книги / Развитие химической промышленности в СССР (1917-1980). Т. 2 Развитие отдельных отраслей химической промышленности

обслуживаппе. Все указанные недостатки в конечном итоге и обусловили весьма низкие технико-экономические показатели этих печей.

В 1948—1950 гг. возникла проблема расширения производства циан­ амида кальция для применения его в качестве дефолианта хлопчатника при машинной уборке хлопка. Страна еще не имела собственных дефо­ лиантов, их импортировали. Впервые в СССР на Кировакапском химиче­

технологический процесс получения аэроцианамида кальция для постав­ ки хлопкосеющим райопам в качестве дефолианта. В 1950—1952 гг. были созданы новые конструкции циаиамидпых печей па Кировакапском химическом заводе, которые отличались своими геометрическими и тепло­ техническими параметрами, высокой производительностью и лучшими технико-экономическими показателями [17, с. 43].

Длительная экспериментальная проверка печи новой конструкции по­ казала ее высокую работоспособность и значительные преимущества в производственных условиях на Кировакапском химическом заводе [17, с. 45].

Исходя из полученных результатов испытания к впедрению была ре­ комендована печь новой конструкции, па базе которой осуществлена ре­ конструкция и расширение цеха цианамида кальция на Кировакапском химическом заводе п построены 1 1 0 печей па существующих производст­ венных площадках с минимальным объемом капитальных вложений, ко­ торые окупились в течение полугода. Это техническое мероприятие дало возможность обеспечить хлопкосеющие районы дефолиантом — топкомо­ лотым цианамидом кальция и создать крупнотоннажные производства дицпандиамида и меламина па этом заводе. Свыше 50 лет трудились в карбпд-цпанампдном производстве инженеры-технологи К. А. Меркпп,

А.Г. Хажакяд п А. С. Парилов, внесшие большой вклад в его развитие. Несмотря на то, что классический способ получения цианамида каль­

ция в течение более трех четвертей века оставался незыблемым, этот про­ цесс в настоящее время уже отжил свой век, физически и морально устарел. Создание новых производств на базе существующего метода не­ целесообразно как по экономическим, так и по техническим соображе­ ниям. В связи с этим за последнее десятилетие ищут новые, более эко­ номичные пути и методы получения цианамида кальция и его производ­ ных. В частности, весьма перспективен комбинированный метод получения аммиака, цианамида кальция и свободного цианамида.

Цианамид кальция весьма ценный продукт. Он является непревзойден­ ным долгодействующим азотсодержащим щелочным удобрением для кис­ лых почв. Только при разработке нового метода его получения и значи­ тельном сокращении энергетических затрат (в условиях комбинированных схем) его производство может развиваться для использования в растение­ водстве в качестве высокоэффективного щелочного азотного удобрения.

ПРОИЗВОДСТВО

МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

ГЛАВА ВОСЬМАЯ

АЗОТНЫЕ УДОБРЕНИЯ*

АММИАЧНАЯ СЕЛИТРА

Аммиачная селитра (пытрат аммония) —один из самых многотоынажпых продуктов отечественной химической промышленности. В основном при­ меняется в качестве азотного удобрепия (содержит ~34% азота) и в относительно небольших количествах для производства промышленных взрывчатых веществ, используемых в горнодобывающей промышленно­ сти, при строительстве гидросооружений и т. д.

В начале нынешнего столетия аммиачная селитра производилась в не­ которых зарубежных странах в основном как компонент взрывчатых смесей.

Широкое развитие производства аммиачной селитры, как и других азотных удобрений, стало возможным лишь на базе синтеза аммиака.

За рубежом синтетический аммиак первоначально перерабатывали в малокопцентрированные удобрепия —сульфат аммония и известково-ам­ миачную селитру, содержащие 2 1 % азота, однако аммиачпую селитру не применяли в сельском хозяйстве из-за ее взрывоопаспостп (известен взрыв в Огшау в 1921 г., когда при разрыхлении с помощью взрывчатых веществ слежавшейся двойной соли сульфата-нитрата аммония произо­ шла детонация с катастрофическими последствиями). Еще в 1903 г. ака­ демик Д. Н. Прянишников, внесший большой вклад в изучение азотного питания растений, называл аммиачную селитру «удобрением будущего». В конце 20-х годов, когда в СССР только закладывался фундамент азот­ ной промышленности и необходимо было установить ассортимент азот­ ных удобрений, особое внимание было обращено на перспективность ис­ пользования в сельском хозяйстве аммиачной селитры, единица азота в которой оказывалась наиболее дешевой. В результате глубокого изучения свойств, в том числе взрывоопасности, аммиачной селитры и особенно благодаря полевым опытам в различных зонах в основу отечественной азотной промышленности с самого начала ее развития была положена переработка аммиака в аммиачную селитру.

