Содержание
Введение
Глава 1. Краткая история развития КАО «АЗОТ»
Глава 2. Характеристика производимой продукции
2.1. Характеристика сырья готового продукта
2.2. Физико-химические основы процесса синтеза
2.3. Расходные нормы и характеристики продукта
2.4. Обзор рынка мирового производства
Глава 3. Теоретические основы технологического процесса
Глава 4. Описание технологической схемы
Глава 5. Охрана окружающей среды
Глава 6. Исследовательская часть
Заключение
Список использованных источников
Введение
Минеральные удобрения являются одним из важнейших видов продукции химической промышленности.
Карбамид (мочевина) среди азотных удобрений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском хозяйстве. Он обладает большой устойчивостью к выщелачиванию по сравнению с другими азотными удобрениями, т. е. менее подвержен вымыванию из почвы, менее гигроскопичен. Карбамид, кроме того, широко используется для получения сложных удобрений, удобрений с регулируемым сроком действия, а также для получения пластмасс, клеев, лаков и покрытий.
Мочевина может быть использована также для внекорневой подкормки (внесения на листья), при которой она, в отличие от аммиачной селитры, не вызывает ожогов. В почве мочевина под действием влаги очень быстро превращается в углекислыйаммоний, который далее нитрифицируется. Поэтому на кислых почвах карбамид вначале оказывает нейтрализующее действие, азатем подкисляет почву.
В промышленности карбамид синтезируют из аммиака NH3 и двуокиси углерода СО2. Применяют для получения карбамидоформальдегидных смол, красителей, снотворных средств, для депарафинизации нефти, в медицине как дегидратирующее, мочегонное средство.
Карбамид — концентрированное азотное удобрение для разных почв под различные сельскохозяйственные культуры. В животноводстве применяется как заменитель протеина.
Глава 1. Краткая история развития КАО «АЗОТ»
Решение о строительстве Новокемеровского химического комбината было принято Советом Народных комиссаров СССР в апреле 1945 года. Почти 11 лет строились цеха комбината, складские помещения, подъездные дороги, железнодорожные пути. Предприятие комплектовалось инженерно-техническими работниками — выпускниками Томского политехнического и Казанского химико-технологического институтов, Кемеровского химического техникума, аппаратчиками — первыми выпускниками ГПТУ-3.
5 ноября 1956 года были получены первые тонны химической продукции в цехе 638.
Апрель 1945 г. — Совет Народных комиссаров СССР принял решение о строительстве Новокемеровского химического комбината.
5 ноября 1956 г. — на предприятии получены первые тонны химической продукции — аминов.
1958-1969 гг. — открылись цеха слабой азотной кислоты, аммиачной селитры, кристаллического карбамида, серной кислоты, по производству уротропина и формалина, катализаторный. Налажено производство аммиака и метанола по схеме газификации кокса, получены углеаммонийные соли, первые партии ионообменной смолы АВ-17-8 и сульфенамида Ц, чистые смолы.
1962 г. — завод произвел первые тонны одного из главных видов продукции — капролактама. Спустя 4 года введена в эксплуатацию вторая очередь производства аммиака и метанола.
1980 — 1985 гг. — период коренной реконструкции и технического перевооружения. Предприятие переведено на новую сырьевую базу — природный газ. На этой основе построены два крупнотоннажных агрегата аммиака мощностью 450 тысяч тонн в год каждый.
1975 г. — Новокемеровский химкомбинат преобразован в КПО «Азот», который в 1993 г. стал акционерным обществом открытого типа.
1998 г. — предприятие вошло в состав холдинга «СИБУР».
В декабре 2011г. в составе компании «СДС Азот» Кемеровское АО «Азот» стало одним из предприятий АО ХК «Сибирский Деловой Союз».
