способ приготовления жидких азотных удобрений

Формула изобретения

1. Способ получения жидких азотных удобрений смешением водных растворов карбамида и аммиачной селитры, частичным упариванием и охлаждением полученной смеси, отличающийся тем, что упаривание ведут при десорбции СО₂ из смеси противоточным контактированием смеси с водяными парами, образующимися при частичном упаривании смеси в вакууме при остаточном давлении 10 40 кПа до остаточного содержания 0,001 0,01 мас. СО₂.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упаривание смеси осуществляют за счет ее теплообмена с той же смесью, поступающей на десорбцию СО₂.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии минеральных удобрений и может быть использовано для получения жидких азотных удобрений на основе карбамида и аммиачной селитры, получившими товарное название КАС.

Известен способ приготовления жидких азотных удобрений смешиванием водных растворов карбамида и аммиачной селитры и охлаждением смеси [Пат. США N 4230479, 71/30, 71/64C, 28.10.80 г.

Недостатком способа является наличие в готовом продукте диоксида углерода, внесенного в смесь вместе с раствором карбамида, содержащего в виде производственной примеси кроме 0,2-0,6% NH₃ также CO₂ в количестве до 0,3% мас. Диоксид углерода затем постепенно выделяется из жидкого азотного удобрения при его хранении в резервуаре из углеродистой стали в пространство между уровнем жидкости и крышкой резервуара, вызывая повышенную коррозию стенок резервуара, не погруженных в жидкость.

Наиболее близким по совокупности признаков и по технической сущности к предлагаемому способу является способ приготовления жидких удобрений смешением водных растворов карбамида и аммиачной селитры, частичным упариванием и охлаждением полученной смеси [Авт. свид. ЧССР N 199088, кл. C 05 F 7/00]

С целью концентрирования смесь упаривают, однако недостатком способа является отсутствие целенаправленных приемов по удалению из смеси диоксида углерода, который наряду с аммиаком может попасть в смесь вместе с производственным водным раствором карбамида или образоваться в самом процессе смешения горячих растворов вследствие частичного гидролиза карбамида при его контакте с раствором аммиачной селитры.

Задачей настоящего изобретения является создание способа приготовления жидкого азотного удобрения, не вызывающего интенсивную коррозию стенок хранилищ, выполненных из углеродистых сталей.

Задача решается благодаря тому, что в известном способе приготовления жидких азотных удобрений смешением водных рас воров карбамида и аммиачной селитры, частичным упариванием и охлаждением полученной смеси, согласно изобретению, на смеси десорбируют примесь диоксида углерода до остаточного содержания 0,001-0,01% мас. CO₂ путем противоточного контактирования смеси в вакууме при остаточном давлении 10-40 кПа с водяными парами, образующимися при частичном упаривании смеси.

Благодаря значительному снижению концентрации диоксида углерода в готовом продукте (0,001-0,01% мас. CO₂ вместо обычных 0,2% мас.) практически полностью подавляется естественная десорбция CO₂ из удобрения при его хранении. Уменьшается содержание CO₂ в газовой фазе хранилища и ослабляется коррозия стенок хранилища, расположенных над уровнем жидкости.

Нижний предел (0,001%) рекомендуемого интервала концентраций CO₂ в удобрении выбран, исходя из естественного присутствия CO₂ в атмосферном воздухе (0,03% по объему). Установившаяся концентрация CO₂ в жидком продукте, находящемся в термодинамическом равновесии с атмосферным воздухом, была бы несколько менее 0,001% мас.

Верхний предел (0,01% ) допускаемой концентрации CO₂ в жидких азотных удобрениях установлен из тех соображений, что при больших концентрациях CO₂ десорбция последнего может ускорить процесс естественного испарения аммиака из раствора удобрений, в котором содержание NH₃ должно сохраняться на уровне 0,015-0,022% мас. как это требуется техническими условиями на жидкий продукт.

Поскольку реализация предлагаемого способа требует частичного упаривания смеси, то его экономичность можно повысить, если упаривание смеси осуществить за счет ее теплообмена с той же смесью, поступающей на десорбцию CO₂. При этом уменьшается или вовсе исключается внешний подвод греющего пара.

Благодаря тому, что остаточное давление смеси при ее упаривании значительно ниже рабочего давления, при котором смешиваются растворы (рабочее давление на стадии смешения равно атмосферному или превышает его), становится возможной передача тепла от свежеприготовленной смеси к упариваемой смеси.

