способ приготовления жидкого азотного удобрения

Формула изобретения

1. Способ приготовления жидкого азотного удобрения, включающий смешение в определенной пропорции потоков воды и раствора аммиачной селитры с потоком другого азотсодержащего вещества и улавливания аммиака, выделяющегося в процессе приготовления удобрения в газовую фазу, путем ее промывки абсорбентом, содержащим воду и/или аммиачную селитру, отличающийся тем, что на промывку газовой фазы расходуют не менее 100 кг воды и/или не менее 500 кг раствора аммиачной селитры в расчете на 1 кг аммиака, содержащегося в газовой фазе, вступающей в контакт с абсорбентом, при этом в качестве абсорбента используют частично или полностью исходный поток воды и/или исходный поток раствора аммиачной селитры, а отработанный в результате контакта с газовой фазой абсорбент подают непосредственно на смешение или вновь присоединяют к остатку соответствующего исходного потока воды или раствора аммиачной селитры, направляемому на смешение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание азотной кислоты в абсорбенте, подаваемом на промывку газовой фазы, поддерживают в количестве, обеспечивающем наличие свободного аммиака в отработанном абсорбенте.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что абсорбент перед подачей на промывку газовой фазы предварительно охлаждают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии минеральных удобрений и может быть использовано для получения жидких азотных удобрений на основе аммиачной и других азотсодержащих веществ.

Известен способ приготовления азотного удобрения, включающий улавливание аммиака, выделяющегося в процессе приготовления удобрения в газовую фазу, путем ее промывки жидким абсорбентом, содержащим воду и/или аммиачную селитру [1]

Аммиаксодержащая газовая фаза образуется в процессе приготовления водного раствора карбамида и содержит 30 45% NH₃ (остальное CO₂, N₂, H₂O, H₂). Газовая фаза поступает в скруббер-нейтрализатор с насадкой из колец Рашига, которая орошается абсорбентом рециркулирующим раствором аммиачной селитры, подкисленным азотной кислотой. Кратность циркуляции раствора аммиачной селитры составляет 10 15 объемов на 1 объем выводимого раствора, что соответствует 115 кг 62%-ного раствора на 1 кг поглощаемого аммиака. Инертные газы затем поступают в расположенный выше промыватель, орошаемый рециркулирующим выводным конденсатом в качестве абсорбента. Отработанный конденсат на выходе из промывателя делится на 2 части. Большая часть возвращается в промыватель на рециркуляцию, а меньшая стекает из промывателя в расположенный ниже скруббер-нейтрализатор, где смешивается с рециркулирующим раствором аммиачной селитры. Инертные газы, очищенные в промывателе от брызг селитры, от аммиака или паров азотной кислоты, вырабатываются в атмосферу.

Недостатком известного способа является необходимость многократной рециркуляции абсорбента, в данном случае воды или раствора аммиачной селитры. Рециркуляция применяется для того, чтобы предотвратить неполное смачивание геометрической поверхности насадки из-за недостатка орошающей жидкости (абсорбента) и/или повышение температуры абсорбента до точки его кипения вследствие выделения тепла при растворении аммиака в абсорбенте или при нейтрализации аммиака азотной кислотой, содержащейся в абсорбенте.

Чтобы избежать этих неблагоприятных явлений, не применяя рециркуляцию абсорбента, потребовалось бы значительно увеличить его расход на очистку газовой фазы от аммиака, а это создало бы проблему утилизации больших количеств отработанного абсорбента.

Применение рециркуляции абсорбента уменьшает движущую силу процесса массообмена между аммиаксодержащей газовой фазой и абсорбентом, что приводит к снижению степени очистки газовой фазы от аммиака.

