Производство азотных комплексных удобрений

Как компании зарабатывают деньги. Производство азотных удобрений

Цех по производству мочевины АО «Апатит». Фото ФосАгро
Предыдущие статьи:

Ранее мы рассмотрели производство азотно-фосфорных и комплексных удобрений ФосАгро. Настал черёд третьего типа минеральных удобрений — азотных. В продуктовой линейке ФосАгро это Аммиачная селитра NH4NO3 (нитрат аммония) и Карбамид (NH2)2CO (мочевина). Оба этих продукта ФосАгро производит в Череповце.
Сырьём для аммиачной селитры (это то самое вещество, что взорвалось в порту Бейрута) является азотная кислота HNO3 и аммиак NH3. Производство аммиачной селитры представляет собой процесс нейтрализации азотной кислоты аммиаком. Образуется горячий водный раствор нитрата аммония. После образования раствора, обычно с концентрацией 83 %, лишняя вода выпаривается до состояния расплава, в котором содержание нитрата аммония составляет 95—99,5 % в зависимости от сорта готового продукта. Для использования в качестве удобрения расплав гранулируется в распылительных аппаратах, сушится и охлаждается. По-сути это все те же процессы, что и при производстве азотно-фосфорных и комплексных удобрений, поэтому не будем подробно останавливаться на этом продукте. Тем более что второй продукт — карбамид, или мочевина, имеет гораздо более интересный процесс и историю.

Вот она. Гранулы мочевины
Мочевина — первое в истории органическое вещество, синтезированное человеком искусственно из неорганических веществ. Но обо всём по порядку. В обычном разговоре не так уж часто можно услышать слово волюнтаризм витализм, однако этот термин обозначает идею, которая и сейчас широко распространена. К XVIII веку химики накопили достаточно знаний о различных веществах, их многообразии и свойствах. Было замечено, что выделенные из животного или растительного сырья продукты имели между собой много общего, но отличались от продуктов, получаемых из минералов. Тогдашние химики разделили по этому принципу вещества на органические (то есть полученные из живой природы) и неорганические (то есть минеральные). Более того, тогда полагали, что органические вещества могут быть получены только в живых организмах благодаря «жизненной силе» (лат. vita). Эта философская концепция и называлась «витализм».
Первый серьёзный удар по витализму нанёс синтез мочевины, осуществлённый в 1828 г. немецким химиком Фридрихом Вёлером. Мочевина к тому времени уже была хорошо известна как вещество, которое можно получить из мочи, чьим единственным источником являлись живые существа (это, я думаю, сомнений не вызывает).

Русскоязычная википедия утверждает, что впервые мочевину получили из мочи осла, но мы с Василием Алибабаевичем нашли оригинальную публикацию (1727) первооткрывателя вещества — голландца Г. Бургаве. Там говорится, что моча была «очень свежая, взятая через 12 часов после еды у здорового мужчины» (это важно!), возможно Бургаве использовал свою, а уж он был точно не осёл.
Вёлер произвёл мочевину из исходных компонентов, которые явно были совершенно неорганическими и мёртвыми — из цианатных и аммонийных солей, и при этом обошёлся без использования почек. Он так и написал своему наставнику, шведскому химику Берцелиусу, который, кстати, и ввёл термин «органические вещества». Остроумное замечание по поводу почек, однако многие тогда сочли, что смеяться тут нечему (более того, многие и сейчас так считают). Но учёные против фактов не прут, тем более что вскоре появились примеры синтеза и других органических веществ из неорганических.
Однако тот факт, что «органические» вещества, полученные как из живых организмов, так и искусственно, по свойствам всё-таки отличаются от «минеральных», тоже никто не отменял. Позже, в середине XIX века, плеяда учёных — шотландец Арчибальд Купер, немец Фридрих Кекуле и русский химик Александр Бутлеров установили, что все органические вещества — это соединения с четырёхвалентным углеродом (то есть каждый атом углерода в них имеет по четыре связи с другими атомами), это понимание по-сути стало современным определением органической химии. При этом, ещё позже, по мере того как люди узнавали о строении всё новых веществ, оказалось, что органические вещества присутствуют повсюду и в неживой природе — нефть и природный газ, уголь, алмазы, искусственные полимеры, отравляющие газы и нервно-паралитические яды — всё это химия четырёхвалентного углерода, то есть органика. Вещества — они и есть вещества, и никакой «витальной сущности» в них нет.
Понятно, что «животно-растительное» название перестало соответствовать природе того, что современные химики называют «органикой», но так уж повелось и название это никто менять не собирается. Этим часто пользуются рекламщики, умалчивая о том, что витализм несостоятелен с XIX века, они рекламируют вам «органическую» продукцию. Причём даже выдуман финт — дескать, «под органическим мы имеем ввиду выращенный на грядке с любовью мозолистыми руками прекрасных девственниц безо всякой химии». Допускаю, что слово «органический» имеет право на несколько значений, однако это второе значение введено именно для подмены понятий и мухлежа в рекламных кампаниях, так как ни один рекламирующий не скажет, какой именно смысл он имел ввиду (а чаще он смешал оба смысла — научный и веганский, и даже не понял, что не так).

