СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛИРОВАННОГО НИТРАТА АММОНИЯ
METHOD OF PRODUCING GRANULAR AMMONIUM NITRATE

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано при получении нитрата аммония (аммиачной селитры).
Основным методом получения аммиачной селитры является способ, предусматривающий взаимодействие азотной кислоты с аммиаком.
Известен, например, способ, включающий нейтрализацию азотной кислоты аммиаком при повышенном давлении и температуре 180-190°С, упаривание полученного продукционного раствора нитрата аммония до концентрации 96-99,8% с использованием тепла реакции нейтрализации, причем продукционный раствор нитрата аммония упаривают сначала до концентрации 92-96% за счет тепла сокового пара, отводимого от кипящего раствора из зоны нейтрализации в количестве, обеспечивающем концентрирование раствора, затем упаривают до концентрации 96-99,8% с использованием тепла кипящего раствора, отводимого из зоны нейтрализации через теплоотводящую поверхность при давлении 0,07-0,30 атм, неиспользованное тепло отводят циркулирующим раствором нитрата аммония (RU 2049725, 1995).
Для потребителей аммиачной селитры, например, в сельском хозяйстве основным требованием является возможность получения аммиачной селитры в гранулированном виде. Важным показателем качества товарного продукта является прочность гранул, их рассыпчатость и отсутствие слеживаемости при длительном хранении.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства гранулированного нитрата аммония, включающий нейтрализацию азотной кислоты газообразным аммиаком, выпарку полученного раствора до получения высококонцентрированного плава, содержащего нитрат аммония в количестве не менее 99,5%, разбрызгивание плава в грануляционную башню, охлаждение полученных гранул воздухом до 110-120°С в аппарате кипящего слоя, смешение отработанного воздуха и сокового пара, выведенного со стадий нейтрализации и выпарки, промывку образовавшейся парогазовой смеси в скруббере при орошении тарелок скруббера циркулирующим 10-20%-ным раствором нитрата аммония (Справочник азотчика, Москва, Химия, 1987, стр.164-169).
Однако известный способ характеризуется неоднородностью гранул, недостаточной производительностью процесса и невысокой степенью очистки газовых выбросов.
Задачей настоящего изобретения является повышение производительности процесса за счет интенсификации стадии грануляции при обеспечении высокого качества продукта и низкого уровня вредных выбросов в атмосферу.
2
2
Поставленная задача решается описываемым способом производства гранулированного нитрата аммония, который включает нейтрализацию азотной кислоты газообразным аммиаком, выпарку полученного раствора до получения высококонцентрированного плава, содержащего нитрат аммония в количестве не менее 99,5%, разбрызгивание плава в грануляционную башню, снабженную, по меньшей мере, одним виброгранулятором при подаче воздуха противотоком с расходом 7,0-7,8 тонн/час на 1 м сечения башни и выводе полученных гранул в количестве 1,0-1,2 тонн/час на 1 м сечения башни, охлаждение полученных гранул воздухом в аппарате кипящего слоя, причем после охлаждения гранул до температуры, не превышающей 45°С, из аппарата кипящего слоя осуществляют вывод отработанного воздуха с температурой 60-70°С и подачей его в нижнюю часть грануляционной башни, где он смешивается в объемном соотношении 1:1 с наружным воздухом, засасываемым из атмосферы, воздух и соковый пар, выведенные со стадии нейтрализации и выпарки, смешивают с отработанным воздухом из грануляционной башни, промывают образовавшуюся паровоздушную смесь в скруббере при орошении тарелок скруббера циркулирующим раствором нитрата аммония и далее фильтруют через многослойный волокнистый нетканый материал, содержащий ультратонкие волокна, при орошении фронтального слоя материала конденсатом сокового пара.
Предпочтительно, гранулы охлаждают в трехсекционном аппарате с подачей, по меньшей мере, в одну секцию аппарата кондиционированного воздуха с температурой 15-20°С и относительной влажностью 40-60%.
Предпочтительно, промывку паровоздушной смеси в скруберре осуществляют раствором нитрата аммония с концентрацией 15-40 мас.%.
