Industria dei fertilizzanti minerali. Produzione di fertilizzanti azotati

Il materiale di partenza per la produzione di azoto e di numerosi fertilizzanti complessi è l'ammoniaca. La capacità operativa totale per la produzione di ammoniaca in Russia raggiunge attualmente 13.870 migliaia di tonnellate, ovvero circa il 9% della capacità globale. Si tratta del terzo indicatore al mondo dopo Cina e Usa. Tuttavia, le capacità produttive delle imprese non sono completamente utilizzate e, in termini di produzione di ammoniaca, la Russia è al quarto posto dopo Cina, Stati Uniti e India, producendo circa il 6% di questo tipo di prodotto nel mondo.

Nel 2001, l’utilizzo della capacità per la produzione di ammoniaca e fertilizzanti azotati è leggermente aumentato rispetto al 2000. Nonostante il fatto che i principali operatori di mercato abbiano aumentato la produzione del 5-10%, il volume della produzione nel settore nel suo insieme è leggermente aumentato a causa di un aumento diminuzione della produzione in alcune piccole imprese.

I fertilizzanti azotati vengono prodotti in 25 imprese nella Federazione Russa, inoltre, il solfato di ammonio viene prodotto da alcune cokerie.

Produzione di fertilizzanti azotati presso imprese russe, migliaia di tonnellate

Azienda	Prodotti
JSC "Akron" (regione di Novgorod)	Urea
	Fertilizzanti azotati
	Nitrato di ammonio
	Azofoska
OJSC "Azot" (Novomoskovsk)	Fertilizzanti azotati
	Urea
	Nitrato di ammonio
	Nitrofoska
JSC "Nevinnomyssk Azot"	Fertilizzanti azotati
JSC "Impianto chimico Kirovo-Chepetsk",	Fertilizzanti azotati
OJSC "Azot" (Berezniki)	Urea
OJSC "Azot" (regione di Kemerovo)	Urea
	Nitrato di ammonio
CJSC "Kuibyshevazot" (regione di Samara)	Urea
	Nitrato di ammonio
	Solfato d'ammonio
OJSC "Togliattiazot" (regione di Samara)	Urea
	Fertilizzanti azotati
	Fertilizzanti azotati
JSC "Fertilizzanti minerali" (Perm)	Urea

JSC "Akron" (regione di Novgorod)

JSC Acron è al primo posto nella Federazione Russa nella produzione di ammoniaca e fa anche parte del gruppo dei maggiori produttori di fertilizzanti fosfatici. Alla fine del 2001, la quota dell'impresa nella produzione tutta russa di fertilizzanti azotati era del 10,5%, fertilizzanti fosfatici - 7%, ammoniaca - 9,5%. Il volume totale della produzione di fertilizzanti minerali nel 2001 ammontava a 3,4 milioni di tonnellate, ovvero il 9% in più rispetto al 2000. Nel 2001, l'azienda ha aumentato del 10% la fornitura di fertilizzanti minerali al mercato interno, che ha ricevuto circa il 19% della produzione. azienda di fertilizzanti con volume totale prodotto. Così, nel 2001, ai produttori agricoli russi sono state fornite 642mila tonnellate di fertilizzanti minerali, tra cui 404mila tonnellate di nitrato di ammonio e 231mila tonnellate di azofosfato. Nel 2001, i prodotti agrochimici sono stati forniti da Acron JSC a 37 entità costituenti della Federazione Russa, i maggiori acquirenti dei prodotti dell'azienda erano Belgorod,

Regioni di Bryansk, Kaliningrad, Smolensk Orel, regione di Krasnodar, Repubblica del Tatarstan. Nel primo trimestre del 2002, Acron ha fornito i suoi prodotti agrochimici a 26 entità costituenti della Federazione Russa. In totale, ai produttori agricoli russi sono state fornite più di 190mila tonnellate, di cui 176mila tonnellate di nitrato di ammonio e 14mila tonnellate di azofosfato. Nel 2001 Acron ha acquisito una quota del 58% in un impianto di fertilizzanti minerali situato nella provincia cinese dello Shandong. La Cina è il più grande acquirente estero dei prodotti Acron, dove ogni anno vengono forniti fertilizzanti minerali per un valore di 92-93 milioni di dollari (circa il 40% dei prodotti totali di Acron). Con l'acquisizione di uno stabilimento nella provincia di Shandong, i costi dell'impianto per il trasporto dei fertilizzanti ai consumatori in Cina saranno ridotti al minimo.

OJSC "NAK "Azot" (regione di Tula, Novomoskovsk)

La società per azioni Novomoskovsk "Azot" è uno dei maggiori produttori di fertilizzanti a base di ammoniaca e azoto, nonché una delle imprese leader nel settore in termini di tipologia e quantità di prodotti fabbricati. L'azienda produce fertilizzanti minerali, ammoniaca, plastica e resine organiche, cloro, soda caustica, cloruro di calcio, acido nitrico concentrato e di elevata purezza, argon, metanolo, ecc. La quota dell'azienda nella produzione tutta russa di fertilizzanti azotati è del 10,2% . Nel 2001, l'azienda ha aumentato la produzione dei suoi principali tipi di prodotti, la produzione di fertilizzanti azotati è aumentata dell'11,9% - a 602.643 migliaia di tonnellate. Nonostante l'aumento dei pagamenti in contanti per i prodotti dell'azienda, continua a fornire fertilizzanti alle aziende agricole di la regione a credito. Oggi il debito delle fattorie di Tula nei confronti di Azot è di 120 milioni di rubli.

Nell'aprile 2002, il 9,9% delle azioni di Novomoskovsk AK Azot è stato acquistato dalla società Patek Trade, pagando 10.326 mila dollari. Attualmente, la società sta negoziando con gli azionisti di JSC Shchekinoazot una possibile fusione di NAC Azot. , "Shchekinoazot " e "Agrokhimexport" in un'unica società per la produzione e la vendita di fertilizzanti azotati.

JSC "Nevinnomyssk Azot" (Territorio di Stavropol)

OJSC Nevinnomyssk Azot è il più grande produttore di fertilizzanti minerali in Russia. L'impianto produce una vasta gamma di fertilizzanti azotati: nitrato di ammonio, urea, fertilizzanti a base di azoto liquido, nonché vari prodotti di sintesi organica. In totale, l'impresa produce 59 tipi di prodotti. La quota dell'azienda nella produzione totale di fertilizzanti azotati in Russia è di circa il 10%, una parte significativa dei prodotti dell'azienda viene esportata nel mercato mondiale in Europa, America e Asia. I principali azionisti di Nevinnomyssk Azot OJSC sono strutture vicine al gruppo MDM (43,7% delle azioni). Nel primo trimestre del 2002, la JSC Nevinnomyssk Azot ha prodotto prodotti commerciabili per un valore di 880,7 milioni di rubli. La produzione di urea è aumentata del 32,2% rispetto allo stesso periodo dell'anno scorso ed è stata pari a 64,6 mila tonnellate, la produzione di acido acetico è aumentata del 3,7% a 39,6 mila tonnellate, una diminuzione della produzione di nitrato di ammonio del 9% a 178,25 mila tonnellate e di metanolo del 14%. a 22,51 mila tonnellate rispetto allo stesso periodo dell'anno scorso è dovuto ad una diminuzione della domanda di questo tipo di merci sul mercato.

