автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Разработка технологии комплексных удобрений на основе исследований сложных систем, содержащих фосфаты аммония

РГ6 о* - 8 ОИ

Нэ правах рукописи

МЕЛЬНИКОВ СЕРГЕЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЙ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ, СОДЕРЖАЩИХ ФОСФАТЫ АММОНИЯ

05.17.01 - Технология неорганических веществ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996г

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте по удобрениям и инсектофунгицидам им.проф.Я.В.Самойлова (НИШ НПО "Минудобрения")

Научные руководители: доктор технических наук, профессор А.А.Бродский; кандидат экономических наук В.Б.Бабкин.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Классен П.В.; кандидат технических наук, доцент Каграманов Г.Г.

Ведущая организация - Новомосковская АК "Азот"

Защита состоится огтлйи? 1996г

в // час. в конференц-зале на заседании диссертационного совета К- 158.02.01 в Научно-производственном объединении "Минудобрения" по адресу: 117919, Москва, Ленинский проспект, 55.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке НИУИФ НПО "Минудобрения"

Автореферат разослан /*" С/УгЛл^^У 1996г

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат химических наук

В.И.Суходолова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТА

АКТУАЛЬНОСТЬ ДРОЕЕ.И.Научно-обоснованная потребность России з минеральных удобрениях к 2000 г. додана составить 16,5 млн.т /У?К-удобрензй, з то время как объем поставок удобрений в 1995г. достиг всего 1,2 млн.т.

Обеспечить сельское хозяйство нужным количеством туков реально, но при коренной модернизации существующих цроизводстз минеральных удобрений. В настоящем исследовании разработана и внедрена эффективная технология комплексных удобрений, включающая новое аппаратурное оформление лимитирующей стадии цроцесса. Технология обеспечила производство /VPK-удобрений большой единичной мощности при существенном сокращении энергозатрат.

Разработанный процесс может быть использован для модернизации действущих систем фосфорсодержащих удобрений.

ОСНОВНОЙ ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ является создание эффективной "технологии комплексных удобрений, позволяющей организовать.производство большой единичной мощности.

Конкретными задачами исследования являются:

1. Физико-химические исследования систем фосфатов аммония для обоснования аппаратурного оформления стадии аммонизации.

2. Физико-химические исследования системы фосфат аммония-кар-бамид для обоснования технологии /VPK-удобрений.

3. Разработка и исследование аппаратурного оформления и технологии /VPK-удобрений.

•4. Опытные и опытно-промышленные исследования с целью организации промышленного производства /VPK-удобрений на предприятиях , России.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На основе выполненных физико-химических исследований ( системы фосфатов аммония и фосфат аммония-карбамид) разработана эффективная технология /VPK-удобрений в новом аппаратурном оформлении.

Изучена кинетика образования фосфатов аммония, что позволило обосновать конструкцию реактора для аммонизации фосфорной кислоты.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ПЕННОСТЬ. Разработанная конструкция струйного реактора внедрена на 6 технологических линиях производства фосфатов аммония на Череповецком АО "Аммофос". Выданы рекомендации для организации промышленного производства /VPK-удобрений по новой

технологии-для Череповецкого АО "Аммофос" и других заводов отрасли.

.чПРОБАШ? РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались и обсувдались на Всесоюзной отраслевом совещании "Перспективы развития производств серной кислоты и фосфорных удобрений до 2000 года" (ГА "Агрохим", г. Воифесенск, 24-26 октября-1990г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано 3 статьи в научно-технической литературе и получено I авторское свидетельство.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы, включающего 91 наименование.

Работа излогена на 136 листах машинописного текста, содержит 35 рисунков и 30 таблиц.

С0ДЕР2АНИЕ РАБОТЫ

Бо введении дано обоснование актуальности теш и сформулированы основные принципы исследований.

3 первой главе (литературный обзор) приведен критический анализ существующих технологий комплексных удобрений и аппаратурного оформления основной стадии процесса-нейтрализации фосфорной кислоты.

Еа основе цроведенного анализа сформулированы цели и задачи диссертации.

Б главе второй приведены результаты физико-химических исследований систем: фосфаты ашония и фосфат аимония-карбамид.

Физико-химические исследования цроводились' с целью обоснования стадии аммонизацшз (система фосфатов ашония) и непосредственно технологии комплексных удобрений (система фосфат ашония- карбамид) .

