Производство азотных удобрений. Минеральные удобрения, произведенные в россии

Производство минеральных удобрений продиктовано двумя основными факторами. Это, с одной стороны, стремительный рост населения планеты, а с другой, ограниченные земельные ресурсы, пригодные для выращивания культур сельскохозяйственного назначения. Кроме того, пригодные для земледелия почвы стали истощаться, а естественный способ их восстановления требует слишком продолжительного промежутка времени.

Вопрос сокращения сроков и ускорения процесса восстановления плодородия земли, был решен благодаря открытиям в области неорганической химии. И ответом стало производство минеральных добавок. Для чего уже в 1842 году в Великобритании, а в 1868 и в России, создаются предприятия по их промышленному производству. Были произведены первые фосфатные удобрения.

Удобрениями называют вещества, которые содержат необходимые питательные элементы для растений. Существуют органические и неорганические удобрения. Различие между ними не только в способе их получения, но и в том, как быстро они, после внесения в почву, начинают выполнять свои функции – питать растения. Неорганические не проходят стадии разложения и потому начинают исполнять это гораздо быстрее.

Неорганические соединения солей, произведенные в промышленных условиях химической отраслью хозяйства, называют минеральными удобрениями.

Виды и типы минеральных составов

В соответствии от состава эти соединения бывают простые и комплексные.

Как видно из названия, простые содержат один элемент (азот или фосфор), а комплексные два и более. Комплексные минеральные удобрения подразделяют еще на смешанные, сложные и сложно-смешанные.

Неорганические удобрения отличают по компоненту, являющемуся основным в соединении: азотные, фосфорные, калиевые, сложные.

Роль производства

Производство минеральных удобрений имеет существенную долю в химической промышленности России, а около тридцати процентов приходится на экспорт.

Более тридцати специализированных предприятий производят около 7% мирового выпуска удобрений.

Занять такое место на мировом рынке, выстоять в период кризиса и продолжать выпускать конкурентоспособную продукцию стало возможно благодаря достаточно современному оборудованию и технологиям.

Наличие природного сырья, прежде всего газа и калийсодержащих руд, обеспечило до 70% поставок на экспорт, наиболее востребованных за рубежом калийных удобрений.

В настоящее время в России производство минеральных удобрений несколько уменьшилось. Тем не менее, по выпуску и экспортированию азотных составов российские предприятия занимают первое место в мире, фосфатных – второе, калийных – пятое.

География размещения производств

Уважаемые посетители, сохраните эту статью в социальных сетях. Мы публикуем очень полезные статьи, которые помогут Вам в вашем деле. Поделитесь! Жмите!

Крупнейшие российские производители

Основные тенденции

В последние несколько лет в России наблюдается значительное снижение производственных объемов в основном калийных составов.

Это происходит в связи с падением спроса на внутреннем рынке страны. Покупательная способность сельскохозяйственных предприятий и частных потребителей существенно снизилась. А цены, в первую очередь, на фосфорные удобрения, постоянно растут. Тем не менее, основную долю, производимых составов (90%) общего объема, Российская Федерация экспортирует.

Крупнейшими внешними рынками сбыта традиционно являются страны Латинской Америки и Китай.

Государственная поддержка и экспортная направленность этой подотрасли химической промышленности вселяет оптимизм. Мировая экономика требует интенсификации земледелий, а это невозможно без минеральных удобрений и увеличения объемов их производства.

И немного о секретах...

Вы когда-нибудь испытывали невыносимые боли в суставах? И Вы не понаслышке знаете, что такое:

• невозможность легко и комфортно передвигаться;
• дискомфорт при подъемах и спусках по лестнице;
• неприятный хруст, щелканье не по собственному желанию;
• боль во время или после физических упражнений;
• воспаление в области суставов и припухлости;
• беспричинные и порой невыносимые ноющие боли в суставах...

А теперь ответьте на вопрос: вас это устраивает? Разве такую боль можно терпеть? А сколько денег вы уже "слили" на неэффективное лечение? Правильно - пора с этим кончать! Согласны? Именно поэтому мы решили опубликовать эксклюзивное интервью с профессором Дикулем , в котором он раскрыл секреты избавления от болей в суставах, артритов и артрозов.

Видео — ОАО «Минеральные Удобрения»

Химики, выпускающие минеральные удобрения, вносят значительный вклад в решение глобальной проблемы обеспечения населения Земли продовольствием. Российские производители минеральных удобрений активно участвуют в мировом интеграционном процессе, ежегодно поставляя в различные страны мира миллионы тонн азотных, фосфорных и калийных туков.

