Анализ деятельности ОАО «ТольяттиАзот» (г. Тольятти, Самарская область). Цех: производство карбамида

[Введите текст]

Министерство образования и науки РФ ГОУ ВПО Ивановский Государственный Химико-Технологический Университет

Отчет

по технологической практике

ОАО «ТольяттиАзот» (г. Тольятти, Самарская область)

Цех: производство карбамида

Иваново 2014

1. Общая характеристика производства

Полное наименование производства: производство карбамида мощностью 960 тыс. тонн в год поставки фирмы «Снампрожетти», Италия. Производство карбамида предназначено для получения гранулированного продукта, закуплено комплектно на компенсационной основе по контракту N 46−08/64 968 от 30.01.75 года, заключенному между ВО «Техмашимпорт» и фирмой «Снампрожетти», Италия.

Производство карбамида состоит из двух однотипных технологических линий (агрегатов).

Год ввода в эксплуатацию:

Агрегат № 1 введен в эксплуатацию в декабре 1979 года.

Агрегат № 2 введен в эксплуатацию в сентябре 1980 года.

Мощность производства:

Проектная — 960 тыс. тонн в год.

Количество часов работы в год — 8040 или 335 суток.

В состав производства входят также две парокотельные установки (№ 21 и № 24), пар которых используется для приводов паровых турбин части машинного оборудования, и установка химводоподготовки для получения питательной воды системы парообразования.

Для охлаждения технологических потоков предусмотрены системы охлаждающей оборотной воды и аппараты воздушного охлаждения (установки № 41 и № 44). Снабжение производства технологическим воздухом производится из общезаводской сети или от установки компремирования воздуха, имеющейся в производстве. Для обеспечения воздухом КИП предусмотрены две установки (№ 81) осушки технологического воздуха. Для обеспечения взрывобезопасности предусмотрено сжатие азота компрессорами 11/14-К-2 А/В до давления дистилляции II ступени. Выброс газов, поступающих от предохранительных клапанов и инертов, сбрасываемых из систем дистилляции и очистки сточных вод, осуществляется через две свечи 11/14-МЕ-14, 15. Управление основными стадиями производства осуществляется из центрального пункта управления (ЦПУ). Возникновение аварийных ситуаций предупреждается системами сигнализации, блокировок и защиты. Основное оборудование производства (в том числе компрессор СО2) установлено без резерва и рассчитано на работу в течение всего периода между капитальными (остановочными) ремонтами, проводимыми один раз в 2 года.

Метод производства: Карбамид получается путем синтеза из газообразной двуокиси углерода и жидкого аммиака при температуре 180−189°С и давлении 140−160 кгс/см2 с последующей трехступенчатой дистилляцией плава (с полным рециклом непрореагировавших NH3 и СО2) и двухступенчатой вакуумвыпаркой раствора карбамида. Гранулирование карбамида осуществляется в грануляционной башне в потоке восходящего воздуха. Окончательное остывание гранул до температуры отгрузки происходит в аппарате «кипящего слоя» или аэроохладителе.

Основные стадии процесса:

компремирование газообразной двуокиси углерода с подачей в колонну синтеза;

подача жидкого аммиака в колонну синтеза;

синтез карбамида;

дистилляция при высоком давлении;

дистилляция при среднем давлении;

дистилляция при низком давлении;

двухступенчатая выпарка;

очистка сточных вод;

гранулирование карбамида;

охлаждение гранул;

складирование карбамида насыпью и отгрузка;

фасовка карбамида в мягкие контейнеры;

Генеральный проектировщик — ГИАП, г. Москва. Проектировщик технологической и строительной части — итальянская фирма «Снампрожетти». Дополнительные узлы к проекту фирмы выполнены Дзержинским филиалом ГИАП. Разработчик технологического процесса — итальянская фирма «Снампрожетти» .

На основании опыта эксплуатации, уточненных данных и дополнительных рекомендаций фирмы «Снампрожетти», дополнительных проектов Дзержинского филиала ГИАП и рационализаторских предложений реконструкции и расширению подвергались следующие узлы производства:

В 1982 г. введена в эксплуатацию установка стабилизации карбамида путем введения карбамидоформальдегидной смолы в плав карбамида на всас насосов 11/14-Р-8. Проект установки выполнен итальянской фирмой «Снампрожетти». Обработка карбамида карбамидоформальдегидной смолой не изменяет мощности агрегата карбамида.

В 1981 г. смонтирована установка охлаждения углекислого газа перед компрессором позиции 11/14-К-1 с целью стабилизации работы компрессора. Проект выполнен Тольяттинским филиалом ГИАП.

