Введение 3
Глава 1. Литературно-патентный обзор способов получения сульфат-нитрата аммония (СНА), его свойств и методов производства 10
1.1 Основные направления производства азотных удобрений 10
1.2 Способы получения СНА и его свойства 13
1.3 Методы производства СНА 18
1.4 Краткий обзор проекта по выпуску сульфат-нитрат аммония (СНА)
на площадке ПАО «КуйбышевАзот» 23
Глава 2 Анализ технологий по производству азотных удобрений 31
2.1 Характеристика и основные физико-химические свойства азотных удобрений, выпускаемых ПАО «КуйбышевАзот» 31
2.2 Основные особенности технологий по производству
однокомпонентных и комплексных азотных удобрений 36
2.3 Анализ технологии нейтрализации аммиака азотной кислотой с
последующей очисткой выхлопных газов на площадке ПАО «КуйбышевАзот» 43
Глава 3. Анализ актуальности получения азотного удобрения смешанного типа на площадке ПАО «КуйбышевАзот» 49
3.1 Установка получения гранулированного сульфат-нитрат аммония
на площадке ПАО «КуйбышевАзот» 52
3.2 Исследование процесса и технологии производства 54
3.3 Новое решение в азотно-серном питании растений 54
3.4 Характеристика и свойства сульфат-нитрата аммония 55
3.5 Исследование свойств сульфат-нитрата аммония 58
3.6 Анализ технологии получения сульфат-нитрата аммония на площадке ПАО «КуйбышевАзот» и способы ее усовершенствования . 60
3.7 Материальный баланс предлагаемого усовершенствования 78
Заключение 100
Список используемой литературы 102
Актуальность и научная значимость настоящего исследования
Отрасль минеральных удобрений в Российской Федерации является системообразующей для российского химического комплекса. Отрасль включает производство всех видов агрохимического сырья и полного ассортимента минеральных удобрений - односторонних азотных и калийных, сложных и комплексных удобрений.
В 2014 году «потребление минеральных удобрений отечественными сельскохозяйственными товаропроизводителями составило 2532 тыс. тонн, что составляет 13% от объема производства. Структура производства минеральных удобрений в России представлена на рисунке 1» [1].
«К числу азотных удобрений относится жидкий и водный аммиак, сульфат, нитрат и фосфаты аммония, нитраты натрия и кальция, карбамид и их смеси. Способы получения азотных удобрений разнообразны, ниже приводится краткое описание лишь некоторых наиболее значимых технологий» [2-3]. В Российской Федерации и в ряде других стран наиболее широкое применение получили сульфат аммония, карбамид, нитрат аммония и их смеси, поэтому в качестве примера рассмотрим только эти азотные удобрения.
«Азотные удобрения классифицируются по различным показателям, преимущественно по количеству и форме азота: аммонийные (NH4), нитратные (NO3) и амидные (NH2) удобрения [3]. Аммиачная селитра NH4NO3является основным видом азотных удобрений, образуется при взаимодействии HNO3 с NH3. Карбамид CO(NH2)2 наряду с аммиачной селитрой является основным видом азотных удобрений, образуется при взаимодействии CO2 с NH3. Сульфат аммония (NH4)2SO4является аммонийным удобрением, образуется при взаимодействии H2SO4с NH3. Жидкие азотные удобрения значительно дешевле твердых: безводный аммиак получают сжижением газообразного аммиака, аммиачную воду получают растворением NH3в воде» [1]
«В последние годы основные производители и потребители азотных удобрений (Индия и Китай) наращивают их производство высокими темпами, что уже привело к профициту азотных удобрений. В сложившейся ситуации конкурентоспособность России среди экспортеров может резко упасть, что должно привести к большему использованию азотных удобрений внутри страны. Например, действующие в России производства аммиачной селитры, проектировавшиеся в 1960-1970-х годах, используют единую технологию (в прямом смысле этого слова), выпускают одинаковую по качеству продукцию, соответствующую требованиям единого ГОСТ 2-2013, марка «Б», сорт высший. Действующие производства аммиачной селитры нуждаются в дальнейшей модернизации, разной в зависимости от типа технологии» [1].
«Важнейшая отличительная особенность современных химических технологий: непрерывное возрастание требований к качеству продукта при ухудшении качества исходного минерального сырья» [4]. Однако, «достигнутый в действующих производствах высокий уровень качества гранулированных удобрений, природоохранных характеристик в сочетании с низкими капиталовложениями и расходом энергоресурсов не стимулировал активную разработку новых технологий и продуктов на основе аммиачной селитры» [1].
