одинаково. Изломы на кривых при 478-503 К вызваны накоплением триаэинов. ИК-спектральным и рентгенофазовым анализом подтверждено образование соединенийfiТГ и СО(А/н^г -2АТГ. Исследованием приллирования показана целесообразность снижения температуры плава на 10-IE?С, что способствует снижению степени образования биурета на стадии гранулирования. В систешх с гранбашнями высотой 40-60 м, ингибитор более целесообразно вводить на поверхность гранул. Исследование процесса нанесения АТГ на гранулы карбамида проводили в барабане-грануляторе диаметром 0,6 и и длгной I м. Установлено, что оптимальное распределение гранул в поперечном и продольном сечениях барабана достигается при коэффициенте заполнения от 0,2-0,25, при угле наклона 2° и числе оборотов от 50-60 об./мин. (рис. 6 и 7).

Угол наклона барабана и коэффициент заполнения не оказывают заметного влияния на распределение гранул по размерам по сечению барабана. Таким образом, оптимальными параметрами работы барабана-гранулятора являются: коэффициент заполнения барабана - 0,2-0,25, угол наклона - 0-2 градуса и число оборотов, зависящее от диаметра барабана.

í з

ît ç

I

ч-

о

s

к

Г!

2

1 & и '

Сеченая ¿Ъ/>а<Го^а, лгеекц.

Рис. 7. Плотность завесы из гранул в продольном сечении барабана при частоте вращения 60 об./мин. и угле наклсьа 2°.

Сечена* ¿орочона, A/ettf,

Ркс. 6. Эавиелшсть плотности завесы из гранул в диамзтральном сечении от частоты вращения барабана при коэффициенте залолке-ния 0,2 и угле наклона 2? Коэффициент заполнения: Частота вращения, об./мин.: 1-0,15; 2 - 0,18; 3 -1-40; 2-50; 3 - 60; -0,20; 4 - 0,22; 5 - 0,25. 4 - 70; 5-80.

Получение гранулированного карбамида с ингибитором нитрификации, исследованное по различным вариантам, показало, что при выпуске карбамида, согласно действующего ГОСТа, ингибитор АТГ целесообразно наносить на поверхность гранул, а при переработке некондиционного карбамида, целесообразно вводить ингибитор нитрификации вместе с плавом карбамида. На основании проведенных исследований, были выданы исходные данные для проектирования опытно-про ж. ленноЛ установки по получению карбамида, модифицированного АТГ, в аппарате барабанного типа производительностью 1,5-2 т/час. Процесс отработанна опытно-промышленных установках опытного завода ГосНКИкарбамвдпроек-та и на Невинномысском АО "Азот". Для Чирчикского ПО Электрохимпром выданы исходные данные для проектирования установки получения АТГ на технологическое перевооружение цеха карбамида на выпуск карбамида с АТГ мотдеостью 200 тыс. т/год. Проведенные исследования позволили рекомандовать для промышленного внедрения схема введения ингибиторов нитрификации: перед выпаркой второй ступени в раствор

*

карбамида, в плав карбамида перед грануляционной башней и схемы введения ингибиторов нитрификации в барабане-грану-ляторе из расплава. • •

Получение карбамида, ингибированного 1-карбамоил-З (5)- метилпиразолом (КМП), проводили на лабораторной и опытной установках. КМП. является термонеустойчивым и время пребывания его расплевав зоне высоких температур должно быть минимальным и перегрев вше температуры 150° С недопустим. Термическое разложение КМП в условиях выпарки проходит с образованием 3(5)-ютилпиразола и циапуровой кислоты, поэтому, более рационально нанесение КМП на гранулы карбамида проводить напылением плава. В интервале температур 135-1Б0°С были определен^ плотность и вязкость расплава КМП. Исследования юказали, что время пребывания расплава КМП в узле плавления не должно превьшать 30 минут-' Отработка технологии карбамвда с ингибитором КМП была проведена.в опытном цехе НИИК в опытном барабане с технологическими параметрами ( t ■ I30°C, Р = 0,25 МПа). Црошшленная партия карбамида с КМП была наработана в цехе карбамвда фирмы Внештрейдинвест в г.Невинномысске. в количестве 630 т из. гранулированного карбамвда и порошкообразного КШ.'-Дрзу ингибитора КМП-тэ карбамиде мзняли в пределах 1-3% масс, от азота карбамида. Отходящие газы направляли в существующую систему очистки. Экспериментально показана принципиальная возможность получения карбамида с ингибитором КМП в аппарате барабанного типа. Наработанные опытные партии с содержанием КМП 1,2-3$ масс, прошли срок хранения в течение & месяцев в штабеле высотой в 10 рядов. За время хранения исследована стабильность КМП в карбамиде и физико-шханические характериотики продукта. Анализ полученных данных показал, что карбамид с НМЛ сохранил свои первоначальные свойства в течение б месяцев хранения.' Ингибитор КМП, гведенный в карбамид, из расплава, сохраняет своп стабильность при хранении и без покрытия гранул оболочкой из плава карбамида.

