Возможность получения синтетического аммиака была доказана работами немецкого химика Габера. Из всех способов связывания молекулярного азота этот способ оказался наиболее дешевым, и в настоящее время он является основным при производстве азотных удобрений.
Получение аммиака. 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 подают в контактную печь (камеру синтеза), где при высоких температуре (400—500 °С) и давлении в присутствии катализаторов (железа с добавками оксидов алюминия и калия) осуществляется синтез аммиака:
N2 + ЗН2 —> 2NH3.
Затем аммиак поступает в холодильник и сжижается.
Источником молекулярного азота является воздух. Выделить азот из воздуха можно следующими способами.
1. Атмосферный воздух пропускают через генератор, наполненный горящим коксом. Кислород полностью сгорает. Из генератора поступает смесь азота с диоксидом углерода. С02 под давлением в 25 атмосфер поглощается водой.
2. Воздух сжижается с последующим фракционированием его перегонкой при разных температурах. Кислород кипит при температуре -183°С, а азот — при -196°С. Разница в температурах кипения позволяет разделить кислород и азот.
До 50 % затрат при производстве аммиака приходится на получение чистого водорода. В качестве источников водорода чаще всего используют природные и попутные нефтяные газы, а также отходящие газы коксовых печей.
Возможно получение водорода из воды путем электролиза. Этим способом водород получают чистым, без примесей, но он требует очень большого расхода электроэнергии. Поэтому такой способ может быть рентабельным только в районах производства дешевой электроэнергии.
Полученный вышеуказанным способом аммиак может быть использован непосредственно в качестве удобрения (жидкий безводный аммиак), для производства аммонийных удобрений, для получения азотной кислоты.
Получение азотной кислоты. Азотную кислоту получают каталитическим окислением синтетического аммиака кислородом воздуха. Это основной способ для производства азотной кислоты и ее солей. Реакция идет в несколько этапов. Вначале аммиак окисляется до оксида азота (реакция идет с выделением теплоты):
4NH3 + 502 ->4N0 + 6H20.
Оксид азота после охлаждения поступает в окислительные башни, где переводится в диоксид азота:
2NO + О, = 2NO,.
Далее N0, поступает в поглотительные башни, где поглощается водой с образованием азотной и азотистой кислот:
2N02 + Н20 = HN03 + HN02; 3N02 + Н20 = 2HN03 + NO.
Азотистая кислота неустойчива. Ее ангидрид (N203) быстро распадается:
N203 = NO + N0,.
Оксиды азота N0 и N0, возвращают вновь в ту же систему окислительных и поглотительных установок, добиваясь в конечном итоге их доокисления до азотной кислоты.
Синтетический аммиак и азотная кислота являются основными исходными продуктами для производства как азотных удобрений, так и комплексных удобрений, содержащих азот.
Классификация азотных удобрений. Азотные удобрения в зависимости от формы соединения азота подразделяются в основном на следующие виды:
нитратные — натриевая (NaN03) и кальциевая [Ca(N03)2] селитры;
аммонийные — сульфат [(NH4)2S04] и хлорид аммония (NH4C1), карбонат [(NH4)2C03] и бикарбонат аммония (NH4HC03);
аммонийно-нитратные — аммонийная селитра (NH4N03), суль-фонитрат аммония [(NH4)2S04 • 2NH4N03];
аммиачные — безводный аммиак, аммиачная вода;
амидные — мочевина [CO(NH2)2] и цианамид кальция (CaCN2).
Кроме того, азотные удобрения могут быть представлены смешанными формами (аммиакаты). В отдельную группу выделяют медленнодействующие формы азотных удобрений (мочевинофор-мальдегидные и капсулированные). Однако их применение пока весьма ограниченно.
5.1.3.1. НИТРАТНЫЕ УДОБРЕНИЯ
К этой группе относятся удобрения, содержащие азот в нитратной форме — NaN03 и Ca(N03)2. В ассортименте азотных удобрений, применяемых в нашей стране, нитратные удобрения имеют небольшой удельный вес (менее 1 %). Однако рассмотрение их свойств, особенностей трансформации в почве и применения представляет интерес с точки зрения лучшего понимания особенностей применения других удобрений, в том числе аммонийной селитры.