Кемеровское АО «Азот» — это мощный производственный комплекс, который состоит из 50 основных и вспомогательных цехов, а периметр предприятия составляет более 12 километров. Предприятие стабильно работает и динамично развивается, ежегодно реализуя насыщенные инвестиционные программы по модернизации оборудования и техническому переоснащению, внедрению новейших технологий для повышения качества продукции и безопасности производства, снижения негативного воздействия на окружающую среду.
В 2011 году «Азот» отметил юбилейную дату — 55 лет со дня рождения. 5 ноября 1956 года предприятие выпустило первую партию продукции, и этот день стал началом его славной истории [3].
Глава 2. Характеристика производимой продукции
2.1 Характеристика сырья и готового продукта
Техническое наименование производимой продукции — карбамид (мочевина) по ГОСТ 2081-92, карбамид — побочный продукт производства по ТУ 113-03-0203762-19-88, карбамид кристаллический по ТУ 2181-059-00203766-99.
Допускается обрабатывать карбамид кондиционирующими добавками (карбамидоформальдегидной смолой, сульфатом аммония или разрешенными государственными санитарными органами другими веществами), обеспечивающими сохранность товарных свойств продукта при транспортировке и хранении.
При использовании сульфата аммония и новых кондиционирующих добавок допускается массовая доля азота в пересчете на сухое вещество не менее 45,5%.
Обработка кондиционирующими добавками карбамида, предназначенного для промышленности и животноводства, допускается только по согласованию с потребителями [2].
Требования к качеству карбамида, предназначенного для экспорта должны соответствовать требованиям договора (контракта) с иностранным получателем.
В продукте, предназначенном для животноводства, определяют массовую долю азота в пересчете на сухое вещество с нормой не менее 46,2 %, массовую долю биурета с нормой не более 3 %, массовую долю воды не более 0,3 % (методом высушивания).
Карбамид — побочный продукт производства карбамида должен соответствовать техническим условиям ТУ 113-03-0203762-19-88. В продукте, предназначенном для розничной торговли, определяют массовую долю азота в пересчете на сухое вещество с нормой не менее 46,2 %, массовую долю биурета с нормой не более 1,5 %, массовую долю воды не более 0,3 % (методом высушивания). При отгрузке карбамида марки Б по требованию потребителя для промышленности в продукте определяют показатели, предусмотренные для карбамида марки А 1-го сорта, с соответствующими нормами.
Карбамид кристаллический должен соответствовать техническим условиям ТУ 2181-059-00203766-99 [4].
Аналитические требования к качеству карбамида кристаллического по ТУ 2181-059-00203766-99 [4]:
- -Массовая доля основного вещества н/б 99%
- -Температура плавления132-135°С
- -Потери при высушивании н/б 1%
- -Массовая доля аммиака н/б 500 ррм
- -Массовая доля тяжелых металлов н/б 10 ррм
- -Массовая доля мышьяка н/б 3 ррм
- -Сульфатированная зола н/б 0,1%
- -Массовая доля хлоридов н/б 70 ррм
- -Массовая доля сульфатов н/б 100 ррм
- -Массовая доля биурета н/б 0,1%
- -Прозрачность и цвет раствора выдерживает испытания
- -Щелочность выдерживает испытания
- -Нерастворимые в спирте вещества н/б 0,04%
К товарному карбамиду предъявляются довольно жесткие требования, как по физико-химическим свойствам, так и по гранулометрическому составу [4].
Выбор качества исходных веществ требует серьезного технико-экономического обоснования, так как присутствие в реакционной зоне инертных (для синтеза карбамида) газообразных примесей способствует увеличению относительного объема газовой фазы и тем самым снижается равновесная степень превращения. Примесь инертных газов приводит к увеличению удельного объема реакционной смеси, что сокращает время ее пребывания в колонне синтеза и способствует дополнительному снижению выхода карбамида.
