Применение термостойких сплавов в аппаратах производства карбамида

Карбамид (мочевина, CO(NH₂)₂) является универсальным азотсодержащим удобрением, широко применяемым в сельском хозяйстве. Россия является главным экспортёром карбамида в мире (18% от общемирового) и обладает перспективой к росту к 2030 году. По этой причине производители осваивают и развивают современные способы, а также внедряют улучшенные материалы, в частности термостойкие, для аппаратов технологической линии. В данной статье рассмотрены перспективы применения жаропрочных сплавов при производстве карбамида.

Основные стадии производства карбамида

Промышленное производство карбамида основано на двухстадийном аммиачно-углекислом процессе:

По технологии с полным жидкостным рециклом (Stamicarbon АК-70) синтез проходит в реакторе при температуре 180-195°C и давлении 180-200 атм. Полученная смесь направляется в узел дистилляции, включающей подогреватели, где происходит нагрев смеси паром до температуры 135-162°C, разложение карбамата аммония и сепарация непрореагировавших NH₃и CO₂от раствора карбамида. Последующие стадии выпаривания раствора проводятся при температуре 120-140°C и служат для получения высококонцентрированного плава 99,8%, который в дальнейшем распыляется форсунками на капли в пространстве грануляционной башни для получения товарной формы продукта (прилл карбамида). После падения на дно башни приллы с размером 1-3 мм охлаждаются в «кипящем» слое, проходят стадии опудривания, затаривания и отгрузки.

Высокотемпературные стадии производства карбамида

Наиболее высокотемпературными являются вспомогательные стадии: рекуперации тепла (800-1100°C в бойлерах), парогенерации (t=400-600°C в кожухах, местами до 1100°C) и сжатия газов NH₃, CO₂ (400-600°C в компрессорах высокого давления). Также при распыле нагретого расплава в грануляционной башне локальный нагрев верхней облицовки стенок, а также форсунки может достигать 400-700°C.

Традиционные сплавы в оборудовании

Жесткие технологические условия, в которых проходит производство карбамида, приводят к карбонизации, стресс-коррозии и разрушению основного и дополнительного оборудования. В связи с чем корректный подбор сплавов, соответствующий условиям эксплуатации, критически важен для обеспечения надежности и стабильности работы, снижения простоев и повышения эффективности производства.

Как правило легирование аустенитных и ферритных сплавов различными металлами (Cr, Ni, Mo, W, Ti) обеспечивает их стойкость, продлевая срок службы изделий в 2-3 раза. Для реакторов синтеза (Stamicarbon, Snamprogetti) применяют различные сплавы типа Urania B6 (Cr 25%, Ni 22%, W 3%), выдерживающие давление более 200 атм, что предотвращает микротрещины материала. Марка 316L Urea-grade (C<0,03%, N 0,15-0,25%, Mo 2-4%) используется для изготовления сепараторов для стадии дистилляции, обеспечивающая стойкость к межкристаллитной коррозии и увеличивающая срок службы с 5 до 12 лет. Также этот материал благодаря наличию добавки Mo используют в качестве внутренней облицовки грануляционной башни, что повышает стойкость материала к точечной коррозии и эрозии. Сепараторы/подогреватели изготавливают из Inconel 625 (Ni 58%, Cr 21%, Mo 9%, Nb 3,5%), который выдерживает агрессивную среду (30% NH₃, пар 135-162°C), вызывающую интенсивную коррозию.

Жаропрочные сплавы в производстве карбамида

Современные жаропрочные хромоникелевые сплавы (https://www.tehsplav.ru/catalog/heat_resistant), содержащие более 50% Ni и Cr 20-35%, подходят как для стадий производства концентрированного плава карбамида, так и для заключительного этапа получения товарного вида продукта. Например, сплавы, обогащённые титаном и вольфрамом (ХН60ВТ, ХН35ВТ), можно применять для изготовления лопаток в компрессорах высокого давления, элементов вакуумных концентраторов расплава и для крепежей в зонах дистилляции. Сплав марки ХН78Т (t_плав 1370-1400°C) можно использовать на стадиях подачи перегретого пара в теплообменники колонны синтеза или в трубы рекуператоров тепла отходящих газов. Для деталей парогенераторов и бойлеров рекуперации или трубных решеток в подогревателях растворов рекомендуется выбрать марку ХН70Ю (t_плав до 1100-1200°C).

Также жаропрочные сплавы (ХН70Ю, ХН35ВТ) подходят для изготовления теплообменников нагрева воздуха, распылительных форсунок и внутренней облицовки верхней части грануляционной башни. А также для производства кожухов охладителей, элеваторов, решеток «кипящего» слоя, циклонов пылеулавливания (ХН45Ю, ХН70Ю). Сплав ХН45Ю можно использовать для изготовления корпуса сушилок и охладителей гранул (t=100-400°C, коррозия от NH₃).

Преимуществами применения жаропрочных сплавов являются снижение потерь металла, экономии капитальных затрат, повышения КПД на 2-4% за счет стабильности давления/температуры, увеличение межремонтного периода в 2-3 раза, экологичность за счёт минимизации утечек аммиака (до 0,1%).

Использование термостойких сплавов способствует модернизации процесса изготовления карбамида, гарантируя надежную защиту аппаратуры, увеличивая уровень безопасности производства и улучшая конкурентные преимущества продукции.

Применение сталей специального назначения обеспечивает окупаемость за 2-3 года, минимизирует технологические риски и способствует импортозамещению материалов, поддерживая устойчивое развитие отрасли.

Обращайтесь в компанию «Техсплав» для консультаций в выборе металлических сплавов под любые задачи:

+7 (495) 542-97-27

zakaz@tehsplav.ru

Список основных источников информации:

1. ИТС 2-2022. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство аммиака, минеральных удобрений и неорганических кислот.
2. ГОСТ 5632-2014. Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.
3. Соколовский, А.А. Технология минеральных удобрений и кислот / А.А. Соколовский, Е.В. Яшке. – М.: Химия, 1971. – 456 с.
4. Кочетков В.Н. Гранулирование минеральных удобрений / В.Н. Кочетков. – М.: Химия, 1975. – 224 с.
5. ГОСТ 30630.0.0-99. Методы испытаний на стойкость к внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Общие требования.
6. Лапушкин, В.М. Производство минеральных удобрений / В.М. Лапушкин, К.В. Аксенчик, А.С. Малявин // Энциклопедия технологий. Эволюция и сравнительный анализ ресурсной эффективности промышленных технологий. – М., СПб: Центр экологической промышленной политики, 2019. – С. 515-561.

Размещенные на сайте компании, текст статьи и схемы, используемые в статье, являются авторскими, не является рекламой. Рисунки использованы с ресурса Freepik (www.freepik.com).