5.1 Краткое описание технологического процесса

"ИТС 19-2016. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство твердых и других неорганических химических веществ" (утв. Приказом Росстандарта от 15.12.2016 N 1883)

Документ утратил силу или отменен

5.1 Краткое описание технологического процесса

Исходным процессом является процесс получения удобрений азотнокислотным разложением фосфатного сырья, описанный в ИТС N 2 "Производство аммиака, минеральных удобрений и неорганических кислот". Процесс осуществляется методом азотнокислотного разложения апатитового концентрата, по реакции:

Ca5F(PO4)3 + (10 + x)HNO3 = 3H3PO4 + 5Ca(NO3)2 +

+ HF + xHNO3 + 290,0 кДж/моль

Для получения удобрения с высоким содержанием фосфора в водорастворимой форме необходимо удалить от 60 до 85% кальция от общего количества, поступающего с исходным сырьем, что достигается вымораживанием нитрата кальция при температуре от минус 3 до минус 12 °C.

Кристаллизация ведется в аппаратах периодического или постоянного действия, снабженных змеевиками или теплообменными трубками, в которых циркулирует хладагент с температурой от минус 25 до плюс 2 °C. Суспензия из кристаллизаторов с выпавшими кристаллами тетрагидрата нитрата кальция Ca(NO3)2·4H2O поступает на фильтры, где твердая фаза Ca(NO3)2·4H2O отделяется от маточного раствора, репульпируется в промывной кислоте, промывается свежей азотной кислотой, затем поступает в плавильный бак нитрата кальция. Отфильтрованный азотнофосфорный раствор нейтрализуется аммиаком в две ступени.

5.1.1 Конверсия нитрата кальция (CN)

Конверсия нитрата кальция в аммиачную селитру и карбонат кальция осуществляется в четыре стадии: приготовление раствора карбоната аммония, конверсия нитрата кальция, фильтрация карбоната кальция.

Приготовление раствора карбоната аммония проводится в абсорбционной колонне с насадкой в циркулирующем растворе аммиачной селитры. В колонну подается газообразный аммиак и углекислый газ в заданном соотношении, в результате реакции образуется карбонат аммония и выделяется большое количество тепла, которое снимается в теплообменниках оборотной водой:

2NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3 +

+ 170847 кДж/кмоль (40775 ккал/кмоль)

Конверсия нитрата кальция осуществляется смешением раствора нитрата кальция с приготовленным раствором карбоната аммония в реакторе с мешалкой:

Ca(NO3)2·4H2O + (NH4)2CO3 = 2NH4NO3 + CaCO3 + 4H2O + Q

Суспензия карбоната кальция, образовавшаяся при конверсии, подается на фильтры, где карбонат кальция отделяется, промывается технологической водой и направляется на сушку в барабанную сушилку.

Слабый раствор аммиачной селитры отфильтровывается от карбоната кальция и упаривается в выпарных аппаратах до массовой доли амселитры от 89 до 93%.

Схема и описание процесса получения нитрата кальция приведены на рисунке 5.1 и в таблице 5.1.

Рисунок 5.1 - Процесс производства карбоната кальция (мела)

Таблица 5.1

Общие сведения

N подпроцесса

Вход

Подпроцесс

Выход

Основное оборудование

Эмиссии (наименование)

1.1

Пульпа нитратного мела, пульпа мела

Фильтрация мела и получение конверсионных РАС

Влажный мел

Раствор аммиачной селитры

Ротационные фильтры, Карусельные фильтры,

NH3

1.2

Влажный мел

Газ природный, пар

Сушка мела

Мел

Сушильная печь

NH3, мел

1.3

Мел

Отгрузка готового продукта

Мел

Силоса Цементовозы

Мел

Материальный баланс приведен в таблице 5.2.

Таблица 5.2

Материальный баланс

Расход

Выход

Сырье, материалы, энергоресурсы

Продукция, полупродукты, побочные продукты, энергоресурсы

Наименование

Единица измерений

Расход на 1 тонну продукции

Наименование

Единица измерений

Выход на 1 тонну продукции

Кислый раствор нитрата кальция

т

1,955

Ам. селитра, 100%

т

2,15

Аммиак

т

0,45

Углекислый газ

т

0,63

Электроэнергия

кВт·час

234

Пар

Гкал

0,02

Вода оборотная

м3

23

Сжатый воздух

нм3

61

Природный газ

нм3

41

Получение мела сухого из влажного

Влажный мел (ПМ)

т

1,25

Электроэнергия

кВт·час

258/165 <*>

<*> При выпуске до 3500 т/свыше 3500 т

Пар

Гкал

0,12

Вода оборотная

м3

23

Сжатый воздух

нм3

61

Природный газ

нм3

41

5.1.2 Приготовление раствора карбоната аммония

В качестве абсорбирующей жидкости используется 32 - 60% раствор аммиачной селитры.

