Азотные удобрения
Карта отрасли
Высокотехнологичное производство
Высокотехнологичное производство — технологически и предметно замкнутый участок предприятия, основанный на высоких технологиях и выпускающий законченную высокотехнологичную продукцию для реализации её на рынке. Под высокотехнологичным производством может пониматься и всё предприятие в целом, выпускающее высокотехнологичную продукцию.
Характерные особенности высоких технологий:
- Защищенной интеллектуальной собственностью (патенты, ноу-хау, лицензии),
- Большим удельным весом затрат на научные исследования и разработки,
- Междисциплинарным характером (возникают в результате взаимодействия нескольких наук),
- Многостадийностью и непрерывностью технологического процесса,
- Высоким уровнем автоматизации производственного процесса и контроля эмиссии вредных веществ,
- Высоким уровнем требований к знаниям и навыкам персонала,
- Значительными капитальными вложениями в создание производства.
Высокотехнологичное производство, общий алгоритм
Основные стадии производства МАФ, ДАФ, NPS, NPK на основе азотнокислотного разложения фосфатного сырья:
- Прием и передача сырья и полуфабрикатов;
- Азотно-кислотное разложения апатита;
- Осветление азотно-кислотной вытяжки апатита (АКВ);
- Кристаллизация и фильтрация нитрата кальция;
- Приготовление азотно-фосфорного раствора (АФР) и аммонийного азотно-фосфорного раствора (ААФР);
- Производство карбоната кальция и растворов аммиачной селитры;
- Упаривание ААФР до остаточной влажности пульпы 9% ÷ 15% в трехкорпусной выпарной батарее с доупаривателем;
- Смешение с хлористым калием (при необходимости);
- Гранулирование и сушка полученной массы гранул удобрений в БГС. Сушка гранул удобрений осуществляется горячими топочными газами, смешанными с воздухом для получения теплоносителя заданной температуры;
- Выделение готового продукта из полученной массы гранул методом классификации, охлаждения его в аппарате КС низкого кипящего слоя.
Схема производства гранулированного аммофоса с аппаратом БГС (на основе концентрированной пульпы):
1 ‑ сборник кислоты; 2 ‑ САИ; 3 ‑ сборник пульп; 4 ‑ БГС; 5 ‑ грохот; 6 ‑ холодильник КС; 7 ‑ абсорбер; 8 ‑ циклоны; 9 ‑ дробилка; 10 ‑ транспортер; 11 ‑ элеватор
Основные стадии производства азотной кислоты:
- Фильтрация атмосферного воздуха от механических примесей;
- Сжатие воздуха в осевом воздушном компрессоре;
- Испарение жидкого аммиака (NH3) теплом конденсации водяного пара;
- Фильтрация NH3 от брызг жидкого и механических примесей, подогрев газообразного NH3;
- Подогрев сжатого воздуха;
- Смешение NH3 и воздуха с получением смеси (АВС), содержащей 10–10,5 объемных % аммиака;
- Окисление аммиака кислородом воздуха на катализаторных сетках из сплавов платины с добавками (родия, рутения, палладия);
- Охлаждение нитрозного газа (НГ) в газотрубном котле-утилизаторе с продуцированием пара;
- Окисление NO в окислителе;
- Нагрев выхлопного газа до входа в реактор селективной очистки теплом охлаждения нитрозного газа, который остывает на входе в холодильник-конденсатор;
- Охлаждение НГ в двух холодильниках-конденсаторах; при охлаждении образуется конденсат азотной кислоты с концентрацией 50 % — 55 % HNO3;
- Абсорбция оксидов азота водой с образованием 58 % азотной кислоты; содержание O2 — до 3 об. %;
1 ‑ фильтр воздуха; 2 ‑ воздушный компрессор; 3 ‑ ресивер; 4 ‑ испаритель аммиака; 5 ‑ фильтр газообразного аммиака; 6, 7, 13, 22, 27, 28 ‑ подогреватели; 8, 29 ‑ абсорбер; 9 ‑ фильтр аммиачно-воздушной смеси; 10 ‑ контрактный аппарат; 11 ‑ котел-утилизатор; 12 ‑ экономайзер; 14, 23 ‑ холодильники-конденсаторы; 15 ‑ промыватель; 16, 19, 21 ‑ насосы; 17, 18 ‑ теплообменники; 20 ‑ нитрозный нагнетатель; 24 ‑ абсорбционная колонна; 25 ‑ продувочная колонна; 26 ‑ ловушка; 30 ‑ рекатор каталической очистки; 31 ‑ газовая турбина; 32 ‑ паровая турбина
Производство аммиачной селитры
- Прием и очистка капельного жидкого аммиака;
- Нагрев газообразного аммиака теплом парового конденсата из выпарного аппарата;
- Прием и нагрев азотной кислоты соковым паром из нейтрализаторов;
- Нейтрализация азотной кислоты и получение раствора АС с концентрацией 89% — 92% NH4NO3;
- Донейтрализация раствора АС до pH=5,5–6 и смешение с кондиционирующей добавкой;
- Нагнетание атмосферного воздуха и нагрев водяным паром перед подачей в выпарной аппарат;
- Упаривание раствора АС до состояния плава с концентрацией 99,7% NH4NO3 в токе воздуха;
- Донейтрализация плава аммиаком и перекачка плава на верх гранбашни;
- Гранулирование капель плава охлаждением в потоке воздуха.