В 2015 г. объем экспортных поставок минеральных удобрений составил 16 млн. т, при этом доля России была на уровне: на рынке азотных удобрений - 5,2%, фосфорных удобрений - 6,3%, калийных удобрений - 24,1%.

В данной статье представлены основные показатели развития мирового рынка минеральных удобрений в 2015/16 гг. и оценка международной организации IFA его сбалансированности в среднесрочной перспективе до 2020 г.

Мировое потребление удобрений в 2015/16 гг. составило 181 млн. т (п.в.), т.е. из-за общеэкономического спада и засухи в некоторых районах мира (в Южной и Юго-Восточной Азии, Латинской Америке и Африке) снизилось на 1%. Тем не менее оценка рынка специалистами международной организации IFA в 2016/17 гг. выглядит достаточно оптимистично: ожидается прирост спроса в 2,9% (табл. 1). Основанием для оптимизма являются некоторое выправление экономической ситуации и более благоприятные погодные условия.

Таблица 1. Потребление удобрений в мире, тыс. т (п.в.)

Источник: Fertilizer Outlook 2016- 2020 , IFA.

В среднесрочной перспективе, до 2020 г., рынок минеральных удобрений покажет умеренный прирост и при загрузке мощностей на 80% достигнет 199 млн. т (п.в.) (табл. 2), или 270 млн. т в физическом объеме. За период 2016-2020 гг. инвестиции в отрасль составят 130 млрд. долл., будет введено более 150 новых мощностей, т.е. мировая мощность возрастет более чем на 150 млн. т.

Таблица 2 . Среднесрочный прогноз развития производства минеральных удобрений

в мире, тыс. т (п.в.)

Источник: Fertilizer Outlook 2015-2019, IFA.

Основной прирост спроса на удобрения произойдет в Африке (3,6%), Южной Азии (2,9%), Латинской Америке (2,8%), прежде всего - в Бразилии и Аргентине.

Мощности по производству аммиака к 2020 г. возрастут на 10% относительно 2010 г. - до 230 млн. т NH 3 . Основные мощности будут введены в Китае, Индонезии, США, Алжире, Египте и Нигерии. Прирост мощностей по производству аммиака определяется расширением производственной базы по выпуску карбамида, на который приходится 55% рынка азотных удобрений.

В течение последующих пяти лет 97% запланированных к вводу мощностей по выпуску аммиака будут работать на природном газе, хотя в Китае, несмотря на рационализацию производства, 78% мощностей по-прежнему будут использовать уголь (в настоящее время на этом сырье работает 82% аммиачных установок).

Глобальная мощность по впуску карбамида за период 2015- 2020 гг. возрастет на 10% - до 229 млн. т. Примерно 35% новых проектов будет реализовано в Восточной Азии, 18% - в Африке и 15% - в Северной Америке. Всего ожидается ввод 60 новых проектов по выпуску карбамида, из них 20 будут введены в Китае.

Спрос на карбамид в 2020 г. оценивается на уровне 208 млн. т, т.е. будет ежегодно возрастать на 2,5%, причем прирост спроса со стороны промышленности будет более чем в четыре раза превышать прирост спроса со стороны сектора удобрений. Основной спрос на карбамид промышленного назначения ожидается в Китае и Европе, на карбамид-удобрение - в Южно-Азиатском регионе.

При прогнозируемых параметрах развития мирового рынка карбамида загрузка мощностей в целом составит 90%, т.е. рынок будет сбалансированным.

На рынке фосфатного сырья ожидается прирост предложения на 11% - до 250 млн. т, при этом 80% прироста объемом 35 млн. т произойдет за счет расширения производственной базы в Марокко, Саудовской Аравии, Иордании и Китае.

Глобальная мощность по выпуску фосфорной кислоты за период 2015- 2020 гг. возрастет на 13% - до 65,3 млн. т за счет ввода 30 новых производств, причем ¾ из них - в Китае. Кроме того, новые проекты будут реализованы в Марокко, Саудовской Аравии и Бразилии. Спрос на фосфорную кислоту до 2020 г. будет расти на 2,5% в год.

В период 2015- 2020 гг. ожидается ввод 30 новых мощностей по выпуску фосфорных удобрений , в результате чего мировая мощность возрастет на 7 млн. т (п.в.) - до 52 млн. т (п.в.). Примерно половина новых мощностей будет введена в Китае и Марокко. Кроме того, новые проекты будут реализованы в Саудовской Аравии, Бразилии и Индии.

