Аммофос

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Физико-химические  характеристики основных стадий  процесса

2.1. Основы процесса  нейтрализации фосфорной кислоты

В основе производства аммофоса лежит процесс нейтрализации  фосфорной кислоты жидким аммиаком (под давлением 1,5 ат), который вводится в реактор одновременно с фосфорной кислотой. При этом протекают следующие реакции:

NH₃ + H₂PO₄ → NH₄H₂PO₄

2NH₃ + H₃PO₄ → (NH₄)₂HPO₄

Режим процесса нейтрализации  выбирают так, чтобы обеспечить получение  достаточно подвижной и способной к перекачиванию по трубопроводам аммофосной пульпы. Вязкость пульпы зависит от концентрации используемой фосфорной кислоты и конструкций аппаратуры.

На основе разбавленной экстракционной кислоты:

• с сушкой пульпы в распылительной сушилке;
• с упариванием пульпы в вакуум-выпарных аппаратах и сушкой в аппарате БГС;
• с сушкой пульпы и грануляцией ее в распылительной сушилке-грануляторе кипящего слоя РКСГ.

На основе концентрированной  фосфорной кислоты:

• с грануляцией и сушкой продукта в аммонизаторе - грануляторе АГ;
• с самоиспарением пульпы под давлением и сушкой в БГСХ.

При нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты выделяются в  осадок примеси. Для получения более  чистого продукта из экстракционной фосфорной кислоты процесс нейтрализации  можно вести в две стадии.

Соотношение моно- и диаммонийфосфата в готовом удобрении обычно составляет 4:1. В случае применения экстракционной фосфорной кислоты при производстве аммофоса протекает ряд побочных процессов, обусловленных наличием в кислоте соединений магния (из фосфоритов Каратау), кальция, железа и алюминия, и приводящих к образованию дисолей.

 

 

 

 

 

3. Технологические схемы получения аммофоса

Процесс получения гранулированного аммофоса одноступенчатым методом  основан на применении схемы с  аппаратом типа БГС (барабанный гранулятор-сушилка).

Процесс осуществляется следующим  образом (рис. 1). Возможна одно-ступенчатая нейтрализация, когда пульпа после аммонизации в САИ (скоростной аммонизатор-испаритель) поступает в БГС, и двухступенчатая, когда продукт после аммонизации в САИ до мольного отношения NН₃:Н₃РО₄=1,2-1,3 нейтрализуют фосфорной кислотой.

Рисунок 1. Схема производства градуированного аммофоса с аппаратом БГС (на основе концентрированной пульпы)

1 - сборник кислоты; 2 - САИ; 3 - сборник  пульпы; 4 - БГС; 5 - грохот; 6 - холодильник; 7 - абсорберы; 8 - циклоны; 9 - дробилка; 10 - транспортер; 11 – элеваторы.

Исходную фосфорную кислоту  разбавляют стоками из системы абсорбции  и направляют на нейтрализацию аммиаком в аппарат САИ. Полученную в нем аммофосную пульпу насосом подают на форсунки аппарата БГС, где ее распиливают сжатым воздухом при давлении 0,2-0,4 МПа на завесу из падающего гранулированного материала. При необходимости пульпу нейтрализуют кислотой. В аппарат БГС вводят теплоноситель при 500-600°С.

Продукт из БГС при 105-110°С подают на классификацию и охлаждение, а отходящие газы при 110-115°С, содержащие пыль аммофоса, аммиака и фтор, направляют в систему очистки.

Процесс получения аммофоса в аппарате БГС может осуществляться как  при одноступенчатой, так и при двухступенчатой аммонизации. При одноступенчатой аммонизации концентрация кислоты, подаваемой в аппарат БГС, не может быть более 42%, что необходимо для обеспечения текучести пульпы при NН₃:Н₃РО₄=1,0. Для разбавления кислоты при одноступенчатой аммонизации в сборник кислоты помимо стоков абсорбции подают свежую воду. При двухступенчатой аммонизации текучесть пульпы на I ступени аммонизации (при NН₃:Н₃РО₄=1,25) обеспечивается без разбавления исходной кислоты свежей водой, поэтому концентрация кислоты, поступающей в систему, повышается до 47% Р₂О₅.

В данной работе будет описываться  процесс получения аммофоса при одноступенчатой аммонизации.

 

 

4. Реакторы

Одним из основных элементов  любой технологической схемы  является химический реактор. Химическим реактором называется аппарат, в  котором осуществляются химико-технологические  процессы, сочетающие химические реакции  с массопереносом (диффузией).