Установка, с помощью которой осуществляется данный способ, показана на чертеже. Она включает аппарат нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком 1; аппарат для выпарки полученного раствора аммиачной селитры 2; сборник с погружным насосом для перекачивания высококонцентрированного плава аммиачной селитры 3; виброгранулятор для выравнивания размера капель плава 4; грануляционную башню, обеспечивающую кристаллизацию капель плава, 5; аппарат охлаждения горячих гранул 6; вытяжные вентиляторы, обеспечивающие определенное количество воздуха, поступающего в башню для грануляции, 7; аппарат для кондиционирования воздуха 8; скруббер - промыватель для мокрой очистки паровоздушной смеси 9; отделение фильтрации для глубокой очистки выхлопа в атмосферу 10.
На чертеже приведены следующие сокращенные обозначения потоков:
АМГ - аммиак газообразный;
КАН - кислота азотная неконцентрированная;
CAP - селитра аммиачная раствор;
ПС - пар соковый;
ПВС - паровоздушная смесь;
В - воздух;
ПН - свежий пар насыщенный;
КН - конденсат насыщенного пара;
САП - селитра аммиачная плав;
КСП - конденсат сокового пара.
Ниже приведен конкретный пример осуществления способа.
3
4
3
4
3
2
2
В аппарат 1 подают азотную кислоту в количестве 70,65 т/ч в пересчете на 100% НNО и газообразный аммиак в количестве 19,17 т/ч с получением раствора аммиачной селитры и сокового пара. Соковый пар частично конденсируется для нагрева азотной кислоты, а неиспользованная часть направляется в атмосферу, предварительно смешиваясь с воздухом из грануляционной башни 5 перед стадией очистки паровоздушной смеси от примесей NHNO и аммиака. Раствор аммиачной селитры направляют в аппарат 2 для его выпарки в токе атмосферного воздуха с дальнейшей подачей паровоздушной смеси из выпарного аппарата на смешение с воздухом из грануляционной башни 5 и сокового пара со стадии нейтрализации перед очисткой выхлопа в атмосферу. Полученный в результате выпарки высококонцентрированный плав содержит нитрат аммония в количестве 99,5-99,7%. Высококонцентрированный плав аммиачной селитры в количестве 90 т/ч в пересчете на 100%-ный NHNO подают в высокопроизводительные виброгрануляторы 4, в которых обеспечивается максимально выровненный размер капель плава, а также обеспечивается отсутствие капель с диаметром меньше 1 мм. Плав разбрызгивают в грануляционную башню 5 с круглым или прямоугольным сечением, площадь которого 88 м, и с высотой, обеспечивающей кристаллизацию капель плава со средним диаметром ~2,5 мм до соприкосновения с твердой поверхностью днища башни, преимущественно конусного, и охлаждение застывших гранул до температуры не выше 125°С. Горячие гранулы получают в количестве 1,0-1,2 тонн/час на 1 м сечения грануляционной башни.
Горячие гранулы из башни 5 поступают в аппарат охлаждения 6, представляющий собой секционированный аппарат охлаждения в «кипящем слое».
Аппарат охлаждения и грануляционная башня составляют единый комплекс по воздуху, так как отработанный воздух из аппарата охлаждения 6 подается в низ башни 5, где смешивается с воздухом, засасываемым непосредственно из атмосферы при объемном соотношении 1:1.
2
4
3
3
Общее количество воздуха, поступающего в грануляционную башню, составляет 7-7,8 т на 1 м сечения башни в зависимости от времени года, этот расход обеспечивается вытяжными вентиляторами 7, установленными на грануляционной башне после очистки паровоздушной смеси от NHNO и NН.
3
В теплое время года общее количество воздуха, поступающего в грануляционную башню, составляет усредненно 670-680 т/час (~530-540 тыс.нм/час в пересчете на давление 760 мм рт.ст. и ±0°С). Из общего количества воздуха через аппарат охлаждения гранул в грануляционную башню поступает не менее 45-50%, т.е. до 340 т/час.
