Химическая концепция и технологическая схема производства азотных удобрений.
Азотные удобрения могут содержать азот в форме свободного аммиака и аминов (аммиакаты), ионов NH4 + и NO3 — , аминогруппы NH2, а также в их сочетании. В соответствии с этим различают следующие виды азотных удобрений: аммиачные, аммонийные, нитратные, амидные и аммонийно-нитратные.
Все азотные удобрения водорастворимы, азот из них хорошо усваивается растенимями, особенно из аниона NO3 — , который отличается высокой подвижностью в почве. По агрегатному состоянию азотные удобрения делятся на твердые (соли и карбамид) и жидкие (аммиак, аммиачная вода и аммиакаты, представляющие собой растворы твердых удобрений).
| Удобрение | Действ-щее вещество | Содержание азота, % | Удельный вес, %, по годам | |
| Аммиачные Аммиак жидкий Аммиачная вода | NH3 NH3 | 16,1 – 20,1 | 2,8 | 7,1 |
| Аммонийные Сульфат аммония | (NH4)2SO4 | 19,9 – 21,0 | 17,9 | 1,1 |
| Нитратные Нитрат натрия Нитрат кальция | NaNO3 Ca(NO3)2 | 11,0 – 16,0 18,0 – 11,0 | — — | — — |
| Амидные Карбамид | CO(NH2)2 | 46,0 – 46,1 | 2,1 | 27,1 |
| Аммонийно-нитратные | NH4NO3 | 32,1 – 31,0 | 73,3 | 40,1 |
| Карбамидоформ-альдегидные Карбаминоформ | NH2CONHCH2 | 33,0 – 42,0 | — | — |
| Аммиакаты Азотная часть комплексных минеральных удобрений | — — | 20,0 – 30,0 — | — — | — 19,3 |
В приведенных данных прослеживается тенденция снижения производства сульфата и нитрата аммония и увеличения производства карбамида, жидких азотных удобрений и минеральных удобрений, содержащих, наряду с другими элементами, азот (комплексных минеральных удобрений).
Ниже рассматривается технология производства наиболее распространенных азотных удобрений – нитрата аммония и карбамида, на долю которых приходится свыше 60% общего выпуска азотных удобрений.
К азотным удобрениям относятся органические и неорганические вещества, содержащие азот, которые вносятся в почву для повышения эффективности её использования. К ним относятся аммиачная селитра, сульфат аммония, мочевина, карбамид, сернокислый аммоний и другие вещества.
Производство азот. удобрений осуществляется на крупных специализированных предприятиях, что связано со сложностью технологического цикла и необходимостью выпуска продукции в значительных количествах.
Исходным сырьём для получения всех азотных удобрений является аммиак. В своё время основным источником его получения были кокс и выделяемый им коксовый газ, поэтому на многих металлургических предприятиях аммиак выпускался, как побочная продукция. В настоящее время основным сырьём для производствааммиака служит азот воздуха, вода, природный газ.
На первой стадии производства аммиака происходит паровая конверсия метана: СН4 + Н2О = СО + 3Н2 – Q.
Далее полученный водород в необходимом соотношении смешивается с азотом воздуха, полученная окись углерода окисляется до двуокиси и выводится из процесса, а азото-водородная смесь поступает на синтез аммиака, которая осуществляется на катализаторе — губчатое железо с добавками активаторов Al2O3, K2O, CaO, SiO2, реакцию ведут при t 500° С, давлении 240 атм.
Получение азотной кислоты осуществляется каталитическим окислением аммиака с последующей абсорбцией оксидов азота.
Аммиачная селитра получается при прямом синтезе из аммиака и азотной кислоты.
Азота в природе, в составе атмосферы много – 78%, а растения испытывают азотное голодание. Большинство растений не могут усваивать атмосферный азот, а поглощают его только в виде аммония. Содержание в почве связанного азота невелико 1 кг азота– 1 тонна почвы.
