Применения азотных удобрений

Азотные удобрения в зависимости от содержащихся в них форм соединений азота подразделяются на шесть групп: нитратные (натриевая и кальциевая селитра); аммонийные (сульфат аммония, хлористый аммоний); аммонийно-нитратные (аммонийная селитра); амидные (мочевина); аммиачные (безводный аммиак, аммиачная вода); карбамид-аммонийно-нитратные (карбамид-аммонийная селитра – КАС).

Производство азотных удобрений основано на получении синтетического аммиака из молекулярного азота воздуха и водорода, источником которого служат природный газ, нефтяные и коксовые газы. Этот процесс требует больших энергозатрат. Чтобы произвести 1 т азота, необходимо затратить энергию, эквивалентную 4 т нефти.

В слое воздуха 15 км над площадью 1 га содержится около 78 тыс. тонн молекулярного азота, т.е. запасы этого элемента практически не ограничены.

В конце XIX века в лабораторных условиях впервые был связан молекулярный азот с кислородом путем пропускания воздуха через пламя вольтовой дуги (температура около 3000^оС):

N₂+О₂=2NO .

Окись азота окисляли до двуокиси(NO₂), которая, соединяясь с водой, давала азотную кислоту. Вскоре, в Норвегии был построен первый в мире завод по производству в промышленных масштабах первого синтетического азотного удобрения – Са(NО₃)₂. Отсюда кальциевая селитра стала называться “норвежской”. Однако получение азотного удобрения таким способов требует затрат огромного количества энергии и не получило широкого распространения. В тоже время был предложен другой более дешевый способ связывания атмосферного азота, основанный на свойстве азота соединяться при определенных условиях (температура около 700–800^оС) с карбидом кальция:

N₂+СаС₂= СаСN₂ + С.

Однако этот способ также не получил широкого распространения, так как немецкий химик Табер предложил получать аммиак при взаимодействии чистых азота и водорода. Этот способ оказался наиболее дешевым и в настоящее время является основным при производстве азотных удобрений.

Синтетический аммиак получают при взаимодействии химически чистых азота и водорода. Для этого смесь указанных газов в соотношении 1:3 вначале подвергают сжатию под высоким давлением, а потом падают в контактную печь (камеру синтеза), где при высокой температуре (400–500⁰ С) и давлении в присутствии катализаторов железа с добавлением оксидов алюминия и калия осуществляется синтез аммиака:

N₂+3Н₂ → 2NН₃ .

Затем аммиак поступает в холодильник и сжижается.

Источником молекулярного азота является воздух. Выделить его можно следующими способами:

1. Атмосферный воздух пропускают через генератор, наполненный горящим коксом. Кислород полностью сгорает. Из генератора поступает смесь азота с диоксидом углерода. СО₂ под давлением в 25 атмосфер поглощается водой.

2. Воздух сжижается с последующим фракционированием перегонкой при разных температурах. Кислород кипит при температуре – 183^оС, а азот – при – 196^оС. Разница в температурах кипения позволяет разделить кислород и азот.

В качестве источника водорода чаще всего используют природные и попутные нефтяные газы, а также отходящие газы коксовых печей. Возможно получение водорода из воды путем электролиза. Однако такой способ требует очень большого расхода электроэнергии.

Полученный вышеуказанным способом аммиак может быть использован непосредственно в качестве удобрения (жидкий безводный аммиак), а также для получения аммонийных азотных удобрений и азотной кислоты.

Азотную кислоту получают каталитическим окислением синтетического аммиака кислородом воздуха. Реакция идет в несколько этапов. Вначале аммиак окисляется до оксида азота (реакция идет с выделением тепла):

NН₃+5О₂=4NO +6Н₂О .

После охлаждения оксид азота поступает в окислительные башни, где переводится в диоксид азота:

2NО+О₂=2NO₂ .

Далее NO₂ поступает в поглотительные башни, где поглощается водой с образованием азотной и азотистой кислот:

2NО₂+Н₂О=НNO₃ + НNO₂ ,

3NО₂+Н₂О=2НNO₃ + NO .

Азотистая кислота не устойчива. Ангидрид (N₂O₃)быстро распадается:

N₂O₃ = NO + NO₂ .

Оксиды азота NO и NO₂ вновь возвращаются в туже систему окислительных и поглотительных установок, добиваясь, в конечном счете, их доокисления до азотной кислоты.

Синтетический аммиак и азотная кислота являются основными исходными продуктами для производства как азотных, так и комплексных удобрений, содержащий азот.

Основными формами азотных удобрений, которые выпускаются в Беларуси ОАО «Гродно Азот», являются карбамид, карбамид с гуматами, КАС, сульфат аммония. В перспективе планируется значительно расширить долю азота в комплексных удобрениях (табл. 1.6).