В основу всех промышленных предприятий по производству карбамида положена следующая экзотермическая реакция прямого синтеза между аммиаком и двуокисью углерода:

Процесс Снампроджетти ведет к образованию раствора карбамида концентрацией приблизительно 70% b.w., после чего следует завершающий этап получения твердого, приллированного или гранулированного, продукта.

Реакция хотя и проста, но ей присущи некоторые сложные аспекты:

• реакция управляется состоянием равновесия, для которого необходимо удаление и рециркуляция не превратившихся в карбамид реагентов;
• уровни температуры и давления весьма высоки;
• растворы очень агрессивны в плане коррозии;
• физические и химические показатели твердого карбамида носят критический характер;
• предприятие по производству карбамида может быть источником загрязнения воздуха и воды.

Снампроджетти полностью справляется со всеми вышеперечисленными проблемами, предлагая высококачественные решения, составляющие сильные стороны ее технологии, а именно:

• высокая эффективность процесса (низкое потребления сырья, малая
потребность в энергии);
• экологически безопасное воздействие на окружающую
среду;
• высокое качество продукции;
• утилизация технологического конденсата в качестве питательной котловой воды;
• работа отпарной колонны;
• высокая надежность (простое и безопасное управление, низкая коррозия, высокая пропускная способность);
• простота обслуживания – горизонтальное расположение – эжектор;
• первоклассное клиентское  обслуживание;
• обеспечение активной поддержки при помощи исследовательской работы – математическое моделирование.

Первое промышленное предприятие по производству карбамида на основе технологии регенерации NH₃ Снампроджетти было пущено в эксплуатацию в 1971 г. С тех пор на основе этой технологии уже действуют или в данное время строятся более 100 заводов по производству карбамида. За последние несколько десятилетий спрос на карбамид устойчиво растет. Снампроджетти реагирует на это проектированием предприятий все большей мощности. В 1998 году был впервые спроектирован завод мощностью 3000 тонн в день.

На заводе «Профертиль» в Аргентине, спроектированном Снампроджетти, проектная мощность одной линии составляет 3250 тонн в день.

Завод был пущен в 2001 году и его среднегодовой показатель составил 3600 тонн в день, достигнув рекордного производства почти 1,2 млн тонн карбамида в год. На основе этого опыта Снампроджетти уже начала проектировать новое поколение крупномасштабных заводов, мощность одной линии которых превышает пороговое значение 5000 тонн в день. Эксплуатационные качества отвечают самым взыскательным требованиям в части экономии энергии и экологического контроля. Уникальные свойства технологии Снампроджетти – результат непрерывной и интенсивной исследовательской работы, с отзывами от предприятий, действующих на основе выданных ею лицензий, и проводимыми на этих же предприятиях испытаниями, касающимися самого процесса, строительных материалов и размеров оборудования и машин.

Снапроджетти предоставляет свою технологию производства карбамида во всем мире и во всех промышленных отраслях (удобрения, корм для скота, производство смол и т.д.) посредством:

• продажи лицензий напрямую или через выбранных подрядчиков;
• осуществления проектирования и строительства исключительно в  рамках собственной организационной структуры от базовых проектов до сдачи объектов «под ключ».

Технология Снампроджетти может быть использована на предприятиях любой мощности, а, кроме того, для модернизации действующих предприятий.

Высокая эффективность процесса

Процесс высокоэффективен как с точки зрения потребления сырья, так и расхода энергии. Сырье, а именно аммиак и двуокись углерода, почти полностью превращается в карбамид. Это означает низкое потребление сырья, максимально приближенное к запланированной себестоимости, и в то же время экологически безопасное воздействие на окружающую среду (более 99,8% аммиака превращается в карбамид). Высокое соотношение NH₃/CO₂ в реакторе обеспечивает высокую степень превращения карбамата аммония, промежуточного соединения в процессе реакции, в карбамид (до 64%). Такой результат в сочетании с высокоэффективным процессом регенерации аммиака значительно сокращает рециркуляцию непрореагировавшего карбамата и размеры оборудования в отсеках для разложения и восстановления карбамата Внедрены некоторые способы утилизации тепла, которые окупаются в течение менее двух лет. Высокая степень превращения, высокая эффективность регенерации и утилизации тепла снижают потребление энергии, т.е. потребление пара, электричества и воды для охлаждения.

