СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЖИДКОГО АЗОТНОГО УДОБРЕНИЯ "КАС" Российский патент 1997 года по МПК C05C9/00 C05C11/00 

Изобретение относится к процессам химической технологии и может быть использовано в производстве смесей жидких азотсодержащих удобрений, например, на основе карбамида и аммиачной селитры.

Известен способ производства жидкого азотного удобрения, выбранный в качестве прототипа изобретения, путем смешивания водных растворов аммиачной селитры и карбамида и нейтрализацией избыточного аммиака раствором азотной кислоты.

Недостатком известного способа является неудовлетворительное регулирование основных параметров процесса из-за искажения показаний приборов, что обусловлено следующим. При вводе азотной кислоты в технологический поток смеси происходит реагирование азотной кислоты не только с избыточным аммиаком, приводя к его нейтрализации, но и частично с карбамидом, образуя нестойкий нитрат карбамида, который разлагается с выделением газов (диоксид углерода, азот и водород), преобладающим из которых является диоксид углерода. Газы выделяются в виде пузырей, что создает двухфазную систему (жидкость-газ) в растворе и нарушает работу приборов контрольно-измерительного комплекса, т. к. наличие газосодержания существенно изменяет фиксируемые физические характеристики раствора (плотность, электропроводность и др.). На индикаторных диаграммах это отмечается в виде "провалов показаний" на длительных отрезках времени.

Задача, решаемая заявляемым изобретением повышение надежности работы измерительных комплексов в производстве растворов с пониженным содержанием свободного аммиака.

Сущность заявляемого решения заключается в том, что в известном способе производства жидкого азотного удобрения путем смешивания водных растворов аммиачной селитры и карбамида и нейтрализацией избыточного аммиака раствором азотной кислоты, после ввода раствора азотной кислоты производят контактирование смеси с инертным газом и отработанный инертный газ выводят из системы. Раствор азотной кислоты вводят перед смешиванием компонентов, а полученную смесь дросселируют. Контактирование смеси с инертным газом производят под вакуумом.

Существенность заявляемых отличительных признаков состоит в следующем.

1. После ввода раствора азотной кислоты производят контактирование раствора "КАС" с инертным газом. В результате контакта происходит переход газов, растворенных в "КАС", в инертный газ. Это позволяет снизить газосодержание раствора "КАС", устранить изменение физических свойств раствора (плотность, электропроводность), что обеспечивает стабильную работу контрольно-измерительных приборов (КИП) и эффективное управление техпроцессом.

2. Отработанный газ выводят из системы. Это устраняет накопление газа в системе, предотвращает повышение давления газа над раствором и исключает обратный переход десорбированных газов в раствор "КАС".

3. Полученную смесь дросселируют. Это позволяет осуществить сбросом давления частичную дегазацию смеси от газов, образующихся при взаимодействии азотной кислоты с карбамидом.

4. Контактирование смеси с инертным газом производят под вакуумом. Это существенно снижает давление растворенных газов над раствором и повышает степень их выделения из раствора. Это позволяет провести эффективное удаление газов из раствора "КАС", что стабилизирует работу контрольно-измерительных приборов.

На фиг. 1 показана схема реализации способа с подачей раствора азотной кислоты в раствор "КАС"; на фиг.2 схема реализации способа с подачей раствора азотной кислоты в раствор аммиачной селитры.

Схемы для реализации способа содержат соединенные последовательно насадочный смеситель растворов 1, рекуперативный холодильник 2, дегазатор 3, содержащий внутри разделительную тарелку с установленной на ней подъемной трубой 4 и перфорированную тарелку 5. Дегазатор 3 соединен по жидкой фазе со сборником 6 дегазированного "КАС" и далее с насосом 7, а по газовой фазе с абсорбером 8 и далее газодувкой 9. Вместо газодувки 9 могут использоваться другие устройства для создания разряжения (вакуума) эжекторы, вакуум-насосы и т.д. Подача раствора азотной кислоты в технологический поток производится через смеситель 10, который может быть выполнен в виде насадочного, распылительного или эжекционного аппарата. Схема также содержит емкость 11 для ингибитора коррозии, подключенную к всасу дозирующего насоса 12. Нагнетание насоса 12 выведено в технологический поток раствора "КАС" перед дегазатором 3. В качестве ингибитора коррозии может использоваться раствор "Корблок" или отрофосфорная кислота. Подача воздуха в дегазатор 3 производится через барботер 13. В линии "КАС" после холодильника 2 и перед дегазатором 3 размещен контрольно-измерительный комплекс 14 первой ступени для определения качества "КАС" по физическим характеристикам. После дегазатора 3 размещен контрольно-измерительный комплекс 15 второй ступени для определения качества "КАС" и управления технологическим процессом. На линии подачи азотной кислоты в технологический поток размещен регулирующий клапан 16, связанный с контрольно-измерительным комплексом 15. Если азотная кислота вводится в раствор амселитры, то перед дегазатором 3 на линии раствора "КАС" устанавливается дросселирующий вентиль 17.

