Жидкие комплексные удобрения (ЖКУ)

Жидкие комплексные удобрения – это высокоэффективное, быстродействующее удобрение. Кроме конденсированных фосфатов (70-80 % от общей массы Р2О5) и азота, ЖКУ может содержать серу и магний. Все питательные вещества находятся в растворе, поэтому легкодоступны растениям. ЖКУ получают путем нейтрализации суперфосфорной кислоты газообразным аммиаком. Сотрудники НИУИФ совместно с АО «Воскресенский НИУиФ» ведут разработку и совершенствование технологии получения ЖКУ с 70-х годов прошлого века.

1.jpg

ЖКУ представляет собой водный раствор орто- и полифосфатов аммония, содержащий 10-11 % азота и 34-37 % фосфора в пересчете на Р2О5, в зависимости от марки. Возможен выпуск ЖКУ с микроэлементами, такими как цинк, бор, марганец, медь, молибден, находящихся в растворенном виде.

Ортофосфаты аммония, входящие в состав ЖКУ, представлены моноаммонийфосфатом NH4Н2РО4 и диаммонийфосфатом (NH4)2НРО4. Пирофосфаты аммония представлены в виде диаммонийпирофосфата (NH4)2Н2Р2О7 и триаммонийпирофосфата (NH4)3НР2О7.

Процесс получения ЖКУ по стадиям представлен при помощи следующих основных уравнений химических реакций:

H3PO4+NH3→NH4H2PO4

H3PO4+2NH3→(NH4)2HPO4

t 200 °С - 300 °С

                (2Н3РО4 Н4Р2О7 + Н2О)

H4P2O7+NH3→NH4H3P2O7

H4P2O7+2NH3→(NH4)2H2P2O7

H4P2O7+3NH3→(NH4)3HP2O7

Жидкое комплексное удобрение - это прозрачная, зеленовато-голубоватая жидкость, которая практически не содержит нерастворимых остатков, взвесей.

Основные физико-химические показатели:

Массовая доля азота (N), %, не менее

11

Массовая доля общих фосфатов (Р2О5), %, не менее

37

Степень конверсии*, %, не менее

57

Массовая доля нерастворимого в воде остатка, %, не более

0,4

Показатель активности водородных ионов, единиц рН

6-7

Плотность при температуре 20 °С, г/см3

1,44+/-0,03

Вязкость при температуре 20 °С, сПз, не более

80

Температура кристаллизации, не выше

минус 20 °С

Температура кипения раствора ЖКУ

101-107 °С

* - степень конверсии характеризует содержание полифосфатов в ЖКУ в % от общего содержания Р2О5.

АО «НИУИФ» совместно с Воскресенским филиалом предлагает технологию ЖКУ марки 11:37 по двум принципиальным схемам, отличающихся друг от друга способом отведения избыточного тепла химической реакции нейтрализации суперфосфорной кислоты и газообразного аммиака.

В обеих установках процесс основан на аммонизации суперфосфорной кислоты газообразным аммиаком в трубчатом реакторе, растворении образующегося солевого плава, охлаждении и доаммонизации полученного раствора. В установке первого типа тепло химической реакции аммонизации отводится водой в выносном теплообменнике от принудительно циркулирующего раствора ЖКУ. В установке второго типа избыточное тепло отводится за счет испарения из раствора ЖКУ некоторого количества воды.

Схема установки для получения ЖКУ с внешним контуром циркуляции и выносным теплообменником

На рисунке 1 приведена технологическая схема установки для получения ЖКУ, снабженная выносным теплообменником и имеющая контур принудительной циркуляции реакционного раствора.

2.jpg

 1. Бак; 2. Центробежный насос; 3. Установка испарения аммиака; 4. Трубчатый реактор; 5. Стакан; 6. Бак-донейтрализатор; 7. Сборник СФК; 8. Подогреватель газообразного аммиака; 9. Теплообменник; 10. Насос подачи СФК; 11. Циркуляционный насос; 12. Насос откачки ЖКУ на склад.

Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема установки для получения ЖКУ с внешним контуром циркуляции и выносным теплообменником.

Исходная суперфосфорная кислота (СФК) с концентрацией 68-72% P2O5, подогретая до температуры 70-90 0С, поступает в расходный бак – сборник 7. Из расходного бака кислота подается в трубчатый реактор 4, куда так же подается газообразный аммиак с температурой 80 0С в количестве 60-100% от общего количества. Оставшаяся часть газообразного аммиака поступает в донейтрализатор. Аммиак поступает на производство в жидком виде в испаритель 3, где за счёт тепла готового продукта испаряется, и после подогрева в подогревателе 8 подается в трубчатый реактор 4, и в бак-донейтрализатор. Реактор устанавливается в специальном стакане 5, в который подается охлажденный циркулирующий раствор ЖКУ, после теплообменника 9. Далее раствор ЖКУ подается в бак-донейтрализатор 6. Раствор ЖКУ из донейтрализатора поступает в установку испарения аммиака, после в теплообменник 9, и опять возвращается в донейтрализатор 6. Часть ЖКУ с температурой 20-35 0С в качестве готового продукта отводится после теплообменника на склад готового продукта.

Интенсивная циркуляция ЖКУ через выносной теплообменник (кратность 6-10), способствует поддержанию в донейтрализаторе требуемого температурного режима. Для поддержания требуемой концентрации раствора ЖКУ, в донейтрализатор из напорного бачка 3 поступает техническая вода.

Установка снабжена системой автоматического регулирования и контроля, позволяющая стабилизировать расходы аммиака, технической воды, фосфорной кислоты, циркулирующих ЖКУ и удельного веса раствора жидких удобрений. Система КИПиА позволяет фиксировать необходимые температурные режимы и расходы основных компонентов.

Установка для получения ЖКУ под вакуумом в аэрлифтном аппарате

Схема установки для получения ЖКУ под вакуумом приведена на рисунке 2. Основным элементом технологической схемы является аэрлифтный аппарат с установленным на нём трубчатым реактором. В трубчатом реакторе происходит взаимодействие СФК и газообразного аммиака. Трубчатый реактор снабжен охлаждающей водяной рубашкой. Из трубчатого реактора солевой плав поступает в аэрлифтный аппарат. В аэрлифтном аппарате за счет энергии химической реакции возникает интенсивная естественная циркуляция (кратность 60-80). Избыточное тепло химической реакции отводится за счёт испарения из ЖКУ определенного количества воды. В циркуляционную камеру подается оставшаяся часть газообразного аммиака.

В аэрлифтный аппарат из напорного бака непрерывно подается вода. Образовавшееся ЖКУ поступает в сборник, откуда откачиваются на склад готовой продукции. Данная установка не имеет жидких стоков. Установка оборудована системой автоматического регулирования.

3.jpg

1. Сборник СФК; 2. Насос подачи СФК; 3. Трубчатый реактор; 4. Аэрлифтный аппарат; 5. Напорный бак; 6. Кожухотрубчатый конденсатор; 7. Сборник ЖКУ; 8. Насос перекачки ЖКУ на склад; 9. Насос подачи воды; 10. Сборник конденсата сокового пара; 11. Брызгоотделитель; 12. Вакуум-насос; 13. Установка испарения аммиака; 14. Подогреватель газообразного аммиака.

Рисунок 2. Принципиальная технологическая схема установки для получения ЖКУ под вакуумом.

За счёт отсутствия внешнего контура циркуляции технологическая схема упрощается и это дает возможность снизить материалоемкость процесса и снизить затраты на отвод тепла. Кроме того, отсутствуют проблемы, связанные с чистками теплообменного оборудования. Все эти факторы обуславливают преимущества установки получения ЖКУ под вакуумом в аппарате аэрлифтного типа.

Предлагаемые технологические схемы апробированы на опытно-промышленных и промышленных установках.

Мощность одной технологической установки составляет от 50 до 250 тыс. тонн ЖКУ в год.