Система сос5атоз аммония: (//Н^зНРО^ - /УН^^О^ .

I. Исследование давлений паров компонентов в системе . //К4Н2Р04 - (/УК4)2НР04.

Для исследования равновесия в системе конденсированная фаза-газовая фаза использовали разработанный ранее згооматографический вариант динамического метода, при котором колонка с образцом включена в схему газового хроматографа перед измерительной ячейкой дифференциального детектора по теплопроводности, поток газа-носи-

теяя (гелия) насшцается в колонке-реакторе лету чини компонентами и регистрируется выходная кривая; высота ступени пропорциональна разновесной концентрации компонента. Для одновременной регистрации равновесия и кинетики выделения аммиака и воды использовали схему с разделенизшотока посла реактора и двумя детекторами,при этом записывали кривуэ выделения как /УНз и 1^0 суммарно, так и кривую выделения только /УНд посла поглощения воды в патроне с сухим КОН; опыты проводили в изотермических условиях и при программируемом нагреве образца. При исследовании использовали реактивы (Л/Н4)2НР04 и //Н4Н2РО4 квалификации "хч".

Для доказательства достижения равновесия варьзрозала время контакта (высоту образца в колонка, количество суспензии и ее соот-нозегшэ с твердым носителем, скорость гелия). Дополнительно достижение равновесия подтверждали путем подхода к нему с двух сторон по температуре.

Показано, что метод дает возможность учитывать изменение состава раствора в результата разложения диаммонийфосфата и накопления мояоаммоний^осфата в ходе эксперимента.

Парциальное давление аммиака в газовой фазе определяли после поглощения воды из потока газа-носителя в патроне с сухой щелочью. Погрешность определения концентраций аммиака и воды не превышала 5% отн.

В результате экспериментов были определены парциальные давления Щ и &>() над насыщенными растворами смесей (Л^)^^ 2 Л^Н^РО^. Установлено, что парциальные давления аммиака в газовой фазе возрастают при увеличении отношения /УНд.-НзРО^, особенно по мере приближения к 2 (так, при 90,7°С изменяется в пределах 0,01-0,40 кПа для мольных отношений /УНдгН^РО^ соответственно 1,25 и 1,50 и возрастает до 8,8 кПа для отношения 1,80).

Накопление моноаммонийфосфата в растворе существенно влияет на снижение парциального давления аммиака при постоянной температуре.

Зависимость парциального давленая воды от отношения ^/^НдРО^ (рис.1) согласуется с экстремальным характером растворимости.

2. Исследование кинетики образования фосфатов аммония.

Аммонизацзя фосфорной кислоты протекает в сложной гетерофазной системе Ж-Т-Г и является многостадийным процессом, поэтому необт ходимо выявление отдельных стадий и их роли в суммарном процессе,

25 L ^^y

20 1 . . ■_:-i-¡_

0,5 1,3 1,7 2,0

¡¿олькое отношение /УЙ3:НзР04

Puc.I. Давление паров г^О над насыщенными растворами

фосфатов аммония пои температурах 85,2 (1)-и 71,8°

(2)

поскольку потери аммиака при получении фосфатов аммония, особенно диаммонийфосфата, могут определяться соотношением скоростей аммо-низации ж разлогения. Таким образом, в задачу работы входит изучение кинетики аммонизацш кислоте и разловения диаммонийфосфата (данные о кинетике разложения моноаммоний$осфата имеются).

Методика исследования кинетики образования фосфатов аммония аналогична методике, применяемой при исследовании давлений паров компонентов.

Для изучения процесса ашгонизации фосфорной кислоты разработаны два варианта метода: I- проточный вариант, при котором в поток смеси аммиака с гелием кидкостши пщрицем бзодиле микрокашю фосфорной кислоты и регистрировали кинетику убыли аммиака из потока; 2- импульсный вариант хроматографического метода, при котором дозу аммиака в потоке гелия подазали на фосфорную кислоту, нанесенную на- инертную подложку (кремнеземистый носитель порохром-десперскость 0,3 - 0,6 к:.:; S - 1,1 м^/г).

