За долгие годы работы АО «НИУИФ» накоплен значительный опыт по модернизации существующих и созданию новых технологий комплексных фосфорсодержащих удобрений [1]. При этом следует отметить, что эти разработки, особенно в последние годы, ориентированы на соблюдение принципов НДТ, так как изначально строились с учетом соблюдения следующих показателей:
минимального негативного воздействия на окружающую среду;
высокой степени использования сырьевых ресурсов;
энергосбережении;
экономической эффективности;
использовании передового оборудования;
применении гибких технологий.
Все эти задачи тесно взаимосвязаны друг с другом, и для решения их требуется комплексный подход.
Рассмотрим несколько подробнее каждый из перечисленных выше факторов.
1. Минимизация негативного воздействия на окружающую среду при использовании технологий АО «НИУИФ» складывается из следующего:
отсутствие твердых отходов.
разрабатываемые АО «НИУИФ» технологии – бессточные, что в первую очередь достигается благодаря организации эффективного использования тепла химических реакций, прежде всего на стадии нейтрализации.
В зависимости от концентрации исходной ЭФК и марки выпускаемых удобрений возможны различные варианты оптимальной схемы нейтрализации:
одностадийная;
двухстадийная (в том числе и с промежуточной упаркой пульпы);
нейтрализация с «раскислением» [смешение упаренной ЭФК со «щелочной» пульпой (под «щелочной» подразумевается фосфатная пульпа с мольным отношением NH3:H3PO4(МО) »1,4; под «кислой» – с МО »0,7) либо смешением «кислой» и «щелочной» пульпы)].
Более подробный сравнительный анализ различных схем нейтрализации представлен в работе [2], здесь же следует только добавить, что правильный выбор этой схемы и применяемого в ней оборудования является залогом бессточности и энергосбережения. На рис. 1 приведен вариант универсальной (комбинированной) схемы нейтрализации.
В случае переработки неупаренной ЭФК целесообразно использовать одностадийную схему нейтрализации с применением аппаратов САИ (как в данной схеме) либо емкостных реакторов с принудительным перемешиванием. При нейтрализации более концентрированных кислот (Р2О5>43%) целесообразно использовать трубчатые реакторы (ТР) также в одну стадию. При использовании менее концентрированной ЭФК (Р2О5 = 36 – 42%) имеет смысл организовать работу по двухстадийной схеме (аппарат САИ или емкостной нейтрализатор на первой стадии и ТР на второй) [3]. Возможен также вариант с промежуточной упаркой пульп [4]. При производстве комплексных серосодержащих удобрений (сульфоаммофосы и др.) возможно также использование менее концентрированной ЭФК (в зависимости от нормы введения серной кислоты) по одностадийной схеме с ТР. Также имеет значение агрегатное состояние аммиака, подаваемого в реактор (жидкий, либо газообразный, либо их смесь).
В технологиях АО «НИУИФ» применяются высокоэффективные двух- и трехступенчатые системы очистки газов [5], где в качестве первых и вторых ступеней обычно используются полые башни и абсорберы Вентури с высокой плотностью орошения, а в качестве последней ступени – абсорбер АПС (аппарат пенный скоростной) – высокоэффективное оборудование с внутренней циркуляцией жидкости и относительно небольшим гидравлическим сопротивлением [6]. На рис. 2 приведен вариант принципиальной схемы абсорбции, позволяющий весьма эффективно очищать отходящие газы до низких значений по содержанию вредных веществ.
При наличии возможности осуществляется частичный рецикл потоков отработанных и вторичных теплоносителей (после стадий сушки, охлаждения, нейтрализации).
В схемах для охлаждения удобрений, наряду с традиционными охладителями КС и барабанами, используются также кондуктивные водяные холодильники [1, 28], что позволяет снизить объем очищаемых и выбрасываемых газов.
Если позволяет технология (например, прием сырья, охлаждение готового продукта), то используются сухие схемы пылеочистки (циклоны, современные рукавные фильтры), что оптимизирует водный баланс, улучшает работу систем газоочистки и вносит вклад в обеспечение бессточности производства.
АО «НИУИФ» также разрабатывает технологии, позволяющие перерабатывать различные побочные продукты и отходы. На рис. 3 показана принципиальная технологическая схема получения PKS и NPKS удобрений, содержащих кальций и серу (могут быть включены также магний и микроэлементы).