Сырьем для производства АС служат газообразный аммиак и азотная кислота с концентрацией 56% — 60% мнг HNO3, иногда 46% — 48%.
1,2 — подогреватели соответственно газообразного аммиака и азотной кислоты; 3 — аппарат ИТН; 4, 5 — донентрализаторы; 6 — комбинированный выпарной аппарат; 7, 24 — подогрева-тели воздуха; 8 — нагнетатель воздуха; 9 — гидрозатвор-донейтрализатор; 10 — фильтр плава; 11 — бак для плава аммиачной селитры; 12 — погружной насос; 13 — насос центробежный; 14 — бак для раствора аммиачной селитры; 15 — бак напорный; 16, 17 — грануляторы соответственно акустический и монодисперсный; 18 — скруббер; 19, 23 — вентиляторы; 20 — грануляционная башня; 21, 25 — ленточные конвейеры; 22 — аппарат для охлаждения аммиачной селитры в кипящем слое; 23 — вентилятор; 26 — элеватор; 27 — аппарат для обработки гранул ПАВ.
Источник
Азотная промышленность и производство удобрений в России
Основными сферами деятельности современной азотной промышленности России, основы которой были заложены в 1927 году с запуском Чернореченского химического завода, являются:
- получение водорода методом паровой конверсии (риформинга) метана и природного газа,
- производство аммиака и азотной кислоты,
- выпуск на их основе комплекса азотных удобрений.
К числу последних из перечисленных продуктов азотной отрасли относятся органические и неорганические соединения, имеющие в своём составе азот, а именно:
- мочевина (карбамид) и цианамид кальция – амидные удобрения;
- аммофос и диаммофос, хлористый аммоний, сульфат, сульфид и карбонат аммония – удобрения аммиачные;
- калиевая, кальциевая и натриевая селитры – нитратные удобрения;
- аммиачная и известково-аммиачная селитры – аммиачно-натриевые удобрения.
Кроме того, аммиак, являющийся важнейшим сырьём для химической промышленности (общемировая выработка его составляет свыше 180 млн т в год) и получаемая из него азотная кислота являются главными компонентами в деле производства взрывчатых веществ, серной кислоты, соды, растворителей.
История технологий
Продолжительное время источником получения селитры (комплекса минералов, имеющих в своём составе аммоний и нитраты группы щелочных и щелочноземельных металлов), служащей в качестве сырья для получения аммиака, а из него – азотной кислоты; являлись месторождения в Чили и Индии. А также простейшие технологии на основе использования органических отходов флоры и фауны, с добавлением ряда горных пород и строительного мусора. Интереснейший исторический факт: Видный французский учёный Гаспар Монж сумел-таки в момент блокады и вызванного ею экономического кризиса, обеспечить революционные силы Французской республики порохом. А произошло это посредством переработки отбросов и навоза под воздействием бактерий.
Долго так продолжаться не могло. Залежи селитры быстро истощались. А переработка мусора мало что давала. Мировая научная общественность пребывала в сильном затруднении в связи с грядущей проблемой отсутствия удобрений для нужд растениеводства, грозящей тотальным голодом. Но целый ряд проведённых крупнейшими европейскими учёными исследований, привёл в начале XX-го века к осуществлению синтеза аммиака, положенного в основу функционирования современной азотной промышленности.
Роль азота в жизни растений
В это же самое время крупнейший специалист в области агрохимии – российский академик Д. Н. Прянишников проанализировав международный опыт земледелия, приходит к выводу о важности обеспечения культурных растений азотом. Впоследствии жизнь подтвердила его умозаключения.