Для изучения кинетики термического разложения фосфатов применяли Д2^ферекциально-1гооточный метод в условиях, обеспечивавших црямопропорциональнуа зависимость высоты сигнала детектора от скорости выделения газообразны** продуктов. Для изучения разлоне-ния в расплавленном состоя:-:;:;; образцы готовил' нанесением соли

яз водных растворов различных концентраций на порохрсм; содержание фосфатоз з смеса о инертоа варьировали з пределах от I до 4£>% (рассчитанная толпдана слоя менялась от 0,5'10~^жм до 40>Ю_^укм).

Характерные кянетяческие кривые поглощения аымзака аз потока црз аыыонизации капля фосфорной кислоты представлены на рис.2.

Ряс.2. Кинетические кривые аммонизацил капля фосфорной кислоты.

%зР04 = 55,о%, ¿ =25°С, размер капля 3 шел, Н-зысота сигнала детектора, Сд^ з потоке {.%): 1-40,3; 2-21,1; 3 -9,5; 4 -4,1.

Как видно, процесс начинается с максимальной скоростью и резко тормозится во временя. Визуальные наблюдения показали, что при введении капли происходит ее практически мгновенное помутнение за счет образования корки продукта; механическое разрушение этой корки вызывает "всплеск" скорости процесса (участок "аз" на кривой I), полная аммонззация до диаммонлйфосфата не достигается. Увеличение концентрации з:.;.аака от 1,5 до 40^ позыиает суммарную стешгнь аммонизают от I до 60*.

В импульсном методе получали, интегральные кинетические кривые путем суммирования количества поглощенного аммиака в серии единичных импульсов и времен:! контакта импульсов. Установлено, что при толщине слоя кислоты 2-Ю~^мк:л обеспечивается практически 1СС;» амыонизация фосфорной кислоты (в пересчете на диакмонплфосфат).

Анализ совокупности данных по акмонизации фосфорной кислоты црозодали применительно к схеме, вклшчавдей следуюдае стадии: растворение и реакцию /УК3 и Н^О^, диффузию в еидкой фазе, кристаллизацию фосфатов, диффузию /УН^ через сдой твердого продукта к границе ыадкой фазы. Полученные результаты позволяют заточить, что в изученных условиях (температура 20-25°С, концентрация кислоты 50-88,5/2) происходит послойная по глубине кашш иле пленки отработка еидкой фазы; суммарный процесс лимитируется диффузией /Уйд через слой продукта; оценена минимальная толщина' слоя фосфата, образование которого приводит к экранирования жидкой фазы и практически к прекращению процесса аммонизации -г-Ю^ыкм. При этом, диффузия в еидкой фазе протекает относительно медленно по сравнению с кристаллизацией фосфата; возмоено насыщение пленки кислоты до состава диаммонийфосфата и его кристаллизация; взаимодействие кислоты (гадкое ядро капли) с фосфатом протекает относительно медленно (>• 60 мин).

При-исследовании кинетики термического разлокения фосфатов было показано,'что разложение с заметной скоростью начинается при 80 и Ю5°С для да- и моноаммонийфосфатов соответственно. Разложение диамшнийфосфата протекает с выделением только аммиака и образованием цоноаммонийфосфата; последний разлагается с одновременным выделением аммиака и воды, соотношение которых меняется в зависимости от температуры и степени разговения. Твердофазное разложение фосфатов возмоено до температур 160 - 165°С и протекает с нарастанием скорости во времени. Переход в расплавленное состояние происходит в интервале 165 - 1Э0°С и зависит от степени разложения фосфатов, поскольку накопление продуктов разложения сникает температуру плавления реакционной смеси. Определены ка-нущиеся анергии активации твердофазного разлокения: 75 и 58 кДе/коль для ди- и моноашонийфосфатов соответственно.

Полученные данные дозволяют сделать заключение, что наблюдаемые значительные потери аммиака при производстве диашонийфосфа- . та (мольное отношение //^НдРО^ 1,7 - 1,8) связаны с кинетическими ограничениями процесса аммонизации фосфорной кислоты.

Система саоошат ашония - карбамид.

Одним из основных вопросов, возникающих при разработке технологии комплексных удобрений на основе диашонийфосфата И'карбаш-да, является вопрос о способе введения карбамида (в виде плава

з транслятор, в фосфатную пульпу и др.). 3 связи с этим необходимо было изучать термическое раз.тоаен::е смеси даамаониЗфосхагг и карбамида.