Рис. 3. Принципиальная технологическая схема получения PKS и NPKS удобрений: Б1-3 – бункеры сырья; Д1-3 – весовые дозаторы; Р1-3 – реакторы; Н1-4 – центробежные насосы; К – конвейер; Э1-2 – элеваторы; Е – сборник абсорбционной жидкости; АПС – абсорбер пенный скоростной; АВ – абсорбер Вентури; Ц – циклон; Г – грохот; ДР – дробилка; Т – топка
Эта уникальная гибкая технология, разработанная специалистами института [7, 8], позволяет перерабатывать фосфогипс, конверсионный мел, кек от производства триполифосфата натрия, подгипсовые пески и другие виды отходов. Схема – универсальная, позволяющая выпускать большой спектр комплексных удобрений различных марок: 0-20-20-5S; 1-20-20-5S; 5-20-20-5S; 4-30-10; 5-15-15; 0-24-24; 0-15-15; 0-15-30; 0-20-30; 5-25-15; 12-17-17; 10-10-20; 8-16-16 и др.
По данной технологии АО «НИУИФ» разработал исходные данные для проектирования и выполнил проектную и рабочую документацию, на основании которой был построен и пущен в эксплуатацию в 2014 г. цех по производству PKS и NPKS удобрений мощностью 100 тыс. т в год. Высокая агрохимическая эффективность этих удобрений подтверждена исследованиями, проведенными ФГБОУ ВО РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева и Международным институтом питания растений.
Также перерабатываются отходы и побочные продукты различных видов (фосфогипс, граншлак) с использованием их в качестве добавок в производстве некоторых марок удобрений.
Технологии АО «НИУИФ» гарантируют получение удобрений высокого качества с хорошими физико-химическими и структурно-механическими свойствами. Они имеют однородный, выровненный гранулометрический состав с практически полным отсутствием мелкой фракции, высокую статическую прочность гранул, низкую пылимость, отсутствие слеживаемости и пр. Это достигается благодаря оптимальному технологическому режиму, эффективному контролю производства, применению специальных модифицирующих добавок, обработке поверхностными кондиционерами и другими мероприятиями [9–16]. В результате значительно снижаются непроизводительные потери удобрений при транспортировке, хранении и внесении, а, следовательно, и негативное воздействие на окружающую среду.
2. Высокая степень использования сырья напрямую связана с теми же факторами, что и уменьшение воздействия на окружающую среду, отсутствие стоков и твердых отходов, эффективная газоочистка, улучшение свойств удобрений снижают потери сырья, которые в технологиях АО «НИУИФ» составляют менее 1%. Вовлечение
в переработку отходов производства и побочных продуктов также способствует ресурсосбережению.
3. Энергосбережение, как и бессточность, также связано в первую очередь с оптимальным и эффективным использованием тепла химических реакций. В качестве примера можно привести гибкую технологию комплексных фосфорсодержащих удобрений (NP; NPS; NPK; NPKS) [31], в том числе и содержащих азот в нитратной форме (рис. 4). Преимущества данной технологии заключаются в следующем:
эффективное использование тепла нейтрализации, за счет чего исключен узел плава аммиачной селитры;
экологически безопасная, отсутствуют стоки и твердые отходы, эффективная газоочистка;
повышенная взрыво- и пожаробезопасность [18];
снижение удельного расхода азотной кислоты;
уменьшение себестоимости удобрений;
улучшение физико-химических свойств удобрений;
возможность получения широкого ассортимента NP, NPS, NPK и NPKS удобрений (гибкая технология).
Рис. 4. Принципиальная технологическая схема, получения комплексных фосфорсодержащих удобрений (NP; NPS; NPK; NPKS), в том числе и содержащих азот в нитратной форме
Кроме того, энергосбережение в технологиях АО «НИУИФ» достигается также в результате следующего:
l применения трубчатых реакторов (ТР) при переработке концентрированных кислот [19–22], что позволяет значительно интенсифицировать процесс, снижать ретурность и удельные расходы энергоресурсов, повышать производительность; при установке ТР с выводом продуктов реакции непосредственно в барабанный гранулятор-сушилку (БГС) либо (в некоторых случаях) в сушильный барабан (СБ), значительно (до 1,5–2 раз) снижает расход природного газа для сушки удобрений, а при определенных условиях может достигаться и автотермический режим;
использование тепла отходящих газов со стадий охлаждения, нейтрализации и др.;
внедрение частотных регуляторов;
использование холода от испарения жидкого аммиака для охлаждения готового продукта [1, 2];
сокращение количества единиц транспортного оборудования в ретурных циклах;
переработки оптимальной (допустимой) доли ЭФК в неупаренном виде;
увеличения производительности технологических ниток;
использования передового, энергосберегающего оборудования и других мероприятий.