4.1. Аппарат для нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком

Скоростной аммонизатор-испаритель состоит из циркуляционного контура, включающего реакционную камеру и циркуляционную трубу, соединенных центробежным сепаратором. Интенсивное перемешивание пульпы в САИ обеспечивается без использования механических устройств за счет энергии химической. Процесс аммонизации кислот протекает следующим образом. В нижнюю часть реакционной камеры через специальную форсунку под давлением 500—600 кПа вводят аммиак (газообразный или жидкий). Одновременно в циркуляционный контур подают требуемое количество кислоты. Взаимодействие аммиака с кислотой идет в реакционной камере. При этом за счет тепла химической реакции происходит нагрев образующейся пульпы до температуры кипения и образование значительного количества паровой фазы. За счет разности плотностей парожидкостной смеси в реакционной камере и жидкости в циркуляционной трубе в аппарате возникает интенсивная циркуляция, способствующая поглощению аммиака, выравниванию температур и концентраций по всему контуру аппарата. Парожидкостная смесь из реакционной камеры тангенциально поступает в сепаратор, где паровая и жидкая фазы разделяются. Паровая фаза удаляется через верхний штуцер и поступает на конденсацию, а жидкая по циркуляционной трубе возвращается в реакционную камеру. Избыток пульпы из аппарата через переток отводят на дальнейшую переработку.

4.2. Барабанный гранулятор – сушилка ( БГС )

Барабанный гранулятор-сушилка (БГС) предназначен для гранулирования и сушки, а также в зависимости от конструкции для классификации и охлаждения продукта. БГС представляет собой наклоненный в сторону выгрузки барабан, опирающийся бандажами на две опорные станции, одна из которых опорно-упорная, и вращающийся со скоростью 3- 5 об/мин (промышленные аппараты). Привод осуществляется от электродвигателя через редуктор и открытую зубчатую передачу. Барабан снабжен загрузочной и разгрузочной камерами, для герметизации которых предусмотрено ленточное или секторное уплотнение. Во избежание пыления и для устойчивой работы топок аппарат работает под разрежением 10-50 Па на входе.

Загрузочная камера имеет  патрубки для подвода теплоносителя, ввода внешнего рецикла, чистки камеры. На передней стенке установлены пневматические форсунки, смотровое окно и элементы освещения. Равномерное по сечению  барабана распределение теплоносителя  достигается расположением газоввода по оси барабана с установкой направляющей лопатки, делящей поток на две части. Применяют также тангенциальный ввод теплоносителя с распределением его направляющими лопатками. В обоих случаях форсунка пульпы расположена вдоль оси барабана. Подвод сушильного агента с передней стенки загрузочной камеры ниже центральной оси барабана может привести к локальному перегреву стенок и материала, а также к ухудшению тепло- и массообмена в головной части аппарата. В процессе гранулообразования определяющей является работа форсунки, распыливающей пульпу. Применяемые конструкции форсунок внутреннего смешения с завихрителями потоков различаются местом ввода сжатого воздуха (по внутренней или внешней трубке). способами регулирования дисперсности распыла и чистки жидкостного канала. Для диспергирования пульп обычно используют холодный сжатый воздух при давлении 0,2-0,4 МПа, расход воздуха составляет 60-70 м³/м³ жидкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.  Характеристика побочных продуктов и способы их утилизации

Отходящие газы производства аммофоса содержат аммиак, а также  аммофосную пыль. Пыль выделяется от грануляционно-сушильных аппаратов, дробильно-сортировочного оборудования, транспортных средств и при затаривании аммофоса. Аммиак переходит в газовую фазу в основном при сушке пульпы и влажных гранул и при упаривании аммофосной пульпы. Перед выбросом газов в атмосферу их очищают сначала от пыли – в циклонах, а затем от аммиака и фтора – в абсорберах.

5.1. Удаление пыли

Эффективное осаждение твердых  частиц из запыленного газа осуществляется в центробежных аппаратах. В целях  высокой степени очистки газа недопустимо накопление пыли в конусе циклона. Даже небольшие подсосы  воздуха через неплотности аппаратуры на любом участке пылеуловительной системы резко ухудшают работу циклона и могут свести на нет эффективность работы аппарата. Степень очистки газа от пыли в циклонах зависит от свойств частиц газа, скорости движения потока, от размеров и конструктивных особенностей циклонных аппаратов.

Выделение аммиака в процессе сушки происходит в результате термического разложения солей, входящих в состав аммофоса, по следующим реакциям:

(NH₄)₂HPO₄ ↔ NH₃ + NH₄H₂PO₄

NH₄H₂PO₄ ↔ NH₃ + H₃PO₄

В процессе производства аммофоса значительно разлагается только диаммонийфосфат, отличающийся низкой термической устойчивостью. При этом в газовую фазу выделяется в основном аммиак.

