Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ФОСФАТОВ АММОНИЯ

Изобретение относится к производству гранулированных удобрений, а именно к производству гранулированных фосфатов аммония (моноаммонийфосфат и диаммонийфосфат).

В связи с кризисной ситуацией основными направлениями при разработке технологии получения удобрений стало внедрение научно-технических решений, позволяющих снизить затраты на производство продукции, увеличить производительность, улучшить качество продукции и стабилизировать работу имеющегося оборудования.

Известны многочисленные способы получения гранулированных фосфатов аммония - моноаммонийфосфат (МАФ) и диаммонийфосфат (ДАФ).

Нами были проанализированы наиболее перспективные способы получения МАФ и сделан вывод, что на стадии гранулирования используется наиболее современный на сегодняшний день аппарат барабанный гранулятор-сушилка (БГС) - аппарат со взвешенным слоем (например, патент №2201394, кл. С01В 25/28, опубл. 2003; патент №2259941, кл. С01В 25/28, опубл. 2005; патент №2263091, кл. С05В 7/00, опубл. 2005; патент №2286319, кл. С05В 7/00, опубл. 2006; патент №2368566, кл. С01В 25/28, опубл. 2009; патент №2370477, кл. С05В 7/00, опубл. 2009). Это связано с тем, что БГС позволяет повысить качество продукта, снизить коммерческие затраты, оптимизировать эксплуатационные затраты, централизовать систему газовых выбросов в одной точке и повысить степень очистки отходящих газов. При этом стадию нейтрализации чаще всего проводят в трубчатых реакторах (ТР). Но известно ее проведение в скоростном аммонизаторе-испарителе (САИ) или в емкостных нейтрализаторах. При получении ДАФ все последние перспективные решения, защищенные патентами, предлагают при разных технологиях на стадии нейтрализации, проводить гранулирование только по схеме гладкостенный вращающийся барабан (АГ) и сушильный барабан (СБ) (например, патенты №2122989, кл. С05В 7/00, опубл. 1998; патент №2157355, кл. С05В 7/00, опубл. 2000; патент №2164506, кл. С05В 7/00, опубл. 2001; патент №2224712, кл. С01В 25/28, опубл. 2004; патент №2310630, кл. С05В 7/00, опубл. 2007).

Применение АГ при получении гранулированного ДАФ позволяет достичь высокой производительности, при использовании пульпы с широким диапазоном влажности. Однако на стадиях аммонизации выделяется большое количество аммиака, что вызывает проскок несвязанного аммиака через АГ и соответственно увеличивает его выхлопы. Это вносит дополнительные трудности при эксплуатации узла абсорбции (проскок аммиака, загустевание орошающей жидкости, наросты внутри аппарата).

Наиболее подробно получение гранулированных фосфатов аммония описаны в книге «Технология фосфорных и комплексных удобрений», М., «Химия», 1987 г., под редакцией С.Д.Эвенчика и А.А.Бродского, с.190-196.

Исходя из вышесказанного, заявителем была поставлена задача разработать гибкую технологию для получения МАФ и ДАФ, позволяющую переходить с производства одного продукта на другой, при этом максимально повысить производительность и получать продукт требуемого качества.

Для решения этой задачи нами разработан способ получения гранулированных фосфатов аммония путем нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком с получением пульпы фосфатов аммония и последующим гранулированием и сушкой продукта. По этому способу гранулирование ведут в две стадии, на первой из которых часть нейтрализованной пульпы наслаивают на мелкую фракцию продукта при влажности шихты, равной 4-8%, а на второй - на полученные частицы напыляют оставшуюся пульпу с влажностью 15-20%, при этом мольное отношение NH₃:H₃PO₄ (м.о.) и количество пульпы, подаваемой на разные стадии, поддерживают в интервалах, определяемых маркой готового продукта. Так, при получении моноаммонийфосфата расход пульпы в пересчете на P₂O₅ по стадиям берут в соотношении 1:0,3-0,5, мольное отношение на стадии наслаивания поддерживают равным 1,0-1,1, а на стадии напыления - 1,2-1,3. При получении диаммонийфосфата расход пульпы в пересчете на P₂O₅ по стадиям берут в соотношении 1:1-0,5, мольное отношение на стадии наслаивания поддерживают равным 1,8-1,85, а на стадии напыления 1,6-1,7.