«Из известных разработок к перспективным наилучшим технологиям следует отнести технологии с гранулированием плава во вращающихся барабанах, в частности в малогабаритных барабанах со встроенным кипящим слоем. К преимуществам этой технологии по сравнению с башенной следует отнести помимо получения гранул с более высокой прочностью лучшую приспособленность к производству других продуктов на основе аммиачной селитры - с другими добавками. Особенно это относится к интеграции производств на одном оборудовании аммиачной и известково-аммиачной селитры, с добавками фосфорсодержащих солей и серы.
Учитывая актуальность проблемы, необходимы мероприятия по привлечению средств компаний, производящих азотные удобрения, к разработке аналогичной технологии в Российской Федерации, чтобы не потерять суверенитет страны в этой области техники» [1].
Основные требования к новым технологиям следующие: простота технологии производства; экологическая безопасность; высокая эффективность; возможность использования низкокачественного сырья и отходов производств.
Азотные удобрения имеют следующие основные недостатки: высокая скорость растворения и закисление почв. С учетом изложенного выше, основными направлениями их усовершенствования являются:
- технология пролонгированных азотных удобрений;
- технология азотных удобрений, содержащих все основные формы азота;
- технология комплексных пролонгированных азотсодержащих удобрений [3, 5-10].
Объект исследования: технологии получения азотных удобрений смешанного типа.
Предмет исследования: улучшение физико-химических свойств азотных удобрений смешанного типа.
Цель исследования: совершенствование технологий производства азотных удобрений смешанного типа для получения целевых продуктов с улучшенными физико-химическими свойствами и потребительскими характеристиками, способных заменить традиционные азотные удобрения.
Гипотеза исследования состоит в том, что если обеспечить поступление покрывающего реагента в технологический процесс в расплавленном состоянии, то это позволит усовершенствовать технологию процесса установки и существенно оптимизировать дополнительную стадию производства добавки.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ способов получения сульфат-нитрата аммония (СНА), его свойств и методов производства и определить основные перспективные направления в технологии минеральных азотных удобрений.
2. Выполнить анализ, систематизацию и обобщение научно-технической информации по теме исследования.
3. Проанализировать технологию получения сульфат-нитрата аммония на площадке ПАО «КуйбышевАзот» и предложить способы ее усовершенствования.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: научные труды отечественных и зарубежных ученых: специалистов НИИ по удобрениям и инсектофунгицидам им. проф. Я.В. Самойлова, Кирово- Чепецкого химического комбината имени Б.П. Константинова, Дусло А.С. (Словакия), Honeywell International Inc.
Базовыми для настоящего исследования явились также: работы Захаренко В.А., Гаврилова В.С., Крутько Н.П., Ильина А.П. в области производства и применения минеральных удобрений.
Методы исследования: проведение анализа литературных источников, проведение сравнительных анализов технологий, проведение расчетов материальных балансов.
Опытно-экспериментальная база исследования: технологическая установка получения сульфат-нитрата аммония на площадке ПАО «КуйбышевАзот».
Научная новизна исследования заключается в предложении усовершенствованной технологии процесса установки и существенной оптимизации дополнительной стадии производства добавки.
Теоретическая значимость исследования заключается в проведении сравнительного анализа способов получения сульфат-нитрата аммония (СНА), его свойств и методов производства. Представлены характеристики самых распространенных минеральных азотных удобрений, составлены рекомендации для минеральных удобрений смешанного типа для сохранения необходимых для растений питательных веществ, представлены определенные правила совместимости и смешиваемости некоторых удобрений эффективность получения минеральных удобрений смешанного типа. Обоснованы преимущества СНА, по сравнению с нитратом аммония. Проведен патентный поиск отечественных и зарубежных методов и способов получения и производства СНА в качестве минерального азотсодержащего удобрения.