Цех по производству мочевины АО «Апатит». Фото ФосАгро
Отставим занудство. Сегодня мочевину получают несколько иначе, чем Вёлер, и уж точно не так как Бургаве. В качестве сырья берут аммиак NH3 и углекислый газ CO2. Как вы помните из статьи о производстве аммиака, углекислый газ является побочным продуктом паровой конверсии природного газа. Там в статье я указал, что он сбрасывается в атмосферу через выхлопную трубу. Это так, но часть углекислого газа отводится на всас компрессора, подающего его на производство карбамида, пощадим немного нервы Греты Тунберг. Аммиак тоже подвергают сжатию и отправляют в реактор синтеза. Условия в нём адские — температура 130-140°С и давление 200 атмосфер.

Крышка теплообменника в цехе производства мочевины АО «Апатит». Оборудование на химических предприятиях компонуется зачастую очень компактно. Когда я работал аппаратчиком, чувствовал себя фиксиком внутри сложного прибора
В результате взаимодействия аммиака и углекислого газа образуется сложная система, состоящая из целевого продукта карбамида (NH2)2CO, полупродукта карбамата аммония H2NCOONH4, воды H2O, карбонатов аммония (NH4HCO3 и (NH4)2CO3) и непрореагировавшего аммиака NH3. Для выделения из нее твердого карбамида и утилизации не вступивших в реакцию остальных компонентов и карбамата полученный раствор подвергают стриппингу (отдувке) в токе идущего на реакцию углекислого газа, он возвращает на реакцию непрореагировавшее сырьё. После этого водный раствор отправляют на дистилляцию в ректификационную колонну. Дистилляция — это процесс похожий на изготовление самогона. Из смеси отгоняется избыток аммиака и вода, под воздействием тепла происходит разложение карбамата аммония (до мочевины) и карбонатов аммония (до исходного сырья), это тоже всё идёт в голову колонны. После конденсации лишней воды газы возвращают на синтез. В кубе дистилляционной колонны остаётся раствор карбамида с концентрацией около 67%. Раствор отправляют на выпаривание.

Так выглядит башня приллирования внутри. Гранулы карбамида поддерживаются во взвешенном состоянии потоком воздуха. Фото ФосАгро
После выпаривания воды расплав карбамида подвергают приллированию (то есть грануляции) и сушке в высокой башне, которую можно видеть на заглавном фото. Процесс представляет собой разбрызгивание плава продукта в восходящем потоке воздуха. Образуется так называемый «кипящий» или «псевдоожиженный» слой готового продукта. Когда гранула приобретает нужные размеры, она отделяется от слоя с помощью серапационных устройств, использующих естественное следствие увеличения её массы — гравитацию и центробежную силу. Высушенные гранулы фасуются в биг-беги или вагоны. Карбамид ФосАгро выпускает двух марок — как удобрение и как кормовую добавку для жвачных животных.

Михалыч докладывает обстановку в цехе
Теперь о цифрах. Согласно отчёту 2020 ФосАгро произвела 1,7 млн. т. карбамида и 0,7 млн. т. аммиачной селитры. Всего в России производится около 8,3 млн. тонн/год карбамида и 9,6 млн. тонн/год аммиачной селитры. Аммиачную селитру также производят Акрон, Куйбышевазот, Еврохим, Минудобрения Россошь, Уралхим, Кемеровский Азот, Ангарский азотно-туковый завод, Мелеузовские минеральные удобрения, Аммоний Менделеевск. Производители карбамида: Акрон, Куйбышевазот, Газпром нефтехим Салават, Еврохим, Тольяттиазот, Уралхим, Кемеровский Азот, Аммоний Менделеевск. Мировой объём производства карбамида — около 200 млн. тонн/год, аммиачной селитры — около 38 млн. тонн/год.
Крупнейшие зарубежные потребители российских азотных удобрений — Бразилия, США и Украина.
По данным Росстата (файл excel) средняя цена на карбамид с начала 2021 года выросла на 64% и составила 26461 руб/т. По аммиачной селитре рост меньше — около 42%, в июле 2021 средняя цена достигла 15765 руб/т.

