VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Карбамид (мочевина) – полный амид угольной кислоты. Карбамид представляет собой бесцветные кристаллы легко растворимые в воде, спирте, жидком аммиаке, сернистом ангидриде. Температура плавления 132,7 °C, плотность 1,33•10³ кг/м³ [1].

В России выпускают карбамид двух марок – А и Б. Карбамид марки А предназначен для использования в промышленности в производстве пластмасс, смол, клеев. Карбамид марки Б используется в сельском хозяйстве в качестве минерального азотного удобрения и как кормовая добавка в животноводстве. Карбамид – это вид удобрений, являющийся наиболее концентрированным из азотных удобрений, содержание азота в нем составляет 46,3 %, помимо аммиака. Удельный вес карбамида в производстве азотных удобрений в России составляет 29 – 32 %.

На сегодняшний день различные товарные продукты на основе карбамида находят широкое применение не только в промышленности и сельском хозяйстве, но и в ряде других отраслей. Рассмотрим основные области применения карбамида [2].

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

Карбамид можно применять 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.

В сельском хозяйстве ряда стран карбамид употребляется в виде водных растворов, часто в смеси с нитратом аммония, аммиаком и другими азотосодержащими соединениями.

В сельском хозяйстве карбамид используется и в качестве азотосодержащей добавки к кормам жвачных животных [3].

Карбамид в промышленности. В промышленности карбамид применяется в виде карбамидоформальдегидных полимеров в производстве пластических масс, синтетических клеев, а также при получении составов для пропитки тканей с целью повышения их прочности, для обработки бумаги с целью улучшения ее механических свойств и т. д [4].

Карбамид широко применяется также в фармацевтической промышленности для приготовления разного рода успокаивающих, снотворных и других лекарств, а также при изготовлении дезинфицирующих средств, косметических кремов, зубных паст и т. п.

В нефтяной промышленности карбамид используется для депарафинизации дизельного топлива и масел, в деревообрабатывающей промышленности для пропитки древесины и придания ей большей стойкости, в кожевенной – для дубления белых кож, для очистки отходящих газов мусоросжигающих заводов и т. д.

Карбамид также может использоваться для получения меламина, жидкого удобрения на основе карбамида – карбамидо-аммиачной селитры (КАС).

Новым видом товарной формы реализации произведенного карбамида является AdBlue. AdBlue – высококачественный реагент, представляющий собой раствор мочевины высокой чистоты (32,5 %) в деминеразизованной воде (6,5 %). AdBlue является торговой маркой, зарегистрированной Ассоциацией Автомобильной Промышленности Германии (VDA). В странах Западной Европы AdBlue используется для уменьшения выбросов вредных веществ в отработанных газах грузовых автомобилей стандарта Euro 4/5, оборудованных системой нейтрализации выхлопных газов SCR.

Все промышленные способы получения карбамида основаны на его образовании по реакции аммиака с диоксидом углерода при температурах около 200 °С и давлениях порядка 200 атм и выше, поэтому в большинстве случаев производства карбамида совмещают с аммиачными производствами.

Первые промышленные установки получения карбамида за рубежом появились в 1920-е годы на базе работ, проводившихся химиками Германии, США и Франции в начале 20 века. Эти установки работали по так называемой открытой схеме: плав карбамида дросселировали до атмосферного давления, при этом давлении отделяли не прореагировавшие газы и использовали содержащийся в них аммиак для производства аммонийных солей, а затем выпаривали раствор карбамида и получали карбамид в кристаллическом виде. Этот способ был крайне экономически невыгоден. Поэтому в 1930 – 40-х годах были активизированы в разных странах исследовательские работы, которые были направлены к созданию более экономичных способов получения карбамида.

В СССР начало промышленного производства карбамида относится к 1935 г., когда на Чернореченском химическом заводе (г. Дзержинск) была пущена первая установка мощностью 240 кг/сутки. К 1950-м годам в СССР действовали две промышленные установки получения карбамида на Новомосковском и Лисичанском химических комбинатах общей мощностью около 20 тыс. тонн в год, созданные на основании предвоенных работ ГИВД, г. Ленинград, и работавшие по открытой схеме [5].

Научно-исследовательские работы в области совершенствования технологии производства карбамида проводились параллельно в нескольких направлениях; разрабатывались схемы синтеза карбамида с газовым, частичным и жидкостным рециклами.

В это время был создан Научно-исследовательский и проектный институт карбамида (НИИК), который спроектировал в 1958 – 59 годах и испытал в Сталиногорске (Новомосковск) в опытно-промышленном масштабе два процесса:

1. процесс двухступенчатой дистилляции плава карбамида с конденсацией и рециркуляцией избыточного аммиака;

2. процесс разделения газов дистилляции путем селективной абсорбции диоксида углерода раствором моноэтаноламина.

Одновременно совместно с ЧХЗ был разработан и испытан процесс непрерывного выпаривания раствора карбамида и его кристаллизации в аппаратах шнекового типа. Эти работы послужили основой для проектов первых, считавшихся по тому времени многотоннажными, агрегатов карбамида мощностью 35 тыс. тонн в год с частичным рециклом аммиака (Новомосковск, Салават, Ангарск, Гродно, Кемерово) и полным газовым рециклом (Щекино).

