Методы получения азотных удобрений

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

Азотные удобрения – азотосодержащие вещества, которые используются для повышения содержания азота в почве. В зависимости от формы азотного соединения, однокомпонентные азотные удобрения подразделяются на шесть групп. Используются в основной прием как припосевные удобрения и в качестве подкормок. Производство основано на получении синтетического аммиака из молекулярного водорода и азота. [1]

Содержание:

Группы азотных удобрений

В зависимости от содержащегося азотного соединения, однокомпонентные азотные удобрения подразделяются на шесть групп:

Нитратные удобрения

Нитратные удобрения содержат азот в нитратной форме (NO₃ — ). К этой группе относятся натриевая селитра NaNO₃ и кальциевая селитра Ca(NO₃)₂.

Нитратные удобрения являются физиологически щелочными и сдвигают реакцию почвы от кислой к нейтральной. В связи с этим свойством их использование очень эффективно на кислых дерново-подзолистых почвах. Не рекомендуется использование натриевой селитры на засоленных почвах. [1]

Азотные удобрения (по формам азота)

Натриевую селитру долгое время добывали в природе. Самые большие залежи расположены в Чили (чилийская селитра). В настоящее время разработаны способы получения натриевой селитры путем взаимодействия различных азото- и натрийсодержащих соединений.

Кальциевую селитру получают при производстве азотной кислоты или при разложении фосфатного сырья. [1]

Аммонийные удобрения

Аммонийные удобрения – вещества, содержащие азот в форме катиона аммония NH₄ + .

К ним относятся сульфат аммония (NH₄)₂SO₄, сульфат аммония-натрия (NH₄)₂SO+Na₂SO₄ или Na(NH4)SO4*2H2O), хлористый аммоний NН₄Сl. [1]

Производство аммонийных удобрений проще и дешевле, чем нитратных, поскольку окисление аммиака в азотную кислоту не требуется.

Сульфат аммония

Сульфат аммония-натрия

Виды азотных удобрений

Хлористый аммоний (хлорид аммония)

Хлорид аммония – мелкокристаллический порошок желтоватого или белого цвета. При 20°C в 100 м 3 воды растворяется 37,2 г вещества. Обладает хорошими физическими свойствами, при хранении не слеживается, малогигроскопичен.

Хлорид аммония получают как побочный продукт при производстве соды. [4]

Аммонийно-нитратные удобрения (Аммиачно-нитратные)

Аммонийно-нитратные удобрения содержат азот в аммонийной (NH₄ + ) и нитратной форме (NO₃ — ). К этой группе причисляют аммиачную селитру (NH₄NO₃), сульфо-нитрат аммония ((NH₄)₂SO₄*2NH₄NO₃+(NH₄)SO₄), известково-аммонийную селитру (NH₄NO₃*CaCO₃). [4]

Аммиачная селитра

Сульфо-нитрат аммония

Физико-химические свойства удобрения позволяют успешно использовать его в различных почвенно-климатических условиях. Обладает потенциальной кислотностью. [4]

Известково-аммонийная селитра

Амидные удобрения

Амидные удобрения содержат азот в амидной форме (NH₂ — ). К этой группе относится мочевина CO(NH₂)₂. Азот в мочевине присутствует в органической форме в виде амида карбаминовой кислоты. Это наиболее распространенное твердое азотное удобрение. Применяется во все приемы внесения, но наиболее эффективно для некорневых подкормок. [4]

Жидкие аммиачные удобрения

Жидкие аммиачные удобрения – жидкие формы азотных удобрений. К этой группе относятся жидкий (безводный аммиак) NH₃, аммиачная вода (водный аммиак), аммиакаты. Производство жидких аммиачных удобрений значительно дешевле, чем твердых солей.

Безводный аммиак

При транспортировке емкости заполняют не полностью. Вещество нейтрально к чугуну, железу и стали, но сильно коррозирует цинк, медь и их сплавы. [2]

Аммиачная вода (водный аммиак)

Аммиакаты

Аммиакаты отличаются по концентрации общего азота, по соотношению его форм и разнообразны по физико-химическим свойствам.

Аммиакаты вызывают коррозию медных сплавов. Аммиакаты с аммиачной селитрой окисляют, кроме того, и черные металлы. Хранение и транспортировка аммиакатов возможны в емкостях из алюминия, его сплавов, нержавеющей стали или в обычных стальных цистернах с антикоррозийным покрытием эпоксидными смолами. Возможно применение емкостей из полимерных материалов. [2]

Карбамид-аммонийно-нитратные удобрения (КАС)

Побдробнее об азоте читайте в статье Азот.