В связи с невозможностью полного превращения СО2 и NH3 в карбамид за один цикл, производство карбамида осуществляется, главным образом, по циклическим схемам. В связи с этим большое значение приобретает применение чистой СО2 без обычных примесей (N2, H2, CO, H2S). Для синтеза карбамида СО2 используют в основном в виде экспанзерного газа — отходов после очистки азото-водородной смеси, получаемой конверсией CH4 и CO. Качество NH3 регламентирует соответствующий ГОСТ [5]
Наличие в диоксиде углерода горючих примесей, особенно водорода, может привести к образованию взрывоопасных смесей с кислородом, который добавляют в СО2 для пассивации хромоникельмолибденовых сталей. Поэтому применяют различные методы очистки двуокиси углерода от инертных и горючих газов еще на стадии получения углекислого газа в производстве аммиака [6].
Содержание горючих в СО2 должно контролироваться аналитически ежесменно, а при повышении концентрации горючих в СО2 — ежечасно. При превышении содержания водорода в СО2 более 0,05 % необходимо остановить узел синтеза карбамида, с прекращением приема диоксида углерода, до снижения концентрации водорода до регламентного.
По мере продвижения растворов карбамида от узла синтеза до узла переработки в товарные формы в них под влиянием высоких температур накапливается примесь биурета — продукта, получающегося по реакции:
2СО(NН2)2 NН2СОNНСОNН2 +NН3
Примесь биурета в товарном карбамиде нежелательна, так как он токсичен для растений. Поэтому содержание биурета является одним из важнейших показателей качества товарного карбамида и строго регламентировано.
В производстве карбамида образование биурета наблюдается в разной степени на всех стадиях процесса. Благоприятными условиями для образования биурета являются:
- удаление аммиака из сферы реакций;
- высокая температура;
- длительное пребывание концентрированных растворов карбамида при высоких температурах.
На стадии синтеза карбамида биурет образуется в небольших количествах, благодаря избытку аммиака.
Увеличение количества биурета наблюдается на стадиях дистилляции и выпарки, так как они связаны с применением теплоносителя — пара, что способствует местным перегревам раствора. Для получения карбамида с минимально-возможным содержанием биурета необходимо строгое выполнение технологического регламента производства, а также выполнение некоторых дополнительных мероприятий [7].
2.2 Физико-химические основы процесса синтеза
В основе получения карбамида лежит взаимодействие аммиака с оксидом углерода (IV) с последующей дистилляцией продуктов синтеза и переработкой полученных растворов. При синтезе карбамида последовательно протекают две обратимых реакции:
Скорость реакции 2 возрастает с увеличением температуры и давления. Так как она протекает с поглощением тепла, то повышение температуры одновременно способствует смещению равновесия вправо и увеличивает степень конверсии карбамата аммония.образование карбамата аммония:
2NH3 + CO2 → CO(NH2)(ONH4) – 121,6 кДж (1)
и дегидратации карбамата аммония до карбамида:
CO(NH2)(ONH4) → CO(NH2)2 + H2O–11,1 кДж (2)
Процесс синтеза описывается суммарным уравнением:
2NH3 + CO2 = CO(NH2)2 + H2O – 110,1кДж.
Он протекает в гетерогенной системе, состоящей из газообразной фазы (аммиак, диоксид углерода, пары воды) и жидкой фазы, включающей расплавленные и растворенные компоненты (аммиак, карбамат аммония, карбонаты аммония, карбамид) и воду.
Скорости реакций 1 и 2 различны. Реакция 1 протекает значительно быстрее реакции 2, поэтому лимитирующей процесс синтеза стадией, от которой и зависит выход продукта, является стадия дегидратации карбамата аммония 2. Состояние равновесия и скорость ее определяются температурой, давлением, соотношением аммиака и диоксида углерода и содержанием воды в реакционной смеси.
Максимальная степень превращения карбамата аммония в карбамид достигается при температуре около 220ºС. При этой температуре продолжительность процесса составляет около 60 минут. При понижении температуры для достижения более высокой степени превращения карбамата в карбамид время процесса существенно увеличивается.Повышение температуры быстро смещает равновесие реакции 1 влево, что приводит к уменьшению концентрации карбамата и, следовательно, к падению скорости реакции 2 конверсии карбамата в карбамид [7].