Для полноты реакции диоксид углерода подается с избытком от 5 до 10% от стехиометрии. Реакция экзотермична.

Принятые технологические параметры и аппаратурное оформление должны обеспечивать степень абсорбции аммиака 99,8% и диоксида углерода 88%. Для обеспечения указанной степени абсорбции температура в кубовой части колонны не должна превышать 60 °C, что достигается снятием тепла реакции из циркулирующего в абсорбере раствора.

Кроме температуры для создания оптимальных условий процесса абсорбции необходимо поддерживать давление в колонне (0,06 - 0,12) МПа. Снижение давления и повышение температуры выше 60 °C приводит к снижению коэффициента абсорбции. Наряду с верхним температурным пределом 60 °C ограничивается и нижний предел.

Температура в нижней части не должна быть меньше 25 °C, так как понижение температуры ведет к отложению карбоната аммония на насадке колонны и в трубчатке теплообменников.

На выходе из колонны должен получиться раствор карбоната аммония с соотношением NH3:CO2 = от 0,8 до 0,9.

Температура и массовая доля аммиака (NH3) и диоксида углерода (CO2) в абсорбционной колонне выбраны таким образом, чтобы обеспечить максимальную растворимость образующегося карбоната аммония и минимальную рециркуляцию.

Аммиак и диоксид углерода абсорбируются циркулирующим раствором аммиачной селитры в абсорбционной колонне с образованием карбоната аммония по реакции

Диоксид углерода из межцеховых коммуникаций поступает через сепаратор на всас компрессора для дополнительного компримирования, с последующим охлаждением на теплообменнике и влагоотделением на сепараторе.

После компрессора диоксид углерода с давлением до 0,20 МПа (2 кгс/см2), через концевой холодильник и брызгоотделитель с температурой от 35 до 45 °C поступает в абсорбционную колонну.

Газообразный аммиак поступает в абсорбционную колонну из испарителя аммиака с давлением от 0,12 до 0,20 МПа (от 1,2 до 2,0 кгс/см2).

Для отвода тепла и полной абсорбции NH3 и CO2, циркулирующий раствор аммиачной селитры из абсорбционной колонны насосами подается через систему холодильников. Температура циркулирующего раствора после теплообменников не более 45 °C.

С целью более полного улавливания газов верхняя часть абсорбционной колонны орошается свежим раствором аммиачной селитры, охлажденным в холодильнике до температуры 45 °C.

Раствор аммиачной селитры, содержащий карбонат аммония, подается в реактор конверсии.

5.1.3 Конверсия нитрата кальция

Раствор нитрата кальция подается в реактор конверсии.

Процесс конверсии нитрата кальция в аммиачную селитру и карбонат кальция осуществляется при температуре от 55 до 70 °C и атмосферном давлении по реакции:

Ca(NO3)2 + (NH4)2CO3 = 2NH4NO3 + CaCO3 + Q

Объем реактора рассчитан на время пребывания реакционной смеси (суспензии) в реакторе до 20 мин., после чего суспензия, состоящая из аммиачной и кристаллического карбоната кальция, перетекает в емкость для корректировки.

Режим работы реактора конверсии контролируется поддержанием pH от 7,8 до 8,5 и избыточной объемной доли диоксида углерода в растворе амселитры от 0,15 до 0,5%.

Оптимальная температура в реакторе конверсии поддерживается путем регулирования температуры в плавильном баке нитрата кальция подачей S-пара на нагревательные змеевики и температуры раствора карбоната аммония путем подачи охлаждающей оборотной воды на холодильник карбоната аммония.

На размер образующихся при конверсии кристаллов CaCO3 оказывают влияние:

- pH в реакторе конверсии;

- массовая доля P2O5 в растворе аммиачной селитры;

- массовая доля карбоната аммония в растворе АС, подаваемом в реактор;

- температура реакции;

- концентрация раствора нитрата кальция.

Оптимальный размер кристаллов достигается путем проведения реакции конверсии при pH 7,9. При увеличении pH конверсионного раствора уменьшается размер кристаллов, что влечет за собой снижение скорости фильтрации, ухудшение качества отмывки карбоната кальция от селитры и увеличение потерь аммиака (NH3).

