Азот и водород – газы, постоянно присутствующие в окружающем нас воздухе, помогают решить одну из самых серьезных проблем планеты – проблему питания. Используя их в процессах синтеза аммиака, применяемого далее для производства нитрата аммония и других химических соединений, можно получать удобрения, содержащие азот. Эти вещества, в свою очередь, позволяют справиться с истощенностью почв и вырастить более обильный урожай овощей и фруктов. Даже суровые оппоненты в постоянно ведущихся спорах о вреде и пользе нитратов, в конечном итоге приходят к общему мнению, что без умеренной, хорошо продуманной, правильно осуществляемой подкормки азотными удобрениями практически невозможно обойтись.
История азотных удобрений
Одним из наиболее древних вариантов применения азотных удобрений большинством историков признается использование гуано. Уже в те далекие времена, когда земледелие и птицеводство только зарождались, было подмечено, что птичий помет способен влиять на плодородие почвы. В местах естественных гнездовий и стоянок птиц растения растут намного лучше, чем в других местах. Гуано, то есть частично разложившийся и прошедший естественную ферментацию, высушенный птичий помет, начали собирать и сохранять. Его разводили водой и получившейся жижей поливали молодые растения. Эксперименты с этим веществом и стали своеобразной основой науки о применении удобрений и прообразом первого производства азотных удобрений. Применение гуано оказалось очень действенным, это вещество стало настолько востребованным, что сухой птичий помет на протяжении определенного периода истории был достаточно дорогим товаром и ценным предметом обмена.
Существуют исторические свидетельства и того, что индейцы Южной Америки издавна применяли природный минерал, соединение азота – селитру в качестве удобрения. Они добывали это минерал из естественных месторождений открытым способом. Дальнейшее развитие интереса к применению удобрений привело к тому, что эта соль долгое время использовалась не только земледельцами на континенте, но и экспортировалась для сельскохозяйственных нужд на другие материки, в другие страны. Со временем, когда к концу девятнадцатого века наиболее крупный выход селитры – Чилийский, начал истощаться, потребовался новый метод получения азотсодержащих удобрений. Лучше всего для этой цели подходил аммиак.
Одним из древнейших и известнейших источников аммиака долгое время было разложение мочевины. Но, конечно, для получения этого вещества в достаточных для промышленных нужд количествах, такой способ не подходил. Именно поэтому с момента открытия аммиака в конце восемнадцатого века начались и поиски способов его производства.
Удобный для промышленного производства способ синтеза аммиака достаточно долго оставался трудной задачей для многочисленных ученых пытавшихся разрешить эту проблему. Только в начале двадцатого века, в 1909 году Фрицем Габером и Карлом Бошем был сконструирован некрупный контактный аппарат, позволявший получать аммиак из азота и водорода, посредством прямого синтеза. В 1911 году была разработана крупномасштабная версия этого устройства. И, уже в 1913 году в немецком городе Оппау заработал первый завод, производивший аммиак.
Производство удобрений из… воздуха
В основе промышленного производства аммиака лежит простая реакция – соединение водорода и азота посредством их прямого взаимодействия. Для этого, прежде всего, необходимо создать смесь из водорода и азота. Соотношение газов, предварительно полученных из воздуха разделением, согласно уравнению химической реакции должно быть 3:1. Таким образом, сырьем для получения аммиака и далее производных от него удобрений можно считать атмосферный воздух.
Смесь азота и водорода с помощью турбокомпрессора нагнетается в колонну синтеза, в которой и происходит реакция. Поскольку реакция протекает с поглощением энергии на этом этапе необходимо нагревание смеси. Кроме того, синтез аммиака из азота и водорода является обратимой реакцией. То есть, сколько аммиака получается, столько же его и разлагается на исходные вещества. Поэтому, чтобы сместить равновесие реакции и увеличить выход готового продукта необходимо повышенное давление. Чтобы ускорить процесс образования молекул аммиака применяются катализаторы. Для этой реакции катализаторами могут служить: железо, марганец, платина, вольфрам, родий, уран и другие металлы, имеющие сходство электронного строения. Для промышленного процесса лучше всего подходит пористое или губчатое железо. Оно представляет собой активный и, при этом, достаточно дешевый катализатор.
В результате реакции из башни синтеза выходит газовая смесь, содержащая азот, водород и газообразный аммиак. Ее направляют на охлаждение. Из холодильника отводится смесь газов – азота и водорода, которая затем, с помощью циркулярного насоса, направляется обратно в синтез – башню, для участия в дальнейшей реакции. Сжиженный аммиак сливается в специальные емкости, предназначенные для хранения готового аммиака.
Очень большое количество аммиака, полученного в промышленности, расходуется на производство разнообразных азотных удобрений. В качестве удобрения может быть использован чистый аммиак, например, в виде аммиачной воды. Карбамид, иначе называемый мочевиной, получается в реакции аммиака с двуокисью углерода. В результате нейтрализации аммиака азотной кислотой получается аммиачная селитра, содержащая повышенную по сравнению с другими удобрениями концентрацию азота. Кальцинированную селитру получают, смешивая аммиачную селитру с доломитовым или известняковым порошком. Это удобрение не подкисляет почву. Сульфат аммония, получаемый реакцией аммиака с серной кислотой, относится к сложным удобрениям. Оно снабжает почву и растения, растущие на ней не только азотом, но и серой. Нейтрализуя аммиаком фосфорную кислоту, получают другое сложное удобрение – аммофос. Оно снабжает растущее и плодоносящее растение фосфором и азотом.
Интересные факты
Аммиак служит сырьем не только для производства аммиачной селитры и других азотных удобрений. Знаменитый нашатырный спирт, часто применяемый для выведений людей из обморочных состояний, представляет собой 10 процентный раствор аммиака. В свою очередь, пары нашатырного спирта представляют интерес и для садоводов. Они обладают удивительной способностью изменять цвет лепестков цветов. После обработки этим веществом, синие, пурпурные или голубые лепестки зеленеют, белые лилии приобретаю желтый цвет, а ярко-красные гвоздики становятся черными. Некоторые цветы, от природы не отличающиеся сильным ароматом или практически не имеющие запаха, к примеру, астры, после обработки парами аммиака начинают благоухать.
Промышленный синтез аммиака представляет собой достаточно сложный процесс, требующий высоких температур, повышенного давления и участия катализаторов. В то же время это вещество достаточно легко образуется как отход жизнедеятельности в организмах людей и животных. Связываясь с другими веществами, оно превращается в безопасную для них мочевину. И все это происходит при достаточно небольшой, естественной для этих организмов, температуре.
Сжиженный или газообразный азот и водород можно приобрести в одной из крупнейших компаний, занимающейся реализацией технологических газов — «DP Air Gas». Специалисты, работающие в лаборатории Компании, гарантируют качество предлагаемых к реализации промышленных газов. Осуществляется доставка газов по согласованным с заказчиком графикам и маршрутам. Производится освидетельствование газовых баллонов, покраска и ремонт оборотного газового оборудования, служащего для хранения и транспортирования газов. С более полным перечнем технических газов и услуг, предоставляемых «DP Air Gas» можно ознакомиться здесь.
