Průmyslová hnojiva biogenní prvky

Transkript

1 Průmyslová hnojiva biogenní prvky - kyslík - základní složka organické hmoty (CO 2 ) - uhlík - základní složka organické hmoty (CO 2 ) - vodík - základní složka organické hmoty - dusík -součást bílkovin (NH 3, HNO 3 ) -fosfor -součást bílkovin (H 3 PO 4 ) - draslík - tvorba cukrů, škrobů, celuózy -vápník - neutralizace kyselin v rostlinách -hořčík -součást listové zeleně (chlorofyl) -síra -součást bílkovin, rostlinných silic - železo - podporuje tvorbu chlorofylu

2 Průmyslová hnojiva stopové prvky - bór - tvorba květů a plodů - hliník - tvorba buněčných stěn -křemík - biochemické procesy v buňkách -sodík - biochemické procesy v buňkách -chlor - biochemické procesy v buňkách -měď - podporuje tvorbu chlorofylu - molybden - činnost půdních bakterií Pozn.: 1 kg pšeničného zrna (2,5 m 2 ) 18 g N, 10 g P 2 O 5 a 5 g K 2 O 18 g dostupného vázaného dusíku 21,9 g amoniaku 10 g P 2 O 5 4,4 g P vázaného v rozpustných fosforečnanech 17,8 g Ca(H 2 PO 4 ) 2. H 2 O 5 g K 2 O 4,2 g kationu K 8,1 g KCl

3 Průmyslová hnojiva

4 Průmyslová hnojiva -spotřeba 120,0 100,0 80,0 kg 60,0 40,0 20,0 0,0 2000/ / / / / /06 celkem dusíkatá fosforečná draselná Spotřeba průmyslových hnojiv na 1 ha zemědělské půdy (v kg čistých živin)

5 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Výroba: převážně kombinovaná hnojiva poměr N/P/K typy hnojiv: PK, NP, NK a NPK dusík vyjádřen jako N ve formě močoviny, sloučenin amoniaku a ve formě dusičnanové fosfor zpravidla uváděný jako P 2 O 5 ve formě rozpustné ve vodě a/nebo v neutrálním citranu amonném a/nebo v minerálních kyselinách draslík zpravidla vyjádřený jako K 2 O ve formě rozpustné ve vodě sekundární nutrienty jako vápník (CaO), hořčík (MgO), sodík (Na 2 O) mikroelementy zinek, měď, bor, atd. ostatní prvky

6 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Typy výroben: výroba směsnou kyselinou, bez rozkladu fosfátové horniny výroba směsnou kyselinou, s rozkladem fosfátové horniny výroba nitrofosfátovým postupem mechanickým míšením a granulací jednotlivých komponent obsahujících jednu nebo více složek

7 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK

8 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces rozkladné činidlo kyselina dusičná Ca F 5 PO 4 fosfát: poměr CaO:P 2 O 5 = 3:1 hnojivo: poměr CaO:P 2 O 5 = 1:1 10HNO 3H PO 5Ca NO 3 HF 2 přebytek Ca iontů není tedy zaručena úplná konverse přítomného P 2 O 5 úprava poměru CaO:P 2 O 5 vymrazovací postup část vápníku se oddělí jako Ca(NO 3 ) 2.4H 2 O nitrosulfátový postup část vápníku zůstane v hnojivu jako nerozpustný CaSO 4 nitrokarbonátovy postup část vápníku zůstane v hnojivu jako nerozpustný CaCO 3 nitrofosfátový postup (poměr Ca se změní přidáním H 3 PO 4 )

9 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces Odstranění nerozpustných zbytků odstředivky hydrocyklon lamelový separátor roztok kal sekce krystalizace sekce praní Princip přetržité filtrační odstředivky 1 - přívod suspenze 2 - odvod filtrátu 3 - filtrační koláč

10 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces Odstranění dusičnanu vápenatého ochlazení roztoku vykrystalizovaní Ca(NO 3 ) 2.4H 2 O oddělení krystalů filtrací Pozn.: filtrát roztok kyseliny fosforečné a dusičné nitrofosforečná kyselina

11 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces Blokové schéma nitrofosfátového procesu

