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
Удобрение Формула действующего вещества Содержание азота, % Удельный вес, %, по годам 1960 1980
Аммиачные
Аммиак жидкий Аммиачная вода
NH3
NH3
82
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.
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:
NH4NO3 = N2O + 2H2O – DH, где DH = 36,8 кДж.
При быстром нагревании в замкнутом пространстве до 400 - 100ºС или инициировании нитрат аммония разлагается со взрывом по уравнению
NH4NO3 = N2 + 2H2O + 0,1O2 – 118 кДж.
Разложение ускоряется в присутствии минеральных кислот и органических веществ. ............
