способ получения аммиачно-кальциевой селитры

Формула изобретения

Способ получения аммиачно-кальциевой селитры, включающий нейтрализацию азотной кислоты аммиаком, введение кальциевой селитры, упаривание раствора и грануляцию плава, отличающийся тем, что кальциевую селитру вводят до стадии нейтрализации путем растворения в азотной кислоте карбоната или оксида кальция при поддержании концентрации раствора кальциевой селитры в азотной кислоте в пределах 5-20 мас.% с последующей нейтрализацией полученного раствора.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к промышленности минеральных удобрений и может быть использовано на предприятиях, производящих гранулированную аммиачную селитру для улучшения ее физико-химических, физико-механических и агрохимических свойств.

Известно получение известково-аммиачной селитры, которая используется в качестве кальций-азот-содержащего минерального удобрения (См. например: «Технология аммиачной селитры» под ред. В.М.Олевского, «Химия», стр.240-247).

Применение известково-аммиачной селитры в определенной степени решает проблему нейтрализации физиологической кислотности нитрата аммония (в почве) и уменьшения взрывоопасных свойств чистой аммиачной селитры. Способ ее производства состоит в смешении плава аммиачной селитры с карбонатом кальция (измельченный мел, доломит, известняковая мука и др.) с последующей грануляцией. Недостатком общепринятого способа является наличие операции смешения расплава с твердым сыпучим материалом. Осуществить и надежно оформить аппаратурно такой процесс довольно сложно. Кроме того, при смешении плава селитры с карбонатом кальция при температуре 130-150°С неизбежно протекает реакция:

СаСО₃+2NH₄NO₃=Ca(NO₃ )₂+2NH₃+CO₂+Н₂О,

приводящая к потере части аммонийного азота, а иногда к разрушению готового продукта при хранении. Получаемые частицы для отделения целевой фракции требуют рассева, помола, ретура. Происходит также периодическая забивка грануляторов, что снижает производительность оборудования.

Наиболее близким по поставленной задаче и получаемому продукту является запатентованный в 2004 году Новгородским ОАО «Акрон» «Способ получения аммиачно-нитратного удобрения» (Патент РФ №2228919). В патенте поставлена задача и обоснована целесообразность получения аммиачно-кальциевой селитры. Сущность способа заключается в том, что в 85-93% раствор аммиачной селитры перед стадией упаривания вводят добавку в виде 49-56% водного раствора нитрата кальция в количестве 10-15% Са(NO₃ )₂. Недостатками данного способа-прототипа являются:

- необходимость получения раствора кальциевой селитры (например, при азотнокислотном разложении апатитов), что существенно сужает круг предприятий, способных воспользоваться данным способом и удорожает конечный продукт. Рыночная стоимость кальциевой селитры в несколько раз выше аммиачной.

- введение с раствором добавки значительного количества воды, что увеличивает нагрузку на пленочную выпарную установку, требует дополнительных энергозатрат и снижает производительность.

Нами поставлена более широкая задача - получение аммиачно-кальциевой селитры вне зависимости от производства или наличия Са(NO₃)₂, опираясь на недефицитное, дешевое кальциевое сырье, например, известняк, известняковая мука, доломит, мел, известь и др. При этом, помимо получения удобрения с улучшенными свойствами, снижается аммиачная (а, значит, и дорогостоящая газовая) составляющая в себестоимости готового продукта. Необходимо отметить, что нитрат кальция сам по себе является универсальным физиологически щелочным удобрением, пригодным для всех почв. Важное значение нитрат кальция имеет как удобрение для посевов льна, конопли, ячменя, картофеля и других культур (Технология минеральных солей. М.Е.Позин, Л.: Химия, 1974, т.2, стр.1210). Поэтому использование нитрата кальция в гомогенной смеси с аммиачной селитрой особенно целесообразно.

