содержание      ..     6      7      8      9     ..

Производство аммиака, минеральных удобрений и неорганических кислот (ИТС 2-2022) - часть 8

№

Основное

Эмиссии

Вход

Подпроцесс

Выход

подпроцесса

оборудование

(наименование)

Аммиак, диок-

Раствор

1.3

Смешение

Смеситель

сид углерода

карбамата

Раствор

Аммиак, диок-

карбамида

сид углерода,

1.4

Синтез

и карба-

Реактор синтеза

раствор карба-

мата аммо-

мата

ния

Раствор

Раствор кар-

карбамида,

Колонна дистил-

бамида, карба-

Дистиляция и

карбамата

1.5

ляции, конден-

мата аммония,

рециркуляция

аммония,

саторы

аммиак, вода

аммиак,

вода

Раствор кар-

Испаритель, ва-

бамида, карба-

Выпаривание,

Плав кар-

1.6

куум-сепаратор,

мата аммония,

конденсация

бамида

конденсадор

аммиак, вода

Водный

Газы дистил-

Абсорбция га-

1.7

раствор

Абсорбер

Аммиак

ляции

зов

аммиака

Десорбер (ко-

Водный рас-

Десорбция и

лонна ректи-фи-

Аммиак, карба-

1.8

твор аммиака

Аммиак

гидролиз

кации ам-ми-

мид

и карбамида

ака), гидролизёр

566

Таблица 8.9 - Основное оборудование

Назначение

Наименование оборудования

Технологические характеристики

оборудования

Насос аммиака высокого

Компримирование

Давление нагнетания

давления

аммиака

20 МПа

Компрессор CO2 центробежный

Компримирование

Давление нагнетания

с паровой турбиной

диоксида углерода

20 МПа

Подача раствора

Давление нагнетания

Карбаматный насос

карбамата в узел синтеза

20 МПа

Смешение аммиака с

Смеситель

диоксидом углерода

Давление 20 МПа

(синтез карбамата)

Давление 20 МПа

Реактор синтеза карбамида

Синтез карбамида

Температура 200 °C

Разложение карбамата

Давление 1,8 МПа

Дистиллятор 1-й ступени

аммония

Температура 165 °C

Конденсатор 1-й ступени

Давление 1,8 МПа

Конденсация NH3 и CO2

(барботер)

Температура 100 °C

Поглощение CO2 из

Давление 1,8 МПа

Промывная колонна

газовой фазы

Температура 70 °C

Давление 1,8 МПа

Конденсатор аммиака

Конденсация NH3

Температура 25 °C

Разложение карбамата

Давление 0,3 МПа

Дистиллятор 2-й ступени

аммония

Температура 135 °C

Давление 0,3 МПа

Конденсатор 2-й ступени

Конденсация NH3 и CO2

Температура 50 °C

Удаление аммиака из

Давление 0,05-0,06 МПа (абс.)

Теплообмениик-рекуператор

раствора карбамида.

Температура 105 °C

Испаритель 1-й ступени

Упаривание раствора

Давление 0,03 МПа (абс.)

выпарки

карбамида

Температура 130 °C

Разделение газовой и

Сепаратор 1-й ступени

жидкой фазы,

Давление 0,03 МПа (абс.)

выпарки

предотвращение

Температура 130 °C

брызгоуноса

Испаритель 2-й ступени

Упаривание раствора

Давление 0,005 МПа (абс.)

выпарки

карбамида

Температура 140 °C

Разделение газовой и

Сепаратор 2-й ступени

жидкой фазы,

Давление 0,005 МПа (абс.)

выпарки

предотвращение

Температура 140 °C

брызгоуноса

567

Таблица 8.10 - Природоохранное оборудование

Назначение

Наименование оборудования

Технологические характеристики

оборудования

Абсорбция аммиака

после стадий:

Давление - атмосферное

Хвостовой абсорбер

синтеза; дистилляции;

Температура 45 °C

ректификации

Конденсация аммиака

Давление - атмосферное

Хвостовой конденсатор

после узла

Температура 45 °C

выпаривания

Удаление NH3 и CO2 из

Давление 0,35 МПа

Десорбер 1-й ступени

сточной воды

Температура 140 °C

Давление - атмосферное/ или

Удаление NH3 и CO2 из

Десорбер 2-й ступени

0,35 МПа

сточной воды

Температура 110 °C

Разложение карбамида

Давление 1,8-2,1 МПа

Гидролизер

в сточной воде

Температура 190 °C

8.1.1.1.4 Стриппинг в токе CO2

Процесс реализован на следующих предприятиях:

- АО «Невинномысский Азот», цех 2а;

- АО «НАК «Азот», цех Карбамид 3, очередь 2;

- АО «Апатит» (Вологодская область), ЦПМ № 1, ЦПМ № 2, ЦПМ № 3.

Производство карбамида из жидкого аммиака и газообразной двуокиси углерода

по технологии стриппинга в токе CO2 компании Stamicarbon, Нидерланды производится

при температуре 170-185 °C и давлении 13,5-14,5 МПа.

Непрореагировавшие NH3 и CO2 выделяют из плава синтеза и конденсируют их

при высоком давлении. При этом теплоту конденсации газов дистилляции можно отво-

дить при сравнительно высокой температуре, получая пар низкого давления, пригодный

для утилизации. Выделение непрореагировавших веществ при высоком давлении осу-

ществляют продувкой CO2.

В стриппинг-процессах большую часть непревращенного карбамата аммония, со-

держащегося в плаве синтеза, удаляют и возвращают в реактор до того, как понизить

давление. Это позволяет снизить количество воды в возвращаемых компонентах, что

приводит к улучшению условий синтеза, уменьшению энергозатрат.

Схема технологического процесса приведена на рисунке 8.7.

568

Рисунок 8.7 - Схема технологического процесса (включая получение готового

продукта)

Подача реагентов

Диоксид углерода поступает из цеха по производству аммиака. Перед комприми-

рованием возможна подготовка газа в узлах его охлаждения и выжигания горючих ком-

понентов. С целью предотвращения коррозии в узле синтеза в поток диоксида углерода

569

ПГС c температурой 135-145 °C из верхней части десорбера II ступени отводится

в нижнюю часть десорбера I ступени. Очищенная сточная вода из десорбера II с темпе-

ратурой 135-150 °C охлаждается сначала в рекуперативном теплообменнике, а затем в

водяном холодильнике до температуры 40 °C, откуда насосом подается за пределы аг-

регата.

Описание процесса приведено в таблице 8.11, основное технологическое обору-

дование - в таблице 8.12, природоохранное оборудование - 8.13.

Таблица 8.11 - Описание технологического процесса

№

Основное

Эмиссии

Вход

Подпроцесс

Выход

подпроцесса

оборудование

(наименование)

Скруббер-

Аммиак,

Аммиак,

Прием и

охладитель

1.1

диоксид

диоксид

хранение сырья

CO2, фильтр

углерода

углерода

NH3

1.2

Аммиак

Компрессия

Аммиак

Насос

Диоксид угле-

Диоксид уг-

1.3

Компрессия

Компрессор

рода

лерода

Раствор

Реактор син-

Аммиак, диок-

карбамида,

теза, скруббер

сид углерода,

Синтез карба-

карбамата

высокого давле-

1.4

Аммиак

раствор карба-

мида

аммония,

ния, конденса-

мата

аммиак,

тор высокого

вода

давления

Раствор

Раствор кар-

карбамида,

бамида, карба-

Стриппинг-про-

карбамата

1.5

Стриппер

мата аммония,

цесс

аммония,

аммиак, вода

аммиак,

вода

Раствор

Раствор кар-

карбамида,

Ректификацион-

бамида, карба-

Дистилляция и

карбамата

1.6

ная колонна,

мата аммония,

рециркуляция

аммония,

конденсатор

аммиак, вода

аммиак,

вода

Раствор кар-

Испаритель, ва-

бамида, карба-

Выпаривание,

Плав кар-

1.7

куум-сепаратор,

мата аммония,

конденсация

бамида

конденсатор

аммиак, вода

Водный

Газы дистил-

Абсорбция га-

1.8

раствор

Абсорбер

Аммиак

ляции

зов

аммиака

Водный рас-

Десорбция, гид-

Десорбер, гид-

Аммиак, карба-

1.9

твор аммиака

Аммиак

ролиз

ролизер

мид

и карбамида

573

Таблица 8.12 - Основное оборудование

Назначение

Наименование оборудования

Технологические характеристики

оборудования

Насос аммиака высокого

Компримирование

Давление нагнетания

давления

аммиака

16 МПа

Компрессор CO2 центробежный

Компримирование

Давление нагнетания

с паровой турбиной

диоксида углерода

14,5 МПа

Давление 14 МПа

Реактор синтеза карбамида

Синтез карбамида

Температура 190 °C

Разложение карбамата

Давление 14 МПа

Стриппер высокого давления

аммония

Температура 170 °C

Конденсация NH3 и

Давление 14 МПа

Скруббер высокого давления

CO2, отходящих из

Температура 170 °C

реактора синтеза

Конденсация NH3 и CO2

Конденсатор карбамата

Давление 14 МПа

из стриппера высокого

высокого давления

Температура 175 °C

давления

Разложение карбамата

Давление 0,3 МПа

Ректификационная колонна

аммония

Температура 140 °C

Конденсатор карбамата низкого

Давление 0,3 МПа

Конденсация NH3 и CO2

давления

Температура 80 °C

Испаритель 1-й ступени

Упаривание раствора

Давление 0,05 МПа (абс.)