Скорость образования карбамата аммония возрастает пропорционально квадрату давления и при давлении 1 МПа протекает практически мгновенно.
Наибольшее влияние на выход карбамида оказывает избыток аммиака в исходной смеси сверх стехиометрического количества (NH3 : CO2 – 2: 1). Избыток аммиака смещает равновесие реакции 1, а также вследствие своего дегидратирующего действия связывает реакционную воду, удаляя ее из сферы реакции, и смещает вправо равновесие реакции 2. Образование карбамата и его дегидратация до карбамида протекают в жидкой фазе, поэтому в реакторе должны быть созданы условия ее существования. Этому способствует увеличение степени заполнения реактора, что приводит к уменьшению объема газовой фазы, и нагрев реакционной смеси до температуры выше эвтектической точки системы «карбамат-карбамид», равной 98ºС.
Оптимальный режим процесса синтеза карбамида должен обеспечить: быстрое и полное протекание реакции 1, протекание реакции 2 не менее, чем на 71%.
Этим условиям отвечают следующие параметры процесса:
- температура 180 — 200ºС,
- давление 20 МПа,
- избыток аммиака 100% сверх стехиометрического количества, то есть мольное отношение NH3 : CO2 – 4: 1 [7].
Сырье
2.3 Расходные нормы и характеристики продукта
NH 3 (100 %) ……………………………………………………….. кг…………………………… 564
CO 2 (100 %)………………………………………………………… кг…………………………… 730
Энергоресурсы и вспомогательные материалы (1)
Пар (108 бар абс. / 505 °С) …………………………………… кг…………………………… 860
Охлаждающая вода (Т = 10 °С)………………………………..м3 …………………………. 88
Электропотребление………………………………………………. кВт ч …………………….. 58
Формальдегид ……………………………………………………… кг ………………………….. 4,5
Качество продукта
Содержание N ……………………………………………………..% по массе ……………. 46,2
Cодержание биурета ………………………………………………% по массе …………… 0,8
Содержание влаги …………………………………………………% по массе ……………. 0,2
Содержание формальдегида ……………………………….% по массе ……………. 0,45
Прочность на раздавливание……………………………………. кг…………..3,0 ( 3,0 мм)
Размер частиц (типичный) ……………………………………… %……….90 ( 2,0 – 4,0 мм)
Качество сточных вод
Концентрация карбамида…………………………………………..ppm по массе………… 1
Концентрация аммиака………………………………………………ppm по массе………… 1
Отходы гранулирования
Пыль карбамида ………………………………………………..мг/Нм 3 ……………………. . 30
NH 3(2) ………………………………………………………………..мг/Нм 3 ………………..30/140
(1) включая компримирование СО 2
(2) с использованием/без использования кислотного скруббера, где получается малое количество сульфата аммония и раствора аммиачной селитры. Все расходные нормы указаны на тонну готового продукта и приведены только для информации. Местные условия могут существенно влиять на характеристики.
2.4 Обзор рынка мирового производства.
Под воздействием избытка предложения цены на азотные удобрения в течение 2016 года достигали минимальных значений за многолетнюю историю. Для Китая 2016 год стал переломным. Загрузка мощностей по производству карбамида в Китае, составлявшая около 70% в первой половине 2016 года, снижалась во втором полугодии и достигла 50% в декабре. Экспорт карбамида из страны снизился за год на 35%, достигнув в последние месяцы года минимальных значений за многолетнюю историю. Цены на карбамид, составлявшие в начале августа 190 долл. США FOB Китай, выросли до 240-250 долл. США к концу года. На этом фоне в других регионах также наблюдалось восстановление цен. Цены в Балтике выросли до 220 долл. США при том, что в июле снижение доходило до 170 долл. США.