OJSC "Impianto chimico Kirovo-Chepetsk" (regione di Kirov)

Lo stabilimento chimico di Kirovo-Chepetsk è stato fondato nel 1938 ed è una delle più grandi imprese chimiche in Europa, unica nella sua gamma di prodotti. Lo stabilimento è il principale produttore di fluoroplastica in Russia (oltre il 70%) e l'unico produttore di gradi speciali di fluoroplastica, sospensioni fluoroplastiche, liquidi fluorurati e lubrificanti sviluppati appositamente per l'industria della difesa, l'aviazione e la tecnologia spaziale. L'attuale produzione di fluoropolimeri appartiene alle industrie high-tech. Nel marzo 2002, lo stabilimento chimico di Kirovo-Chepetsk ha lanciato la produzione di tripli fertilizzanti che, oltre all'azoto e al fosforo, includono cloruro di potassio. La capacità produttiva prevista è di 400mila tonnellate di fertilizzanti tripli all'anno. Il progetto è stato realizzato grazie al sostegno della società Silvinit, che ha investito circa 4 milioni di dollari nella sua realizzazione, e altri 2 milioni di dollari sono stati spesi dall'impianto stesso. Il periodo di rimborso del progetto è di 2,5 anni.

OJSC "Azot" (Berezniki, regione di Perm)

La produzione nello stabilimento di Berezniki Azot è iniziata nel 1932. L'azienda produce fino a 1 milione di tonnellate di fertilizzanti azotati all'anno, oltre a numerosi altri tipi di prodotti chimici. I prodotti dell'azienda sono venduti sia in Russia che all'estero; sono richiesti nel Regno Unito, Francia, Repubblica Ceca, Polonia, Turchia e America Latina. Nel 2001, i prodotti dell'azienda sono stati esportati in 29 paesi; i proventi in valuta estera derivanti dalle esportazioni sono aumentati nel 2001 rispetto al 2000 del 2,5%. Nel 2001, OJSC Azot ha ridotto la produzione di ammoniaca del 9%, allo stesso tempo, la produzione di fertilizzanti minerali è aumentata dell'1,1%, di nitrato di ammonio del 2,1% e la produzione di urea è diminuita del 6,1%.

OJSC "Azot" (regione di Kemerovo)

Kemerovo Azot è un importante produttore di fertilizzanti minerali. La capacità produttiva dell'azienda le consente di produrre 500mila tonnellate di nitrato di ammonio, 480mila tonnellate di urea e 600mila tonnellate di solfato di ammonio. Nel 2001, l'azienda ha prodotto prodotti per un valore di 5,4 miliardi di rubli, ovvero 296 milioni di rubli. più che nel 2000. Il piano di produzione annuale era

completato al 105,9%. Alla fine del 2001 il grado di utilizzo della capacità produttiva dello stabilimento era in media del 78,6%. Tuttavia, con l'entrata in funzione in ottobre del secondo grande impianto per la produzione di nitrato di ammonio, nel periodo novembre-dicembre il grado di utilizzo è salito al 95%. Si prevede che le stesse cifre di carico saranno mantenute nel 2002. Nel primo trimestre del 2002, Kemerovo Azot ha soddisfatto il piano di produzione del 103,6%.

OJSC "Togliattiazot" (regione di Samara)

OJSC Togliattiazot è un'impresa moderna per la produzione di fertilizzanti minerali. L'impianto è stato costruito nel 1974 in base ad un accordo con la nota società Armand Hammer Occidental Petroleum USA. La capacità produttiva dell'azienda consente la produzione di ammoniaca - 3 milioni di tonnellate all'anno, urea - 1 milione di tonnellate, anidride carbonica liquida - 2 milioni di tonnellate, ghiaccio secco - 2,5 mila tonnellate, resina urea-formaldeide - 6 mila tonnellate, ecc. In produzione Per i prodotti chimici, la materia prima principale è il gas e il principale fornitore di materie prime per l'impianto è Gazprom. La quota delle esportazioni rappresenta l'85% del volume totale dei prodotti fabbricati. L'azienda esporta i suoi prodotti in 120 paesi, tra cui Stati Uniti, Asia, Europa e America Latina.

CJSC "Kuibyshevazot" (regione di Samara)

Le attività principali di Kuibyshevazot CJSC sono la produzione di ammoniaca, fertilizzanti minerali e caprolattame. L'azienda è uno dei tre maggiori fornitori di fertilizzanti minerali sul mercato interno.

Nel 2001, l'utile dell'impresa ammontava a 347 milioni di rubli, l'aumento della produzione è stato di 4,6 miliardi di rubli. Nel 2001 l'impresa ha raggiunto livelli record di produzione di ammoniaca e caprolattame. Nel 2001, 383,5 milioni di rubli sono stati spesi per la riattrezzatura tecnica e il rinnovamento degli impianti di produzione; l'importo massimo nell'intera storia dello stabilimento, 574 milioni di rubli, è stato speso per riparazioni e rinnovamento di attrezzature, edifici e strutture. È iniziata la costruzione di un nuovo impianto produttivo di poliammide-6, di importanza strategica per lo stabilimento. Il piano di produzione per il 2002 è di 110mila tonnellate di caprolattame, 528mila tonnellate di ammoniaca, 359mila tonnellate di nitrato, 240mila tonnellate di urea e 302mila tonnellate di solfato di ammonio.

Agenzia federale per l'istruzione

Università tecnica statale di Tver

Dipartimento di Tecnologie dei Materiali Polimerici

Produzione di fertilizzanti minerali

Completato da: Tomilina O.S.

FAS, gruppo BT-0709

Controllato da: Komarov A.M.

I fertilizzanti minerali sono sali contenenti elementi necessari per la nutrizione delle piante e applicati al terreno per ottenere rese elevate e sostenibili. I fertilizzanti minerali sono uno dei tipi più importanti di prodotti dell'industria chimica. La crescita della popolazione pone lo stesso problema a tutti i paesi del mondo: un’abile gestione della capacità della natura di riprodurre le risorse vitali, e soprattutto il cibo. Il problema della riproduzione allargata dei prodotti alimentari è stato da tempo risolto mediante l'uso di fertilizzanti minerali in agricoltura. Previsioni scientifiche e piani a lungo termine prevedono un ulteriore aumento della produzione globale di fertilizzanti minerali e organominerali, fertilizzanti a durata controllata.

La produzione di fertilizzanti minerali è uno dei sottosettori più importanti dell'industria chimica, il suo volume in tutto il mondo supera i 100 milioni. t all'anno. I composti prodotti e consumati in maggiore quantità sono sodio, fosforo, potassio, azoto, alluminio, ferro, rame, zolfo, cloro, fluoro, cromo, bario, ecc.

Classificazione dei fertilizzanti minerali

I fertilizzanti minerali sono classificati in base a tre caratteristiche principali: scopo agrochimico, composizione e proprietà.

1. In base allo scopo agrochimico, i fertilizzanti sono suddivisi in diretti , essendo una fonte di nutrienti per le piante, e indiretta, che serve a mobilitare i nutrienti del suolo migliorandone le proprietà fisiche, chimiche e biologiche. I fertilizzanti indiretti includono, ad esempio, i fertilizzanti a base di calce utilizzati per neutralizzare i terreni acidi.

I fertilizzanti minerali diretti possono contenere uno o più nutrienti diversi.

2. In base alla quantità di nutrienti, i fertilizzanti sono suddivisi in semplici (singoli) e complessi.

I fertilizzanti semplici contengono solo uno dei tre nutrienti principali. Di conseguenza, i fertilizzanti semplici sono suddivisi in azoto, fosforo e potassio.

I fertilizzanti complessi contengono due o tre nutrienti principali. In base al numero dei nutrienti principali, i concimi complessi sono detti doppi (ad esempio di tipo NP o PK) o tripli (NPK); questi ultimi sono anche detti completi. I fertilizzanti contenenti quantità significative di nutrienti e poche sostanze di zavorra sono detti concentrati.

I fertilizzanti complessi sono anche divisi in misti e complessi. I misti sono miscele meccaniche di fertilizzanti costituite da particelle eterogenee ottenute mediante semplice miscelazione di fertilizzanti. Se un fertilizzante contenente più sostanze nutritive viene ottenuto a seguito di una reazione chimica nelle apparecchiature di fabbrica. Si chiama complesso.