выпарки

карбамида

Температура 130 °C

Разделение газовой и

жидкой фазы,

Давление 0,05 МПа (абс.)

Сепаратор 1-й ступени выпарки

предотвращение

Температура 130 °C

брызгоуноса

Испаритель 2-й ступени

Упаривание раствора

Давление 0,005 МПа (абс.)

выпарки

карбамида

Температура 140 °C

Разделение газовой и

жидкой фазы,

Давление 0,005 МПа (абс.)

Сепаратор 2-й ступени выпарки

предотвращение

Температура 140 °C

брызгоуноса

Таблица 8.13 - Природоохранное оборудование

Назначение

Наименование оборудования

Технологические характеристики

оборудования

Очистка отходящих

Давление 0,7 МПа

Абсорбер низкого давления

газов

Температура 75 °C

Абсорбер атмосферный

Очистка отходящих

Давление - атмосферное

концевой

газов

Температура 45 °C

Удаление NH3 и CO2 из

Давление 0,35 МПа

Десорбер 1-й и 2-й ступени

сточной воды

Температура 140 °C

Разложение карбамида

Давление 2,0 МПа

Гидролизер

в сточной воде

Температура 195 °C

574

Рисунок 8.8 - Схема технологического процесса (включая получение готового

продукта)

Высокое давление

В реакторе синтез карбамида происходит при температуре 190 °C и давлении

15,5 МПа. Процесс синтеза проходит при относительно высоком мольном соотношении

L (3,5-3,7). Благодаря этому обеспечивается:

- относительно высокая степень конверсии CO2 в карбамид (до 65 %);

- малая коррозионная активность плава синтеза;

- низкая скорость образования биурета.

Плав синтеза из реактора подают в подогреваемый паром стриппер с падающей

пленкой, где содержание CO2 в растворе значительно понижают отгонкой аммиаком, вы-

деляющимся из плава. Раствор подогревается в стриппере до 205 °C. Газы из стриппера

и раствор карбамата из промывной колонны поступают в карбаматный конденсатор вы-

сокого давления, где газы конденсируют при температуре 165 °C и через карбаматный

сепаратор с помощью эжектора направляют в реактор. Из верхней части карбаматного

сепаратора несконденсированные газы, состоящие из инертов с незначительным коли-

чеством NH3 и CO2, направляют в нижнюю часть колонны дистилляции 2-й ступени.

576

воду с температурой 40-50 °C вводят в гидролизер, в котором проводят реакцию гидро-

лиза при давлении 1,8 МПа и температуре 190-195 °C карбамида при косвенном нагреве

насыщенным паром с давлением 2,6 МПа. Паровую фазу, полученную в гидролизере

конденсируют в конденсаторе при температуре 40 °C, а образовавшийся раствор карба-

мата используют для орошения конденсатора 3-ей ступени дистилляции. Сточную воду

после гидролиза направляют в десорбер, работающий под давлением 0,15 МПа и тем-

пературе в кубе 135 °C. В десорбере NH3 и CO2 отгоняют с помощью паров, полученных

в выносном подогревателе, который работает на насыщенном паре с давлением

0,35 МПа. Газы десорбции с температурой 105-110 °C объединяются с газами из гидро-

лизера и направляются в конденсатор. Очищенную сточную воду охлаждают до 40 °C.

Часть очищенной сточной воды используют в очистном устройстве башни приллирова-

ния, остальную воду направляют за пределы установки.

В оригинальной схеме применяются воздушные холодильники для охлаждения и

конденсации всех технологических сред. Это вызывает ряд трудностей при эксплуата-

ции агрегата карбамида. В летнее время температура воздуха 30-35 °C не позволяет

эффективно охлаждать и конденсировать среды с достижением температур 40-45 °C.

Возникают отклонения от технологического режима - повышение давления в узлах ди-

стилляции и выпаривания. Из-за этого возможны превышения по выбросам в атмо-

сферу. Зимой же воздушные холодильники и конденсаторы из-за температур воздуха до

минус 30 °C ÷ минус 35 °C могут размораживаться с растрескиванием. В итоге эти аппа-

раты довольно быстро изнашиваются, что еще больше ухудшает их эффективность в

летнее время года.

Описание процесса приведено в таблице 8.14, основное технологическое обору-

дование - в таблице 8.15, природоохранное оборудование - 8.16.

Таблица 8.14 - Описание технологического процесса

№ под-

Основное

Эмиссии

процес-

Вход

Подпроцесс

Выход

оборудование

(наименование)

са

1.1

Аммиак,

Прием и

Аммиак,

Скруббер-

диоксид

хранение сырья

диоксид

охладитель CO2,

углерода

углерода

фильтр NH3

1.2

Аммиак

Компрессия

Аммиак

Насос

1.3

Диоксид угле-

Компрессия

Диоксид уг-

Компрессор

рода

лерода

1.4

Аммиак, диок-

Синтез карба-

Раствор

Реактор синтеза,

сид углерода,

мида

карбамида,

конденсатор вы-

раствор карба-

карбамата

сокого давления

мата

аммония,

аммиак,

вода

578

№ под-

Основное

Эмиссии

процес-

Вход

Подпроцесс

Выход

оборудование

(наименование)

са

1.5

Раствор карба-

Стриппинг-про-

Раствор

Стриппер

мида, карба-

цесс

карбамида,

мата аммония,

карбамата

аммиак, вода

аммония,

аммиак,

вода

1.6

Раствор карба-

Дистилляция и

Раствор

Колонны дистил-

мида, карба-

рециркуляция

карбамида,

ляции, конденса-

мата аммония,

карбамата

торы

аммиак, вода

аммония,

аммиак,

вода

1.7

Раствор карба-

Выпаривание,

Плав карба-

Испаритель, ва-

мида, карба-

конденсация

мида

куум-сепаратор,

мата аммония,

конденсатор

аммиак, вода

1.8

Водный рас-

Десорбция, гид-

Аммиак

Десорбер, гидро-

Аммиак, карба-

твор аммиака и

ролиз

лизер

мид

карбамида

Таблица 8.15 - Основное оборудование

Назначение

Наименование оборудования

Технологические характеристики

оборудования

Компремирование

Давление нагнетания

Насос аммиака высокого

аммиака

24 МПа

давления

Компремирование

Давление нагнетания

Компрессор CO2 центробежный

диоксида углерода

15,5 МПа

с паровой турбиной

Синтез карбамида

Давление 15,5 МПа

Реактор синтеза карбамида

Температура 190 °C

Разложение карбамата

Давление 15 МПа

Стриппер высокого давления

аммония

Температура 205 °C

Конденсация NH3 и CO2

Давление 15 МПа

Конденсатор карбамата

из стриппера высокого

Температура 165 °C

высокого давления

давления

Разложение карбамата

Давление 1,8 МПа

Колонна дистилляции 2-й

аммония

Температура 155 °C

ступени

Конденсация NH3 и CO2

Давление 1,8 МПа

Конденсатор карбамата 2-й

Температура 90 °C

ступени (барботер)

Конденсация CO2 из

Давление 1,8 МПа

Промывная колонна

газовой фазы

Температура 70 °C

579

Назначение

Наименование оборудования

Технологические характеристики

оборудования

Конденсация NH3

Давление 1,8 МПа

Конденсатор аммиака

Температура 25 °C

Абсорбция NH3

Давление 1,8 МПа

Абсорбер среднего давления

Температура 40 °C

Разложение карбамата

Давление 0,45 МПа

Колонна дистилляции 3-й

аммония

Температура 140 °C

ступени

Конденсация NH3 и CO2

Давление 0,45 МПа

Конденсатор 3-й ступени

Температура 40 °C

Упаривание раствора

Давление 0,03 МПа (абс.)

Испаритель 1-й ступени

карбамида

Температура 130 °C

выпарки

Разделение газовой и

Давление 0,03 МПа (абс.)

Сепаратор 1-й ступени выпарки

жидкой фазы,

Температура 130 °C

предотвращение

брызгоуноса

Упаривание раствора

Давление 0,003 МПа (абс.)

Испаритель 2-й ступени

карбамида

Температура 140 °C

выпарки

Разделение газовой и

Давление 0,003 МПа (абс.)

Сепаратор 2-й ступени выпарки

жидкой фазы,

Температура 140 °C

предотвращение

брызгоуноса

Таблица 8.16 - Природоохранное оборудование

Назначение

Наименование оборудования

Технологические характеристики

оборудования

Абсорбер среднего давления

Очистка отходящих

Давление 1,8 МПа

газов

Температура 40 °C

Абсорбер низкого давления

Очистка отходящих

Давление 0,45 МПа

газов

Температура 40 °C

Десорбер

Удаление NH3 и CO2 из

Давление 0,3 МПа

сточной воды

Температура 135 °C

Гидролизер

Разложение карбамида

Давление 1,8 МПа

в сточной воде

Температура 190 °C

8.1.1.1.6 Tecnimont

Технология реализована на следующих предприятиях:

- Филиал «Азот» АО «ОХК «УРАЛХИМ» в городе Березники;

- Кемеровское АО «Азот».

