Новые способы утилизации парниковых газов и улучшения окружающей среды

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся исследования процесса поглощения выбросных нитрозных газов производства получения азотной кислоты с низкой концентрацией водными суспензиями фосфоритов в реальных производственных условиях, установлена полная воспроизводимость результатов лабораторных исследований и получен конечный продукт – азотфосфоркальциевый концентрат, а также снижение содержания выбросных нитрозных газов в атмосферу от 0,7%-1,0% до 0,015%, что соответствует экологическим нормам выброса (ПДК 0,02%) НГ в окружающую среду и указывает на экологическую эффективность разработанного способа.

По результатам исследования процесса переработки различных видов низкосортных фосфоритов (13-18% Р₂О₅) в системе «фосфорит-NO₂-H₂O» и использования в качестве жидкой фазы циркулирующего отработанного раствора (ЦОР) установлено протекание декарбонизации карбонатных составляющих фосфорита, повышение содержания Р­₂О₅ и активирование фосфатных составляющих.

В данных исследованиях приводятся оптимальные параметры разработанного способа переработки низкосортных фосфоритов с выбросными нитрозными газами в водной среде. Предлагаемый способ позволяет использовать забалансовые низкосортные фосфатные руды, токсичные выбросные нитрозные газы и снижает себестоимость 1 тонны азотной кислоты на АО «Навоиазот».

ABSTRACT

The article presents the study of the process of absorption of nitrous exhaust gases produced in the production of nitric acid with a low concentration of aqueous phosphorite suspensions in actual production conditions, the full reproducibility of laboratory research results is obtained, and the final product is obtained: nitrogen phosphorus calcium concentrate, as well as a decrease in the content of nitrous emissions into the atmosphere from 0.7 % - 1.0% to 0.015%, which corresponds to the environmental emission standards (MPC 0.02%) of NG into the environment and indicates environmental high efficiency of the developed method.

According to the results of the study of the processing of various types of low-grade phosphorites (13-18% P₂O₅) in the phosphorite-NO₂-H₂O system and using the circulating waste solution (CPA) as the liquid phase, decarbonization of carbonate components of phosphorite was found, increasing the P₂O₅ and activation of phosphate components.

In these studies, the optimal parameters of the developed method for processing low-grade phosphorites with discharged nitrous gases in the aquatic environment are given. The proposed method allows the use of off-balance low-grade phosphate ores, toxic exhaust nitrous gases and reduces the cost of 1 ton of nitric acid at JSC «Navoiazot».

Ключевые слова: фосфатная порода, азотно-фосфорно-кальциевые удобрения, водная суспензия, пульпа, азотистые газы, нитрит и нитрат кальция.

Keywords: phosphate rock, nitrogen-phosphorus calcium fertilizer, aqueous suspension, pulp, nitrous gases, calcium nitrite and nitrate.

Известно, что в азотно-туковой промышленности давно насущной проблемой являются выбросные нитрозные газы, а также разработка способов уменьшения объемов их выброса и утилизации. До сегодняшнего дня эта проблема еще не нашла своего исчерпывающего решения.

В настоящее время при производстве получения азотной кислоты на протяжении многих лет в атмосферу выбрасывается большое количество газов – окислов азота (N_УOx). Рассеивание окислов азота происходит в радиусе 20- 30 км и более, что является причиной ухудшения состояния окружающей атмосферной среды со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями, вплоть до сокращения жизни людей Навоийского региона и близлежащих районов Бухарской и Самаркандской областей.

Несмотря на все применяемые меры по утилизации и уменьшению выбросов нитрозных газов, существующие очистные устройства не обеспечивают полной очистки выбросов от этих газов, поэтому данная проблема и по сей день является актуальной социальной проблемой, требующей как экологического, так и технического решения.

В данной работе приводятся результаты подробного и тщательного изучения способов утилизации выбросных нитрозных газов суспензией низкосортных фосфоритов.

Экспериментальная часть. Опытно-производственные испытания были проведены в цехе № 5 производства азотной кислоты АО «Навоиазот». Основной идеей проведенных исследований являлось осуществление поглощения после абсорбционных нитрозных газов в водной суспензии низкосортных фосфоритов Центрального Кызылкума. Для реализации вышесказанного при проведении опытов источником оксидов азота была подобрана газовая смесь, выходящая из абсорбционной колонны и подходящая к башне каталитической очистки нитрозных газов. Содержание компонентов в поступающей смеси газов составляет: N_xO_y = 0,68 ÷ 0,93 об.%. В качестве поглотителя использовали низкосортные фосфориты Центрального Кызылкума состава (мас.%): Р₂О₅ 13- 15%, СО₂ – 19%, СаО – 46%.

При поглощении в водной суспензии нитрозные газы превращаются в нитрат- и нитрит-ионы с образованием Н⁺-ионов, которые способствуют разложению фосфатно-карбонатных составляющих.