Система диамглонийфоофат-карбашд была изучена с применением методов термического и химического анализов. Нагревание тонко измельченных смесей карбамида и дпаммонийэосфата осуществляли в открытых платановых тиглях на воздуха при атмосферном дазлен^п. Зталон А120з. Скорость нагрева образцов 1,5 град./млн. Навески образцов составляли 1г. Были сняты дершатограммы диаммонийфосфа-та и карбамида, а такае их смеси с содераакием 20, 40, 60, В0% карбамида и соответственно с содержанием 80 , 60 , 40 з 20,1 дз- ■ аммонийфосфата. На основании полученных данных построены кинетические кривые разлояения смеси дааммонзйфосфата и карбамида (рис.3). Как видно из рисунка зависимость степени разлокеязя карбамида от содержания диаммонийфосЗата имеет экстремальный характер при 20^-ном содержании ДАФ в смеси.

Рис.3. Влияние дааммониЩюсфата на разложение карбамида в смеси (/VH^JjHPO^ + COC/VÏ^. Время прогрева (час): I- 4, 2- 3, 3- 2, 4- 1,5 5-1, 5- 45 мян.

Карбамид также оказывает влияние на конверсию диаммонийфоофата. Введение даке небольших количеств карбамида в диашонийфосфат значительно увеличивает степень его конверсии. Чем больше содер-нание карбамида б смесях, тем быстрее идет конверсия (/VH4)¿НР04. При содержании в смеси 20% карбамида процент конверсии диаммонийфоофата за I час составляет 39,89 , а при 80$ СХ}(/ИН2)2- 88,12.

Образцы с содержанием диаммонийфоофата 20, 80 и 100? масс., . прогретые в течение одного и четырех часов, были исследованы методом бумажной хроматографии на качественное и количественное содеркание полиформ Рз®5* Результата анализа показывают, что при нагревании образцов в течение одного часа образуется только пи-рофосфст-ион, после четырех часов в образцах появляются триполн-е тетраполифоофат-ионы.

Таким образом, проведенные исследования показали, что конверсия диамионийфосфата ускоряется в присутствии карбамида, но в меньшей степени, чем ыоноашонийфосфата. Введение (A/S^jjHPO^ в количествах до ~ 40% сникает степень разложения карбамида. Поскольку для получения уравновешенного удобрения соотношение между (А/В^2НР04 и 00(^2^2 составляет ~60:40, то введенный диашонийфосфат будет несколько повышать степень разложения карбамида, но в меньшей степени, чем моноашонийфосфат .Поэтому для производства комплексных удобрений с использованием карбамида и фосфатов аммония целесообразно использовать диашонийфосфат. ■ В главе третьей приведено исследование технологии аммониза-ции фосфорной кислоты в струйном реакторе. В технологии комплексных удобрений вакнейсшм элементом схемы является амыонизация фосфорной кислоты. Достигнутые параметры на этой стадии определяют состав продукта, мощность установки, газовые выбросы и т.д.

Выполненные в главе 2 исследования по кинетике амионизации фосфорной кислоты показали, что лимигирувдим. фактором 'является диффузия через слой продукта. Следовательно, аппаратура для аммонизации кислоты должна обеспечить эффективное смешение реагентов. Таким аппаратом, как следует из аналитического обзора, является струйный реактор, имеющий к тому Ее минимальные потери тепла химической реакции.

Исследования были начаты на опытной установке, где струйный реактор использовался для получения пульпы фосфатов аммония и ее последующей переработке на гранулированный аммофос в аппаратах ETC.

Производительность установки составляла около 300 кг/ч (аммофоса); в опытах использовалась экстракционная фосфорная кислота концентрацией Ъ2% Р2О5.

Проведенные опыты показали следушцее:

- струйный реактор в течение длительной эксплуатации функционировал стабильно;

- струйный реактор обеспечивает аммокизацав фосфорной кислоты до мольного отношения /УНз:Н<зР04«1,4 при выбросах аммиака, обеспечивавших нуянул степень очистки в абсорбере;

- струйный реактор обеспечивает нормальнув грануляцив фосфатов аммония.

Б связи с этим струйный реактор был рекомендован для промышленных испытаний.

