Усовершенствованные процессы производства жидких минеральных удобрений

 Возможности усовершенствования технологии и повышения конкурентных преимуществ химико-технологических производств и экономического превосходства использования новых видов синтетических минеральных удобрений в наше время далеко не исчерпаны. Их можно реализовать при создании и освоении усовершенствованных технологий производства сложных жидких комплексных удобрений на основе промышленной технологии получения жидких карбамид-аммиачно-селитровых смесей (КАСС) и других соединений смешением растворов карбамида и продуктов, содержащих аммиачную селитру [1].

Эти технологии становятся особенно интересными в обстановке, когда в АО «ФосАгро-Череповец» созданы две и пускается третья многотоннажная установка по производству гранулированных карбамидных удобрений. В этих мощнейших химических комплексах очень большая доля энергетических, (а значит, и финансовых затрат) приходится на стадию грануляции готового продукта [1, 2].

Технология производств жидких КАСС различного состава (см. рисунок) чрезвычайно проста, малоэнергоемка, гибка, продукция имеет более низкую себестоимость, чем гранулированный карбамид, и хорошо адаптируется с азотсодержащими продуктовыми производствами, уже созданными на площадке бывшего ОАО «Череповецкий «Азот» (в настоящее время – азотное производство АО «ФосАгро-Череповец»). Технология жидких КАСС не имеет элементов, требующих затрат заметного количества тепловой энергии, которые в большом объеме потребляют блоки грануляции твердых удобрений.

Эту технологию могут реализовать в малых масштабах предприятия малого и среднего бизнеса на территориях, близлежащих к новому химическому комплексу «ФосАгро-Череповец», территориях Череповецкого района или на свободных земельных площадях на азотном производстве упомянутого комплекса, а также на свободных или высвобождающихся при реконструкции предприятия участках, находящихся на территории города и его районов. Это позволит снизить безработицу в городе, хотя эти процессы эти можно легко и существенно автоматизировать. Предлагаемые схемы производств позволяют отказаться от сложных и энергоемких процессов гранулирования удобрений и при использовании в сельскохозяйственном производстве по сравнению с гранулированными продуктами обеспечить серьезные конкурентные преимущества благодаря следующим факторам:

• высокой эффективности использования во многих климатических зонах, в том числе засушливых (например, в Крыму);
  
• более точной дозировке распределения по засеянной площади;
  
• практической возможности использования на разных стадиях вегетации подкармливаемого растения;
  
• пролонгированному действию удобрения;
  
• сокращению технологических затрат благодаря возможности внесения КАСС в жидких туках, а также
  в смеси с пестицидами и другими жидкими минеральными удобрениями (в первую очередь с микроэлементами);
  
• относительно низкой стоимости единицы действующего вещества по сравнению с гранулированными формами.

Применение жидких КАСС позволяет совместить процессы полива сельскохозяйственных культур и внесения удобрений, что особенно важно в районах, где наблюдаются засушливые годы (как, например, в 2010 г., когда из-за засухи Россия потеряла примерно треть урожая зерновых). В состав смеси можно ввести в расчетных количествах фосфорсодержащий компонент, так как на установке производства аммиачной селитры упомянутого комплекса освоен метод производства сложных азотно-фосфатных удобрений (САФУ). При этом удастся избежать процесса гранулирования САФУ, который является одним из наиболее энергозатратных и уменьшающим производительность блоком его технологии. Одновременно с раствором САФУ и карбамида можно вводить калийсодержащие добавки, как в виде растворов калийхлоридов, так и в виде углекислого калия, образующегося в процессе выделения углекислого газа из реакционных газов при производстве аммиака. Последний вариант позволит сократить энергозатраты не только при гранулировании минеральных удобрений, но и снизить энергоемкость за счет исключения полного или частичного процесса рекуперации едкого калия на установке производства аммиака и последующего производства карбамида.

Существующая технология внесения гранулированных удобрений в почву при сеянии зерна (гранулы удобрений вносятся в смеси с зерном в почву сеялкой) имеет ряд существенных недостатков: очень большая часть гранулы удобрения (иногда до 50 %) не попадает в корневую систему растения, а до ее создания и развития уходит в атмосферу в виде аммиака или вымывается в реки подпочвенными водами, особенно в весеннюю пору. Это создает дополнительные экологические проблемы по очистке рек от таких загрязнений. Применение жидких удобрений и их внесение в почву дождевальными установками не только повышает коэффициент использования удобрений, но и способствует повышению урожайности и снижению экологической опасности их применения.

Предварительная оценка и разработка таких процессов уже начата на кафедрах химической технологий и теплоэнергетики Череповецкого государственного университета. При этом разработана концептуальная технолого-математическая модель производства КАСС или более сложных удобрений, содержащих фосфорные и другие компоненты:

где N1 – массовая доля азота в аммиачной селитре, %; N2. – массовая доля азота в карбамиде, %; Ns – массовая доля азота в КАСС, %; Kс– масса КАСС, кг; Рс – масса раствора аммиачной селитры в смеси, кг; Рк – масса раствора карбамида в смеси, кг; W – молекулярная масса воды (за исключением воды, входящей в состав растворов аммиачной селитры и карбамида), кг; kс, kк – массовая доля соответственно селитры и карбамида в соответствующих растворах, %.

Первое уравнение отражает баланс массовых расходов трех сырьевых потоков: водных растворов карбамида, селитры и воды. Оно может учитывать в дополнительном балансе и добавки других растворенных жидких компонентов (фосфорных, калиевых и других, в виде растворов КНСО3 или сложного азотно-фосфатного удобрения, выпускаемого в «ФосАгро-Череповец»). Второе – учитывает соотношение расхода (массы) аммиачной селитры и карбамида в КАСС, необходимое для обеспечения взрывобезопасности. Третье уравнение позволяет определить массовый процент содержания азотных молекул в составе КАСС, от которого зависит вязкость полученного продукта (о чем разработана методика). Создана также компьютерная модель в виде матрицы этого процесса, позволяющая выполнить расчет на ЭВМ в «Microsoft Excel» автоматически:

 

                                     Матрица [А]                                   Матрица {b}

где 1 или 0 – иллюстративный матричный сигнал, показывающий значение части байта в матрице.

Представленное иллюстративное программное компьютерное описание энергосберегающего процесса производства сложных жидких минеральных удобрений позволяет рассчитывать и реализовывать несколько близких высокоэффективных энергосберегающих технологических производств жидких комплексных удобрений типа КАСС. (По запросу оно полностью может получено в Череповецком Государственном Университете).

 

Список литературы

1. Трапатанов А.Д., Аншелес В.Р. Об эффективности производства и применения жидких комплексных минеральных удобрений// Мат-лы Межд. науч.-практ. конф. «Вузовская наука – региону». Вологда: Вологодский государственный университет, 2016. С. 226–228.

2. Бабкин В.В., Успенский Д.Д. Новая стратегия: Химия 2030. Высокие переделы сырья. Кластеризация. Химизация индустрии РФ. М.: Лика, 2015. 222 с.