I fertilizzanti destinati a nutrire le piante con elementi che stimolano la crescita delle piante e sono necessari in quantità molto piccole sono chiamati microfertilizzanti e gli elementi nutritivi in ​​essi contenuti sono chiamati microelementi. Tali fertilizzanti vengono applicati al terreno in quantità molto piccole. Questi includono sali contenenti boro, manganese, rame, zinco e altri elementi.

3. In base al loro stato di aggregazione, i fertilizzanti si dividono in solidi e liquidi (ammoniaca, soluzioni acquose e sospensioni).

Le proprietà fisiche dei fertilizzanti sono di grande importanza. I sali fertilizzanti solubili in acqua devono essere scorrevoli, facili da disperdere, non altamente igroscopici e non agglomerarsi durante lo stoccaggio; deve essere tale da rimanere per qualche tempo sul terreno, e non essere dilavato troppo velocemente dalle acque piovane o portato via dal vento. Questi requisiti sono soddisfatti al meglio dai fertilizzanti grossolani cristallini e granulari. I fertilizzanti granulari possono essere applicati ai campi utilizzando metodi meccanizzati utilizzando macchine fertilizzatrici e seminatrici in quantità che rispettano rigorosamente i requisiti agrochimici.

Concimi fosforici

I fertilizzanti al fosforo, a seconda della loro composizione, sono solubili in varia misura nelle soluzioni del terreno e, quindi, vengono assorbiti in modo diverso dalle piante. In base al grado di solubilità, i fertilizzanti fosfatici si dividono in fosfati idrosolubili, assimilati dalle piante, e insolubili. I solubili in acqua includono superfosfati semplici e doppi. A quelli digeribili, cioè solubili negli acidi del suolo includono precipitato, termofosfato, fosfati fusi e scorie di Thomas. I fertilizzanti insolubili contengono sali fosfatici difficili da digerire che sono solubili solo in acidi minerali forti. Questi includono roccia fosfatica, apatite e farina di ossa.

Le materie prime per la produzione di fosfati elementari, fertilizzanti fosfatici e altri composti del fosforo sono fosfati naturali: apatiti e fosforiti. In questi minerali, il fosforo è in forma insolubile, principalmente sotto forma di fluoroapatite Ca 5 F(PO 4) 3 o idrossiapatite Ca 5 OH(PO 4) 3. Per ottenere fertilizzanti al fosforo facilmente digeribili utilizzati in qualsiasi terreno, è necessario convertire i sali di fosforo insolubili dei fosfati naturali in sali idrosolubili o facilmente digeribili. Questo è il compito principale della tecnologia dei fertilizzanti al fosforo.

La solubilità dei sali fosfati aumenta all'aumentare della loro acidità. Il sale medio Ca 3 (PO 4) 2 è solubile solo negli acidi minerali, CaHO 4 è solubile negli acidi del suolo e il sale più acido CaH 2 PO 4) 2 è solubile in acqua. Nella produzione di fertilizzanti fosfatici, si cerca di ottenere quanto più fosforo possibile sotto forma di fosfato monocalcico Ca(H 2 PO 4) 2. La conversione dei sali naturali insolubili in sali solubili viene effettuata mediante la loro decomposizione con acidi, alcali e riscaldamento (sublimazione termica del fosforo). Contemporaneamente alla produzione di sali solubili, si sforzano di ottenere fertilizzanti al fosforo con la massima concentrazione possibile di fosforo.

Produzione di superfosfato

L'industria chimica produce superfosfati semplici e doppi. Il superfosfato semplice è il fertilizzante fosfatico più comune. È una polvere (o granuli) grigia contenente principalmente monofosfato di calcio Ca(H2PO4)2*H2O e solfato di calcio CaSO4*0,5H2O. Il superfosfato contiene impurità: fosfati di ferro e alluminio, silice e acido fosforico. L'essenza della produzione del superfosfato è la decomposizione dei fosfati naturali con acido solforico. Il processo di produzione del superfosfato facendo reagire l'acido solforico con la fluorapatite di calcio è un processo eterogeneo multifase, che si verifica principalmente nella regione di diffusione. Questo processo può essere grossolanamente suddiviso in due fasi. La prima fase è la diffusione dell'acido solforico alle particelle di apatite, accompagnata da una rapida reazione chimica sulla superficie delle particelle, che continua fino al completo consumo dell'acido, e dalla cristallizzazione del solfato di calcio:

Ca 5 F(PO 4) 3 + 5H 2 SO 4 +2.5H 2 O=5(CaSO 4 *0.5H 2 O)+H 3 PO 4 +HF+Q (a)

La seconda fase è la diffusione dell'acido fosforico risultante nei pori delle particelle di apatite non decomposta, accompagnata dalla reazione

Ca 5 F(PO 4) 3 +7H 3 PO 4 +5H 2 O=5Ca(H 3 PO 4) 2 *H 2 O+HF+Q (b)

Il fosfato monocalcico risultante viene prima messo in soluzione e, dopo sovrasaturazione, inizia a cristallizzare. La reazione (a) inizia immediatamente dopo lo spostamento e termina nella camera di reazione del perfosfato entro 20-40 minuti durante il periodo di solidificazione e indurimento della massa di perfosfato, che avviene a causa della cristallizzazione relativamente rapida del solfato di calcio leggermente solubile e della ricristallizzazione dell'emiidrato in anidrite secondo l'equazione di reazione

2CaSO4*0,5H2O=2CaSO4 +H2O

La fase successiva del processo è la maturazione del perfosfato, vale a dire la formazione e cristallizzazione del fosfato monocalcico avviene lentamente e termina solo in magazzino (maturazione) quando il perfosfato viene invecchiato per 6-25 giorni. La bassa velocità di questa fase è spiegata dalla lenta diffusione dell'acido fosforico attraverso la crosta di fosfato monocalcico formata che ricopre i grani di apatite e dalla cristallizzazione estremamente lenta della nuova fase solida Ca(H 2 PO 4) 2 *H 2 O.

La modalità ottimale nella camera di reazione è determinata non solo dalla cinetica delle reazioni e dalla diffusione degli acidi, ma anche dalla struttura dei cristalli di solfato di calcio formati, che influenza la velocità complessiva del processo e la qualità del perfosfato. I processi di diffusione e le reazioni (a) e (b) possono essere accelerati aumentando la concentrazione iniziale di acido solforico alla temperatura ottimale.

Il processo più lento sta maturando. La maturazione può essere accelerata raffreddando la massa di perfosfato ed evaporando l'acqua da essa, il che favorisce la cristallizzazione del fosfato monocalcico e aumenta la velocità di reazione (b) a causa dell'aumento della concentrazione di H 3 PO 4 nella soluzione. Per fare ciò, il perfosfato viene miscelato e spruzzato nel magazzino. Il contenuto di P 2 O 5 nel perfosfato finito è circa due volte inferiore rispetto alla materia prima iniziale e durante la lavorazione delle apatiti è del 19-20% P 2 O 5.

Il perfosfato finito contiene una certa quantità di acido fosforico libero, che ne aumenta l'igroscopicità. Per neutralizzare l'acido libero, il perfosfato viene miscelato con additivi solidi neutralizzanti o ammoniaca, cioè trattato con gas di ammoniaca. Queste misure migliorano le proprietà fisiche del perfosfato: riducono l'umidità, l'igroscopicità, l'agglomerazione e durante l'ammonizione viene introdotto un altro elemento nutritivo: l'azoto.

Esistono metodi discontinui, semicontinui e continui per la produzione di superfosfato. Attualmente, la maggior parte delle fabbriche operative implementa un metodo di produzione continua. Uno schema di un metodo continuo per la produzione di superfosfato è mostrato in Fig. 1

Il concentrato di apatite (o roccia fosfatica) frantumato viene trasferito dal magazzino ad un dosatore automatico di pesatura tramite un sistema di trasportatori e coclee elevatrici, da cui viene dosato in un miscelatore continuo.