Сейчас из 214 млн т производимых в мире удобрений 57% падает на долю азотных. 24% – на фосфорные, остальное – на калийные. Развивающиеся страны мира: Китай, Индия, Индонезия, Бразилия быстрыми темпами наращивают их выпуск. Ситуация такова, что лидирующие позиции по выпуску азотных удобрений удерживают:
Список крупнейших экспортёров возглавляют:
- Россия – 9,1 млн т,
- Китай – 7,2 млн т,
- Нидерланды – 2,6 млн т.
А всё потому, что азот является важнейшим химическим элементом живой клетки. Входя в состав белков, хлорофилла, нуклеиновых кислот, ферментов, фосфатидов, витаминов, алкалоидов, он активно воздействует на процессы фотосинтеза и обмена веществ, запуская, регулируя и ускоряя рост и развитие самих растений. Его недостаток или отсутствие приводит к замедлению процесса созревания плодов, подверженности болезням, вплоть до полного прекращения роста и гибели самих растений.
Производство удобрений
Две третьих изготавливаемых и употребляемых азотных удобрений (в 2019 году их было выпущено 23,95 млн т) в нашей стране составляют аммиачная селитра и мочевина. Раннее для их производства применялся коксовый газ, что обуславливало привязку предприятий к объектам металлургической отрасли. Сегодня активнее используется газ природный, обеспечивая тем самым взаимодействие с нефтегазовой промышленностью.
Процесс получения аммиака заключается в синтезе его молекул из азота и водорода при повышенном давлении и температуре, проходящем при участии железного катализатора. Азот извлекают из воздуха, а водород является результатом восстановления воды из природного газа, имеющего в своём составе значительное количество метана.
В зависимости от необходимости получения того или иного продукта, последующая технология будет выглядеть следующим образом:
- Аммиачная селитра – реакция нейтрализации азотной кислоты под воздействием аммиака.
- Мочевина – процесс взаимодействия аммиака и углекислого газа.
- Сульфат аммония – итог протекания аммиачного газа сквозь раствор серной кислоты.
И это лишь малая часть технологических особенностей производства, предназначенного для удовлетворения потребностей агропромышленного комплекса. Структуры призванной обеспечить сельскохозяйственной продукцией жителей страны в необходимом объёме – выполнить продовольственную программу. Для осуществления столь важной задачи требуется дальнейшее развитие азотной промышленности, нацеленное на значительное увеличение выпуска азотных удобрений (снижающее импортную зависимость), как одного из приоритетных направлений российской экономики.
Источник
Азотные удобрения
Весь текст был взят из прикрепленного видео. Если включить при просмотре субтитры, то очень удобно слушать, смотреть и читать одновременно.
Создатель советской агрохимической школы — Академик Дмитрий Николаевич Прянишников, на основе анализа истории земледелия в странах западной Европы, убедительно показал, что главным условием определяющим среднюю величину в разные эпохи была степень обеспеченности сельскохозяйственных растений азотом
Громадное значение азотных удобрений в повышении урожайности, обусловлено исключительной ролью азота в жизни растений.
Азот входит в состав:
Белков — являющихся основой жизни;
Нуклеиновых кислот — обеспечивающих передачу наследственных свойств организмов;
Хлорофилла — осуществляющего аккумуляцию солнечной энергии в процессе фотосинтеза;
Ферментов — биологических катализаторов всех биохимических процессов;
Фосфатидов, витаминов, алкалоидов и других органических соединений — играющих важную роль в обмене веществ.
Нормальный уровень азотного питания стимулирует синтез белка других органических соединений и обеспечивает интенсивность ростовых процессов. При недостатке азота, наблюдаются слабое развитие вегетативных органов, что ограничивает плодоношение, ведет к снижению урожая и содержания белка в продукции.
Производство азотных удобрений основано на синтезе аммиака. Источником азота является атмосфера, а водорода природный газ или сопутствующие нефтяные газы. Из аммиака производят жидкие аммиачные, твердые аммонийные удобрения и мочевину.
При окислении аммиака получают азотную кислоту. Она используется для получения селитр, а также комплексных удобрений при азотно-кислотной переработке фосфатов
Основными формами азотных удобрений в нашей стране являются аммиачная селитра и мочевина. На их долю приходится почти две трети валового производства.
Аммиачная селитра или азотнокислый аммоний
Содержит 34% азота. Её получают путем нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком с последующим упариванием и кристаллизацией.
Кристаллическая аммиачная селитра очень гигроскопична при увлажнении она расплывается, а при подсыхании уплотняется и затвердевает, поэтому аммиачную селитру гранулируют с добавлением кондиционирующих веществ. Готовый продукт упаковывается в битумированные или полиэтиленовые мешки.