Для улавливания аммиака  и фтора из отходящих газов  применяется двухступенчатая очистка  газов. Абсорбер первой ступени, орошаемый  в замкнутом цикле кислыми  растворами фосфатов аммония, служит в  основном для улавливания аммиака  и частично (50%) фтора, абсорбер второй ступени, орошаемый водой или  известковым молоком, - для улавливания  фтора. Принципиальная схема абсорбции  отходящих газов приведена на рисунке 2.

Газы поступают в абсорбер первой ступени 1, орошаемый кислыми  фосфатами аммония в замкнутом  цикле. Отработанная пульпа поступает  на нейтрализацию.

Абсорбер второй ступени 2, орошаемый водой или известковым  молоком, служит для улавливания  фтора. На второй ступени абсорбции  можно использовать полую башню  с форсунками эвольвентного типа. Отработанная жидкость после второй ступени (при орошении водой) направляется в циркуляционный бак 3 первой ступени. В случае орошения абсорбера над раствором известкового молока жидкость откачивается на станцию нейтрализации сточных вод.

1 – абсорбер с плавающей  насадкой; 2 – полая башня; 3 –  емкость для фосфорной кислоты; 

4 – емкость для воды  или известкового молока.

Рисунок 2 – Схема двухступенчатой абсорбции отходящих газов производства аммофоса.

5.2. Аппарат АПН для очистки  газов в производстве аммофоса.

Упаренная фосфорная  кислота концентрацией 52—54% Р₂О₅ из приемных сборников частично поступает в расходный сборник отделения нейтрализации, а частично в циркуляционные баки системы абсорбции. Очистка отходящих газов осуществляется обычно в двух самостоятельных системах. В одной из них проводится очистка газов, отходящих от аммонизатора-гранулятора и нейтрализаторов, в другой — от сушильного барабана. 

Отсасываемую  из аммонизатора-гранулятора и нейтрализаторов  паровоздушную смесь, содержащую фтор и аммиак, направляют в двухступенчатую систему абсорбции. В качестве первой и второй ступеней абсорбции используют, как правило, однотипные абсорберы .В качестве абсорбционных аппаратов в нашей стране в подобных системах абсорбции применяют полые башни, аппараты с плавающей и кольцевой насадкой (АПН и АПКН) . 

 

 

 

 

 

 

 

6.  Перспективы совершенствования процесса получения химического продукта

Совершенствование технологии фосфатов аммония и сложных удобрений  на их основе предполагает как интенсификацию действующих производств, так и  разработку и внедрение принципиально  новых процессов по следующим  направлениям:

• Интенсификация процессов тепломассообмена на всех основных стадиях производства. На стадии нейтрализации кислоты предполагается внедрение струйного реактора, что позволит более эффективно использовать теплоту нейтрализации. Процесс сушки продукта интенсифицируется за счет применения более совершенных топок и насадок аппарата БГС;
• Разработка эффективных процессов получения фосфатов аммония на основе кислоты из новых видов сырья: бедных фосфоритов Каратау, чилисайских фосфаритов, ковдорского апатита. Различия в составе указанных фосфатов обусловливают особенности технологии их переработки в фосфаты аммония. Например, для переработки вязких пульп, получающихся при использовании кислоты из фосфоритов Каратау (месторождение Чулактау), эффективно применять скоростные смесители, повышающие текучесть пульпы;
• Увеличение производства диаммофоса при сокращении выпуска моноаммонийных форм. Необходимо изыскать способы получения диаммофоса в аппаратах БГС, что приведет к значительному увеличению выпуска этого более экономичного, чем аммофос, продукта;
• Повышение концентрации питательных веществ путем очистки исходного сырья. Установлено, что вывод фтора из экстрационной фосфорной кислоты путем его осаждения или отдувки позволяет увеличить концентрацию Р₂О₅ (усв.) в аммофосе на 1,2-1,5%. За счет снижения концентрации сульфат-иона в кислоте достигается повышение содержания Р₂О₅ (усв.) на 1,3%. Возможно также отделять из кислоты фосфаты переходных металлов (Fe, Al) путем ее аммонизации с последующим фильтрованием полученного осадка. Полученные из очищенной кислоты фосфаты аммония могут быть использованы в качестве кормового состава;
• Внедрение процессов получения фосфатов аммония и сложных удобрений на их основе с добавкой микроэлементов;
• Получение порошковидного моноаммоний фосфата и его последующее транспортирование в районы для приготовления на местах суспендированных удобрений;
• Использование в процессе получения фосфатов аммония части фосфорной кислоты для разложения фосфата с целью получения продуктов типа аммофосфата;
• Улучшение экологической обстановки в местах производства.