Схема Tecnimont работает с полным жидкостным рециклом. Синтез проводится

под давлением 20-22 МПа с высоким мольным соотношением NH3:CO2.Дистилляция

580

Рисунок 8.9 - Схема технологического процесса (включая получение готового

продукта)

Среднее давление (1-я ступень дистилляции)

Полученный в реакторе плав карбамида дросселируют до давления 7 МПа, нагре-

вают в подогревателе (вертикальный кожухотрубчатый аппарат) до 185-190 °C паром с

давлением 2 МПа и отделяют непрореагировавшее сырье в сепараторе.

Газы дистилляции первой ступени из сепаратора направляют в конденсаторы, где

они конденсируются с образованием водного раствора карбамата аммония. Туда же по-

дают водный раствор карбамата со второй ступени дистилляции. Почти все газы конден-

сируются под давлением 7 МПа и при температуре 137 - 145 °C. Тепло конденсации в

первом по ходу конденсаторе утилизируется в виде водяного пара с давлением 0,2 МПа.

Второй конденсатор охлаждается циркулирующим конденсатом. Образовавшийся рас-

твор карбамата аммония насосом направляют в реактор синтеза.

582

Газовая фаза, содержащая пары воды, аммиака, диоксид углерода, из верхней

части колонны дистилляции поступает конденсатор, где большая часть ее конденсиру-

ется. Температура парожидкостной смеси после конденсатора 55-60 °C поддержива-

ется подачей охлаждающей воды в межтрубное пространство. Парожидкостная смесь

из конденсатора поступает в нижнюю часть абсорбера аммиака. В абсорбере полностью

поглощаются аммиак, диоксида углерода, а инертные газы накапливаются в верхней ча-

сти абсорбера и периодически сдуваются в атмосферу через дистанционно управляе-

мый клапан. Орошение абсорбера производится циркуляционным раствором, охлажда-

емым в воздушном холодильнике до температуры 40-45 °C.

Абсорбция

Газы от холодильника-абсорбера под давлением 7 МПа после дросселирования

направляются в абсорбер низкого давления. Абсорбер работает под давлением

0,6 МПа. Орошение производится слабым раствором карбамида. Оставшиеся газы

(инерты и небольшое количество NH3) дросселируются до атмосферного давления и с

температурой 40 ^оС поступают в узел кислотного улавливания.

Скруббер кислотного улавливания орошается раствором нитрата или сульфата

аммония в смеси с азотной или серной кислотой. В этом узле инерты практически пол-

ностью очищаются от аммиака (до 20 мг/нм³). Недостатком применения узла с исполь-

зованием серной кислоты является высокая коррозионная активность среды, что приво-

дит к быстрому износу оборудования. Образующийся сульфат аммония добавляют в

плав карбамида как улучшающую свойства готового продукта.

В схеме Tecnimont для охлаждения и конденсации также применяются аппараты

воздушного охлаждения со всеми вытекающими негативными эффектами (см. п.

8.1.1.1.4).

Описание процесса приведено в таблице 8.17, основное технологическое обору-

дование - в таблице 8.18, природоохранное оборудование - 8.19.

Таблица 8.17 - Описание технологического процесса

№ под-

Основное

Эмиссии

Вход

Подпроцесс

Выход

процесса

оборудование

(наименование)

1.1

Аммиак,

Прием и

Аммиак,

Скруббер-

диоксид

хранение

диоксид

охладитель CO2,

углерода

сырья

углерода

фильтр NH3

1.2

Аммиак

Компрессия

Аммиак

Насос

1.3

Диоксид угле-

Компрессия

Диоксид угле-

Компрессор

рода

рода

1.4

Аммиак, диок-

Синтез карба-

Раствор кар-

Реактор синтеза

сид углерода,

мида

бамида, кар-

раствор карба-

бамата аммо-

мата

ния, аммиак,

вода

584

Конденсатор 3-й ступени

Конденсация NH3 и CO2

Давление 0,3 МПа

дистилляции

Температура 45 °C

Испаритель 1-й ступени

Упаривание раствора

Давление 0,05 МПа (абс.)

выпарки

карбамида

Температура 130 °C

Сепаратор 1-й ступени выпарки

Разделение газовой и жидкой

Давление 0,05 МПа (абс.)

фазы, предотвращение

Температура 130 °C

брызгоуноса

Испаритель 2-й ступени

Упаривание раствора

Давление 0,005 МПа (абс.)

выпарки

карбамида

Температура 140 °C

Сепаратор 2-й ступени выпарки

Разделение газовой и жидкой

Давление 0,005 МПа (абс.)

фазы, предотвращение

Температура 140 °C

брызгоуноса

Таблица 8.19 - Природоохранное оборудование

Назначение

Наименование оборудования

Технологические характеристики

оборудования

Абсорбер низкого давления

Очистка отходящих

Давление - 0,6 МПа

газов

Температура 55 °C

Абсорбер под атмосферным

Очистка отходящих

Давление - атмосферное

давлением (узла дистилляции)

газов

Температура 45 °C

Десорбер

Удаление NH3 и CO2 из

Давление 0,12 МПа

сточной воды

Температура 125 °C

Абсорбер под атмосферным

Очистка отходящих

Давление - атмосферное

давлением (узла десорбции)

газов

Температура 45 °C

Скруббер кислотного

Очистка отходящих

Давление - атмосферное

улавливания (серная или

газов

Температура 45 °C

азотная кислота)

8.1.1.2 Пошаговое описание применяемого технологического процесса

получения твердых форм продукта из концентрированного или

высококонцентрированного раствора (плава) карбамида

Для получения твердой формы готового продукта, т. е. продукта в виде зерен

определенных размеров, формы и прочности, в промышленности применяют:

- приллирование, когда гранулы формируются из капли безводного расплава, а

процесс кристаллизации происходит в гравитационном режиме в потоке восходящего

газа;

- грануляцию в КС путем распыливания раствора или плава карбамида на поверх-

ность «затравочных» частиц и увеличения их размера за счет многократного наслаивания

пленок, формируемых из осаждающихся на частицах капель;

- совмещение процессов окатывания и кристаллизации на поверхности частиц. Гра-

нулирование в скоростном барабанном грануляторе (СБГ).

8.1.1.2.1 Полный жидкостный рецикл (АК-70), URECON®2006

Процесс приллирования осуществляли изначально в «старых» башнях, выпол-

ненных из железобетона с высотой полета частиц 32 м и диаметром 16 м (см. рису-

нок 8.10).

586

1 - осевой вентилятор; 2 - механизм для выгрузки гранул;

3 - узел пересыпки на транспортер; 4 - транспортеры

Рисунок 8.10 - Конструкция традиционной башни приллирования с плоским

днищем

Верхняя часть башни закрыта железобетонным перекрытием, в центре которого

установлен диспергатор (приллер) плава и вытяжные вентиляторы (иногда циклоны для

очистки воздуха от пыли). В нижней части башни по окружности расположен ряд окон,

через которые в башню поступает атмосферный воздух. Днище имеет плоскую форму.

Установленное внизу скребковое устройство движется по окружности и собирает упав-

шие на подину гранулы, которые через специальную щель выгружаются из башни. Про-

изводительность башни: 550-600 т/сут.

Малая высота полета гранул и низкая плотность орошения снижают эффектив-

ность теплообмена и исключают возможность получения карбамида высокого качества.

Полученный в таких башнях товарный карбамид обладает низким качеством: мелкий,

неоднородный продукт (содержание фракции менее 1 мм до 3 %), с низкой прочностью

(до 0,5 кгс/гранулу) и высокой температурой 80-100 °C (по ГОСТ 2081-2010 не выше

50 °C). Поэтому в жаркий период года для обеспечения требуемой температуры продукт

перед отгрузкой вылеживается на складе. Потери продукта с отходящим воздухом - до

2,5 кг/т.

В дальнейшем технология приллирования на старых башнях была усовершен-

ствована с использованием инновационных методов реконструкции:

- установка нового приллера вибрационного типа;

- монтаж узла охлаждения прилл в КС (аппарат КС);

- монтаж «мокрых» пылеуловителей (см. рисунок 8.11).

587

1 - виброприллер, 2 - скребок; 3 - вытяжные вентиляторы башни; 4 -

выносной аппарат КС; 5 - дутьевой вентилятор аппарата КС; 6 -

пылеуловитель «мокрого» типа; 7 - насос раствора карбамида; 8 - хвостовой

вентилятор

Рисунок 8.11 - Принципиальная схема узла приллирования после реализации

мероприятий по модернизации башен

Конструкция виброприллера позволяет обеспечить равномерное распределение

капель расплава по поперечному сечению башни, в результате чего достигается макси-

мально возможное использование объема башни для контакта прилл и охлаждающего

воздуха, уменьшается пылеобразование.

К основным техническим преимуществам аппарата охлаждения прилл в КС можно

отнести: развитую поверхность контакта твердого продукта и охлаждающего агента (воз-

духа), что позволяет обеспечить температуру продукта на выходе из аппарата не более

45-50 °C при температуре атмосферного воздуха до 35-40 °C, увеличить размер прилл

и их прочность.

Применение пылеуловителей «мокрого» типа позволяет сохранить на прежнем

уровне валовый выброс пыли карбамида за счет эффективной очистки запыленного воз-

духа от аппарата КС и уменьшения пылеобразования в стволе башни.