Смонтированы дополнительные секции воздушных холодильников поз. 11/14-ЕА-4 для стабилизации работы выкуум-вытяжки турбины компрессора поз. 11/14-ТК-1. Монтаж выполнен на основании протокола приема в эксплуатацию 1 агрегата карбамида от 30.09.80 г., согласованного с Дзержинским филиалом ГИАП.

По письму фирмы «Снампрожетти» № 3126 от 2.04.80 г. выполнены дополнительные блокировки по защите работы турбокомпрессора поз. 11/14-К-1. Дополнение согласовано с Д/Ф ГИАП МТО 2/4−633 от 16.06.80 г.

По проекту проектно-конструкторского отдела объединения, согласованному с Дзержинским филиалом ГИАП в 1983 году изменена схема подачи углекислого газа на агрегаты карбамида.

В соответствии с письмом фирмы «Снампрожетти» № 2826 от 29.12.79 г. (согласовано с Дзержинским филиалом ГИАП) изменена схема подачи конденсата на всас насосов поз. 11/14-Р-1А/В/С.

В 1983 году внедрена схема разделения промывочного и процессового конденсата по проекту Дзержинского филиала ГИАП.

По рационализаторскому предложению № 1586 от 20.12.83 г., согласованному с Дзержинским филиалом ГИАП, в 1983 году смонтирована схема замкнутого водооборотного цикла для охлаждения маслосистемы насосов 11/14-Р-1, Р-2.

По согласованию с Дзержинским филиалом ГИАП (письмо МТ 02/4−472 от 12.05.80 г.) выполнена схема подачи азота для продувки дегазатора поз. 11/14-MV-12 перед заполнением и после опорожнения.

По проекту фирмы «Снампрожетти» выполнен монтаж термопары поз. ТI-72 на пусковой линии подачи аммиака в отпарную колонну поз. 11/14-Е-1.

По проекту Дзержинского филиала ГИАП установлен подземный сборник аммиака поз. VD-4A с подводящим трубопроводом, трубопроводом азота и предклапанами.

По согласованию с Дзержинским филиалом ГИАП выполнен монтаж фильтра на дне сепаратора поз. 11/14-MV-7 для стабилизации работы насосов поз. 11/14-Р-8А/В, а также монтаж форсунок на газоходе сепаратора второй ступени выпарки поз. 11/14-MV-7, с целью стабилизации работы выпарки.

По рацпредложению № 630/80 от 17.03.80 г. смонтирован плавопровод, объединяющий 11 и 14 установки и по рацпредложению № 4209 от 01.06.95 г. смонтирована перемычка между емкостями 11-V-3 и 14-V-3 с использованием плавопровода.

По проекту фирмы «Уреа Кaзале» осуществлена реконструкция узла очистки сточных вод на 1 агрегате в 1995 г., на 2 агрегате в 1996 г., позволяющая полностью исключить содержание карбамида в сточной воде и снизить содержание NH3 в ней до 2−6 мг/л.

По проекту фирмы «Уреа Казале» осуществлена реконструкция реакторов на 1 агрегате в декабре 1993 г., на 2 агрегате — в октябре 1993 г., что позволило улучшить массообмен компонентов, участвующих в реакции синтеза и повысить степень конверсии карбамата в карбамид.

На основании технического решения от 2.06.80г., согласованного с Дзержинским филиалом ГИАП, выполнена подача конденсата пара Р=26кгс/см2 после конденсатного горшка кипятильника поз. 11/14-Е-16 в кубовую часть десорбера поз. 11/14-С-2.

Изменена схема регулирования температуры верха десорбера 11/14-С-2 по техническому решению, согласованному с Дзержинским филиалом ГИАП (письмо № МТО 2/4−696 от 19.08.83 г.).

В 1982 году выполнена схема подачи технологического воздуха из общезаводской сети в воздушные рессиверы поз. 81-V-1 А-Н.

На основании рекомендаций фирмы «Снампрожетти» и технического решения в 1983 году произведена переобвязка стриппера поз.14-Е-1 по пару 26 кгс/см2.

В соответствии с мероприятиями по стабилизации работы агрегатов карбамида фирмы «Снампрожетти» в 1986 году произведена замена стриппера 11-Е-1 на стриппер поставки японской фирмы «Кобестилл» .

Произведена замена воздушных компрессоров фирмы «Центак» на воздушные компрессора отечественного производства 6ВВ-25/9V2.

