Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО СУЛЬФАТА АММОНИЯ

Изобретение относится к получению гранулированного сульфата аммония, который может быть использован в качестве минерального удобрения как самостоятельно, так и в смеси с другими минеральными компонентами.

Сульфат аммония может быть получен различными способами и в качестве побочного продукта, и в качестве основного продукта реакцией между серной кислотой и аммиаком. Так как кристаллический сульфат аммония имеет ряд существенных недостатков, а именно его кристаллы имеют тенденцию к агломерации и малую прочность, это делает применение его в качестве удобрения затруднительным.

В связи с этим наибольший интерес представляют процессы получения сульфата аммония с использованием метода гранулирования.

Так в патенте США №4589904, публикация 20.05.1986 г., описан способ получения гранулированного сульфата аммония путем гранулирования в барабане-аммонизаторе кристаллического сульфата аммония, подаваемого вместе с рециклом материала и с подачей в гранулятор смеси серной кислоты и раствора алюминиевых квасцов, а также газообразного аммиака. Затем по этому способу ведут сушку в роторной барабанной сушилке. Мольное соотношение подаваемых аммиака и серной кислоты составляет 1,8-4,95. В результате получают кислый гигроскопичный готовый продукт. Кроме того, велики потери аммиака на стадии гранулирования.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения гранулированного сульфата аммония (Патент ЕР №1067093, кл. C01C 1/248, опубл. 10.01.2001 г.). Данный способ основан на двухстадийной нейтрализации серной кислоты аммиаком сначала в емкостном реакторе, а затем в трубчатом с последующим гранулированием и сушкой продукта. По этому способу первую стадию нейтрализации ведут в одном или двух емкостных реакторах, снабженных мешалками. Получаемый в реакторах раствор имеет pH 2,5÷6,0 (мольное отношение NH₃:H₂SO₄=1,8÷2,0). Затем полученный на первом этапе раствор направляют в трубчатый реактор, введя в него предварительно оставшуюся серную кислоту. В трубчатый реактор вводят аммиак и воду и далее пульпу подают в аммонизатор-гранулятор.

Принимая во внимание низкую растворимость солевой системы при этих условиях, для сохранения ее текучести требуется поддерживать высокую влажность пульпы - 34÷42%. Высокая влажность пульпы, подаваемой на стадию гранулирования, сопряжена с некоторыми технологическими трудностями: прежде всего, увеличение объема и влагосодержания отходящих газов из аммонизатора-гранулятора. При достижении критического влагосодержания в отходящем газе из аммонизатора-гранулятора наступает конденсация паров воды в газоходе и в самом грануляторе. Для снижения влагосодержания потребуется увеличение просасываемого воздуха через гранулятор хвостовым вентилятором. Увеличение объема хвостовых газов приводит к увеличению нагрузки на хвостовой вентилятор и требует увеличения габаритов абсорбционного оборудования. В конечном итоге увеличиваются удельные затраты на производство продукции, увеличиваются затраты на электроэнергию для хвостового вентилятора, насосов для перекачивания орошающей абсорбционной жидкости.

Подача жидкого аммиака в гранулятор приводит к увеличению выделения аммиака в систему очистки газов, что приводит к необходимости увеличения подачи серной кислоты в систему очистки, а также увеличения подачи воды для поддержания требуемой влажности.

Кроме того, указанный способ был направлен на то, чтобы получать готовый продукт с размером гранул 2-4 мм, что позволило бы использовать его для получения тукосмесей с другими видами удобрений, например фосфатами аммония.

Нами была поставлена задача получить сульфат аммония с мелкими гранулами, который может быть введен в сам процесс получения сложных удобрений, а не использовать его только в процессе тукосмешения с другими готовыми формами удобрений. При этом ликвидировать или минимизировать недостатки способа-прототипа.

Техническое решение, которое позволило создать такой процесс, состоит в том, что на первой стадии нейтрализацию серной кислоты аммиаком ведут до получения пульпы с мольным отношением равным 1,2-1,5 и влажностью 12-15%, а на второй стадии - до мольного отношения 2,0, а стадию гранулирования проводят в барабанном грануляторе-сушилке (БГС).

Снижение мольного отношения менее 1,2 приводит к увеличению нагрузки по аммиаку в трубчатый реактор (вторую стадию аммонизации) и, как следствие, к большим потерям аммиака в абсорбцию, а также увеличению коррозионной активности среды в емкостном нейтрализаторе.

Увеличение мольного отношения выше 1,5 приводит к снижению растворимости солей и, как следствие, приводит к необходимости разбавления пульпы выше 15% (до 34%).