За рубежом в этот период фирмой Stamicarbon (Нидерланды) был разработан и в 1959 году доведен до промышленного воплощения процесс производства карбамида с полным рециклом не прореагировавших веществ в виде водного раствора углеаммонийных солей – так называемый полный жидкостный рецикл – с получением гранулированного карбамида путем разбрызгивания расплава карбамида в пустотелой башне навстречу восходящему потоку воздуха. Позднее это способ гранулирования карбамида получил название «приллирование».

Одновременно со строительством в СССР упомянутых агрегатов мощностью 35 тыс. тонн в год были приобретены за рубежом несколько комплектов оборудования для агрегатов мощностью 90 тыс. тонн в год, работающих по технологии полного жидкостного рецикла фирмы Stamicarbon. Цехи введены в эксплуатацию в период 1963 – 1965 гг. на Щекинском и Северодонецком химических комбинатах, Чирчикском электрохимическом комбинате и на Салаватском нефтехимическом комбинате.

Современное производство карбамида осуществляется с использованием технологий Stamicarbon, Snamprogetti, Tecnimont, НИИК, ГИАП. Все эти технологии находятся примерно на одном уровне по степени использования сырья, отличаются различными решениями по аппаратурному оформлению, применяемым конструкционным материалам, технологическим приемам, позволяющим минимизировать уровень энергопотребления. Рассмотрим подробнее некоторые характеристики технологий Stamicarbon, Snamprogetti.

Стриппинг-процесс СО₂ Stamicarbon. Процессы Stamicarbon на данный момент являются наиболее распространенной технологией. Аммиак и диоксид углерода превращаются в карбамид через карбамат аммония при давлении около 140 бар и температуре 180 – 185 °C. Конверсия аммиака достигает 41 %, углекислого газа – 60 %. Непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода поступают в стриппер, при этом СО₂ выступает в роли стиппер-агента. После конденсации СО₂ и NH₃ идут на рецикл и возвращаются в процесс синтеза. Данный процесс может иметь различное аппаратурное оформление: синтез с бассейновым конденсатором – технология Urea 2000plus^TM; синтез с бассейновым реактором – технология Urea 2000plus^TM [6].

Процесс Snamprogetti разделяется на шесть частей:

– синтез и восстановление при высоком давлении (ВД);

– очистка и восстановление при среднем давлении (СД);

– очистка и восстановление при низком давлении (НД);

– вакуумная концентрация;

– процесс очистки конденсата;

– завершающий этап: приллирование.

Первое промышленное предприятие по производству карбамида на основе технологии регенерации NH₃ Snamprogetti было пущено в эксплуатацию в 1971 г.

Синтез осуществляется при давление поддерживается на сходном уровне, 150 бар, температура растворов на выходе составляют 188, 205 и 155° С для реактора, регенератора и карбаматного конденсатора, соответственно.

В технологии Snamprogetti для реактора, где образуется карбамид, характерна высокая пропорция аммиака/двуокиси углерода (NH₃/CO₂ = 3,2 – 3,4 грамм-молекул) и низкая пропорция воды/двуокиси углерода (0,4 – 0,6 грамм-молекул). В условиях синтеза 62 – 64 % общего количества CO₂, поступающего в реактор, превращается в карбамид. Всего же на этапе синтеза при высоком давлении процент превращения двуокиси углерода составляет 85 – 90 %. Количество кислорода, потребляемое на заводе из воздуха, составляет 0,25 % от объема подаваемой двуокиси углерода. Такое минимальное количество одновременно гарантирует отличное пассивирование оборудования и отсутствие взрывчатых смесей, когда «инертные компоненты» выбрасываются заводом в атмосферу после практически полного очищения от содержащегося в них аммиака [7].

По результатам анализа литературных источников о современных технологиях производства карбамида было установлено, что в настоящее время промышленность по производству карбамида базируется на схеме с полным жидкостным рециклом ТЕС (Япония), ОАО «НИИК», а также на схемах со стриппинг-процессом фирм Stamicarbon, Snamproggetti (Италия) и Tecnimont (Италия). Предприятия по производству карбамида расположены в Россия, Украина, Белоруссия, Узбекистан, Литва, Эстония, Таджикистан. На этих предприятиях применяется пять основных методов производства карбамида: полный жидкостной рецикл АК-70 (31 установка), стриппинг-процесс СО₂ Stamicarbon (13 установок), стриппинг-процесс аммиака Snamproggetti (3 установки), Tecnimont (3 установки) и ТЕС (1 установка).

Литературные источники

1. Мочевина. Большая Советская энциклопедия. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://enc-dic.com/enc_sovet/Mochevina-74159.html (дата обращения 10.01.2014).

2. Карбамид: технология производства. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=773 http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=773 (дата обращения 10.11.2013).

3. Карбамид. Концентрированное твердое азотное удобрение. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.eurochem.ru/wp-content/uploads/2010/10/Карбамид.pdf (дата обращения 05.01.2014).

4. Меламин: технологии производства. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=873 (дата обращения 26.12.2013).

5. Инновационная технология производства карбамида. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.million-deals.ru/article/innovacionnaja-tekhnologija-proizvodstva-karbamida-831.html (дата обращения 01.12.2013).

6. Технология производства карбамида. Uhde. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.uhde.ru/files/02_carbomid.pdf (дата обращения 01.12.2013).

7. Snamprogetti: процессы получения карбамида. . [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=6396 (дата обращения 01.12.2013).

Код для цитирования: Скопировать