книги из ГПНТБ / Миниович, М. А. Производство аммиачной селитры

Глава 111

ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОИЗВОДСТВА АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ ИЗ АММИАКА И АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ

Процесс производства аммиачной селитры состоит из следую­ щих основных стадий:

1. Получение растворов аммиачной селитры нейтрализацией азотной кислоты газообразным аммиаком или аммиаксодержащими газами.

2.Упаривание растворов аммиачной селитры до состояния плава.

3.Кристаллизация из плава соли в виде частиц округлой фор­

мы (гранул), чешуек (пластинок) и мелких кристаллов.

4.Охлаждение или сушка соли.

5.Упаковка в тару готового продукта.

Для получения малослеживающейся и водоустойчивой аммиач­ ной селитры кроме указанных стадий необходима еще стадия при­ готовления соответствующих добавок.

ПОЛУЧЕНИЕ РАСТВОРОВ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ

Основы процесса нейтрализации

Растворы аммиачной селитры получают в результате взаимо­ действия аммиака с азотной кислотой по реакции

4NH3 + HN0 3 = NH4 N03 + Q ккал

Образование аммиачной селитры протекает необратимо и со­ провождается выделением тепла. Количество тепла, выделяюще­ гося при реакции нейтрализации, зависит от концентрации приме­ няемой азотной кислоты и ее температуры, а также от температу­ ры газообразного аммиака (или аммиаксодержащих газов). Чем выше концентрация азотной кислоты, тем больше выделяется тепла. При этом происходит испарение воды, что позволяет получать бо­ лее концентрированные растворы аммиачной селитры. Для полу­ чения растворов аммиачной селитры применяют 42—58%-ную азот­ ную кислоту.

На рис. 11 показан тепловой эффект реакции нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком. Из приведенных дан­ ных видно, что при использовании для нейтрализации аммиака даже 45%-ной азотной кислоты выделяется значительное количест­ во тепла — свыше 353 ккал/кг NH4NO3.

зависят от интенсивности циркуляции растворов селитры в ней­ трализаторах. При интенсивной циркуляции растворов создается тесный контакт между аммиаком и азотной кислотой, что препят­ ствует переходу их в газовую фазу и уносу с соковым паром, от­ водимым из верхней части нейтрализаторов. В этих аппаратах.

52

происходит естественная циркуляция растворов вследствие обра­ зующейся разницы их плотностей в нижней и верхней частях ней­ трализатора.

продукта. Нейтрализация в слабощелочной среде имеет только одно преимущество перед «кислым» режимом; в меньшей степе­ ни подвергаются коррозии сварные швы в нейтрализаторах и свя­ занных с ними коммуникациях. Заданный избыток азотной кисло­ ты поддерживают с помощью автоматических устройств.

Применяемая в производстве аммиачной селитры азотная кис­ лота должна содержать не более 0,20% растворенных окислов азо-

53-

та. Если кислота недостаточно продута воздухом для удаления растворенных окислов азота, они образуют с аммиаком нитрит ам­ мония, быстро разлагающийся на азот и воду. При этом потери

ности давлений, при которых должны подаваться в нейтрализатор

капливаются в промежуточных емкостях с мешалками, децентра­ лизуются аммиаком или азотной кислотой, после чего направля­ ются на упаривание.

Характеристика нейтрализационных установок

В зависимости от применяемого давления современные уста­ новки для получения растворов аммиачной селитры с использова­ нием тепла нейтрализации подразделяются на установки, работаю­ щие при атмосферном давлении; при разрежении (вакууме); при повышенном давлении (несколько атмосфер) и на комбинирован­ ные установки, работающие под давлением в зоне нейтрализации ъ при разрежении в зоне отделения соковых паров от раствора ,(плава) аммиачной селитры.

Ниже кратко рассмотрены основные особенности перечисленных установок.

Установки, работающие при атмосферном или небольшом из­ быточном давлении, отличаются простотой технологии и конструк­ тивного оформления. Они также легко обслуживаются, пускаются в работу и останавливаются; случайные нарушения заданного ре-

54

жима работы обычно быстро устраняются. Установки такого типа получили наиболее широкое распространение. Основным аппара­ том этих установок является аппарат-нейтрализатор ИТН (исполь­ зование тепла нейтрализации). Аппарат ИТН работает под абсо­ лютным давлением 1,15—1,25 ат. Конструктивно он оформлен та­ ким образом, что почти не происходит вскипания растворов с образованием туманообразной аммиачной селитры.

Наличие циркуляции в аппаратах ИТН исключает перегрев в зоне реакции, что позволяет проводить процесс нейтрализации

сминимальными потерями связанного азота.

Взависимости от условий работы производства аммиачной се­ литры соковый пар аппаратов ИТН используется для предвари­ тельного упаривания растворов селитры, для испарения жидкого аммиака, подогрева азотной кислоты и газообразного аммиака, направляемых в аппараты PITH, и для испарения жидкого ам­ миака при получении газообразного аммиака, применяемого в про­ изводстве разбавленной, азотной кислоты.

Растворы аммиачной селитры из аммиаксодержащих газов

поддерживать стабильный режим работы вследствие непостоянст­ ва состава аммиаксодержащих газов. Последнее обстоятельствоотрицательно сказывается на точности регулирования избытка азотной кислоты, в результате чего в получаемых растворах ам­ миачной селитры часто содержится повышенное количество кис­ лоты или аммиака.