Указанная цель достигается тем, что кальциевую селитру вводят до стадии нейтрализации путем растворения в азотной кислоте карбоната или оксида кальция, причем концентрацию Ca(NO₃ )₂ в азотной кислоте поддерживают в пределах 5-20 мас.%. Получаемый раствор нейтрализуют далее газообразным аммиаком. Смешанный раствор упаривают до плава и гранулируют известным способом. Диаграмма плавкости системы NH₄ NO₃ - Са(NO₃)₂ исследована очень мало, известна только эвтектика при 29,5 мол.% (46,2 вес.%) Са(NO ₃)₂ и температуре 110°С. Поэтому увеличение содержания нитрата кальция в смешанном плаве выше 20 вес.% нецелесообразно, т.к. усложняет процесс грануляции из-за снижения температуры затвердевания смешанного плава.

Техническая схема осуществления способа представлена на чертеже.

Неконцентрированная азотная кислота с содержанием 56-58% HNO₃ поступает на стадию растворения, где вступает во взаимодействие с кальцийсодержащим сырьем, например, мелом. При этом протекает реакция:

2HNO ₃+СаСО₃=Са(NO₃)₂+СО ₂+H₂O.

Количество мела дозируется с таким расчетом, чтобы на выходе получался раствор кальциевой селитры в азотной кислоте концентрацией от 5 до 20 мас.% Са(NO ₃)₂.

Этот раствор подается в аппарат нейтрализации (ИТН), где контактирует с газообразным аммиаком с получением смешанного раствора, содержащего аммиачную и кальциевую селитру в соотношении NH₄NO₃-Са(NO ₃)₂=(4,0-19):1. Раствор упаривают до плава и гранулируют. Охлажденные гранулы обрабатывают кондиционирующей добавкой и упаковывают.

Ниже описаны примеры практического осуществления патентуемого способа.

Пример 1.

100 г СаСО₃ растворили в 1,6 л 57% HNO₃, получили 7,5% раствор Са(NO₃)₂ в азотной кислоте. Сравнили полученный раствор с исходной кислотой:

HNO3	HNO 3+Са(NO3)2
d20°C=1,35 кг/дм3	d 20°C=1,375 кг/дм3
Ткр=-19,5°C	Ткр=-40°С

Раствор нейтрализовали аммиаком до слабощелочной среды, смесь растворов NH₄NO₃ и Са(NO₃ )₂, полученных в соотношении 9:1, упарили до плава и провели грануляцию. Полученный готовый продукт имеет следующие показатели:

Са(NO3)2, % - 10,0	CaO, % - 3,4
NH4NO3, % - 89,7	N, % - 33,1
Н 2O, % - 0,3
прочность, кг/гранулу - 2,5

Пример 2.

100 г СаСО₃ растворили в 0,8 л 57% HNO₃, получили 15% раствор Са(NO₃ )₂ в азотной кислоте. Сравнили полученный раствор с исходной кислотой:

HNO3	HNO 3+Ca(NO3)2
d20°C=1,35 кг/дм3	d 20°C=1,4 кг/дм3
Ткр=-19,5°С	Ткр=<-40°С

Раствор нейтрализовали аммиаком до слабощелочной среды, смесь растворов NH₄NO₃ и Ca(NO₃ )₂, полученных в соотношении 4:1, упарили до плава и провели грануляцию. Полученный готовый продукт имеет следующие показатели:

Са(NO3)2, % - 20,0	СаО, % - 6,9
NH4NO3, % - 79,7	N, % - 31,3
H 2O, % - 0,3
прочность, кг/гранулу > 2,5

Пример 3.

100 г СаО растворили в 2,8 л 57% HNO ₃, получили 7,5% раствор Ca(NO₃)₂ в азотной кислоте. Далее процесс ведут, как в примере 1. Полученный готовый продукт имеет следующие показатели:

Ca(NO3)2, % - 10,0	СаО, % - 3,4
NH4NO3, % - 89,8	N, % - 33,1
Н 2O, % - 0,2
прочность, кг/гранулу > 2,5