Технологии комплексных удобрений с аппаратами БГС

В настоящее время в Российской Федерации и на постсоветском пространстве наиболее широко распространены технологические схемы, где процессы гранулирования и сушки совмещены в одном аппарате – барабанном грануляторе-сушилке (БГС).

Технология минеральных удобрений с аппаратами БГС является одним из ключевых направлений деятельности АО «НИУИФ». Наши изобретения защищены патентами, в том числе описывающими конструкционные решения в аппарате БГС (патент РФ 2450854).

1.jpg

Технологии фосфорсодержащих удобрений с применением аппарата БГС получили широкое распространение и в ряде случаев их применение предпочтительнее по сравнению с технологией с аммонизатором-гранулятором. Достоинствами гранулирования в этом аппарате являются высокая интенсивность тепло- и массообмена, небольшая кратность внешнего рецикла (1-2), хорошее качество и узкий гранулометрический состав готового продукта, возможность автоматизации процесса.

Широкое применение технологии удобрений на основе аппарата БГС обусловлено следующими причинами:

1.      Наиболее универсальной с точки зрения перерабатываемого сырья является технология с аппаратом БГС, что связано с возможностью использования экстракционной фосфорной кислоты как в упаренном, так и неупаренном виде.

2.      Технология с БГС позволяет производить широкий ассортимент удобрений высокого качества, в т.ч. удобрений, плохо поддающихся гранулированию методом окатывания: P, PK, некоторые виды NPK. Помимо этого, удобрения, полученные по схеме с БГС, благодаря механизму гранулирования обладают высокой статической прочностью и высокой степенью сферичности. Получаемый продукт соответствует заданному узкому гранулометрическому составу. В последние годы в АО «НИУИФ» был проведен большой комплекс работ, который позволил в значительной степени изменить представление о возможностях этих аппаратов. Разработанные нами универсальные технологические схемы, оснащенные аппаратами БГС, позволяют производить самые разнообразные марки удобрений (P, PK, NP, NPS, NPS+S, PKS, NPK, NPKS и др.), производительность по некоторым маркам достигает 60 т/час.

3.      Технологические нитки с БГС очень компактны.

Схемы с аппаратами БГС включают в себя меньше единиц оборудования, вследствие чего снижается расход электроэнергии, а также для их создания требуется меньше капитальных вложений. Более короткая транспортная (ретурная) цепочка может обеспечить меньшее количество выходов оборудования из строя, что увеличивает эффективный рабочий фонд времени и снижает затраты на ремонт. Технологические нитки с аппаратами БГС традиционно считаются малоретурными, что также снижает энергозатраты и позволяет использовать транспортное оборудование меньшей производительности (и, соответственно, с меньшей стоимостью).

Барабанный гранулятор-сушилка

2.jpg
Рисунок 1. Барабанный гранулятор-сушилка (БГС): 1 – форсунка; 2 – загрузочная камера; 3 – винтовая питающая насадка; 4 – обратный шнек; 5 – подъемно-лопастная насадка; 6 – разгрузочная камера; 7 – факел; I – зона гранулирования; II – зона досушки.

БГС представляет собой вращающийся барабан с внутренней подъемно-лопастной насадкой, установленный с наклоном 1-3° к горизонту (рис. 1). Отличительной особенностью аппаратов БГС является наличие обратного шнека, позволяющего возвращать некоторое количество гранулированного материала в головную часть аппарата (внутренний ретур). При вращении барабана лопатки специального профиля, установленные внутри барабана, проходят через слой продукта в нижней части («завал»), захватывая его и затем ссыпая, образуя при этом «завесу» по всему сечению. На эту завесу с помощью форсунки наносится перерабатываемая пульпа, диспергируемая с помощью сжатого воздуха (или за счет образующегося пара при работе с трубчатым реактором ТР). В головную часть барабана также подают топочные газы и вводят внешний ретур. Для перемещения внешнего ретура в зону образования завесы головная часть БГС оснащена винтовой насадкой. При нанесении пульпы на частицы завесы происходит образование гранул, которые затем досушиваются. Максимальное количество пульпы, подаваемое на завесу, зависит от предельной влажности гранул, при которой начинается образование агломератов в «завале».

Габариты (диаметр и длина) аппарата определятся целевой мощностью технологической нитки, а также влажностью разбрызгиваемой пульпы. Наибольшее распространение в производстве фосфорсодержащих удобрений получили БГС (DxL): 3,5х14 м; 4,5х16 м.

Технология удобрений на основе фосфатов аммония (МАФ, ДАФ, NPK) с использованием БГС

3.jpg

Рисунок 2. Гибкая технологическая схема производства фосфорсодержащих удобрений с использованием аппарата БГС: 1 – преднейтрализатор; 2 – бункеры; 3 – сборник кислоты; 4 – бак смешения пульпы с хлористым калием; 5 – трубчатый реактор; 6 – топочно-горелочное устройство; 7 – БГС; 8 – элеваторы; 9 – грохот; 10 – дробилка; 11 – холодильник «кипящего слоя»; 12 – охладитель Solex; 13 – барабан-кондиционер.