В результате реализации мероприятий на двух старых башнях в цехе № 24

ООО «Газпром Нефтехим Салават» температура продукта снизилась в 2 раза: с 90-

588

100 °C до 45-50 °C, прочность прилл увеличилась на 0,2 кгс/гранулу, содержание фрак-

ции менее 1 мм уменьшилось в 2-3 раза с 3-6 % до 1-3 %, количество фракции 2-3 мм

увеличилось в 3-4 раза - с 20-30 % до 80-95 %.

Большинство действующих производств карбамида оснащены современными

башнями приллирования конструкции (см. рисунок 8.12). Башня представляет собой ин-

женерно-техническое сооружение с высотой полета частиц от 70 до 85 м и диаметром

ствола башни 11-16 м в зависимости от производительности по готовому продукту.

Рисунок 8.12 - Современная башня приллирования с очисткой инжекционного

типа

Для обеспечения равномерного распределения воздуха по сечению ствола башни

и предотвращения деформации незатвердевших частиц и раскалывания затвердевших,

в нижней части башни, практически по всему поперечному сечению, устанавливается

встроенный аппарат охлаждения гранул в «кипящем» слое с подводящими воздухово-

дами и дутьевыми вентиляторами для подачи воздуха в аппарат охлаждения гранул.

Благодаря увеличению линейной скорости воздуха удается повысить плотность ороше-

ния ствола башни. Кроме того, эффект торможения встречным потоком воздуха сказы-

вается на времени их падения.

Выше аппарата охлаждения гранул по периметру ствола башни предусматрива-

ются окна для подсоса дополнительного количества атмосферного воздуха, а также, в

589

Рисунок 8.15 - Эскиз реконструированной нижней части башни приллирования в

цехе № 2А

На двух агрегатах карбамида со стриппинг-процессом в токе CO2, работающих в

Череповце, построены и эксплуатируются современные башни приллирования (см. ри-

сунок 8.12). Башня ЦПМ № 1 отличается от башни ЦПМ № 2 отсутствием вытяжных вен-

тиляторов после очистного устройства.

8.1.1.2.3 Стриппинг-процесс в токе аммиака (автостриппинг или термический

стриппинг)

Цеха карбамида по данной технологии (цех № 3 АО «НАК Азот», цех № 08, 09 ПАО

Корпорация «ТольяттиАзот») построены по контрактам комплектной поставки с фирмой

«Snamprogetti». Башни приллирования конструкции Snamprogetti имеют железобетон-

ный ствол диаметром 22 м и высоту полета частиц ~50 м. В верхней части башня осна-

щена центробежным диспергатором для разбрызгивания расплава карбамида, а в ниж-

ней части - четырьмя транспортерами для выгрузки продукта. Имеется устройство для

очистки воздуха, которое располагается внутри ствола башни (см. рисунок 8.16).

593

Рисунок 8.16 - Схема и конструкция очистного устройства воздуха, выходящего

из башни приллирования фирмы Snamprogetti

В верхней части канала С расположены брызгоуловители для тонкой сепарации

капель. Брызгоуловители промывают очищенной сточной водой. Циркуляция поглоти-

тельного раствора, подаваемого на форсунки, обеспечивается сбором раствора в коль-

цевом резервуаре ванны очистного устройства и его подачей центробежными насосами.

Уловленный карбамид в виде раствора возвращают в технологическую схему.

По ряду причин, связанных с неэффективной конструкцией очистные устройства

на таких башнях в настоящее время не экплуатируются.

Выбросы воздуха имеют неорганизованный характер. Точки отбора запыленного

воздуха на выходе из башни не оборудованы. По данным обследований эмиссия в ат-

мосферу пыли карбамида с воздухом, отходящим из данных башен, составляет порядка

2 кг карбамида на 1 т готовой продукции.

Отключение инжекционных элементов, низкая скорость и отсутствие упорядочен-

ного потока воздуха в башне обуславливают низкую эффективность теплообмена между

595

падающими каплями плава и охлаждающим воздухом. Это приводит к завышению тем-

пературы гранул карбамида (в жаркий период года - до 100 °C).

8.1.1.2.4 Технология Tecnimont

Цеха карбамида по данной технологии были построены по контракту комплектной

поставки с фирмой Tecnimont в Березниках (ныне филиал «Азот» АО «ОХК» Уралхим»)

и в Кемерово (Кемеровское АО «Азот»).

Башня приллирования - железобетонная, прямоугольного сечения (22 × 15 м) и

высотой полета прилл ~53 м (см. рисунок 8.17).

Рисунок 8.17 - Конструкция башни приллирования фирмы Tecnimont

Поскольку часть оборудования узла выпарки установлена на верху башни и

там же смонтирована система очистки воздуха, выходящего из башни, то общая высота

башни составляет ~96 м. Система очистки состоит из ванны, тарелки «KOCH» с клапа-

нами, промывочных форсунок, брызгоотбойника, циркуляционных насосов и вытяжных

вентиляторов. Предусмотрены два варианта работы башни: с включенной очисткой воз-

духа и с подачей запыленного воздуха, минуя систему очистки через два ряда «байпас-

ных» ворот в атмосферу.

596

Рисунок 8.18 - Схема узла приллирования фирмы ТЕС

Воздушный поток с кристаллами карбамида по стволу системы пневмотранспорта

поступает в циклоны, в которых происходит отделение кристаллов от воздуха. С помо-

щью шнековых питателей кристаллы подаются в плавильник, где они расплавляются

при температуре 135-142 °C. Плав карбамида, пройдя очистку от механических приме-

сей в фильтре стекает в напорный бак, из которого равномерно распределяется на дис-

пергаторы, с помощью которых разбрызгивается в объем башни приллирования.

598

Рисунок 8.19 - Гранулятор с фонтанирующим КС фирмы ТЕС

Рисунок 8.20 - Принципиальная технологическая схема процесса грануляции

ТЕС

600

Таблица 8.20 - Энергопотребление и потребление материалов процесса грануляции в КС ТЕС

Удельный

№

Единица

Наименование показателя

расходный

п/п

измерения

коэффициент

1

Электроэнергия

кВтч/т

18-25

2

Пар, Р = 5 кгс/см², насыщ

Т/т

0,03

3

Охлаждающая вода

-

-

4

Дополнительная вода для пылеуловителя

т/т

0,2

5

Формальдегид

кг/т

4,5

45 %-ный раствор карбамида для утилизации в

6

т к-да/т

0,03

технологической схеме

Показатели качества готового продукта - гранулированного карбамида - приве-

дены в таблице 8.21.

Таблица 8.21 - Показатели качества гранулированного карбамида, получаемого на установке с

фонтанирующим слоем фирмы ТЕС

№

Единица

Типичные численные

Наименование показателя

п/п

измерения

показатели

1

Содержание общего азота

% масс

46,1

2

Содержание биурета

% масс

0,7

3

Содержание воды

% масс

0,2

4

Содержание формальдегида

% масс

0,45

5

Размер гранул 2-4 мм

% масс

95

6

Прочность гранулы (на гранулу Ø3 мм)

Кгс/гран

3,5

Принципиальная схема установки гранулирования карбамида по технологии

Stamicarbon показана на рисунке 8.21.

601

Очищенный воздух

в атмосферу

Скруббер

Очищенная

сточная вода

Подогреватель

воздуха

Элеватор

Классификатор

Воздух

Фильтры

Дробилка

Гранулято

р

Формальдегид

Карбамид

Подогреватель

воздуха

Бункер готового

продукта

Холодильни

к

гранулята

Воздух

Готовый продукт

Воздух

на упаковку

Сборник плава

Емкость растворения

карбамида

карбамида

Рисунок 8.21 - Схема гранулирования карбамида по технологии Stamicarbon

Раствор карбамида с концентрацией 98,5 масс. % вводят в гранулятор. В качестве

антислеживателя в трубопровод всаса насосов плава подается карбамидоформальде-

гидная смола или карбамидоформальдегидный концентрат.

Состав карбамидоформальдегидной смолы или карбамидоформальдегидного

концентрата (далее - КФС/КФК) до добавления в поток плава карбамида:

- карбамид 20,0 % общ. веса;

- H2O 26,0 % общ. веса;

- формальдегид 54,0 % общ. веса.

Линия подачи плава от насосов до гранулятора оборудована паровой рубашкой

для предотвращения кристаллизации карбамида.

Давление пара в рубашку регулируется клапаном (0,18-0,23 МПа) для поддержа-

ния температуры пара близкой к температуре плава, с целью уменьшения образования

биурета.

Для предотвращения забивки форсунок гранулятора, на линии подачи плава,

установлены фильтры плава карбамида подключенные параллельно.

Плав карбамида с нагнетания насосов, после фильтров, подается в гранулятор, а

при работе на циркуляции в емкость плава карбамида.

Кроме плава к нагнетательным головкам подается воздух от нагнетателя воздуха

распыления, подогретый в нагревателе воздуха распыления до температуры (135-

144) °C. Воздух необходим для распыления плава через форсунки в псевдоожиженном

слое гранулятора. Высокая температура воздуха требуется для предотвращения кри-

сталлизации карбамида в распылительных форсунках и нагнетательных головках.

Для работы в зимних условиях на всасе нагнетателя воздуха распыления уста-

новлен дополнительный подогреватель воздуха.

