Технология получения азотносерных удобрений на основе плава аммиачной селитры, сульфата аммония и фосфогипса

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В XXI веке ещё более обострилась мировая продовольственная проблема, обусловленная высокими темпами роста населения, сокращениями таких ресурсов, как пахотно-пригодные земли и запасы пресной воды. В этом отношении одной из основных задач сельскохозяйственной и пищевой промышленности является обеспечение населения с продуктами продовольствия. В этой связи особое внимание уделяется увеличению объемов производства минеральных удобрений. Во всем мире в проводимых научных исследованиях уделено отдельное внимание на улучшение потребительских свойств удобрения - аммиачной селитры (АС), имеющейся важное значение при получении высокого урожая из сельскохозяйственных культур. В этом направлении актуальной задачей является разработка технологии получения модифицированной АС с использованием местного сырья, устраняющего её слеживаемость и термическую неустойчивость. При разработке технологии модифицированной АС с добавкой (NH4)2SO4 с улучшенными товарными и агрохимическими свойствами, необходимо обосновать научные решения в следующих направлениях: установление влияния (NH4)2SO4на повышение прочности гранул АС с одновременным уменьшением слёживаемости; с помощью (NH4)2SO4 создание множества центров кристаллизации, основанных на заполнении пор и микротрещин АС, в результате которого образуется более совершенная поверхность и внутренняя структура гранул, разработка технологии АС с добавкой (NH4)2SO4 На сегодняшний день с целью обеспечения сельского хозяйства страны качественными удобрениями и повышения их экспортного потенциала на основе проведения научных исследований достигнуты определенные результаты в направлении разработок технологий эффективных азотных, фосфорных и калийных удобрений. В третьем направлении Стратегий развития Республики Узбекистан отмечены важные задачи, направленные на «развитие высокотехнологичных перерабатывающих отраслей, прежде всего по производству готовой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов». В плане производства термостабильной АС с улучшенными товарными свойствами важное место занимает обеспечение республики новыми видами азотносерных удобрений путем вовлечения местного материала - (NH^SO-i. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Указах Президента Республики Узбекистан от 4 марта 2015 года УП-4707 «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства на 2015-2019 годы», У П-4947 от 7 февраля 2017 «Стратегия действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в 2017-2021 годах» и Постановлении Президента Республики Узбекистан от 23 августа 2017 года ПП-3236 «О программе развития химической промышленности на 2017-2021 годы», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является разработка технологии получения азотносерных удобрений с улучшенными физико-химическими и потребительскими характеристиками на основе добавки в плав нитрата аммония (NH4)2SO4 и фосфогипса. Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем: выявлено применение добавок (NH4)2SO4 и фосфогипса в плав NH4NO3 при весовом соотношении от 100 : 0,5 до 100 : 15 увеличивают прочность гранул АС в 2,5-4 раза и снижают слёживаемость в 2-3 раза по сравнению с селитрой, полученной на основе импортной добавки магнезита; доказана конверсия NH4NO3 в составе сульфатно-гипсово-нитратных расплавов; обосновано осуществление процесса грануляции методом приллирования в случае содержания до 40% (NH4)2SO4 в сульфатно-нитратных смесях, а в случае содержания (NH4)2SO4 более 40% - методом окатывания; установлено отсутствие фазы III и наличие прямого полиморфного перехода II—>IV, обеспечивающие стабильность продукта без разрушения гранул при колебаниях температур 25-45°С в результате охлаждения плава NH4NO3 с добавкой (NH4)2SO4 или фосфогипса; разработана технология получения азотносерных удобрений на основе плава NH4NO3 и (NH4)2SO4 Заключение В диссертации решены актуальные научно-технические задачи по созданию технологий модифицированной АС и сульфат-нитрата аммония с применением в качестве добавки доступных и дешевых азотносерных материалов - (NH4)2SO4 и фосфогипса. Основные научные и практические результаты, полученные при выполнении диссертационной работы следующие: 1. Изучен процесс получения исслеживающейся АС с добавкой (NH4)2SO4 и ФГ в плав NH4NO3 перед его грануляцией методом приллирования. Количество добавки меняли от 0,5 до 15г по отношению 100г плава NH4NO3. Показано, что слёживаемость АС с добавкой (NH4)2SO4 и ФГ составляет 1,61 и 2,37 кг/см2 соответственно, что меньше в 3,5 и 2,4 раза, чем у селитры без добавок (5,62 кг/см2). Для получения гранул неслёживающейся АС с содержанием не менее 34% N, имеющих прочность 4-6 МПа, выдерживающий 50 и более циклов нагрев-охлаждение количество добавок должно быть: для (NH4)2SO4 не более 7 г, а для ФГ не более 3 г по отношению к 100 rNH4NO3. 