Безводный аммиак
Жидкий аммиак , безводный жидкий аммиак
P
K
Ca
Mg
S
Микроэлементы, %
Sе
Ag
B
Mo
Mn
Cu
Zn
Co
I
V
Безводный аммиак – азотное удобрение, бесцветная подвижная жидкость, содержит 82,3% азота. [1] Хорошо используется растениями, поглощается почвой и не вымывается. Получают путем сжижения газообразного аммиака под высоким давлением. Вносится как осенью, так и весной с глубокой заделкой. [1] Сильнодействующее отравляющее вещество.
Содержание:
Физические и химические свойства
Безводный аммиак содержит 82,3% азота.
Физические свойства
При атмосферном давлении и обычной температуре жидкий аммиак находится в газообразном состоянии. При температуре +26,7°C один литр весит 600 г и содержит 492 г азота. Понижение температуры приводит к увеличению веса, а повышение – к уменьшению веса. При +2,2°C происходит сжижение газа и образуется жидкий аммиак.
При температуре +100°C безводный аммиак развивает давление 5,1 am, а при +37,8°C – 13,4 am. Жидкий аммиак содержит более 99 % аммиака, большой взрывчатостью не отличается, но воздух, содержащий 16–25 % аммиака, может воспламениться от искры, что провоцирует взрыв. Жидкий аммиак значительно легче воздуха и быстро поднимается вверх, если не прибивается к земле ветром. Горение смеси аммиака с топливными газами приводит к образованию сильно ядовитого газа – синильной кислоты. [5]
Аммиак хорошо растворяется в воде: один объем воды при +20°C растворяет 702 объема аммиака при парциальном давлении NH3, равном атмосферному. [6]
При хранении в герметичных сосудах под давлением он разделяется на две фазы: жидкую и газообразную. Пары безводного аммиака обладают большой упругостью, поэтому емкости для его транспортировки и хранения должны заполняться не полностью.
Безводный аммиак корродирует медь, цинк и их сплавы, однако нейтрален к железу, стали и чугуну. [4]
Удобрения , содержащие Безводный аммиак
Применение
Сельское хозяйство
Безводный аммиак вносится в качестве основного удобрения (основное внесение), а также в подкормку с обязательной заделкой в почву. [1]
Зарегестрированные торговые марки безводного аммиака находятся в таблице справа.
Промышленность
Безводный аммиак (марки А) используется для производства азотной кислоты, азотирования, в качестве хладагента, а также для создания защитных атмосфер. [2]
Календарь внесений
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Поведение в почве
При внесении в почву безводный аммиак превращается в газ, который быстро адсорбируется почвенными коллоидами и поглощается почвенной влагой, образуя гидроксид аммония. Взаимодействуя с анионами почвенного раствора, гидроксид аммония дает различные соли и, вступая в физико-химическое взаимодействие с почвенными коллоидами, поглощается твердой фазой почвы.
В первые дни после внесения безводного аммиака из-за интенсивного образования гидроксида аммония реакция почвы смещается в сторону подщелачивания. [6] Таким образом, за 12–15 дней после внесения аммиак подщелачивает, а после перехода аммиака в нитраты подкисляет почву. Для нейтрализации 1 ц безводного аммиака требуется 1,5 ц карбоната кальция (CaCO3). [1]
Одновременно в зоне высокой концентрации аммиака происходит временная стерилизация почвы. Это приостанавливает процессы нитрификации аммиачного азота. Но уже через 1–2 недели численность микроорганизмов восстанавливается, и нитрификация возобновляется. В оптимальных условиях полная нитрификация завершается в течение месяца. [6]
Применение на различных типах почв
Безводный аммиак рекомендуется к применению на всех типах почв. Тяжелые, богатые органическими веществами, хорошо обработанные и нормально увлажненные почвы поглощают аммиак лучше, чем легкие, бедные гумусом.