В начале 2017 года рост цен продолжился. Для увеличения загрузки мощностей в Китае требовалось время, а в США наблюдались задержки с запуском новых мощностей. В то же время запасы карбамида в мире находились на достаточно низком уровне, а спрос в начале весеннего посевного сезона был высоким. В феврале цены достигали 260 долл. США
FOB Балтика.
На 2017 год запланирован ввод значительного объема новых мощностей по производству карбамида в США и других странах мира, что приведет к усилению конкуренции. Несмотря на это, уровень себестоимости китайских производителей в обозримой перспективе, вероятно, останется поддержкой для мировых цен, учитывая долю страны в мировом производстве (~40%) и экспорте (~20%) карбамида. Ожидается, что меры правительства Китая по регулированию объемов выпуска угля – ключевого компонента себестоимости производства азотных удобрений в стране – будут носить долгосрочный характер. Благодаря этому цены на уголь останутся на более высоком уровне, чем в первой половине 2016 года. Этот фактор должен поддержать цены на карбамид выше 200 долл. США FOB Китай [10].
Глава 3. Теоретические основы технологического процесса
Наиболее экономична технологическая схема с полным жидкостным рециклом, так как в ней не требуется сжатия возвращаемых в цикл горячих газов (аммиака и диоксида углерода), что может вызвать засорение трубопроводов образующимся твердым карбамидом и их коррозию.Сырьем для производства карбамида являются аммиак и диоксид углерода. Синтез карбамида, впервые осуществленный А. И. Базаровым в 1870 г., протекает в две стадии: вначале образуется карбамат аммония
2NH3 (газ) + CO2 (газ) — NH2COONH4 (ж) + 125,6 кДж
Во второй стадии в результате отщепления воды образуется карбамид
NH2COONH4 (ж) -CO(NH2)2 (ж) + Н2О (ж) — 15,5 кДж
Суммарная реакция синтеза карбамида имеет вид:
2NH3 + CO2 — CO(NH2)2+ H2O+110,1 кДж
Обе реакции обратимы; равновесные концентрации и скорости процессов определяются температурой, давлением, соотношением NH3 и СО2 и количеством Н2О в смеси.
Реакция образования карбамида из карбамата аммония идет с поглощением тепла, поэтому при повышении температуры процесса возрастает равновесный выход карбамида. Максимальная степень превращения в карбамид достигается при 220 °С, При этом равновесное давление процесса (избыток аммиака— 100%) составляет 33,3 МПа. Установлено, что избыток NH3 сверх стехиометрического содержания повышает равновесную степень превращения, так как аммиак связывает реакционную воду, удаляя ее из сферы реакции, а избыток С02 не оказывает существенного влияния [2].
Зависимость равновесной степени превращения карбамата аммония в карбамид от температуры и избытка аммиака. Если синтез карбамида вести при температуре около 190°С или выше, продолжительность процесса составляет несколько менее 1 ч. Если же вести процесс при температуре 150 °С, то для достижения достаточно высокого выхода карбамида процесс должен идти в течение нескольких часов.
Однако при повышении температуры усиливается коррозия аппаратуры и резко возрастает равновесное давление. Это усложняет оборудование и повышает расход энергии на сжатие СО2 и NH3. В связи с этим промышленный процесс обычно ведут при 190°С и 19,5МПа. Существуют также системы, работающие при более высоких и низких давлениях.[8].
Основные требования и положения
Карбамид производится из жидкого аммиака и газообразного диоксида углерода при температуре примерно 170-190 0С и давления 13,5-14,5 МПа в соответствии со следующими реакциями:
2NH3 + CO2 ↔ NH2COONH4 ∆н = -117 кДж/моль (1)
NH2COONH4 ↔ NH2CONH2 + H2O ∆Н = 15,5 кДж/моль (2)
В процессе первой реакции диоксид углерода превращается в карбамат аммиака; реакция протекает быстро и является экзотермической.