Экологически безопасное воздействие на окружающую среду

В последние десять лет экологический контроль стал одним из основных параметров при проектировании новых предприятий по производству карбамида и управлении действующими предприятиями. В обоих случаях для получения разрешений на строительство новых заводов и управление действующими важно соблюдать правила по предотвращению загрязнения. Снампроджетти предвосхищает все большее ужесточение правил по предотвращению загрязнения с помощью отличных запатентованных и проверенных решений, которые ведут к снижению загрязнения до экологически безопасных показателей.

Показатели загрязнения приводятся в таблице 1. Здесь уместно сделать несколько замечаний:

• одна из конструктивных особенностей технологии Снампроджетти снижает почти до нуля содержание аммиака в заводских вентиляционных системах, через которые осуществляется выброс т.н. «инертных компонентов» в атмосферу. Такому результату способствует и тот факт, что количество используемого на заводе пассивирующего воздуха очень мало по сравнению с другими технологиями;

• патентованная конструкция грануляционной башни естественного осушивания гарантирует снижение выброса карбамидной пыли в воздух ниже уровня 40 мг/Нм3 без системы предварительного удаления пыли;

• сбрасываемая заводом технологическая вода, содержащая 1 частицу на миллион карбамида и 1 частицу на миллион аммиака – важное достижение в деле уменьшения загрязнения воды, учитывая, что предприятия по производству карбамида сбрасывают технологическую воду в огромных количествах. Например, завод мощностью 2000 т в день, производящий гранулированную продукцию, ежедневно сбрасывает около 1100 т технологической воды.
 
Высокое качество продукции

Карбамид производится в основном в виде твердого продукта, приллированного или гранулированного. Разница в качестве двух твердых изделий значительна: оба имеют сферическую форму, однако размеры первого (приллированного) меньше и твердость ниже, а размеры второго (гранулированного) больше и твердость выше. Для обоих видов изделий Снампроджетти гарантирует отличную сыпучесть, которая предотвращает спекание при хранении насыпью, и простоту обработки на выходе с завода- изготовителя. Избыточный аммиак в замкнутом цикле синтеза при высоком давлении и правильный выбор характеристик процесса сводят к минимуму образование биурета, нежелательного побочного продукта в карбамиде.

Утилизация технологического конденсата в качестве питательной котловой воды

Как указано выше, технологическая вода может сбрасываться с содержанием 1 частицы на миллион карбамида и 1 частицы на миллион аммиака. Снампроджетти добилась этого выдающегося результата в начале восьмидесятых годов, о чем свидетельствует длинный список действующих предприятий, которые таких результатов достигают. Это касается не только почти всех предприятий, работающих на основе технологии Снампроджетти, но и предприятий, действующих на основе технологий третьих сторон, где применялась технология Снампроджетти. При столь пренебрежимо малых показателях загрязнения одновременно достигаются три цели, способствующие снижению себестоимости производства карбамида: сокращение удельного потребления аммиака, снижение уровня загрязнения окружающей среды и гарантированная возможность вторичного использования технологической воды для различных технических целей, например в качестве питательной котловой воды для производства пара при давлении, достигающем 110 бар

Отпарная колонна

Отпарная колонна является одной из важнейших единиц оборудования в любой технологии карбамидного отпаривания. Она выполняет функцию разложения на аммиак и двуокись углерода карбамата из раствора карбамида на выходе из реактора. Такое разделение осуществляется практически при том же давлении, что и в реакторе, в жестких неблагоприятных условиях: высокое давление, высокая температура, большая коррозионная агрессивность раствора, а также в условиях как жидкой, так и парообразной фаз, что всегда является потенциальным источником коррозии. Отпарная колонна состоит из вертикально расположенной связки труб, по внутренним стенкам которых стекает технологический раствор для обеспечения определенной длительности пребывания (во избежание образования биурета) и достижения высокого коэффициента теплообмена. В технологии Снампроджетти разделение аммиака и двуокиси углерода происходит в присутствии аммиака как стриппинг-реагента, а необходимое тепло обеспечивается за счет конденсации пара в оболочке. На первых промышленных предприятиях Снампроджетти в качестве материала для труб использовала титан. В конце восьмидесятых годов титан был заменен на два металла. Биметаллическая труба состоит из двух труб, имеющих общую ось: внешняя труба изготавливается из 25-22-2 Cr-Ni- Mo, а внутренняя - из циркония. Каждая труба изготавливается отдельно по спецификациям Снампроджетти. Затем их собирают и вдвигают друг в друга, механически закрепляя определенным образом. Сварка не требуется.