В песчаных и супесчаных почвах образование аммонийных солей из аммиака и адсорбция ионов аммония происходят медленнее, чем в тяжелых почвах. Это приводит к потере NH3
на легких почвах. Из влажных почв аммиак улетучивается медленнее, чем из сухих. [1]
Источник
Зачем нужен аммиак?
Для чего нужен аммиак? Многие наши коллеги с ходу скажут: «Для производства удобрений». Это действительно так, но этим сфера применения аммиака не ограничивается.
Аммиак служит сырьем для производства многих химических веществ. Например, с помощью аммиака в промышленных масштабах получают соду.
Другое важное вещество, получаемое с помощью аммиака, – азотная кислота. Ее используют в производстве лекарств (например, в синтезе сердечных препаратов), в качестве окислителя ракетного топлива, для травления типографских форм в станковой графике и много где ещё. В том числе при производстве взрывчатого вещества – нитрата аммония, а тут и сам аммиак пригодится.
Аммиак в химическом синтезе может служить не только сырьем, но и растворителем. С помощью жидкого аммиака производят органические и неорганические вещества, синтез которых был бы невозможен в других растворителях.
Существуют аммиачные холодильные установки, которые применяют на промышленных объектах. У аммиака как хладагента есть преимущества: он экологичнее и дешевле фреона из наших домашних холодильников.
Аммиак широко применяют в медицине в качестве 10%-го раствора – нашатырного спирта. Когда человек падает в обморок, именно нашатырём его приводят в чувство. Из него делают примочки и обрабатывают места укусов насекомых. Хирурги используют разведенный в воде нашатырный спирт для обработки рук. Кроме того, его применяют хозяйки в быту – он отлично выводит пятна с одежды.
В цветоводстве пары нашатырного спирта используются для изменения окраски цветов. Например, голубые и синие лепестки становятся зелёными, ярко-красные – чёрными. Некоторые цветы, не имеющие запаха от природы, в том числе астры, после обработки аммиаком приобретают приятный аромат.
Растворенный в воде аммиак используют в строительстве в качестве противоморозной добавки для бетона – раствор быстрее застывает даже при отрицательных температурах.
Жидкий аммиак можно использовать в качестве экологичного топлива. Да что там, его уже применяли в этом ключе около 80 лет назад: из-за острого дефицита дизельного топлива правительство Бельгии в 1943 году выпустило на маршруты рейсовые автобусы, работающие на аммиаке и угольном газе. До окончания войны они успели пробежать десятки тысяч километров.
В 1958 году в Америке произвели экспериментальный самолет-ракетоплан «Икс-15», топливом для которого служил аммиак. Это был первый гиперзвуковой аппарат, и он смог совершить пилотируемый космический полет. Точно ли космический? Судите сами: пилоты поднялись на высоту 80 тыс км над земной поверхностью, и длился этот выход в суборбитальное пространство несколько секунд.
В последние годы аммиак часто рассматривают как альтернативное синтетическое топливо. Особенно им интересуется отрасль судоходства: аммиак можно сжигать в судовых двигателях вместо загрязняющего атмосферу дизельного топлива, и уже разрабатывают проекты такого перехода. Помимо того, есть проекты, разрабатывающие топливные элементы на аммиаке для электродвигателей. Так что у аммиака много перспектив.
– Аммиак обязан своим названием египетскому богу Амону. По одной версии – из-за оазиса в ливийской пустыне, где был храм этого бога. Оазис располагался на перекрёстке караванных путей, и через него проходило много вьючных животных. Ну, а мочевина, содержащаяся в продуктах их жизнедеятельности, быстро разлагалась на жаре с характерным запахом аммиака. Другая версия, почему аммиак так назвали – по прозвищу амониан, жрецов бога Амона. Они во время ритуалов нюхали минерал нашатырь (хлорид аммония), из которого при нагревании испаряется аммиак.
– Если опустить в жидкий аммиак деревянную палочку, её можно будет согнуть, как резину. Это происходит потому, что аммиак разрушает водородные мостики между молекулами целлюлозы, и они начинают «скользить» относительно друг друга, как нити. При комнатной температуре аммиак испарится, и дереву вернётся его твёрдость. При этом форма, которую вы придадите деревяшке, сохранится.
