CC BY
34СОКРАЩЕНИЕ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ
Сахаров Илья Юрьевич
Ассистент кафедры «Оборудования химических заводов», Казанский национальный исследовательский технологический университет Махоткин Алексей Феофилактович
Доктор технических наук, профессор кафедры «Оборудования химических заводов», Казанский национальный исследовательский технологический университет
Сахаров Юрий Николаевич Кандидат технических наук, доцент кафедры «Оборудования химических заводов», Казанский национальный исследовательский технологический университет
Махоткин Игорь Алексеевич Кандидат технических наук, доцент кафедры «Оборудования химических заводов», Казанский национальный исследовательский технологический университет
Аннотация. Недостатком существующих промышленных технологий производства аммиачной селитры является проблема увеличения производительности посредством интенсификации процесса с сохранением относительно низких удельных потерь связанного азота на стадии нейтрализации растворов азотной кислоты газообразным аммиаком и одновременным сокращением вредных веществ, таких как аммиак, азотная кислота и трудноуловимый мелкодисперсный нитрат аммония в отработанных газах, загрязняющие выброс и приводящие к потерям продукта.
Решение проблемы повышения производительности и обеспечения экологии производства аммиачной селитры требует принципиально нового комплексного подхода, заключающегося в минимизации образования аэрозоля нитрата аммония и его улове, который может быть достигнут на основе применения новых способов и устройств, обеспечивающих повышенную эффективность процесса.
Ключевые слова: экология, интенсификация, технология, нитрат аммония, производство, способ, устройство.
HAZARDOUS SUBSTANCES EMISSIONS REDUCTION AND AMMONIUM NITRATE PRODUCTION TECHNOLOGY INTENSIFICATION
Sakharov Ilia Iurevich
Assistant of the Department of the «Equipment for Chemical Plants», Kazan National Research Technological University Makhotkin Alexey Feofilaktovich Doctor of Technical Sciences, Professor of the «Department of Equipment for Chemical Plants», Kazan National Research Technological University
Sakharov Yuri Nikolaevich
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the «Department of Equipment for Chemical Plants», Kazan National Research Technological University
Makhotkin Igor Alekseevich
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the «Department of Equipment for Chemical Plants», Kazan National Research Technological University
Abstract. Existing ammonium nitrate production industrial technologies disadvantage is productivity increasing problem by intensifying the process while maintaining relatively low specific losses of bound nitrogen at the stage of neutralizing nitric acid solutions with gaseous ammonia and simultaneously reducing harmful substances such as ammonia, nitric acid and subtle finely dispersed ammonium nitrate in exhaust gases polluting the release and resulting in product.
187
Increasing the productivity and ensuring the ecology of ammonium nitrate production problem solution requires a fundamentally new integrated approach, which consists in minimizing the formation of ammonium nitrate aerosol and its catch, which can be achieve using new methods and devices that provide increased efficiency of the process.
Key words: ecology, intensification, technology, ammonium nitrate, production, method, device.
Известен способ получения аммиачной селитры и устройство для его осуществления с использованием теплоты нейтрализации раствора азотной кислоты газообразным аммиаком, включающий нейтрализацию азотной кислоты газообразным аммиаком, в котором азотную кислоту и газообразный аммиак подают на нейтрализацию с низа корпуса устройства в стакан.
Устройство для осуществления указанного способа получения аммиачной селитры содержит корпус с патрубком вывода газового потока с размещенным внутри стаканом, корпус устройства выполнен с нижней суженной цилиндрической частью, переходящей в расширенную цилиндрическую часть, стакан размещен в нижней части корпуса, корпус имеет патрубки для подачи с низа корпуса в стакан азотной кислоты и газообразного аммиака, патрубок вывода газового потока расположен в верхней части корпуса, а патрубок вывода раствора аммиачной селитры расположен в коническом переходе между нижней и верхней частями корпуса [5]. Недостатком описанного способа получения аммиачной селитры и устройства для его осуществления являются низкая производительность и высокое содержание азотной кислоты и аммиачной селитры в выходящем газовом потоке.
Известен способ получения аммиачной селитры, включающий нейтрализацию азотной кислоты газообразным аммиаком, в котором азотную кислоту и газообразный аммиак подают на нейтрализацию посредством контура циркуляции с низа корпуса в стакан.
Устройство для получения аммиачной селитры содержит корпус с патрубком вывода газового потока, расположенным в верхней части корпуса, с размещенным внутри корпуса стаканом, контур циркуляции, включающий всасывающий трубопровод, насос, нагнетательный трубопровод, который содержит патрубок вывода раствора аммиачной селитры, расположенный после насоса до смесителя азотной кислоты, и смеситель азотной кислоты с патрубком для подачи азотной кислоты, устройство дополнительно имеет смеситель газообразного аммиака, расположенный в нагнетательном трубопроводе после смесителя азотной кислоты корпус имеет нижнюю суженную цилиндрическую часть, переходящую в расширенную цилиндрическую часть, стакан размещен в нижней части корпуса, нагнетательный и всасывающий трубопроводы соединены с низом корпуса, при этом нагнетательный трубопровод соединен со стаканом, см. [1].
