Основы технологии азотных удобрений

Промышленностью выпускаются аммиачные азотные удобрения, содержащие азот в виде катиона NН⁴⁺, 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

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:

- синтез карбамида;

- 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 180-200⁰С. 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 ≈ 40⁰С непрерывно подается в колонну синтеза. Плунжерным насосом в колонну непрерывно вводится и жидкий аммиак, нагретый до 90⁰С. 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 – 90м³; 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