602

Воздух для создания «псевдоожиженного» слоя в грануляторе подается вентиля-

тором гранулятора. На всасе вентилятора установлен дополнительный подогреватель

воздуха, который предназначен для поддержания температуры подаваемого воздуха

не менее минус 10 °C.

Воздух, выходящий из верхней части гранулятора с температурой (90-110) °C, по-

падает в скруббер гранулятора. В линию воздуховода после гранулятора через фор-

сунку периодически подается сточная вода для его промывки.

Полученный продукт грануляции с температурой (80-105) °C, проходит через ре-

шетку, где происходит удаление крупных частиц размером более 10 мм. Крупные ча-

стицы и комки подаются по течкам в емкость для растворения карбамида. Просеянный

продукт после решетки спекшихся гранул, поступает в холодильник гранулята и далее

направляется на классификацию, после которой целевая фракция направляется на

склад готовой продукции.

Рециркулирующий поток (ретур) твердых материалов, содержащий мелкую фрак-

цию и дробленые частицы, подается через два входных отверстия в гранулятор. В сек-

ции грануляции на ретур напыляется расплав карбамида. По мере того как гранулы дви-

жутся через секции грануляции, их размер постоянно увеличивается путем добавления

слоев, достигая необходимый размер. После грануляции продукт попадает в камеру

охлаждения, где происходит затвердевание и удаление пыли с гранул перед последую-

щей обработкой.

Потребление материалов и энергетических средств процесса показаны в таб-

лице 8.22.

Таблица 8.22 - Потребление материалов и энергетических средств процесса гранулирования

Stamicarbon

№

Единица

Удельный расходный

Наименование показателя

п/п

измерения

коэффициент

1

Электроэнергия

кВтч/т

38

Пар низкого давления

2

Р=4 бар

11

Р=12 бар

кг/т кг/т

21

3

Технологическая вода

т/т

0,15

4

Охлаждающая вода

-

Отсутствует

5

Исходный раствор карбамида

масс. %

98,5

6

Возврат пыли

кг/т

69

При грануляции в КС создаются условия для образования пыли: из высыхающих

мелких капель раствора, уносимых воздухом из зоны формирования гранул; в процессе

истирания гранул при классификации полученных гранул, при размалывании крупной

фракции, а также при транспортировке ретура в гранулятор. Значительная часть пыли

осаждается на внутренней поверхности технологического оборудования и внутренней

поверхности газоходов. Все это приводит к необходимости проведения периодической

чистки оборудования и промывки газоходов, что требует остановки узла грануляции.

После промывок в технологическую схему поступают дополнительные количества

слабых растворов карбамида, переработка которых создает дополнительную нагрузку

на узлы выпаривания.

603

Одним из недостатков грануляции в КС является обязательная подача в раствор

карбамида формальдегид-содержащей добавки, которая в своем составе имеет канце-

рогенное вещество - формальдегид. Кроме того, малые скорости движения раствора

карбамида по большому количеству трубопроводов приводят к увеличению времени

пребывания при температуре ~140 °С и дополнительному образованию биурета, реак-

ция образования которого идет с выделением аммиака. Условия в грануляторе также

способствуют дополнительной десорбции аммиака из раствора карбамида. Удельные

выбросы с этих установок превышают удельные выбросы из узла приллирования.

8.1.1.2.7 Гранулирование в скоростном барабанном грануляторе (СБГ)

Метод гранулирования с кристаллизацией на поверхности частиц можно осу-

ществлять не только в псевдоожиженном (кипящем) слое. Совмещение процессов кри-

сталлизации на поверхности частиц с процессами окатывания и сушки в одном аппарате

дает дополнительные преимущества.

1 - внутренний барабан; 2 - транспортирующая насадка; 3 - классификатор;

4 - наружный барабан; 5 - обратный шнек; 6 - камера загрузки; 7 - камера

выгрузки; 8 - загрузочная труба; 9 - форсунка

Рисунок 8.22 - Принципиальная конструкция СБГ

Скоростной барабанный гранулятор (СБГ) состоит (см. рисунок 8.22) из внутрен-

него барабана с насадкой на его поверхности, классификатора и дополнительного

наружного барабана. В межбарабанном пространстве расположен шнек. С обоих концов

оба скрепленных между собой барабана имеют неподвижные камеры загрузки и вы-

грузки. На стенке передней камеры загрузки установлена загрузочная труба и форсунка.

604

СБГ работает следующим образом. Гранулы или кристаллы продукта, подлежа-

щие обработке жидким компонентом, поступают в основной барабан на насадку. Одно-

временно в переднюю часть основного барабана на завесу из гранул с помощью фор-

сунки распыляется жидкий компонент (это может быть плав, раствор или пульпа). Лопа-

сти насадки при вращении барабана непрерывно поднимают и выбрасывают продукт в

поперечном сечении барабана, образуя при этом плотную и равномерную завесу обра-

батываемого материала по всему сечению внутреннего барабана. В результате весь

продукт многократно подвергается обработке распыляемым агентом. После обработки

жидкой фазой гранулированный продукт поступает в классификатор, где отделяется

мелкая его фракция, которая подхватывается шнеком, и подается во внутренний бара-

бан. Готовый продукт из классификатора выгружается в камеру выгрузки.

Мелкая фракция гранул, возвращенная во внутренний барабан, вновь подается в

завесу для обработки жидкой фазой.

Этот цикл увеличения размеров гранул до заданного, регулируется классифика-

тором и проводится многократно.

На основании данного аппарата была разработана и внедрена промышленная

установка кондиционирования приллированного карбамида (увеличение размеров при-

ллированного карбамида в процессе гранулирования раствора карбамида путем нане-

сения его на мелкую фракцию приллированного карбамида) в скоростном барабанном

грануляторе в производстве карбамида Кемеровского АО «Азот». Данная установка

(см. рисунок 8.23) рассчитана на производительность 500 т/сут по готовому продукту и

предназначена для кондиционирования гранул карбамида размером менее 2 мм и улуч-

шения качества товарного продукта.

Рисунок 8.23 - Блок-схема реконструкции узла получения готового продукта с

использованием СБГ

Приллированный карбамид после башни приллирования транспортерами пода-

ется в классификатор, в котором происходит рассев продукта по фракциям менее

2 мм - мелкая фракция, 2-4 мм - товарная фракция, и более 4 мм - крупная фрак-

ция. Крупные приллы по существующей схеме направляются на растворение, а товар-

ная фракция продукта направляется на охлаждение в аппарат охлаждения в КС. Мелкие

приллы направляются в СБГ для кондиционирования.

605

Рисунок 8.24 - Блок-схема отделения производства карбамида с серой

Сырьем для получения гранулированного карбамида с серой служат сульфат ам-

мония кристаллический, 70 % раствор карбамида и 98 % плав карбамида от цеха карба-

мид-2.

Производство гранулированного карбамида с серой состоит из следующих ста-

дий:

 Прием плава и раствора карбамида из отделения «Переработка» цеха Карбамид-

2;

 Транспортировка, подготовка, подогрев кристаллического сульфата аммония;

 Смешение плава карбамида с подогретым сульфатом аммония;

 Грануляция полученной суспензии в грануляторе кипящего слоя;

 Классификация и охлаждение готового продукта;

 Фасовка готового продукта;

607

 Склад и погрузка карбамида.

8.1.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую

среду

8.1.2.1 Выбросы в атмосферу и пути их сокращения

Основными источниками газовых выбросов являются сдувочные газы отделений

дистилляции и концентрирования растворов, а также потоки отходящего воздуха из уз-

лов получения твердых форм готового продукта.

Очистку отходящих газов от аммиака осуществляют путем абсорбции водными

растворам при высоком среднем и низком давлениях и давлении близком к атмосфер-

ному. Для тонкой очистки отходящих газов от примеси аммиака применяют кислотную

промывку. Наибольшее распространение получили установки кислотного улавливания с

использованием азотной кислоты. Один из вариантов современной схемы узла кислот-

ного улавливания приведен на рисунке 8.25.

Очищенный газ

в атмосферу

4

Охлажденный

конденсат

1

Аммиакосодержащие

сдувки

Азотная или

серная кислота

2

ВО

ВО

3

Раствор нитрата или

5

сульфата

аммония на утилизацию

1 - скруббер; 2 - холодильник; 3 - сборник нитрата (или сульфата) аммония;

4 - сепаратор-каплеотделитель; 5 - донейтрализатор

Рисунок 8.25 - Принципиальная схема современного узла кислотного

улавливания

608

Рациональной конструкцией скруббера является аппарат колонного типа с двумя

зонами контакта. Обе зоны оснащаются массообменными насадками. Нижнюю зону оро-

шают циркулирующим раствором нитрата (или сульфата), содержащим свежую кислоту.

В этой зоне осуществляется связывание основного количества аммиака из смеси газов.

Верхняя зона орошается конденсатом и служит для охлаждения газа и предотвращения

уноса брызг кислоты и раствора нитрата (или сульфата) аммония с уходящими газами.

Наибольшее влияние на эффективность работы узла кислотного улавливания оказы-

вает температура циркулирующего раствора.

Узлы кислотного улавливания изначально входили в состав проекта большинства

агрегатов карбамида на территории России и стран СНГ. В настоящее время действуют

установки кислотного улавливания на следующих производствах карбамида:

- КАО «Азот» (г. Кемерово) (подача серной кислоты);

- ПАО Акрон (г. Великий Новгород), агрегаты № 1-4, агрегат № 5 (подача азотной

кислоты);

- ПАО «Куйбышевазот» (г. Тольятти) (подача азотной кислоты).