Начало широкого промышленного производства аммиачной селитры в Советском Союзе относится к годам первой пятилетки, когда построили четыре цеха аммиачной селитры. Три из них были довольно крупными: один по отечественной схеме и на отечественном оборудовании в Горловке

*Раздел «Аммиачная селитра» написан А. И. Бруштенном и И. Н. Поляковым, раз­ дел «Карбамид» — В. В. Лебедевым.

(1933 г.) п два с использованием импортного оборудования в Березниках (1932 г.) и в Бобриках (1933 г.).

Сущность процесса получения аммиачной селитры с тех нор осталась прежней —нейтрализация азотной кислоты аммиаком с образованием вод­ ных растворов нитрата аммония, их упаривание и последующая кристалли­ зация с получением твердого продукта. Однако технологическая схема и аппаратурное оформление неузнаваемо изменились.

Первые установки отличались громоздкой схемой и низкой произво­ дительностью оборудования. Последнее изготавливалось преимущественно из углеродистой стали с футеровкой кислотоупорной плиткой или из алю­ миния, подверженного коррозии. В редких случаях применялась дорого­ стоящая импортная нержавеющая сталь.

Тепло нейтрализации азотпой кислоты аммиаком в первых отечествен­ ных цехах, как и за рубежом, в го время не использовалось; из-за опасения термического разложения и высоких потерь сырья процесс нейтрализации проводили с искусственным охлаждением. Образующийся в нейтрализаторах раствор циркулировал через выносные холодильники. Это усложняло узел нейтрализации, и вся поступающая с азотной кисло­ той вода оставалась в растворе, для упаривания которого приходилось расходовать большое количество пара (1 Гкал и более па 1 т продукта). Выпарпые аппараты применялись преимущественно периодического дей­ ствия.

Стадия кристаллизации решалась по-разному. В одних схемах раствор после упаривания до концентрации 82—83% охлаждался до насыщенно­ го состояния и кристаллы отделялись на центрифугах. По схеме Кестнера раствор упаривался до 94—95% и плав заливался в чашечные кри­ сталлизаторы периодического действия. За счет тепла кристаллизации и теплосодержания плава при медленном интенсивном перемешивании (операция длилась до 4 ч) удалялась остаточная влага и получался мел­ кокристаллический продукт. Несмотря на очень низкое содержание влаги (0 ,1 —0 ,2 %) мелкокристаллическая селитра слеживалась в прочную моно­ литную массу, что крайне затрудняло ее использование в сельском хо­ зяйстве.

Более совершеппой была схема непрерывной кристаллизации па охлаждаемом вальце, по которой упаренный до 97—98,5% плав аммиач­ ной селитры непрерывно поступал в корыто. Здесь плав охлаждался по­ груженным в корыто полым барабаном, заполнявшимся проточной холод­ ной водой. Образующаяся при вращении барабана на его поверхности тонкая корка закристаллизовавшегося плава срезалась пожами, получа­ лись чешуйки размером преимущественно от 2—3 до 5—6 мм и толщиной 1—1,5 мм. Чешуйчатая селитра также слеживалась, хотя и в меньшей степени, чем мелкокристаллическая.

К середине 30-х годов был пакоплеи значительный опыт производства аммиачной селитры, а также применения ее в сельском хозяйстве. Дей­ ствующие производства интенсифицировались —периодические процессы заменялись непрерывными, совершенствовалось оборудование, начала ис­ пользоваться отечественная нержавеющая сталь. С 1934 г. для упаковки продукта вместо бочек стали применять многослойные мешки из битумированиой бумаги, что позволило ежегодно экономить десятки тысяч кубо­ метров леса и сотни тонн обручного железа.