L'acido solforico (75% torre H 2 SO 4) viene diluito continuamente con acqua in un miscelatore dosatore ad una concentrazione del 68% H 2 SO 4, controllata da un concentratore, e immesso in un miscelatore in cui la miscelazione meccanica delle materie prime fosfatiche con si forma acido solforico. La pasta risultante dal miscelatore viene trasferita in una camera di perfosfato a reazione continua, dove si forma il perfosfato (indurimento e indurimento della pasta durante il periodo iniziale di maturazione della massa di perfosfato). Dalla camera del perfosfato, il perfosfato frantumato viene trasferito da un trasportatore sottocamera al reparto di post-elaborazione, un magazzino del perfosfato, sul quale viene distribuito uniformemente da uno spandiconcime. Per accelerare la maturazione del perfosfato, viene miscelato nel magazzino con una gru a benna. Per migliorare le proprietà fisiche del perfosfato, viene granulato in granulatori a tamburo rotante. Nei granulatori, il perfosfato in polvere viene inumidito con acqua fornita all'interno del tamburo tramite ugelli, e “laminato” in granuli di varie dimensioni, che vengono poi essiccati, dispersi in frazioni e tarati in sacchi di carta.

L'apparato principale per la produzione del superfosfato è la camera del superfosfato. Viene alimentato con la polpa proveniente da un mixer montato direttamente sopra il coperchio della camera. Per l'alimentazione continua delle camere perfosfato vengono utilizzati miscelatori a coclea e miscelatori a camera con miscelazione meccanica.

Lo svantaggio del perfosfato semplice è il contenuto relativamente basso dell'elemento nutritivo: non più del 20% P 2 O 5 dal concentrato di apatite e non più del 15% P 2 O 5 dai fosforiti. Fertilizzanti a base di fosforo più concentrati possono essere ottenuti decomponendo la roccia fosfatica con acido fosforico.

Fertilizzanti azotati

La maggior parte dei fertilizzanti azotati sono ottenuti sinteticamente: neutralizzando gli acidi con alcali. Le materie prime per la produzione di fertilizzanti azotati sono acido solforico e nitrico, anidride carbonica, ammoniaca liquida o gassosa, idrossido di calcio, ecc. L'azoto si trova nei fertilizzanti o sotto forma di catione NH 4 +, cioè. sotto forma di ammoniaca, sotto forma di NH 2 (ammide), o anione NO 3, cioè sotto forma di nitrato; il fertilizzante può contenere contemporaneamente sia ammoniaca che azoto nitrico. Tutti i fertilizzanti azotati sono solubili in acqua e ben assorbiti dalle piante, ma vengono facilmente trasportati in profondità nel terreno durante forti piogge o irrigazione. Un fertilizzante azotato comune è il nitrato di ammonio o nitrato di ammonio.

Produzione di nitrato di ammonio

Il nitrato di ammonio è un fertilizzante senza zavorra contenente il 35% di azoto nelle forme ammoniacale e nitrato, quindi può essere utilizzato su qualsiasi terreno e per qualsiasi coltura. Tuttavia, questo fertilizzante ha proprietà fisiche sfavorevoli per la sua conservazione e utilizzo. Cristalli e granuli di nitrato di ammonio si diffondono nell'aria o si formano aggregati di grandi dimensioni a causa della loro igroscopicità e della buona solubilità in acqua. Inoltre, quando la temperatura e l'umidità dell'aria cambiano durante lo stoccaggio del nitrato di ammonio, possono verificarsi trasformazioni polimorfiche. Per sopprimere le trasformazioni polimorfiche e aumentare la forza dei granuli di nitrato di ammonio, vengono utilizzati gli additivi introdotti durante la sua produzione: fosfati e solfati di ammonio, acido borico, nitrato di magnesio, ecc. L'esplosività del nitrato di ammonio ne complica la produzione, lo stoccaggio e il trasporto.

Il nitrato di ammonio è prodotto in fabbriche che producono ammoniaca sintetica e acido nitrico. Il processo di produzione consiste nelle fasi di neutralizzazione dell'acido nitrico debole con gas di ammoniaca, evaporazione della soluzione risultante e granulazione del nitrato di ammonio. La fase di neutralizzazione si basa sulla reazione

NH3+HNO3 =NH4NO3 +148,6 kJ

Questo processo di chemisorbimento, in cui l'assorbimento di un gas da parte di un liquido è accompagnato da una rapida reazione chimica, avviene nella regione di diffusione ed è altamente esotermico. Il calore di neutralizzazione viene utilizzato razionalmente per far evaporare l'acqua dalle soluzioni di nitrato di ammonio. Utilizzando acido nitrico ad alta concentrazione e riscaldando i reagenti iniziali, è possibile ottenere direttamente il nitrato di ammonio fuso (concentrazione superiore al 95-96% NH 4 NO 3) senza l'uso dell'evaporazione.

Gli schemi più comuni prevedono l'evaporazione incompleta della soluzione di nitrato di ammonio a causa del calore di neutralizzazione (Fig. 2).

La maggior parte dell'acqua viene evaporata in un reattore chimico-neutralizzatore ITN (utilizzando il calore di neutralizzazione). Questo reattore è un recipiente cilindrico in acciaio inossidabile, all'interno del quale è presente un altro cilindro nel quale vengono introdotti direttamente ammoniaca e acido nitrico. Il cilindro interno funge da parte di neutralizzazione del reattore (zona di reazione chimica) e lo spazio anulare tra il cilindro interno e il corpo del reattore funge da parte di evaporazione. La soluzione risultante di nitrato di ammonio fluisce dal cilindro interno nella parte di evaporazione del reattore, dove l'evaporazione dell'acqua avviene a causa dello scambio di calore tra le zone di neutralizzazione ed evaporazione attraverso la parete del cilindro interno. Il vapore del succo risultante viene rimosso dal neutralizzatore ITN e viene quindi utilizzato come agente riscaldante.

L'additivo solfato-fosfato viene dosato nell'acido nitrico sotto forma di acido solforico e fosforico concentrati, che vengono neutralizzati insieme all'ammoniaca nitrica nel neutralizzatore ITN. Quando si neutralizza l'acido nitrico iniziale, una soluzione al 58% di nitrato di ammonio all'uscita dall'ITN contiene il 92-93% di NH 4 NO 3; questa soluzione viene inviata a un pre-neutralizzatore, nel quale viene fornito gas di ammoniaca in modo che la soluzione contenga un eccesso di ammoniaca (circa 1 g/dm 3 di NH 3 libero), che garantisce la sicurezza di ulteriori lavori con NH 4 NO 3 fuso . La soluzione completamente neutralizzata viene concentrata in un evaporatore tubolare a piastre combinato per ottenere una massa fusa contenente 99,7-99,8% di NH 4 NO 3 . Per granulare il nitrato di ammonio altamente concentrato, la massa fusa viene pompata mediante pompe sommergibili fino alla sommità di una torre di granulazione alta 50-55 m. La granulazione viene effettuata mediante spruzzatura del fuso mediante granulatori vibranti acustici di tipo cellulare, che garantiscono una composizione granulometrica uniforme del prodotto. I granuli vengono raffreddati ad aria in un refrigeratore a letto fluido, che consiste in più fasi di raffreddamento successive. I granuli raffreddati vengono spruzzati con tensioattivi in ​​un tamburo con ugelli e trasferiti all'imballaggio.

A causa degli svantaggi del nitrato di ammonio, è consigliabile produrre fertilizzanti complessi e misti a base di esso. Mescolando il nitrato di ammonio con il calcare, si ottengono solfato di ammonio, nitrato di ammonio calcareo, nitrato di solfato di ammonio, ecc .. Nitrophoska può essere ottenuto fondendo NH 4 NO 3 con sali di fosforo e potassio.