Влажность пульпы на первой стадии составляет 12-15%, так как в этих условиях пульпа остается подвижной и перекачиваемой (содержание воды в отходящих газах из БГС (после испарения пульпы на выходе из трубчатого реактора) невелико, что позволяет поддерживать низкий объем отходящих газов, снизить нагрузки на хвостовой вентилятор, снизить габариты абсорбционного оборудования).

На второй стадии целесообразно поддерживать мольное отношение на уровне 2,0, так как затем пульпу подают на гранулирование в БГС.

Гранулирование в БГС имеет целый ряд преимуществ, прежде всего то, что в аппарате БГС в результате многократного послойного роста гранулы продукта приобретают наиболее плотную внутреннюю структуру и, как следствие, более высокую прочность по сравнению с гранулами, получаемыми по способу-прототипу. Прочность гранул в нашем способе с БГС средняя величина 8,2 МПа по сравнению с прототипом с АГ средняя величина 5,7 МПа.

Технологическая схема с гранулированием и сушкой в БГС является одной из наиболее простых технологических схем, поскольку в одном аппарате совмещаются стадии гранулирования и сушки, не требуется большого количества внешнего ретура. Процесс гранулирования прост в управлении, остается устойчивым при колебании технологических параметров.

В емкостной реактор поступает аммиак, серная кислота и абсорбционная жидкость. В реакторе проходит первая стадия нейтрализации с образованием пульпы с мольным отношением NH₃:H₂SO₄ равным 1,2-1,5 и влажностью 12-15%. Затем пульпа поступает на вторую стадию нейтрализации в трубчатый реактор, где донейтрализуется аммиаком до мольного отношения 2,0. Полученную пульпу направляют в БГС. В результате получают готовый продукт, который направляют на классификацию.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. В емкостной реактор, снабженный мешалкой, подают 25,31 т/ч серной кислоты (92,5% H₂SO₄), 8,32 т/ч аммиака, 25,91 т/ч абсорбционной жидкости из отделения абсорбции этого технологического цикла. Температура составляет 140°C, время перемешивания составляет 2 ч. В результате получают пульпу с влажностью 12% и мольным отношением NH₃:H₂SO₄=1,20. Полученную пульпу в количестве 41,3 т/ч направляют в трубчатый реактор, куда также подают 2,50 т/ч аммиака и 4,47 т/ч серной кислоты. Температура на второй стадии нейтрализации составляет 155°C. Далее полученную пульпу с мольным отношением NH₃:H₂SO₄=2,0 направляют в аппарат БГС, куда поступает ретур в количестве 120 т/ч. Температура топочных газов 250°C. Выходящий из БГС продукт поступает на грохочение и классификацию. В результате получают 42 т/ч сульфата аммония с размером гранул 2-4 мм. Прочность гранул составляет 6,5 МПа.

Пример 2. В емкостной реактор, снабженный мешалкой, подают 23,79 т/ч серной кислоты (92,5% H₂SO₄), 7,83 т/ч аммиака, 26,10 т/ч абсорбционной жидкости из отделения абсорбции этого технологического цикла. Температура составляет 135°C, время перемешивания составляет 2 ч. В результате получают пульпу с влажностью 13,5% и мольным отношением NH₃:H₂SO₄=1,35. Полученную пульпу в количестве 40,55 т/ч направляют в трубчатый реактор, куда также подают 2,99 т/ч аммиака и 6,00 т/ч серной кислоты. Температура на второй стадии нейтрализации составляет 160°С. Далее полученную пульпу с мольным отношением NH₃:H₂SO₄=2,0 направляют в аппарат БГС, куда поступает ретур в количестве 120 т/ч. Температура топочных газов 250°C. Выходящий из БГС продукт поступает на грохочение и классификацию. В результате получают 42 т/ч сульфата аммония с размером гранул 2-4 мм. Прочность гранул составляет 8,2 МПа.

Пример 3. В емкостной реактор, снабженный мешалкой, подают 22,27 т/ч серной кислоты (92,5% H₂SO₄), 7,34 т/ч аммиака, 26,30 т/ч абсорбционной жидкости из отделения абсорбции этого технологического цикла. Температура составляет 129°C, время перемешивания составляет 2 ч. В результате получают пульпу с влажностью 15% и мольным отношением NH₃:H₂SO₄=1,50. Полученную пульпу в количестве 39,79 т/ч направляют в трубчатый реактор, куда также подают 3,48 т/ч аммиака и 7,54 т/ч серной кислоты. Температура на второй стадии нейтрализации составляет 165°C. Далее полученную пульпу с мольным отношением NH₃:H₂SO₄=2,0 направляют в аппарат БГС, куда поступает ретур в количестве 120 т/ч. Температура топочных газов 250°C. Выходящий из БГС продукт поступает на грохочение и классификацию. В результате получают 42 т/ч сульфата аммония с размером гранул 2-4 мм. Прочность гранул составляет 7,2 МПа.