6.4. Сложные удобрения

Нитроаммофосфаты – сложные удобрения, содержащие в качестве основных питательных элементов азот, фосфор и калий.

Нитроаммофос – азотно-фосфорное удобрение, получаемое нейтрализацией смеси фосфорной и азотной кислот аммиаком.

Нитроаммофоска – азотно-фосфорно-калийное удобрение, получаемое нейтрализацией экстракционной фосфорной кислоты аммиаком с последующим введением концентрированного раствора NH₄NO₃ и кристаллического хлорида калия.

В некоторых случаях в качестве азотосодержащего компонента используют карбамид (CO(NH₂)₂), что приводит к получению удобрений типа карбоаммофоса или карбоаммофоски. Однако такие схемы, несмотря на перспективность амидных форм азота, не нашли еще широкого применения.

Наиболее часто применяемые в народном хозяйстве виды нитроаммофосфатов приведены в табл. 4.

Таблица 4

Состав нитроаммофоса и нитроаммофоски

Соотношение		Состав, % мас.
В продукте N : P2O5 : K2O	В исходной смеси NH4NO3 : NH4H2PO4 : KCl	N (общ.)	P2O5 (общ.)	K2O	Σ
Нитроаммофос
1 : 0,8 : 0	65 : 35 : 0	27,1	21,6	0	48,7
1 : 1 : 0	59 : 41 : 0	25,6	25,6	0	51,2
Нитроаммофоска
1 : 0,67 : 0	54 : 23 : 23	21,6	14,5	14,5	50,6
1 : 1 : 1	42 : 29 : 29	18,2	18,2	18, 2	54,6

Физико-химические основы производства

Технология получения нитроаммофоса сводится к нейтрализации фосфорной и азотной кислот аммиаком. Кислоты могут быть нейтрализованы раздельно или после предварительного смешения. Нейтрализация фосфорной кислоты представлена в разделе 6.3. Нейтрализация азотной кислоты с образованием нитрата аммония протекает практически без побочных продуктов. Теплота экзотермической реакции расходуется на испарение воды из раствора, что приводит к получению более концентрированных растворов NH₄NO₃.

При концентрации азотной кислоты более 58 % мас. в реакторе развивается высокая температура, что приводит к разложению азотной кислоты с образованием токсичных окислов.

Установлено, что в системе NH₄NO₃ – NH₄H₂PO₄ химическое взаимодействие отсутствует. Образуется эвтектический раствор с содержанием 12,5 % мольных NH₄H₂PO₄ и температурой 147,5 °С, при этом в данной фазе присутствуют твердые растворы на основе NH₄NO₃ и NH₄H₂PO₄.

При введении в плав нитроаммофоса хлорид калия в системе протекает обменная реакция:

NH₄NO₃ + KCl → KNO₃ + NH₄Cl.

Степень конверсии NH₄NO₃ зависит от соотношения исходных компонентов.

Технология карбамидсодержащих форм комплексных удобрений сводится к введению карбамида CO(NH₂)₂ в исходную H₃PO₄ или в пульпу после нейтрализации кислоты на стадии гранулирования. Продукт, полученный в первом случае, называется карбофосом, во втором – карбоаммофосом. Неудовлетворительные физико-механические свойства продуктов и полупродуктов (гигроскопически липкие соединения) в производстве карбофосфатов сильно ограничивают возможности их производства.

Промышленные способы получения данных удобрений могут быть разделены на два типа:

• способы, основанные на переработке плавов;

• способы, основанные на переработке растворов.

52

Рис. 8. Принципиальная технологическая схема производства гранулированного аммофоса в аппарате РКСГ:

1 – аппарат САИ; 2,16 – сборники; 3 – насосы; 4 – дозатор; 5 – аппарат РКСГ; 6 – газовые горелки; 7 – вентиляторы; 8 – холодильник воздуха; 9 – холодильник; 10 – элеватор; 11 – грохот; 12 – дробилка; 13 – циклоны; 14 – абсорберы; 15 – брызгоуловители; 16 – сборники жидких стоков

Производство нитроаммофоски с переработкой плавов

Основными стадиями в данном производстве являются следующие:

• совместная нейтрализация смеси кислот;

• упаривание пульпы;

• гранулирование плава;

• кондиционирование удобрений перед отправкой потребителю.

Технологическая схема представлена на рис. 9.