Наиболее близким по совокупности признаков и по технической сущности к предлагаемому способу является способ приготовления жидкого азотного удобрения, включающий смешение в определенной пропорции исходных потоков воды и раствора аммиачной селитры с потоком другого азотсодержащего вещества и улавливание аммиака, выделяющегося в процессе приготовления удобрения в газовую фазу, путем ее промывки жидким абсорбентом, содержащим воду и/или аммиачную селитру [2]

В смесительный бак заливают воду и горячий 75 82%-ный раствор аммиачной селитры. В качестве другого азотсодержащего вещества через распределительное устройство, расположенное в нижней части бака, пропускают поток газообразного аммиака. Готовый аммиакат перекачивают в хранилище. Если аммиакаты получают на основе не только аммиачной селитры, в бак одновременно с селитрой могут загружать соответствующее количество раствора нитрата кальция или карбамида. Таким образом получают аммиакаты на основе аммиачной селитры и карбамида (или кальциевой селитры). Выделяющийся в процессе приготовления удобрения аммиак направляют в скруббер на улавливание.

Если исключить подачу газообразного аммиака в смесительный бак и ограничиваться подачей в него воды, раствора аммиачной селитры и раствора карбамида (в качестве другого, помимо селитры, азотсодержащего вещества), то полученная смесь можетбыть использована в качестве жидкого азотного удобрения КАС с низким содержанием аммиака (не более 0,5 мас.). В этом случае в процессе приготовления удобрения также происходит выделение аммиака в газовую фазу, так как подаваемый на смешение производственный раствор карбамида всегда содержит в качестве примеси 0,2 0,8 мас. аммиака. Выделение аммиака в газообразную фазу может, кроме того, происходить вследствие частичного термического разложения карбамида при его контакте с горячим раствором аммиачной селитры.

Недостатком этого способа приготовления жидкого азотного удобрения является применение несовершенного традиционного метода очистки газового выхлопа от аммиака. Критическое рассмотрение этого метода дано выше при анализе способа-аналога.

Задачей настоящего изобретения является создание экологически чистого способа приготовления жидкого азотного удобрения, в котором обеспечивается глубокая очистка газового выхлопа от аммиака, выделяющегося в процессе приготовления удобрения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе приготовления жидкого азотного удобрения, включающем смешение в определенной пропорции потока воды и раствора аммиачной селитры с потоком другого азотсодержащего вещества и улавливание аммиака, выделяющегося в процессе приготовления удобрения в газовую фазу, путем ее промывки жидким абсорбентом, содержащим воду и/или аммиачную селитру, согласно изобретению, на промывку газовой фазы расходуют не менее 100 кг воды и/или не менее 500 кг раствора аммиачной селитры в расчете на 1 кг аммиака, содержащегося в газовой фазе, вступающей в контакт с абсорбентом, при этом в качестве абсорбента частично или полностью используют исходный поток воды и/или исходный поток раствора аммиачной селитры. Отработанный в результате контакта с газовой фазой абсорбент подают непосредственно на смешение или вновь присоединяют к соответствующему потоку воды или раствора аммиачной селитры, направляемому на смешение.

Установленные минимальные нормы расхода абсорбента гарантируют, что содержание аммиака в отработанном абсорбенте не превысит 1 мас. при использовании воды и 0,2 мас. при использовании раствора аммиачной селитры, даже если абсорбент не содержит азотной кислоты. Это позволяет обеспечить достаточную движущую силу процесса массообмена, в том числе и при контакте газовой фазы с отработанным абсорбентом, что имеет место на выходе в скуббер.

Утилизация отработанного абсорбента в самом процессе приготовления жидкого азотного удобрения позволяет существенно увеличить расход абсорбента на промывку газовой фазы и обойтись без его рециркуляции. В итоге увеличивается движущая сила массобмена между аммиаксодержащей газовой фазой и жидким абосрбентом и повышается эффективность очистки выхлопных газов от аммиака.