4. Кондиционирование карбамида, повшениа

качества ^ресурсосбережение в его ¡.¿оизводстве

Низкие физико-механические свойства и гранулометрический состав карбамида, с башнями приллирования высотой 4050 м, делают продукцию неконкурентноспособной на мировом рынке, снижают эффективность использования карбамида в сельском хозяйстве.

В главе 4 приведены новые данные по кристаллизации плава к арба ища на взвешенных гранулах некондиционного продукта. В основу технологии кондиционирования положен прием разделения продуктов по фракциям, нанесение расплава и его кристаллизация на наиболее мелких гранулах. С использованием предложенного принципа разработана конструкция барабанного гранулятора многоцелевого назначения для регулируемого кондиционирования низкокачественного гранулированного карбамида до необходимого размера фракции товарного продукта в пределах 3-10 мм, и для модифицирования минеральных удобрений путем послойного внесения микроудобрений и капсу-лирупд'.к пленок, регулирующих растворимость, для упрочнения гранул и увеличения мощности узла приллирования и технологической системы в целом. Для отработки режима распыления плава в обьемз завесы мэлких гранул изучено распределение и кинетика роста гранул • фракционного состава от I до б мм. При выходе на стационарный режим (рис. 8.) эквивалентный диамэтр гранул при = 1,26 мм растет с увеличением массы распыляемого плава и стабилизируется на 2,7 мм в соот-

Рис. 8. Зависимость эквивалентного диамэтра ггранулы и качества выгружаемого продукта от количества нанесенного плава.

ветствии с размзром установленной сетки. Выявлена зависимость требуемого времзни пребывания гранул, доли подаваемого плава и тепловой нагрузки от грансостава исходного продукта.

Отработано кондиционирование карбамида по двум вариантам:

- с выведением всей массы продукта из барабана, с отделением и возвратом отсева мэлочи мзнее 1,5 мм в барабан;

- с внутренним отделением мелкой фракции от товарной фракции с помощью встроенного сетчатого классификатора и возврата её на образование завесы.

Отработкой п±юцесса кондиционирования на опытной установке с барабаном-кондиционером диаметром 0,6 м, длиной 1,0 м показано, что при добавлении к продукту из башни (<*экв = 1,26 мм) дробленых отходов (мзнее I мм) получение продукта первого сорта достигается при подаче 1,33 кг плава на I кг твердого материала, а высшего сорта - после введения плава в количестве 2,37 кг/кг. Установлено (рис. 9.), что при колебании размера гранул продукта из башни в пределах «'»= 1,3-1,6 мм, кондиционирование его до (с£-= 1,771 и высшего сорта ( о( = 2,1 мы) доля наносимого плава (//, % масс.) является линейной функцией отношения

С уменьшением диамэтра исходных гранул, температура выходящего из барабана продукта растет (рис. Ю.). Допустимая температура, гарантирующая высокую прочность, обеспечивается при подаче 55$ плава от массы подаваемого на кондиционирование гранул.

' Анализ распределения гранул по размерам по длине диамэтра в направлении вращения показал, что при оптимальных оборотах, гранул остается равномерным на всех участках по длине диаметрального сечения от первого до последнего ряда лопаток. Колебакж с13 не превышает ±5$ от средней величины. Эквивалентный диаизтр гранул с переходом от первого ряда лопаток к последнему возрастает по длине, равной £ = (1,75 - 2)я при диамэтре барабана и

и плотности завесн0,6-0,9т/м3, что соответствует 65-7055 длим факела распыла используемых форсунок. С перемещением гранул по оси аппарата, прочность гранул на раздавливание (Р) возрастает, начинай с участка длтппз барабана. равного (0, 5-0, С) Ъ в 1,5-1,6 раза, к участку на длине барабана, равной 2 2.

Прочность граи'Л иг/гран. 2,0 1,8 1,5

25

1,6

1,0 4,2 <,4

Рио. с, Вл!1пн:'.е галдг/ссп

> г с г "спдкдчокиро-

карбшлида на до,^ подаваемого г ба--

конди-

.. Ю

•:ур:.: ¡¡рг.^укт^. от наиосигсго ч-'П'ва те^герзтурн -а г. гсапуд о саопиане.

г.ЗЬЭквНй« тс5.вк:гл-

, --.у-.'.

'г

■очное; Г;:

г. л о г. п - г ра; 1 у л я тор ¡:';онс ;Л ,

Отсндортная истираемость ь*онд:пз:онирояа/ии®с гронуд ;з '%5 раза ни?:о истираемости продукта пз бкпии лркляпро--Е.ишя* Показано, что отрыз гранул от лоааети происходит на диамэтре, равном ( 23-2£) и, гпя: ¿- типиыо »лпрс-'¡н. Брэмя дз'.-г-еннл гранул;!, зг-'сот^ с о'арзбаноя^р-.чп--Т- 60иг!п (сек.;. Дрона яслоу«- гранулы '<.„=У^&Щф , где: %- вектор скорости, а Ла- угол вылета гранул к горизонту. Общее время пребывания гранулы в

ттоп-^чисп сепегста Т-Т + > при длине- барабана / (м), время пребывания гранулы в зоне роста () :

= ^ , где: / - шаг перемещения гранул, м. Производительность барабана-кондиционера (кг/с), где: /- насыпная масса, кг/м3, (р -коэффициент заполнения.