Produzione di urea

L'urea (urea) è al secondo posto tra i fertilizzanti azotati in termini di volume di produzione dopo il nitrato di ammonio. La crescita della produzione di urea è dovuta alla sua vasta gamma di applicazioni in agricoltura. Ha una grande resistenza alla lisciviazione rispetto ad altri fertilizzanti azotati, ad es. meno suscettibile al dilavamento dal terreno, meno igroscopico, può essere utilizzato non solo come fertilizzante, ma anche come additivo nell'alimentazione del bestiame. L'urea è anche ampiamente utilizzata per produrre fertilizzanti complessi, fertilizzanti a tempo controllato e per la produzione di materie plastiche, adesivi, vernici e rivestimenti.

L'urea CO(NH 2) 2 è una sostanza cristallina bianca contenente il 46,6% di azoto. La sua produzione si basa sulla reazione dell'ammoniaca con l'anidride carbonica

2NH3 +CO2 =CO(NH2)2 +H2O H=-110,1 kJ (1)

Pertanto, la materia prima per la produzione dell'urea è l'ammoniaca e l'anidride carbonica, ottenuta come sottoprodotto nella produzione del gas di processo per la sintesi dell'ammoniaca. Pertanto, la produzione di urea negli impianti chimici è solitamente abbinata alla produzione di ammoniaca.

Reazione (1) – totale; avviene in due fasi. Nella prima fase avviene la sintesi del carbammato:

2NH3 +CO2 =NH2COONH4 H=-125,6 kJ (2)

gas gas liquido

Nella seconda fase si verifica il processo endotermico di scissione dell'acqua dalle molecole di carbammato, a seguito del quale si verifica la formazione di urea:

NH2COONH4 = CO(NH2)2 + H2OH H = 15,5 (3)

liquido liquido liquido

La reazione di formazione del carbammato di ammonio è reversibile, esotermica e procede con diminuzione di volume. Per spostare l'equilibrio verso il prodotto, deve essere effettuato a pressione elevata. Affinché il processo proceda a una velocità sufficientemente elevata, sono necessarie anche temperature elevate. Un aumento della pressione compensa l'effetto negativo delle alte temperature sullo spostamento dell'equilibrio della reazione nella direzione opposta. In pratica, la sintesi dell'urea viene effettuata a temperature di 150-190 C e pressione 15-20 MPa. In queste condizioni la reazione procede ad alta velocità e fino al completamento.

La decomposizione del carbammato di ammonio è una reazione endotermica reversibile che avviene intensamente nella fase liquida. Per evitare la cristallizzazione di prodotti solidi nel reattore, il processo deve essere condotto ad una temperatura inferiore a 98°C (punto eutettico del sistema CO(NH 2) 2 - NH 2 COONH 4).

Temperature più elevate spostano l’equilibrio della reazione verso destra e ne aumentano la velocità. Il grado massimo di conversione del carbammato in urea si raggiunge a 220°C. Per spostare l'equilibrio di questa reazione viene introdotto anche un eccesso di ammoniaca che lega l'acqua di reazione e la allontana dalla sfera di reazione. Tuttavia non è ancora possibile ottenere la completa conversione del carbammato in urea. La miscela di reazione, oltre ai prodotti di reazione (urea e acqua), contiene anche carbammato di ammonio e i suoi prodotti di decomposizione: ammoniaca e CO 2.

Per utilizzare completamente la materia prima, è necessario prevedere il ritorno dell'ammoniaca e dell'anidride carbonica non reagiti, nonché dei sali di carbonio di ammonio (prodotti di reazione intermedi) alla colonna di sintesi, ad es. creando un riciclo, o separando l'urea dalla miscela di reazione e inviando i reagenti rimanenti ad altri impianti di produzione, ad esempio, alla produzione di nitrato di ammonio, ad es. svolgimento del processo secondo uno schema aperto.

In un'unità di sintesi dell'urea su larga scala con riciclo del liquido e utilizzo di un processo di strippaggio (Fig. 3), si può distinguere un'unità ad alta pressione, un'unità a bassa pressione e un sistema di granulazione. Una soluzione acquosa di carbammato di ammonio e sali di carbonio di ammonio, nonché ammoniaca e anidride carbonica entrano nella parte inferiore della colonna di sintesi 1 dal condensatore di carbammato ad alta pressione 4. Nella colonna di sintesi ad una temperatura di 170-190°C e una pressione di 13-15 MPa avviene la formazione delle estremità carbammate e la reazione di sintesi dell'urea. Il consumo di reagenti è selezionato in modo che il rapporto molare di NH 3:CO 2 nel reattore sia 2,8-2,9. La miscela di reazione liquida (fusione) dalla colonna di sintesi dell'urea entra nella colonna di stripping 5, dove scorre attraverso i tubi. L'anidride carbonica, compressa in un compressore ad una pressione di 13-15 MPa, viene alimentata in controcorrente alla massa fusa, alla quale viene aggiunta aria per formare una pellicola passivante e ridurre la corrosione dell'attrezzatura in una quantità tale da garantire una concentrazione di ossigeno dello 0,5-0,8% in la miscela. La colonna di stripping è riscaldata con vapore acqueo. La miscela vapore-gas della colonna 5, contenente anidride carbonica fresca, entra nel condensatore ad alta pressione 4. In esso viene introdotta anche ammoniaca liquida. Serve contemporaneamente come flusso di lavoro nell'iniettore 3, che fornisce una soluzione di sali di carbonio di ammonio dallo scrubber ad alta pressione 2 e, se necessario, parte della massa fusa dalla colonna di sintesi al condensatore. Nel condensatore si forma il carbammato. Il calore rilasciato durante la reazione viene utilizzato per produrre vapore acqueo.

I gas non reagiti escono continuamente dalla parte superiore della colonna di sintesi ed entrano nello scrubber ad alta pressione 2, in cui la maggior parte di essi si condensa a causa del raffreddamento ad acqua, formando una soluzione di carbammato e sali di ammonio-carbonio.

La soluzione acquosa di urea in uscita dalla colonna di stripping 5 contiene il 4-5% di carbammato. Per la sua decomposizione finale, la soluzione viene strozzata ad una pressione di 0,3-0,6 MPa e quindi inviata nella parte superiore della colonna di distillazione 8.

La fase liquida scorre nella colonna lungo l'ugello in controcorrente rispetto alla miscela vapore-gas che sale dal basso verso l'alto. Dalla sommità della colonna escono NH 3 , CO 2 e vapore acqueo. Il vapore acqueo si condensa nel condensatore a bassa pressione 7 e la maggior parte dell'ammoniaca e dell'anidride carbonica si dissolve. La soluzione risultante viene inviata allo scrubber 2. La purificazione finale dei gas emessi nell'atmosfera viene effettuata mediante metodi di assorbimento.

La soluzione di urea al 70% uscente dal fondo della colonna di distillazione 8 viene separata dalla miscela vapore-gas ed inviata, dopo aver ridotto la pressione a quella atmosferica, prima all'evaporazione e poi alla granulazione. Prima di spruzzare il fuso nella torre di granulazione 12, ad esso vengono aggiunti additivi condizionanti, ad esempio resina urea-formaldeide, per ottenere un fertilizzante non agglomerante che non si deteriora durante lo stoccaggio.