Дополнительно, к существующей установке охлаждающей воды 41/44-ЕА-1 А-Т, смонтирована установка охлаждающей воды для дополнительного захолаживания охлаждающей воды (41/44-ВОЦ-2), предусмотрена работа и без дополнительной системы охлаждающей воды (например, в зимнее время, в случае ее ремонта). Проект выполнен ТИАП в 1989 году.

По проекту швейцарской фирмы «Уреа Казале» установлена новая игла 11/14-EJ-1v улучшенной конструкции.

С целью улучшения грансостава установлены кассетные фильтры для очистки плава перед корзинами грануляторов.

Заменены и опробованы новые корзины грануляторов украинской фирмы «Холина», позволяющие получить грансостав фракции 2−3 мм до 80% и более.

С целью улучшения качества карбамида смонтирована установка захолаживания гранул с системой очистки выбрасываемого воздуха от пыли карбамида по проекту ПКО «Тольяттиазот» в 1988 году на 2-ом агрегате и «Аэроохладитель» с установкой очистки воздуха по проекту «Урал ТНП» в 1995 году на 1-ом агрегате.

По проекту Тольяттинского филиала ГИАП в 1995 году смонтирована установка по загрузке карбамида насыпью в сухогрузы в речном порту г. Тольятти.

В 1991 году по проекту фирмы «Норск Гидро» смонтирована установка для загрузки карбамида в мягкие контейнера весом 400−1000 кг и перемещения контейнеров с помощью ленточного транспортера на расстояние до 8 метров от места их загрузки с последующей загрузкой контейнеров в открытые полувагоны тельфером.

В 1994 году произведена реконструкция компрессора СО2 11/14-К-1 по проекту швейцарской фирмы «Уреа Казале» с целью увеличения производительности компрессора до 28 000 — 30 000 нм3/час по сухому СО2.

На котле 21/24-В-1 заменены колеса воздушных вентиляторов 21/24-МК-1А/В с целью увеличения их производительности и производительности котла по пару до 134 т/час.

На линии плава от насосов 11-Р-8А/В установлен расходомер-счетчик плава фирмы «Фишер-Роземаунт» модели СМF200.

Замена остальных узлов на машинном и аппаратурном оборудовании на аналоги из отечественного и импортного оборудования не повлияла на изменение технологии получения карбамида и безопасность работы установки.

С целью увеличения производительности в 2007 году смонтированы внутренние устройства в реактор поз. 11-R-1 по проекту ОАО «НИИК».

2. Характеристика производимой продукции

2.1 Техническое наименование продукта: карбамид или мочевина

Карбамид должен быть изготовлен в соответствии с требованиями настоящего технологического регламента и по своим физико-химическим показателям, соответствовать требованиям и нормам ГОСТа 2081;92.

Выписка из ГОСТа 2081;92

Таблица 1

Примечания:

1. Массовая доля воды для поставок на экспорт, определяемая методом Фишера, не должна превышать 0,5%.

2. Массовая доля воды нормируется на момент приемки у потребителя.

3. Допускается обработка карбамида марки «Б» кондиционирующими добавками.

В качестве кондиционирующей добавки используется карбамидоформальдегидная смола, обеспечивающая сохранность товарных свойств продукта при транспортировании и хранении.

Основные свойства и качество карбамида.

В данном производстве карбамид выпускается в виде гранул. По внешнему виду гранулы карбамида белые или слабоокрашенные.

Карбамид СО (NH2)2 — содержит 46,6% азота в амидной форме.

Раствор карбамида в воде обладает слабощелочными свойствами.

Физико-химические свойства карбамида:

Карбамид представляет собой амид карбаминовой кислоты Н2NCOOH или полный амид угольной кислоты, НО СООН.

Химическая формула: СО (NH2)2.

Структурная формула: / NH2

O = C NH2

При взаимодействии карбамида с кислотами образуются солеобразные соединения. Например, с азотной кислотой карбамид образует нитрат карбамида СО (NH2)2. HNO3 — малорастворимые в воде кристаллы, разлагающиеся при нагревании со взрывом.

При обработке карбамида фосфорной кислотой образуется фосфат карбамида СО (NH2)2. Н3РО4 — ромбические кристаллы, хорошо растворимые в воде, фосфат карбамида используется в производстве сложных удобрений.

С некоторыми солями карбамид образует комплексные соединения. При смешении в определенных соотношениях с аммиачной селитрой карбамид образует комплексные соединения, более растворимые, нежели каждая соль в отдельности. Так, в 100 г воды при 30 °C можно растворить 1567 г смеси 46% СО (NH2)2 и 54% NH4NO3, занимающий объем примерно в 12 раз больший, чем начальный объем указанного количества воды.