Часть такого азота возвращается в почву в виде навоза, компоста, птичьего помета – органические удобрения. Другая часть связанного азота поступает в почву во время грозы в виде азотной кислоты.
Динитраифицирующие и азотофиксирующие бактерии и водоросли помогают растениям органические соединения превращать в минеральные, те, в свою очередь, усваиваются растениями.
Естественный потенциал подзолистых почв(почвы нашей местности) невелик, 11 центнеров с гектара. В процесс круговорота азота в природе вмешивается человек. Снимая урожай, ежегодно выносим из почвы огромное количество связанного азота. Эту убыль восполняем органическими и минеральными удобрениями. Растения, если им предоставить возможность, предпочитают аммиачный азот нитратному.
Дата добавления: 2015-09-28 ; просмотров: 1726 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Основы технологии азотных удобрений
Промышленностью выпускаются аммиачные азотные удобрения, содержащие азот в виде катиона NН 4+ , нитратные, содержащие азот в виде аниона NО 3- , аммиачно-нитратные, содержащие оба иона, и амидные, азот в которых находится в форму NН2. По агрегатному состоянию азотные удобрения делятся на твердые (например, карбамид) и жидкие (аммиак, аммиачная вода и аммиакаты, представляющие собой растворы твердых удобрений).
Наиболее распространенными из азотных удобрений являются аммиачная селитра (нитрат аммония) NH4NO3 и карбамид (мочевина) (NH2)2CО. Эти удобрения, как и все аммиачные и нитратные соли, водорастворимы и хорошо усваиваются растениями, однако легко уносятся вглубь почвы при обильных дождях или орошении.
Аммиачная селитра (нитрат аммония) NH4NO3 является безбаластным удобрением, содержащим до 35% азота в аммиачной и нитратной формах. Это удобрение можно использовать для любых сельскохозяйственных культур и почв. Однако NH4NO3 имеет плохие физические свойства: гранулы нитрата аммония сильно гигроскопичные и потому, расплываются на воздухе, слеживаются при хранении в крупные агломераты, трудно вносимые в почву. Кроме того, NH4NO3 огне- и взрывоопасен, что также осложняет применение его в качестве удобрения.
Технологический процесс производства аммиачной селитры (рис. 2) включает следующие стадии:
— нейтрализацию разбавленной азотной кислоты (HNO3) аммиаком (NH3);
— упаривание раствора нитрата аммония;
— кристаллизацию нитрата аммония;
— гранулирование и охлаждение плава;
— рассев гранул на товарные фракции.
Рис. 2 Принципиальная схема производства аммиачной селитры
Нейтрализация осуществляется в специальном реакторе — нейтрализаторе, откуда разогретый раствор NH4NO3 (реакция нейтрализации идет с выделением тепла) поступает в вакуум-выпарной аппарат, где на выходе получается плав с содержанием NH4NO3 98-99%. Плав поступает в верхнюю часть грануляционной башни, где разбрызгивается через специальное приспособление – форсунку. Капли селитры, падая вниз, застывают в потоке подающегося снизу холодного воздуха и образуют гранулы, которые поступают на дополнительное охлаждение и затем рассеиваются на фракции. Частицы менее 1 мм и более 3 мм присоединяются к раствору, идущему на выпаривание. Готовый продукт (частицы размером 1. 3 мм) упаковывается в водонепроницаемые мешки.
В себестоимости аммиачной селитры затраты распределяются примерно следующим образом: затраты на сырье и основные материалы составляют 85%, на вспомогательные материалы – 5%, на энергию – 5%, зарплату – 0,3%, прочие расходы – 4,7%.