Tutela dell'ambiente durante la produzione di fertilizzanti

Nella produzione di fertilizzanti fosfatici esiste un elevato rischio di inquinamento atmosferico dovuto a gas fluorurati. La cattura dei composti del fluoro è importante non solo dal punto di vista della protezione ambientale, ma anche perché il fluoro è una materia prima preziosa per la produzione di freon, fluoroplastica, gomma fluorurata, ecc. I composti del fluoro possono entrare nelle acque reflue nelle fasi di lavaggio dei fertilizzanti e di depurazione del gas. Per ridurre la quantità di tali acque reflue, è consigliabile creare cicli chiusi di circolazione dell'acqua nei processi. Per purificare le acque reflue dai composti del fluoro, è possibile utilizzare metodi di scambio ionico, precipitazione con idrossidi di ferro e alluminio, assorbimento su ossido di alluminio, ecc.

Le acque reflue provenienti dalla produzione di fertilizzanti azotati contenenti nitrato di ammonio e urea vengono inviate al trattamento biologico, premiscelate con altre acque reflue in proporzioni tali che la concentrazione di urea non superi 700 mg/l e ammoniaca - 65-70 mg/l.

Un compito importante nella produzione di fertilizzanti minerali è la purificazione dei gas dalla polvere. La possibilità di inquinamento atmosferico dovuto alla polvere di fertilizzante nella fase di granulazione è particolarmente elevata. Pertanto, il gas in uscita dalle torri di granulazione deve essere sottoposto a pulizia dalle polveri utilizzando metodi a secco e ad umido.

Bibliografia

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La produzione di fertilizzanti minerali è dettata da due fattori principali. Questa è, da un lato, la rapida crescita della popolazione del pianeta e, dall'altro, le limitate risorse terrestri adatte alla coltivazione di colture agricole. Inoltre, i terreni adatti all'agricoltura si sono impoveriti e il metodo naturale per ripristinarli richiede un periodo di tempo troppo lungo.

Il problema della riduzione dei tempi e dell'accelerazione del processo di ripristino della fertilità del suolo è stato risolto grazie alle scoperte nel campo della chimica inorganica. E la risposta è stata la produzione di integratori minerali. Perché già nel 1842 in Gran Bretagna e nel 1868 in Russia furono create imprese per la loro produzione industriale. Furono prodotti i primi fertilizzanti fosfatici.

I fertilizzanti sono sostanze che contengono nutrienti essenziali per le piante. Esistono fertilizzanti organici e inorganici. La differenza tra loro non sta solo nel metodo di preparazione, ma anche nella rapidità con cui, dopo essere stati introdotti nel terreno, iniziano a svolgere la loro funzione: nutrire le piante. Quelli inorganici non attraversano la fase di decomposizione e quindi iniziano a farlo molto più velocemente.

I composti salini inorganici prodotti industrialmente dall'industria chimica sono chiamati fertilizzanti minerali.

Tipi e tipi di composizioni minerali

A seconda della composizione, questi composti possono essere semplici o complessi.

Come suggerisce il nome, quelli semplici contengono un elemento (azoto o fosforo) e quelli complessi ne contengono due o più. I fertilizzanti minerali complessi sono anche suddivisi in misti, complessi e complessi misti.

I fertilizzanti inorganici si distinguono per il componente che è quello principale nel composto: azoto, fosforo, potassio, complessi.

Il ruolo della produzione

La produzione di fertilizzanti minerali occupa una quota significativa nell'industria chimica russa e circa il 30% viene esportato.

Più di trenta imprese specializzate producono circa il 7% della produzione mondiale di fertilizzanti.

È diventato possibile occupare un posto del genere nel mercato mondiale, resistere alla crisi e continuare a produrre prodotti competitivi grazie ad attrezzature e tecnologie abbastanza moderne.

La presenza di materie prime naturali, principalmente gas e minerali contenenti potassio, ha fornito fino al 70% dell'offerta di esportazione di fertilizzanti potassici, i più richiesti all'estero.

Attualmente la produzione di fertilizzanti minerali in Russia è leggermente diminuita. Tuttavia, le imprese russe occupano il primo posto nel mondo nella produzione ed esportazione di composti dell'azoto, il secondo per i composti del fosfato e il quinto per i composti del potassio.

Geografia dei luoghi di produzione

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I più grandi produttori russi

Principali tendenze

Negli ultimi anni, la Russia ha registrato un calo significativo dei volumi di produzione, principalmente di composti di potassio.

Ciò è dovuto al calo della domanda nel mercato interno del paese. Il potere d'acquisto delle imprese agricole e dei consumatori privati ​​è diminuito in modo significativo. E i prezzi, soprattutto per i fertilizzanti fosfatici, sono in costante aumento. Tuttavia, la Federazione Russa esporta la maggior parte dei composti prodotti (90%) del volume totale.

I maggiori mercati esteri sono tradizionalmente i paesi dell’America Latina e la Cina.

Il sostegno del governo e l’orientamento all’esportazione di questo sottosettore dell’industria chimica ispirano ottimismo. L’economia globale richiede l’intensificazione dell’agricoltura, e questo è impossibile senza i fertilizzanti minerali e l’aumento dei volumi di produzione.

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Video – OJSC “Fertilizzanti minerali”

Il mercato globale dell’industria chimica è cresciuto del 7% annuo a partire dagli anni ’70, raggiungendo i 2,4 trilioni di dollari nel 2010 e i 5,2 trilioni di dollari nel 2013. Nella top ten delle aziende più grandi restano produttori tedeschi (BASF, Bayer, Linde, Henkel), americani (Dow Chemical, LyondellBasell, DuPont) e SABIC dell'Arabia Saudita. Tuttavia, il principale motore della crescita del mercato globale è l’Asia e i paesi in via di sviluppo. Alla fine del 2015, risulta dai dati dell’americana BASF, un terzo della produzione chimica mondiale proveniva dalla Cina: il paese fornirà il 60% della crescita dell’industria chimica su scala globale dal 2011 al 2020. La maggior parte dei paesi in via di sviluppo ha adottato programmi governativi per aumentare la produzione di prodotti chimici e prevede di espandere la quota del complesso chimico nel PIL. Nei mercati emergenti l'industria chimica crescerà del 5% nel 2016, nei mercati sviluppati solo dell'1,3%.

In Russia l’industria chimica era al centro dell’attenzione delle autorità già prima della crisi. Nella primavera del 2014 è stata adottata la “Strategia per lo sviluppo dell’industria chimica fino al 2030”, secondo la quale la produzione del complesso chimico dovrebbe aumentare da 2,3 trilioni di rubli nel 2012 a 8,6 trilioni di rubli entro la fine del programma. Nello stesso periodo la quota del complesso chimico nel PIL russo dovrebbe aumentare dall'1,6% al 3,8%, mentre la quota dei prodotti importati dovrebbe scendere dal 10,4% al 5,7%. L'attenzione si è concentrata sulla produzione di fertilizzanti minerali, fibre e fili chimici, pitture e vernici e materie plastiche. Solo nei primi due anni sarebbero stati spesi quasi 420 milioni di rubli per l’attuazione della Strategia.

Le sanzioni e la sostituzione delle importazioni hanno contribuito al fatto che questi piani hanno iniziato ad essere attuati. Nel 2014, in un contesto economico in declino, il volume totale della produzione chimica, seppure leggermente, è aumentato dello 0,1%. E nel 2015, secondo i dati governativi, la crescita era già del 6,3%. Il volume dei prodotti spediti in termini di valore nel 2014 è aumentato dell'8%, nel 2015 del 26,8%.

Nove aziende dell'industria chimica sono state inserite nella lista delle 200 maggiori aziende private stilata da Forbes. Cinque di loro sono stati inclusi tra i primi cento: Eurochem, Phosagro, Uralkali, Acron, Uralchem.