^gpSûMaà иъ грсм&ашни i

HQOVtjCTUy \

Гот.прадуМТ

Рис. II. Принципиальная

70 90 100

Рис. 12. Диаграмма растворимости системы со(мнг)-(т)г%-и^ при температуре

90°с;

схема

кондиционирования гранулирования карбамида и переработки не-кондиционированного продукта промьшленного цэха в барабане-грануляторе (кондиционере).

I - бункер; 2 - грохот; 3 -расходная шайба; 4 - барабан-гранулятор! . ' кондиционер) ; 5 -плавитель; 6 - форсунка.

Разработана конструкция и штодика расчета барабана-кондиционера. 'Дэработка действующей системы по схеме (рис. II.) позволит увеличить мощность технологической систеш на 16-20$ и, за счет утилизации отходов, снизить расходные коэффициенты сырья на 2%. Получаемый продукт относится к категории высшего качества, имеющего цену на 6 рублей выше, выпускаемого сегодня продукта'2 сорта{в ценах 1990 г.)

Исследованием кристаллизации плава карбамида на крупнокристаллическом сульфате амдания (СА) и насыщенных растворов в еистемз карбамид - СА - вода (рис. 22.), отработан оптимальный режим и состав КСА. Показано, что прочные сферические гранулы с долей частиц 1-2 мы до 8$, 2-3 мм - и более 3 мм - до Ш (ложно получить нанесением раствора, содержащего 45? карбамида, 27% СА и 28% воды с температурой 90°С на гранулы карбамида. С ростом доли СА

в КСА до 2Епрочность гранул с влажностью 0,возрастает в 2, 5 раза и составляет 1,2-1,3 кг/гран;'лу. Введение ингибитора АТГ до 2% не меняет прочности гранул. Разработана двухстадийная схема получения КСА, во втором бараба-не-грануляторэ наносится ингибитор на гранулы КСА. Полученный КСА содержит 39, Ш ас о та.

5. Свойства новых форы удобрений на основе .карбамида

Качество минеральных удобрений определяется оптимальным соотношением комплекса свойств гранулированного продукта. Определены гигроскопические точки, слеживаемость, прочность и другие свойства К® и КА35К (таблица 2.).

Таблица 2

Свойства удобрений Ш и КИК

Удобрение, способ гранулирования Соотношение Влажность, % масс. Гигроскопическая точка пои 25РС, % отн. вл. :Слежи-:вае-:мость, I кг/сыт : Прочное Т1-.•гранул диаметром,а : мм, в кг/ ¡гранулу

ШН, барабан . 1:1:1 0,60 58 2,00 2,10 3,78

КМ, "КС 1:1:0 0,23 63 0,90 1,70 2,76

КИЙ, "КС" 1:1:1 0,60 56 2,60 I. 66 3,15

Ш, "ТГ" 1:1:0 0,30 66 0,90 1,30 2,40

ЮЙК, птг" 1:1:0,5 0,25 59- 2,00 0,72 1,52

Нитрофос1.а, барабан 1:1:1 1,38; ей 0,70 0,96 2,38

Нитроаммофоска, барабан 1:1:1 ' 0,20 54 2,20 3,50 7,70

Показано, что КАФ и КАФК обладают хорошими физико-химш-ческими и механическими свойствами и успешно конкурируют со сложными удобрениямш на основе нитрата амшония.

Физико-химические и механические свойства ингибирован-ного карбамида изучались в сравнении с карбамидом, выпуска-

емым промышленностью. Установлено, что ингибиторы нитрификации по разноьу влияют на качество. Так гигроскопическая точка понижается при 25°С примерно на 7-IC% относительных, с повыдеиием температуры, гигроскопические точки промышленного и ингибированного карбавдца сближаются, прочность гранул повышается. АТГ, введенный в карбамид, несколько понижает гигроскопическую точку АТГ и зависит от способа получения ингибированного карбамида. Прочность гранул ингибированного карбамида повьшается с введением ингибиторов нитрификации. Прочность ингибированного кар-бамвда зависит от способа введения.

Изучением кинетики растворения установлено, что с увеличением доли вводимого 4-амино-1,2,4-триазола (АТГ) скорость растворения ингибированных гранул выше скорости растворения чистого карбамида (рис. 13.) и вреда достижения насыщения с ростом количества нанесенного ингибитора уменьшается с 60 до 24 минут при доле АТГ - 8$.

ШС,

Рис. 13. Зависимость скорости, растворения, времени насыщения и отношение времени достижения концентре насыщения от содеркания АТГ.

,„ ^ 4.0 5Л

Влажность, в/о [масс,).

