Производство азотных удобрений

Тема 8

«ПРОИЗВОДСТВО МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ»

1. Виды удобрений и их значение.

2. Производство азотных удобрений.

3. Производство фосфорных удобрений.

4. Производство калийных удобрений.

Виды удобрений и их значение

Удобрениями называются вещества, содержащие элементы, необходимые для питания растений и вносимые в почву с целью получения высоких устойчивых урожаев.

Удобрения классифицируют но ряду признаков.

По происхождению удобрения подразделяются на минеральные, органические, органоминеральные и бактериальные.

К минеральным, или искусственным, удобрениям относятся специально производимые на химических предприятиях преимущественно неорганические вещества, в основном минеральные соли.

Органические удобрения содержат питательные вещества главным образом в виде органических соединений, обычно ‑ продуктов естественного происхождения (навоз, фекалии, солома, торф и др.).

Органоминералъные удобрения представляют собой смеси различных органических и минеральных удобрений.

Бактериальные удобрения содержат некоторые культуры микроорганизмов, способствующие накоплению в гумусовом слое (почве) усвояемых форм питательных элементов.

По составу, т.е. по видам питательных элементов, минеральные удобрения подразделяются на азотные, фосфорные (фосфатные), калийные (калиевые) и микроудобрения (магниевые, борные и др.).

По содержанию главных питательных элементов удобрения бывают простые (один главный питательный элемент) и комплексные (два или три элемента).

По числу главных питательных элементов комплексные удобрения называются двойными (NP, PK, NK) и тройными (NPK).

При содержании питательных веществ более 33 % удобрения называются концентрированными, более 60 % ‑ высококонцентрированными.

По назначению и срокам внесения удобрения подразделяются на основные (предпосевные), вносимые до посева; припосевные, вносимые во время посева; подкормки, вносимые в период развития растений (в вегетационный период).

По степени растворимости удобрения бывают водорастворимые и водонерастворимые.

Состав минеральных удобрений характеризуется содержанием в них активных веществ: в азотных ‑ азота (N), в фосфорных ‑ оксида фосфора (Р₂O₅), в калийных ‑ оксида калия (К₂О).

Производство азотных удобрений

Промышленностью выпускаются следующие виды азотных удобрений: аммиачные, содержащие азот в виде катиона NH⁴⁺, нитратные, содержащие азот в виде аниона NO^3-, аммиачно-нитратные, содержащие оба иона, и амидные, азот в которых находится в форме NH₂. По агрегатному состоянию азотные удобрения бывают 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) NН₄NO₃ и карбамид (мочевина) (NH₂)₂CO. 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) NН₄NO₃ является безбалластным удобрением, содержащим до 35 % азота в аммиачной и нитратной формах. Это удобрение можно использовать для любых сельскохозяйственных культур и почв. Однако нитрат аммония имеет и некоторые недостатки: его гранулы сильно гигроскопичны и поэтому расплываются на воздухе, слеживаются при хранении в крупные агломераты, трудно вносимые в почву. Кроме того, NН₄NO₃ огне- и взрывоопасен, что также осложняет его применение в качестве удобрения.

Технологический процесс производства аммиачной селитры включает следующие стадии:

«нейтрализацию разбавленной азотной кислоты аммиаком (NH₃);

• упаривание раствора нитрата аммония;

• кристаллизацию нитрата аммония;

• гранулирование и охлаждение плава;

• рассев гранул на товарные фракции.

Нейтрализация осуществляется в специальном реакторе ‑ нейтрализаторе, откуда разогретый раствор NН₄NO₃ (реакция нейтрализации идет с выделением тепла) поступает в вакуум-выпарной аппарат, где на выходе получается плав с содержанием NН₄NO₃ 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 и более 3 мм присоединяются к раствору, идущему на выпаривание. Готовый продукт (частицы размером 1‑3 мм) упаковывается в водонепроницаемые мешки.

В структуре себестоимости аммиачной селитры удельный вес различных элементов затрат следующий: сырье и основные материалы ‑ 85 %, вспомогательные материалы ‑ 5, энергия ‑ 5, зарплата ‑ 0,3, прочие расходы ‑ 4,7 %.

Карбамид (NН₂)₂CO относится к ценным азотным удобрениям, содержащим до 46 % азота. Его применяют также как азотную добавку в корм скоту. Высокая концентрация азота, ценные физико-химические свойства, малая слеживаемость, низкие расходы на хранение и транспортирование сделали карбамид основным азотным удобрением.

Сырьем для производства карбамида являются аммиак и диоксид углерода СО₂.

Технологический процесс производства карбамида включает следующие стадии:

• синтез карбамида;

• упаривание раствора карбамида до плава;

• кристаллизация или гранулирование плава;

• фильтрация кристаллов (в случае кристаллизации);

• рассев гранул на товарные фракции.

В промышленности синтез карбамида осуществляется в две стадии при 100 % -ном избытке аммиака, давлении 18‑20 МПа и температуре 180‑200 °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 аммиак и СО₂ используются повторно или для получения других продуктов.

Диоксид углерода, предварительно очищенный от соединений серы и механических примесей, сжимается компрессором до 18‑20 МПа и при температуре 40 ° С непрерывно подается в колонну синтеза. Плунжерным насосом в колонну непрерывно вводится также жидкий аммиак, нагретый до 90 °С. Полученный раствор карбамида упаривается в выпарном аппарате. Затем карбамид либо кристаллизуют в кристаллизаторах и отделяют кристаллы от маточного раствора на соответствующем фильтровальном оборудовании, либо гранулируют в грануляционной башне. Рассев гранул карбамида на товарные фракцииосуществляется так же, как и аммиачной селитры.

Для получения 1 т карбамида в среднем расходуется: аммиака ‑ 0,58 т; диоксида углерода ‑ 0,77 т; воды ‑ 90 м³; электроэнергии ‑ 130 кВт- ч; пара ‑ 1,3 т.;

В структуре себестоимости карбамида удельный вес различных элементов затрат следующий: сырье и основные материалы - 65 %, вспомогательные материалы ‑ 15, энергия ‑ 15,6, Оплата ‑ 0,4, прочие расходы ‑ 4 %.