В последнее время разрабатываются и внедряются новые варианты конструкции отпарной колонны:

• Отпарная колонна из циркония «full Zirconium»
• Отпарная колонна «OMEGABOND»

Обе конструкции могут выдерживать более жесткие условия (в плане нижних  температур), что позволяет увеличить срок службы оборудования, оптимизировать условия работы предприятия и свести к минимуму необходимое обслуживание. В отпарной колонне “full Zirconium” и труба, и обшивка полностью изготовлены из циркония, который продемонстрировал прекрасную устойчивость к разрушению и коррозии. В отпарной колонне «OMEGABOND» учтен длительный опыт эксплуатации отпарной колонны из титана. За счет применения труб «OMEGABOND» (разработанных в сотрудничестве с корпорацией ATI Wah Chang, США), получаемых путем впрессовывания титановых (внешних) и циркониевых (внутренних) плашек, образующих металлургическое скрепление двух материалов, эта конструкция превосходит характеристики конструкции из титановых труб, подверженных разрушению.

Высокая надежность простое и безопасное управление, малая коррозия, высокая пропускная способность

Завод легко управляется без применения каких-либо особых методов контроля. Фактически наличие секции среднего давления (17 бар) своеобразного буфера для замкнутого цикла синтеза при высоком давлении, обеспечивает большую гибкость. Возможность локализации технологических жидкостей в замкнутом цикле синтеза при высоком давлении (т.е. без осуществления их сброса с предприятия) при остановке производства в чрезвычайных обстоятельствах в значительной степени упрощает перезапуск завода. Еще со времен начала развития промышленных предприятий по производству карбамида, в основу которых положена прямая реакция аммиака и двуокиси углерода, коррозия всегда была одной из главных проблем. Избыток аммиака, мягкое сочетание технологических жидкостей и правильный выбор материалов конструкций гарантируют малую коррозию. Гибкость, локализация, малая коррозия и правильный выбор механизмов и приборов управления обеспечивают высокую пропускную способность.

Взрывчатые смеси всегда представляли собой серьезную проблему для предприятий по производству карбамида: в некоторых случаях сильные взрывы приводили к человеческим жертвам и повреждениям  предприятий. Взрывчатые смеси образуются в результате одновременного присутствия горючих соединений (CH₄, C₂H₆, H₂), поступающих на предприятие вместе с сырьем (аммиаком и двуокисью углерода), кислорода, поступающего вместе с пассивирующим воздухом, и NH3. Когда все эти так называемые «инертные компоненты» выбрасываются предприятием в атмосферу, их состав представляет собой типичную взрывчатую смесь. В технологии Снампроджетти избыток аммиака в сочетании с использованием особого материала (циркония) в отпарной колонне сводит к минимуму использование кислорода (в виде воздуха), необходимого для пассивирования, и таким образом удается избежать образования взрывчатых смесей. На предприятиях действующих на основе технологии Снампроджетти, действительно никогда не случалось взрывов.

Удаление водорода из двуокиси углерода (исходного сырья) путем каталитического сжатия необязательно Кроме того, благодаря особым техническим решениям и средствам механического контроля, предусмотренным Снампроджетти при изготовлении оборудования, никогда не случалось технических поломок. Все эти конструктивные особенности доказывают в полной мере надежность технологии Снампроджетти, что очень важно для предприятий по производству карбамида. Высокая надежность предприятий по производству карбамида взявших за основу технологию Снампроджетти, объясняется по сути не только продуманностью процесса, но и точностью проектирования, улучшенной конструкцией оборудования и выбором материала для его изготовления Солидная технология в сочетании с добросовестным обслуживанием может гарантировать безопасную эксплуатацию в течение года при сохранении высокой пропускной способности в среднем в течение более чем 350 дней в году, включая плановые остановки производства с целью технического обслуживания.

Простота обслуживания – горизонтальное расположение

Техническое обслуживание оказывает важное воздействие на пропускную способность предприятия по производству карбамида, а следовательно и на себестоимость карбамида. У предприятий по производству карбамида, взявших за основу технологию Снампроджетти, ежегодная стоимость технического обслуживания составляет менее 1,5% объема капиталовложений.