Рис. 14. Зависимость прочности й угла естественного откоса ингибированного карбамида от влаги.

I и 4 - карбашд + I, (Ж Ш1; 5 и 3 - карбамид + 2,0% КМП.

Количественной оценкой растворения может явиться отношение времени достижения концентрации крещения при растворении проб обработанного (Г) и необработанного ( Т.0) карбамида. Показано, что при содержании А1Г в карбамиде в количестве 1%, отношение Т/ Т0 = 0,6 и практически не сказывается на качестве кароамида.

Азогный стабилизатор "Н-серве", являющийся сильно летучим, содержащий активный нитрапирин (Сб И^М) был представлен Дау Кэмикал Кампани, вводили в количестве 0,5-2,(?6 масс. С увеличением содержания Н-серве, гигроскопическая точка снижается незначительно, а по! „зытие ингиби-рованных Н-серве гранул плавом карбамида позволило сохранить летучий Н-серве в продукте в течение 6 месяцев его хранения. В конце срока хранения, содержание Н-серве снизилось на 0,1-0,2% (масс.), а прочность гранул осталась на прежнем уровне.

Ингибитор нитрификации 1-карбамэил-3(5)-мэтиллиразол (НМЛ) вводили в карбамид в количестве I и 2% масс, от азота карбамида. Установлено, что гигроскопическая точна карбамида с КМП находится на одном уровне с исходным карбамидом, а динамика снижения гигрокопической точки с ростом температуры более медленная, так при 40°С Нп а 68,0, Ии., * = 68,7, а = 71,4% относительной влажности воздуха. Фиэнко-мэханические свойства карбамида с введением КЫП улучшаются. Так, статическая прочность гранул составляет, соответственно, для гранул диамзтром 2 мм - * 0,6, Р, * ■ 0,85, Рг «0,9 кг/гранулу, насыпная касса ушньшается незначительно, а угол естественного откоса для гранул повыл ается, так, для гранул диаметром 2 мм, соответственно, Ы0" 23,6, <*,« 31,5, а 32,0. В зависимости от влажности, прочность гранулированного карбамида, содержащего 2,056 КМП, несколько выпе прочности гранул карбамида, содержащих 1,0$ КИП, а угол естественного откоса с повавениеы влажности изменяется у гранул, содержащих 2,0% КПП, юньше, чем у гранул карбамида с 1,0$ КЫП (рис. 14.).

Таким образом, карбамид, ингибированный НМЛ, обладав

ет хорошими физико-химическими и мзханическими свойствами.

При кондиционировании нестандартного по грансостагу карбамида отмечается улучшение его товарных свойств. При 25°С гигроскопические точки близки к значениям гигроскопических точек стандартного карбамида. Получены уравнения, описывающие зависимости гигроскопической точки ст температуры, статической прочности от диаютра и влажности гранил, насыпной массы от диамэтра гранул, угла естественного откоса от влажности.

Определены коэффициенты текучести гранул кондиционированного карбамида, в сравнении с коэффициентом текучести промышленного ьарбамвда, показано, что они более пригодны для приготовления тукосмесей в совокупности с фосфорсодержащими удобрениями.

6. Агрохимическая эффективность КАШ, ШШК и карбамида с ингибиторами нитрификации

В главе 6 приведены результаты агрохимических испытаний промыдленных партий сложных удобрений Ш> и ШК и ингибированного карбамида на различных типах почв России и.стран СНГ-по географическим сетям ЭДУА и НИУ®.

Таблица 3.

Экономический эффект

от испытаний опытных:ожидаемый в сельском партий, тыс. руб. хозяйстве, млн. р.

Удобрение

¿партий,

Амидофосфат : НО,2 : 183,5

ШК 56,0 Карбамид с АТГ

хлопок ■ 128,0

рис 225,0 19,2

Результаты испытаний под различные сельско-хозяйст-ве-нне культуры показали более высокую эффективность разработанных новых форм удобрений на основе карбамида, по сравнению, соответственно, с карбамидом, нитроаммофоски иг/, нитроаммофоской.

7. Технические рекомендации по практическому использовании результатов исследования к их техноэкономическая эффективность

Полученные теоретические данные и результаты прикладных исследований позволили разработать технологию сложных гранулированных .удобрений ЛА<5 и KASK на основе фосфорной кислоты, солей калия, раствора карбамида I и П ступеней дистилляции, газов дистилляции; технологию ингибирования карбамида, повшения качества некондиционного продукта и получения удобрений (супергранулы, КСА. л др.) с новыш потребительскими свойствами.