В 1937 г. было выработано около 270 тыс. т аммиачной селитры. Проектировщики Гинроазота и исследователи ГИА вместе с заводски­

ми работниками продолжали совершенствовать технологический процесс. Основное внимание уделялось стадии нейтрализации и улучшению физи­ ческих свойств (снижению слеживаемости) аммпачпой селитры.

С расширением масштабов производства все более актуальной станови­ лась задача использования тепла нейтрализации. Еще в 1933 г. был раз­ работан (И. И. Гельперин и др.) и испытан комбинированный аппа­ рат ГЛ для получения концентрированных растворов аммиачной селитры с использованием не только тепла нейтрализации, но п тепла сокового пара. В конструкции аппарата были заложепы весьма прогрессивные идеп [1 ].

В 1935—1936 гг. па Чериоречеиском химическом заводе испытали разработанную Гипроазотом конструкцию нейтрализатора ИТР (исполь­ зование тепла реакции). Аппарат состоял из двух частей —реакционной (сатуратора) и испарительной. Нейтрализация в сатураторе осуществля­ лась под избыточным давлением 0,5—0,6 МПа с тем, чтобы не допустить кипения раствора в зоне реакции. Образовавшийся перегретый раствор нитрата аммония через редукционный вентиль непрерывно поступал в испарительную камеру, где кипел под атмосферным давлением. Азотпая кислота предварительно подогревалась соковым паром аппарата ИТР. В 1937—1938 гг. на Березниковском азотно-туковом заводе проводили испытания аппарата ИТН (использование тепла нейтрализации) более простой конструкции.

Улучшение физических свойств продукта осуществлялось путем обра­ ботки селитры гидрофобной добавкой (парафином) и освоения процесса гранулирования в башнях. Добавка парафипа применялась только в ча­ шечных кристаллизаторах. Гранулирование отрабатывали первоначально на лабораторной установке НИУИФа, а в 1934 г.—на Березниковском азотно-туковом заводе (А. М. Дубовицкпй, А. Г. Филинов и др.) в опыт­ ной башне высотой 15 м, в которой разбрызгивали 95%-иый плав при 145° С.

В предвоенные годы начался новый этап развития производства ам­ миачной селитры. До 1937—1938 гг. технический прогресс осуществлялся путем интенсификации установок, построенных в годы первой пятилет­ ки. В середине 30-х годов отечественное химическое машиностроение могло обеспечивать производство аммиачной селитры аппаратурой из нержавеющей стали, насосами из кислотоупорных сплавов и т. д.

На базе проведеппых работ и с использованием отечественного обору­ дования Гипроазот (А. К. Ковтун, Б. В. Козлов и др.) запроектировал че­ тыре цеха. До пачала Великой Отечественной войны были пущены три из них: цех гранулированной селитры в Кемерово (1937—1938 гг.), цехи в Днепродзержинске (1938 г.) и в Чирчике (1940 г.).

Вскоре после пуска аппараты ИТР удалось перевести на работу под атмосферным давлением, а мешалку для искусственной циркуляции раствора внутри сатуратора демонтировать; естественная циркуляция оказалась достаточно интенсивной, что заметно упростило обслуживание аппарата.

Аппарат ИТН, запроектированный для работы под атмосферным дав­ лением, первоначально был однопроходным, циркуляция раствора внутри аппарата пе предусматривалась. В последующем конструкция ИТН была

усовершенствована, ввод аммиака п кислоты перенесен вниз, в аппарате осуществлялась интенсивная циркуляция раствора между внутренним реакционным стаканом и наружной испарительной камерой. При проек­ тировании использовали результаты ранее проведенных исследований влияния температуры на процесс разложения нитрата аммония при осу­ ществлении реакции нейтрализации под атмосферным давлением [2 , 3], а также данные исследования упругости паров азотной кислоты и аммиа­ ка над водными растворами нитрата аммония [4].

Во всех проектах предусматривались многосекциоппые двухходовые горизонтальные трубчатые выпарные аппараты АС пленочного типа, рабо­ тавшие под разрежением, выгодно отличавшиеся простотой конструкции п повышенным паросъемом от старых громоздких аппаратов периодиче­ ского действия.