Сравнительный анализ показателей работы современных установок кислотного

улавливания, приведен в таблице 8.24.

Таблица 8.24 - Перечень технологий кислотного улавливания аммиака в выбросах

производства карбамида

№

Тип

Наименование технологического узла

Фирма-разработчик

п/п

поглотителя

Н2SO4

1

Узел гранулирования

UFT

HNO3

2

Узел приллирования

Н2SO4

PROZAP, Польша

ENICHEM

3

Узел гранулирования (приллирования)

Н2SO4

AGRICOLTURA S.p.A

Н2SO4

Uhde Fertilizer Technology

4

Узел гранулирования

HNO3

B.V

5

Узел абсорбции сдувочных газов

HNO3

АО «НИИК»

609

Отработанным перспективным решением является строительство новых или ре-

конструкция существующих башен приллирования там, где это необходимо.

Метод очистки воздуха от пыли карбамида по своей эффективности, превосходит

другие методы, используемые в производстве карбамида, при значительно более низ-

ком удельном уровне энергетических затрат. Что касается величины конечной концен-

трации пыли после очистки, то достигнутая в промышленных условиях после инжекци-

онного пылеочистного устройства величина 4-10 мг/нм³ значительно ниже допустимых

норм выбросов пыли карбамида, установленных в других странах и гарантийных пока-

зателей зарубежных разработчиков очистных устройств (см. таблицу 8.25).

Таблица 8.25 - Предельные нормы выбросов, установленные в зарубежных странах после

башен приллирования и установок грануляции в пересчете на аммиак

Величины предельной нормы, мг/нм³

Страна, наименование нормативного

Общий

Аммиак

Карбамид

документа

аммиак

50

28,3

78,3

EFMA BAT Booklet (2001)

3-35

8,5-31

11,5-66

EV BREF LVIC (2007)

30

17

47

UAE (2011)

< 15

5,7

< 20,7

США (2013)

Инжекционный метод очистки имеет следующие преимущества:

- простота;

- модульность построения для создания любой нужной производительности по

газу;

- низкое гидравлическое (аэродинамическое) сопротивление, инжектор сам явля-

ется побудителем расхода газа.

К настоящему времени построено более двух десятков башен приллирования в

производствах карбамида России, Украины, Белоруссии, Литвы, Узбекистана, Алжира

(см. таблицу 8.26).

Таблица 8.26 - Современные башни приллирования с инжекционной очисткой

Производство

Место расположения

Год пуска

Продукт

карбамида, тыс. т/год

Невинномысск

2011

Карбамид

450

(реконструкция)

Череповец

2011

Карбамид

450

Ферталж (Алжир)

2010

Карбамид

400

Новгород

2007

Карбамид

500

(реконструкция)

Новомосковск

2005

Карбамид

400

(реконструкция)

Череповец

1998

Карбамид

400

Невинномысск

1997

Карбамид

330

(реконструкция)

Горловка

1997

Карбамид

570

(реконструкция)

610

Горловка

1993

Карбамид

330

Гродно

1987

Карбамид

330

Тольятти

1986

Карбамид

270

Северодонецк

1986

Карбамид

270

Новгород

1986

Карбамид

270

Гродно

1986

Карбамид

270

Ионава

1986

Карбамид

270

Северодонецк

1986

Карбамид

330

Днепродзержинск

1986

Карбамид

330

Фергана

1986

Карбамид

330

Чирчик

1986

Карбамид

270

1985

Одесса

Карбамид

330

1986

В таблице 8.27 приведены данные по выбросам аммиака в атмосферу для рас-

сматриваемых технологий производства карбамида. Они сгруппированы по принципу

«Основная технология + Технология получения готового продукта».

611

Таблица 8.27 - Потери аммиака с выбросами в атмосферу, кг/т готового продукта по данным анкет

От всех стадий производства

№

Технология

п/п

Мин.

Макс.

Среднее

Полный жидкостный рецикл

Stamicarbon (АК-70) с полной или частичной реконструкцией

1

0,028

1,81

0,808

URECON®2006 + новая или реконструированная башня

Stamicarbon (АК-70) с незамкнутым циклом без усовершенствований +

2

10,9

11,299

11,1

старая башня и грануляция

3

TEC + старая башня

1,053

2,37

1,82

Стриппинг в токе CO2

4

Стриппинг в токе CO2 + новая башня

0,498

0,873

0,691

5

Стриппинг в токе CO2 + старая башня

0,8

0,886

0,8

6

Стриппинг в токе CO2 + грануляция

0,484

2,13

1,1

Автостриппинг (в токе NH3)

7

Автостриппинг + старая башня

0,456

2,326

1,39

8

Автостриппинг + грануляция

0,535

1,444

0,99

Tecnimont

9

Tecnimont + старая башня

0,047

2,25

1,15

Карбамид с серой на основе карбамида и сульфата аммония

Карбамид с серой на основе карбамида и сульфата аммония с исполь-

1,01

1,01

1,01

зованием аппаратов КС

Рисунок 8.26 - Принципиальная схема десорбции аммиака в одну ступень

Степень очистки сточных вод по данной схеме достаточно низкая. Кроме того, на

таких установках не происходит очистки от карбамида.

Десорбция в две ступени (см. рисунок 8.27)

Конденсат сокового пара из отделения выпарки, содержащий до 0,5 % карбамида,

до 6 % аммиака и до 2 % диоксида углерода собирается в сборнике. Из сборника сточная

вода через рекуперативный теплообменник подается в десорбер I ступени. В десорбере

происходит отгон аммиака, диоксида углерода и паров воды из сточной воды под избы-

точным давлением 0,25-0,35 МПа (давление второй ступени дистилляции) и темпера-

туре 125-135 °C. Газы десорбции отправляются в конденсатор II ступени дистиляции

или передаются в смежные цех. Подогрев сточной воды в кубе десорбера I ступени осу-

ществляться за счет подачи водяного пара в выносной кипятильник. Подогрев сточной

воды, входящей в десорбере I ступени осуществляется в рекуперативном теплообмен-

нике за счет тепла сточной воды выходящей из куба десорбера. Далее сточная вода

передается на II ступень десорбции. В десорбере II ступени происходит окончательный

отгон аммиака, диоксида углерода и паров воды при атмосферном давлении. Подогрев

сточной воды в кубе десорбера II ступени осуществляться за счет подачи водяного пара

в выносной кипятильник. Газовая фаза из десорбера II ступени направляется в абсорбер

работающий под атмосферном давление. Далее очищенная сточная вода пройдя через

холодильник передается на очистные сооружения. Сточные воды последовательно про-

ходили десорберы I и II ступеней, после чего содержание аммиака в стоках составляло

до 50-100 мг/л и карбамида до 5 г/л.

Недостатком данной схемы является отсутствие очистки сточных вод от карба-

мида, количество которого в стоках практически не изменяется.

614

Рисунок 8.27 - Принципиальная схема очистки сточных вод десорбцией в две

ступени

Двухступенчатая десорбция и гидролиз (см. рисунок 8.28)

Отличие от схемы двухступенчатой десорбции заключается в том, что после

I ступени десорбции сточная вода направляется на гидролиз, а далее на II ступень де-

сорбции где происходит окончательная отгонка аммиака, диоксида углерода и воды.

Гидролиз карбамида осуществляется под давлением 1,7-2,0 МПа при темпера-

туре 190-200 °C.

В гидролизере сначала происходит реакция изомеризации карбамида в цианат

аммония, который в дальнейшем подвергается гидролизу:

CO(NH2)2 ↔ NH4ОCN (1);

NH4ОCN + 2H2O ↔ (NH4)2CО3 (2).

При этом цианат аммония в водном растворе диссоциирует на ионы:

NH4ОCN ↔ NH4+ + NCO^- (3),

и ионы NСО^- подвергаются гидролизу:

NCO^- + 2H2O ↔ NH4+ + СО32- (4).

Применение такой схемы позволяло очистить сточные воды от карбамида до 150-

300 мг/л, снизить содержание аммиака до 50-100 мг/л.