Разработана технология ТШ (ададофосфата), КйФК, при-мзнение которых позволит в 1,2-1,7 раз повысить содержание питательных компонентов в сложных удобрениях. Выданы исходные данные для проектирования промышленных производств. На Невинношсском АО "Азот" начато строительство произведет: i амидофосфата. Разработана технология .ингибирования карбамида, предложена и отработана конструкция барабанного аппарата для нанесения ингибитора на гранулы. Выданы исходные данные для проектирования производства ингибированного карбамида 200 тыс. т/год. Предложена иотрабстана на опытной установке технология кондиционирования нестандартного карбамида в карбамид высшего качества. Предложена и испытана конструкция скоростного барабана-кондиционера. Предложены технические решения по получеьию стандартного карбашда на системах с высотой башен 40-60 м и по увеличению мощности систем не 18% без наращивания или строительства новых гран-башен. Отработаны технические^ решения по утилизации отходов производства, что позволит сократить расходные коэффициенты сырья на Z%.

Предложены технические решения для производства карбамида для кукурузы (супергранулы 7-Ю), для газонов и травяного покрова кортов и стадионов, для производства карбосульфата аммония, эффективного для риса я хлопка.

Выполненными исследованиями созданы теоретические

основы и дано решение научной проблемы производства новых высокоэффективных форм азотсодержащих удобрений, составляющих базу повшения ресурсосбережения при получении карбамида и удобрений на его основе и снижения отрицательных последствий окружающей среде от применения удобрения.

Технические решения, новизна которых подтверждена 10 авторскими свидетельствами и патентами России, отработаны на. опытных и опытно-промшленных установках. Сельскохоэяй-стевенными испытаниями промыпленных партий новых удобрений получен экономический эффект от прибавки урожая 995 тыс. руб. (в ценах 1990 года). Экономический эффект от снижения экологического ущерба окружающей среде, за счет уменьшения вымывания азота, вносимого с удобрением, в расчете на использование 100000 т/гоц ингибированного карбамида, составляет 230 мин. руб./год. Ожидаемый экономический эффект от реализации решений оценивается в 790 млн. руб./год.

ВЫВОДЫ

1. Выполненными физико-химическими и технологическими исследованиями созданы научные основы производства высокоэффективных удобрений на основе карбамида. Полученные новые данные по равновесию и свойствам систем удобрений, по разработке технологии новых форм ингибированных и сложных удобрений существенно расширили существовавшие представления о равновесии и процессах, протекающих в образующихся системах.

.Совокупность научных результатов, изложенных в диссертации, обосновывает решение важной народно-хозяйствен-"-ной проблемы повьиения качества карбамида, получения новых, более эффективных форм удобрений на его основе, достижения ресурсосбережения при производстве, транспортировании и использовании удобрений в сельском хозяйстве.

2. Определены физико-химические свойства систем карбамид -шноаимонийфосфат - (сульфат или хлорид) калия, показано,

что растворимость сульфата калия шише, чем хлорида.

Изучением кинетики процесса показано, "то при температурах П0-130°С и времени выдержки плава 20-40 мин,, накопление биурета не превьшает I%, а выделяющийся аммиак связывается до моноэамещенной соли.

Энергия активации разлечения для двойных систем возрастает с 8F до 125 кДж/моль, а для тройных систем - с 105 до 115 кДк/моль. Составлены диаграммы свойств и составов и К/©К. Разработаны принципы производства других перспективных форм удобрений, типа карбосульфат аммония, карбамида с микродобавками, капсулированного карбамида и карбамида с покрытием.

3. Изучением свойств ингибитора АТГ и равновесия в системэ АТГ - карбамид, определены термодинамические параметры фазовых переходов, снижение точек фазовых переходов на 10-21°С, определены давления парод над гранулированным продуктом и оптимальные составы, позволяющие достигать максимальную эффективность кнгибировангаго карбамида а сельском хозяйстве.

4. На основе данных кинетики разложения карбамида и ингибитора, их взаимного влияния на разложение и гидролиз, определены оптимальные приемы введения ингибиторов и отработаны технологии ингибирования карбамида как термолабильным, так и термическистабильным ингибиторами.

5. Предложены и отработаны с опытных и опытно-промышленных условиях технические решения и конструкция гасокоинтеисив-ного барр^ана-гранулятора для получения ингибированного карбамида, пс своим характеристикам существенно превосходящие зарубежные аналоги.

6. В результате исследования кристаллизации плава и селективного фракционного распределения его на взвешенных гранулах, сегрегации гранул и распределения их в о бьет завесы в продольном л поперечном сечениях объема грануля-тора, условия тепло- и массообмзна, предложены новый технические решения по кондиционированию низкосортного карбамида до требования продукта высиего Kat.jcTfta с одноврт-

<

шнной переработкой отходов производства. Опытными испытаниями разработанной технологии и конструкции барабана-кондиционера (патент России » 94-014726/26) показано, что их применение позволит на 2$ снизить расходные коэффициенты и получить, карбамид с прочностью гранул ~3 раза виде требований к карбамиду на мировом рынке, с истираемостью ниже в ~5 раз, что делает его конкурентным на мировом рынке и пригодным для сухого тукосмешения.

7. Разработаны принципы и отработаны технические приемы, направленные на реализацию запаса мощности технологических систем, увеличение мощности технологической нитки на 12-IEÊÉ без наращивания высоты башен грануляции с получением качественного карбамида и переработки значительных по массе отходов и трюмшх настылеР, образующихся при перевалках', хранении и транспортировании карбамида морским путец.