Установки нейтрализации, работающие под абсолютным давле­ нием 5—6 ат, мало распространены. Они требуют значительного расхода электроэнергии для сжатия газообразного аммиака и по­ дачи в нейтрализаторы азотной кислоты под давлением. Кроме того, на этих установках возможны повышенные потери аммиачной селитры вследствие уноса брызг растворов (даже в сепараторах сложной конструкции брызги не удается полностью улавливать).

В установках, основанных на комбинированном методе, сочета­ ются процессы нейтрализации азотной кислоты аммиаком и по­ лучения плава аммиачной селитры, который можно непосредствен­ но направлять на кристаллизацию (т. е. из таких установок ис­ ключаются выпарные аппараты для концентрирования растворов, селитры). Для установок такого типа требуется 58—60%-ная азот­ ная кислота, которую промышленность выпускает пока сравни­ тельно в небольших количествах. Кроме того, часть аппаратуры должна быть выполнена из дорогостоящего титана. Процесс ней­ трализации с получением плава селитры приходится проводить при весьма высоких температурах (200—220 °С). Учитывая свойства аммиачной селитры, для осуществления процесса при высоких тем­ пературах необходимо создать особые условия, предотвращающие термическое разложение плава селитры .

55

ются отверстия 6 (окна), соеди­ няющие нейтрализационную камеру с испарительной частью ИТН. Из-за наличия этих отверстий производительность аппара­ тов ИТН несколько снижается, зато достигается интенсивная есте­ ственная циркуляция растворов, что приводит к уменьшению по­ терь связанного азота*.

* Раньше для создания циркуляции растворов применялись мешалки или •центробежные насосы, но они оказались сложными в обслуживании и от них пришлось отказаться.

S 6

Выделяющийся из раствора соковый пар отводится через шту­ цер в крышке аппарата ИТН и через ловушку-сепаратор 9. Обра­ зующиеся в цилиндре 3 растворы селитры в виде эмульсии — сме­ си с соковым паром поступают в сепаратор через гидрозатвор 8. Из штуцера нижней части ловушки-сепаратора растворы аммиач­

57"

суыке не показан), где нагревается теплом сокового пара, отводи­ мого через сепаратор 2.

Газообразный аммиак поступает в испаритель 3 жидкого ам­ миака, затем в подогреватель 4, где нагревается теплом вторичного пара из расширителя или горячим конденсатом греющего пара выпарных аппаратов, и далее направляется по двум параллель­ ным трубам в стакан аппарата ИТН 6.

В испарителе 3 брызгоунос жидкого аммиака испаряется и про­ исходит отделение загрязнений, обычно сопутствующих газообраз­ ному аммиаку. При этом образуется слабая аммиачная вода с при­ месью смазочного масла и катализаторной пыли цеха синтеза ам­ миака.

Получаемый в нейтрализаторе раствор аммиачной селитры че­ рез гидравлический затвор и брызгоуловитель-ловушку непрерывно поступает в мешалку-донейтрализатор 7, откуда после нейтрализа­ ции избыточной кислоты направляется на упаривание.

Выделяющийся в аппарате ИТН соковый пар, пройдя сепара­ тор 2, направляется для использования в качестве греющего пара в выпарные аппараты первой ступени.

Конденсат сокового пара из подогревателя 4 собирается в сбор­ нике 5, откуда расходуется на разные производственные нужды.

Перед пуском нейтрализатора выполняются подготовительные работы, предусмотренные в рабочих инструкциях. Отметим только некоторые из подготовительных работ, связанных с нормальным ведением процесса нейтрализации и с обеспечением техники без­ опасности.

Прежде всего требуется залить в нейтрализатор раствор амми­ ачной селитры или паровой конденсат до пробоотбориого краника.

Затем необходимо наладить непрерывную подачу азотной кис­ лоты в напорный бак и ее перелив в складское хранилище скла­ да. После этого требуется принять газообразный аммиак из цеха синтеза аммиака, для чего необходимо на короткое время открыть задвижки на линии отвода в атмосферу сокового пара и вентиль выхода раствора в мешалку-донейтрализатор. Этим предупреж­ дается создание в аппарате PITH повышенного давления и образо­ вание небезопасной аммиачно-воздушной смеси при пуске аппа­ рата.

из аппарата ИТН направляется на использование в качестве грею­ щего пара.

Установки нейтрализации, работающие при разрежении

Совместная переработка аммиаксодержащих газов и газообраз­ ного аммиака нецелесообразна, так как связана с большими поте­ рями аммиачной селитры, кислоты и аммиака из-за наличия в ам-

58

миаксодержащих газах значительного количества примесей (азот, метан, водород и др.)- Эти примеси, барботируя через образую­ щиеся кипящие растворы аммиачной селитры, уносили бы с со­ ковым паром связанный азот. Кроме того, соковый пар, загрязнен­ ный примесями, нельзя было бы использовать в качестве греющего пара. Поэтому аммиаксодержащие газы, как правило, перераба­ тывают отдельно от газообразного аммиака.

селитры. Заданная температура поддерживается благодаря оро­ шению скруббера раствором из вакуум-испарителя, который ра­ ботает при разрежении 600 мм рт. ст., поэтому раствор в нем имеет более низкую температуру, чем в скруббере.

Получаемый в скруббере раствор селитры засасывается в ва­ куум-испаритель 3, где при разрежении 560—600 мм рт. ст. про­ исходит частичное испарение воды (упаривание) и повышение кон­ центрации раствора.

Из вакуум-испарителя раствор стекает в бак-гидрозатвор 6, откуда большая его часть снова поступает на орошение скруббе­

59-