12 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces Amoniakalizace neutralizace nitrofostorečné kyseliny amoniakem míchaný reaktor NO3 2HF 8NH3 3Ca H2PO4 8NH4NO3 2 6H 3PO4 4Ca 2 2 CaF Ca H2PO4 NH3 CaHPO4 NH4H2PO4 2 Pozn.: po amoniakalizaci se břečka zahustí odpařováním

13 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces Kalizace vnášení draslíku - KCl KCl NH4NO3 KNO3 NH4Cl

14 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces Granulace rotační granulační buben rozstřikovací sušárna hnětací zařízení 1 - přívod prášku 2 - odvod granulí 3 - přívod kapaliny 4 - trysky Bubnový granulátor

15 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces Granulace rotační granulační buben rozstřikovací sušárna hnětací zařízení Vřetenový granulátor 1 - přívod taveniny 2 - odvod granulí 3 - přívod chladícího vzduchu 4 - odvod vzduchu 5 - rozprašovací talíř (tryska) Rozstřikovací sušárna

16 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces Zpracování Ca(NO 3 ) 2.4H 2 O konverze na dusičnan amonný výroba kapalných hnojiv

17 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces Konverze Ca(NO 3 ) 2.4 H 2 O na NH 4 NO 3 výroba (NH 4 ) 2 CO 3 cirkulační roztok dusičnanu amonného sycen NH 3 a CO 2 2 NH CO H O NH CO 3 exotermní reakce chlazení roztoku rozpouštění Ca(NO 3 ) 2 v roztoku (NH 4 ) 2 CO 3 Ca NO NH CO 2NH NO CaCO neutralizace přebytečného (NH 4 ) 2 CO 3 pomocí HNO 3 cca 65 %ní roztok oddělení roztoku NH 4 NO 3 od CaCO 3 pasový filtr

18 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces NH 3 NH 3 CO 2 NH 3 Nitrofosforečná kyselina Ca(NO 3 ) 2 Konverse dusičnanu vápenatého HNO 3 HNO 3 H 3 PO 4 HNO 3 NH 4 (NO 3 ) 2 CaCO 3 Soli K, Mg,S atd. Komplexní hnojivo Konverse dusičnanu vápenatého Hnojivo dusičnan vápenatý Ca(NO 3 ) 2 Ca(NO 3 ) 2 Hnojivo CAN Hnojivo Ca(NO 3 ) 2 Sklad hnojiva NPK Sklad hnojiva AN Sklad dusičnanu vápenatého Integrovaný závod na výrobu hnojiv nitrofosfátovým procesem CAN směsné hnojivo dusičnan vápenatý, dusičnan amonný AN dusičnan amonný

19 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces Zdroje emisí do ovzduší Oxidy dusíku rozpouštění fosfátové horniny v kyselině dusičné (hlavní zdroj) granulace hnojiva Amoniak z procesu neutralizace (hlavní zdroj) granulace hnojiva Sloučeniny fluoru z fosfátové horniny. převážný podíl přechází do konečného produktu zbytek jako emise do ovzduší Prachové částice sušení a granulace z chladicích bubnů třídění částic a drcení částic dopravníky

20 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces Zdroje emisí do ovzduší zpracování odpadních plynů Vícestupňové skrápění koncových plynů obsahujících NO x zkrápěcí roztok 10 % NH 4 NO 3

21 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces Zdroje emisí do ovzduší zpracování odpadních plynů Společné zpracování koncových plynů z neutralizace, zahušťování a granulace podstatné snížení produkce odpadních vod roztoky získané zkrápěním se recyklují (dusičnan amonný)

22 Průmyslová hnojiva směsná hnojiva NPK Nitrofosfátový proces rozklad fosfátové horniny, promývání písku, filtrace Ca(NO 3 ) 2.4H 2 O Úroveň Parametr mg/nm 3 NO x jako NO fluoridy jako HF 0,3-5 Účinnost zachycení % neutralizace, granulace, sušení, povrchová úprava, chlazení NH fluoridy jako HF 1-5 prach >80 HCl 4-23 Emisní úrovně odpovídající využití nejlepších dostupných technik