Нижний предел (10 кПа) интервала допускаемых остаточных давлений (10-40 кПа) соответствует температуре кипения более концентрированного удобрения марки КАС-32, содержащего около 34,3% карбамида и 45,7% аммиачной селитры, порядка 65^oC. При этом давлении водяные пары конденсируются при температуре около 45^oC. Дальнейшее углубление вакуума при упаривании смеси может ухудшить работу вакуумного насоса вследствие проскока водяных паров через конденсатор, если для его охлаждения используется оборотная вода после градирни, обычно имеющая температуру 28-33^oC.

Верхний предел (40 кПа) допускаемого остаточного давления на стадии упаривания смеси соответствует температуре кипения менее концентрированного удобрения марки КАС-28, содержащего около 30% карбамида и 45% аммиачной селитры, порядка 90^oC. При более высоком остаточном давлении температура смеси превысит 90^oC, что нежелательно, поскольку при этом начинает заметно увеличиваться скорость процесса гидролиза карбамида, контактирующего с аммиачной селитрой.

Пример.

Предлагаемый способ приготовления жидкого азотного удобрения пояснен принципиальной технологической схемой, представленной на чертеже.

Из соответствующих цехов на смешение подают:

13850 кг/ч. 86%-ного раствора аммиачной селитры при температуре 112^oC;

13270 кг/ч. 70%-ного раствора карбамида, содержащего 0,8% свободного аммиака и 0,3% диоксида углерода (в массовых процентах) при температуре 97^oC.

В трубчатом смесителе 1 (см. чертеж) исходные растворы вступают в контакт между собой. На выходе из смесителя 1 жидкость имеет температуру 101^oC. Далее смесь проходит через межтрубное пространство теплообменника 2, охлаждаясь до 75^oC. С помощью вентиля 3 осуществляют подачу смеси в вакуумную отпарную колонну 4, работающую при остаточном давлении 10 кПа. Смесь поступает в верхнюю расширенную часть вакуумной колонны 4, снабженную орошаемой насадкой или контактными тарелками. При сбросе смеси от атмосферного до остаточного давления 10 кПа смесь вскипает, выделяя в газовую фазу водяные пары, диоксид углерода, аммиак. Более глубокое извлечение CO₂ из смеси происходит при ее перетекании с тарелки на тарелку в нижнюю часть колонны 4 в результате противоточного контактирования жидкости с водяными парами, поднимающимися навстречу.

Отпарная колонна 4 снабжена кипятильником, роль которого выполняет внутритрубное пространство теплообменника 2. Смесь, циркулируя через теплообменник 2, частично испаряется. Образующиеся водяные пары поднимаются в верхнюю часть колонны 4, контактируя с жидкостью на тарелках. При этом происходит десорбция CO₂ из жидкой фазы в паровую. При этом из смеси наряду с CO₂ отдувается NH₃. Водяные пары, содержащие CO₂, NH₃, выводятся из колонны 4 в вакуумный конденсатор 5, в котором большая часть паров конденсируется. Конденсат, содержащий пары аммиака, возвращают в колонну 4 в виде флегмы для орошения верхних тарелок колонны, где происходит отмывание газовой фазы от следов карбамида и аммиачной селитры.

В теплообменнике 2 (кипятильнике) тепла подводится достаточно, чтобы обеспечить на выходе из колонны 1000 кг/ч. водяных паров. При этом вместе с водяными парами из колонны 4 выводится около 39,5 кг/ч. CO₂ и аммиак. Колонна 4 работает с флегмовым числом 0,6, т.е. часть образующегося конденсата (370 кг/ч) возвращается в колонну на орошение.

Кубовый остаток отпарной колонны 4, т.е. частично упаренная смесь в количестве 26352 кг/ч. освобожденная от избытка CO₂, при температуре 65^oC выгружается из колонны в сборник 6. Упаренная смесь содержит 35,2% карбамида, 45,2% аммиачной селитры, 0,001% CO₂, 0,03% NH₃, при этом pH среды равно 7,3 и суммарное содержание азота составляет 32,2%

Из сборника 6 удобрение насосом 7 подают в теплообменник 8, где оно охлаждается от 65^oC до 45^oC. Затем в смесителе 9 к удобрению добавляют ингибитор коррозии и далее смесь направляют в хранилище.