Пречистване на отпадъчни газове при производството на торове

Минералните торове съдържат един или повече основни хранителни елементи в неорганична форма или като карбамид или цианамид. Първичните хранителни елементи азот N, фосфор P и калий K са необходими на растенията в големи или умерени количества. В зависимост от формулата, минералните торове съдържат и други нутриенти, които не са с такова голямо значение за културите – например калций, магнезий и сяра, както и елементи с ниска концентрация като бор, хлор, мед, желязо, манган, цинк и др. Торовете се класифицират на база основните си съставки като еднокомпонентни и комбинирани. Твърдите торове са най-важната група почвени подобрители за Европа. Към тях спадат гранулирани, прилинг и компактирани продукти. Гранулираните торове се отличават със сферични частици с диаметър 1,5-5 mm, а прилинг продуктите са с полусферична форма и се получават при втвърдяването на свободно падащи капки.

Торовата индустрия отговаря за приблизително 2-3% от консумацията на електроенергия в световен мащаб, като с най-високо енергопотребление се характеризира производството на азотни торове. Това се дължи на факта, че е необходимо значително количество енергия за фиксирането на атмосферния азот за производството на амоняк, както и за превръщането на този амоняк в карбамид. Основните замърсители, отделяни от торовото производство в атмосферата, са азотни оксиди, серен диоксид, флуороводород, амоняк и прах. При производството на HNO₃ се генерират значителни количества парников газ N₂O.

Праховите емисии от смилането на суровините, например фосфорит или варовик, се третират с помощта на ръкавни филтри, като по този начин могат да се постигнат концентрации на прах от 5 mg/Nm3. Други техники за обработка на газови емисии, прилагани в торовата индустрия, включват използването на циклони, пластинчати охладители, многостъпални скрубери и капкови сепаратори.


Фосфатни и комбинирани торове
Основните замърсители от производството на фосфатни торове чрез разлагане на фосфорит със сярна и/или фосфорна киселина са прах, амоняк, хлороводород и флуорни съединения. Хлороводородът се отделя от процеса на разграждане на фосфорита и от производството на PK торове при дейностите по гранулиране и сушене. Емисии на амоняк се генерират от производството на NPK почвени подобрители. Отпадъчните газове от разлагането на фосфорита, гранулирането и сушенето се обезпрашават с циклони и се пречистват в многостъпални мокри скрубери. Посредством мокрото пречистване на газовете от разграждането на фосфорита са постижими концентрации на флуор (като флуороводород) от 5 mg/Nm³ и на хлор (като хлороводород) от 30 mg/Nm³. Тази технология позволява при третиране на отпадъчни потоци от гранулиране и сушене да се получават концентрации на флуор и амоняк от 5 mg/Nm³, и на хлор от 30 mg/Nm³.

Производство на комбинирани торове по нитрофосфатния метод
Този производствен процес включва няколко основни етапа: разлагане на фосфорита с азотна киселина; кристализация и отделяне на калциев нитрат тетрахидрат (CNTH) от нитрофосфорна киселина; регулиране на съотношението азот/фосфор; гранулиране на суспензията; конверсия на CNTH в амониев нитрат и варовик и производство на калциево-амониеви нитратни (CAN) торове.

Главните газообразни замърсители, отделящи се при производството на комбинирани торове по нитрофосфатния метод, са прах, азотни оксиди, амоняк и флуорни съединения. Емисиите се генерират при процесите на разграждане на фосфорита, промиване и конверсия на CNTH, неутрализация/изпарение на нитрофосфорната киселина, както и при гранулиране на суспензията. Източници на емисии на азотни оксиди и флуорни съединения са разлагането на суровинния материал и филтрирането на CNTH. Азотните оскиди се формират вследствие на редукционни реакции на азотната киселина с органични съединения и/или соли на желязото. От неутрализиращия/изпарителния агрегат се изпускат емисии на амоняк и флуорни съединения, а при гранулирането на суспензията се отделят и емисии на прах.

Емисиите на азотни оксиди и флуорни съединения се третират съвместно в мокър скрубер, като за пречистването се използва разтвор на амониев нитрат. Освен чрез този метод, емисиите на азотни оксиди може да бъдат редуцирани, ако се използва фосфорит с ниско съдържание на органични вещества и железни соли. Температурата при процеса на разграждане на суровината трябва да бъде контролирана с голяма точност, тъй като азотните оксиди се формират, ако тя е прекалено висока.

Управлението на емисиите на амоняк и флуорни съединения от неутрализатора/изпарителя включва третиране на изходящите пари в мокър скрубер. В случай обаче че изпаренията кондензират частично и се подадат към абсорбера, вследствие на пречистването ще се отдели значителен обем отпадъчни води. Това може да бъде избегнато чрез третирането на парите от неутрализатора/изпарителя заедно с отпадъчните газове от процеса на гранулиране, които първо преминават през циклон за отстраняване на праховите частици. По този начин топлината на горещите отпадъчни газове от гранулатора (~100°C) се оползотворява за изпарение на излишната вода в скрубера. Така комбинираният абсорбер работи като изпарител за течни отпадъчни потоци, без да е необходима допълнителна енергия. Концентрираният абсорбент може да бъде рециклиран в производствения процес, като така основната част от хранителните елементи, която обикновено се губи с течните отпадъчни потоци, се възстановява и оползотворява.