Количество азотной кислоты в абсорбенте, подаваемом на промывку газовой фазы, поддерживают на уровне, недостаточном для полной нейтрализации аммиака, содержащегося в газовой фазе, вступающей в контакт с абсорбентом, что обеспечивает частичное или полное сохранение поглощенного свободного аммиака в отработанном абсорбенте. Благодаря этому исключается присутствие HNO₃ в отработанном абсорбенте и предотвращается образование аэрозоля аммиачной селитры в газовой фазе. Как известно, аэрозоль образуется при контакте аммиаксодержащей газовой фазы с подкисленным конденсатом или подкисленным раствором аммиачной селитры, выделяющими в газовую фазу пары азотной кислоты. Реакция нейтрализации, протекающая при взаимодействии паров азотной кислоты и аммиака в газовой фазе, приводит к образованию аэрозоля аммиачной селитры, который в последующем практически не улавливается абсорбентом. При этом наиболее благоприятные условия для образования аэрозоля возникают на входе газовой фазы в скруббер, так как в этом месте газовая фаза содержит максимальное количество аммиака.

Очевидно, движущая сила массообмена увеличивается максимально, если исходный поток воды или раствора аммиачной селитры используют для промывки газовой фазы целиком.

Для того чтобы обеспечить более полное поглощение аммиака из выхлопных газов, абсорбент перед подачей на промывку газовой фазы предварительно охлаждают. Растворимость аммиака в абсорбенте увеличивается с понижением температуры абсорбента.

Применение способа приготовления жидкого азотного удобрения, согласно изобретению, проиллюстрируем на ряде примеров.

Пример 1. На установку приготовления жидкого азотного удобрения поступают:

поток раствора аммиачной селитры из цеха аммиачной селитры после нейтрализатора ИТН в виде 72%-ного водного раствора аммиачной селитры при температуре 125^oC, содержащего 0,2 мас. свободной азотной кислоты;

поток воды из цеха аммиачной селитры в виде конденсата сокового пара (после ИТН) при температуре 95^oC, содержащего 0,5 мас. NH₄NO₃ и 0,2 мас. HNO₃;

поток другого азотсодержещего вещества в виде 74%-ного водного раствора карбамида при температуре 95^oC, содержащего в качестве производственных примесей 0,3 мас. NH₃ и 0,3 мас. CO₂.

Чтобы получить жидкое азотное удобрение марки КАС-28, содержащее 28% азота, указанные потоки смешивают между собой в определенной пропорции, для чего используют 15540 кг/ч раствора аммиачной селитры, 1300 кг/ч. конденсата и 11800 кг/ч раствора карбамида.

Рассмотрим два варианта (A и B) реализации способа приготовления удобрения КАС-28 из указанных исходных потоков.

Вариант A.

Из потока воды (1300 кг/ч) в качестве абсорбента отбирают 1000 кг/ч конденсата, который охлаждают до 45^oC и используют при промывке газовой фазы в количестве 40 кг/ч, содержащей 25 мас. NH₃, 25% CO₂ и 50% H₂O и образующейся при смешении указанных исходных потоков. Промывку осуществляют в скруббере с насадкой из колец Рашига. Газовая фаза подается под насадку снизу. Сверху насадка орошается конденсатом. Очищенная газовая фаза на выходе из скруббера содержит 20 кг/ч H₂O и 10 кг/ч CO₂. Количество конденсата (1000 кг/ч), расходуемое на орошение насадки скруббера, превышает в 100 раз количество аммиака, содержащегося в газовой фазе (10 кг/ч).

Из скруббера стекает отработанный абсорбент в количестве 1010 кг/ч, содержащий кроме воды 0,75% NH₄NO₃ и 0,94% NH₃. Отработанный абсорбент присоединяют к остатку исходного потока воды, направляемому на смешение. Из горячей жидкой смеси выделяется газовая фаза, содержащая 10 кг/ч NH₃, 10 кг/ч CO₂ и 20 кг/ч H₂O и направляемая в скруббер на промывку. После смешения получено 28610 кг/ч жидкого азотного удобрения КАС-28, содержащего 30,52% CO(NH₂)₂, 39,28% NH₄NO₃, 0,091% NH₃, 0,089% CO₂. Удобрение затем охлаждают до 45^oC.