2. Добавление от 0,5 до 15 г (NH4)2SO4 и ФГ способствует снижению пористости гранул с исходного 22,0% (NH4NO3) от 8,89 до 7,50% и от 9,04 до 7,73% в продуктах соответственно. Впитываемость гранул АС колеблется в пределах для (NH^SC^ 4,03-4,24 г и для ФГ 4,10-4,28 г топлива по отношению к 100 г продукта. Она у гранулированного NH4NO3 равна 4,82 г. При изучаемых соотношениях компонентов и температуры (165-185°С) плотность (не более 1,7 кг/см3) и вязкость (не выше 15 сПз) сульфатно-нитратных плавов приемлемы для гранулирования методом приллирования. 3. При изучении полиморфных переходов в цикле нагрев-охлаждение (25-175°С - 175-25°С) показано, что при охлаждении плава NH4NO3 с добавкой (NH4)2SO4 или ФГ последовательно протекают превращения плав—>1; I—>11 и II—>IV. Фаза III не образуется. Селитра с 7 %-ной добавкой (NH4)2SO4 сохраняет целостность гранул до 60 термоциклов, а после 100 термоциклов на 84% против 16% разрушенных. При таком количестве ФГ гранулы селитры после 100 термоциклов разрушились на 13% против 87% целых. В то время гранулы чистого NH4NO3 после 10 термоциклов разрушаются на 5% и после 80 термоциклов разрушаются полностью. 4. Изучен процесс получения сульфат-нитрата аммония, на основе смешения (NH4)2SO4 с плавом NH4NO3 при весовых соотношениях (NH4)2SO4 : NH4NO3 от 17,1 : 82,9 до 62,3 : 37,7 (или мольных соотношениях от 1 : 1 до 1 : 8). Если в смеси имеется до 40% (NH4)2SO4, процесс грануляции осуществляют методом приллирования. Если сульфата более 40%, то грануляция следует методом окатывания. С увеличением количества (NH4)2SO4 от 17,1 до 62,3% в продукте уменьшается содержание No6w. и NHlITp., увеличивается содержание NaMM. и S. При этом сумма питательных компонентов (N+S) находится в пределах 36,19-41,05%. 5. В другом варианте получен сульфат-нитрата аммония путем добавки в его расплав ФГ в количестве 5-15%. Изучен процесс конверсии NH4NO3 с участием ФГ в смеси (NH4)2SO4. При одном мольном соотношении (NH4)2SO4 : NH4NO3 увеличение количества добавки ФГ с одной стороны уменьшает в продуктах содержание N, с другой повышает содержание S. Увеличение доли ФГ, хотя значительного влияния не оказывает на прочность гранул продукта (повышает всего в 1,03 раза), но эффективно влияет на пористость и впитываемость его гранул в сторону их уменьшения. 6. Температура начала разложения и энергия активации чистого NH4NO3 (без добавок) составляет 211°С и -915 Дж/г, а образцов сульфат-нитрата аммония как без добавки, так и с добавкой фосфогипса находятся в пределах от 252,5-268,2°С и -219-^-907,8 Дж/г соответственно. Это свидетельствует о том, что (NH4)2SO4 и фосфогипс снижают детонационные способности АС. Сульфат-нитратные расплавы аммония вполне пригодны для гранулирования методом окатывания. 7. На модельной установке отработаны оптимальные режимы получения неслёживающейся АС с добавкой (NH4)2SO4 и сульфат-нитрата аммония. Состав и свойства удобрений близки к составам продуктов, полученных в лабораторных условиях. Технологии получения неслёживающейся АС и сульфат-нитрата аммония прошли апробацию в опытно-промышленных условиях на АО «Навоиазот» с выпуском опытной партии продукции. На основе опытных работ на модельной лабораторной установке и опытнопромышленных испытаний на АО «Навоиазот» предложены стадии технологических схем производства новых видов продуктов. 8. Проведенные технико-экономические расчеты показывают, что стоимость 1 тонны привозного магнезита составляет 550 долларов США (1$ -8100 сум), а местного сульфата аммония - 394 тыс. сум. Если при годовой мощности производства 100 тыс. тонн модифицированной АС ежегодно требуется 500 тонн магнезита (MgO) на сумму 275 тыс. долларов США, то для 500 тонн сульфата аммония расходуется 197 млн. сум, что дешевле на 2,03 млрд. сум.