Спосіб підготовки сушильних газів для виробництва мінеральних добрив

Спосіб відноситься до хімічної промисловості, в тому числі до організації процесів сушки при виробництві мінеральних добрив. При виробництві багатьох мінеральних добрив переробка сировини здійснюється на фоні надходження разом з ним значної кількості вільної води. Так як основна частина добрив поставляється споживачу в порошкоподібному або гранульованому вигляді, однією з найважливіших завершальних стадій технологій є процес сушки. С ушк у переважно проводять при використанні сушильних газів. Реалізують процес сушки в апаратах різних по конструкції, причому в якості сушильного газу беруть або повітря підігріте в спеціальних поверхневих теплообмінниках, або повітря змішане в певній пропорції безпосередньо з гарячими продуктами згорання палива. У великомасштабних сушильних агрегатах, переважаючим є другий варіант підготовки сушильного газу. Зокрема відомий спосіб приготування сушильних газів шляхом згоряння газоподібного палива при оптимальній витраті первинного повітря, змішування гарячих продуктів згорання з холодним атмосферним повітрям і направлення суміші на стадію сушки, сушки суміші сировинних компонентів в присутності ретурного продукту, очистки відпрацьованих сушильних газів від пилових і газоподібних забруднювачів з поверненням уловлених продуктів на стадію сушки (див. статтю Попов Н.П., Ликов М.В., Лембриков В.М. і др. Сушка сложносмешанных удобрений, Реф. Сборник "Промышленность минеральных удобрений и серной кислоты" Вып. II, НИТЭ ХИМ, М., 1973, с.7-9). Відомий спосіб отримання сушильного газу характеризується тим, що згорання газоподібного палива здійснюють в умовах підтримки витрат близько 10м 3 первинного повітря на 1м 3 природного газу. Коефіцієнт надлишку первинного повітря підтримують в інтервалі 1,05-1,1. Отримані гарячі продукти згорання палива змішують потім з холодним атмосферним повітрям у відношенні 80-130м 3/м 3 газу, який забезпечує температур у суміші в межах 200-220°С. Сумарний коефіцієнт надлишку повітря перед сушильним апаратом a = 8 ¸ 14 . На стадію сушки подають суміш вихідної вологої сировини і ретура з вологістю не більше 4%. Із сушильних апаратів відпрацьовані гази виводяться з температурою 80-120°С. Після стадії сушки відпрацьовані сушильні гази очищають від пилу продукту і газоподібних, шкідливих домішок, а потім викидають в атмосферу. До недоліків способу необхідно віднести наступне. Для відомого способу характерно нераціональне використання високопотенціальної теплової енергії, яку хоч би частково, доцільно було б перетворити у більш цінну механічну форму енергії, в тому числі в електричну. Виробництво добрив з використанням відомого способу приготування сушильних газів передбачає повне зовнішнє забезпечення його електроенергією. Спосіб не ефективний у випадку, якщо з вихідними компонентами доводиться вводити велику кількість вологи і початкова сировинна суміш є пульпою з вологістю 25-55%. Найбільш близьким по технічній сутності, досягнутому результату і прийнятий за прототип є відомий спосіб приготування сушильних газів при виробництві і сушці гранульованих мінеральних добрив із суміші сировини з вологістю 25 ¸ 55% шляхом згорання палива при оптимальному співвідношенні паливо-повітря, змішування високотемпературних продуктів згорання з атмосферним повітрям з отриманням суміші, температура якої 250650°С, направлення отриманої суміші в сушильний агрегат, грануляції і сушці сировинної пульпи в присутності ретурного продукту, очищення відпрацьованих сушильних газів від пилу продукту і шкідливих домішків перед викидом їх в атмосферу.(Див. "Новые разработки в технологии аммофосфата" Обз. Информация. Серия. Минеральные удобрения и серная кислота, НИИТЭХИМ, М., 1990, с.26). Одним із недоліків способу-прототипу є те, що для нього характерно нераціональне використання високопотенціальної теплової енергії, яку отримують на першій стадії приготування сушильних газів. Відповідно способу-прототипу після згорання природного газу в умовах оптимального значення коефіцієнта надлишку повітря, отримують продукти згорання з високою температурою 1600-1800°С. Однак, оскільки для сушки температура сушильних газів повинна бути нижча, гарячі гази розбавляють холодним повітрям. Доцільно було б, хоч би частково, вн утрішню енергію високотемпературних продуктів згорання перетворити в більш цінну механічну форму енергії, в тому числі в електричну. При цьому температура газів також понизиться. Виробництво з прийнятим засобом приготування сушильних газів по способу-прототипу передбачає повне зовнішнє забезпечення його електроенергією. Внаслідок цього загальне споживання всіх форм енергії при реалізації способу-прототипу економічно низько ефективне. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу підготовки сушильних газів для виробництва мінеральних добрив шляхом зміни режиму процесу згорання палива, що дозволяє вироблення додаткової електроенергії, необхідної для забезпечення роботи технологічної лінії сушки мінеральних добрив, знижуючи при цьому витрати на енергоресурси, покращуючи економічні показники виробництва в цілому. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі підготовки сушильного газу для виробництва мінеральних добрив, який включає отримання сушильного газу, шля хом згорання палива при оптимальній відповідності паливо-повітря, зниженні температури продуктів згорання додаванням до них вторинного атмосферного повітря, направлення отриманого сушильного газу в сушильний агрегат для сушки суміші сировинних компонентів з послідовними грануляцією і сушкою цієї суміші, очищення відпрацьованих сушильних газів перед викидом в атмосферу від пилу отриманих мінеральних добрив і шкідливих домішок з поверненням пійманих продуктів у виробництво, згідно винаходу, сушильний газ підготовляють у два прийоми згорання палива, причому частину палива спалюють в режимі отримання високотемпературної суміші продуктів згорання, які направляють на газотурбінну установку для перетворення частини внутрішньої енергії продуктів згорання в механічну і електричну енергію, а відпрацьовані гази газотурбінної установки перед направленням в сушильний агрегат змішують з продуктами згорання залишеної частини палива і вторинним атмосферним повітрям з отриманням сушильного газу в кількості і з температурою достатніми для сушки вибраного типу мінеральних добрив. Використання заявленого способу в сукупності з усіма суттєвими ознаками, включаючи відмітні, дозволяє в процесі перетворення наявної енергії палива в енергію потоку сушильних газів відповідних параметрів, виробити додаткову електроенергію, що робить процес отримання сушильних газів більш економним, покращуючи економічні показники виробництва мінеральних добрив в цілому. На фіг. представлена технологічна схема підготовки сушильного газу для сушки мінеральних добрив. Технологічна лінія містить в собі типову автономну газотурбінну електростанцію 1, яка включає в комплексі повітряний компресор 2, камеру 3 згорання, газотурбінну установку (ГТУ) 4 і електрогенератор 5. Лінія також містить в собі барабанну сушарку - гранулятор (БГС) 6, теплогенератор 7, вентилятор 8 первинного повітря, вентилятор 9 вторинного повітря, газохід 10, по якому подають відпрацьовані гази від ГТУ 4, вихлопну шахту 11 для викидання в атмосферу газів ГТУ в пусковий період, шибер 12 для регулювання потоку відпрацьованих газів від ГТУ 4 в пусковий період. Спосіб здійснюють таким чином. Існуючу те хнологічну лінію виробництва гранульованих добрив, робота якої базується на використанні апарату типу БГС, і яка виробляє широкий спектр мінеральних добрив на основі фосфорної кислоти, аміаку, хлориду калію, карбаміду і інших видів сировини устатковують типовою автономною газотурбіною електростанцією 1. При цьому, власне, зберігається суть апаратурного оформлення процесу отримання сушильних газів по способу-прототипу. Автономну газотурбінну електростанцію 1 запускають раніше і до пуску основного обладнання вона може працювати, викидаючи продукти згорання безпосередньо в атмосферу через вихлопну ша хту 11. Така можливість передбачається технічними характеристиками автономної газотурбінної електростанції, в склад якої входить ГТУ 4. Паливо, в якості якого використовують природний газ, при надходженні в цех ділять на дві частини. Основну частину палива направляють в камеру 3 згорання, куди також подають повітряним компресором 2 стиснуте атмосферне повітря. При згоранні даної частини палива отримують високотемпературну суміш