Промышленностью выпускаются аммиачные азотные удобрения, содержащие азот в виде катиона NН4+, нитратные, содержащие азот в виде аниона NО3-, 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:
— 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
| №№ п/п | Наименование показателей | Марки | ||
| Высший сорт | А | Б | ||
| I | ||||
| 1. | Внешний вид | Белые кристаллы | Белые или слабо окрашенные кристаллы или гранулы | Белые или слабо окрашенные гранулы |
| 2. | Содержание азота в пересчёте на сухое вещество, %, не менее | 46,3 | 46,2 | 46,1 |
| 3. | Содержание биурета, %, не менее | 0,6 | 0,9 | 0,9 |
| 4. | Содержание свободного аммиака, %, не более · для кристаллического карбамида · для гранулированного карбамида | 0,01 | 0,01 | Не нормируется |
| — | 0,03 | Не нормируется | ||
| 5. | Содержание сульфатов в пересчёте на SO4-2, % не более | 0,005 | 0,01 | Не нормируется |
| 6. | Содержание не растворимых в воде веществ, %, не более | 0,005 | 0,01 | Не нормируется |
| 7. | Содержание железа в пересчёте на Fe2О3, % не более | 0,0005 | 0,002 | Не нормируется |
| 8. | Содержание влаги, % не более | 0,2 | 0,3 | 0,25 |
| 9. | Рассыпчатость, % не менее | Не нормируется | ||
| 10. | Гранулометрический состав · содержание гранул от 1 до 4 мм, %, не менее, в том числе от 2 до 3 мм, %, не менее · содержание гранул менее 1 мм, %, не менее | Не нормируется | ||
| 11. | Остаток на сите 5 мм | Не нормируется | отсутствие | |
| 12. | Механическая прочность гранул на раздавливание, г на гранулу, не менее | Не нормируется |