При взаимодействии гипса с водным раствором карбамида образуется соединения СаSO4.4СО (NH2)2.

Комплексные соединения карбамид образует также с нормальными углеводородами и их производными. После фильтрования каждый компонент, входящий в полученный комплекс, выделяется количественно. Это свойство карбамида используется в нефтяной промышленности для очистки масел. Реагируя с формальдегидом при нагревании в присутствии щелочи, карбамид образует различные высокомолекулярные продукты, которые применяются в промышленности для изготовления пластических масс. Продукт, полученный путем конденсации карбамида с формальдегидом в кислой среде, представляет собой карбамидоформальдегидное удобрение, содержащее до 40% азота, большая часть которого находится в труднорастворимой, но полностью усвояемой растениями форме.

Растворимость карбамида:

В воде карбамид растворяется хорошо. При повышении температуры его растворимость увеличивается.

Таблица 2 — Растворимость карбамида в воде в зависимости от температуры

Значительно труднее растворяется карбамид в метиловом, этиловом и других спиртах. В эфире он малорастворим и нерастворим в хлороформе. Карбамид легко растворяется в жидком аммиаке, образуя соединение СО (NH2)2.NH3, содержащее 71,9% карбамида и 21,1% аммиака и существующее только в растворах. С повышением температуры растворимость карбамида в аммиаке значительно возрастает.

Таблица 3 — Растворимость карбамида в жидком аммиаке в зависимости от температуры

При 30 °C и выше карбамид растворяется в жидком аммиаке лучше, чем в воде. В отличие от жидкого аммиака раствор карбамида в нем более электропроводен. Растворение карбамида в жидком аммиаке связано с понижением давления паров аммиака над насыщенным раствором карбамида по сравнению с давлением паров аммиака над чистым жидким аммиаком.

Таблица 4 — Давление паров над насыщенным раствором карбамида в жидком аммиаке и над жидким аммиаком

Разложение карбамида:

Твердый карбамид, нагретый под вакуумом до 120−130°С возгоняется без разложения.

Нагревание сухого карбамида при атмосферном давлении выше температуры плавления 132,7°С приводит к образованию биурета, а при 180−190°С — циануровой кислоты, аммелида, биурета и др. Предполагаемый механизм разложения карбамида довольно сложен. Сначала происходит изомеризация карбамида в цианат аммония, который диссоциирует на аммиак и циануровую кислоту. Последняя при взаимодействии с карбамидом образует биурет. Реагируя с карбамидом, биурет превращается в циануровую кислоту (HOCN)3. Амиды этой кислоты — аммелин, аммелид и меламин — образуются действием на нее выделившимся аммиаком. При наличии избытка аммиака скорость разложения карбамида уменьшается.

Водные растворы карбамида менее стабильны, чем чистый карбамид, гидролиз и разложение их начинается уже при 60 °C. Практически при температуре ниже 80 °C раствор карбамида в воде можно считать вполне устойчивым, но при 90 °C указанные реакции протекают с заметной скоростью. При кипении раствора карбамида скорость его гидролиза сильно возрастает, так как выделяющиеся в результате разложения аммиак и двуокись углерода удаляются из системы и равновесие реакции сдвигается в сторону образования NH3 и СО2. Это приводит к тому, что при выпаривании растворов карбамида некоторое количество его (2−3%), обычно теряется. Если нагревать раствор карбамида при атмосферном давлении до температуры выше 80 °C, карбамид гидролизуется в аммонийную соль карбаминовой кислоты или карбамат аммония:

карбамит производство биурет СО (NH2)2 + H2O == H2NCOONH4

Растворяясь в воде, карбамат аммония частично образует карбонат аммония, который диссоциирует затем в бикарбонат аммония, распадающийся далее на СО2, NH3 и Н2О.

H2N — CO — ONH4 + H2O == (NH4)2 CO3

(NH4)2 CO3 —- NH4HCO3 + NH3

NH4HCO3 —- CO2 + NH3 + H2O

Полнота протекания реакции гидролиза зависит от температуры и продолжительности процесса. Степень гидролиза карбамата аммония значительно снижается в присутствии аммиака. При нагревании водных растворов карбамид независимо от гидролиза с заметной скоростью подвергается термическому разложению. При этом выделяется аммиак и образуется биурет.

2H2N — CO — NH2 —- H2N — CO — NH — CO NH2 + NH3

Присутствие биурета в карбамиде нежелательно, так как он вредно действует на растения. Степень превращения карбамида в биурет при прочих равных условиях зависит только от температуры. Влияние ее на скорость образования биурета для наглядности может быть иллюстрировано следующими данными. Для чистого карбамида имеем:

Таблица 5

Для технического карбамида скорость образования биурета при 100 °C составляет 0,1% в час. В этом случае снижение скорости разложения карбамида является следствием присутствия в нем загрязнений.

