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
Основное сырье для производства азотных удобрений это
В отличие от органических минеральные удобрения содержат большее количество питательных веществ и менее сложны по своему химическому составу. Минеральные удобрения делятся на простые и комплексные.
Простые удобрения содержат только один элемент питания. Это определение несколько условно, так как в простых удобрениях, кроме одного из основных элементов питания, могут содержаться сера, магний, кальций, микроэлементы.
В состав комплексных удобрений входят два или триосновных элемента питания (азот и фосфор; фосфор и калий; азот и калий; азот, фосфор и калий).
Простые удобрения в зависимости от того, какой элемент питания в них содержится, подразделяются на азотные, фосфорные и калийные.
Азотные удобрения. Сырьем для производства азотных удобрений являются аммиак и азотная кислота, синтезируемые из атмосферного азота или утилизируемые из отработанных газов различных производств.
Натриевая селитра содержит 16—16,5% азота. Представляет собой бесцветные прозрачные кристаллы с сероватым или желтоватым оттенком. Натриевую селитру можно использовать на всех почвах под все культуры. Наиболее эффективно ее применение на кислых неизвесткованных почвах, так как она является щелочным удобрением.
Натриевая селитра малогигроскопична (плохо впитывает влагу), при хранении не слеживается. Кальциевая селитра содержит 17,5 % азота. Выпускают ее в гранулированной форме или в виде чешуек. Она обладает очень высокой гигроскопичностью (хорошо впитывает влагу) и слеживаемостью. Поэтому ее необходимо хранить в водонепроницаемой таре.
Кальциевая селитра наиболее эффективна на кислых почвах, особенно при внесении под чувствительные к кислотности и поглощающие большое количество кальция культуры.
Сульфат аммония (сернокислый аммоний) содержат 20,8—21 % азота. Представляет собой кристаллический порошок белого, серого, зеленоватого или желтоватого цвета. Слабогигроскопичное удобрение, мало слеживается, хорошо растворяется в воде. Применяется чаще всего при основном внесении удобрений.
Аммиачная селитра содержит 34—35 % азота. Представляет собой гранулы от белого до голубоватого и кремового оттенков. Она гигроскопична, хорошо растворяется в воде.
Аммиачную селитру можно вносить под различные культуры на всех почвах, но при систематическом применении она вызывает подкисление почвы.
Мочевина (карбамид) содержит не менее 46% азота. Выпускается в виде гранул или мелких белых или желтоватых кристаллов.
Ее можно применять как основное удобрение или для подкормки под все культуры и на различных почвах. При внесении в почву мочевину необходимо своевременно заделать, так как при поверхностном применении возможны потери азота из-за улетучивания аммиака, что снижает эффективность удобрения.
Фосфорные удобрения. Исходным сырьем для производства фосфорных удобрений служат природные фосфаты — апатиты и фосфориты, содержащие в своем составе соли фосфорной кислоты, необходимые для питания растений.
Из фосфорных удобрений наиболее широко распространены простой порошковидный суперфосфат, суперфосфат просто гранулированный, двойной суперфосфат и фосфоритная мука.
Суперфосфат простой порошковидный представляет собой мелкий порошок от светло-серого до серого и темно-серого цвета. Легко растворяется в воде, хорошо усваивается всеми растениями. Основным недостатком является низкое содержание фосфора.
Простой порошковидный суперфосфат можно использовать под все культуры на всех почвах в качестве основного удобрения и в подкормку. На кислых почвах простой суперфосфат более эффективен после их известкования.
Суперфосфат слабо притягивает влагу воздуха, слегка слеживается. Хранить его нужно в сухом месте.
Суперфосфат простой гранулированный применяют как для основного внесения, так и для подкормок под все культуры на всех почвах.
Двойной суперфосфат является одним из наиболее концентрированных фосфорных удобрений. Выпускают его как в гранулированной, так и в порошковидной форме. Двойной суперфосфат применяют на всех почвах под все культуры.
Фосфоритная мука представляет собой размолотые природные фосфориты. Это удобрение труднорастворимо в воде и малодоступно растениям. При внесении в почву под влиянием выделений корней растений, под действием кислотности почвы и почвенных микроорганизмов фосфоритная мука постепенно переходит в доступное для растений состояние и оказывает действие в течение ряда лет. Лучше всего фосфоритную муку вносить под вспашку или перекопку участка заблаговременно. Для внесения в рядки и гнезда фосфоритная мука непригодна.
Помимо непосредственного внесения фосфоритную муку используют как добавку к компостам, а также применяют в виде смеси с другими удобрениями (азотными и калийными). Фосфоритная мука используется в качестве добавок для нейтрализации кислых удобрений, например к суперфосфату.
Калийные удобрения. Калий играет важную роль в жизни растений. Он способствует накоплению крахмала и сахара в растениях, участвует в белковом обмене, способствует повышению устойчивости растений к засухе, морозам, полеганию, заболеваниям различными болезнями.
В калийных удобрениях особенно нуждаются торфяно-болотные и песчаные почвы, меньше — суглинистые и глинистые. Наиболее распространены хлористый калий и сернокислый калий.
Хлористый калий представляет собой кристаллический рассыпчатый порошок или гранулированный продукт белого, или сероватого или розового цвета, с красноватым оттенком. Хорошо растворим в воде.
Содержащийся в хлористом калии хлор не связывается почвой и может вымываться осадками. При отсутствии бесхлорных калийных удобрений вносить хлористый калий под чувствительные к хлору культуры нужно заблаговременно, чтобы хлор вымылся в более глубокие слои. Хлористый калий можно применять на всех почвах под все возделываемые культуры.