Источник

Комплексные удобрения

Комплексные удобрения – удобрения, в составе которых содержится не менее двух элементов питания. Применяются, в зависимости от климата и типа почв, в основное, припосевное внесение, в качестве различных подкормок в течение вегетационного периода. По способу производства комплексные удобрения подразделяются на сложные, сложно-смешанные и смешанные.

Содержание:

Разновидности комплексных удобрений

Комплексные удобрения

Различают двойные (фосфоро-калийные P + K, азотно-фосфорные N + P, азотно-калийные N + K) и тройные удобрения (азотно-фосфорно-калийные N + P + K).

По способу производства

• сложные,
• сложносмешанные (комбинированные),
• смешанные. [11]

По агрегатному состоянию

Суспензированные комплексные удобрения производят путем взаимодействия химического сырья в различных состояниях (твердых, жидких, газообразных) с добавлением разнообразных суспензирующих добавок. [6]

Соотношения основных элементов питания (NPK) характеризуют массовым отношением N : P₂O₅ : K₂O. (например, 1 : 1,5 : 0,5). При этом азот принято принимать за единицу.

Сложные удобрения. Содержание питательных веществ в сложных удобрениях может выражаться и в процентах по содержанию действующих элементов (15 : 17 : 8). Сумма этих величин составляет общую величину действующего вещества удобрения. [11]

Сложные удобрения

Сложные удобрения производятся в течение единого технологического цикла при химическом взаимодействии исходных компонентов. Каждая молекула или гранула сложного удобрения содержит два и более питательных элемента. [6]

Преимущества сложных удобрений

Общепризнано, что сложные удобрения во многих случаях гораздо эффективнее односоставных. Этому способствуют следующие свойства сложных комплексных удобрений:

• Высокая концентрация питательных элементов при одновременном небольшом содержании (чаще полном отсутствии) балластных компонентов, таких как натрий, хлор и прочие.
• Присутствие в одной грануле твердого удобрения сразу нескольких питательных элементов.
• Возможность применения в засушливых условиях и при удобрении культур, чувствительных к повышению осмотического давления почвенного раствора.

Уменьшение расходов по перевозке, хранению и внесению удобрений. [6]

Ассортимент сложных удобрений

Ассортимент сложных удобрений достаточно разнообразен. Это обусловлено необходимостью применения различных соотношений азота, фосфора и калия для сельскохозяйственных культур в каждой из почвенно-климатических зон.

Азофоска (нитроаммофоска)

Трехкомпонентные сложные комплексные удобрения

Являются наиболее распространенными.

Азофоска (нитроаммофоска)

Аммофоска

Диаммофоска

Нитрофоска

Виды комплексных удобрений

Двухкомпонентные комплексные сложные удобрения

Широко применяются в сельском хозяйстве для повышения плодородия почв – как отдельно, так и совместно с односоставными удобрениями. К двухкомпонентным удобрениям относятся:

Азотофосфат

Аммофосфат

Аммофос

Нитроаммофосфат

Диаммонийфосфат (ДАФ)

Примером сложносмешанных удобрений могут служить следующие вещества:

Монокалийфосфат

Нитрат калия (селитра калиевая)

Нитроаммофос

Сложносмешанные удобрения

Сложносмешанные удобрения производятся смешиванием порошкообразных однокомпонентных удобрений с введением в смесь аммиакатов, кислот и прочих азот- и фосфорсодержащих продуктов. Кроме того, в состав таких удобрений могут вводиться аммиак и вода.Основные технологические операции при получении сложносмешанных удобрений:

• Смешение исходных компонентов.
• Аммонизация смеси.
• Грануляция, сушка и кондиционирование готового продукта.

В результате этих операций получают разнообразные марки удобрений.

К примеру, на основе простого суперфосфата, двойного суперфосфата, аммиачной селитры, сульфата аммония, аммонизирующего раствора (NH₃– 21,7 % NH₄NO₃– 65 %), серной кислоты получают сложносмешанные удобрения разнообразных марок: 5: 10: 20, 5: 20: 20, 10: 20: 0, 12: 12: 12 и другие.

