Конверсия N-содержащих соединений конденсата сокового пара производства карбамида в гидразинсульфат

Formation of 1.5 m3 of wastewater per 1 ton of carbamide in the form of flash steam condensate accompanies carbamide production. It is necessary to purify flash steam condensate from nitrogen compounds by two-stage desorption and hydrolysis. Disposal of residual N-containing compounds occurs at biological wastewater treatment plants under industrial conditions. Such a multistep purifying method leads to reduction of up to 72–77 % of N-containing compounds, but it requires high electrical and thermal energy costs. The method is the most modern and the most promising one, it is implemented at carbamide synthesis plants everywhere.The study proposes a new method for the disposal of N-containing compounds in flash steam condensate produced by carbamide production by processing ammonia, carbamide and biuret to hydrazine sulfate. The study on the synthesis of hydrazine sulfate in wastewater from the production of carbamide defined mechanisms occurring during synthesis of raw hydrazine in an electromagnetic reactor. The study proved that the proposed method of disposal is economically viable, environmentally friendly and energy efficient. It reduces a load on biological wastewater treatment plants, reduces the cost of electrical and thermal energy.The method gives a possibility to process N-containing compounds of flash steam condensate into an expensive product ‒ hydrazine sulfate. Experimental studies confirmed that electromagnetic radiation has a positive effect on the synthesis of raw hydrazine. This leads to an increase in efficiency of the hydrazine synthesis reactor by 88 %. We analyzed three of the most probable chemistries of the process of raw hydrazine synthesis reactions using the non-imperial method of quantum chemistry. The study showed that the initial yield of the finished product is 5.3 kg per 1 m3 of nitrogen-containing raw materials during disposal of flash steam condensate at a model plant by processing into hydrazine sulfate taking into account an optimization parameter. There is an increase in the yield of the final product to 6 kg per 1 m3 at repeated multiple use of the filtrate as a source of sulfuric acid. We performed a projection of the results of the model installation at industrial scale taking into account an operation of the carbamide synthesis device, with a capacity of 330,000 tons/year. Thus, we identified that the maximum estimated production capacity of the hydrazine sulfate synthesis unit is 132–150 kg/day. We calculated the profitability of the device for the synthesis of hydrazine sulfate considering the obtained data on the estimated capacity of the device. We established that the net profit is at least 12 % according to the proposed scheme in the production of hydrazine sulfate
Виробництво карбаміду супроводжується утворенням 1,5 м3 стічних вод на одну тону карбаміда у вигляді конденсату сокової пари. Для очищення від сполук Нітрогену, що містяться в конденсаті сокової пари, стоки піддають двоступеневої десорбції і гідролізу. Утилізація залишкових N-вмісних сполук в промислових умовах здійснюється на біологічних очисних спорудах. Незважаючи на те, що такий багатоступеневий спосіб очищення призводить до 72–77 %-го зниження сполук N, даний спосіб потребує високих витрат електричної та теплової енергії. Гідроліз та десорбція конденсату сокової пари оцінюється, як сучасний та найбільш перспективний спосіб утилізації стоків, який впроваджений на всіх установках синтезу карбаміду.