Промышленные испытания струйного реактора. Испытания проводила на Череповецком АО "Аммофос" в цехе производства аммофоса. Судаость способа заюшчается в аммонизациа экстракционной фосфорной кислоты в струйном реакторе и в подаче аммофосной пульпы непосредственно в аппарат ETC.

Конструкция струйного реактора, разработанного НШШШАШ, представлена на рис.4. Струйный реактор состоит из смесительной го-

I Аммиак

лобке 2 реакционной трубы, в конце которой установлен завихритель, обеспечивающий распыление нейтрализованной пульпы в аппарате ЕГО. В смесительную головку поступает аммиак (газообразный) и экстракционная фосфорная кислота. Аммиак подается по центру реактора через перфорированный стакан. Фосфорная кислота вводится тангенциально через боковой патрубок.

Исследования проводились в широком диапазоне технологических параметров. Б качестве примера приведены средние значения технологических параметров цри концентрации кислоты 38,5$ Р^:

Показатели:

Струйный реактор

Концентрация ЗЭК, % Р205 " 38,5

Расход ЭЖ, т/ч 20,0

Расход Л^, т/ч 3,7

Давление, кгс/см2 3,5

Температура пульпы, °С 153

Иольное отношение Л-'Ко'.Н^гО^ • 1,30

рН 5,8 Аппарат Е?С

Расход природного газа, к3/ч 250

Расход воздуха, ткс.м3/ч 3,9

Расход воздуха П, тыс.гг/ч 17,0

Температура газа на входе, °С 258

Температура газа на выходе,°С 93

Злакнооть пульпы, % Н20 16

Абсорбционная система

Концентрация /УН3 на входе, г/м3 5,5

Концентрация /УН3 на выходе, г/м3 0,16

Качество готового продукта

?205 обм.. % 52,5

Р205 усв.,£ 52,1

N 13,1

п20, % ■■ 0,78

Прочность гранул аммофоса, ЫПа 8,1

Сбработка результатов испытаний позволила установить зависимости технологических параметров от концентрации ЗЖ. Па рис.5 показана зависимость температуры пульпы в реакторе и расхода тепла

[О

Е

со и

о и о

а

о

. О!

я «

о

го р<

400

300

Концентрация ЗЗК, % Р2О5

Рис.5. Зависимость оасхода црзродного газа, температуры в"струйном реакторе и топочных газов на входе в ЕГО от концентрации ЭФК:

I- температура топочных газов, 2- расход природного газа,

3- температура в • струйного реакторе.

на сушку продукта от концентрации ЭЗХ. Как видно из рисунка, с увеличением концентрации кислоты от 38 до 47* Р20д температура в реакторе возрастает от 140 до 180°С, расход тепла при этом сокращается цриблззительно в три раза.

Изменение концентрации аммиака в отходящих газах от концентрации кислоты при мольном .отношении /УНз'-НдРО^ 1,1 и 1,4 показано на рис.6, из которого видно резкое увеличение концентрации аммиака при повышении степени акмонизас^и. Следует отметить, что при

16 Н

37 39 41 .43 45 47 _ ^ '

^ОКЦбНТрсП^'Я /6 Р^Сг;

Рис.6. Зависимость концентрации ам^ака е газ-зх ка выходе -¡:з аппарата ЕГС от концентрации ЭК. «¡элг-ное отношение /•/г.^Л^ц : 1- 1,-1; 1,1

всех изученных параметрах существующая система абсорбции обеспечивала' нуянув степень очистки газа.

Последующие испытания были проведены на жидком аммиаке, которые показали, что реактор стал работать более устойчиво.

Рекомендации для промышленных аппзоатоз.

Как показали опытно-промышленные'испытания,разработанная конструкция струйного реактора обеаючизает получение фосфатов аммония при производительности до 20 т/ч.

Конкретные рекомендации для промышленных аппаратов заключаются" в следующем:

1. Конструкция реактора согласно рис.4.

2. Агрегатное состояние аммиака — жидкое.

3. Концентрация ЭКС на входе ъ реактор 38 - 47£ Р20^.

4. Мольное отношение Л^Н^РО^ = .1,0 - 1,4.

5. Температура пульпы в реакторе (жидкий аммиак) 120 - 160°С.

6. Рабочее давление в реакторе .2,5 - 3,0 кгс/см2.

С целью расчета цромышленных реакторов разной производительности была разработана математическая модель проекта.

