Разработка технологии диаммонийфосфата из неконцентрированной экстракционной фосфорной кислоты с использованием барабанного гранулятора-сушилки

• Автор: Норов, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Общая характеристика ДАФ
1.2 Физико-химические основы производства ДАФ
1.3 Влияние примесей на технологию и свойства ДАФ
1.4 Способы получения удобрительного диаммонийфосфата
1.5 Основные технологические параметры производства ДАФ
1.6 Выводы
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ИСХОДНОЙ ЭФК, ПРИМЕСЕЙ И ДОБАВОК НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДАФ
2.1 Краткое описание объекта исследования и лабораторной установки
2.2 Исследование влияния доли упаренной ЭФК в смеси кислот на физикохимические и физико-механические свойства ДАФ
2.3 Исследование влияния содержания фтора на слеживаемость и статическую прочность гранул ДАФ
2.4 Исследование влияния содержания магния на слеживаемость и статическую прочность ГРАНУЛ ДАФ
2.5 Выводы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ НОРМ ОПТИМАЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПРОИЗВОДСТВА ДАФ ИЗ
НЕКОНЦЕНТРИРОВАННОЙ ЭФК
3.1 Разработка оптимальных технологических норм производства ДАФ из неконцентрированной ЭФК
3.2 Результаты внедрения оптимального технологического режима
3.3 Выводы
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ДАФ ИЗ НЕКОНЦЕНТРИРОВАННОЙ ЭФК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БГС
4.1 Узел нейтрализации (аммонизации)
4.1.1 Одностадийная нейтрализация (аммонизация) в трубчатом реакторе (ГР) перед БГС
4.1.2 Двухстадийная (двухступенчатая) нейтрализация (аммонизация) сначала в аппарате САИ, затем в трубчатом реакторе (ГР)
4.2 Узел гранулирования и сушки
4.3 Узел рассева-дробления
4.4 Узел охлаждения
4.5 Кондиционирование
4.6 Абсорбция
4.7 Принципиальная аппаратурно-технологическая схема производства ДАФ из неконцентрированной ЭФК
4.8 Расчет экономического эффекта
4.9 Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Применение минеральных удобрений играет ключевую роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур, а также в производстве возобновляемых видов энергоносителей. При этом, учитывая экспортную направленность российской туковой отрасли, ее нельзя рассматривать вне ситуации в макроэкономике. А общая макроэкономическая обстановка в последние годы была сложной и неустойчивой. Вступление России в ВТО не смягчило антидемпинговые барьеры и специальные меры защиты относительно российских минеральных удобрений. Так, например ЕС в 2014 году планирует увеличение импортной пошлины для российских экспортеров минеральных удобрений, прежде всего фосфорсодержащих, с 3 до 6,5 %; в Бразилии и Аргентине действуют необоснованные пошлины на импорт диаммонийфосфата с низким содержанием мышьяка и др. При этом, подобные меры не распространяются на продукцию, поступающую из Марокко, Туниса, Америки.
Поиск новых рынков сбыта российской продукции осложняется интенсивным развитием мощностей минеральных удобрений в регионах с развитой транспортной инфраструктурой и близких к основным потребителям: MA’ADEN (Саудовская Аравия), COROMANDEL (Индия), JINKAI (Китай), FOSFERTIL (Бразилия)^ОСР (Марокко), VINACHEM (Вьетнам) и др.
Сложившееся положение на мировом и внутреннем рынке минеральных удобрений предъявляет все новые требования к конкурентоспособности отечественных удобрений. Для сохранения рентабельности бизнеса необходима его всесторонняя реструктуризация, основными направлениями которой производители удобрений считают:
- поиск новых регионов сбыта;
- оптимизацию структуры производства;
- развитие собственной трейдерской сети.
С технической точки зрения более детальной проработки требует второе направление - оптимизация структуры производства. Так, многие предприятия РФ и СНГ, основным продуктом которых долгие годы был моноаммонийфосфат (МАФ), были вынуждены искать новые технологические решения для расширения ассортиментного ряда, увеличения мощностей и улучшения качества продукции. Наиболее близким по агрохимическим свойствам и востребованным на рынке продуктом является диаммонийфосфат (ДАФ). В настоящее время на территории РФ и СНГ технология ДАФ реализована только из упаренной экстракционной фосфорной кислоты - ЭФК