В процессе второй реакции карбамат аммиака разлагается на карбамид и воду. Эта реакция идет медленно и является эндотермической.
В результате реакции 80% CO2 преобразуется в карбамид.[8].
Глава 4. Описание технологической схемы
В результате взаимодействия аммиака и оксида углерода (IV) образуется сложная система, состоящая из целевого продукта карбамида, полупродукта карбамата аммония, воды, карбонатов аммония и избытка аммиака. Для выделения из нее твердого карбамида и утилизации не вступивших в реакцию остальных компонентов и карбамата полученный раствор подвергают дистилляции. В процессе дистилляции отгоняется избыток аммиака и воды и происходит разложение карбонатов аммония (аммонийных солей).
В зависимости от того, возвращаются эти продукты в процесс или после отделения карбамида используются в других производствах (например, для получения нитрата аммония), технологические схемы производства карбамида делятся на две группы:
- без возвращения продуктов дистилляции в цикл (разомкнутая схема, без рецикла);
- с возвращением продуктов дистилляции в цикл (замкнутая схема, с рециклом).
В первом случае весь выделившийся при дистилляции аммиак поглощают азотной кислотой для получения нитрата аммония, при этом производство карбамида комбинируется с производством нитрата аммония.
Во втором случае продукты дистилляции частично (частичный рецикл ) или полностью (полный рецикл ) возвращаются в цикл на синтез карбамида. Существуют для варианта полного рецикла: газовый рецикл, при котором продукты дистилляции возвращаются в газообразном виде, и жидкостный рецикл, при котором они возвращаются в виде раствора аммонийных солей.
Оксид углерода (IV), очищенный от примесей и сернистых соединений, сжатый до 20 МПа, и жидкий аммиак под давлением 11 МПа поступают в смеситель 1 при температуре 80 – 100ºС. Сюда же подается раствор аммонийных солей из промывной колонны 2. В смесителе обеспечивается мольное отношение NH3:CO2:H2O=4,1:1:0,1. Из смесителя смесь, разогревшаяся за сет частичного образования карбамата до 171ºС, направляется в нижнюю часть колонны синтеза 3, где заканчивается образование карбамата аммония, и он превращается на 61% в карбамид. Для обеспечения оптимального теплового режима в колонну дополнительно вводят жидкий аммиак. Из верхней части колонны плав после дросселирования в редукторе 4 подается на двухступенчатую дистилляцию. Агрегат дистилляции каждой ступени состоит из трех аппаратов: ректификационной колонны, подогревателя и сепаратора.
Стриппинг-процесс производства карбамида позволяет использовать тепловой эффект реакции образования карбамида, упростить технологическую схему, сократить количество оборотной воды и, в целом, является поэтому более экономичным, чем обычный [9].Сначала плав поступает в ректификационную колонну 1 первой ступени 1, где давление снижается до 2 МПа. В колонну 1 из сепаратора первой ступени 6 подается противотоком газ. В колонне первой ступени проходит выделение карбамида из реакционной смеси, разложение карбамата аммония и образование из аммиака диоксида углерода и воды водного раствора аммонийных солей. Плав из колонны 1, пройдя подогреватель 7, поступает при температуре 160 ºС в сепаратор первой ступени 6, в котором разделяются жидкая и газообразная фазы. Газы возвращаются в колонну 1 и оттуда в нижнюю часть промывной колонны 2. Верхняя часть промывной колонны орошается жидким аммиаком и аммиачной водой, поступающей в виде конденсата из выпарного аппарата 8 через холодильник-конденсатор 9. В промывной колонне из газа вымывается диоксид углерода и образуется водный раствор аммонийных солей, а газообразный аммиак отводят из верхней части колонны и после сжижения в холодильнике-конденсаторе 10 возвращают в процесс. Водный раствор аммонийных солей перекачивается в смеситель 1 и оттуда в колонну синтеза 3. Раствор карбамида из сепаратора первой ступени 6 