Схема производства удобрений на основе фосфатов аммония с использованием БГС представлена на рисунке 2. Схема включает в себя нейтрализацию фосфорной кислоты (или смеси серной и фосфорной кислот) аммиаком в емкостном нейтрализаторе (или аппарате САИ), доаммонизацию в трубчатом реакторе, гранулирование и сушку в БГС, классификацию гранул с возвращением крупной после дробления и мелкой фракции, а также части товарной фракции, в БГС в виде ретура через ретурный цикл. Готовый продукт охлаждают, обрабатывают кондиционирующей смесью для улучшения потребительских свойств и направляют на склад готовой продукции. Предусматривается предварительное смешение части аммонизированной пульпы и хлористого калия для улучшения гранулируемости, более глубокого протекания конверсионных химических процессов и снижения слёживаемости готового продукта. Для дополнительного снижения слёживаемости и пылимости комплексных удобрений предусматривается использование магнийсодержащих добавок (магнезит, брусит). Данный способ включает в себя смешение магнийсодержащей добавки с фосфорной кислотой и последующую подачу на нейтрализацию.

Узел нейтрализации

В зависимости от концентрации исходной ЭФК и марки выпускаемого удобрения возможны различные варианты оптимальной схемы нейтрализации аммиаком (при получении удобрений на основе фосфатов аммония):

·       одностадийная нейтрализация;

·       двухстадийная (двухступенчатая) нейтрализация (в том числе с промежуточной упаркой);

·       нейтрализация с «раскислением» (смешение «щелочной» и «кислой» пульп);

В качестве аппаратуры для нейтрализации (аммонизации) в зависимости от условий проведения процесса предлагаются аппараты САИ (скоростной аммонизатор-испаритель) собственной разработки (изобретение защищено патентом РФ 2503495), емкостные реакторы с принудительным перемешиванием и трубчатые реакторы. Аппараты САИ, в которых перемешивание зависит от теплового эффекта происходящих в нем реакций нейтрализации, целесообразно применять при выпуске одного вида удобрения (или максимум двух-трех видов). При более широком ассортименте рекомендуется емкостной реактор с перемешивающим устройством. Существуют и аппараты САИ с принудительной циркуляцией пульпы. Для нейтрализации более концентрированной ЭФК (≥ 43% Р2О5) лучше использовать трубчатые реакторы (ТР) собственной разработки (изобретение защищено патентом РФ 2360729). Применение ТР в производстве минеральных удобрений при переработке концентрированных кислот позволяет получать пульпы с влажностью 6-10 %, за счет чего значительно интенсифицируется процесс, снижаются ретурность и удельные расходы энергоресурсов, повышается производительность и т.д. В некоторых случаях целесообразно применение двухстадийной схемы нейтрализации (или комбинированной), на первой стадии которой используется емкостной реактор с мешалкой (либо аппарат САИ), а на второй – ТР.

При получении серосодержащих удобрений в процессе используется дополнительно серная кислота, помимо той, что имеется в ЭФК. Обычно серная кислота нейтрализуется аммиаком совместно с ЭФК.

Технология NPK-удобрений на основе фосфатов кальция с использованием аппарата БГС

4.jpg

Рисунок 4. Технологическая схема процесса получения NPK-удобрений на основе фосфатов кальция с использованием аппарата БГС:

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

На рисунке 4 приведена технологическая схема процесса удобрений на основе фосфатов кальция (изобретение защищено патентом РФ 2551541). Дозировка сухих компонентов из бункеров осуществляется с применением ленточных весовых дозаторов. В первом реакторе происходит нейтрализация ЭФК и серной кислоты конверсионным мелом. Кислоты могут подаваться как раздельно, так и в виде смеси. Кроме того, в первый реактор подаются стоки системы абсорбции. В случае работы с применением нерасфильтрованной пульпы производства ЭФК ее подача также осуществляется в первый реактор. Контроль степени нейтрализации осуществляется по значению pH реакционной пульпы.

Во втором реакторе завершается процесс нейтрализации кислот. Кроме того, в реактор может осуществляться подача различных добавок (азотсодержащие компоненты, микроэлементные добавки и др.).

В третьем реакторе осуществляется смешение реакционной пульпы с хлористым калием, после чего она подается в аппарат БГС, где протекают процессы гранулирования и сушки гранул. Продукт после БГС поступает на грохот, где происходит его рассев на три фракции. Мелкая фракция и крупная после измельчения в дробилке возвращаются в аппарат БГС в качестве внешнего ретура. Товарная фракция направляется на стадию охлаждения и кондиционирования.

Отходящие газы после БГС проходят очистку от пыли в циклоне и направляются на стадию мокрой очистки в последовательно расположенные абсорбер Вентури и пенный скоростной абсорбер, где происходит окончательное удаление пыли и поглощение соединений фтора. Уловленная в циклоне пыль возвращается в аппарат БГС вместе с внешним ретуром. Газы после очистки выбрасываются в атмосферу.

Соединения фтора улавливаются растворами поташа или соды. Раствор поташа (соды) подается в сборник абсорбционной жидкости в количестве необходимом для поддержания постоянного значения pH абсорбционной жидкости.

Абсорбционные стоки подаются в первый реактор для разбавления нейтрализованной фосфатно-сульфатной пульпы до значения влажности, обеспечивающего ее подвижность. Для поддержания постоянства количества жидкости, циркулирующей в системе абсорбции, в АПС подается оборотная вода.

Примером реализации данной технологии является установка по выпуску фосфорно-калийных удобрений мощностью 100 тыс. т в год по технологии АО «НИУИФ», введенная в эксплуатацию в ЗАО «Метахим» (г. Волхов) в 2013 году.