Химическая концепция и технологическая схема производства азотных удобрений
Азотные удобрения могут содержать азот в форме свободного аммиака и аминов (аммиакаты), ионов NH4+ и NO3-, аминогруппы NH2, а также в их сочетании. В соответствии с этим различают следующие виды азотных удобрений: аммиачные, аммонийные, нитратные, амидные и аммонийно-нитратные.
Все азотные удобрения водорастворимы, азот из них хорошо усваивается растенимями, особенно из аниона NO3-, который отличается высокой подвижностью в почве. По агрегатному состоянию азотные удобрения делятся на твердые (соли и карбамид) и жидкие (аммиак, аммиачная вода и аммиакаты, представляющие собой растворы твердых удобрений).
| Удобрение | Действ-щее вещество | Содержание азота, % | Удельный вес, %, по годам | |
| Аммиачные Аммиак жидкий Аммиачная вода | NH3 NH3 | 16,1 – 20,1 | 2,8 | 7,1 |
| Аммонийные Сульфат аммония | (NH4)2SO4 | 19,9 – 21,0 | 17,9 | 1,1 |
| Нитратные Нитрат натрия Нитрат кальция | NaNO3 Ca(NO3)2 | 11,0 – 16,0 18,0 – 11,0 | - - | - - |
| Амидные Карбамид | CO(NH2)2 | 46,0 – 46,1 | 2,1 | 27,1 |
| Аммонийно-нитратные | NH4NO3 | 32,1 – 31,0 | 73,3 | 40,1 |
| Карбамидоформ-альдегидные Карбаминоформ | NH2CONHCH2 | 33,0 – 42,0 | - | - |
| Аммиакаты Азотная часть комплексных минеральных удобрений | - - | 20,0 – 30,0 - | - - | - 19,3 |
В приведенных данных прослеживается тенденция снижения производства сульфата и нитрата аммония и увеличения производства карбамида, жидких азотных удобрений и минеральных удобрений, содержащих, наряду с другими элементами, азот (комплексных минеральных удобрений).
Ниже рассматривается технология производства наиболее распространенных азотных удобрений – нитрата аммония и карбамида, на долю которых приходится свыше 60% общего выпуска азотных удобрений.
К азотным удобрениям относятся органические и неорганические вещества, содержащие азот, которые вносятся в почву для повышения эффективности её использования. К ним относятся аммиачная селитра, сульфат аммония, мочевина, карбамид, сернокислый аммоний и другие вещества.
Производство азот. удобрений осуществляется на крупных специализированных предприятиях, что связано со сложностью технологического цикла и необходимостью выпуска продукции в значительных количествах.
Исходным сырьём для получения всех азотных удобрений является аммиак. В своё время основным источником его получения были кокс и выделяемый им коксовый газ, поэтому на многих металлургических предприятиях аммиак выпускался, как побочная продукция. В настоящее время основным сырьём для производствааммиака служит азот воздуха, вода, природный газ.
На первой стадии производства аммиака происходит паровая конверсия метана: СН4 + Н2О = СО + 3Н2 – Q.
Далее полученный водород в необходимом соотношении смешивается с азотом воздуха, полученная окись углерода окисляется до двуокиси и выводится из процесса, а азото-водородная смесь поступает на синтез аммиака, которая осуществляется на катализаторе - губчатое железо с добавками активаторов Al2O3, K2O, CaO, SiO2, реакцию ведут при t 500° С, давлении 240 атм.
N2 + 3 H2 =2NH3 +92,4кДж
Получение азотной кислоты осуществляется каталитическим окислением аммиака с последующей абсорбцией оксидов азота.
4NH3 + 5O2 = 4NO+ 6H2O+ Q
2NO+ O2 =2NO2+ Q
4NO2+ O2+ 2H2O = 4HNO3
Аммиачная селитра получается при прямом синтезе из аммиака и азотной кислоты.
NH3+ HNO3 = NH4NO3
Азота в природе, в составе атмосферы много – 78%, а растения испытывают азотное голодание. Большинство растений не могут усваивать атмосферный азот, а поглощают его только в виде аммония. Содержание в почве связанного азота невелико 1 кг азота– 1 тонна почвы.
Часть такого азота возвращается в почву в виде навоза, компоста, птичьего помета – органические удобрения. Другая часть связанного азота поступает в почву во время грозы в виде азотной кислоты.
Динитраифицирующие и азотофиксирующие бактерии и водоросли помогают растениям органические соединения превращать в минеральные, те, в свою очередь, усваиваются растениями.
Естественный потенциал подзолистых почв(почвы нашей местности) невелик, 11 центнеров с гектара. В процесс круговорота азота в природе вмешивается человек. Снимая урожай, ежегодно выносим из почвы огромное количество связанного азота. Эту убыль восполняем органическими и минеральными удобрениями. Растения, если им предоставить возможность, предпочитают аммиачный азот нитратному.