Сульфат калия (сернокислый калий) представляет собой кристаллический рассыпчатый порошок белого цвета с желтоватым или сероватым оттенком. Хорошо растворим в воде.
Сульфат калия — бесхлорное калийное удобрение, поэтому является наиболее пригодным для всех культур, чувствительных к хлору. Применяется как основное удобрение» так и в подкормку.
Комплексные удобрения. К комплексным удобрениям промышленного производства относятся калийная селитра, аммофос, диаммофос, нитрофоска, нитроаммофоска.
Калийная селитра представляет собой кристаллический белый порошок с желтовато-сероватым оттенком. Хорошо растворяется в воде. Обладает слабой гигроскопичностью. При хранении может слеживаться. Наиболее эффективно применять под культуры, отрицательно отзывающиеся на хлор. Применяется в основном в виде подкормок.
Аммофос выпускают в гранулированной и порошкообразной формах. Хорошо растворяется в воде.
Диаммофос представляет собой гранулированный продукт белого цвета. Хорошо растворяется в воде. Является перспективным удобрением.
Нитрофоска содержит все три основных элемента — азот, фосфор, калий. Выпускают нитрофоску в гранулированном виде. Применяют ее прежде всего как рядковое удобрение, особенно в Нечерноземной зоне, под картофель и овощные культуры. Может применяться под все культуры и в качестве основного удобрения.
Нитроаммофоска содержит все три основных элемента питания в водорастворимой форме. Может с успехом применяться под все сельскохозяйственные культуры при внесении различными способами. Зола. Является хорошим местным минеральным удобрением. Представляет собой минеральный остаток, образующийся при сжигании различных органических веществ. Является фосфорно-калийным и известковым удобрением. В золе содержатся также различные микроэлементы.
В золе нет хлора. Поэтому применение ее особенно эффективно под культуры, отрицательно реагирующие на хлор (картофель, ягодники).
Дозы золы зависят от почвенных условий, потребности сельскохозяйственных культур в питательных веществах и содержания их в золе. Содержание элементов питания в золе сильно колеблется в зависимости от состава органических материалов, из которых она получена.
Удобрительные смеси. Удобрительные смеси, имеющиеся в настоящее время в продаже, содержат одновременно три основных питательных элемента: азот, фосфор, калий. Все эти элементы находятся в формах, легкодоступных растениям. В случае необходимости можно заменить одну смесь другой.
Микроудобрения. Кроме основных элементов питания (азот, фосфор,калий, кальций, магний, сера и др.), в состав растений входят в незначительных количествах бор, медь, молибден, цинк и др. Эти вещества называются микроэлементами, а удобрения, в которых они являются основным питательным веществом — микроудобрениями. При правильном применении микроудобрений повышаются урожайность и качество многих сельскохозяйственных культур.
В связи с расширением производства и применением минеральных удобрений (особенно концентрированных, не содержащих микроэлементы) потребность сельскохозяйственных культур в микроудобрениях будет увеличиваться.
Из микроудобрений в нашей стране используются большей частью борные, медные, молибденовые, цинковые. Их выпускают в виде порошков, гранул, таблеток, включают в состав смешанных удобрений, вносят в почву в виде некорневых подкормок и используют для припосевной обработки семян.
Борные микроудобрения. Борные удобрения применяются в небольших количествах для повышения урожая и улучшения качества продукции. Основными борными удобрениями, являются бормагниевые, борный суперфосфат, борная кислота, бура.
Борный суперфосфат гранулированный рекомендуется вносить (под более требовательные к бору культуры) при предпосевной обработке почвы или в рядки при посеве. В настоящее время он является основным борсодержащим удобрением.
Борный двойной суперфосфат гранулированный рекомендуется вносить в рядки при посеве и при междурядной обработке почвы, а также при предпосевной обработке почвы.
Буру (натриевая соль борной кислоты) лучше применять в виде корневых и некорневых подкормок. Она лепкорастворима и хорошо усваивается растениями.
Борная кислота выпускается в виде блестящих чешуек или кристаллов. Является наиболее концентрированной формой борного удобрения, которую целесообразно использовать для предпосевной обработки семян и некорневой подкормки растений.
Медные никроубобрения. Медные удобрения представляют собой различные соли меди. Особенно широко распространены медный купорос (сульфат меди) и колчеданные огарки.
Сульфат меди (медный купорос) — это кристаллическая соль голубовато-синего цвета. Хорошо растворяется в воде, поэтому его рекомендуется использовать для предпосевной обработки семян и некорневой подкормки.
Пиритные (колчеданные) огарки представляют собой черный порошок. Их недостатком является низкое содержание меди. Применяются только при основном внесении.
Элементы питания растений делятся на макро- и микроэлементы. Макроэлементы — это питательные вещества, в которых растение нуждается в довольно больших количествах. К ним относятся азот N, фосфор Р, калий К, магний Mg, марганец Мn, железо Fe, кальций Са, сера S.
Элементы, необходимые растениям в меньших количествах, называются микроэлементами. К ним относятся бор В, медь Сu цинк Zn, молибден Мо, кобальт Со.
Содержание основного элемента питания в минеральном удобрении называется действующим веществом.
При внесении большинства видов основных минеральных удобрений почва, как правило, подкисляется. Для того чтобы ежегодно ее не подкислять, минеральные удобрения нейтрализуют известковыми материалами. Для нейтрализации кислотности на 1 кг сульфата аммония необходимо внести 1,13 кг; на 1 кг аммиачной селитры — 0,74 кг; на 1 кг мочевины — 0,83 кг; на 1 кг хлористого калия — 0,5 кг; на 1 кг суперфосфата — 0,1 кг мела или других известковых материалов в пересчете на мел.
Источник