La performance migliore si è avuta tra i produttori di fertilizzanti che hanno approfittato della svalutazione del rublo e sono riusciti a eliminare i concorrenti stranieri sul mercato russo. Il detentore del record in termini di tassi di crescita è stato Phosagro, un produttore di fertilizzanti contenenti fosfati e materie prime fosfatiche di alta qualità. I ricavi dell'azienda sono aumentati del 54,1% - da 123,1 miliardi di rubli nel 2014 a 189,7 miliardi di rubli nel 2015 (+54,1%). Al secondo posto in questo indicatore c'è il produttore di fertilizzanti azotati SDS-Azot, il cui fatturato è salito a 40,6 miliardi di rubli rispetto ai 27,4 miliardi di rubli dell'anno precedente (+48,2%). Il produttore di fertilizzanti ammoniacali Minudobreniya chiude tra i primi tre in termini di tassi di crescita: 28,2 miliardi di rubli di fatturato per il 2014 e 40,5 miliardi di rubli per il 2015 (+43,6%).

I fertilizzanti minerali sono classificati in base a tre caratteristiche principali: scopo agrochimico, composizione, proprietà e metodi di produzione.

In base alla loro destinazione agrochimica, i fertilizzanti si dividono in diretti, che costituiscono una fonte di nutrienti per le piante, e indiretti, che servono a mobilitare i nutrienti del suolo migliorandone le proprietà fisiche, chimiche e biologiche. I fertilizzanti indiretti includono, ad esempio, fertilizzanti a base di calce utilizzati per neutralizzare i terreni acidi, fertilizzanti che formano strutture che promuovono l'aggregazione delle particelle di terreno in terreni pesanti e argillosi, ecc.

I fertilizzanti minerali diretti possono contenere uno o più nutrienti diversi. In base alla quantità di nutrienti, i fertilizzanti sono suddivisi in semplici (unilaterali, singoli) e complessi.

I fertilizzanti semplici contengono solo uno dei tre nutrienti principali: azoto, fosforo o potassio. Di conseguenza, i fertilizzanti semplici sono suddivisi in azoto, fosforo e potassio.

I fertilizzanti complessi contengono due o tre nutrienti principali. In base al numero dei nutrienti principali, i concimi complessi sono detti doppi (ad esempio di tipo NP o PK) e tripli (NPK); questi ultimi sono anche detti completi. I fertilizzanti contenenti quantità significative di nutrienti e poche sostanze di zavorra sono detti concentrati.

I fertilizzanti complessi sono anche divisi in misti e complessi. Le miste sono miscele meccaniche di fertilizzanti costituite da particelle dissimili ottenute mediante semplice miscelazione di fertilizzanti. Se un fertilizzante contenente più sostanze nutritive viene ottenuto a seguito di una reazione chimica nelle apparecchiature di fabbrica, si dice complesso.

I fertilizzanti destinati a nutrire le piante con elementi che stimolano la crescita delle piante e sono necessari in quantità molto piccole sono chiamati microfertilizzanti e gli elementi nutritivi in ​​essi contenuti sono chiamati microelementi. Tali fertilizzanti vengono applicati al terreno in quantità misurate in frazioni di chilogrammo o chilogrammi per ettaro. Questi includono sali contenenti boro, manganese, rame, zinco e altri elementi.

In base al loro stato di aggregazione, i fertilizzanti si dividono in solidi e liquidi (ad esempio ammoniaca, soluzioni acquose e sospensioni).

2. Guidati dai fondamenti fisico-chimici dei processi per la produzione di superfosfati semplici e doppi, giustificare la scelta del regime tecnologico. Fornire diagrammi funzionali della produzione.

L'essenza della produzione del perfosfato semplice è la trasformazione del fluoro-apatite naturale, insolubile nell'acqua e nelle soluzioni del suolo, in composti solubili, principalmente fosfato monocalcico Ca(H 2 PO 4) 2. Il processo di decomposizione può essere rappresentato dalla seguente equazione riassuntiva:

In pratica, durante la produzione del perfosfato semplice, la decomposizione avviene in due fasi. Nella prima fase circa il 70% dell'apatite reagisce con l'acido solforico. In questo caso si formano acido fosforico e solfato di calcio emiidrato:

I microcristalli cristallizzati di solfato di calcio formano una rete strutturale che trattiene una grande quantità di fase liquida e la massa di perfosfato si indurisce. La prima fase del processo di decomposizione inizia immediatamente dopo la miscelazione dei reagenti e termina entro 20 - 40 minuti nelle camere del perfosfato.

Dopo il completo consumo dell'acido solforico, inizia la seconda fase di decomposizione, in cui l'apatite rimanente (30%) viene decomposta dall'acido fosforico:

I processi principali si svolgono nelle prime tre fasi: miscelazione delle materie prime, formazione e indurimento della pasta di perfosfato, maturazione del perfosfato in magazzino.

Il superfosfato granulare semplice è un fertilizzante fosfatico economico. Tuttavia, presenta uno svantaggio significativo: basso contenuto del componente principale (19-21% digeribile) e un'elevata percentuale di zavorra: solfato di calcio. Viene prodotto, di regola, nelle aree in cui vengono consumati fertilizzanti, poiché è più economico fornire materie prime fosfatiche concentrate agli impianti di superfosfato piuttosto che trasportare superfosfato semplice a bassa concentrazione su lunghe distanze.

È possibile ottenere fertilizzante al fosforo concentrato sostituendo l'acido solforico durante la decomposizione delle materie prime fosfatiche con acido fosforico. La produzione del doppio perfosfato si basa su questo principio.

Il doppio perfosfato è un fertilizzante concentrato di fosforo prodotto dalla decomposizione dei fosfati naturali con acido fosforico. Contiene il 42 - 50% di digeribile, di cui il 27 - 42% in forma idrosolubile, cioè 2 - 3 volte in più di quello semplice. Nell'aspetto e nella composizione della fase, il doppio perfosfato è simile al superfosfato semplice. Tuttavia, non contiene quasi zavorra: solfato di calcio.

Il doppio perfosfato può essere prodotto utilizzando uno schema tecnologico simile allo schema per la produzione del perfosfato semplice. Questo metodo per produrre il doppio perfosfato è chiamato metodo a camera. I suoi svantaggi sono la maturazione a lungo termine del prodotto, accompagnata da emissioni inorganiche di composti di fluoro dannosi nell'atmosfera e la necessità di utilizzare acido fosforico concentrato.

Più progressivo è il metodo in linea per produrre il doppio perfosfato. Utilizza acido fosforico non diluito più economico. Il metodo è completamente continuo (non esiste una fase di maturazione a magazzino a lungo termine del prodotto).

I superfosfati semplici e doppi sono contenuti in una forma facilmente digeribile dalle piante. Tuttavia, negli ultimi anni, è stata posta maggiore attenzione alla produzione di fertilizzanti con durata d'azione regolabile, in particolare quelli a lungo termine. Per ottenere tali fertilizzanti, i granuli di perfosfato possono essere rivestiti con un rivestimento che regola il rilascio dei nutrienti. Un altro modo è mescolare il doppio perfosfato con la roccia fosfatica. Questo fertilizzante ne contiene il 37-38%, di cui circa la metà in forma idrosolubile ad azione rapida e circa la metà in forma ad azione lenta. L'uso di tale fertilizzante prolunga il periodo della sua azione effettiva nel terreno.

3. Perché il processo tecnologico per la produzione del perfosfato semplice prevede una fase di stoccaggio (maturazione) in un magazzino?

Il fosfato monocalcico risultante, a differenza del solfato di calcio, non precipita immediatamente. Satura gradualmente la soluzione di acido fosforico e inizia a cristallizzare man mano che la soluzione diventa satura. La reazione inizia nelle camere del perfosfato e dura altri 5-20 giorni di stoccaggio del perfosfato nel magazzino. Dopo la maturazione in magazzino, la decomposizione della fluorapatite è considerata quasi completa, sebbene nel perfosfato rimanga ancora una piccola quantità di fosfato non decomposto e acido fosforico libero.