дросселируется до давления 0,3 МПа в редукторе II и подается в ректификационную колонну второй ступени 12, откуда поступает в подогреватель 13 и сепаратор 14. В колонне второй ступени происходят дальнейшее разложение карбамата до аммиака и диоксида углерода и образование водного раствора карбоната и бикарбоната аммония. Из нижней части сепаратора 14 выходит 70% раствор карбамида, а из верхней – парогазовая смесь, содержащая аммиак, диоксид углерода и пары воды, которая поступает в нижнюю часть ректификационной колонны 12. Газовая смесь из колонны 12 охлаждается в холодильнике-конденсаторе 11 и в виде раствора аммонийных солей подается в нижнюю часть промывной колонны 2. Раствор карбамида из сепаратора второй ступени 14 собирается в сборнике 16 и подается на упаривание последовательно в вакуум-аппараты первой и второй ступеней при температуре 140ºС и давлении 0,003 МПа. Полученный плав карбамида концентрацией около 0,998 мас. дол. поступает через сборник плава 17 в грануляционную башню 18 и распыляется в ней. Образовавшиеся гранулы при температуре около 70ºС транспортером 19 подают на операции классификации, охлаждения и упаковки. Выход карбамида в расчете на диоксид углерода составляет около 91% [8].
Глава 5. Охрана окружающей среды.
При производстве карбамида осуществляются выбросы в атмосферу газообразного аммиака и диоксида углерода а также сбросами в водоемы солей аммония, и карбамида. Сокращения загрязнения окружающей среды вредными веществами можно вести как путем нейтрализации вредных веществ в специальных очистных сооружениях, так и при помощи усовершенствования технологии производства снижающих вредные выбросы. Аммиак при нормальных условиях бесцветный газ с резким удушающим запахом. Воздействии аммиака на человека зависит от его концентрации.
Аммиак вызывает у человека раздражение дыхательных путей, слизистой оболочки, а при высоких концентрациях вызывает удушье. Выбрасываемый в атмосферу аммиак загрязняет водоемы и атмосферу делая непригодной воду и земельные участки. Сбрасываемый в водоемы карбамид и соли аммония негативно влияют на обитателей гидросферы вызывая у них мутацию и приводят к исчезновению отдельных видов животных и растений. Снижения потерь (выбросов) аммиака и карбамида можно осуществить применив следующие методы внедренные в производство:
- Фракционная конденсация и промывка соковых паров выпарки второй ступени с получением концентрированного раствора карбамида, который может быть возвращен в цикл выпарки.
- Частичная конденсация соковых паров после эжекторов с улавливанием практически всего аммиака.
- Глубокая очистка сточных вод от аммиака и карбамида с утилизацией отгоняемого аммиака.
- Включение в работу второй ступени абсорбции и десорбции.
Глава 6. Исследовательская часть
Немаловажное значение при производстве следует уделять очистки сточных вод, сбрасываемым при производстве карбамида. Наиболее рациональный метод это биологическая очистка сточных вод, и как следствие культивирование специальных микроорганизмов. Существует также метод при котором происходит нормирование сброса солей аммония и карбамида с сточными водами в водоемы путем их разбавления до достижения в последних допустимого ПДК [10].Реализация перечисленных мероприятий при одновременном осуществлении очистки диоксида углерода и аммиака от горючих газов позволяет резко снизить потери карбамида и аммиака и повысить степень использования сырья.
В последние годы в производстве карбамида был внедрен стриппинг-процесс, в котором разложение карбамата аммония в плаве ведут при давлении, близком к давлению синтеза, путем продувки плава сжатым диоксидом углерода. В этих условиях карбамат аммония диссоциирует за счет снижения парциального давления аммиака и сдвига равновесия реакции 1 влево. На принципе стриппинг-процесса в настоящее время работают установки большой единичной мощности 1000 – 1100 т/сут. [9].