23 Průmyslová hnojiva dusičnan amonný Princip výroby výlučně neutralizací kyseliny dusičné (50 70 %) plynným amoniakem Dusičnan amonný prodejným produkt - roztok dusičnanu amonného (obsahem 33,5 34,5 % N) Dusičnan vápenato-amonný z roztoku dusičnanu amonného míšením s dolomitem (LAD), s vápencem (LAV)

24 Průmyslová hnojiva dusičnan amonný Postup výroby výlučně neutralizací kyseliny dusičné (50 70 %) plynným amoniakem

25 Průmyslová hnojiva dusičnan amonný Postup výroby Schéma výroby ledku amonného s vápencem 1 - neutralizační reaktor, 2 - koncový neutralizátor, 3 - procesní nádrž, 4 - odparka, 5 - míchačka, 6 - granulační věž, 7 - chladící buben, 8 - síta, 9 - pudrovací buben, 10 - drtič

26 Průmyslová hnojiva dusičnan amonný výrobní uzly Neutralizace exotermní neutralizaci vzniká roztok dusičnanu amonného a vodní pára plynný amoniak může obsahovat malá množství inertů (H 2, N 2, CH 4 ) na vhodném místě výrobní linky odváděn odpadní proud Neutralizační reaktor prázdnou nádobou (kotel, věž) systém výměny tepla pro ohřev cirkulačním systémem trubkový reaktor Čištění páry zařízení na odstraňování kapek vrstva pletených sít (mlha) separátory z vlnitých plechů separátory s vrstvou vláken (např. PTFE) skrápěcí zařízení plněné kolony Venturiho pračky skrápěná sítová patra

27 Průmyslová hnojiva dusičnan amonný výrobní uzly Odpařování přípustná zbytková koncentrace vody v tavenině pod 1 % při peletizaci v rozstřikovací sušárně do 8 % při granulaci unikající pára je znečištěna malým množstvím amoniaku a unášenými kapkami dusičnanu amonného

28 Průmyslová hnojiva dusičnan amonný výrobní uzly Peletizace a granulace Peletizace protiproudé uspořádání v horní části rozstřik roztoku do formy kapek tryska, děrované dno, děrovaná centrifuga do spodní části kolony chladný vzduch Emise amoniak zachycení absorpcí ve vodní pračce minipelety dusičnanu amonného možno zachytit submikronové mikročástice dusičnanu amonného (dým) obtížně zachytitelné (skrápěné svíčkové filtry)

29 Průmyslová hnojiva dusičnan amonný výrobní uzly Peletizace a granulace Granulace malý průtok odpadního vzduchu velká paleta produktů s odlišným granulometrickým složením velikost částic může být mnohem větší než při peletizaci různá granulační zařízení Emise čištění průchodem cyklony a rukávovými filtry čištění v zkrápěných kolonách

30 Průmyslová hnojiva dusičnan amonný výrobní uzly Chlazení rotační bubnové chladiče chladiče s fluidní vrstvou deskový chladič vzduch vystupující z chladičů musí být pečlivěčištěn účinný cyklon rukávový filtr skrápěná kolona Povrchová úprava zabránění spékání při skladování aplikace přísad během výroby na hotový produkt 1- vstup horkých granulí 2 - deskový chladič 3 - svazek chlazený chladicí vodou 4- výstup ochlazených granulí

31 Průmyslová hnojiva dusičnan amonný výrobní uzly Recyklování teplého vzduchu

32 Průmyslová hnojiva močovina v současnosti nejpoužívanější hnojivo doplněk výživy hovězího skotu (náhrada bílkovin) surovina pro výrobu melaminových plastů surovina pro výrobu močovino-formaldehydových pryskyřic a lepidel Syntéza močoviny reakce NH 3 s CO 2 při vysokém tlaku tvorba karbamátu amonného (NH 2 COONH 4 ) dehydratace karbamátu amonného zahřátím 2 NH 3 + CO 2 NH 2 COONH 4 CO(NH 2 ) 2 + H 2 O Konverze reakce vztaženo na CO % stoupá s rostoucí teplotou stoupá s rostoucí hodnotou poměru NH 3 /CO 2 klesá s poměrem H 2 O/CO 2

33 Průmyslová hnojiva močovina Vedlejší reakce Provozní parametry výroby močoviny hydrolýza močoviny CO(NH 2 ) 2 NH 2 COONH 4 2 NH 3 + CO 2 tvorba biuretu 2 CO(NH 2 ) 2 NH 2 CONHCONH 2 tvorba isokyanové kyseliny CO(NH 2 ) 2 NH 4 NCO NH 3 + HNCO