Таблица 2 – Физико-химические свойства аммиачной селитра в соответствии с ГОСТ 2-85
| Наименование показателя | Норма марки | |||
| А | Б | |||
| Высший сорт | Первый сорт | Второй сорт | ||
| 1. Суммарная массовая доля нитратного и аммонийного азота в пересчете: — на NH4NO3 в сухом веществе, %, не менее — на азот в сухом веществе, %, не менее | Не нормируется | Не нормируется | Не нормируется | Не нормируется |
| 34,4 | 34,4 | 34,0 | ||
| 2. Массовая доля воды, %, не более: — с сульфатной и сульфатно-фосфатной добавками — с добавками нитратов кальция и магния | 0,2 0,3 | 0,2 0,3 | 0,2 0,3 | 0,3 0,3 |
| 3. рН 10%-ного водного раствора, не менее: — с ульфаино-фосфатной добавкой | 5,0 4,0 | 5,0 4,0 | 5,0 4,0 | 5,0 4,0 |
| 4. Массовая доля веществ, не растворимых в 10%-ном растворе азотной кислоты, %, не более | 0,2 | Не нормируется | ||
| 5. Гранулометрический состав: — массовая доля гранул размером от 1 до 3 мм, %, не менее — массовая доля гранул размером от 1 до 4 мм, %, не менее В том числе Гранул размером от 2 до 4 мм, %, не менее — массовая доля гранул размером менее 1 мм, %, не более — массовая доля гранул размером более 6 мм, % | Не нормируется Не нормируется 0,0 | Не нормируется 0,0 | Не нормируется 0,0 | Не нормируется Не нормируется 0,0 |
| 6. Статичтическая прочность гранул, Н/ гранулу (кг/ гранулу), не менее: — с сульфатной и сульфатно-фосфатной добавками — с добавками нитратов кальция и магния | 5 (0,5) | 10(1,0) 8 (0,8) | 7 (0,7) | 5(0,5) |
| 7. Рассыпчатость, %, не менее |
Карбамид (NH2)2CО относится к ценным азотным удобрениям, содержащим до 46% азота. Как азотную добавку его применяют и в корм скоту. Высокая концентрация азота и хорошие физико-химические свойства, малая слеживаемость, низкие расходы на хранение и транспортирование сделали карбамид основным азотным удобрением.
Сырьем для производства карбамида является аммиак NH3 и диоксид углерода СО2.
Технологический процесс производства карбамида (рис. 3) включает следующие стадии:
— упаривание раствора карбамида до плава;
— кристаллизация или гранулирование плава;
— фильтрация кристаллов (в случае кристаллизации);
— рассев гранул на товарные фракции.
Рис. 3. Принципиальная схема производства карбамида с полным рециклом
В промышленности синтез карбамида осуществляется в две стадии при 100%-м избытке аммиака, давлении 18-20 МПа и температуре 180-200 0 С. Выход карбамида в оптимальных условиях составляет 60-70% при использовании чистых СО2 и NH3. В целях улучшения экономических показателей производства, не вступившие во взаимодействие между собой аммиак и СО2, используются для получения других продуктов или снова возвращаются в процесс.
Диоксид углерода, предварительно очищенный от соединений серы и механических примесей, сжимается компрессором до 18-20МПа и при температуре ≈ 40 0 С непрерывно подается в колонну синтеза. Плунжерным насосом в колонну непрерывно вводится и жидкий аммиак, нагретый до 90 0 С. Затем полученный раствор карбамида упаривается в выпарном аппарате. Далее карбамид либо кристаллизуют в кристаллизаторах и отделяют кристаллы от маточного раствора на соответствующем фильтровальном оборудовании, либо гранулируют в грануляционной башне. Рассев гранул на товарные фракции осуществляется так же, как и в случае аммиачной селитры.
На 1т карбамида в среднем расходуется: аммиака – 0,58 т; диоксида углерода – 0,77т; воды – 90м 3 ; электроэнергии – 130 кВт×ч; пара – 1,3т.
В себестоимости карбамида затраты распределяются примерно следующим образом: затраты на сырье и основные материалы составляют 65%, на вспомогательные материалы – 15%, на энергию – 15,6%, зарплату – 0,4%, прочие расходы – 4%.