Из конденсатора высокого давления 1 в нижнюю часть колонны синтеза 2 поступают водный раствор карбамата аммония, аммонийных солей, аммиак и диоксид углерода. Образовавшийся плав направляется в отдувочную колонну 3, обогреваемую паром, в которую противотоком поступает под давлением 11 МПа диоксид углерода. Из колонны 3 парогазовая смесь, содержащая свежий диоксид углерода, поступает в конденсатор высокого давления 1, куда через инжектор 4 вводится жидкий аммиак. Он одновременно служит рабочим телом в инжекторе, подающем в конденсатор раствор аммонийных солей из скруббера 1 и часть плава из колонны синтеза. В конденсаторе образуется карбамат, а тепловой эффект реакции используют для выработки пара. Непрореагировавшие в колонне синтеза газы и пары воды поступают в скруббер высокого давления 1, в котором конденсируются и через инжектор 4 направляются в конденсатор высокого давления 1. Водный раствор карбамида, выходящий из отдувочной колонны 3, содержит до 1% карбамата аммония. Для его разложения раствор дросселируют в редукторе 6 до давления 0,3 – 0,6 МПа и направляют в верхнюю часть ректификационной колонны 7. В ней жидкая фаза в виде 70% раствора карбамида стекает вниз и после снижения давления до 0,1 МПа в редукторе 8 собирается в сборнике раствора 9. Водяные пары, выходящие из ректификационной колонны 7, конденсируются в холодильнике-конденсаторе 10, растворяя содержащиеся в них аммиак и диоксид углерода, и полученный раствор аммонийных солей направляется в скруббер 2. Раствор карбамида из сборника 9 поступает в выпарной аппарат 11 и после упаривания в грануляционную башню 12, откуда в виде гранул направляется транспортером 13 на склад.
Выводы
В отчете по производственной практике (практике по получению первичных профессиональных умений и навыков, в том числе первичных умений и навыков научно-исследовательской деятельности) рассмотрены и систематизированы последние достижения в области технологии получения карбамида, который широко используется в сельском хозяйстве и промышленности. Описано современное состояние и пути интенсификации процесса. Рассмотрены физико-химические основы процесса. Установлено, что при синтезе карбамида последовательно протекают две обратимых реакции:
- образование карбамата аммония
- дегидратации карбамата аммония до карбамида.
Процесс синтеза протекает в гетерогенной системе, состоящей из газообразной фазы (аммиак, диоксид углерода, пары воды) и жидкой фазы, включающей расплавленные и растворенные компоненты (аммиак, карбамат аммония, карбонаты аммония, карбамид) и воду.
Список использованных источников
1. Теоретические основы химической технологии/И. П. Мухленов, А. Я. Авербух, Е. С. Тумаркина и др.; Под ред. И. П. Мухленова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2010. — 256 с.
2. Позин М. Е. Технология минеральных удобрений. — Л.: Химия, 2008. — 336 с.
3. Официальный сайт КАО «АЗОТ» [Электронный ресурс]. — URL: http://legacy.azot.kuzbass.net/section/78.html
4. Кутепов А. М., Бондарева Т. И., Беренгартен М. Г. Общая химическая технология. — М.: Высшая школа, 2012. — 520с.
5. ГОСТ Р51520-99. Удобрения минеральные. Общие технические условия.
6. ГОСТ 6221-90Е «Аммиак жидкий технический. Технические условия.»
7. Справочник азотчика. Физико хомические свойства газов и хидкостей. Производство технологических газов. Очистка технологических газов. Синтез аммиака. — М.: Химия, 2008. — 512 с.
8. Кучерявый В.И., Лебедев В.В. Синтез и применение карбамида. — М.: «Химия», 2014. –504c.
9. Мельников Е.Я. «Технология неорганических веществ и минеральных удобрений». Издательство «ХИМИЯ» Москва, 2011.- 435с.
10. Технология связанного азота./Под ред. В.И.Атрощенко.-К.:Вища шк.,2009. — 327 с.