Ольга Тебенкова для «Волжского химика»
Источник
Безводный аммиак. Преимущества очевидны
Шекунова С.Ф., доцент, кандидат с.-х. наук.
Производство и применение безводного аммиака в качестве азотного удобрения стремительно набирает обороты в интенсивных технологиях возделывания культур. В мировом объеме производства азотных удобрений доля аммиака в 2015 г. составляла 4%, что близко к объемам применения КАС (5%). Данные виды жидких азотных удобрений в условиях изменения климата являются одним из атрибутов высокорентабельного земледелия. По целому комплексу свойств безводный аммиак в настоящее время — наиболее эффективное азотное удобрение, в России и Украине оно также находит все больше сторонников. Несмотря на явные преимущества удобрения, его ограниченное применение объясняется спецификой работы с аммиаком.
Жидкие концентрированные азотные удобрения сегодня широко используются в Северной Америке и Европе, что позволяет достигать максимального эффекта в интенсивных технологиях земледелия. Объемы применения безводного аммиака в земледелии России и Украины неуклонно расширяются, создаются подразделения, оснащенные специальной техникой для перевозки и внесения в почву.
В хозяйствах Беларуси наиболее распространены азотные удобрения в форме карбамида, КАС, сульфата аммония, и то в количестве 60% от потребности в них культур. Безводный аммиак в качестве удобрения в Республике Беларусь уже давно не используется. Основная причина — высокие требования к технике безопасности при несовершенстве технологии внесения.
Причины сдержанного применения аммиака в качестве азотного удобрения
Все виды работ с аммиаком относятся к работам с повышенной опасностью. Аммиак — токсичный газ, пребывающий как в жидком, так и в газообразном состоянии, поэтому его хранение, транспортировка и внесение осуществляется только в герметичных емкостях под рабочим давлением до 16 атмосфер.
В силу специфики безводного аммиака к работе с ним нельзя допускать неподготовленных людей. Вносить это удобрение в почву имеет право исключительно специальная организация, у которой есть соответствующая техника, разрешение, допуски и опыт внесения. В работе с аммиаком людям необходимо использовать индивидуальные средства защиты во избежание ожогов слизистых оболочек глаз и дыхательных путей.
Высокие стартовые затраты на создание инфраструктуры применения безводного аммиака в цепи «завод — поле», по мнению специалистов, экономически нецелесообразны для небольших хозяйств (Завалин А.А., 2014). С другой стороны, вполне понятны опасения сельхозпроизводителей в отношении возможного ухудшения плодородия почвы из-за высокой токсичности и химической агрессивности аммиака. В современной отечественной научной литературе отсутствуют сведения о воздействии аммиака на плодородие почвы, а также нет длительных наблюдений за его воздействием на экологию. При этом высокие требования безопасности в работе с данным удобрением могут помочь решить в хозяйствах проблему хищения удобрений.
В последнее время в аграрном секторе особо ощутимо влияние экономического фактора и неравномерного развития производства и логистики, которые порой создают серьезные трудности. Одним из препятствий для импортеров любых удобрений также является их обязательная регистрация, которая действует несколько лет и требует высоких затрат.
Безводный аммиак запрещено и нерентабельно перевозить на дальние расстояния автомобильным транспортом. Поэтому из ОАО «Тольяттиазот» (Самарская область) проложен единственный аммиакопровод в порт г. Одессы (Украина), откуда аммиак поставлялся потребителям более дешевым морским путем. С 23 декабря 2016 г. ситуация изменилась.