Фосфорную кислоту с концентрацией 54 % мас. P₂O₅ и азотную кислоту (47 % мас. HNO₃) из расходных баков 1 подают в смеситель 2 и далее смесь кислот поступает в нейтрализатор 4. Нейтрализацию проводят аммиаком до pH раствора 2,8 – 3,2, при этом получается раствор с содержанием около 31,0 % мас. NH₄H₂PO₄ – монокальцийфосфата и нитрата аммония около 44 % мас. Нейтрализованная и частично упаренная за счет теплоты реакции пульпа плотностью 1,55 г/см³ с влажностью около 24,0 % мас. при температуре 115 – 120 °С поступает в однокорпусной выпарной аппарат 5 с выносной греющей камерой и естественной противоточной циркуляцией. Греющая поверхность аппарата составляет 150 м², давление пара 1,2 – 1,5 МПа. Полученный после упарки плав содержит до 40,7 % мас. NH₄H₂PO₄, 57,5 % мас. NH₄NO₃, 1,8 % мас. Н₂О. При температуре 170 °С плав перекачивают в напорный бак 7 установленный в верхней части гранбашни 8. Далее плав самотеком поступает в грануляционную корзину 2, которая вращается со скоростью 250-300 оборотов в минуту. Через отверстия корзины капли плава попадают в объем гранбашни. Падающие в башне гранулы охлаждаются воздухом, подаваемым в нижнюю часть башни вентилятором. При температуре 90 °С гранулы падают на дно башни, откуда выгружаются вращающимся скребковым механизмом и ленточным транспортером и подаются на охлаждение воздухом в холодильник 9. Охлажденный до 40 – 45 °С гранулированный продукт поступает на классификацию в грохот 10, в котором про

исходит разделение на три фракции. Крупная с размером гранул более 4 мм поступает в дробилку 11 и далее возвращается в грохот 10. Средняя фракция 1 – 4 мм является товарной и поступает в барабан-нейтрализатор 12, в котором производят опудривание инфузорной землей, тальком, диатомитом и т. п., вводимыми в количестве до 3,5 % от массы продукта. Мелкую фракцию (менее 1 мм) направляют в резервуар 6 для снятия высокой влажности плава. При повышенной влажности плава (выше 3,6 – 4,0 %) на дно башни попадает негранулированный продукт, схватывающийся после охлаждения в монолитные глыбы.

При получении нитроаммофоски в гранбашню подают кристаллический хлорид калия, который смешивают с плавом.

Готовый гранулированный продукт (гранулы светло-серого или розового цвета) подают на склад и упаковку.

Способы, основанные на переработке плава, имеют следующие достоинства:

• небольшой объем отходящих газов;

• отсутствие внешнего ретура.

Однако данные способы имеют существенные недостатки:

• ограниченное число марок выпускаемых удобрений;

• невозможность получения диаммонийных форм фосфатов аммония;

• сложность введения в плав кристаллического хлорида калия с получением однородного по составу продукта.

Способы, основанные на переработке растворов

В данных способах предусматривается раздельная нейтрализация кислот с дальнейшей переработкой пульпы в аммонизаторе-грануляторе (АГ), двухвальном смесителе или барабанном грануляторе-сушилке.

Технологическая схема производства нитроаммофоски с применением аммонизатора – гранулятора представлена на рис. 10. Данная схема предусматривает раздельную нейтрализацию азотной и фосфорной кислот амми- аком. Азотную кислоту с концентрацией 47 % подогревают в теплообменнике 4 до 90 °С и нейтрализуют газообразным NH₃. Полученный раствор нитрата аммония упаривают в доупариватель 6.

Полученный плав NH₄NO₃ направляют в аммонизатор-гранулятор 3. Образующаяся в АГ парогазовая смесь проходит очистку от NH₃ и NH₄NO₃ в абсорберах 14₃ и 14₁ и выбрасывается в атмосферу. Упаренная экстракционная фосфорная кислота (52 – 54 % Р₂О₅) из расходной емкости 1 поступает в струйный реактор 2, где нейтрализуется газообразным NH₃ до мольного отношения NH₃:Н₃РО₄, равного 0,7.

Одновременно в струйный реактор 2 подают стоки абсорбционных систем, в результате чего концентрация исходной Н₃РО₄ снижается до 48% Р₂О₅.

Образование гранул нитроаммофоски происходит в аммонизаторе-грануляторе 3, куда одновременно подают плав аммиачной селитры, NH₃ жидкий, хлорид калия и ретур из циклонов 13 и грохотов 8 и 9.

Жидкие вещества напыляются на твердые, и гранулы неоднократно обволакиваются раствором нитрата аммония и пульпой фосфата аммония. При этом частицы KCl вступают в обменную реакцию с NH₄NO₃ и также присоединяются к образующимся гранулам.

Одновременно идет доаммонизация пульпы фосфата аммония до мольного отношения NH₃:Н₃РО₄, равного 1,04, которая сопровождается снижением растворимости солей фосфатов аммония и кристаллизацией их на поверхности гранул и соответственно их ростом.

Необходимую влажность материала в грануляторе обеспечивают подачей ретура, количество которого непрерывно взвешивается и регулируется дистанционно управляемой заслонкой. Ретурность процесса составляет от 4 до 6.

Гранулированный продукт сушат в прямоточной барабанной сушилке 7. Рассев высушенных гранул производят на вибрационных грохотах 8 и 9. Товарную фракцию частично используют в качестве ретура, а остальную ее часть после контрольного пересева направляют в холодильник КС 11.