У роботі запропоновано новий метод утилізації N-вмісних сполук в конденсаті сокової пари виробництва карбаміду шляхом переробки аміаку, карбаміду та біурета в гідразин сульфат. Проведенними дослідженнями процесу синтезу гідразин сульфату з стоків виробництва карбаміду встановлені механізми, що протікають в процесі синтезу гідразин-сирцю в електромагнітному реакторі. Доведено, що запропонований спосіб утилізації є економічно рентабельним, екологічно безпечним та енергоефективним. Він зменшує навантаження на біологічні очисні споруди, знижує витрати електричної та теплової енергії. Завдяки цьому методу стає можливим переробка N-вмісних сполук конденсату сокової пари в дорогий продукт - гідразин сульфат. Експериментальними дослідженнями підтверджено, що електромагнітне випромінювання позитивно впливає на процес синтезу гідразину-сирцю. Це призводить до підвищення коефіцієнта корисної дії реактора синтезу гідразин-сирцю на 88 %. Проаналізовано три найбільш ймовірні хімізму проходження реакцій синтезу гідразин-сирцю з використанням неімпірічного методу квантової хімії. Показано, що при утилізації конденсату сокової пари в модельній установці шляхом переробки в гідразин сульфат, з урахуванням параметрів оптимізації, початковий вихід готового продукту становить 5,3 кг з 1 м3 N-вмісної сировини. При циркуляції (багаторазовому використанні) фільтрату як джерела сірчаної кислоти встановлено збільшення виходу кінцевого продукту до 6 кг з 1 м3 N-вмісної сировини. Проведена проекція результатів роботи модельної установки на промислові масштаби з урахуванням роботи агрегату синтезу карбаміду, продуктивністю 330000 т/рік. В результаті чого встановлено максимальну розрахункову виробничу потужність агрегату синтезу гідразин сульфату на рівні 132–150 кг/добу. З огляду на отримані дані розрахункової потужності роботи агрегату, розрахована рентабельність роботи агрегату синтезу гідразин сульфату. Встановлено: чистий прибуток при виробництві гідразин сульфату за запропонованою схемою становить не менше 12 %
Производство карбамида сопровождается образованием 1,5 м3 сточных вод на одну тону карбамида в виде конденсата сокового пара. Для очистки от соединений Нитрогена конденсата сокового пара стоки подвергают двухступенчатой десорбции и гидролизу. Утилизация остаточных N-содержащих соединений в промышленных условиях осуществляется на биологических очистных сооружениях. Несмотря на то, что такой многоступенчатый способ очистки приводит к 72–77 %-ному снижению N-содержащих соединений, он требует высоких затрат электрической и тепловой энергии. Данный метод оценивается, как современный и наиболее перспективный, он внедрен на установках синтеза карбамида повсеместно.В работе предложен новый метод утилизации N-содержащих соединений в конденсате сокового пара производства карбамида путем переработки аммиака, карбамида и биурета в гидразин сульфат. Проведенными исследованиями процесса синтеза гидразин сульфата в стоках производства карбамида установлены механизмы, протекающие в процессе синтеза гидразин-сырца в электромагнитном реакторе. Доказано, что предложенный способ утилизации является экономически рентабельным, экологически безопасным и энергоэффективным. Он уменьшает нагрузку на биологические очистные сооружения, снижает затраты электрической и тепловой энергии. Благодаря этому методу становится возможным переработка N-содержащих соединений конденсата сокового пара в дорогостоящий продукт - гидразин сульфат. Экспериментальными исследованиями подтверждено, что электромагнитное излучение позитивно влияет на процесс синтеза гидразина-сырца. Это приводит к повышению коэффициента полезного действия реактора синтеза гидразин-сырця на 88 %. Проанализированы три наиболее вероятные химизмы прохождения реакций синтеза гидразин-сырца с использованием неимпиричного метода квантовой химии. Показано, что при утилизации конденсата сокового пара в модельной установке путем переработки в гидразин сульфат, с учетом параметров оптимизации, начальный выход готового продукта составляет 5,3 кг с 1 м3 азотсодержащих сырья. При повторном многократном использовании фильтрата как источника серной кислоты установлено увеличение выхода конечного продукта до 6 кг с 1 м3. Проведена проекция результатов работы модельной установки на промышленные масштабы с учетом работы агрегата синтеза карбамида, производительностью 330000 т/год. В результате чего установлена максимальная расчетная производственная мощность агрегата синтеза гидразин сульфата на уровне 132–150 кг/сутки. Учитывая полученные данные расчетной мощности работы агрегата, рассчитана рентабельность работы агрегата синтеза гидразин сульфата. Установлено: чистая прибыль при производстве гидразин сульфата по предложенной схеме составляет не менее 12 %