Целесообразно первую стадию гранулирования проводить в гладкостенных вращающихся барабанах, например, аммонизатор-гранулятор, а вторую - в аппаратах со взвешенным слоем, например, барабанный гранулятор-сушилка, аппарат кипящего слоя (КС).

Нейтрализация фосфорной кислоты аммиаком в данном способе может быть проведена в различных аппаратах: в емкостях со смешалками, в аппаратах САИ, трубчатых реакторах. Выбор аппаратуры зависит от имеющегося оборудования, а также от концентрации фосфорной кислоты.

Сущность способа заключается в следующем. Предлагается гранулирование продукта проводить в две стадии, причем сначала на мелкую фракцию продукта наслаивают часть нейтрализованной пульпы. На этой стадии мелкие частицы продукта движутся в режиме окатывания. Благодаря тесному контакту частиц пульпа распределяется как по поверхности, так и по объему частиц более равномерно. В результате формирование структуры гранул идет по всему объему, что увеличивает ее плотность и прочность, т.е. гарантирует требуемое качество продукта.

Однако этим же, т.е. влагонасыщением гранул по всему объему ограничивается производительность на стадии сушки. В этом процессе структура гранул стабилизируется. При этом поверхностная влага удаляется быстро, а основное время сушки уходит на диффузионный выход влаги изнутри гранулы. Следовательно, при уже заполненных пульпой порах гранул на их поверхность можно наносить дополнительное количество жидкости, которая не попадает в поры, а остается на поверхности в виде пленки. Толщина этой пленки зависит от размера частиц, полученных на первой стадии гранулирования (при окатывании), свойств пульпы (вязкости, растворимости компонентов) и способа ее нанесения.

При напылении пульпы форсунками на поток твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии, т.е. в режиме работы БГС или КС, из-за высокой порозности этого потока образуется пленка оптимальной толщины, при которой идет увеличение размера и сушка гранул. Таким образом, можно увеличить производительность технологической линии без снижения качества продукта и надежности работы технологической линии. При этом возможен вариант реконструкции сушильного барабана в БГС, т.е. использование действующего в схеме АГ-СБ оборудования.

Для достижения хорошего качества готового продукта и максимальной производительности на первой стадии гранулирования необходимо поддерживать определенную влажность шихты, а именно 4-8%. Снижение влажности менее 4% приводит к резкому увеличению мелкой фракции продукта, а повышение более 8% - к увеличению размера гранул, налипанию материала на стенки аппаратуры и сокращению межостановочного пробега (остановки необходимы для чистки аппаратуры).

Определенная влажность шихты в зависимости от влажности поступающей на эту стадию пульпы регулируется количеством обрабатываемых мелких частиц (ретур).

На второй стадии для получения качественного продукта определяющей величиной является влажность подаваемой на эту стадию пульпы, которая варьируется в пределах 15-20%. Снижение влажности приводит к измельчению продукта, т.е. ухудшению его качества, а увеличение влажности приводит к снижению производительности и ухудшению качества продукта за счет укрупнения гранулометрического состава.

Разработанный способ - это гибкая технология для получения двух видов фосфатов аммония - МАФ и ДАФ, позволяющая при необходимости и требованиях рынка переходить с одной марки на другую. Для этого изменяют расход пульпы в пересчете на P₂O₅ и м.о. в ней по стадиям. Поскольку максимально возможное увеличение производительности лимитируется допустимым для конкретного продукта влагосодержанием отработанного теплоносителя после второй стадии, то соотношение потоков пульпы формирует оптимальное для данного продукта количество испаренной на второй стадии влаги. Расходы пульпы (в пересчете на P₂O₅) на первую и вторую стадии относятся как 1:0,3÷0,5 (для МАФ) или 1:1÷0,5 (для ДАФ).

