statya_1
.docxУДК
Д.Ю. Ценёва
ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ В ПРОЦЕССЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОЙ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ
В статье рассматриваются возможности использования вторичного сырья в процессе охлаждения гранулированной аммиачной селитры. Приведены результаты анализа влияния различных видов вторичных материалов на теплообменные характеристики процесса охлаждения. Показано, что применение отходов промышленного производства способствует снижению энергозатрат и повышению эффективности теплоотвода. Экспериментальные данные подтверждают целесообразность использования вторичного сырья для интенсификации технологического процесса и улучшения качества готовой продукции.
Акционерное общество «Объединенная химическая компания «Уралхим» (АО «ОХК «Уралхим») является российским лидером в производстве аммиачной селитры и хлористого калия и занимает первое место по поставкам этих видов удобрений на внутренний рынок. Продуктовая линейка «Уралхима» включает более 100 наименований базовых, улучшенных и премиальных продуктов.
Способ получения гранулированной аммиачной селитры включает нейтрализацию азотной кислоты газообразным аммиаком с образованием сокового пара и водного раствора нитрата аммония, упаривание полученного раствора до высококонцентрированного плава с образованием парогазовой смеси после выпарки, грануляцию полученного плава в грануляционной башне в противотоке воздухсодержащего охлаждающего агента с образованием гранул аммиачной селитры и горячего воздухсодержащего потока после грануляции, охлаждение полученных гранул аммиачной селитры в аппарате кипящего слоя с помощью воздухсодержащего охлаждающего агента, смешение парогазовой смеси после выпарки с горячим воздухсодержащим потоком после грануляции с последующей очисткой и охлаждением полученной паровоздушной смеси в промывном аппарате путем орошения раствором нитрата аммония. Очистку и охлаждение смеси осуществляют в промывной колонне с тремя зонами орошения (рисунок 1) , при этом паровоздушную смесь после первой зоны орошения делят на два потока пополам, первый поток направляют во вторую зону орошения, затем подают на стадию грануляции плава в качестве охлаждающего агента, второй поток направляют в третью зону орошения, затем подают на стадию охлаждения гранул в качестве охлаждающего агента.
Рисунок 1 промыватель паровоздушной смеси Х-98
Процесс гранулирования высококонцентрированного плава аммиачной селитры (рисунок 2) осуществляется в металлической грануляционной башне сечением 8,0 на 11,0 м, обеспечивающей высоту падения гранул 50 м. Плав аммиачной селитры с массовой долей NH4NO3 не менее 99,7 % и температурой 175-185 °C из напорного бака поступает в стояки перед грануляторами, откуда через леечные акустические грануляторы равномерно в виде капель разбрызгивается по всему сечению полого объема башни. Уровень плава в баке Е-23 и температура контролируется в ЦПУ (центральный пульт управления), максимальные значения их сигнализируется. Уровень плава в стояках перед грануляторами контролируется в ЦПУ, минимальный и максимальный уровни сигнализируются. Перед грануляторами установлены отсекатели для возможности быстрого отключения грануляторов. Предусмотрено дистанционное управление отсекателями с местного щита и сигнализация закрытия отсекателей. Одновременно в работе могут находится три гранулятора (по одному от каждого стояка) и менее. Встречным потоком воздуха, поднимающегося вверх со скоростью 1,0-1,8 м/с, падающие капли плава охлаждаются и кристаллизируются в виде гранул. Образующиеся гранулы аммиачной селитры падают на конус гранбашни, защищенные с внутренней стороны транспортерной лентой, и через выгрузочное отверстие поступают на конвейер ПТ-30. Акустический гранулятор снабжен устройством для наложения вибрации с целью улучшения грансостава. В корпусе гранулятора установлена пластина, которая при взаимодействии с плавом, проходящим через сопло, генерирует акустические колебания. Источником энергии колебаний служит плав и дополнительных источников не требуется. Далее плав проходит через фильтрующий элемент гранулятора и вытекает через отверстия перфорированного днища. Акустические колебания передаются от пластины к перфорированной части корпуса и вызывают деление струи плава на капли однородного размера. Массовая производительность гранулятора 17 - 23 т/час. Конвейером ПТ-30 гранулы аммиачной селитры с температурой 70-1200°C (не регистрируется) подаются на колосниковую решетку грохота загрузочного устройства аппарата охлаждения гранул в кипящем слое. На решетке отделяются комки и крупные частицы, которые могут образовываться в случае налипания аммиачной селитры на стенках и конусах башни. Нестандартная (крупная) фракция растворяется в баке, куда подается раствор аммиачной селитры от линии нагнетания насоса или насыщенный пар. Из бака раствор аммиачной селитры с массовой долей NH4NO3 не менее 60 % и масла не более 0,000007% поступает по переливу в бак.[1-6]
Рисунок 2 Технологическая схема производства аммиачной селитры
1 – реактор-нейтрализатор; 2 – подогреватель азотной кислоты; 3 – подогреватель аммиака; 4 – донейтрализатор; 5 – выпарной аппарат; 6 – подогреватель воздуха; 7 – нагнетатель воздуха; 8 – насос; 9 – дренажная емкость плава; 10 – гидрозатвор-донейтрализатор; 11 – фильтр плава; 12 – емкость плава; 13 – насос плава; 14 – насос; 15 – емкость промывной жидкости скрубберов; 16 – напорный бак плава; 17 – грануляторы; 18 – скруббер; 19, 20 – промывной скруббер; 21 – буферная емкость; 23 – подогреватели воздуха; 24 – аппарат охлаждения гранул в кипящем слое; 25 – конвейер; 26 – элеватор; 27 – аппарат для опрыскивания гранул.