8. Предложенные новые технологические схемы и технические решения, новизна которых подтверждена авторскими свидетельствами и патентами России, проверены на опытных и опытно-проыыпленных установках. Испытанием трех партий общей кассой 30 т амидофосфата, в комплексах КРС получен экономический эффект от реализации прибавки привесов 110,2 тыс. руб. (в ценах 1990 г.); использованием опытно-промышленной партии ингибированного АТГ и КШ1 карбамида массой более 1300 т, получен экономический эффект ст прибавки урожая риса 714600 руб. (в ценах 1990 г.). Экономический эффект от реконструкции технологической нитки производства нитрофоски мощностью 300 тыс. т/год на выпуск удобрения НАМ составляет 5,2 млн. руб. (в ценах 1990 г.). Реализация решений по утилизации отходов собственного производства позволит получить экономический эффект от сн/жения расхода сырья 415000 руб./год, от реализации отходов танкерной перевозки карбаешда в расчете на перевалку и отгрузку - 100000 т/год карбамида составит 500 млн. руб./'год. Экономичесикй эффект от использования решений по увеличению мощности технологической нитки (II0000 т/год) без наращивания башен грануляции позволит подучить эксно!Ж'!<?окий эффект от снижения ка-

питальных затрат 4,0 шш. руб.

Экономическая эффективность кондицион"рования низкосортного карбамида, выпускаемого на технологических системах с башнями высотой 48-76 м составляет, за счет выпуска всей массы продукта высшим сортом, 1350 тыс. руб./год. Экономический эффект от снижения экологического ущерба окружающей среде, за счет укеньшения вымывания азота, вносимого с удобрением, в расчете на использование 100000 т/год ингибированного карбамида, составляет 230 млн. руб./год. Фактический экономический эффект от внедрения результатов исследования на 1991 год составил 995 тыс. руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Михайлов КЗ. И. , Кириллов И. П. . Сарбаев А. Н. Метол гранулирования высококонцентрированых карбаиидосолержа-щих сложных удобрений в минеральном масле//Изв. Вуз. химия и хим. технол. . 1972.-N15.-С. 391-395.

2. Сарбаев А. Н. . Кириллов И. П. , Михайлов Ю. И. и др. Некоторые физико-химические свойства гранулированных сложных удобрений // изв. Ваз СССР. Химия и хим.

технология. - 1972. - вып. - N 15. - С. 571-578.

3. Сарбаев А. Н. . Кириллов И. П. . Михайлов Ю. И. . Литое Ю. Н. Получение гранулированного карбоаммофоса в опытно -промышленон аппарате с псевдоожиженным слоем // Изв. ВУЗ СССР. Химия и хим. технология. - 1 973.-вып. 16. -N12. -С. 1852 -1858 с ил.

4. Сарбаев А. Н. , Михайлов Ю. И. . Полякс-д Е. В. и др. Разработка промышленного процесса получения карбоаммоФо-ср .и карбоаимоФоски из .растворов и пульп с обезвоживанием в Факеле распыла и гранулированием в псевлоо-жиженном слое// Тезисы докладов всесоюзного совещания. Интенсификация технологических процессов и совершенствование оборудования для массообмена, обР-чво-живания и грануляции минеральных удобрений и других химических продуктов. -Сумы. - 1973.-С. 75-76.

5. Сарбаев А. Н. . Полякова 3. А. . Михайлов Ю. И. и Дг>. Получение карбоаммофоса и харбоаммоФоски ца схеме с нейтрала лииеи аммиака газов дистилляции//Журн. Хим. лром-сть. -1974. -N1.-С. 31-36.

6. Михайлов Ю. И. . Сарбаеа А. Н. 1 Кириллов И. П. и др. Иссле-

дование гранулирования карбоаимофоса и карбоапмофос-ки в тарельчатом грануляторе//Изв. ВУЗ СССР. Химия и хим. технология. 1973.-вып. 16.-N11. - С. 1695-1699 с ил.

7. Сарбаев А. Н. . Полякова 3. А. . Михайлов Ю. Н. и др. Физико-химические и технологические основы получения новых видов высококонцентрированных сложных удобрений кэрбоаммофосэ и кэрбоаммоФоски// Журн. ВХО им. Д. И. Менделеева. -1.20. -N3. -1975 -С. 35?.

8. Сагбаев А. Н. . Полякова 3. А. . Михайлов Ю. И. и др. Получение водорастворимой бесхлорной карбоамгофоски// Журн. хим. пром. - 1976.- N10.-С. 29-32.

9. Сарбаев А. Н. ,Стригин А. Ф. , Михайлов Ю. Н. и др. Аппарат для гранулирования сложных удобрений //Реферативный сборник. Химическое и нефтеперерабатывающее машиностроение,ЦИНТИ- ХИМНЕФТЕМАШ. серия ХМ-1.-1974. -N1.-0.8 с ил.