В главе четвертой приведено исследование технологии комплексных удобрений на опытной установке.

Разработанный струйный реактор позволяет эффективно осуществлять основную стадию процесса получения комплексных удобрений -амыонизадаю фосфорной кислоты, -поэтому технологическая схема опытной установка включала струйный ¡реактор. Так как наибольшая потребность сельского хозяйства относится к марке 1:1:1, то основное внимание было уделено изучению технологии продукта именно этого состава. Исходными компонентами в соответствии с результатами физико-химических исследований .^являлись даадаонийфосфат и карбамид, а также хлорид калия..

Технология комплексных /УРК-даобраний отрабатывалась на опытной установке производительностью —'500 .кг/час.

Технологическая схема .(рпс.7)

Экстракционная фосфорная кислота концентрацией Р^О^ разбавляется до концентрации ~40^ Т^р^ л аммонизируется в струйном реакторе поз.1. В сборник поз.З предусмотрена подача сухого сульфата аммония. В бак поз.5 подается хлористый калий из бункера с помощью питателя. Полученная лульпа подается в аммонизатор-

(/VH4)2S04 KCI KCI

Рио.7. Техиодогичвокая охвма опытной уотаковки.

I-струйный реактор, 2- бак, сборник дулыш, 4г.плавптадь карбамида^ 5- бак, 6- аммонизатор-грануллтор, 7- топка, 8- оу'ппшннй барабан. 9- грохот, Ю-дробилка, H-,<JyKJtep.rQTp?or,o продукта«.; •

i

-гранулятор поз.6 через форсунку. В АГ подается хлористый калий и ретур. Для донейтралпзацип шихты до мольного .отношения /УНз:НдР04~1,7 а АГ через распределительную гребенку поступает газообразный аилиак. Шахта из АГ поступает в сушильный барабан поз.8, где продукт высушивается до влажности -1%, Из сушильного барабана поз.8 продукт подается на грохот поз.9, где происходит его рассев на три фракции..Мелкая фракция (менее I мм) в качестве ретура воззрапзется в АГ. Крупная фракция (более 4 мм) дробится в дробилке поз.10 и возвращается на повторный пересев. Готовый продукт с грохотов поступает в бункер готового продукта поз.II.

На первом этапе, при получении гранулированной диаммофоски марки 9:25:25, ЭКС разбавляли до концентрации ~ 40$ Р2О5. Разбавленную кислоту нейтрализовала аммиаком в струйном реакторе до мольного отношения ЛЯ^НдРО^ = 1,3 -1,4 (рЗ= 5,9- 6,1). В полученную пульпу зводили хлорид калия из расчета, чтобы количество К^О составляло 20 - 100$ от содержания Р2О5 в пульпе. Оставшееся количество хлорида калия подавалось в АГ вместе с ретуром. В АГ такге производилась доаммонизацля шихты до мольного отношения Л^НОД = 1,68- 1,74 (рН = 6,5 - 6,6).

На втором этапе, при получении комплексного удобрения Марки 1:1:1, изучали способ введения карбамида. С этой целью были проверены варианты подачи карбамида в АГ: в гранулированном виде, в виде ~85#-го плава и в смеси с нейтрализованной пульпой с мольным отношением А^з'-НдРОд /V 1,4. Хлорид калия при этом вводили в сухом виде с ретуром.

На различных стадиях технологического цроцесса производился замер температур, величины рН; определялся химический и гранулометрический состав продукта из АГ и сушильного барабана, а такке состав газов из АГ и СБ.

Результаты опытных испытаний процесса получения комплексных удобрений подтвердили стабильность разработанной конструкции струйного реактора при аммоказацлп фосфорной кислоты до мольного отношения ~1,4.

Гранулометрический состаз продукта из АГ приведен.на рис.8. Расчетная влажность ^хгы на входе в АГ составляет 7,5 - 8,5$ (при грает^розанли Азашофоски) и 4 - 5% (при получении комп-лег.оплх удобрений). Влажность шихты на выходе из АГ 4,0 - 8,0$ и 3,0 - 4,5$ из СБ.

d

Рис.8. Зависимость эквивалентного диаметра гранул: от времени

грануроз акия; массового отношения ^О-^Од в пульпе (а); способа введения карбамида (б).