4. Экономическая эффективность разрабатываемых АО «НИУИФ» технологий определяется высокой степенью использования сырья, низкими потерями, снижением энергопотребления, высокой производительностью, оптимальным подбором современного, передового оборудования. Высокое качество производимых удобрений и широкий ассортимент делает их востребованными и конкурентно-способными и способствует достижению высоких цен на них.
5. В своих разработках АО «НИУИФ» использует передовое современное оборудование:
трубчатые реакторы (ТР) [19–22];
скоростные аммонизаторы-испарители [1, 23];
емкостные реакторы с перемешивающими устройст-вами [1];
барабанные грануляторы-сушилки (БГС) [1, 24–26];
аммонизаторы-грануляторы (АГ) [24, 27];
сушильные барабаны (СБ) [24];
охладители гранул «кипящего» слоя (КС) [1, 28];
кондуктивные водяные охладители гранул [1, 28];
абсорберы: полые, Вентури и АПС [5, 6];
универсальные энергоэффективные горелки;
ковшовые и ленточные элеваторы;
современные рукавные фильтры;
высокоэффективные вибрационные грохоты [1];
цепные дробилки и др [1].
6. Разработка и применение гибких технологий. Гибкими технологиями обычно называют процесс производства фосфорсодержащих удобрений на одной технологической линии, который обеспечивает любые потребности сельскохозяйственных производителей как на внутреннем, так и на внешнем рынках [29]. При этом также должны обеспечиваться:
высокое качество производимых удобрений;
отсутствие стоков и твердых отходов;
эффективная очистка отходящих газов;
высокая производительность;
низкие энергозатраты;
возможность переработки фосфатного сырья различных месторождений [30] либо их смесей.
Основные преимущества гибких технологий:
обеспечение выпуска широкого ассортимента продукции;
возможность быстрой переналадки под выпуск любой марки удобрений из перечня освоенных.
Несмотря на то, что затраты на создание гибкой технологической схемы могут быть несколько выше, чем предназначенной под выпуск монопродукта, гибкие технологии в большей степени способствуют достижению целей и принципов НДТ. Производство востребованного ассортимента различных марок удобрений на одной технологической нитке по гибкой технологии, безусловно, обусловливает меньшие капитальные затраты, меньшее воздействие на окружающую среду и меньшие энергозатраты, чем выпуск их на нескольких специализированных под монопродукты производственных мощностях.
Типичным примером гибкой технологии является представленная на рис. 4 схема производства комплексных нитратсодержащих удобрений [17].
В завершение следует еще раз отметить, что все рассмотренные показатели тесно взаимосвязаны друг с другом, поэтому для достижения их высокого уровня необходим комплексный подход при разработке технических решений, учитывающий эту взаимосвязь.
АО «НИУИФ», обладающий многолетним опытом и квалифицированными кадрами, всегда обеспечивает такой комплексный подход. На примере рассмотренной гибкой технологии нитратсодержащих NPK удобрений [17] показано, как в комплексе были решены вопросы энерго- и ресурсосбережения, производительности, экологии, безопасности, экономики и качества. В качестве другого примера можно привести разработку специалистами института оптимального технологического режима производства ДАФ из неконцентрированной ЭФК на схемах с аппаратами БГС [3]. В работе [10] показано, что данный технологический режим одновременно является наиболее производительным, экономичным, экологичным, энерго- и ресурсосберегающим, обеспечивающим наиболее высокое качество продукции.
Специалисты АО «НИУИФ» всегда готовы к сотрудничеству и реально разрабатывают наилучшие технологии, доступные для любого производителя.
Список литературы
1. Норов А.М., Малявин А.С., Цикин М.Н. Модернизация и развитие производства комплексных фосфорсодержащих удобрений//В сб.: «Современные тенденции в производстве и применении фосфорсодержащих удобрений и неорганических кислот». Мат-лы Межд. научно-практической конференции. М.: АО «НИУИФ», 2015. С. 12–25.
2. Давыденко В.В., Норов А.М., Гришаев И.Г. и др. Опыт технического перевооружения производства удобрительных фосфатов аммония в ООО «Балаковские минеральные удобрения»//Бюллетень «Мир серы, N, P и К». 2011. Вып. 2. С. 4–11.
3. Пат. ЕАПВ №016144. Способ получения гранулированного диаммонийфосфата
4. Пат. ЕАПВ №020676.
5. Евграшенко В.В., Норов А.М. Разработка систем абсорбции в производстве минеральных удобрений//Химическая промышленность сегодня. 2012. №12. С. 45–47.