продуктів згорання, яку в якості робочого тіла направляють на ГТУ 4. При розширенні продуктів згорання палива на ГТУ 4 частина внутрішньої енергії продуктів згорання перетворюється в механічну енергію, яка потім в електрогенераторі 5 перетворюється в електричну енергію. Електрогенератор 5 зблокований через редуктор з ГТУ 4. Електроенергія, яка виробляється автономною газотурбінною електростанцією 1, подається переважно в електромережу підприємства, а не в електромережу виробництва добрив. Такий підхід дозволяє з меншим ризиком здійснити пуск і зупинку виробництва, оскільки енергомережа виробництва виконує функції стабілізуючого фактора в періоди пікових навантажень. Роботі автономної газотурбінної електростанції 1 сприяє й те, що до неї підведена магістраль газопроводу малої витрати (до 500м 3/год), але підвищеного тиску (1,01,3МПа). Відпрацьовані гази після ГТУ 4 з температурою 390-400°С по газоходу 10 направляють для змішування з продуктами згорання залишків палива і вторинним атмосферним повітрям. Процес згорання залишку палива здійснюється в теплогенераторі 7. Пальник в теплогенераторі 7 працює з навантаженням 25-50% від номінального виробництва при звичайному методі ведення процесу по способу-прототипу. Втрата тепла при передачі відпрацьованих газів від ГТУ 4 в теплогенератор 7 невелика і температура газів не знижується нижче ніж 375°С. Вторинне атмосферне повітря подають в теплогенератор 7 через вентилятори 8 або 9. Потім отриманий сушильний газ в необхідній кількості і температурі поступає в апарат БГС 6, де здійснюють процес грануляції і сушки. Порядок розподілу палива по стадіях визначається спеціальними програмами і залежить від типу випускаючого добрива, а відповідно від максимально допустимої температури сушильних газів на вході в БГС 6. Використання для процесу сушки в апараті БГС 6 відпрацьованих газів від ГТУ 4 не викликає прояву будьяких небажаних хімічних процесів, не впливає на якість випускаючої продукції. Маса сушильних газів з необхідною температурою перед БГС 6 практично не залежить від того, що в ході виготовлення сушильних газів використовують прийом спалювання палива в дві стадії. В апарат БГС 6 подають сировинну пульпу і ретурні частинки продукту зі стадії класифікації. В окремих випадках разом з ретурними частинками в БГС 6 подають в гранульованому, або кристалічному вигляді хлористий кальцій, карбамід, сульфат амонія та інші компоненти. В результаті реалізації процесу грануляції і сушки пульпи отримують висушений гранулят з температурою 75-90°С. Гранулят направляють на стадію класифікації. При реалізації цієї стадії отримують товарну фракцію готового продукту і ретурні частинки з температурою приблизно 50°С. Ретурні частинки направляють в апарат БГС 6 в зону подачі пульпи. Відпрацьований сушильний газ на виході з апарату БГС 6 містить пиловидні частинки готового продукту, а також такі шкідливі речовини, як аміак і фтористий водень. Відпрацьований сушильний газ перед викидом в атмосферу очищають від пилу і шкідливих речовин до нормативного рівня в системах сухого і мокрого очищення. Пил, який уловлюється на стадії сухого очи щення, вводять в ретурний продукт і повертають в апарат БГС 6. Домішки, які уловлюються на стадії мокрого очищення, направляють на стадію приготування сировинної пульпи. Готовий продукт охолоджують і при необхідності кондиціонують, вкриваючи поверхню гранул спеціальними препаратами, які при зберіганні гранульованого продукту знижують його схильність до злежування. В результаті реалізації заявленого способу на стадії технологічного процесу підготовки сушильних газів перетворюють 20-25% внутрішньої енергії продуктів згорання в електроенергію. На типовій лінії отримання добрив при виробництві 10-12т/год продукту виробляють 1-1,1МВт електроенергії. На сьогоднішній день виконано попереднє техніко-економічне обґрунтування економічної доцільності створення дослідно-промислової енерготехнологічної установки (ЕТУ) на базі технологічної лінії амофосу для одного підприємства України. Нижче приводяться приклади реалізації способу-прототипу і заявленого способу. В прикладах при реалізації способів в якості палива використовують природний газ, склад якого виражений у масових % так: СН4 - 80,38; С2Н6 - 7,49; C 3H8 - 4,46; С4Н10 - 2,34; N 2 - 4,96; СО 2 - 0,37. Теплотворна нижча властивість палива - 46786,585кДж/кг. Теоретична витрата сухого повітря на спалювання палива -16,1327кг/кг палива: Приклад №1. Реалізація способу-прототипу: Для отримання 10т/год гранульованого добрива амофос, готують пульпу методом нейтралізації газоподібним аміаком суміші на основі відпрацьованого абсорбента стадії мокрого очищення сушильних газів від аміаку і пилу продукту, і екстракційної фосфорної кислоти. При цьому подають з кислотою 5200кг/год. Р2О5 , 1335,71кг/год NH3 і 1111,106кг/год. уловленого пилу продукту. Нейтралізація супроводжується видаленням із пульпи частини вологи за рахунок тепла хімічних реакцій. Після нейтралізації отримують 16923кг/год пульпи з температурою 115°С, з вмістом вільної води Н 2О 35,15%. Пульпу направляють для сушки і грануляції в сушильний апарат типу БГС 6, куди одночасно подають 10000кг/год ретурного продукту у вигляді частинок розміром переважно, менше 1мм. Температура ретура 50°С. Основні характеристики апарату такі: діаметр 4,5м, довжина 16м, швидкість обертання 5об/хв. Сушк у здійснюють сушильними газами, які готують в топці типу калорифер. Для отримання сушильних газів беруть 323,41кг/год палива (406м 3/год) з тиском 350-500кПа і температурою 20°С і подають на вузол згорання. Одночасно на вузол згорання вентилятором з атмосфери подають 5739,202кг/год, повітря з температурою 20°С. Кількість повітря, яке називається первинним, на вузол згорання забезпечує необхідну повноту згорання палива. Найбільш оптимально згорання палива ведуть при підтримці , коефіцієнта надлишку повітря на рівні a = 1 05 ¸ 1,15 . Під коефіцієнтом надлишку повітря a розуміють відношення фактичної кількості повітря, яке подається на згорання, до теоретично необхідної кількості. В прикладі підтримують коефіцієнт надлишку повітря a =1,1. Продукти згорання палива перед тим, як подавати в апарат БГС 6 змішують з атмосферним повітрям. При цьому температура отриманої суміші підтримується в межах 500±50°С. Для цього вентилятором подають 23739,54кг/год вторинного повітря з температурою 20°С. При температурі суміші 500°С коефіцієнт надлишку повітря a =5,65. В наслідок реалізації способу-прототипу отримують 29876кг/год сушильних газів, які містять в собі в основному N 2, СО2, О 2, а також пару води, характеристики якої далекі від умов насичення при атмосферному тиску. В процесі сушки і грануляції, при врахуванні втрат тепла 5%, із пульпи видаляють 5811,9кг/год води. Температура парогазової суміші при переміщенні в апараті БГС знижується, а на виході з апарату БГС її підтримують на рівні 95°С. З відпрацьованими сушильними газами з апарату виноситься 1111кг/год пилу. Температурні і гідравлічні умови в апараті БГС забезпечують необхідне вологознімання для даного навантаження апарату по амофосній пульпі. На вузол класифікації надходить 20000кг/год висушеного матеріалу. Класифікацію ведуть шляхом розсівання висушеного матеріалу на грохотах, обладнаних ситами 2 і 4мм. Товарні гранули продукту 10000кг/год з вологістю 1% направляють на склад. Великі гранули подрібнюють, змішують з маленькими частинками в кількості 10000кг/год і в якості ретурного продукту повертають у завантажувальну частину апарату БГС. При отриманні амофосу питома витрата палива складає 32,34кг/т продукту, або в перерахунку на умовне паливо 0,052 тут/т продукту. Повне споживання електричної енергії в головному корпусі виробництва складає 1мВт, а з урахуванням складу готової продукції 1,5мВт. Вся електрична енергія для роботи цеху поставляється з зовнішніх електричних мереж. Приклад 2. Реалізація заявленого способу. Для отримання 10000кг/год амофосу підготовку пульпи проводять як у способі-прототипі. Сушку і грануляцію проводять в апараті БГС 6 з характеристиками зазначеними вище. Заявлений спосіб має свої особливості, відмінні від тих, які застосовуються при підготовці сушильних газів для апарату БГС 6. В якості палива використовують природний газ, склад якого зазначено вище. Беруть 320кг/год газу з характеристиками: тиск 1,1МПа, температура 20°С і направляють в камеру 3 згорання автономної газотурбінної електростанції 1, яка включає в собі якості двигуна ГТУ 4. Прийнята газова витрата палива, що згорає, є номінальною для двигуна