Поскольку на опытной установке в Березниках нельзя было получить исчерпывающих данных для проектирования грануляционных башен, пришлось до пуска Кемеровского азотно-тукового завода включить в пробную эксплуатацию грануляционные башни и отработать процессы выпаривания в аппаратах АС и гранулирования иа привозпой аммиачной селитре.

При пуске Кемеровского азотно-тукового завода, несмотря на новиз­ ну процесса, цех аммиачной селитры не испытывал неполадок и беспере­ бойно перерабатывал получаемое сырье, а в 1940 г. вышел иа первое место в стране по объему производства. В дальнейшем подобный метод пробных пусков на привозной селитре неоднократно применялся на дру­ гих предприятиях.

Накануне Великой Отечественной войны была создана крупная про­ мышленность по производству аммиачной селитры. Много селитры отгру­ жалось в хлопководческие районы Средней Азии, что заметно способство­ вало росту урожайности хлопчатника. Кроме того, аммиачная селитра (с промежуточным детонатором) иногда применялась при взрывных рабо­ тах на строительстве угольных шахт, при прокладке тоннелей, каналов,

аммиачной селитры выпускали предприятия, расположенные в восточ­ ных районах страны. Это сыграло важную роль, когда на захваченной врагом территории оказались Горловский, Днепродзержинский азотно­ туковые заводы и Сталиногорский химический комбинат. Вся тяжесть но обеспечению страны аммиачной селитрой легла на Березниковский, Кемеровский азотно-туковые заводы и Чирчикский электрохимический комбинат.

Аммиачная селитра поставлялась для пужд фронта, она применя­ лась и в сельском хозяйстве (почти исключительно для хлопковод­ ства) . Ее использовали для производства так называемых динамонов — смесей аммиачной селитры с горючими добавками (древесной мукой, торфом и т. п.), которые заменили применявшиеся в довоенные годы в горно-рудной промышленности «классические» взрывчатые вещества.

В 1945 г. был достигнут, а в 1948 г. вдвое превзойден (без ввода новых заводов) довоенный уровень производства аммиачной селитры. Однако для дальнейшего развития сельского хозяйства требовалось зна­ чительное увеличение выпуска минеральных удобрений. За период

предварительного упаривания растворов. Почти па всех заводах приме­

дорогостоящего пара. В то же время соковый пар, образующийся в аппа­ ратах ИТН, выбрасывали в атмосферу. Расчеты показали, что соковый пар пригоден для упаривания под вакуумом 65—68%-ных растворов селитры до 83%-ных. Однако эта идея оставалась неосуществленной, пока ГИАП в 1947 г. не запроектировал для Днепродзержинского азотно­ тукового завода устаповку двухступенчатого упаривания: в первой ступе­ ни (форвыпарка) —соковым паром, во второй —обычным промышлен­ ным паром давлепием 1),8 МПа. В качестве форвыпарки использовали одну секцию горизонтального аппарата АС, второй ступенью служил обычный многосекционпый аппарат АС.

Незадолго до этого обследование показало [7], что из-за значитель­ ного гидравлического сопротивления нижние секции (трубчатки) многосекционного аппарата АС работали не под вакуумом, как предусматри­ валось проектом, а под избыточным давлением. Результаты обследования оставались неиспользованными, пока при пуске форвыпарки в Днепро­ дзержинске не столкнулись с серьезными трудностями из-за повышенного гидравлического сопротивления [8 ]. В конце концов форвыпарку успеш­ но освоили и получили повые данные о гидравлическом режиме горизон­ тальных выпарных аппаратов АС. В проекты новых цехов стали закла­ дывать двухступенчатое упаривание, причем для первой ступени приме­ няли вертикальные аппараты с восходящей пленкой. Внедрение форвыпарки дало большую экономию промышленного пара. Уже в 1954— 1955 гг. ежегодно экономили сотни тысяч гигакалорий тепла.

За период 1946—1958 гг. выпуск аммиачной селитры возрос вчетверо, причем основной прирост был достигнут за счет интенсификации дей­ ствующих мощностей, введения технических усовершенствований, распро­ странения передового опыта лучших аппаратчиков М. И. Качкова, В. П. Хомяковой и др. С помощью Советского Союза было создано произ­ водство аммиачной селитры в социалистических странах.