Примеры реализации способа производства жидкого азотного удобрения марки "КАС-30".

Пример 1. Растворы аммиачной селитры и карбамида, содержащие свободный аммиак, соответственно, 0,25 г/л и 9,5 г/л, с температурами, соответственно, (100±5)^oC и (98±2)^oC поступают отдельными потоками в установку производства "КАС" в весовом соотношении 1 0,78 в смеситель 1, где интенсивно перемешиваются и происходит образование раствора "КАС" на выходе из аппарата. После смесителя 1 раствор "КАС" проходит через теплообменник 2, в котором охлаждается со 100^oC до 45^oC оборотной водой, и затем проходит через контрольно-измерительный комплекс 1-й ступени 14, где измеряются физические характеристики раствора "КАС". В охлажденный поток раствора "КАС" дозируется ингибитор коррозии "Корблок" в соотношении 0,2 кг/т "КАС". Дозировка ингибитора коррозии производится из емкости 11 посредством насоса 12. Далее, в охлажденный поток раствора "КАС" через смеситель 10 дозируется раствор 50%-й азотной кислоты в количестве 29 кг/т "КАС" с температурой (20±2)^oC. При смешивании происходит реакция нейтрализации избыточного аммиака, содержащегося в растворе "КАС", сопровождающаяся выделением тепла и нагреванием раствора на 2^oC. При этом происходит взаимодействие азотной кислоты с карбамидом, что приводит к его частичному разложению, сопровождающемуся выделением (десорбцией) газов преимущественно содержащих диоксид углерода. При этом происходит образование двухфазной системы (жидкость-газ) с поверхностью раздела фаз. Далее раствор "КАС" поступает в нижнюю зону дегазатора 3. Туда же подается воздух через барботер 13. Происходит интенсивное перемешивание раствора "КАС" с воздухом, что приводит к снижению давления десорбируемых газов (ДГ) над поверхностью раздела фаз воздух-раствор "КАС". Это приводит к интенсивному переходу ДГ из раствора "КАС" в барботирующий воздух (первая ступень дегазации). Раствор "КАС" с воздухом поднимается в дегазаторе 3 по высоте подъемной трубы 4, растекается по тарелке 5 и через ее перфорацию стекает гравитационно в виде системы струй на разделительную тарелку 4. При этом происходит выделение из раствора воздуха, содержащего ДГ, и дополнительное выделение ДГ из раствора "КАС" за счет существенного увеличения свободной поверхности раствора "КАС" и за счет поддерживаемого разрежения в этой зоне (вторая ступень дегазации). Разрежение (вакуум) снижает равновесное давление ДГ в системе жидкость-газ и обуславливает более полную дегазацию раствора "КАС". Затем дегазированный раствор "КАС" проходит приборы контрольно-измерительного комплекса 2-й ступени 15. Благодаря тому, что из раствора "КАС" практически полностью удалены газы, то изменения физических характеристик раствора "КАС", зависящих от газосодержания (плотность, электропроводность и др.), не происходит, что обеспечивает стабильный контроль и эффективное управление технологическим процессом в широком диапазоне нагрузок. При отклонении содержания аммиака от заданного в выходящем растворе "КАС", определяемое по величине щелочности раствора, подается автоматический сигнал на изменение расхода азотной кислоты через регулирующий клапан 16. Дегазированный раствор "КАС", с содержанием аммиака около 0,025% ингибитора коррозии не менее 0,012 и щелочью 7,1 поступает в сборник 6, из него перекачивается насосом 7 в хранилище "КАС", где осуществляется дополнительный контроль по содержанию аммиака, и далее на отгрузку потребителю. ДГ вместе с воздухом из дегазатора 3 поступают в абсорбер 8, орошаемый циркуляционным раствором, где происходит очистка газа до снижения содержания примесей в выходящем газе ниже санитарных норм. Очищенный газ вентилятором 9 выбрасывается в атмосферу.