С целью уменьшения растворимости карбоната кальция CaCO3 в растворе амселитры и дальнейшего проскока ионов Ca2+ в продукционный раствор амселитры необходимо:

- вести процесс конверсии при более низкой температуре около 66 °C;

- поддерживать массовую долю амселитры от 32 до 60% в реакторе конверсии;

- поддерживать pH в реакторе от 7,8 до 8,5.

5.1.4 Фильтрация карбоната кальция (CaCO3)

Суспензия из сосуда для корректировки питательными насосами подается на ротационные фильтры или карусельные вакуум-фильтры, где происходит отделение карбоната кальция (CaCO3) от раствора аммиачной селитры.

Фильтрация осуществляется под разрежением, создаваемым вакуумным насосом. Раствор аммиачной селитры отсасывается в сепаратор, из которого поступает в гидрозатвор фильтра. Постоянный уровень в гидрозатворе поддерживается количеством раствора аммиачной селитры, выдаваемого насосом на фильтры для удаления мелких частиц.

Воздух и пары из сепаратора поступают в конденсатор, орошаемый охлажденным до 35 °C в холодильнике конденсата технологическим конденсатом, подаваемым циркуляционным насосом.

Конденсат из конденсатора поступает в гидрозатвор.

Постоянный уровень в гидрозатворе поддерживается выдачей части циркулирующего конденсата из насосов в гидрозатвор.

Предусмотрена промывка осадка на фильтрах технологической водой, а также подача технологического воздуха для отдувки и лучшего съема осадка с поверхности фильтра и для регенерации фильтровальной ткани.

Осадок с фильтра, с массовой долей воды от 8 до 16%, системой ленточных конвейеров транспортируется в отделение отгрузки мелового шлама цеха по переработке карбоната кальция.

При остановке участка по переработке карбоната кальция, с целью обеспечения нормального режима работы, как отделения конверсии, так и всего цеха по производству нитроаммофоски в целом, предусмотрена подача осадка с фильтра ленточными конвейерами в сушилку и шнековым конвейером на отгрузку карбоната кальция конверсионного.

Раствор амселитры насосами подается на фильтры для удаления мелких частиц. Раствор амселитры после фильтров поступает в сосуд для регулировки pH с мешалкой, где pH раствора от 6,0 до 8,5 регулируется подачей азотной кислоты.

Затем раствор амселитры перетекает в расходный резервуар аммиачной селитры.

Часть раствора из расходного резервуара аммиачной селитры насосом подается на орошение абсорбционной колонны, а остальное количество раствора амселитры подается в отделение упарки амселитры (AN).

5.1.5 Сушка карбоната кальция (CaCO3)

Сушка карбоната кальция производится до массовой доли воды не более 1,5%.

Влажный карбонат кальция конвейерами подается в сушилку, где сушится до массовой доли воды не более 1,5% и отправляется на отгрузку.

Сушка карбоната кальция осуществляется паром с давлением от 0,49 до 0,59 МПа (от 5 до 6 кгс/см2) или топочными газами в барабанной сушилке. Воздух из сушилки, содержащий пыль CaCO3 и аммиак, направляется в установку очистки газовых выбросов.

Осушенный карбонат кальция охлаждается в барабанных холодильниках, а затем в виде готового продукта передается на хранение.

5.1.6 Текущие уровни эмиссий

Выбросы загрязняющих веществ представлены в таблице 5.3.

Таблица 5.3

Выбросы в атмосферу производства карбоната кальция (мела)

Наименование загрязняющих веществ

Выбросы

Комментарии

Метод очистки, повторного использования

Объем и (или) масса выбросов загрязняющих веществ после очистки в расчете на тонну продукции, кг/т

Источники выброса/стадия процесса

Метод определения загрязняющих веществ

Минимальное

Максимальное

Среднее

Эмиссии производства карбоната кальция

Аммиак (NH3)

Установки очистки газов

1,84

6,12

3,98

Выхлопная труба

СТО МВИ N 07-20;

МК-51-2008 (ред. 2015, филиал КЧХК АО "ОХК "УРАЛХИМ")

Карбонат кальция

Установки очистки газов

0,38

7,19

3,79

Выхлопная труба

МВИ N ПрВ 2000/4

ГОСТ Р 50820

МУ-3-57-14 (филиал КЧХК АО "ОХК "УРАЛХИМ")