А ммиак получают из загрязненных аммиачным газом растворов, образующихся при очистке коксового газа при производстве кокса, или синтетическим путем из водорода и азота. В качестве азотного удобрения используют безводный аммиак (NH3 — бесцветный газ), содержащий 82,2% азота. Он имеет плотность меньше воздуха, легко сжижается под давлением и поставляется в металлических баллонах. Аммиак в водном растворе (NH4OH) — жидкость, содержащая 20-27 или 34% NН3, которая хранится в герметичных контейнерах. Помимо использования в качестве удобрения, аммиак применяют в производстве азотной кислоты и нитратов, сульфата аммония, азотных удобрений, аминов и др. Жидкий аммиак используется в холодильном оборудовании.
За услуги организаций по внесению безводного аммиака в почву с помощью специального культиватора придется платить больше, чем потратить на поверхностное разбрасывание твердых форм азотных удобрений. Однако, по мнению практиков, это того стоит. За счет высокой концентрации единица азота в аммиаке обойдется дешевле, позволяя экономить на перевозках. Но основное преимущество безводного аммиака кроется в комплексе свойств, полной механизации всех технологических процессов, позволяющих использовать интенсивную технологию выращивания, обеспечивающую весомую прибавку урожайности. Это очень актуально в ситуации, когда топливо и удобрения дорожают, а урожайность не повышается. Поэтому технология возделывания культур с использованием безводного аммиака в качестве азотного удобрения принесет плоды тем, кто её освоит, разобравшись в существенных преимуществах.
По мнению аграриев, для использования технологии безводного аммиака в земледелии необходимо нацелить на это промышленность, машиностроение и обеспечить государственную поддержку. Это даст возможность на 35% уменьшить себестоимость аммиачных удобрений, повысить урожайность зерновых культур и качество растениеводческой продукции.
Крупнейшие производители аммиака в бывшем СНГ
По данным компании «Alto Consulting Group», на протяжении последних двух лет в России выпуск аммиака безводного увеличивается (14 634,2 тыс. т в 2014 году).
- в России: ОАО «Тольяттиазот» (Самарская обл.), ОАО НАК «Азот» (Тульская обл.), ОАО «Невинномысский азот» (Ставропольский край), ОАО «Акрон» (Великий Новгород), ОАО «Дорогобуж» (Смоленская обл.), ОАО «Минудобрения» (Воронежская обл.), КОАО «Азот» (Кемерово);
- в Украине: ОАО «Концерн «Стирол» (Донецкая обл.);
- в Беларуси: ОАО «Гродно Азот».
Жидкий аммиак сегодня является самым дорогостоящим азотным удобрением. С 2012 по 2015 гг. его стоимость постепенно снижалась с $600 до $400/т. Однако, если пересчитать его цену на действующее вещество азота (82,2%), безводный аммиак становится самым дешевым азотным удобрением за 1 т д.в. По расчетам H. Zhang (2006), затраты на применение 1 кг азота в виде жидкого аммиака на 57% ниже, чем карбамида и аммиачной селитры.
В период 2012-2015 гг. средние цены российских производителей на аммиак в водном растворе выросли на 51,8% (до 4084,8 руб./т). Основной объем аммиака безводного, который экспортировался из РФ, поставлялся в Украину (2517 тыс. т), Бельгию (302 тыс. т) и Швецию (267,3 тыс. т).
Жидкий аммиак рекомендуют вносить ежегодно при всех современных технологиях обработки почвы: отвальной, безотвальной, минимальной и нулевой. Специальные ленточные аммиачные культиваторы размещают удобрение в почву на глубине 10-15 см (в зависимости от гранулометрического состава) во избежание потерь на испарение. При наличии влаги в почве удобрение способно проникать довольно глубоко (до 60 и более см) и распространяться по горизонтальному профилю, равномерно распределяясь в корневой зоне растений. Попадая в почву, аммиак быстро закипает и связывается почвой, что существенно сокращает потери азота. Желательно вносить аммиак во влажную почву за 10-15 дней до посева культур, чтобы семена не получили ожоги и не снизили всхожесть.
Комплекс для внесения безводного аммиака.
Для повышения эффективности аммиака оптимальная температура почвы при внесении должна быть не выше +10°С, а воздуха — не выше +15°С.