(или с использованием упарки кислых пульп) и в основном на технологических схемах с аммонизатором-гранулятором (АГ). Однако большинство производств фосфорсодержащих удобрений в РФ и СНГ оснащены барабанными грануляторами сушилками (БГС) и не обеспечены в полном объеме упаренной кислотой.
Ввиду того, что создание новых мощностей производства удобрений и обеспечение 100 % необходимого объема Рг05 упаренной кислотой влечет значительные капитальные вложения, целесообразно проработать вопросы модернизации существующих производств. Поэтому представляется весьма актуальным разработать и предложить технологию ДАФ с использованием барабанного гранулятора-сушилки (БГС) и максимально возможной долей потребления неударенной ЭФК, основанную на эффективном использовании тепла нейтрализации.
В исследованиях процесса получения ДАФ основное внимание уделялось химизму и аппаратурному оформлению основных технологических стадий [1, 9]. Однако, в последнее время все большее внимание уделяется качеству готового продукта: слеживаемости, прочности гранул, пылимости. В
литературных источниках вопрос влияния концентрации фосфорной кислоты, содержащихся в ней примесей и аппаратурного оформления процесса на свойства готового продукта, а также механизм этого влияния недостаточно проработан, что и явилось причиной выполнения данной работы.
Целью проделанной работы является создание технологии получения ДАФ на БГС из смесей кислот с преобладающей долей неударенной ЭФК из хибинского апатита, которая должна обеспечивать высокое качество продукта, быть высокопроизводительной при минимальной потере сырья и энергоресурсов.
Для достижения поставленной цели необходимо:
- исследовать влияние химического состава нейтрализируемой ЭФК (примесей и корректирующих добавок) на технологию и свойства ДАФ;
- определить оптимальное соотношение упаренной и неупаренной кислот;
- исследовать влияние параметров стадий аммонизации, сушки и гранулирования на качество готового продукта;
- определить нормы технологического режима производства ДАФ из смеси упаренной и неупаренной ЭФК с преобладающей долей последней;

2.2 Исследование влияния доли упаренной ЭФК в смеси кислот на физико-химические и физико-механические свойства ДАФ
Как указывалось в главе 1, целью работы является разработка технологии ДАФ с использованием БГС из смеси кислот с преобладающей долей (более 50 %) неударенной ЭФК из хибинского апатита, которая должна в первую очередь обеспечивать высокое качество продукта, а также быть высокопроизводительной, экологичной, иметь низкие потери сырья и энергосберегающей за счет наилучшего использования тепла химических реакций. Под высоким качеством ДАФ подразумевается главным образом сохранение потребительских свойств удобрения при его хранении, погрузке, выгрузке и транспортировке потребителю. Другими словами, удобрение не должно слеживаться (или иметь минимальную слеживаемость) и иметь достаточно высокую прочность гранул.
Слеживаемостью называют свойство зернистого материала терять сыпучесть при хранении и транспортировке [17]. Согласно диффузионной теории, предложенной И.М. Кувшинниковым, слеживаемость - это результат поверхностной диффузии подвижных солей (в виде водно-солевых комплексов - ВСК) в зоне контактов гранул [17]. По другим представлениям, причиной слеживаемости является образование фазовых или кристаллизационных контактов [29, 48, 49]; этот вопрос пока до конца не решен. Физикомеханические свойства гранулированных удобрений, такие, как слеживаемость и статическая прочность гранул, зависят как от их химического состава, так и от структуры гранул, причем от второго не в меньшей степени, чем от первого [17].
Слеживаемость минеральных удобрений определяют по методике, изложенной в работе [17]. Пробу удобрения помещают в специальные цилиндрические формы, в которых формируются брикеты диаметром 35 мм и высотой 40 мм путем выдерживания их в термостате при температуре 323°ЬС и давлении 30 кПа в течение (20-25) часов. После охлаждения до комнатной температуры полученные брикеты испытывают на прочность при сжатии между двумя параллельными пластинами на приборах МП-9С или ИПГ-1. Слеживаемость рассчитывают как отношение среднего усилия для разрушения брикета к площади его осевого сечения, и выражают в кПа. Иногда, при испытаниях малослеживающихся удобрений (МАФ, ДАФ) образцы предварительно увлажняют до содержания влаги ~2 % (с выдержкой в специальных закрытых емкостях в течение двух суток для лучшего распределения влаги), а также увеличивают давление для формирования