Производство аммиачной селитры под атмосферным давлением

1. Лекция 2.2 Производство аммиачной селитры под атмосферным давлением (4 часа)

2. Технологическая схема получения аммиачной селитры на агрегате АС-72

3. Компоновка оборудования

4.

Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком
Раствор аммиачной селитры (АС) получают в нейтрализаторах,
позволяющих использовать тепло реакции для частичного выпаривания
раствора. Он получил наименование аппарата ИТН (использование тепла
нейтрализации) (поз.3).
Реакция нейтрализации:
NH3 (г) + HNO3 (ж)= NH4NO3 (тв) + Q (145,8 кДж)
протекает с большей скоростью и сопровождается выделением большого
количества тепла. В результате реакции образуется раствор АС и соковый пар.
Химическое взаимодействие протекает с большой скоростью, но
лимитируется массообменом и гидродинамическими условиями. Поэтому
большое значение имеет интенсивность смешения реагентов, которая зависит
от соотношения скоростей движения азотной кислоты (АК) и газообразного
аммиака (ГА) в реакторе. Наиболее тесное соприкосновение реагентов
достигается при условии, когда линейная скорость газа превышает скорость
подачи кислоты в 15 раз.
Тепловой эффект реакции зависит от температуры и концентрации
реагентов.
За счет теплового эффекта в процессе нейтрализации часть воды
испаряется и раствор концентрируется.

5.

Конечная цель – получение твердого нитрата аммония, поэтому на
стадии нейтрализации стремятся получить более концентрированные
растворы NН4NО3, чтобы в дальнейшем упростить и удешевить стадию
выпаривания раствора до состояния безводного плава.
С целью более полного выделения воды АК и ГА предварительно
подогревают. При одинаковой концентрации АК с повышением температуры
на 10 С концентрация раствора нитрата аммония повышается на 1 %. При
подогревании аммиака увеличивается скорость его поступления в
реакционную массу, улучшается перемешивание реагентов и ускоряется
процесс нейтрализации, снижается возможность потери аммиака с
отходящим соковым паром.
Если концентрация АК не выше 50 % получаются растворы АС
концентрацией 82 – 85 %. Если концентрация АК выше (58 – 60 %)
получаются растворы АС концентрацией 89 – 95 %.
Нейтрализация проводится на одном или двух параллельно
работающих аппаратах ИТН при давлении близком к атмосферному (Ризб
от 0,02 до 0,08 кгс/см2). Температура процесса от 148 до 165 оС.
Получается 89 – 94 %-й раствор АС. На выходе из аппарата ИТН раствор
имеет некоторый избыток АК (от 2 до 7 г/л). Это необходимо для полноты
поглощения ГА в реакционной зоне.

6. Аппаратурное оформление процесса Аппарат ИТН

Вертикальный,
барботажный
цилиндрический формы аппарат,
изготовлен из кислотостойкой стали
03Х18Н11, 12Х18Н10Т и титана.
Производительность аппарата 30 т/ч.
1 – реакционный стакан;
2 – барботер аммиака (Ti);
3 – барботер азотной кислоты (Ti);
4 – диффузор;
5 – завихритель;
6 – промыватель (сепарационная
зона);
7 – колпачковые тарелки (4 шт);
8 – сетчатый отбойник –
брызгоуловитель

7. Две зоны аппарата ИТН

Реакционная зона расположена в нижней части аппарата ИТН. Время
пребывания реагентов в ней 0,5 – 1 с, раствор АС нагревается за счёт тепла
реакции и вскипает, поднимаясь вверх. Верхняя часть реакционного стакана
заканчивается диффузором, обеспечивающим постепенное нарастание
скорости на выходе, предотвращая возникновение гидроударов больших
масс парожидкостной смеси. Завихрители сообщают паро-жидкостной смеси
вращательное движение. При испарении кипящего раствора образуется
соковый пар, содержащий помимо паров воды аэрозоли АС аммиака,
кислоты.
Соковый пар поступает в сепарационную зону аппарата ИТН, состоящую
из 4 тарелок и брызгоуловителя, где очищается от аэрозолей.
На 1-ю и 2-ю тарелки насосом подаётся 25 %-й раствор АС, концентрация
HNO3 до 15 г/л. Раствор из промывных тарелок сливается в реакционную
часть аппарата ИТН. Количеством подаваемого раствора АС регулируют
температуру в реакционной зоне от 148 до 165 оС.
На 3-ю и 4-ю тарелки насосом подаётся конденсат сокового пара.
Полученный после промывки раствор сливается в ёмкость. После охлаждения
соковый пар с температурой до 110 оС частично направляется в межтрубное
пространство подогревателя АК (поз. 2), а основная часть в промывной
скруббер (поз. 18) для очистки от аммиака и аэрозоля АС.

8.