Со 100 кг безводного аммиака в почву поступает 82 кг азота. При расчете доз следует учитывать, что безводный аммиак — это газ, однако учетной величиной для него является только вес (в кг или т), а не объем (м3).
Украинские ученые установили, что применение жидкого безводного аммиака имеет ряд агрономических и экономических преимуществ над традиционной аммиачной селитрой, позволяя повысить эффективность использования элементов питания из почвы и удобрений. В то же время экологические риски применения безводного аммиака в земледелии требуют систематического контроля кислотности почвы, её гумусового состояния и вымывания азота в подпочвенные воды (Мирошниченко Н.Н., Гладких Е.Ю., Ревтье А.В., 2015).
Агрономические преимущества аммиака
Специфика взаимодействия с почвой обуславливает целый ряд преимуществ аммиака, о чем свидетельствуют расчеты коэффициента мобилизации азотного фонда почвы. Он в 1,7-1,9 раза превышает показатели при внесении аммиачной селитры. Растения используют 69-89% азота из безводного аммиака, а из селитры — около 40% (Мирошниченко Н.Н.). Высокая доступность азота из аммиака — один из главных факторов, влияющих на урожайность.
Важным преимуществом аммиака является возможность перенести часть работ по внесению азота на осень. Через 3 дня после внесения безводного аммиака на черноземе оподзоленном концентрация минерального азота в ленте увеличивалась в 3 раза по сравнению с разбросным внесением аммиачной селитры. Замедление процессов нитрификации при позднеосеннем внесении аммиака положительно влияло на закрепление азота почвенным поглощающим комплексом, что сокращало миграцию азота за пределы почвенного профиля.
Внесенный осенью минеральный азот оставался в почве до весны преимущественно в аммонийной форме (в период возобновления вегетации соотношение NH4:NO3 составляло 1,7:1). Однако при благоприятных для нитрификации гидротермических условиях разовое внесение высоких доз азотных удобрений ленточным способом может привести к формированию очагов накопления нитратов и усилению их миграции в грунтовые воды. Максимальное накопление нитратов при внесении безводного аммиака наблюдалось на глубине 60-120 см.
Кроме продолжительного влияния на посевы, безводный аммиак ещё технологически выгоден в своем производстве, поскольку имеет меньшие энергозатраты на производство единицы азота. Дорогостоящие технологические процессы производства из аммиака гранулированных азотных удобрений требуют затрат на выпаривание, кристаллизацию и гранулирование.
Особенности воздействия на обитателей почвы
Первые дни после внесения безводного аммиака в ленте происходит депрессия микробного ценоза, численность микроскопических грибов, актиномицетов, микроорганизмов, ассимилирующих минеральные и органические формы азота, снижается практически вдвое. Стрессовое влияние отсутствует только на олигонитрофильных и олиготрофных микроорганизмов, для которых N-NH4+ является потенциальным источником нитрификации. Через 3 недели после внесения аммиака активность микроорганизмов возобновляется, поэтому катастрофически необратимых изменений в структуре эколого-трофических групп не происходит.
Влияние на агрохимические свойства почвы
Изменение кислотности почвенного раствора под влиянием аммиака — дискуссионный вопрос. Аммиак хоть и считается физиологически щелочным удобрением, но его вклад в подкисление почвы имеет основания. Известно, что в первые 2-4 дня после его внесения в ленте происходит подщелачивание, но в дальнейшем кислотность почвенного раствора стабилизируется и повышается (Bouman O.T. et al., 1995; Chien S.H. et al., 2008; Norman R.J. et al., 1987). Наблюдения Schroder J.L. et al. на протяжении 30 лет (2011) показали постепенное подкисление почвенного раствора при ежегодном внесении безводного аммиака.
Наибольшие изменения в почвенном поглощающем комплексе характерны для локальной зоны внесения аммиака, объем которой составляет чуть более 1% пахотного слоя почвы. Подкисление почвы вызывается преобразованием NH4+ в NО3- под действием нитрифицирующих бактерий и вытеснением обменно-поглощенных катионов высвобождающимся ионом водорода. Подкисляющий эффект аммиачной селитры по сравнению с аммиаком менее выражен, что обусловлено меньшей концентрацией в ней ионов аммония.