ТВЗ-137, який виготовляє підприємство "Мотор Сич", м. Запоріжжя. В камеру 3 згорання повітряним турбокомпресором 2 подають також 16426,96кг/год стиснутого атмосферного повітря, температура якого на всмоктувальному патрубку компресора 20°С. Коефіцієнт надлишку повітря в камері 3 згорання a =3,18. На виході з камери 3 згорання отримують 16665,58кг/год продуктів згорання з температурою 850°С. Гарячі продукти згорання в якості робочого тіла направляють на ГТУ 4 двигуна ТВЗ-137. При розширенні продуктів згорання палива на газовій турбіні частина внутрішньої енергії газів перетворюється в механічну енергію. Частина механічної енергії витрачається в турбокомпресорі на стиснення повітря, частина на переборювання сил тертя в підшипникових вузлах установки, а основна частина перетворюється в електрогенераторі 5 в електричну енергію. Електрогенератор 5 зблокований через редуктор з газовою турбіною. При коефіцієнті перетворення 23,5% на автономній газотурбінній електростанції 1 виробляється 1000кВт електроенергії з напругою 380-400 вольт і частотою 50 Герц. Відпрацьовані гази після газової турбіни в кількості 16665,584кг/год з температурою 390°С передають по газоходу 10 в теплогенератор 7 перед апаратом БГС 6. Втрата тепла через стінки газоходу до 5%. В топку теплогенератора 7 перед апаратом БГС 6 відпрацьовані гази ГТУ 4 подають при температурі 375°С. В топці теплогенератора 7 для отримання суміші сушильних газів з температурою 500°С спалюють додаткову кількість палива. На пальник топки теплогенератора 7 перед БГС 6 подають 187,7кг/год газоподібного палива, раніш прийнятого складу. Тиск газоподібного палива 350-500кПа, а температура 20°С. Згорання проводять в умовах подачі вентилятором 8 3330,92кг/год первинного повітря і 9296,29кг/год додаткового повітря розбавлення. Коефіцієнт надлишку повітря в топці теплогенератора 7 при згоранні додаткової кількості палива a =4,17. Сумарно при згоранні додаткової кількості палива в топці теплогенератора 7 отримують 12778,741кг/год продуктів згорання з температурою 661°С. В топці теплогенератора 7 продукти згорання додаткового палива змішують з відпрацьованими газами ГТУ 4. Після змішування отримують 29443,825кг/год компонентів сушильного газу з температурою 500°С. Маса отриманих сушильних газів на вході в апарат БГС 6 відрізняється від маси сушильних газів, отриманих в способіпрототипі менше ніж на 1,5%. Відмінності не принципові і знаходяться в межах похибки регулювання основних параметрів стадії сушки. В процесі сушки і грануляції, при врахуванні втрат тепла 5%, із пульпи видаляють 5812кг/год води. Температура потоку парогазової суміші в апараті БГС 6 знижується, на виході з апарату БГС 6 її підтримують на рівні 95°С. З відпрацьованими сушильними газами з апарату БГС 6 виноситься 1111,106кг/год пилу. Температурні і гідравлічні умови в апараті БГС 6 забезпечують необхідне вологознімання для даного навантаження апарату по амофосній пульпі. На вузол класифікації поступає 20000кг/год висушеного матеріалу. Класифікацію ведуть шляхом розсівання висушеного матеріалу на грохотах, обладнаних ситами 2 і 4мм. Товарні гранули продукту 10000кг/год з вологістю 1% направляють на склад. Великі гранули подрібнюють, змішують з маленькими частинками і в кількості 10000кг/год в якості ретурного продукту повертають у завантажувальну частину апарату БГС 6. В результаті реалізації способу отримують 10т/год гранульованого амофосу, який містить 52% Р2О5 і 11% Nзаг, 1% Н2Осв. Отриманий продукт задовольняє вимоги, які пред'являють до NPK - добриву марки 11:52:0. Питома витрата палива при реалізації способу-прототипу складає 50,77кг/т натури, або в перерахунку на умовне паливо 0,081тут/т натури продукту. Спожита цехом потужність електричної енергії за рахунок вироблення власної електроенергії знижується в порівнянні зі способом-прототипом до 0,5МВт. Реалізація заявленого способу більш економічна в порівнянні зі способом-прототипом. Згідно з даними на 01.05.2003 ціна природного газу становить 127,59грн/тут, а електроенергії 0,1396грн/кВт. Виходячи з цього, за рахунок зміни на виробництві амофосу стр уктури енергоспоживання, зниження собівартості амофосу, отриманого за пропонованим способом, в порівнянні зі способом-прототипом, складає 10,26грн/т продукту.