Решения майского (1958 г.) Пленума ЦК КПСС об ускоренном разви­ тии химической промышленности послужили новым мощным стимулом роста производства азотных удобрений. Выпуск аммиачной селитры в 1965 г. почти в 2,5 раза превысил уровень 1958 г. За этот период было введено в эксплуатацию семь цехов аммиачной селитры.

Наиболее существенным в техническом прогрессе было внедрение способа охлаждения гранул в кипящем слое. Проводились также работы по интенсификации выпарпых аппаратов и по усовершенствованию гра­ нуляторов. Необходимость в охлаждении готового продукта была извест­ на, в отдельных проектах закладывали охлаждение гранул во вращаю­ щихся барабапах, но при крупиотонпажпых производствах этот метод был громоздким и трудноосуществимым. Требовалось принципиально новое решение. К началу 60-х . годов относится внедрение в производство аммиачной селитры разработанного в ГИАПе (Е. А. Казакова и др.) совместно с заводами метода охлаждения гранул в псевдоожижеппом слое [9].

В крупном промышленном масштабе охлаждение внедрили в 1960 г. на Днепродзержинском химическом комбипате в выносном (уста­

новленпом после грапуляцпоппой башни) аппарате и па Лисичанском химическом комбинате в аппарате, встроеппом в конус грануляционной башни. В последующие несколько лет охлаждающие аппараты, преиму­ щественно встроенные, реже выносные, были смонтированы на всех заводах.

Несмотря на выявленное в 1946—1948 гг. высокое гидравлическое сопротивление, горизонтальные выпарные аппараты по-прежнему приме­ нялись для конечного упаривания до 98%. Поверхность нагрева отдель­ ных секций аппарата возросла от первоначальных 9 до 60 и 125 м \

В 1962 г., когда на Новомосковском химическом комбинате потребо­ валось увеличить производство аммиачной селитры, а дополнительный выпарной аппарат не размещался в надстройке над башней, было пред­ ложено использовать вертикальный выпарной аппарат с поверхностью нагрева 32 м2 с восходящей пленкой, предназначенной для цеха карба­ мида. В принципе конструкция аппарата не отличалась от используемых в цехах аммиачной селитры форвыпарок, обогреваемых соковым паром. Этот компактный аппарат-трубчатку с сепаратором легко разместили на небольшой свободной площади. При пуске неожиданно оказалось, что удельная производительность примерно втрое превышает производитель­ ность обычных горизонтальных аппаратов АС.

ГИАП разработал вариант переделки двухходовой трубчатки горизон­ тального выпарного аппарата АС в аппарат вертикального типа, и в те­ чение ближайших лет подобную реконструкцию провели все заводы. От использования горизонтальных выпарных аппаратов полностью отка­ зались.

На протяжении 1958—1965 гг. продолжалось совершенствование центробежных грануляторов. В прежние годы оно сводилось к экспери­ ментальному опробованию перфорированных корзин различной формы и с различными диаметром и шагом отверстий. С 1956—1957 гг. в централь­ ной лаборатории Лисичанского химического комбината было положено начало изучению и совершенствованию процесса гранулирования и кон­ струкции грануляторов (Б. Г. Холин). Однако в те годы новые конструк­ ции не получили еще широкого распространения.

Были приняты меры по снижению предельной влажности гранулиро­ ванной аммиачной селитры от 1,5 до 1,0%, по нормированию темпера­ туры затаривания и содержания гранул размером 1—3 мм, а также по улучшению рассыпчатости. Достигнутое улучшение качества продукта позволило потребителям начать производство гранулированных промыш­ ленных взрывчатых веществ (механическая смесь гранул аммиачной селитры с другими компонентами), отличающихся рядом преимуществ и

ние и др.) у промышленных потребителей происходило разрушение гра­ нул селитры. Это послужило стимулом к изучению влияния отдельных факторов, особенно режима охлаждения, на механическую прочность гра­ нул сначала на Лисичанском химическом комбинате [10], затем в ГИАПе и в других организациях.

Гранулированную аммиачную селитру начали применять и в горно­ добывающей промышленности для приготовления простейших взрывча­ тых веществ (пгданитов) непосредственно на месте взрывных работ.