Подогреватель азотной кислоты
1 – корпус; 2 – трубчатка; 3 – крышка.

9.

Подогреватели азотной кислоты
и газообразного аммиака
Характеристика
Конструкция
Назначение
Материал аппарата
Подогреватель АК
Подогреватель ГА
Вертикальный кожухотрубчатый темплообменник
подогрев АК от температуры, при
которой она хранится на складе 20 –
40 С до температуры 80 – 90 С
титан ВТ1-0
нагрев ГА до температуры
120 – 180 С
сталь 12Х18Н10Т
Поверхность
нагрева, м2
Теплоноситель
102
226
Соковый пар из аппарата ИТН
Габаритные
размеры, мм
Количество в
агрегате АС-72
диаметр 610,
высота 6210
два подогревателя, по одному на
каждый аппарат ИТН.
Горячий паровой конденсат
Р = 1,3 -1,4 МПа; Т = 197 С
диаметр 820,
высота 6996
один подогреватель

10. Донейтрализация

Кислый раствор не должен попадать в выпарной аппарат (поз. 6).
Раствор АС с температурой 148 – 165 оС направляется в донейтрализатор
поз. 4. Туда же подаётся раствор АС с концентрацией от 88 до 94 % и
температурой 148 – 155 оС из цеха по производству сложных удобрений.
Донейтрализация избыточной кислотности (с 4 г/л до 2-1,5 г/л) проводится с
помощью ГА. Не допускается понижение концентрации аммиака в
полученном в растворе АС ниже 0,1 г/л.
Раствор АС вводят в нижнюю часть донейтрализатора. По центральной
трубе в нижнюю часть подается ГА. Нейтрализация происходит в
реакционной вставке. При нейтрализации за счет выделяющегося тепла
образуется соковый пар. Парожидкостная эмульсия через верхние отверстия
из реакционной вставки выходит в сепарационную часть; соковый пар
отводится через воздушник под тарелку аппарата ИТН; нейтрализованный
раствор переливается через выводной штуцер.
Один аппарат обеспечивает нейтрализацию более 60 м3/ч 88 – 92 % -го
раствора АС.
В контрольном донейтрализаторе поз. 5 нейтрализуются проскоки
кислого раствора из аппарата 4. Также используют ГА. После аппарата 5
раствор АС имеет избыточную щёлочность до 0,5 г/л по аммиаку.

11. 1 – барботер газообразного аммиака; 2 – перегородки; 3 – корпус; 4 – сливная труба; 5 – перелив; 6 – воздушник; 7 –

Донейтрализатор
1 – барботер газообразного аммиака;
2 – перегородки;
3 – корпус;
4 – сливная труба;
5 – перелив;
6 – воздушник;
7 – обогревающий змеевик
Высота – 6350 мм; диаметр – 800 мм.
Объем 3,2 м3
Материал стали:
03Х18Н11, 12Х18Н10Т

12.

Упаривание
Упаривание 89 – 94 % раствора АС до концентрации 99,8 % производится
в выпарных аппаратах (ВА) поз.6 за счет тепла конденсации насыщенного
пара давлением 0,02 МПа и температурой не более 209 °С.
ВА имеет трубчатую часть, нижнюю часть и верхнюю сепарационную
часть. Далее номера позиций по рисунку ВА.
В межтрубное пространство трубчатой части ВА подаётся пар с Р до 18
кгс/см2. Такой же пар подаётся в змеевики трёх концентрационных тарелок.
В нижнюю часть ВА вентилятором подаётся атмосферный воздух,
нагретый паром до 175 – 200 оС, в подогревателе воздуха (поз. 7). Воздух
проходит через концентрационные тарелки 5 и поступает в трубки 4
трубчатой части.
Горячий воздух в трубках контактирует с упариваемым раствором АС,
который в виде плёнки «сползает» по трубкам 4 трубчатой части в нижнюю
часть, где последовательно проходит концентрационные тарелки 5. На
тарелках есть обогреваемые змеевики 6. Из раствора АС испаряется вода, и
смесь воздуха с водяными парами (ПВС) поступает в сепарационную часть ВА.
Там на двух ситчатых тарелках 2 ПВС очищается от аммиака и аэрозолей.
Ситчатые тарелки орошаются паровым конденсатом. Затем ПВС идёт в
промывочный скруббер (поз. 18 на ТС). Далее номера – по ТС.

13.