Отпадъчните газове, отделящи се при разделянето и промиването на CNTH кристалите, се третират заедно с емисиите от разграждането на фосфорита. Другите отпадъчни потоци, например изпарения от разтвора на амониев нитрат, могат да бъдат пречистени съвместно с емисиите от последващ производствен процес на CAN торове.

Производство на амониев нитрат (AN) и CAN торове
От този процес се генерират основно емисии на прах (предимно частици амониев нитрат) и на амоняк. Главните източници на амоняк са получаването и концентрирането на амониево-нитратния разтвор и процесите на гранулиране и прилинг, а прахът се емитира от повечето етапи на процеса.

Парите, отделящи се от реактора за неутрализация при производството на AN, са замърсени с амониев нитрат, амоняк и азотна киселина. Съставът на емисиите обаче в голяма степен зависи от специфичните характеристики на инсталацията и от това дали в неутрализатора се използва излишък от амоняк или киселина.

Парите от неутрализатора се пречистват, за предпочитане след кондензация. За отстраняването на амониевия нитрат от парите се ползва комбинация от капкови сепаратори и скрубери. За третирането в абсорбер се изисква добавянето на киселина, обикновено азотна, с цел неутрализиране на свободния амоняк и оптимизиране на пречистването.

Изпаренията от производството на амониев нитрат чрез неутрализация под налягане кондензират, когато се използват за концентриране на разтвора. В резултат на това количествата течни отпадъчни потоци, които също изискват подходящо третиране, нарастват. Некондензиращите отпадъчни газове се пречистват чрез мокър скрубер.

Емисиите от процесите на втвърдяване при производството на CAN торове са на частици амониев нитрат и амоняк. Често до сериозни проблеми с пари от амониев нитрат може да се стигне при прилинг заради големите количества въздух, които се използват при този процес.

Основните разлики между прилинга и гранулирането по отношение на отпадъчните газове са, че при гранулирането емисиите са в много по-малки количества и пречиствателното оборудване се монтира по-лесно. Отпадъчните газови потоци от процесите на гранулиране и сушене се обезпрашават в циклон, след което се третират в мокър скрубер, като пречистващият разтвор може да бъде рециклиран в торовото производство. При производството на амониев нитрат чрез конверсия на CNTH следва да бъдат отчетени емисиите на флуорни съединения. С третирането им в абсорбер могат да бъдат постигнати концентрации под 1 mg/Nm³.

Производство на карбамид
Карбамидът се получава посредством реакция на амоняк и въглероден диоксид при повишени температура и налягане. При процеса се отделят два основни вида емисии – съдържащи амоняк изпускания от синтеза и отпадъчни газове от фазата на втвърдяване (прилинг или гранулиране), съдържащи амоняк и прах (твърди частици карбамид). Емисиите на амоняк се генерират вследствие на разлагането на карбамид по време на втвърдяване. Емитираните газове от прилинг кулите съдържат значителни количества прах, като делът на частиците с диаметър под 10 микрона е относително висок.

За отстраняването на амоняка от изпусканите технологични газове се използва конвенционално абсорбционно оборудване. Емисиите от процесите на втвърдяване се третират в скрубери за премахване на амоняк и прах, като за пречистването обикновено се използват кондензирали изпарения от карбамидния разтвор. С цел повишаване ефективността на отстраняване на амоняка за третирането може да се използва и киселинен промивен разтвор. В този случай обаче отработеният абсорбент не може да бъде върнат обратно в карбамидното производство поради високото съдържание на амониев нитрат. Тъй като отделящите се при гранулиране прахови частици са с много по-големи размери и в по-малки количества в сравнение с тези, емитирани от прилинг процеса, мокрите скрубери представляват адекватно и лесно за изпълнение решение за третирането им. Заради това много от съвременните заводи за производство на карбамид залагат на гранулиране, а не на прилинг.

Дифузни емисии
В торовото производство има няколко източници на дифузни емисии. От всички съоръжения за преработка на фосфорит и манипулиране на крайната продукция се отделя прах – например от мелници, конвейери и сита. Прахови емисии се генерират и при товаро-разтоварните дейности и транспорта на суровини, междинни и крайни продукти. Дифузни емисии на флуорни съединения могат да се отделят от процеса на втвърдяване на суперфосфатни торове. За ограничаване на дифузните емисии на амоняк от производството на амониев нитрат и карбамид следва стриктно да се изпълнява програмата по поддръжка на инсталациите.

Мерките за намаляване на емисиите на прах са няколко. Редуцирането на емисиите от транспорт и манипулиране на суровини и готова продукция може да бъде постигнато чрез намаляване на височината, от която се насипват. В етапа на опаковане за ограничаване на праховите емисии може да се използват ръкавни филтри, с помощта на които са постижими концентрации между 5 и 10 mg/Nm³.