Недостатками технического решения является отсутствие возможности увеличивать подачу в устройство газообразного аммиака и азотной кислоты, что связано с недостаточной производительностью получения аммиачной селитры, и повышенное содержание азотной кислоты и аммиачной селитры в выходящем газовом потоке.
Техническая задача повышения производительности способа получения аммиачной селитры и устройства для его осуществления, позволяющие увеличивать подачу газообразного аммиака и азотной кислоты и уменьшить содержание азотной кислоты и аммиачной селитры в выходящем газовом потоке, решается способом получения аммиачной селитры, включающим нейтрализацию азотной кислоты газообразным аммиаком, согласно изобретению азотную кислоту и аммиак подают в верхнюю часть корпуса устройства, при этом газообразный аммиак подают через патрубок в стакан, а азотную кислоту подают посредством контура циркуляции на тарелку.
Техническая задача решается также устройством, содержащим корпус с патрубком вывода газового потока с размещенным внутри корпуса стаканом, контур циркуляции, включающий всасывающий трубопровод, насос и нагнетательный трубопровод, который
содержит патрубок вывода раствора аммиачной селитры, расположенный после насоса до смесителя азотной кислоты, и смеситель азотной кислоты с патрубком для подачи азотной кислоты, согласно изобретению, корпус устройства выполнен цилиндрической формы, в верхней части корпуса расположена тарелка, по центру которой установлена обечайка, внутри обечайки размещен стакан, боковая поверхность которого выполнена из пластин с образованием тангенциальных щелей, корпус сверху имеет патрубок подачи газообразного аммиака в стакан, при этом нагнетательный трубопровод соединен с корпусом сбоку над тарелкой, патрубок вывода газового потока расположен в боковой части корпуса под тарелкой, а всасывающий трубопровод соединен с низом корпуса [2].
Пути решения проблемы образования аэрозоля аммиачной селитры, такие как необходимость обеспечения минимальной концентрации НЫО3 в растворе и ликвидация локальной высокой концентрации НЫО3 в растворе, с учетом того, что процесс абсорбции N№3 и процесс десорбции КН3 лимитируется массоотдачей в газовой фазе, с одновременным повышением производительности процесса нейтрализации, достигнуты применением вихревых контактных устройств.
Предложено техническое решение по замене существующих скрубберов-нейтрализаторов узла нейтрализации газов дистилляции, который входит в состав производства аммиачной селитры цеха №3 на ПАО «КуйбышевАзот» на вихревые скрубберы-нейтрализаторы [3]. Проведены расчеты материального, теплового баланса, а также основных и вспомогательных аппаратов для вихревой установки комплексной технологии нейтрализации азотной кислоты аммиаком из газов дистилляции и аммиаком из сети предприятия производства аммиачной селитры для ОАО «КуйбышевАзот». Схема установки приведена на рисунке 1.
Газы дистилляции подаются в верхнюю часть первого скруббера-нейтрализатора, вертикального аппарата, состоящего из верхнего завихрителя и двух последовательно установленных вихревых контактных устройств. Так же в верхнюю часть аппарата, выполненную из титана подается 68%-ный раствор аммиачной селитры, содержащий 3% азотной кислоты. Пройдя через щели завихрителя, газы приобретают вращательное движение и передают его жидкости, с которой контактируют. Жидкость начинает вращаться в стакане в виде перевернутого усеченного конуса, в котором установлен завихритель. Из-за наклона под действием центробежной силы реакция опоры стакана приобретает осевую составляющую, направленную вверх, и часть жидкости под ее действием задерживается в стакане. Эта жидкость призвана изолировать металлическую поверхность стакана от зоны реакции, тем самым уменьшив воздействие на него коррозии. Такая же задача у верхней части нейтрализатора в целом: уменьшить концентрацию азотной кислоты, уменьшив коррозионную нагрузку на остальную часть нейтрализатора, выполненного из нержавеющей стали. Далее газы дистилляции и кислый раствор селитры поступают прямотоком на первое вихревое контактное устройство (ВКУ), где происходит эффективное взаимодействие реагентов. Следующее нижнее ВКУ предназначено для окончательного завершения процесса нейтрализации, в случае, если тот не закончится в вышележащем вихревом устройстве. Далее газы дистилляции поступают во второй скруббер-нейтрализатор, смешиваясь с аммиаком из сети предприятия, повышающим до требуемого значения упавшую в результате нейтрализации концентрацию аммиака в потоке. Процесс во втором аппарате идет аналогично первому, но своей целью имеет полную очистку газового потока от аммиака.