6. Евграшенко В.В., Орлов М.А., Николаев А.А. Пенный скоростной аппарат в производстве минеральных удобрений//Труды НИУИФ. М., 2009. С. 328–329.
7. Пат. РФ №RU2514306С1. Способ получения фосфорно-калийного гранулированного удобрения.
8. Пат. РФ №RU2551541С1. Способ получения комплексного удобрения.
9. Норов А.М., Овчинникова К.Н., Малявин А.С. и др. Влияние концентрации ЭФК и содержания в ней примесей фтора и магния на физические свойства фосфатов аммония//Хими-ческая технология. 2012. Т. 13. №10. С. 577–586.
10. Норов А.М., Малявин А.С., Овчинникова К.Н. и др. Разработка норм оптимального технологического режима производства гранулированного диаммонийфосфата из неконцентрированной фосфорной кислоты//Химическая технология. 2012. №11. Т. 13. С. 641–647.
11. Гришаев И.Г., Норов А.М., Соколов В.В., Малявин А.С. Исследование влияния режимов гранулирования на качество диаммонийфосфата//Тезисы докладов на ХIХ Менделеевском съезде по общей и прикладной химии. Волгоград: Волг ГТУ, 2011. Т. 3. С. 14.
12. Гришаев И.Г., Норов А.М. Производительность барабанного гранулятора-сушилки и качество фосфатов аммония//Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2011. №5. С. 22–23.
13. Пат. РФ №RU2545328. Способ регулирования процесса гранулирования фосфорсодержащих удобрений. 14. Норов А.М., Овчинникова К.Н., Малявин А.С., Размахнина Г.С. Свойства карбоаммофоски и способы их улучшения//Труды НИУИФ. М., 2014. С. 106–109.
15. Горбовский К.Г., Норов А.М., Малявин А.С. и др. Исследование гигроскопических свойств комплексных NPK удобрений на основе карбамида, фосфатов аммония и хлорида калия//Труды НИУИФ. М., 2014. С. 141–146.
16. Пат. РФ №RU2471756С1. Способ снижения слеживаемости удобрений на основе фосфатов аммония.
17. Пат. РФ №RU2541641С1. Способ получения комплексного удобрения.
18. Колпаков В.М., Норов А.М., Малявин А.С. и др. Разработка взрыво- и пожаробезопасного способа получения комплексных нитратсодержащих удобрений//В сб.: «Современные тенденции в производстве и применении фосфорсодержащих удобрений и неорганических кислот». Мат-лы Межд. научно-практической конференции. М.: АО «НИУИФ», 2015. С. 61–66.
19. Гришаев И.Г., Норов А.М., Малявин А.С. Создание и внедрение реакторов в производстве фосфатов аммония//Труды НИУИФ. М., 2009. С. 330–335.
20. Гришаев И.Г., Норов А.М., Гумбатов М.О. Современные реакторы в производстве фосфатов аммония//Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2008. №11. С. 10–13.
21. Пат. РФ №RU2360729C1. Трубчатый реактор для получения пульп фосфатов аммония.
22. Пат. РФ №RU2371424С1. Способ получения гранулированных фосфатов аммония.
23. Гришаев И.Г., Назирова Л.З., Федюшкин Б.Ф. Способы аммонизации в технологии минеральных удобрений. М.: НИИТЭХИМ, 1988.
24. Гришаев И.Г. Основные направления модернизации аппаратуры технологии фосфорсодержащих удобрений и солей//Труды НИУИФ. М., 2004. С. 322–329.
25. Гришаев И.Г., Гриневич В.А. Особенности получения диаммонийфосфата по схеме с барабанным гранулятором –сушилкой//Труды НИУИФ. М., 2009. С. 100–103.
26. Пат. РФ №RU2450854С1. Способ гранулирования фосфатов аммония и устройство для его осуществления.
27. Гришаев И.Г., Гриневич В.А. Исследование влияния параметров работы агрегата трубчатый реактор – аммонизатор-гранулятор на гранулометрический состав фосфатов аммония//Труды НИУИФ. М., 2009. С. 95–100.
28. Гришаев И.Г. Аппараты для охлаждения минеральных удобрений//Труды НИУИФ. М., 2014. С. 383–387.
29. Седельников В.П. Гибкая технология производства фосфорсодержащих удобрений. Дис. … канд. техн. наук. М.: НИУИФ, 1996.
30. Бабкин В.В., Бродский А.А. Фосфорные удобрения России. М.: ТОО «Агро-принт», 1995. 464 с.