Используя раствор, содержащий 2-30 % мочевины, 14–24 % аммиачной селитры и 25–35 % аммиака, получают удобрения марок 20: 10: 10, 15: 15: 15 и другие.

При использовании полифосфорной кислоты, аммиака, серной кислоты, суперфосфатов простого и двойного, хлорида калия получают удобрения следующих марок: 6: 24: 24, 10: 45: 5 и другие. [6]

Смешанные удобрения

Смешанные удобрения производятся механическим смешиванием двух и более простых удобрений в гранулированном или порошкообразном виде. Соответственно, получают гранулированные или порошкообразные тукосмеси. Смешивают удобрения при необходимости одновременного внесения на поле нескольких видов питательных веществ.

Смеси удобрений имеют разнообразный состав, легко приспосабливаемы к требованиям всевозможных культур и почвенно-климатических зон как по концентрации, так и по соотношению питательных веществ.

Основные правила смешивания минеральных удобрений

В процессе приготовления и хранения компоненты смешанного удобрения способны проявлять высокую реакционную способность и вступать в химическое взаимодействие. В этой связи при приготовлении смесей нужно выбирать удобрения, учитывая их возможное взаимодействие. Существует несколько основных правил смешивания удобрений: (Изображение)

• При смешивании удобрения не должны терять питательные вещества и превращаться в массу, не поддающуюся механизированному внесению.
• Не нужно смешивать аммиачную селитру и мочевину, поскольку их сочетание делает удобрительную смесь сильно гигроскопичной.
• Для избегания потерь азота нельзя смешивать аммиачные (аммонийные) формы азотных удобрений с веществами, обладающими активными щелочными свойствами (фосфатшлаками, термофосфатами, цианамидом кальция, поташем, цементной пылью).
• Содержание влаги в удобрениях не должно превышать величину, установленную для данного вида удобрения. Так, для аммиачной селитры это 0,2–0,3 %, для мочевины – 0,2–0,25 %, суперфосфатов – не более 3,5 %.
• Щелочность или кислотность удобрений, предназначенных для смесей, не должна быть выше стандартных показателей, поскольку минеральные удобрения, содержащие свободную кислоту и щелочь, способны к активному взаимодействию между собой.
• Добавление в смеси нейтрализующих материалов (доломитовой и известняковой муки) приводит к потерям аммиака.

Некоторые марки жидких комплексны удобрений:

• Смеси хорошего качества готовят на основе фосфоритной муки.
• Не рекомендуется смешивать суперфосфат с аммиачной селитрой, поскольку образуется кальциевая селитра и смесь превращается в липкую массу.
• Смешивание мочевины и суперфосфата способствует выделению кристаллизационной воды, увеличивающей влажность смесей. Данные продукты лучше смешивать с подсушенными.
• Не рекомендуется смешивать суперфосфат с сульфатом аммония, поскольку он цементируется в плотную массу, которую перед внесением в почву приходится измельчать и просеивать. [6]

Тукосмеси могут готовить как на промышленных предприятиях, так и непосредственно в хозяйствах. Основное требование к тукам – хорошая сыпучесть и неслеживаемость. [2]

Жидкие комплексные удобрения

Жидкие комплексные удобрения (растворы и суспензии) получают путем горячего или холодного смешивания безводного аммиака, раствора мочевины, аммиачной селитры, хлористого калия, суперфосфата, полифосфата аммония (твердого), ортофосфорной и суперфосфорной кислот.

Горячее смешивание приводит к образованию базисных растворов высокой концентрации. При использовании орто- и полифосфорных кислот получают жидкости с нейтральной реакцией.

Холодное смешивание позволяет готовить удобрительные вещества с разным соотношением действующих веществ, добавляя к базовому раствору различные удобрения (нитрат аммония, карбамид, хлорид калия и прочие). Также в ЖКУ вводят микроэлементы, инсектициды и гербициды.

ЖКУ слабо корродируют черные металлы. Это позволяет использовать для их перевозки и внесения машины, предназначенные для внесения жидкого навоза и водного аммиака.

ЖКУ не содержат свободного аммиака, что предотвращает потери азота при их внесении путем разбрызгивания по поверхности поля с последующей заделкой.

Однако фосфаты в составе ЖКУ труднорастворимы и могут смываться поверхностными стоками и мигрировать из корнеобитаемого слоя почвы.

Кроме того, ЖКУ могут подвергаться кристаллизации с выпадением осадка при хранении при повышенных (более +28°C) или пониженных (–18°C) температурах. Температура выпадения осадка зависит от марки удобрения. [2] [9]

Источник