34 Průmyslová hnojiva močovina - výroba Výroba Hlavní problémy jak oddělit močovinu od ostatních složek reakční směsi jak regenerovat přebytečný amoniak jak rozložit nezreagovaný karbamát amonný k recyklování Cíle technického řešení dosážení ekonomické rychlosti reakce CO 2 a NH 3 účinné oddělení vznikající močoviny od ostatních složek reakční směsi získávat nezreagovaný NH 3 rozkládat zbytkový karbamát amonný na NH 3 a CO 2 recyklace plynů proces s úplným recyklem

35 Průmyslová hnojiva močovina - výroba Výroby močoviny ve výrobně s úplným recyklováním

36 Průmyslová hnojiva močovina - výroba Režim úplného recyklování proces stripování CO 2 (proces Stamicarbon) proces stripování NH 3 (proces Snamprogetti)

37 Průmyslová hnojiva močovina výroba stripování CO 2 CO 2 NH 3 Kondenzace na karbamát SYNTĚZA Reakce na močovinu Skrápění Stripování ROZKLAD A ZACHYCOVÁNÍ Dělení rektifikací Kondenzace na karbamát ZACHYCENÍ ZAHUŠTĚNÍ Odpařování Kondenzace par Absorpce KONEČNÁ ÚPRAVA A ČIŠTĚNÍ ODPADNÍ VODY Peletizace a granulace Úprava procesní vody MOČOVINA UPRAVENÁ VODA Proudové schéma výrobny s úplným recyklem, s využitím stripování CO 2

38 Průmyslová hnojiva močovina výroba stripování CO 2

39 Průmyslová hnojiva močovina výroba stripování NH 3 CO 2 NH 3 SYNTĚZA Reakce na močovinu ROZKLADNÝ REAKTOR Stripování Kondenzace na karbamát a jeho oddělení ROZKLAD A ZACHYCOVÁNÍ Rozklad Rozklad, oddělení NH 3 ZACHYCENÍ Absorpce ZAHUŠTĚNÍ Odpařování Kondenzace par KONEČNÁ ÚPRAVA A ČIŠTĚNÍ ODPADNÍ VODY Peletizace a granulace Úprava procesní vody MOČOVINA UPRAVENÁ VODA Proudové schéma výrobny s úplným recyklem, s využitím stripování NH 3

40 Průmyslová hnojiva močovina výroba stripování NH 3

41 Průmyslová hnojiva močovina výroba Výroba granulované močoviny tvorba částic Rozstřikovací sušárna koncentrovaná tavenina močoviny do granulační věže rotující rozstřikovač nebo rozstřikovací hlava materiál je zpravidla nutné ještě dále chladit chladič produktu součástí granulační věže speciální chladiče Granulace granulátory různých typů, nastřikování taveniny, spolu s vracenými podíly jemných a drcených částic do vrstvy částic v granulátoru. současně růst velikosti částic a jejich sušení nastřikovaný materiál tuhne působením vzduchu (přiváděn do granulátoru)

42 Průmyslová hnojiva močovina výroba Plynné emise hlavní zdroj emisí rozstřikovací granulace (popř. jiná granulace zatížení životního prostředí 0,4 0,6 % celkového nástřiku výrobny odpadní plyny jsou proto znečištěny NH 3 a prachem efektivnost zachycování amoniaku použitá skrápěcí kapalina (skrápění vodou nebo kyselinou) počet absorpčních stupňů Pozn.: skrápění vodou skrápěcí kapalina obsahující amoniak a prach vracena do procesu

43 Průmyslová hnojiva močovina výroba Plynné emise Přehled zpracování odpadních plynů z konečné úpravy močoviny

44 Průmyslová hnojiva močovina výroba Procesní vody produkce tun/d cca 500 m 3 odpadní procesní vody Zdroje odpadní vody syntézní reaktor cca 0,3 tuny procesní vody/tuna vyrobené močoviny ejektory vývěvy pára používaná v čistírně odpadních vod

45 Průmyslová hnojiva močovina výroba Procesní vody Příklad procesu pro zpracování procesní vody