Ранее исследователи (F.A. Stanley et al., 1956; D. Smith et al., 1960) отмечали увеличение подвижных форм фосфора и калия в зоне внесения аммиака, хотя существовали и противоположные взгляды (L.R. Darusman et al., 1991). Результаты современных исследований украинских ученых показывают, что содержание подвижного фосфора и калия на черноземе оподзоленном через месяц после внесения безводного аммиака действительно несколько возрастало. Но в дальнейшем этот эффект полностью исчезал. Причиной этого являлось подкисление почвы и повышение концентрации водорастворимого органического углерода, что улучшало фосфорно-калийное питание растений за счет повышения в 1,3 раза коэффициентов использования фосфора и калия из почвы.
Наряду с сильным влиянием на физико-химические и биологические свойства почвы, более выражены изменения агрохимических свойств под воздействием безводного аммиака. Следует отметить, что в зоне внесения безводного аммиака значительно повышается содержание минерального азота, достигая концентраций 200-250 мг/кг на почвах суглинистого гранулометрического состава (Chien S.H., Collamer D.J., 1990). Существенную роль в процессе миграции азота играет способ основной обработки почвы. Замена вспашки дискованием сокращает зону выщелачивания азота.
Влияние на урожайность
Полученные в опытах с аммиаком прибавки урожая разных гибридов кукурузы (0,3-3,2 т/га) и озимой пшеницы (0,3-0,4 т/га) ученые Института почвоведения и агрохимии (г. Харьков) связывают, прежде всего, с лучшей позиционной доступностью азота. Азот, внесенный ленточным способом в 3 раза глубже глубины высева, позволяет корням растений поглощать его быстрее, особенно в условиях засухи.
Экономическая эффективность безводного аммиака достигается за счет повышения урожайности культур и снижения затрат на приобретение удобрения. Чистый доход был на 20-25% выше, чем от внесения аммиачной селитры, при уровне рентабельности выращивания культур звена севооборота 46-110%.
Производство и применение безводного аммиака уже стремительно набирает обороты. Причина сдержанного применения аммиака в качестве азотного удобрения кроется в том, что его пока негде купить. Весь производимый заводами аммиак или экспортируется, или перерабатывается в другие формы азотных удобрений. К сдерживающим факторам можно отнести целый ряд административных барьеров, отсутствие необходимой техники для его хранения, перевозки и внесения, а также дефицит квалифицированных специалистов. При принятии решения необходимо учитывать не только прямой эффект повышения урожайности культур, но и отдаленные последствия длительного применения аммиака на плодородие и качество почв.
- Преимущества и проблемы применения жидких азотных удобрений в земледелии / А.А. Завалин [и др.] // Агрохимия. – 2014. –№ 5. – С. 20-26.
- Сравнительная эффективность безводного аммиака и аммиачной селитры в звене полевого севооборота / Н. Н. Мирошниченко [и др.] // Почвоведение и агрохимия. ‒ 2015. ‒ Том 54, N 1. ‒ С. 150-160.
- Chien S.H., Collamer D.J., and Gearhart M.M. (2008). The effect of different ammonia nitrogen sources on soil acidification // Soil Sci. J. ‒ №173. ‒ Р. 544-551.
- Darusman L.R. Stone, D.A. Whitney, K.A. Janssen and J.H. Long. (1991). Soil properties after twenty years of fertilization with different nitrogen sources // Soil Sci. Soc. Am. J. ‒ №55. ‒ Р. 1097-1100.
- Norman R.J., Kurtz L.T. and Stevenson F.J. (1987). Solubilization of soil organic matter by liquid anhydrous ammonia // Soil Sci. Soc. Am. J. ‒ №51. ‒ Р. 809-812.
Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2016 г., №1).
Источник