4. Fornire uno schema funzionale per la produzione di fertilizzanti NPK complessi.

5. Guidati dai principi fisico-chimici della produzione di nitrato di ammonio, giustificare la scelta della modalità tecnologica e della progettazione dell'apparato ITN (uso del calore di neutralizzazione). Fornire un diagramma funzionale della produzione del nitrato di ammonio.

Il processo di produzione del nitrato di ammonio si basa su una reazione eterogenea tra ammoniaca gassosa e una soluzione di acido nitrico:

La reazione chimica avviene ad alta velocità; in un reattore industriale è limitata dalla dissoluzione del gas nel liquido. Per ridurre l'inibizione della diffusione del processo, l'agitazione dei reagenti è di grande importanza.

La reazione viene condotta in un apparato ITN funzionante in continuo (utilizzando il calore di neutralizzazione). Il reattore è un apparato cilindrico verticale costituito da zone di reazione e separazione. Nella zona di reazione è presente un vetro 1, nella parte inferiore del quale sono presenti dei fori per la circolazione della soluzione. Poco sopra i fori all'interno del vetro è presente un gorgogliatore 2 per l'erogazione del gas di ammoniaca,

sopra di esso è presente un gorgogliatore 3 per l'alimentazione dell'acido nitrico. La miscela vapore-liquido di reazione esce dalla parte superiore del vetro di reazione. Parte della soluzione viene rimossa dall'apparato ITN ed entra nel post-neutralizzatore, mentre il resto (circolazione) va di nuovo

giù. Il vapore del succo rilasciato dalla miscela paraliquida viene lavato sulle piastre del cappuccio 6 da spruzzi di soluzione di nitrato di ammonio e vapore di acido nitrico con una soluzione al 20% di nitrato, quindi con condensa di vapore del succo. Il calore di reazione viene utilizzato per far evaporare parzialmente l'acqua dalla miscela di reazione (da cui il nome dell'apparecchio

ITN). La differenza di temperatura nelle diverse parti dell'apparato porta ad una circolazione più intensa della miscela di reazione.

Il processo tecnologico per la produzione del nitrato di ammonio comprende, oltre alla fase di neutralizzazione dell'acido nitrico con ammoniaca, anche le fasi di evaporazione della soluzione di nitrato, granulazione della lega di nitrato, raffreddamento dei granuli, trattamento dei granuli con tensioattivi, imballaggio, stoccaggio e carico di nitrati, depurazione delle emissioni di gas e delle acque reflue.

6. Quali misure vengono adottate per ridurre l'agglomerazione dei fertilizzanti?

Un modo efficace per ridurre l'agglomerazione è trattare la superficie dei granuli con tensioattivi. Negli ultimi anni si sono diffusi metodi per creare vari gusci attorno ai granuli, che, da un lato, proteggono il fertilizzante dall'agglomerazione e, dall'altro, consentono di regolare nel tempo il processo di dissoluzione dei nutrienti nell'acqua del suolo , cioè creare fertilizzanti ad azione prolungata.

7. Quali sono le fasi del processo per ottenere l'urea? Fornire un diagramma funzionale della produzione di urea.

L'urea (urea) è al secondo posto tra i fertilizzanti azotati in termini di volume di produzione dopo il nitrato di ammonio. La crescita della produzione di urea è dovuta alla sua vasta gamma di applicazioni in agricoltura. È più resistente alla lisciviazione rispetto ad altri fertilizzanti azotati, cioè è meno suscettibile alla lisciviazione dal terreno, meno igroscopico e può essere utilizzato non solo come fertilizzante, ma anche come additivo nell'alimentazione del bestiame. L'urea è anche ampiamente utilizzata per la produzione di fertilizzanti complessi, fertilizzanti a tempo, nonché per la produzione di materie plastiche, adesivi, vernici e rivestimenti.

L'urea è una sostanza cristallina bianca contenente il 46,6 % azoto. I suoi insegnamenti si basano sulla reazione dell'ammoniaca con l'anidride carbonica:

Pertanto, le materie prime per la produzione dell'urea sono l'ammoniaca e l'anidride carbonica ottenute come sottoprodotto nella produzione del gas di processo per la sintesi dell'ammoniaca. Pertanto, la produzione di urea negli impianti chimici è solitamente abbinata alla produzione di ammoniaca.

La reazione è totale; avviene in due fasi. Nella prima fase avviene la sintesi dell'urea:

Nella seconda fase avviene il processo endotermico di scissione dell'acqua dalla molecola di urea, a seguito del quale si forma l'urea:

La formazione del carbammato di ammonio è una reazione esotermica reversibile che avviene con una diminuzione di volume. Per spostare l'equilibrio verso il prodotto, deve essere effettuato a pressione elevata. Affinché il processo proceda a una velocità sufficientemente elevata, sono necessarie temperature elevate. Un aumento della pressione compensa l'effetto negativo delle alte temperature sullo spostamento dell'equilibrio della reazione nella direzione opposta. In pratica, la sintesi dell'urea avviene a temperature di 150 – 190 0 C e pressione di 15 – 20 MPa. In queste condizioni la reazione procede ad alta velocità e quasi fino al completamento.

La decomposizione dell'ammonio urea è una reazione endotermica reversibile che avviene intensamente nella fase liquida. Per evitare la cristallizzazione dei prodotti solidi nel reattore, il processo deve essere condotto a temperature non inferiori a 98 0 C. Temperature più elevate spostano verso destra l'equilibrio della reazione e ne aumentano la velocità. Il grado massimo di conversione della carbammide in urea si ottiene ad una temperatura di 220 0 C. Per spostare l'equilibrio di questa reazione viene utilizzata anche l'introduzione di ammoniaca in eccesso che, legando l'acqua di reazione, la rimuove dalla sfera di reazione. Tuttavia, non è ancora possibile convertire completamente la carbammide in urea. La miscela di reazione, oltre ai prodotti di reazione (urea e acqua), contiene anche carbonato di ammonio e i suoi prodotti di decomposizione: ammoniaca e CO 2.

8. Quali sono le principali fonti di inquinamento ambientale durante la produzione di fertilizzanti minerali? Come ridurre le emissioni di gas e le emissioni nocive derivanti dalle acque reflue nella produzione di fertilizzanti fosfatici, nitrato di ammonio e urea?

Nella produzione di fertilizzanti fosfatici esiste un elevato rischio di inquinamento atmosferico dovuto a gas fluorurati. La cattura dei composti del fluoro è importante non solo dal punto di vista della protezione ambientale, ma anche perché il fluoro è una materia prima preziosa per la produzione di freon, fluoroplastici, gomma fluorurata, ecc. Per assorbire i gas fluorurati viene utilizzato l'assorbimento con acqua per formare acido idrofluorosilicico. I composti del fluoro possono anche entrare nelle acque reflue nelle fasi di lavaggio dei fertilizzanti e di depurazione del gas. Per ridurre la quantità di tali acque reflue, è consigliabile creare cicli chiusi di circolazione dell'acqua nei processi. Per purificare le acque reflue dai composti del fluoro, è possibile utilizzare metodi di scambio ionico, precipitazione con idrossidi di ferro e alluminio, assorbimento su ossido di alluminio, ecc.

Le acque reflue provenienti dalla produzione di fertilizzanti azotati contenenti nitrato di ammonio e urea vengono inviate al trattamento biologico, premiscelate con altre acque reflue in proporzioni tali che la concentrazione di urea non superi 700 mg/l e ammoniaca - 65 - 70 mg/l.

Un compito importante nella produzione di fertilizzanti minerali è la purificazione dei gas di scarico dalle polveri. La possibilità di inquinamento atmosferico dovuto alla polvere di fertilizzante nella fase di granulazione è particolarmente elevata. Pertanto, il gas in uscita dalle torri di granulazione deve essere sottoposto a pulizia dalle polveri utilizzando metodi a secco e ad umido.