Температура воздуха из аппарата охлаждения находится в пределах 60-70°С, что в жаркое время года обеспечивается кондиционированием части воздуха, подаваемого в одну или две концевые секции аппарата.
Кондиционирование воздуха осуществляется в аппарате 8 его охлаждением до 5-8°С испаряющимся жидким аммиаком и последующим нагревом до 15-20°С для обеспечения его относительной влажности в пределах 40-60%.
Кондиционирование воздуха отключают, когда температура гранул на выходе из концевой секции охлаждающего аппарата не более 45°С обеспечивается без него, например, при температуре наружного воздуха на уровне +20-25°С, а относительная влажность воздуха на уровне 60% при этой температуре.
В холодное время года и при высокой относительной влажности наружного воздуха (выше 60-70%) воздух подогревают для снижения относительной влажности.
Воздух, поступающий в башню, нагревается в процессе охлаждения и кристаллизации капель плава до 50-80°С в зависимости от времени года (температуры наружного воздуха), скорость нагретого воздуха в верхней части башни достигает 2-2,2 м/сек.
Воздух на выходе из башни запылен мелкими частицами аммиачной селитры (<0,5 мм) и аэрозольными частицами (2-5 микрон), которые образуются из паров плава аммиачной селитры.
На выходе из башни перед аппаратом очистки воздух смешивается с соковым паром из нейтрализатора и паровоздушной смесью из выпарного аппарата.
Паровоздушная смесь (ПВС) перед очисткой содержит 8-12% об. водяных паров, а температура достигает 70-90°С.
Первая ступень очистки ПВС - мокрая очистка в тарельчатом скруббере - промывателе 9 циркулирующим раствором аммиачной селитры, подкисленным азотной кислотой для улавливания и нейтрализации аммиака.
4
3
На 1-й ступени очистки улавливаются относительно крупные частицы NHNO, а аэрозольные - в незначительной степени.
4
3
Концентрация циркулирующего раствора поддерживается в пределах 15-40% NHNO в зависимости от времени года, причем верхний предел относится к жаркому времени года, когда в скруббере - промывателе увеличивается испарение воды из раствора для насыщения горячей ПВС, а нижний предел относится к холодному времени года, когда испарение резко снижается и необходимо замкнуть в цикле производства весь конденсат сокового пара, образующегося в установке, без выдачи его на сторону.
4
3
Глубокая очистка выхлопа в атмосферу достигается во 2-й ступени в отделении фильтрации ПВС 10 через нетканый материал из ультратонких волокон. Количество слоев фильтрующего материала определяется допустимыми нормами содержания NHNO в выхлопе ПВС в атмосферу.
Повышение степени очистки и срока службы фильтрующего материала достигается применением постоянной или периодической подачи конденсата сокового пара на фронтальный слой через разбрызгивающие форсунки.
2
3
3
Осуществление процесса при заявленных параметрах позволяет обеспечить получение 2160 тонн готового продукта в сутки, т.е. повысить производительность процесса не менее чем на 40% по сравнению с прототипом (1540 т/сутки при сечении башни 88 м). Использование в грануляционной башне виброгранулятора обеспечивает факел распыла капель плава, при котором отсутствует налипание плава на стенках грануляционной башни вплоть до конуса и пересечение струй капель плава, что приводит к улучшенному качеству гранул и стабильному фракционному составу. В готовом продукте содержание мелкой фракции (<1 мм) не превышает 0,5 мас.%, а больше 4 мм - не более 2 мас.%, что позволяет исключить стадию классификации готового продукта на ситах перед отправкой потребителю. Осуществление очистки с набрызгиванием на многослойный фильтрующий материал конденсата сокового пара позволяет разбавить концентрацию уловленных капель раствора и аэрозольных частиц нитрата аммония и интенсифицировать процесс их смыва. Совокупность заявленных признаков позволяет резко интенсифицировать процесс производства аммиачной селитры в грануляционной башне и одновременно повысить степень очистки выбросов в атмосферу до содержания нитрата аммония ниже 50 мг/м и аммиака ниже 15 мг/м.