ТЕХНОЛОГИЯ КАРБАМИДА

ТЕХНОЛОГИЯ КАРБАМИДА

Д. М.Горловский, Л. Н.Альтшулер. В. И.Кучерявый

В течение столетия после исторического синтеза мочевины[1] из цианата аммония, осуществленного Велером в 1828 г., было открыто свыше пятидесяти способов получения этого продукта [1 ], например, из фосгена и аммиака, окиси углерода и аммиака, путем гидролиза цианамида и др. Знаменательным фактом является то, что обладающий бесспорными преимуществами единственный способ, применяющийся в мировой промышленной практике, был открыт видным русским химиком и плодоводом А. И. Базаровым.

Учитывая широкий размах, который приобрело использование реакции Базарова в промышленности, можно считать, что его имя достойно быть в ряду имен других крупных ученых, про­славивших русскую науку [2].

Базаров ставил опыты по длительному нагреванию в запаянных трубках карбаминовокислого и углекислого аммония и получил карбамид. Открытая русским химиком реакция

2NH3 + С02 = NH2COONH4 = СО (NH2)2 + Н20

По праву должна именоваться реакцией Базарова. Карбамид в продукционной смеси был идентифицирован исследователем как в свободном состоянии, так., и в виде типичных для него двойных соединений с азотной и щавелевой кислотами. Естественно, сто лет назад Базаров не имел возможностей для реальной оценки значения своего открытия и перспектив практического его использования. Для него упомянутые опыты были лишь одним из этапов проводившегося системати­ческого исследования строения различных соединений азота. Тем не менее, с целью проверки возможности сдвига равновесия реакции в сторону целевого продукта, Базаров предпринял попытку введения в смесь исходных веществ ряда водоотнимающих агентов, в частности, абсолютного С2Н5ОН. Однако, в этих опытах карбамид получить вообще не удалось. Карбамид был зафикси­рован лишь в тех опытах, где нагревался чистый карбамат аммония без всяких добавок. В свете современных представлений очевидно, что неудача Базарова в опытах с добавками была обусловлена столь малой степенью заполнения трубки карбаматом аммония, когда конверсия ничтожно мала.

Особенно большое влияние на творческую судьбу ученого оказала работа под руководством А. М. Бутлерова (Петербург, 1869—1870 гг).

При жизни Базарова открытый им способ получения карбамида практически не использовался. Первая в мире промышленная установка по производству карбамида из аммиака и диоксида уг­лерода была пущена в 1922 г. в Германии. За истекшие с того момента полвека реакция Базарова была тщательно и всесторонне

Изучена [3]. Среди проведенных исследований видное место зани­мают работы советских ученых Г. А. Яковкина, А. И. Красиль - щикова, Б. А. Болотова, Г. Д. Ефремовой, Н. А. Гольдберга и др. Пионерами промышленного освоения производства карб­амида в нашей стране являются инженеры В. В. Святухин, Н. М. Павлов, И. П. Белоусов.

Сейчас производство карбамида, получившего в последние годы всеобщее признание в качестве наиболее эффективной формы азотных удобрений [4], по сравнению с производствами других продуктов азотной промышленности развивается наиболее ин­тенсивно (табл. 1—3).

Таблица 1. Мировые мощности по производству связанного азота и карбамида [4]

Мощность (млн. т азота) на начало года

1981 (оценка)

Азот, всего. . . . в том числе

Карбамид. . . Доля карбамида, %

Стремительный рост мощностей привел к тому, что начиная с 1974—75 гг. карбамид стал доминирующим видом среди твердых одинарных форм азотных удобрений (табл. 2). В связи с этим одной из характерных черт азотной промышленности в настоящее время является строительство аммиачно-карбамидных комплексов без каких-либо иных цехов переработки аммиака [5].

Советский Союз, где промышленное производство карбамида по существу началось после Майского (1958 г.) Пленума ЦК„КПСС, в начале 70-х гг. по объему выпуска карбамида вышел на первое место в мире.

Динамика роста мощностей по производству карбамида в СССР за 1966—80 гг. такова:

Рост мощностей по отношению к 1965 Г.

За двадцать лет (1959—79 гг.) единичная мощность техноло­гических линий по выпуску карбамида в Советском Союзе воз­росла со 100 до 1500 т/сутки, а удельная годовая выработка на одного работающего в 1978 г. превысила уровень 1965 г. в 4 раза.

Доля карбамида в ассортименте азотных удобрений в нашей стране составила в 1975 г. 25,9%; себестоимость азота в карб­амиде— близка к себестоимости азота в нитрате аммония, а с уче­том затрат в сфере потребления преимуществом обладает кар­бамид-экономия от использования карбамида составляет около 5% [41. Себестоимость карбамида на крупных заводах США составляет (в расчете на 1 т азота) 80% себестоимости нитрата аммония и 65% —сульфата аммония [6]. Таким образом, карбамид выте­сняет традиционные формы азотных удобрений благодаря высокой рентабельности производства.

Итак, мощности производства карбамида как в нашей стране, так и во всем мире имеют устойчивую тенденцию к дальнейшему росту. Выполненный нами всесторонний анализ научных, техни­ческих и патентных публикаций приводит к заключению о том, что к настоящему времени накоплен такой научно-технический потенциал, эффективное использование которого может привести в ближайшие годы к качественным изменениям технико-экономи - ческих характеристик промышленных установок. Вместе с тем, необходимо отметить, что очень многие усовершенствования не находят практического воплощения в течение длительного пери­ода с момента их создания. Это происходит отчасти вследствие конъюнктурных причин, отчасти из-за того, что нередко объектив­ные возможности для реализации технического решения возника- кают значительно позднее его создания. Необходимость внимания к таким техническим решениям обусловлена тем, что при сов­
ременных объемах выпуска карбамида даже незначительные усо­вершенствования в масштабах отрасли дают огромный народно­хозяйственный эффект.

Авторы надеются, что предлагаемая книга поможет читателю в поиске технологических альтернатив совершенствования слож­ного и еще далекого от теоретического идеала производства карб­амида.