В производстве карбамида из аммиака и двуокиси углерода образование биурета наблюдается в разной степени на всех стадиях процесса.

Благоприятными условиями для образования биурета являются:

— удаления аммиака из сферы реакции;

— высокая температура;

— длительное пребывание концентрированных растворов карбамида при высоких температурах.

На стадии синтеза карбамида биурет образуется в небольших количествах, так как в присутствии избытка аммиака степень разложения карбамида уменьшается.

Увеличение количества биурета наблюдается на стадиях дистилляции, т.к. они связаны с применением теплоносителя-пара, что способствует местным перегревам раствора.

Выпаривание раствора карбамида для переработки его в гранулированный продукт протекает при высоких температурах, что также вызывает значительное разложение карбамида и образование биурета.

Гигроскопичность и слеживаемость карбамида.

Карбамид, содержащий 0,2−0,3% влаги, практически не слеживается, хорошо рассыпается и рассеивается. Это особенно важно при механизированном внесении карбамида в почву. По гигроскопичности карбамид очень близок к сульфату аммония. Он менее гигроскопичен, чем такие удобрения, как аммиачная селитра и нитрат кальция. Для карбамида гигроскопическая точка характеризуется следующими данными:

Таблица 6

Карбамид способен слеживаться, что обуславливается его хорошей растворимостью в воде. Он сильно слеживается при длительном хранении в горячем и влажном (содержание влаги 0,5−1%) состоянии. Влага образует с солью насыщенный раствор. При остывании соли растворимость его в воде уменьшается, и из насыщенного раствора выделяются кристаллы, которые, срастаясь, постепенно образуют монолитную массу. Слеживаемость карбамида, как и любого другого удобрения, вызывает большие затруднения при хранении, транспортировке и внесении в почву. Уменьшение слеживаемости карбамида достигается снижением влаги в готовом продукте и охлаждением его до температуры 50−60°С.

2.2 Применение карбамида

Карбамид в сельском хозяйстве.

Карбамид представляет собой азотное удобрение, содержащее азот в амидной форме (в составе NH2 группы). По сравнению с другими твердыми азотными удобрениями карбамид содержит большое количество азота, это в основном и определяет экономическую целесообразность его использования в сельском хозяйстве в качестве удобрения.

Таблица 7

По своим физико-химическим свойствам карбамид обладает рядом преимуществ перед широко используемой в качестве удобрения аммиачной селитрой: не взрывоопасен, менее гигроскопичен и не так сильно слеживается.

Карбамид можно применять также для внекорневой подкормки растений, так как он, в отличие от аммиачной селитры, не вызывает ожогов листьев. При внекорневой подкормке фруктовых деревьев раствором карбамида достигаются хорошие результаты. Агрохимические свойства карбамида изучены довольно тщательно. Растения могут усваивать азот карбамида непосредственно, хотя этот процесс происходит сравнительно медленно. Наиболее легко азот усваивается в нитратной форме (NO3) или аммиачной форме (NH4). В сельском хозяйстве в ряде стран карбамид употребляется в виде водных растворов, часто в смеси с нитратом аммония, аммиаком и другими азотосодержищими соединениями.

В областях обильного увлажнения и в районах поливного земледелия более эффективны карбамидоформальдегидные удобрения, которые представляют собой продукты конденсации карбамида с формальдегидом. Они содержат до 40% азота и относятся к группе концентрированных удобрений. Азот в них находится в труднорастворимой форме, но полностью усваивается растениями.

Преимущество труднорастворимой формы азотных удобрений перед легкорастворимыми и экономичность их применения обусловлены в основном медленной отдачей азота растениям в течение длительного времени.

Карбамид в промышленности.

Наибольшее количество используемого для технических нужд карбамида потребляется в производстве карбамидоформальдегидных полимеров (КФП), получаемых путем поликонденсации карбамида с формальдегидом. В связи с этим важное значение приобретает кооперирование производства карбамида и формальдегида.

В нефтеперерабатывающей промышленности карбамид применяется для разделения нефтепродуктов методом экстрактивной кристаллизации.

В фармацевтической промышленности карбамид употребляется для приготовления некоторых лекарственных препаратов. Его применяют в качестве умягчителя некоторых косметических кремов и лосьонов, в производстве синтетических красителей и моющих средств, а также некоторых взрывчатых составов.