10. Михайлов Ю. И. , Картошкин А. Д. , Сарбаев А. Н. м др. Исследование гранулирования карбоаммофоса и карбоам-мофоски в аппарате барабанного типа СБГО//Труды НИУИФ. 1975. -вып. 226.-С. 15-18.

11. Сарбаев А. Н. , Полякова 3. А. , Михайлов Ю. И. и др. Разработка технологии карбоаммофоски на основе полупродукта синтеза карбамида/Тезисы докладов советских учасников конгресса,8 международный конгресс по минеральным удобрениям. -М. ! -1876. -Т. 2.

12. Сарбаев А. Н. . Михайлов Ю. И. и др. Разработка безотходной технологии нового синтетического кормового сред-ства-амидоФосФата/ Тез. доклад. 11 Всесоюзной научной межвузовски» конференции по технологии неорганических веществ И минеральным удобрениям// Новочеркасск. -1978. -Ч. 1. -С.

13. Михайлов Ю. И. , Водопьянов В. Г. Влияние ингибиторов нитрификации Н-серве и АТС на гигроскопичность карбамида/Межвузовский сборник научных трудов. Теоретические и прекладные исследования в области технологии минеральных удобрений //Л. !Т1984.-С. 110-112.

14. Михайлов Ю. И. .Водопьянов В. Г. , Янишевский Ф. В. , Ко-тельникова Н. А. Влияние ингибитора нитрификации "Н-серве"на Физико-химические свойства карбамида // Журн. Хим. пр-сть. -1985. -N2. -С. 33-35.

15. Янишевский ?>. В. . Блюм Б. Г. , Михайлов Ю. И. и др. Рекомендации по изучению эффективности перспективных ингибиторов нитрификации СКМП.ДЦДй, АТП в лоборотор-ных. вегетационных и полевых опытах// М. : -НИЫИФ. -19&5. ~С. 19.

16. Михайлов Ю. И. , Водопьянов В. Г. и др. Получение карбамида, содержащего ингибитор нитрификации 4- амино--1.2,4- -триазол//Журн. Хим. прои-сть. -1985. -N£.-0.28-31.

17. Михайлов Ю. И. , Водопьянов В. Г. и др. Получение ингиби-рованного карбамида и его некоторые физико-химические свойства//Хурн. Хим. пром-сть,-1986.-N6. -С. 24-26.

18. МииайлоЕ Ю. И. . Казимиров О. Е. , Водопьянов В. Г. Новые фосфоросодержащие комплексные удобрения и их физико-химические сЕойства//Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Фосфаты-87". -Ташкент.-1987.-С. 230.

19. Михайлов Ю. 11. , Никандров И. С. , Водопьянов В. Г. и др. Получение и физикохимические свойства карбамида с А'ГГ//Журн. Хим. пром-сть.- 1980.-N4.-С. 21-22.

20 Кязимиров 0. Е. , Михайлов Ю. И. , Водопьянов В. Г. Влияние АТГ на термодеструкиию карбамида//Тезисы докладов 15 Всесоюзной конференции по химической технологии неорганических веществ//Казань.-1991. -С/181.

21. Водопьянов В. Г. , Полякорр 3. А. .Магидов Е. М. , Михайлов Ю. И. Разработка техни.Ю! получения карбамида, мрди-. фицированного КМП/ Журн. Хин. пром-сть. -1991. -N1. -С. 26-27.

Михаилов 'П. И. , Никандров II г. , Водопьянов Р.. Г. и лг. Влияние гпццрстного присутствия иикроэпригнтов Си, Со, ч ингибитороп нитрификации на качег'Тро -ар ó ÍIMH Л [Ic'i-I- П>-'К ТИРЫ рДЧРИТИЯ И ИТ по Л I" '-!!) ро ПИП минеральных удобрений с микроэлементами. Тезисы докладов на ум но - про и чво дстр.рннои конференции. - Кире, - 1 -'Г. В!

£3. Михайлов Ю. И. , Ник^ндрпв И. с , Рояопьяног. В. Г. Ппдучр нир* карбамида улучшеного качества// ¡Курн. Хим.

прпм- оть • ¡ '-i»b. -NH -i' ROH-.bOa.

j'i Михайлов ni. И .Никандров И. С. , Водопьянов Д. Г. и пг Получение карбамида повышенной прочности и пояптипи рованного ингибитором нитрификации// Тез.межреспубл. научно-технической конФеренции"интенсиФикация про-üoi-oüc ;:H:::I'IÍÍC::O;Í Т£::!:с."ог,!м". "Пгэиссси Тгчт;

¿eirr. -1S33. С.'ÍD-uG.

25. Водопьянов В. Г. , Полякова 3. А. , Михайлов Ю. И. и др. Карбамид с ингибитором нитриФикаиии//Журн.Химия в селюком хозяйстве. - 1985.-Т. 23.-N10.-С. 23-25.

26. Водопьянов В. Г. , Михайлов Ю. И. Физико-химические свойства карбамида модифицированного КМП//Журн. Химия в сельском хозяйстве.- 1986.-N9.-С. 31-32.