Аммиачная селитра горюча и взрывоопасна. При ее хранении и транспортировке необходимо соблюдать правила противопожарной безопасности.
В аммиачной селитре весь азот водорастворим и хорошо доступен растениям, при этом половина находится в нитратной, а другая в аммонийной форме.
Нитраты обладают высокой подвижностью в почвенном растворе, а аммонийный азот обменно поглощается почвенными коллоидами.
При обильных осадках и орошении особенно на легких почвах нитратный азот может теряться за счет вымывания.
Опасность вымывания аммонийного азота меньше и возрастает по мере его нитрификации через нитриты до нитратов.
Аммиачная селитра обладает подкисляющим действием на почву это связано со слабой физиологической кислотностью удобрения и нитрификации его аммонийного азота.
Сочетание быстродействующего легкоподвижного нитратного и менее подвижного аммонийного азота определяет универсальность этого удобрения.
Аммиачная селитра пригодна для внесения под все культуры и всеми способами в основное удобрение.
При большом количестве осадков в осенне-зимний период аммиачную селитру лучше вносить не осенью, а весной под предпосевную обработку.
Аммиачную селитру при посеве или посадке применяют в небольших дозах в сочетании с суперфосфатом, используя комбинированные сеялки. Она с успехом используется для поверхностного внесения при подкормке озимых, трав, а также в качественной корневой подкормки пропашных культур.
На почвах насыщенных основаниями, подкисляющее действие аммиачной селитры выражено слабо. На этих почвах аммиачная селитра одна из лучших форм азотных удобрений.
Мочевина или карбамид
Самое концентрированное твердое азотное удобрение. Оно содержит 46% азота.
Мочевину получают из аммиака и углекислого газа при высоком давлении и температуре.
Для сельского хозяйства мочевину выпускают в виде гранул с покрытием из маслянистых веществ.
Гранулированная мочевина не слеживается при хранении и хорошо рассевается.
Мочевина хорошо растворяется в воде, она менее гигроскопична, чем аммиачная селитра.
Под влиянием фермента уреазы, выделяемого почвенными микроорганизмами, мочевина быстро в течение нескольких суток превращается в углекислый аммоний.
Углекислый аммоний соединение очень непрочное на воздухе быстро разлагается с образованием бикарбоната аммония и газообразного аммиака. Чтобы не допустить потери азота при поверхностном внесении мочевины её сразу надо заделывать в почву.
На стадии гидролиза углекислого аммония происходит местное подщелачивание почвы, а образующиеся ионы аммония обменно поглощаются.
При последующей их нитрификации наблюдается сдвиг реакции в кислую сторону. По способности подкисления почвы и агрономической эффективности, мочевина равноценна аммиачной селитре.
Мочевина лучшая форма азотных удобрений для некорневых подкормок плодовых и овощных культур. Она используется также и для поздних подкормок пшеницы, с целью повышения белковости зерна.
Еще одна форма азотного удобрения — сульфат аммония или сернокислый аммоний
Его получают путем улавливания серной кислотой аммиака из коксохимических газов.
Сульфат аммония имеет слабую гигроскопичность, не слеживается при хранении и может транспортироваться без упаковки.
Недостатком этого удобрения является низкое содержание азота — 21% и высокая физиологическая кислотность.
Она связана с тем, что из сульфата аммония растения быстрее и в больших количествах потребляют азот в виде аммония, чем серу в виде аниона серной кислоты.
Наибольший сдвиг реакции происходит в мало буферных почвах не насыщенных основаниями. На этих почвах сульфат аммония по эффективности уступает другим азотным удобрениям особенно при возделывания культур чувствительных к кислотности.
Аммонийный азот удобрения обменно поглощается почвенными коллоидами, медленнее нитрифицируется и не вымывается, поэтому сульфат аммония целесообразно применять в условиях орошаемого земледелия под рис и хлопчатник, а также в субтропической зоне для удобрения чая и других культур
Чисто нитратные формы азотных удобрений применяются у нас в ограниченном количестве они имеют низкое содержание азота, а кальциевая селитра вследствие высокой гигроскопичности обладает плохими физико- механическими свойствами это осложняет и и хранение, перевозку и применение.
Из натриевой и кальциевой селитр анионы NO3- усваиваются растениями интенсивнее, чем катионы натрия или кальция.
Эти удобрения физиологически щелочные, особенно эффективны на кислых почвах.
Нитратные удобрения легкоподвижные и быстродействующие источники азота, их целесообразно использовать для внесения в рядки и при подкормках.