Охлажденный продукт поступает в барабан-кондиционер 12, в котором на поверхность гранул наносят омасливающие и опудривающие добавки. После обработки в барабане-кондиционере готовый товарный продукт направляется на склад.

Газы после сушильного барабана 7 проходят сухую очистку в циклонах 13 и двухстадийную влажную очистку от аммиака и фтора в абсорберах 14₂ и 14₁. Улавливание фтора обеспечивается подачей в абсорбер 14₁ известкового молока. Абсорбционные стоки из абсорбера 14₁ отводят на станцию нейтрализации. Достоинством данного способа является возможность получения сбалансированных комплексных удобрений широкого ассортимента (включая диаммонийфосфат) на установках большой единичной мощности.

К недостаткам способа следует отнести:

• большое количество ретура;

• большой объем отходящих газов и необходимость их обезврежи- вания.

Производство карбоаммофоса

Ранее указывалось, что выравнивание соотношения N : P₂O₅ в фосфатах аммония (для дигидрофосфата 1 : 5 и для гидрофосфата 1 : 2,5) возможно дополнительным введение азота в виде сульфата аммония, нитрата аммония или карбамида. Система NH₄H₂PO₄ – CO(NH₂)₂ – H₂O изучена в интервале температур от 15,3 до 50 °С. В присутствии гидрофосфатов аммония (NH₄)₂HPO₄ разложение карбамида не происходит.

Технологическая схема получения карбоаммофоса представлена на рис. 11.

57

Рис. 9. Технологическая схема производства нитроаммофоски переработкой плавов:

1, 7 – напорные баки; 2 – смеситель; 3, 6 – резервуары; 4 – нейтрализатор; 5 – выпарной аппарат; 8 – грануляционная башня; 9 – холодильник кипящего слоя; 10 – грохот; 11 – дробилка; 12 – барабан-нейтрализатор

Фосфорная кислота поступает в скоростной аммонизатор – испаритель 2, где нейтрализуется газообразным аммиаком до мольного отношения NH₃:H₃PO₄, равного 0,5 – 0,6. Полученную пульпу упаривают до остаточной влажности 8 – 10 % Н₂О в вакуум-выпарном аппарате 5 и подают в струйный реактор 7, где происходит доаммонизация пульпы до мольного отношения NH₃:H₃PO₄, равного 1 – 1,05. Из струйного реактора пульпу подают в аппарат БГС 8 на завесу продукта. Завеса состоит из мелкой фракции продукта, возвращаемого в качестве ретура из грохота 9, и гранул карбамида, подаваемого дозаторами из бункера 16. Механизм гранулирования состоит в напылении фосфатной пульпы и кристаллизации фосфатов на гранулах карбамида.

Карбоаммофос марки 23 : 23 : 0 не слеживается без применения кондиционирующих добавок.

Основные направления совершенствования данных производств

Совершенствование технологии фосфатов аммония и сложных удобрений на их основе предполагает как интенсификацию действующих производств, так и разработку принципиально новых процессов:

1. Интенсификация процессов тепломассообмена на всех основных стадиях производства. На стадии нейтрализации кислоты предполагается внедрение струйного реактора, что позволит более полно использовать теплоту нейтрализации.

2. Разработка эффективных процессов получения фосфатов аммония на основе экстракционной фосфорной кислоты из новых видов сырья: бедные фосфориты Каратау, Чилисайских фосфоритов.

Из фосфоритов получают более вязкие пульпы и для повышения текучести эффективно применение скоростных смесителей.

3. Увеличение производства диаммофоса вместо моноаммонийфосфата в аппаратах БГС.

59

Рис. 10. Технологическая схема производства нитроаммофоски переработкой растворов:

1 – бак; 2 – струйный реактор; 3 – аммонизатор-гранулятор; 4 – подогреватель NH₃; 5 – аппарат ИТН; 6 – доупариватель; 7 – сушильный барабан; 8 – грохот; 9 – контрольный грохот; 10 – дробилка; 11 – холодильник КС; 12 – барабан – кондиционер; 13 – циклон; 14 - абсорбер

4. Повышение концентрации питательных веществ путем очистки исходного сырья. Установлено, что вывод фтора из ЭФК путем его осаждения или отдувки позволят увеличить концентрацию Р₂О₅ (усв.) в аммофосе на 1,2 – 1,5 %. За счет снижения концентрации SO₄^2- в ЭФК содержание Р₂О₅ (усв.) увеличивается на 1,3 %.

5. Внедрение процессов получения фосфатов аммония и сложных удобрений на их основе с добавкой микроэлементов.

6. Получение порошкообразного МАФ и его последующее транспортирование в районы для приготовления на местах суспендированных удоб- рений.

7. Улучшение экологической обстановки в местах производства.