Выпарной комбинированный
аппарат пленочного типа
Давление в аппарате 0,02 МПа,
Давление в межтрубном пространстве 1,6
МПа.
Поверхность теплопередачи трубчатой
части F = 710 м2 ;
Змеевиков 3х тарелок массообменной
части – 75 м2 ;
Число трубок – 721, длина трубок – 6 м.
Число тарелок массообменной части – 3;
промывной части – 2.
Температура в аппарате не более 209 С.
Среда в аппарате – раствор АС,
в межтрубном пространстве – водяной пар.
Емкость аппарата 75,5 м3.
Диаметр греющей камеры 2800 мм.
Высота греющей камеры 3000 мм.
Высота аппарата 16000 мм.
Материал: сталь 08Х22Н6Т, 12Х18Н10Т

14. Гранулятор акустический леечного типа

Для получения АС высокого качества ее плав должен иметь
концентрацию не менее 99,4 % и температуру 175 – 195 °С.
При высокой температуре плав частично разлагается на аммиак и АК и
выходит закисленный. Для нейтрализации аммиаком плав поступает в
гидрозатвор-нейтрализатор 9, затем через фильтр 10, в накопительный бак
11 и оттуда насосом 12 – в грануляторы (одним, двумя или тремя потоками).
Гранулятор акустический леечного типа
Предназначен для равномерного разбрызгивания плава АС по
заданной площади сечения грануляционной башни. Производительность
15 – 30 т/ч. Рабочая температура 185 °С, зона орошения 3 – 5 метров.

15. Грануляционная башня

1 – потолок башни;
2 – воздуховод к промывному
скрубберу;
3 – фартук; 4 – опорная лапа;
5 – растяжка; 6 – корпус;
7 – окна для ввода воздуха;
8 – конус;
9 – лента из термостойкой
резины;
10 – выгрузочная щель.
Высота башни – 69 м.
Габариты потолка 16 х 11 м,
материал 08Х22Н6Т.
Корпус башни 11 х 8 м,
Материал 08Х17Т.

16. Промывной скруббер

1 – блок скруббера;
2 – ситчатая тарелка;
3 – брызгоулавливающие
устройства;
4 – штуцер для ввода раствора
селитры;
5 – воздуховод с заслонкой;
6 –смотровое окно.
Материал: сталь 08Х22Н6Т.
Габариты блока – 13,8х2,7х12,5 м
(состоит из 3-х секций)

17.

Кондиционирующие добавки, водимые в раствор АС
до его кристаллизации
Нитрат магния, получаемый растворением магнезита в АК;
Нитраты кальция и магния, получаемые разложением доломита;
Сульфат аммония или эквивалентные количества серной кислоты;
Смеси фосфорной и серной кислот (или их аммонийных солей);
Смеси борной кислоты, диаммонийфосфата и сульфата аммония;
Растворы апатита;
Добавки твердых нерастворимых веществ (глины, талька, вермикулита и
др.)
Механизм действия добавок различен.
Нитрат магния способствует связыванию свободной воды плава
вследствие образования кристаллогидрата Mg(NO3)2·6H2O. Он замедляет
переход модификации II в III и обеспечивает метастабильный переход II в IV,
что увеличивает прочность гранул.
Введение в плав нерастворимых веществ приводит к образованию гранул
с мелкокристаллической структурой, повышенными плотностью и
прочностью.

18. Основные параметры производства аммиачной селитры при атмосферном давлении Производительность агрегата АС-72 до 1575 т/сутки

• Стадия нейтрализации
–
–
–
–
–
–
Концентрация HNO3
Температура HNO3
Температура аммиака
Температура в аппарате ИТН
Избыточная кислотность в аппарате ИТН
Концентрация NH4NO3
58 %
60-85 0С
180-195 0С
148-165 0С
2-5 г/л
89-91 %
Стадия нейтрализации (Р-4, Р-4А)
– Избыточная щелочность (NH3)
0,1-0,5 г/л
– Температура плава в аппарате
– Концентрация NH4NO3
– Остаточная влажность плава
175-195 0С
не менее 99,4 %
не более 0,2 %
Стадия получения плава
Стадия нейтрализации (Р-13)
– Избыточная щелочность (NH3)
0,08-0,35 г/л
– Температура гранул
– Влажность гранул
не более 55 0С
не более 0,3 %
Стадия охлаждения гранул аммиачной селитры

19.

20.

21.

Безопасность производства и обращения
аммиачной селитры

22.

23. Зависимость энтальпии раствора от числа моль Н2О на моль HNO3 и концентрации HNO3

nH2O
Концентрация HNO3, %
ΔH, ккал/ моль HNO3
1
77,8
-44,538
2
63,6
-46,204
3
53,8
-47,212
4
46,6
-47,852
nH2O
0
3
4
5
6
7
10
Концентраци
я NH4NO3, %
100
60,1
52,6
47,1
43,5
38,8
30,8
ΔH, ккал / моль NH4NO3,
-87,27
-83,3
-83,2
-83,03
-82,9
-82,8
-82,46
ΔH, ккал/моль NH4NO3
Зависимость энтальпии раствора амселитры от числа моль Н2О на моль
NH4NO3 и концентрации NH4NO3
-82
-83
-84
-85
-86
-87
-88
0
1
2
3
4
5
6
nH2O
7
8
9 10 11