В основное удобрение селитры должны вноситься под предпосевную обработку из-за опасности вымывания нитратов.
Особенно благоприятно натриевая селитра действует на сахарную свеклу и другие корнеплоды, отзывчивые на внесение натрия.
Наряду с твердыми азотными удобрениями в сельском хозяйстве применяют жидкие — Безводный аммиак и водный аммиак
Безводный аммиак самое концентрированное без балластное удобрение.
Его получают путем сжижения газообразного аммиака под давлением.
На всех этапах хранения, транспортировки и внесения безводный аммиак содержит в емкостях рассчитанных на высокое давление.
Безводный аммиак бесцветная жидкость, она в один и семь десятых раза легче воздуха, температура кипения плюс 34 градуса цельсия. На воздухе безводный аммиак быстро испаряется. Переход в газообразное состояние сопровождается охлаждением.
В высоких концентрациях, аммиак обладает сильным токсическим действием на организм человека. К работе с безводным аммиаком допускается только специально обученный персонал при этом необходимо строго соблюдать правила техники безопасности и охраны труда.
Перевозка безводного аммиака от завода-изготовителя до прирельсовых складов производится в специальных железнодорожных цистернах. На склады расположенные в глубине обслуживаемого района, удобрение перевозят в автоцистернах заправщиках.
Внесение безводного аммиака производят с помощью специального агрегата, позволяющего равномерно распределять удобрения в почве с одновременной заделкой на нужную глубину.
На тяжелых почвах безводный аммиак заделывают на глубину 12 -14 см, на легких несколько глубже. Это позволяет избежать потерь за счет улетучивания аммиака в почве.
Безводный аммиак из жидкости превращается в газ, который абсорбируются коллоидами и поглощается влагой с образованием гидроокиси аммония. Это вызывает временное местное подщелачивание почвы, которое затем по мере нитрификации аммония меняется на слабое подкисление.
Аммонийный азот обменно поглощается и химически связывается органическими и гуминовыми кислотами.
При высокой концентрации аммиака в зоне внесения, временно подавляется жизнедеятельность почвенной микрофлоры в том числе нитрифицирующих бактерий, поэтому в первое время азот удобрения локализуется вблизи места внесения, преимущественно в аммонийной форме.
Безводный аммиак можно вносить осенью под основную обработку почвы не опасаясь потерь азота за счет вымывания и денитрификации. При подкормках пропашных культур безводный аммиак вносят в середину междурядий чтобы избежать угнетение растений при высокой концентрации аммиака.
В отличие от безводного аммиака использование аммиачной воды проще и безопаснее.
Ее можно хранить и перевозить в обычных герметизированных цистернах, рассчитанных на невысокое давление.
Водный аммиак выпускается двух сортов.
Как и безводный аммиак, аммиачную воду вносят в почву с одновременной заделкой на необходимую глубину. Опыты с различными культурами показывают, что безводный аммиак и аммиачная вода по эффективности не уступают твердым формам азотных удобрений, а на легких почвах в условиях орошения и в увлажненных районах превосходят их.
Следует также отметить, что стоимость единицы азота при производстве жидких удобрений значительно ниже, чем твердых.
Применение жидких удобрений позволяет осуществлять полную механизацию всех процессов, связанных с транспортировкой, заправкой и внесением. Это одно из основных преимуществ жидких удобрений.
Растения используют лишь 50-60 % внесенного в почву азота, а 20-30% теряется преимущественно в виде молекулярного азота и газообразных его окислов на легких почвах, в регионах с большим количеством осадков.
В условиях орошаемого земледелия, также происходят значительные потери азота вследствие вымывания нитратов.
Можно ли снизить эти потери?
В настоящее время уже производятся и испытываются опытные партии медленно действующих азотных удобрений на основе слабо растворимых соединений, прежде всего продуктов конденсации мочевины с алифатическими альдегидами.
Изучается также гранулированное азотное удобрение с покрытием из полимерных пленок.
В состав мочевины твердых и жидких аммонийных удобрений вводят ингибиторы нитрификации, химические соединения, которые способны селективно подавлять нитрификацию до момента интенсивного потребления азота растениями.
Заканчивая рассказ об азоте, уместно привести замечательные слова из книги Дмитрия Николаевича Прянишникова: «Не считая воды, именно азот является самым могущественным двигателем в процессах развития и творчества природы. Его уловить, им овладеть, вот в чем задача, его сберечь вот в чем ключ к экономике, подчинить себе его источник, вот в чем тайна благосостояния»
Источник