До появления запатентованных технологий в области охлаждения гранулированной аммиачной селитры использовались в основном методы, которые сопровождались рядом существенных недостатков. Одной из основных проблем была неравномерность охлаждения гранул: при типичной организации процесса верхние слои продукта остывали быстрее, тогда как внутренние оставались перегретыми. Это приводило к нарушению структуры гранул, ухудшению их физико-механических характеристик, а также снижению общего качества конечного продукта. Часто такие гранулы становились хрупкими, склонными к разрушению и образованию пыли. Помимо этого, горячие или неравномерно охлаждённые гранулы имели тенденцию к слипанию при хранении, что значительно усложняло дальнейшую транспортировку и фасовку продукта. Ещё одним существенным недостатком было высокое энергопотребление: традиционные системы охлаждения, как правило, работали с низким коэффициентом полезного действия, требовали больших затрат на вентиляцию или водяное охлаждение, но при этом обеспечивали невысокую эффективность тепломассообмена. Это увеличивало эксплуатационные расходы и снижало производственную рентабельность. Также важным фактором была экологическая составляющая — в условиях недостаточной системы обеспыливания происходили выбросы мелкодисперсной пыли в окружающую среду, что не соответствовало современным экологическим стандартам и оказывало негативное влияние на состояние оборудования и здоровье персонала. В совокупности все эти недостатки ограничивали производительность линий и становились серьёзным препятствием для масштабирования производственных мощностей. Именно необходимость устранения этих проблем и послужила основанием для разработки новых, более совершенных технологий охлаждения, одна из которых впоследствии была реализована и защищена патентом.
Задача патента заключается в усовершенствование способа получения гранулированной аммиачной селитры, в котором за счет осуществления процесса очистки и охлаждения паровоздушной смеси в аппарате с новой системой орошения при новой последовательности распределения потоков паровоздушной смеси, обеспечивается возможность ее повторного использования в технологическом процессе и перевод производства селитры на замкнутый цикл по воздуху, что исключает выбросы в атмосферу. Задача решается следующим образом. Согласно изобретению, очистку и охлаждение смеси осуществляют в промывной колонне с тремя зонами орошения, при этом паровоздушную смесь после первой зоны орошения делят на два потока пополам, первый поток направляют во вторую зону орошения, затем подают на стадию грануляции плава в качестве охлаждающего агента, второй поток направляют в третью зону орошения, затем подают на стадию охлаждения гранул в качестве охлаждающего агента. Осуществление процесса очистки и охлаждения паровоздушной смеси в промывной колонне с тремя зонами орошения, предусматривающее деление паровоздушной смеси после первой зоны орошения на два потока пополам, направление первого потока во вторую зону орошения, а затем подачу на стадию грануляции плава в качестве охлаждающего агента, направление второго потока в третью зону орошения, а затем подачу на стадию охлаждения гранул в качестве охлаждающего агента, обеспечивает перевод производства гранулированной аммиачной селитры на замкнутый цикл по воздуху и исключает выбросы в атмосферу в результате возможности повторного использования воздухсодержащих потоков после промывной колонны в технологическом процессе. Это обусловлено тем, что в результате прохождения паровоздушной смеси через зоны орошения в указанной последовательности получают два равных по объему воздухсодержащих потока с разными температурами, достаточными для того, чтобы использовать эти потоки в качестве охлаждающей среды в технологическом процессе.
Внедрение запатентованного способа охлаждения гранулированной аммиачной селитры позволило существенно повысить эффективность всего производственного процесса и устранить ключевые недостатки, характерные для ранее применявшихся технологий. Новый подход обеспечил более равномерное и контролируемое охлаждение гранул, благодаря чему удалось добиться стабильно высокого качества конечного продукта. В частности, снизилось пылеобразование, уменьшилась склонность гранул к разрушению и слипанию, что положительно сказалось на транспортируемости и длительном хранении селитры. Одним из ключевых преимуществ запатентованного способа стало оптимизированное распределение потоков воздуха и/или теплоносителя, что позволило обеспечить максимально эффективный теплоотвод от всей массы продукта. Это устранило температурные градиенты внутри охладителя и свело к минимуму возможность перегрева или недоохлаждения отдельных фракций. Кроме того, внедрение автоматизированного контроля параметров процесса таких как температура, скорость движения гранул, расход охлаждающего агента, позволило достичь высокой степени точности и повторяемости, что особенно важно при непрерывном производственном цикле.
Также существенно сократилось общее энергопотребление на стадии охлаждения. Более эффективное использование теплообменных потоков и устранение избыточных потерь энергии сделали процесс не только стабильнее, но и экономически выгоднее. Это позволило увеличить производительность без необходимости масштабной модернизации остального оборудования. Экологический эффект также стал заметным: за счёт более герметичной конструкции и применения систем обеспыливания нового поколения уровень выбросов в атмосферу значительно снизился, что позволило предприятию соответствовать современным нормативам промышленной безопасности и экологии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сторожев В.С., Корнеев В.В., Филатов И.Г. Способ очистки сточных вод от ионов тяжёлых металлов: пат. RU 2147554 C1 Российская Федерация. МПК C02F 1/44 / заявитель и патентообладатель: Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. Заявл. 01.10.1997; опубл. 10.04.2000.
2. Василенко В.И., Ульянова М.А., Зволинский В.П. Химико-технологические основы производства аммиачной селитры // Публикация.ру. 2016. №7. С. 1–10. URL: (дата обращения: 13.05.2025).