Добросовестное техническое обслуживание улучшает пропускную способность предприятия и, в частности, может предотвратить остановки производства в результате непредвиденных поломок оборудования.С новыми методами проведения неразрушающих испытаний оборудования внедряется профилактическое обслуживание. Оно позволяет проверить состояние оборудования во время плановых остановок производства, а в некоторых случаях и в промежутках между ними, и спрогнозировать положение дел, в частности, остаточный ресурс оборудования, и таким образом дает возможность предпринять соответствующие действия. В технологии Снампроджетти наиболее важные узлы (например, оборудование замкнутого цикла синтеза при высоком давлении) расположены на нулевом уровне, что облегчает инспекции и ремонт, если таковые необходимы.

Рециркуляция непрореагировавших NH3 и CO2 в реактор обеспечивается эжектором, простым, статичным и не нуждающимся в обслуживании устройством, приводимым в действие аммиаком.

Горизонтальное расположение представляет собой ключевой элемент технологии Снампроджетти. Помимо значительного снижения стоимости, как капиталовложений, так и технического обслуживания оно в результате ведет к более простым и безопасным способам управления заводом и его технического обслуживания. Фактически все тяжелое оборудование (реактор, отпарная колонна, карбаматный конденсатор) установлено на нулевом уровне в отличие от других технологий, где тоже  оборудование установлено в верхней части сооружения (вертикальное расположение).

Первоклассное оказание содействия клиентам

Одним из наиболее важных аспектов нашей программы оказания содействия клиентам является обмен информацией с клиентами в целях содержания предприятия в оптимальных рабочих условиях и поддержания непрерывной работы Снампроджетти в области НИОКР. Содействие также распространяется на техническое обслуживание и инспекции оборудования Для дальнейшего обмена ноу-хау и опытом Снампроджетти периодически организует симпозиумы потребителей карбамида (всемирные или ограниченные определенными регионами).

Обеспечение активной поддержки в НИОКР – математическое моделирование

Технологическое лидерство обеспечивается только постоянными усилиями в работе по развитию. Именно поэтому Снампроджетти проводит на предприятиях, снованных на ее технологии, испытания по текущим исследованиям и разработкам для улучшения процесса производства, устройства оборудования, материалов конструкций, механизмов и т.д. С этой целью поддерживаются тесные контакты со всеми соответствующими производителями. Это обеспечивает предоставление клиентам не только самой современной, но и апробированной технологии. Осуществленные Снампроджетти капиталовложения имеют огромное значение для развития математической модели, имитирующей работу оборудования замкнутого цикла синтеза при высоком давлении, т.е. реактора, отпарной колонны и карбаматного конденсатора.

Путем решения дифференциальных уравнений модель позволяет рассчитать материал и тепловой баланс двух мономерных потоков в неустойчивом состоянии, газообразном и жидком, в

• потоке в состоянии кипения (реактор)
• противотоке в падающем тонком слое (отпарная колонна)
• потоке в состоянии кипения, состоянии закупорки, движении под давлением, тонком слое, состоянии пара (карбаматный конденсатор).

В модели с помощью соответствующих передаточных коэффициентов, относящихся к жидкостным и геометрическим параметрам, учитываются процесс перемещения массы между различными компонентами, а также теплообмен в разных фазах. Кинетические аспекты, относящиеся к образованию карбамида из карбамата, имитируются на основе уравнений, содержащихся в литературе. В основу термодинамической модели положено более сотни источников экспериментальных данных из литературы (Кавасуми, Дюриш, Инуэ), а также экспериментальные данные, полученные лабораторным путем в результате специальных испытаний по запросу Снампроджетти.

Рабочие данные

Заданное качество продукции, потребление сырья и ресурсов, утилизация на 1000 кг готового карбамида приводятся ниже.

(1) Включая потребление воды охлаждения в промежуточных радиаторах компрессора двуокиси углерода и в конденсаторе турбины.
(2) 15 мг/Нм³с системой удаления пыли.
(3) С малым содержанием кислоты.
(4) Местные климатические условия могут влиять на потребление электроэнергии. Включая систему охлаждения NH₃.
(5) Впрыскивается в паровую турбину.
(A) Компрессор двуокиси углерода с электромоторным приводом.
(B) Компрессор двуокиси углерода с паротурбинным приводом.

Таблица 2 Качество продукции, потребление сырья и ресурсов, утилизация.

С анализом российского рынка карбамида Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок карбамида в СНГ».

www.newchemistry.ru