2?. Янишевский Ф. В. , Блюм Б. Г. , Михайлов Ю. И. Сравнительная эффективность КМП и других ингибиторов нитрификации// Хурн. Агрохимия.-1985. - N3.-С. 18-25.

28. Ветрукова А. М. , Сарбаев А. Н. , Михайлов Ю. И. и др. Эффективность новых сложных удобрений-карбоамноФоса

и карооаммоФоск'и в повышении урожая и качества герма озимой пшеницу/ /Доклады ВАСХНИЛ. -1 973. -NI 1

-С. 10-12.

29. Сенницкэя Л. И. , Янишевский ф. В. , Михайлов К]. И. и др. Слскныв .удобрения на основе мочевины и их агрохимическая эффективность// Х.урн. Химия в сельском хозяйстве. -1975. -Mi. -С. 22-24.

30. Кэпл.уновз Л. С. , Сарбаев А. Н. , Михайлов Ю. И. Результаты агрохимических испытаний карбоаммоФоса//Хурн. Хи-пи.г в сельском хозяйстве.-1974.-N3.-С. 34-36.

31. Михайлов К). И. . Никандров И. С. , Ким П. П. и др. Определение состава и физико-химических свойств минеральных удобрении и солей-' Методические указания к лабораторному практикуму по ГНВ для студентов «1 и 5 курсов специальности О0ОЗ//Дзержинсх, I963-C, 45.

32. А. С. N304824 СССР МПК С 05 С 1/02 Способ получения

грану гованных азотно-фосфорных удобрений/Сарбаев А. Н. .Кучерявый В. И. . Михайлов Ю И. и др. / Заявл. 26. 05. 1969. ; Опубл 12. li. И. N33

33. А. С. N497290 СССР МКИ С 07 С 127/24. Способ получения смесей на основе биурета для кормовых целей/Сар-баев А. Н. .Корякин А. Г. . Михайлов Ю. И. и др. // Заявл. 18. 06. 197?): Опубл. 30. lJ>. 1975. -Б. И. N4&.

3-3. Л. С. NftJR572 СССР МКЛ А 23 К 1/22. Кормовая добавка для животных/ и арб а ев А. Н. .Михайлов Ю. И. . Мошкевич .'/. о. // .'аявл. 23. 1 i. 1У72: Опубл. 15. 05. 19*8. - Б. II. N68.

35. A. с. N9г 1838 СССР МКИ С яь ü 3/08. Ингибитор нитриФи-

S ШИН л Г .ТННХ УДПГ г =n,;il 'Г,- дспьянов В. Г. .Голов В. Г. . Михайлов. Н1 и. и др. '/Заявл. 3. 03. 81; Опубл. 7. 11. 198S. - F И. N1!

36. А. С. N1203091 СССР ГШ С 07 0 249/14. Способ получения 4-амино-1. 2, 4- триазола/Водопьянов В. Г. , Лавков-ская М. А. .Михайлов Ю. И. и др.-N3597694/23-04; Заявл. 14. Ьз. 1982; Опубл. 7. 01. 1986.-Б. И. N1.

37. А. С. N1113379 СССР МКИ С 05 О 3/08. .Производные ЗС55-метилпиразола в качестве ингибиторов нитрификации азотных удобрений/ Водопьянов В. Г..Мартьянова

Л. И. , Михайлов Ю. И. и др.ССССР).- N359^917/23-04// Заявл. 20. 05. 1983; Опубл. 15. 09. 1984.-Б. И. N34.

38. А. С. N973531 СССР МКЛ С 07 0 239/47. Способ получения 2-цианаминопиримидинов/Водопьянов В.Г.,Голов В. Г. , Дергч- М. Г. , Попова Н. А. , Михайлов Ю. И. // Заявл. 11.03.1981; Опубл. 15. 11. 1982.-Б. И. N42.

39. А. С. N1198059 СССР МКЛ С 05 & 3/08. Способ получения азотных удобрений/ Водопьянов В. Г. , Дергунов Ю. И. , Иванов М. Г. , Михайлов ю. И. . Полякова 3. А.//Заявл. 20. 03. 1984; Опубл. 15. 12. 1985. -Б. И. N46.

40. А. С. N158174^ СССР МКИ С 120 1/00. Способ определения активности ингибиторов нитрификации амионийного азота в почве/Водопьянов В. Г. .Михайлов Ю. И. ,Никан-дров И. С. и др.// Заявл. 1. 02. 1988; Опубл. 30.07.1990. -Б. И. N28.

41. А. С. N1761249 СССР МКИ Ь 01 j 2/12. Барабанный грану-лятор/Михайлов Ю. И. , Никандров И. С. .Казимиров 0. Е. и др. //Заявл. 7. 05. 1995; Опубл. 15. 09. 1&92. -Б. И. N34.

lB.0i.96 Зак 83-90 РТИ ПК СИНТЕЗ Лооковсюы пр.26