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).

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 производства аммиака 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.