Пример 2. Растворы аммиачной селитры и карбамида, содержащие свободный аммиак, соответственно, 0,25 г/л и 9,5 г/л с температурами, соответственно, (100±5)^oC и (98±2)^oC поступают отдельными потоками в установку производства "КАС" в весовом соотношении 1^oC0,78. В поток амселитры в смеситель 10 дозируется раствор 50%-й азотной кислоты в количестве 28 кг/т "КАС" через регулирующий клапан 16. При смешивании происходит реакция нейтрализации избыточного аммиака, содержащегося в амселитре, сопровождающаяся выделением тепла, что приводит средней температуры потока на 2^oC. Далее, потоки карбамида и аммиачной селитры с азотной кислотой поступают в смеситель 1, где интенсивно перемешиваются и происходит образование раствора "КАС" на выходе из аппарата. При смешивании происходит реакция нейтрализации избыточного аммиака, содержащегося в карбамиде, сопровождающаяся выделением тепла, что приводит к повышению средней температуры смеси на 4^oC. При этом взаимодействие азотной кислоты с карбамидом приводит к его частичному разложению, сопровождающемуся образованием десорбируемых газов (ДГ) с преимущественным содержанием диоксида углерода. После смесителя 1 раствор "КАС" проходит через теплообменник 2, в котором охлаждается с 103 ^oC до 45 ^oC оборотной водой. В охлажденный раствор "КАС" дозируется ингибитор коррозии "Корблок" в соотношении 0,2 кг/т "КАС". Дозировка ингибитора коррозии производится из емкости 11 посредством насоса 12. Затем раствор проходит через контрольно-измерительный комплекс 1-й ступени 14, где измеряют физические характеристики раствора "КАС". Так как давление в линии раствора "КАС" до дросселирующего вентиля 17 поддерживается им на уровне не ниже 0,25 МПа, то выделения ДГ в раствор "КАС" с образованием двухфазной системы (жидкость-газ) не происходит, что обеспечивает стабильную работу контрольно-измерительного комплекса 1-й ступени 14. Затем раствор "КАС" проходит через дросселирующий вентиль 17, при этом избыточное давление раствора падает с 0,25 МПа до 0,05 МПа и происходит интенсивное выделение ДГ в виде газовых пузырьков из раствора "КАС" с образованием двухфазной системы (жидкость-газ) первая ступень дегазации. Далее раствор "КАС" поступает в нижнюю зону дегазатора 3. Туда же подается воздух через барботер 13. Происходит интенсивное перемешивание раствора "КАС" с воздухом, что приводит к снижению давления ДГ над поверхностью раздела фаз воздух-раствор "КАС". Это приводит к интенсивному переходу ДГ из раствора "КАС" в барботирующий воздух (вторая ступень дегазации). Раствор "КАС" с воздухом поднимается в дегазаторе 3 по высоте подъемной трубы 4, растекается по тарелке 5 и через ее перфорацию стекает гравитационно в виде системы струй на разделительную тарелку 4. При этом происходит выделение из раствора воздуха, содержащего ДГ, и дополнительное выделение ДГ из раствора "КАС" за счет существенного увеличения свободной поверхности раствора "КАС" и за счет существенного увеличения свободной поверхности раствора "КАС" за счет поддерживаемого разрежения в этой зоне (третья ступень дегазации). Разрежение (вакуум) снижает равновесное давление ДГ в системе жидкость-газ и обуславливает более полную дегазацию раствора "КАС". Затем дегазированный раствор "КАС" проходит приборы контрольно-измерительного комплекса 2-й ступени 16. Благодаря тому, что из раствора "КАС" практически полностью удален ДГ, то изменения физических характеристик раствора "КАС", зависящих от газосодержания (плотность, электропроводность и др.), не происходит, что обеспечивает стабильный контроль и эффективное управление технологическим процессом в широком диапазоне нагрузок. При отклонении содержания аммиака от заданного в выходящем растворе "КАС", определяемое по величине щелочности раствора, подается автоматический сигнал на изменение расхода азотной кислоты через регулирующий клапан 16. Дегазированный раствор "КАС", с содержанием аммиака около 0,015% ингибитора коррозии не менее 0,012% и щелочностью 7,0 поступает в сборник из него перекачивается насосом 7 в хранилище "КАС" и на отгрузку потребителю. ДГ вместе с воздухом из дегазатора 3 поступают в абсорбер 8, орошаемый циркуляционным раствором, где происходит очистка газа до снижения содержания примесей в выходящем газе ниже санитарных норм. Очищенный газ вентилятором 9 выбрасывается в атмосферу.

Использование: изобретение используют в производстве минеральных удобрений. Сущность способа получения жидкого азотного удобрения - "КАС" состоит в том, что водный раствор аммиачной селитры и карбамида смешивают, нейтрализуют избыточный аммиак введением азотной кислоты, после чего осуществляют контактирование раствора "КАС" с воздухом или инертным газом. Отработанный воздух или инертный газ выводят из системы. Раствор азотной кислоты вводят в образовавшийся раствор "КАС" или перед смещением компонентов. Полученный раствор "КАС" дросселируют перед контактированием с газом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения жидкого азотного удобрения, включающий смешивание водных растворов аммиачной селитры и карбамида, нейтрализацию избыточного аммиака введением раствора азотной кислоты, отличающийся тем, что после введения раствора азотной кислоты осуществляют контактирование полученной смеси с воздухом или инертным газом с последующим выводом отработанного воздуха или инертного газа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор азотной кислоты вводят в раствор аммиачной селитры перед смешиванием с карбамидом, а полученный раствор перед контактированием с воздухом или инертным газом дросселируют. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контактирование смеси с воздухом или инертным газом осуществляют под вакуумом.