Автор: С.Д. Малеев (АО «НИИК»)
Опубликовано на портале «Химическая техника», ноябрь 2022
В настоящее время особо актуальными становятся альтернативные методы применения карбамида в промышленности, а также получение ряда продуктов на его основе. Перспективными направлениями использования карбамида являются производство 32,5% раствора карбамида (AUS 32) и производство КАС.
Установка по производству раствора карбамида AUS 32
В настоящее время активно развивается рынок раствора карбамида, используемого для очистки выхлопных газов дизельного транспорта, – продукта AUS 32. Этот продукт представляет собой раствор мочевины высокой чистоты (32,5%) в деминерализованной воде (67,5%) и является новым экономически эффективным видом товарной формы произведенного карбамида. В США продукт AUS 32 известен под названием DEF (Diesel Exhaust Fluid). В Европе раствор продается в основном под торговой маркой AdBlue®.
Наиболее опасными токсичными примесями, содержащимися в газовых выбросах, являются оксиды азота (NOx). Продукт AUS 32 был разработан для использования с целью уменьшения выбросов вредных веществ в отработанных газах грузовых автомобилей, оборудованных системой селективной каталитической нейтрализации выхлопных газов SCR. Технология SCR основана на впрыске строго дозированного количества раствора карбамида AUS 32 в поток горячих отработанных газов в присутствии катализатора (пентаоксида ванадия), в результате чего происходит химическая реакция превращения вредных оксидов азота в безвредные вещества – азот и водяной пар (рис. 1, 2).
Многие автозаправочные станции в России и странах Европы уже реализуют раствор AUS 32 в различной таре и в розлив. В основном жидкость реализуется в мелкой таре – канистрах вместимостью 10 и 20 л, 200-литровых бочках и IBC-контейнерах вместимостью 1000 и 4000 л. В настоящее время стоимость продукции составляет 58…136 руб./л в зависимости от упаковки, при этом себестоимость продукта по среднеотраслевым оценкам может составлять ~27 руб./л.
Кажущаяся простота состава может навести на мысль о том, что продукт AUS 32 – это банальный раствор мочевины в воде, и готовить его можно даже в домашних условиях. Однако это не так. Качество жидкости влияет на долговечность катализатора. Так что кустарные эксперименты неизбежно приведут к выходу из строя системы SCR или самого двигателя. Производство AUS 32 строго регламентировано, чтобы обеспечить требуемое качество продукта. Требования к качеству 32,5%-ного раствора карбамида AUS 32 приведены в стандарте ISO 22241-1. Продукт AUS 32 является коррозионно-активным, и оборудование для работы с ним должно быть изготовлено из коррозионно-стойких материалов.
Производство раствора карбамида необходимо рассматривать как выпуск нового продукта на рынок, возможность разгрузки грануляционной башни и получения дополнительной прибыли за счет выпуска нового продукта.
В АО «НИИК» были разработаны технология и оборудование для получения продукта AUS 32 на базе существующих производств карбамида. В настоящее время АО «НИИК» предлагает свои услуги в разработке проекта и поставке оборудования для установки получения раствора AUS 32.
Установка по производству растворов КАС
Ни для кого не секрет, что КАС является эффективным жидким азотным удобрением, которое представляет из себя смесь водных растворов аммиачной селитры и карбамида (в соотношении карбамид к аммиачной селитре – 0,78).
В основном производят следующие марки растворов: КАС-28, КАС-30, КАС-32, в которых массовая доля азота составляет соответственно 28; 30; 32%.
КАС – это единственное азотное удобрение, которое содержит три формы азота:
- нитратный (обеспечивает мгновенное действие),
- аммонийный (в результате нитрификации переходит в нитратную форму, может усваиваться до 6 недель),
- амидный (в результате деятельности почвенных микроорганизмов переходит в аммонийную форму до 4 дней, затем в нитратную).
Таким образом, КАС обеспечивает пролонгированное питание растений азотом.
Одно из важнейших преимуществ КАС состоит в его высокой агротехнологичности (рис. 3):
- внесение КАС как жидких удобрений намного равномернее, чем гранулированных;
- внесение КАС хорошо совмещать с использованием пестицидов в одной баковой смеси. Это позволяет сократить несколько операций по уходу за посевами.
В АО «НИИК» разработана универсальная установка по производству КАС, которая была реализована на площадке АО НАК «Азот». На данной установке процесс получения КАС возможен тремя способами:
- из чистого газообразного аммиака заводской сети;
- из газовых сдувок цеха карбамида;
- из готовых растворов аммиачной селитры и карбамида.
- Получение КАС из газообразного аммиака протекает по следующей схеме:
- азотная кислота и газообразный аммиак из заводской сети поступают на нейтрализацию;
- образующийся соковый пар направляется на скрубберную очистку;
- теплота очищенного сокового пара также используется для подогрева газообразного аммиака;
- образующийся при нейтрализации раствор аммиачной селитры смешивается с раствором карбамида, проходит донейтрализацию;
- затем раствор КАС фильтруется, в него добавляется ингибитор коррозии и готовый продукт направляется на отгрузку потребителю.
Получение КАС из газовых сдувок цеха карбамида протекает по аналогичной схеме, но вместо аммиака используются газовые сдувки, которые имеют более высокую температуру, и необходимость в их подогреве отсутствует. Кроме того, необходимо откорректировать соотношение компонентов с учетом меньшей концентрации аммиака в сдувках.
Получение КАС из готовых растворов протекает по следующей схеме: раствор аммиачной селитры смешивается с раствором карбамида, проходит донейтрализацию, фильтруется и далее по той же схеме.
В июне 2021 года были проведены пусконаладочные работы и гарантийные испытания установки по производству КАС мощностью 1200 т/сут. (рис. 4) по проекту АО «НИИК».
Гарантийные испытания производились в течение 72 ч. В процессе проведения балансовых испытаний по всем способам были испытаны и настроены все основные узлы, технологические и логические схемы установки, участвующие в производстве КАС.
Согласно подписанному обеими сторонами акту, гарантийные испытания были выполнены в полном объеме. Показатели по производительности и качеству готового продукта были подтверждены (см. таблицу).
Достигнутые показатели в период гарантийных испытаний установки КАС
Производство КАС дает следующие преимущества:
- высокая эффективность применения в любых климатических зонах, в том числе засушливых;
- более равномерное внесение, точная дозировка распределения по площади;
- растворы КАС практически не содержат свободного аммиака, что позволяет исключить потери азота, обусловленные летучестью аммиака;
- пролонгированное действие;
- сокращение технологических и капитальных затрат – низкий расход пара, оборотной воды и электроэнергии.
АО «НИИК» готов рассмотреть предложения по проектированию и строительству установок по производству продуктов на основе карбамида: AUS32 и КАС.