Вариант B.

Из потока раствора аммиачной селитры отбирают 5000 кг/ч. жидкости для использования в качестве абсорбента. Абсорбент охлаждают до 55^oC и подают на орошение в скруббер с насадкой из колец Рашига. Под насадку в скруббер поступает газовая фаза в количестве 40 кг/ч, содержащая 25% NH₃, 25% CO₂ и 50% H₂O. Количество раствора аммиачной селитры, расходуемое на орошение насадки в скруббере, превышает в 500 раз количество аммиака, содержащегося в газовой фазе (10 кг/ч). Очищенная газовая фаза на выходе из скруббера содержит 20 кг/ч H₂O и 10 кг/ч CO₂. Из скруббера стекает отработанный абсорбент при температуре 60^oC в количестве 5010 кг/ч, содержащий кроме воды 72,1% NH₄NO₃ и 0,145% NH₃. Отработанный абсорбент присоединяют к остатку исходного потока раствора аммиачной селитры, направляемому на смешение.

После смешения получают 28610 кг/ч жидкого азотного удобрения КАС-28, при этом в газовую фазу выделяется 20 кг/ч H₂O, 10 кг/ч NH₃ и 10 кг/ч CO₂.

Примep 2

На установку приготовления жидкого азотного удобрения подают:

поток раствора аммиачной селитры в виде 91%-ного водного раствора при температуре 150^oC, содержащего в качестве примеси 0,01 мас. свободного аммиака;

поток воды при температуре 40^oC;

поток 74%-ного водного раствора карбамида при температуре 95^oC, содержащего в качестве производственных примесей 0,8 мас. NH₃ и 0,3 мас. CO₂.

Чтобы получить жидкое азотное удобрение марки КАС-32, содержащее 32% азота, указанные потоки смешивают между собой в определенной пропорции. Для этого используют 11760 кг/ч раствора аммиачной селитры, 875 кг/ч воды и 11800 кг/ч раствора карбамида. В процесса приготовления удобрения в газовую фазу выделяется 20 кг/ч H₂O, 20 кг/ч NH₃ и 10 кг/ч CO₂. Промывку газовой фазы осуществляют в две ступени. На первой ступени в качестве абсорбенте используют весь исходный поток раствора аммиачной селитры после его охлаждения до 120^oC. На выходе из первой ступени газовая содержит 20 кг/ч H₂O, 1 кг/ч NH₃ и 10 кг/ч CO₂. Отработанный абсорбент содержит 0,17% NH₃ (при начальной концентрации 0,01% NH₃). Таким образом аммиак поглощается из газовой фазы раствором аммиачной селитры путем обыкновенной физической абсорбции. При этом расход раствора составляет 588 кг/ч на каждый 1 кг аммиака, содержащегося в газовой фазе, вступающей в контакт с раствором. Отработанный абсорбент с первой ступени очистки затем подают непосредственно на смешение.

На второй ступени очистки из газовой фазы удаляются остатки аммиака. На орошение скруббера направляют весь поток воды после его охлаждения до 45^oC. При этом на 1 кг аммиака, содержащегося в газовой фазе, вступающей в контакт с водой, приходится 875 кг/ч орошающей воды. После второй ступени очистки газовая фаза освобождается от аммиака полностью путем простой физической абсорбции и содержит 20 кг/ч H₂O и 10 кг/ч CO₂. Отработанный абсорбент вода, содержащая 0,11% NH₃, направляется непосредственно на смешение.

В результате смешения всех трех потоков получают 24405 кг/ч жидкого азотного удобрения КАС-32, содержащего 35,8% карбамида, 43,8% аммиачной селитры и 0,39% свободного аммиака.