Качество карбамида, идущего на нужды сельского хозяйства, регламентировано ГОСТ2081-92
Таблица 3 – Физико-химические свойства карбамида в соответствии с ГОСТ 2081-92
Источник
Производство азотных удобрений
ПРОИЗВОДСТВО АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ
1 Общая характеристика
Азотные удобрения могут содержать азот в форме свободного аммиака и аминов (аммиакаты), ионов NH4 + и NO3 — , аминогруппы NH2, а также в их сочетании. В соответствии с этим различают следующие виды азотных удобрений: аммиачные, аммонийные, нитратные, амидные и аммонийно-нитратные.
Все азотные удобрения водорастворимы, азот из них хорошо усваивается растенимями, особенно из аниона NO3 — , который отличается высокой подвижностью в почве. По агрегатному состоянию азотные удобрения делятся на твердые (соли и карбамид) и жидкие (аммиак, аммиачная вода и аммиакаты, представляющие собой растворы твердых удобрений). В табл. 1.1 приведены характеристики важнейших азотных удобрений и удельный вес их в общем балансе производства.
Таблица 1.1 — Ассортимент и характеристика азотных удобрений
Аммиак жидкий Аммиачная вода
Азотная часть комплексных минеральных удобрений
В приведенных данных прослеживается тенденция снижения производства сульфата и нитрата аммония и увеличения производства карбамида, жидких азотных удобрений и минеральных удобрений, содержащих, наряду с другими элементами, азот (комплексных минеральных удобрений).
Ниже рассматривается технология производства наиболее распространенных азотных удобрений – нитрата аммония и карбамида, на долю которых приходится свыше 60% общего выпуска азотных удобрений.
1.2 Производство нитрата аммония
1.2.1 Свойства нитрата аммония
Нитрат аммония (аммонийная селитра) NH4NO3 – кристаллическое вещество с температурой плавления 169,6ºС, хорошо растворимое в воде. Растворимость при 20ºС равна 0,621 мас. долей, при 160ºС – 0,992 мас. долей. Нитрат аммония сильно гигроскопичен и легко поглощает влагу из атмосферы, в зависимости от температуры может существовать в пяти кристаллических модификациях, различающихся плотностью и структурой кристаллов. Вследствие высокой растворимости в воде, гигроскопичности и полиморфных превращений, сопровождающихся выделением тепла, нитрат аммония легко слеживается. Для уменьшения слеживаемости, которая затрудняет использование продукта, в промышленности используют следующие меры:
— перед складированием полученный продукт охлаждают до температуры ниже 32ºС, так как именно в интервале от 32,3ºС до -17ºС нитрат аммония находится в стабильной ромбической модификации;
— выпускают товарный продукт в гранулированном виде, обрабатывая поверхность гранул ПАВ, образующими на них гидрофобную пленку;
— вводят в состав продукта кондиционирующие добавки в виде нитрата магния и других солей, которые связывают свободную воду и препятствуют переходу одной модификации в другую.
Нитрат аммония в твердом состоянии или в виде высококонцентрированного раствора (плава) при нагревании выше 180 — 200 ºС разлагается:
При быстром нагревании в замкнутом пространстве до 400 — 100ºС или инициировании нитрат аммония разлагается со взрывом по уравнению
Разложение ускоряется в присутствии минеральных кислот и органических веществ. На этом основано использование нитрата аммония в качестве компонента аммонийно-селитровых взрывчатых веществ – аммонитов (смеси с органическими веществами), аммотолов (смеси со взрывчатыми веществами) и аммоналов (смеси, содержащие аллюминий).
Нитрат аммония является безбалластным азотным удобрением и содержит 34,8% азота, из них 17,4% — в аммиачной (NH4 + ) и 17,4% — в нитратной (NO3 — ) форме. Поэтому стоимость транспортировки содержащегося в нем азота значительно ниже, чем при перевозке других балластных удобрений (например, сульфата аммония).
Источник
➤Adblockdetector
| Удобрение | Формула действующего вещества | Содержание азота, % | Удельный вес, %, по годам | |
| 1960 | 1980 | |||
| 46,0 – 46,1 | 2,1 | 27,1 | ||
| Аммонийно-нитратные | ||||