Массовое отнопение XgO^Og в пульпе: I- 0 (KCl подавался в АГ), 2-0,24; 3-0,35; 4-С,6; 5-1,0. Способ введения карбамида: 6- в пульпу фосфатов агония, 7- в виде плава, 8- в виде гранул.

Показано, что введение 20^ KgO в пульпу улучшает процесс грану-лообрззовангя. Введение всего количества KCl с фосфатной пульпой так-.а способствует улучшению процесса гранулообразования. Если при введении з:аго количества KCl в АГ диаметр частиц изменялся . от 1,9 до 2,34 izi (з 1,23 раза), то при введении Бсего количества KCl с пульпой ппаметр частиц увеличивается от 1,45 до 3,12км (в 2,15 рззз). При этом ретура в системе не хватало и приходилось возврасать в процесс готозый продукт. При введении KCl в АГ в системе постоянно накапливался ретур.

При получении комплексных удобрений с точки зрения гранулирования {рис.8 6) подачу карбамида целесообразно осуществлять в АГ з грану лпров&нкэ:* виде иди ь виде плава. При введении карбамида в пульту <foc'.г'.гг вмиония увеличивается содержание фракции +1мм, что г.рх9одит г. снижению эквивалентного диаметра частиц (рис. В 6).

Также при введении карбамида в фосфатную пульпу его разложение составляет 12$, что согласуется с данными главы 2.

В образцах удобрений, полученных на опытной установке, были определены физико-механичзские свойства. Полученные результаты (табл.1) показызают, что слеаиваемость образцоз /УРК-удобрений практически не зависит от способов ззеденик карбамида и намного меньше, чем у карбоаммофоски и нитроаммофоска.

Таблица I. Физлко-механзческле свойства /УРК-удобрений

Способ введения карбамида- ¡Влаяность, 1 % Прочность,!Коэф. !гигро-Ша ! скошач-!ности, !е.г. !Сле=шзз-.'е.мость, ! ! кПа 1 !7пдотня-емость, кПа I

Б виде гранул в АГ 0,59 0,73 7,0 5*0 4,0 4,0 21,2 -24,2 1,3 1,3

В виде плава 0,80" 4,3 5,4 30,5 2,2

В смеси с шосфатной пульпой 0,58 5,1 6,2 30,9 1,8

Гигроскопичность продукта при введении карбамида с фосфатной пульпой сравнима с гигроскопичностью карбоаммофоски (6,2), а при введении карбамида в виде гранул - нпке (4,0 против 6,2 з карбо-аммофоске).

При введении карбамида в виде плава или с пульпой фосфатов аммония возможно образование гигроскопичной соли СОС/Уг^^-хУН^С!, что приводит к более высокой гигроскопичности, чем при подаче гранулированного карбамида в АГ.

Таким образом, /УРК-удобрения на основе карбамида л дааммоний-фосфата-по своим физическим свойствам превосходят другие виды удобрений с тем же соотношением питательных веществ. Тем не менее полученные продукты для исключения слеяиваености необходимо кондиционпрова ть.

На основе опытных испытаний были составлены рекомендации для промышленных установок получения /У?К-удобрени2:

1. Для аммонизации фосфорной кислоты необходимо использовать разработанную конструкцию струйного реактора.

2. В качестве исходных компонентов используются дпаммонийЬос-фат, карбамид и хлористый калий.

3. Карбамид подается в гракулятор в гранулированном виде.

4. Хлористый :-:аможет подаваться целиком с пульпой фос^атсз аммония р." 20% - с пульпой, а остальное количество в АГ.

5. Б качестве кондиционирующих добавок необходимо использовать аминь: кпрннх кислот.

Разработанная технология была рекомендована для реконструкции действующих систе:.: производства £А5 на Череповецком АО "Аммофос".

В глазе ~ято?. приводятся экономическая эффективность разработанных процессов.

Разработанная конструкция струйного реактора знедрена на 6 технологических системах производства аммофоса на Череповецкой А0"Аммофсс",общей :.:эщеосткв 350 ткс.т ?205. Эксплуатация систем показала, что за счет сокращения теплопотерь расход дргродного газа снизился на С,0025 тут/т ?2°5* -°Л°зой экономический эффект при этом составил 720 млн.руб. (в ценах 1995г.).