Поведение в почве

Все однокомпонентные азотные удобрения хорошо растворимы в воде.

Нитратные формы

В теплое время года в почвах преобладают восходящие потоки влаги. А растения и микроорганизмы активно поглощают нитратный азот.

Аммиачные и аммонийные

Дальнейшие процессы нитрификации способствуют трансформации азота в нитратные формы и биологическому поглощению его растениями и микроорганизмами почвы.

Солома и стерня злаков

Солома и стерня злаков сохраняет азот в почве.

С мочевиной

Таким образом, азотные удобрения изначально или в процессе нитрификации скапливаются в почве в нитратной форме, которая впоследствии подвергается денитрификации. Эти процессы протекают практически во всех типах почв, и именно с ними связаны основные потери азота.

С агрономической точки зрения, денитрификация является негативным процессом. Но с экологической стороны она играет позитивную роль, поскольку освобождает почву от не использованных растениями нитратов и уменьшает их поступление в сточные воды и водоемы.

Часть азота удобрений в процессе жизнедеятельности микроорганизмов превращается в органические формы, не усвояемые растениями, то есть, идет процесс иммобилизации. Установлено, что в результате этого процесса около 10–12 % азота нитратных и 30–40 % аммонийных, амидных и аммиачных удобрений оказываются закрепленными в почве в органической форме. Интенсивность иммобилизации возрастает при внесении органических веществ, бедных азотом, но богатых клетчаткой. К ним относятся солома и стерня злаков, соломистый навоз. (фото)

Азот внесенных в почву удобрений расходуется за один вегетационный период. Расход распределяется между поглощением растениями, процессами иммобилизации и потерями при денитрификации, вымывании и эрозии почв.

Последействие у азотных удобрений практически не наблюдается. [4]

Применение на различных типах почв

Эффективность внесения азотных удобрений зависит от почвенно-климатических условий региона. Наибольшая эффективность азотных удобрений наблюдается в районах достаточного увлажнения.

Бедные гумусом дерново-подзолистые почвы, серые лесные почвы, оподзоленные, выщелоченные черноземы

Супесчаные, песчаные почвы

Осушенные торфяно-болотные почвы

Оподзоленные и выщелоченные черноземы

Выщелоченные черноземы европейской части России

В степной зоне

Типичные черноземы

Обыкновенные и карбонатные черноземы

Обыкновенные черноземы

Обыкновенные и карбонатные черноземы Кубани, предгорий Северного Кавказа, североприазовские черноземы

Карбонатные черноземы Ростовской области, обыкновенные черноземы Поволжья

Каштановые почвы

Способы внесения

Азотные удобрения вносятся в основное внесение, припосевное внесение и в качестве подкормок. Способ зависит от формы содержания азота и почвенно-климатических условий местности. [2]

Полегание пшеницы

Полегание пшеницы – возможный симптом избытка азотных удобрений.

Влияние на сельскохозяйственные культуры

Азотным удобрениям принадлежит ведущая роль в повышении урожайности различных сельскохозяйственных культур. Это связано с ролью азота как важного биологического элемента, играющего исключительную роль в жизни растений.

Достаточное снабжение азотом усиливает синтез органических азотистых веществ. У растений образуются мощные листья и стебли, интенсивность зеленой окраски усиливается. Растения хорошо растут и кустятся, улучшается формирование и развитие органов плодоношения. Эти процессы способствуют повышению урожайности и содержанию белка.

Однако необходимо учитывать, что односторонний избыток азота может задерживать созревание растений, способствуя развитию вегетативной массы при уменьшении развития зерна, корнеплодов или клубней. У льна, зерновых и некоторых других культур избыток азота вызывает полегание (фото) и ухудшение качества растениеводческой продукции.

Так, в клубнях картофеля может снизиться содержание крахмала. В корнеплодах сахарной свеклы снижается сахаристость и возрастает содержание небелкового азота.

При избытке азотных удобрений в кормах и овощах накапливаются потенциально опасные для здоровья человека и животных нитраты. [1]

Получение азотных удобрений

Производство азотных удобрений основывается на получении синтетического аммиака из молекулярного азота и водорода.

Азот образуется при прохождении воздуха через генератор с горящим коксом.

Источники водорода – природный газ, нефтяные или коксовые газы.

Из смеси азота и водорода (соотношение 1: 3) при высокой температуре и давлении и в присутствии катализатора образуется аммиак:

Синтетический аммиак идет на производство аммонийных азотных удобрений и азотной кислоты, которая используется для получения аммонийно-нитратных и нитратных удобрений. [1]

Источник