В результате поглощения нитрозных газов образуется пульпа, в которой постепенно увеличивается общее содержание азота и доходит до 6%, в виде нитрато- и нитритных солей. Необходимо отметить, что после пропускания нитрозных газов из адсорбционной колонны с исходным содержанием N_xO_y = 0,68 ÷ 0,93 об.% через суспензии фосфорита в двух последовательных реакторах содержание их на выходе понижается до 0,08об.%, т. е. уменьшается в 8,2 ÷ 11,6 раза. 

Очевидно, что такое количество нитрозных газов способствует образованию умеренной кислотной реакционной среды. Однако максимальная кислотность рН = 3, достигающаяся в реакционной смеси, оказывается достаточной для разложения фосфоритов и карбонатов, но недостаточной для разрушения силикатно-фтористых составных частей фосфорита [3]. Об этом свидетельствует сравнение значений рН пульпы и рН ≤ 2 растворения фторидов Са⁺², Fe⁺³, Al⁺³, РЗЭ и образования кремниевой кислоты. Следовательно, можно заключить, что силикаты и фториды указанных ионов остаются в составе твердой фазы как нерастворимый остаток, составляющий 25% от общей массы фосфорита после переработки. Хлориды – МеСl₂ и MeCl₃ – растворяются, и, как показывают результаты анализа на Сl^--ионы, в твердой фазе и в растворе их количество незначительно. Это, видимо, вызвано не только обменно-разлагающим, но и проявлением окислительно-вытесняющего эффекта нитрозными газами хлор-ионов.

Переработанный фосфорит отличается от исходного большим содержанием Р₂О₅ и характеризуется повышенной усвояемостью фосфорного ангидрида от 10,5% (рН = 6) до 11,2 (рН = 3) по лимонной кислоте, от 7,9% (рН = 6) до 9,9% (рН = 3) по трилону-Б соответственно. Это означает, что образовавшаяся пульпа после поглощения нитрозных газов обладает более высоким качеством по фосфорнокислому составляющему [4; 5]. 

Карбонаты также подвергаются ступенчатому разложению с образованием сначала НСО₃^-, а потом с выделением СО₂. При этом декарбонизация низкосортных фосфоритов достигает 95-98%. Хотелось бы отметить, что такая же степень декарбонизации достигается при переработке фосфорита в сернокислотной, азотнокислотной и фосфорнокислотной переработке при 110% и более нормы расхода кислоты.

В результате проведенных опытных исследований процесса поглощения выбросных нитрозных газов с низкой концентрацией (до 1%) в реальных производственных условиях  (Р = 2,2-2,5 атм, ν = 8 л/мин, Т:Ж = 1:2) достигнуто понижение содержания выбросных окислов азота в атмосферу от 0,7%-1,0% до 0,015%, т. е. как минимум в 8,2 раза. Это значительно ниже требуемой экологической нормы (0,02%) выброса окислов азота в окружающую среду. Таким образом, степень утилизации окислов азота, выбрасываемых в атмосферу, достигает 98,3% [1; 2].

Эффективность разработанной технологии определяется снижением выбросов в атмосферу количества выбросных нитрозных газов до требуемого минимума, отсутствием расходов на каталитическую очистку нитрозных газов, теплоэнергетических затрат на переработку фосфатного сырья, возможностью вовлечения в переработку забалансовых и низкосортных фосфоритов. Себестоимость производимой азотной кислоты на АО «Навоиазот» за счет использования нитрозных газов и получения дополнительного фосфоконцентрата снижается, что указывает на достаточную экологическую эффективность разработанного способа.

Список литературы:
1. Изучение растворения нитрозных газов в системе «NO2 - ВОДА» / У.М. Мардонов, И.Н. Турсунова, З.Ф. Шукурбекова, Г.К. Журабекова // Сб. тез. Междунар. конф. молодых специалистов. – Томск, 2008. – С. ?
2. Нурмуродов Т.И., Мардонов У.М., Турсунова И.Н. Использование диоксида азота в переработке фосфоритов Центрального Кызылкума // Сб. тез. Междунар. конф. «Ресурсосберегающие и современные технологии в горнодобывающих отраслях». – Бишкек: Кирг.-росс. русскославянский ун-т, 2004. – С. ?
3. Ошакбаев М.Т. Активация и переработка низкосортного фосфорсодержащего сырья // Химическая технология. Контроль и управление. – 2006. – № 1. – С. 12-17.
4. Получение аммофосфата из рядовой муки и термоконцентраты фосфоритов Центральных Кызылкумов / Ш.С. Намазов, З.М. Турсунова, Т. Сатторов и др. // ДАН РУз. – 2003. – № 3. – С. 51-56.
5. Шукурова С.С., Таджиев С.М. Переработка бедных фосфоритов Центральных Кызылкумов // Узб. хим. журнал. – 2003. – № 6. – С. 40-43.