615

Рисунок 8.28 - Принципиальная схема очистки сточных вод с двухступенчатой десорбцией и гидролизом

Рисунок 8.29 - Принципиальная схема очистки сточных вод с двухступенчатой десорбцией и гидролизом с узлом конденсации

Таблица 8.28 - Сточные воды производства карбамида

Сбросы

Комментарии

Объем и (или)

масса сбросов

Наименова

Эффективност

Примечание/информа-

загрязняющих

Вало-

ние

Источники

ь

ция о том, куда

веществ на вы-

Метод

вый

Мощность

Метод опреде-

загрязняю

сброса/стадия

очистки/повтор

направляются сточные

ходе из произ-

очистки или

вы-

производ-

ления загрязня-

щих

процесса

ного

воды с производства и

водства в рас-

переработки

брос,

ства, т/год

ющих веществ

веществ

использования

сточные воды после

чете на тонну

м³/ч

очистки

продукции, кг/т

Среднее

Десорбция в одну ступень

Аммоний-

0,14

БОС, ГОС

Очистка сточ-

Сточные воды направ-

450 000

Фотометриче-

ион (NH4+)

ных вод

ляются на БОС, далее

ский

Карбамид

0,28

в поверхностный во-

доем

Аммоний-

0,045

Биологиче-

Технологиче-

ион (NH4+)

ская очистка

ская вода по-

Карбамид

0,045

сле колонны

12,5

515 000

дистилляции

С 904

Десорбция в две ступени + Двухступенчатая десорбция и гидролиз с узлом конденсации

Аммоний-

0,098

Гидролиз-

Очистка сточ-

Сточные воды из цеха

ион (NH4+)

десорбция

ных вод

Карбамид-2 направля-

80 %

47

400 000

МВИ

Карбамид

0,29

ются в цех ВК

НиОПСВ

Двух ступенчатая десорбция и гидролиз

Аммоний-

0,076

БОС

В коллектор химгряз-

ион (NH4+)

ной канализации -

Карбамид

0,409*

На станцию нейтрали-

25,68

350 000

зации -

биоочистные сооруже-

нияводный объект

Двухступенчатая десорбция и гидролиз с узлом конденсации

Аммоний-

0,0023

ГОСВ, де-

ЭФК, участок

Сточные воды из цеха

ион (NH4+)

сорбция ам-

№ 1

карбамид-3 на стан-

Карбамид

0,00114

миака

цию БХО, на станцию

100 %

60

1 100 000

Аналитический

Гидролиз

получения деминера-

карбамида

лизованной воды, на

подпитку ВОЦ

Аммоний-

0,0036

Нитриденит-

Узел десорб-

98,7 %.

В цех биохимической

Фотоколоримет-

ион (NH4+)

рификация в

ции-гидро-

Сточные воды

очистки сточных вод

рический МВИ

Карбамид

0,0051

цехе биохи-

лиза (перера-

повторно

предприятия (БХОи-

60-А

мической

ботка ам-

не использу-

ТООП). После очистки

Фотоколоримет-

очистки

воды, образо-

ются

сбрасываются в р.

рический

45

495 000

сточных вод

ванной при

100 %.

Барсучки

МВИ 426-04

предприя-

упаривании

Сточные воды

тия (БХОи-

раствора кар-

повторно

ТООП)

бамида)

не использу-

ются

Аммоний-

0,007

Нитриденит-

Производство

98,7 %.

Очистка сточных вод

Фотометриче-

ион (NH4+)

рификация в

карбамида

Сточные воды

предприятия (БХОи-

ский, МВИ 60-А

0,0022

цехе биохи-

повторно

ТООП). После очистки

Фотометриче-

Карбамид

мической

не использу-

сбрасываются в р.

ский

очистки

ются

Барсучки

53,85

440 000

сточных вод

100 %.

предприя-

Сточные воды

тия (БХОи-

повторно

ТООП)

не использу-

ются

Аммоний-

0,0065

БОС

Производство

Сточные воды направ-

Фотоколоримет-

ион (NH4+)

карбамида

ляются на БОС, далее

рический

25

650 000

Карбамид

0,0249

в поверхностный во-

Фотометриче-

доем

ский

Затраты

Затраты

Затраты

Вода из

Стоимость

на очистку от

на очистку от

на удаление

природного

В котел

речной воды

механических

химических

растворенных

водоёма

примесей

примесей

газов

Затраты

Сточная вода

Затраты

на передачу на

Затраты на

Сброс

производства

на десорбцию

биологические

биологическую

в природный

карбамида

и гидролиз

очистные

очистку

водоём

сооружения

Рисунок 8.30 - Существующая схема затрат на получение котловой воды и переработку сточных вод производства карбамида

Затраты

Затраты

Затраты

Вода из

Стоимость

на очистку от

на очистку от

на удаление

природного

В котел

речной воды

механических

химических

растворенных

водоёма

примесей

примесей

газов

Не используется

Отсутствует

Отсутствуют

Уменьшаются

Отсутствуют

Затраты

Сточная вода

Затраты

на передачу на

Затраты на

Сброс

производства

на десорбцию

биологические

биологическую

в природный

карбамида

и гидролиз

очистные

очистку

водоём

сооружения

Отсутствуют

Отсутствуют

Отсутствуют

Рисунок 8.31 - Предлагаемая схема затрат на получение котловой воды

Разработаны и освоены для реконструкции узлов очистки сточных вод следующие

технические решения:

- замена существующих перегородок в десорберах I и II ступени на высокоэффек-

тивные;

- установка высокоэффективного двухзонного гидролизера;

- уменьшение градиента температур по высоте гидролизера;

- установка конденсатора газов десорбции, работающего в затопленном режиме;

- наращивание теплообменной поверхности в случае необходимости.

Схема работы высокоэффективных контактных устройств струйного типа пока-

зана на рисунок 8.32. Предлагаемые контактные устройства по сравнению с обычными

тарелками, используемыми в узлах очистки сточных вод, обладают следующими пре-

имуществами:

Рисунок 8.32 - Схема работы контактных устройств струйного типа

1) Меньшее гидравлическое сопротивление (на ~30 %) за счет лучшего использо-

вания кинетической энергии струи газа.

В данном случае газ выходит из отверстий в направлении движения жидкости по

тарелке; это вызывает снижение продольного перемешивания жидкости и способствует

движению жидкости, что приводит к уменьшению гидравлического градиента.

2) Повышение эффективности работы тарелки на ~15 %.

Наклонные отбойные элементы на ситчатой тарелке создают направленное дви-

жение газа в сторону перелива, за счет чего уменьшается градиент уровня жидкости на

тарелке, вследствие чего газовая фаза равномерно проходит по всему сечению тарелки.

Кроме этого, планки отбойных элементов (поперек потока на тарелке), а также несущие

элементы планок (вдоль потока) выполняют роль секционирующих устройств, уменьшая

обратное перемешивание на тарелке и повышая эффективность ее работы.

3) Возможность работы тарелки на повышенных нагрузках по газовой фазе.

В связи со снижением концентрации аммиака на выходе из десорберов и увели-

чения количества сточной воды возрастает количество выделившейся газовой фазы,

что приводит к увеличению скорости паро-газовой фазы в десорбере.

626

Отбойные элементы на ситчатой тарелке препятствуют повышению брызгоуноса

на вышележащую тарелку при повышении расхода газовой фазы, т. е. уменьшают про-

дольное перемешивание в масштабах всей тарельчатой колонны, что приводит к повы-

шению эффективности работы аппарата.

Высокоэффективный двухзонный гидролизер (см. рисунок 8.33) имеет оптималь-

ную конструкцию для достижения наиболее полного разложения карбамида в сточной

воде. В нем ведется как процесс гидролиза карбамида, так и отгонки аммиака. Гидроли-

зер представляет собой аппарат колонного типа, состоящий из двух частей «гидролиз-

ной» и «десорбционной».

Рисунок 8.33 - Эскиз высокоэффективного двухзонного гидролизера

Как известно, процесс гидролиза карбамида наиболее эффективно протекает в

режиме идеального вытеснения. Одним из наиболее простых и надежных способов уста-

новки требуемой гидродинамики является секционирование полого аппарата. Установка

контактных устройств равномерно по высоте гидролизера в «гидролизной» части дает

следующий эффект:

- значительно уменьшается обратное перемешивание жидкости. Гидродинамиче-

ский режим работы приближается к режиму идеального вытеснения;

- значительно увеличивается поверхность контакта фаз в аппарате за счет много-

кратного диспергирования газовой фазы;

- устраняются крупномасштабные циркуляционные токи жидкости в аппарате.

В «десорбционной» части гидролизера происходит эффективный отгон аммиака,

выделившегося в результате гидролиза карбамида. Промежуточный отвод аммиака из

технологической воды позволяет вести эффективный гидролиз и в «десорбционной» ча-

сти гидролизера.

627

Установка отдельного конденсатора для газов десорбции (см. рисунок 8.34) поз-

воляет держать давление в нем, отличное от давления узла рецикла, что облегчает экс-

плуатацию данных узлов и позволяет в каждом узле держать то давление, которое яв-

ляется оптимальным.

конденсатор

в конденсатор

ВОО

узла рецикла

ВО

на свечу

сточная вода

десорбер

атмосферный

сточная

I ступени

абсорбер

вода

вода в

в сборник

гидролизер

сточной воды

Рисунок 8.34 - Схема установки затопленного конденсатора газов десорбции

В условиях барботажа газов десорбции в жидкую фазу конденсация газа проте-

кает более эффективно, что приводит к увеличению степени конденсации газов десорб-

ции после «затопления» конденсатора.

Установка атмосферного абсорбера приводит к повышению эффективности ра-

боты узла сточных вод в целом и снижению содержания аммиака в сточных водах после

очистки за счет разделение сдувок рецикла и десорбции.

Одним из способов повышения эффективности работы узла очистки сточных вод,

является снижение концентрации аммиачной воды, подаваемой в узел за счет перерас-

пределения потоков поступающих в сборник сточных вод (см. рисунок 8.35). В резуль-

тате перераспределения потоков кроме того происходит повышение концентрации рас-

твора, подаваемого в узел абсорбции и соответственно повышение концентрации рас-

творов УАС, подаваемых в узел синтеза, что приводит к повышению эффективности ра-

боты всего агрегата.