Эффективность разработанного процесса получения /УРК-удобрекий для условий Череповецкого АО "Аммофос" (мощностью 100 тыс.т Р2О5/ГОД ) приведена в сравнении с существующей технологией получения диаммокийфосфата (табл.2.).

Таблица ¿.Экономические показатели процессов получения удобрен:::-:

(нз Гт ?о0з готового продукта.в пенах 1955г.)

Статьи затрат 1 иена, ! тыс.руб. ! № 18-46 ! /УРК-удобоенпе ! 18-18-18*

Сырье :: ."гтериа.т 1. Хибинский апатит; концентрат {100% 2.Серная кнслота, озык |2°5) 542,1 22,6 1,084 656,0 2,46 1,084 656,0 2.46

3. Аммиак, 102% 149,7 55,6 0|40 55,6 0,40

4. Хлорпсткй кал:::":, т ппс? 270,5 59,9 59,9 1.68

5. Карбагл-'д, 100% 640,0 454,4 1,33

851.2

Итого сырья г катер палов 811,5 2117,1 .

Знеогсреоуось: Основная зардла Амортизация Общезаводские р Внутризаводские а сходы расходы 52,9 9,5 47,2 8,9 2в!о 70,6 12,4 56,3 8,9 28.0

Полная себестоимость 1т Ро05 1Т Е2Т70Ы 958,0 440.7 2235,3 413.2

Цена 1т наггрн(фр=н Прибыль на Гт натур ко-завод) ы, ткс.ру ¿тыс.руб. 465,0 24,3 445,0 31,8

Как видно из таблицы, себестоимость (натуры) /У?К-удобрени" ниге диашоннйфосфата, что позволяет увеличить прибыль от реализации /VPK-удобрениЯ на 10% (по сравнению с диаммонийфосгатом) •

ВЫВОДЫ.

1. Изучена термодинамика и кинетика в системе /УН^Н^РОд -(уУН^)^^ - 0 использованием хрсматографического метода. Показано, что лимитирующей стадией процесса образования ф-осфатов аммония .является диффузия аммиака через слой продукта.

2. Исследования термического разложения в системе карбамид -фосфат аммония выявили зависимость степени разлозенпя карбамида от вида и количества фосфата аммония, что позволило обосновать технологию- карбамвдсодернащах удобрений.

3. На основе выполненного комплекса физико-химических исследований разработана технология /ИРК-удобрений с использованием в качестве сырья карбамида и диаммонийфосфата и новым аппаратурном оформлением, узла аммонизации фосфорной кислоты (струйным реактором).

4. В опытном и опытно-промышленном масштабах изучена технология и аппаратура аммонизации фосфорной кислоты. Разработанная технология фосфатов аммония с использованием струйного реактора внедрена на 6 технологических линиях Череповецкого АО "Аммофос".

5. На опытной установке изучена технология /УРК-удобрений, определены технологические параметры и качество продукта. Процесс рекомендован для модернизации существующих производств комплексных удобрений. v

6. Экономический эффект от внедрения струйного реактора составил 720 ылн.руб. (в ценах 1995г); внедрение технологии /УРК-удобрений позволит увеличить прибыль от реализации продукта на 10%.

Основные результаты работы отранены в следующих публикациях:

" 1. L.G. Bere2kina, S.I. Borisova, S.E. Melnikov. Chromatographic method for kinetic study of heterogeneous reactions./ J. of Chrcaatorgaphy, 1988, N 446, p.65-70.

2. Борисова С.И. ,Березкина Л..Г. .Мельников С«.Е..,Бродский ¿.А. Разработка и применение., хроыатографических. методов исследования фосфатов аммония./Дурн.физич.-химии, I989,t.L-IHIt JS 6, с.1625 - 1628.

3. Мельникова C.B. »Мельников С.Е.,Конюхова Е.Б. Исследование равновесного состава паровой фазы в системе (ЛЯф^РО^.--~/VH4H2P04 - HgO.// Труды ШОТЭ, 1989, вып.257, с.114 -120.

4. Бродский A.A.,Колпаков Ю.А. Мельников С.Е. и др. Способ получения фосфата аммония. Авторское свидетельство J» 1495330 от 08.07.87. С05 В 7/00. Б.И. 27/89.

Подписано в печать

jioiaiitaHO ь j"

Заказ №*(?7 1 *Тк?гж 7OV

Типография издательcts; «Нефть и газ»