Далее газовый поток, в котором отсутствует аммиак, но есть соковый пар, поступает в вихревую брызготуманоловушку-сепаратор 3. Также в случае проскока аммиака предусмотрен ввод в сепаратор кислого раствора, подаваемого на орошение первого нейтрализатора, призванного донейтрализовать проскочивший аммиак.
В сепараторе под действием центробежных сил, получаемых в результате закручивания потока в завихрителе, происходит сепарация из газового потока капель раствора аммиачной селитры. Отсепарированный газовый поток поступает в двухступенчатый ап-
парат фильтрации, состоящий из рукавных фильтров, где улавливаются не отделившиеся микрокапли раствора селитры и аэрозоль селитры, образующийся в результате локальных флуктуаций концентрации азотной кислоты в нейтрализаторах. Вторая ступень фильтрации предусмотрена для предотвращения вторичного брызгоуноса с первой ступени, который, как показали исследования [4], отрицательно влияет на степень очистки. Вторичный брызгоунос возможен из-за наличия раствора селитры на фильтрах, обусловленного уловом микрокапель и конденсацией сокового пара, возможной в результате теплопотерь в окружающую среду.
Раствор аммиачной селитры, полученный в аппарате 2, поступает в первое отделение циркуляционной емкости 7, туда же поступают брызги, уловленные брызготуманоло-вушкой-сепаратором 3 и брызготуманоловушкой фильтрации 4.
В первое отделение также подается азотная кислота в количестве, соответствующем поступающему на нейтрализацию аммиаку. Из первого отделения циркуляционной емкости 6 раствор перетекает в циркуляционную емкость 7,8, куда также подается часть полученного во втором абсорбере раствора, таким образом во втором отделении концентрация кислоты получается ниже. Затем центробежным насосом 10 кислый раствор селитры подается на орошение аппарата 2. При залповом увеличении количества раствора он через перегородку переливается в первую циркуляционную емкость. Далее раствор из первой циркуляционной емкости поступает во вторую циркуляционную емкость, куда также поступает часть полученного в нейтрализаторе 1 раствора. Оттуда при помощи центробежного насоса подается на орошение нейтрализатора 1 и в сепаратор 3 в случае проскока аммиака. По мере заполнения часть раствора из второй циркуляционной емкости поступает в третью и четвертую циркуляционную емкость. Также туда поступает получаемый в нейтрализаторе 2 раствор, в котором практически отсутствует азотная кислота. По мере заполнения емкости 13 полученный продукционный раствор подается на дальнейшие технологические стадии производства гранулированной аммиачной селитры.
Рисунок 1. Схема вихревой установки комплексной технологии нейтрализации азотной кислоты аммиаком из газов дистилляции и аммиаком из сети предприятия производства аммиачной селитры для ОАО «КуйбышевАзот», г. Тольятти
1, 2 - вихревые скрубберы-нейтрализаторы с нисходящим способом взаимодействия фаз; 3, 4 - брызготума-ноловушки; 5, 6, 7, 8 - ёмкости с мешалками; 9, 10, 11, 14 - насосы; 12 - аварийная ёмкость; 13 - промежуточная ёмкость.
Предложенное решение проблемы по сокращению выбросов вредных веществ и интенсификации технологии производства аммиачной селитры позволяет повысить производительность узла нейтрализации газов дистилляции за счет интенсификации тепломассообмена, позволяющего увеличивать подачу газообразного аммиака и азотной кисло-
ты на нейтрализацию, а также одновременно сократить содержание аммиачной селитры и
азотной кислоты в выходящем газовом потоке в два и более раз.
Список источников и литературы
1. Патент № 2451637 Российская Федерация, МПК С01С1/18 (2006.01). Агрегат для получения аммиачной селитры : № 2010150034 : заявл. 06.12.2010 : опубликовано 27.05.2012 / Кузнецов С. Н., Ардамаков С. В., Будяк А. В. - Текст : непосредственный.
2. Патент № 2619700 Российская Федерация, МПК С01С 1/18 (2006.01). Способ получения аммиачной селитры и устройство для его осуществления : № 2016113051 : заявл. 05. 04. 2016 : опубликовано 17.05.2017 / Сахаров И. Ю., Махоткин И. А., Сахаров Ю. Н., Махоткин А. Ф. - Текст : непосредственный.
3. Сахаров, И. Ю. Разработка вихревой технологии абсорбции аммиака азотной кислотой для производства аммиачной селитры / Сахаров И. Ю. и др. - Текст : непосредственный // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - Т. 16, Вып. 14. -С. 76-83.
4. Сахаров, И. Ю. Экспериментальное исследование эффективности улова тумана аммиачной селитры волокнистыми фильтрами / Сахаров И. Ю. и др. - Текст : непосредственный // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - Т. 16, Вып. 14. - С. 71-74.
5. Чернышев А. К. Аммиачная селитра: свойства, производство, применение / А. К. Чернышев, Б. В. Левин, А. В. Туголуков. - Москва : Химия, 2009. - 544 с. -Текст : непосредственный.