Практическая значимость исследования заключается в представлении анализа технологии нейтрализации аммиака азотной кислотой с последующей очисткой выхлопных газов на площадке ПАО «КуйбышевАзот», анализа актуальности получения азотного удобрения смешанного типа на площадке ПАО «КуйбышевАзот». Представлена технология получения сульфат-нитрата аммония на площадке ПАО «КуйбышевАзот» и способы ее усовершенствования. Технологическая установка получения СНА на площадке ПАО «КуйбышевАзот» отличается использованием в технологическом процессе способов рекуперации тепла, выделяющегося в процессе получения СНА, для подогрева технологических потоков, а также использованием тепла окружающей среды для испарения жидкого аммиака, поступающего на производство, чем обеспечивается энергоэффективность функционирования производства. Например, выдача очищенного технологического конденсата на производство азотной кислоты для дальнейшего использования и ряд других усовершенствований. Предложен усовершенствованный вариант для схемы узла покрывающего реагента, согласно которому в новой технологической схеме покрывающий реагент (минеральное масло) поступает на производство уже в расплавленном состоянии со склада реагентов из емкости объемом 50 м3 по трубопроводу в резервуар покрывающего реагента.
В целом, технологическая схема установки сульфата алюминия по проекту 2015 года обладает рядом существенных недостатков:
- наличие дополнительного оборудования и трубопроводов. Например, пневмокамерный насос, емкость перемешивания, приборы КИПиА и регулирующая арматура;
- дополнительные затраты рабочего времени и энергоресурсов на обслуживание и подготовительные операции. Например, биг-беги с реагентом транспортируются со склада автопогрузчиком и поднимаются электротельфером, время на растворение реагента, расход парового конденсата;
- дополнительные отходы производства, повышенные затраты на их хранение и утилизацию. Например, пустая тара, деревянные поддоны;
- сложность технологической схемы.
Предложено изменение, которое позволило усовершенствовать технологию процесса установки и существенно оптимизировать дополнительную стадию производства добавки. Согласно предложению, сульфат алюминия поставляется автотранспортом на склад предприятия в жидком виде в кубитейнерах. Реагент Al2(SO4)3в виде водного раствора с концентрацией от 48 до 55 % масс. доставляется автопогрузчиком со склада реагентов в кубитейнерах объемом 1 м3 в производственный корпус
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались полным отражением и изучением используемой в работе литературы, применением методов анализа применяемого оборудования, техники и проведением расчетов согласно современным научным требованиям.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в поиске и анализе научной, технической и патентной литературы по теме исследования, выборе и обосновании способов и методов получения сульфат-нитрата аммония. Изучена технология на производственной площадке ПАО «КуйбышевАзот» и предложен способ ее усовершенствования.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Его результаты докладывались на следующей конференции: принята к публикации статья Плотникова А.А. «Совершенствование технологии получения азотных удобрений смешанного типа» в материалах Международной научно-практической конференции «Инновационный потенциал развития науки в современном мире: достижения и инновации», состоявшейся 09.06.2020.
На защиту выносятся:
1. Технические решения по совершенствованию технологий производства азотных удобрений смешанного типа для получения целевых продуктов с улучшенными физико-химическими свойствами и потребительскими характеристиками, которые могут быть реализованы на площадке ПАО «КуйбышевАзот».
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, содержит 21 рисунок, 13 таблиц, список использованной литературы (85 источников). Основной текст работы изложен на 111 страницах.
В работе проведен сравнительный анализ способов и методов получения сульфат-нитрата аммония. Приведены характеристики наиболее распространенных. минеральных азотных удобрений, составлены рекомендации для минеральных удобрений смешанного типа для сохранения необходимых для растений питательных веществ, представлены определенные правила совместимости и смешиваемости некоторых удобрений эффективность получения минеральных удобрений смешанного типа. Обоснованы преимущества СНА, по сравнению с нитратом аммония. Проведен патентный поиск отечественных и зарубежных методов и способов получения и производства СНА в качестве минерального азотсодержащего удобрения.
Представлен анализ технологии нейтрализации аммиака азотной кислотой с последующей очисткой выхлопных газов, применяемой на площадке ПАО «КуйбышевАзот».
Дано описание действующей технологии получения сульфат-нитрата аммония и способы ее усовершенствования.
Предложен усовершенствованный вариант для схемы узла покрывающего реагента, согласно которому в новой технологической схеме покрывающий реагент (минеральное масло) поступает на производство уже в расплавленном состоянии со склада реагентов из емкости объемом 50 м3 по трубопроводу в резервуар покрывающего реагента.
Предложено изменение, которое позволит усовершенствовать технологию процесса установки и существенно оптимизировать дополнительную стадию производства добавки. Согласно предложению, сульфат алюминия поставляется автотранспортом на склад предприятия в жидком виде в кубитейнерах. Реагент Al2(SO4)3в виде водного раствора с концентрацией от 48 до 55 % масс. доставляется автопогрузчиком со склада реагентов в кубитейнерах объемом 1 м3 в производственный корпус.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