Большое значение для получения качественных продуктов имеют мольные отношения NH₃:H₃PO₄ по стадиям процесса гранулирования. Так, при получении МАФ, если на первой стадии мольное отношение будет выше заявленного, то происходит укрупнение продукта и нарушение его химсостава (увеличение содержания азота с перерасходом аммиака). При уменьшении мольного отношения на этой стадии ниже заявленного образуется большое количество крупной фракции и идет налипание продукта на стенки аппаратуры. На второй стадии при увеличении мольного отношения необходимо понижать мольное отношение на первой стадии и соответственно иметь вышеописанные недостатки. При уменьшении мольного отношения образуется увеличенное количество мелкой фракции продукта.

При получении ДАФ увеличение мольного отношения на первой стадии выше заявленного вызовет образование большого количества мелкой фракции. При уменьшении его идет образование комков и налипание продукта на стенки аппаратуры. На второй стадии при увеличении мольного отношения также образуется большое количество мелкой фракции, при уменьшении мольного отношения - для сохранения химического состава продукта потребуется увеличение м.о. на первой стадии, что приведет к вышеописанным последствиям.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1 (МАФ).

Фосфорную кислоту нейтрализуют аммиаком, например, в аппарате САИ. Полученную пульпу фосфатов аммония разделяют. Одну часть подают в трубчатый реактор, доводят до необходимого мольного отношения и направляют на первую стадию гранулирования в аппарат АГ, где происходит окатывание и наслаивание гранул. Затем гранулы, полученные на первой стадии, подают в БГС, куда поступает теплоноситель и вторая отделенная часть пульпы, которая напыляется на полученные гранулы. В результате получают гранулированный МАФ требуемого качества с производительностью, на 20% превышающей производительность по схеме АГ-СБ.

Пример 2 (ДАФ).

Фосфорную кислоту нейтрализуют аммиаком, например, в двух трубчатых реакторах до различных м.о. Пульпу с большим м.о. подают на первую стадию гранулирования в АГ, где происходит окатывание гранул. Полученные гранулы направляют в продуваемый теплоносителем аппарат КС, где на них напыляется пульпа из второго ТР. В результате получают гранулированный ДАФ требуемого качества с производительностью, на 20% превышающей производительность по схеме с БГС.

Результаты проведенных опытов по предложенной технологии приведены в таблицах 1 и 2.

Анализ данных, приведенных в таблицах 1 и 2, показывает, что на содержание фракции шихты менее 1 мм влияет как влажность шихты на первой стадии, так и влажность пульпы на второй стадии. Но в заявленных пределах количество указанной фракции не превышает 10%. Выход за эту цифру значительно повлияет на процесс и качество получаемого продукта, т.к. увеличивается унос материала, соответственно ухудшаются условия на стадии абсорбции, увеличивается пылимость и слеживаемость готового продукта. Влажность полученного готового продукта соответствует действующим техническим условиям и условиям контрактов с потребителями. Время пробега оборудования без чисток составляет 10-14 суток для МАФ и 12-15 суток для ДАФ. В то время как в производствах этих продуктов, функционирующих в настоящее время на заводах, оно составляет 3-7 суток. Производительность процесса при получении МАФ и ДАФ по предложенной технологии увеличивается на 15-30%.

Таким образом, предложенный способ получения гранулированных фосфатов аммония позволит значительно увеличить выпуск продукта как за счет увеличения производительности, так и за счет увеличения времени пробега между чистками. При этом полностью сохраняется требуемое качество готовых продуктов.

Кроме того, предложенный способ получения гранулированных фосфатов аммония позволяет создать на производствах «гибкие» технологические линии, с переходом производства с одной марки удобрения на другую. При этом возможно использование уже имеющегося оборудования для проведения стадии нейтрализации, а также переоборудование стадии гранулирования (реконструкция сушильного барабана в БГС) при минимальных затратах.