Разделение сборника процессного конденсата осуществляется с целью снижения

концентрации аммиачной воды подаваемой в узел десорбции и гидролиза и, как след-

ствие, снижения нагрузки на этот узел, а также для повышения концентрации раствора,

подаваемого в узел рецикла и, соответственно, снижения количества воды, подаваемой

в узел синтеза вместе с раствором карбамата. Реконструкция состоит в дооборудовании

сборника КСП карманом», в который подается КСП с высоким содержанием аммиака (из

конденсатора форвыпарки, 2-го конденсатора II ступени выпарки). Раствор из этого

«кармана» подается на всас насоса абсорбера НД.

628

Рисунок 8.35 - Пример перераспределения потоков процессного конденсата

(КСП)

В результате проведенной реконструкции сборника процессного конденсата до-

стигается:

- снижение концентрации аммиака в растворе, подаваемом в узел десорбции (на

1-1,5 %);

- повышение концентрации аммиака в растворе, подаваемом в узел абсорбции (до

10-15 %).

Данное мероприятие успешно реализовано на: АО НАК «Азот», Карбамид-3 (2

очередь), г. Новомосковск.

Одним из приемов снижения нагрузки на узел очистки сточных вод является ис-

пользование водоструйных эжекторов вместо паровых. Это мероприятие не только дает

экономию пара и оборотной воды за счет отключения паровых эжекторов, но и снижает

количество сточных вод и энергозатраты в узле очистки сточных вод.

Реконструкции узла очистки сточных вод в производствах карбамида проведены

на АО «НАК «Азот» цех М-2, г. Новомосковск, ГХЗ ООО «Газпром нефтехим Салават»,

цех № 50, г. Салават, АО «НАК «Азот» цех К-3 (2 очередь), ПАО Акрон, агрегат № 5,

г. Великий Новгород.

Отдельные результаты реконструкции показаны в таблицах 8.29, 8.30.

629

Таблица 8.29 - Показатели состава сточной воды до и после реконструкции

Наименование показателя

До реконструкции

После реконструкции

Состав сточной воды после

очистки, ppm:

аммиак

300

5

карбамид

8000

5

Таблица 8.30 - Результаты реконструкции на ООО «Газпром нефтехим Салават», цех № 50,

г. Салават

Наименование показателя

До реконструкции

После реконструкции

Состав сточной воды после

очистки, ppm:

аммиак

150

3,4

карбамид

350

отсутствует

8.1.2.3 Характеристики ресурсо- и энергосбережения

Степень пользования аммиака, основного сырья для производства карбамида, ха-

рактеризует расходный коэффициент по аммиаку (см. таблицу 8.30), который показы-

вает, сколько кг аммиака израсходовано для получения 1тонны готового продукта.

Различные технологии получения карбамида используют различные энергоре-

сурсы, и учет их расходования ведется по-разному. Для того, чтобы иметь возможность

сравнить энергозатратность отличных технологий (см. таблицу 8.31) воспользуемся

приемом, рекомендуемым Госкомстатом для энергетических балансов, переведем все

энергетические средства в тонны условного топлива (ТУТ) и определим их сумму для

каждой технологии.

Таблица 8.31 - Расходный коэффициент по аммиаку

Расходный коэффициент по

№ п/п

Предприятие, цех, технология

аммиаку, кг/т (диапазон),

среднее

Stamicarbon (АК-70) с полной или частичной

(574-580)

1

реконструкцией URECON®2006

577

Stamicarbon (АК-70) с незамкнутым циклом без

(574-603)

2

усовершенствований

589

3

TEC

581,7

(570,0-603)

5

Стриппинг в токе CO2

587

(568,3-600,0)

6

Автостриппинг (в токе NH3)

581,1

(575,6-582,6)

7

Tecnimont

579,3

630

Таблица 8.32 - Расход энергетических средств

№

Вода

Суммарный расход

Электроэнерг

Природный

№

Технология

Пар, Гкал/т

оборотная,

энергетических средств

ия, кВтч/т

газ, м³/т

п/п

м³/т

ТУТ/т*

ГДж/т

Полный жидкостный рецикл

Stamicarbon (АК-70) с полной или

1

частичной реконструкцией

0,833-1,114

151-175,0

117-130

0,2391

7,007

URECON®2006

Stamicarbon (АК-70) с незамкнутым

2

0,835-1,666

151-175,3

0,3212

9,413

циклом без усовершенствований

117-130

3

TEC

1,396

44,2

68,7

0,2302

6,747

Стриппинг в токе CO2

5

Пар со стороны

0,766-0,977

150-166,4

40-83,2

0,1900

5,568

6

С котлом для получения пара

102,9

133,9

0,1900

5,568

Автостриппинг (в токе NH3)

7

Пар со стороны

1,544

47,5

51,2

0,2514

7,368

8

С котлом для получения пара

88,7

176,2

0,2339

6,855

Tecnimont

9

Tecnimont

0,260

75,8

192,9

0,2874

8,423

Карбамид с серой на основе карбамида и сульфата аммония

Карбамид с серой на основе карбамида

10

и сульфата аммония с использованием

0,2-0,306

141,6-192,6

аппаратов КС

* Согласно постановлению № 46 Госкомстата Российской Федерации от 23 июня 1999 г. расчет ТУТ/т ведется по формуле:

1 ТУТ/т = П^.0,1486 + Г^.1,154 + Э^.0,3445 + В^.0,11,

где П - пар, Гкал/т; Г - природный газ, тыс. м³/т; Э - электроэнергия, тыс. кВт^. ч/т; В - оборотная вода, тыс. м³/т

1 ТДж = 0,0293076 ТУТ.

Таблица 8.33 - Отходы производства карбамида

Отходы производства и потребления

Объем и (или) масса отходов в расчете на

тонну продукции

Отработанные инду-

3

кг/т

-

Утилизация

-

-

-

0,005

стриальные масла

Отработанные турбин-

3

кг/т

-

Утилизация

-

-

-

0,016

ные масла

8.1.3.5 Определение наилучших доступных технологий

8.1.3.5.1 Получение плава карбамида

На сегодня НДТ получения плава карбамида с точки зрения энергоэффективности

и экологичности являются стриппинг процессы, а также технологии полного жидкостного

рецикла с учетом доработки их до современного уровня.

Технология стриппинга в токе CO2 и автостриппинга могут обеспечить наилучшие

технико-экономические показатели. В основе таких результатов лежит главный прин-

цип - возврат основной части непрореагировавшего сырья без снижения давления. В

этом случае не происходит потери энергии при дросселировании раствора карбамида.

Также при этом сокращаются выбросы вредных веществ в атмосферу, так как большая

часть рециркулирующих компонентов не выходит за рамки узла синтеза. Тепло конден-

сации газов дистилляции утилизируется в виде водяного пара. Обратной стороной дан-

ного подхода является тот факт, что для достижения необходимой эффективности от-

гонки непрореагировавших компонентов в стриппере, требуется поддерживать понижен-

ное давление синтеза. Отсюда пониженная степень конверсии CO2 в карбамид (что

не дает достигнуть еще лучших результатов по энергетике), увеличенный размер обору-

дования узла синтеза, наличие 3-4 аппаратов высокого давления.

Технологии с полным жидкостным рециклом в своем классическом исполнении

уступают технологиям со стриппинг-процессами. Однако наличие технологии

URECON®2006 позволяет повысить эффективность работы процесса с полным жид-

костным рециклом Stamicarbon АК-70 и приблизить технико-экономические показатели к

современному уровню стриппинг-технологий.

Отметим, что в процессе внедрения технологии URECON®2006 производитель-

ность агрегатов карбамида АК-70 была увеличена с 250 до 500-550 т/сут, энергозатраты

снижены на 20-25 %.

Схема НДТ выглядит следующим образом:

Рисунок 8.36

635

Таблица 8.34 - НДТ в области получения плава карбамида. Отдельные мероприятия

Эффект от внедрения

Ограничени

Снижение эмис-

№

Описание

е

Основное

Объект внедрения

сий основных за-

Энергоэффектив-

Ресурсосбереже-

п/п

мероприятия

применимос

оборудование

грязняющих ве-

ность, отн. ед.

ние, отн. ед.

ти

ществ

НДТ в области получения плава карбамида

Вихревой смеси-

тель

Комплект внутрен-

Снижение рас-

Насадка про-

них устройств в ре-

Полный жидкостный

Экономия энергии

1

-

хода пара на про-

-

дольного секцио-

актор синтеза кар-

рецикл

0,04-0,08 Гкал/т

изводство

нирования

бамида

Массообменные

тарелки

Повышение эф-

Дистиллятор сред-

фективности ра-

Дистиллятор

него давления (один

боты узла дистил-

Снижение рас-

среднего давле-

Полный жидкостный

2

аппарат) либо

-

ляции среднего

хода пара на про-

-

ния либо

рецикл

стриппер-дистилля-

давления. Эконо-

изводство

Стриппер-дистил-

тор

мия энергии

лятор

0,12 Гкал/т

Дистиллятор низ-

Снижение рас-

Полный жидкостный

Экономия энергии

Дистиллятор низ-

3

кого давления (еди-

-

хода пара на про-

-

рецикл

0,05-0,07 Гкал/т

кого давления

ный аппарат)

изводство

Снижение рас-

Рекуператор газов

Полный жидкостный

Экономия энергии

Рекуператор га-

4

-

хода пара на про-

-

дистилляции

рецикл

0,15 Гкал/т

зов дистилляции

изводство

содержание      ..     6      7      8      9     ..