Рынок калийных удобрений , показавший в предыдущие годы наибольшую динамичность, в период 2015- 2020 гг. продолжит активно развиваться: ожидается реализация 25 проектов, из них четыре крупных greenfield - в Канаде, России и Беларуси. Мировая мощность по выпуску калийных удобрений в 2020 г. оценивается на уровне 64,5 млн. т (п.в.), т.е. возрастет относительно 2015 г. на 22%.

Спрос на калийные удобрения в 2020 г. ожидается на уровне 51,6 млн. т, т.е. будет возрастать на 2,1% в год, а загрузка мощностей будет на уровне 80%.

Производство серы в мире в 2020 г. ожидается на уровне 72 млн. т (п.в.), т.е. ежегодно будет увеличиваться на 4%. Крупные проекты будут реализованы в Катаре, России, Саудовской Аравии и Туркменистане. В США также ожидается прирост производства серы, что приведет к снижению ее импорта.

Предложение/спрос серы в 2020 г. составит 69 млн. т (п.в.), т.е. мощности будут загружены на 96%, что определяется ростом спроса со стороны производителей серной кислоты.

В табл. 3 представлены регионы - экспортеры основных видов минеральных удобрений в 2014 г. Из нее следует, что доля стран СНГ на мировом рынке аммиака находилась на уровне 24%, карбамида - на уровне 16%, аммиачной селитры - на уровне 63% (монопольное положение), ДАФ - на уровне 10% и калийных удобрений - на уровне 40%.

Таблица 3. Объемы экспорта основных видов минеральных удобрений по регионам

в 2014 г., тыс. т (п.в.)

Истчник: IFA, 2015.

В табл. 4 представлены региональные рынки сбыта основных видов минеральных удобрений, которые по емкости имеют существенные различия. Так, наиболее емкими рынками сбыта являются:

• для аммиака - страны Северной Америки (США) и ЕС;
• для карбамида - страны Северной Америки (США), Латинской Америки (Бразилия), страны Южной Азии (Индия) и страны ЕС;
• для аммиачной селитры - страны Латинской Америки;
• для ДАФ - страны Южной Азии (Индия), страны ЕС;
• для хлорида калия - страны Восточной Азии (Китай), Латинской Америки, Северной Америки (США) и страны ЕС.

Таблица 4. Объемы импорта основных видов минеральных удобрений по регионам в 2014 г., тыс. т (п.в.)

Промышленность минеральных удобрений - одна из базовых отраслей химического комплекса России. Производственный потенциал отрасли составляют свыше тридцати специализированных предприятий, выпускающих более 13 млн т азотных, калийных и фосфорных удобрений в год. На долю Российской Федерации приходится до 6-7% общемирового выпуска удобрений. Отрасль вырабатывает более 20% продукции химического комплекса в стоимостном выражении, а ее доля в структуре экспорта химических отраслей превышает треть. На фоне других отраслей химического комплекса промышленность минеральных удобрений выглядит самой благополучной. Это объясняется рядом обстоятельств. Во-первых, к моменту начала радикальных экономических преобразований в стране многие предприятия, производящие удобрения, были оснащены относительно прогрессивной технологией и оборудованием, что позволило им выпускать конкурентоспособную на международном рынке продукцию. Во-вторых, имеющееся у нас сырье для производства минеральных удобрений, прежде всего это относится к природному газу и калийсодержащим рудам, очень контрастно распределено в мире: огромные регионы ими попросту обделены. Наиболее востребованы за рубежом калийные удобрения, что обеспечивает им весомую долю (60-70%) в экспортных объемах поставок удобрений. Основные рынки сбыта для российских удобрений - Латинская Америка и Китай. В то же время внутренний спрос на минеральные удобрения в нашей стране резко упал: с 1990 по 2002 г. внесение минеральных удобрений всех типов в пересчете на 1 га посевов сократилось в 40 раз, но, справедливости ради, нужно отметить, что в последние годы наблюдается тенденция некоторого роста (подробнее см. География
№ 3/2005, с. 43-44).

Размещение предприятий отрасли зависит в первую очередь от сырьевого и потребительского факторов. Наряду с ними определенную роль играют особенности распространения ресурсов азота, фосфора и калия в почвах. Запасы азота в почве увеличиваются в направлении с севера на юг до лесостепной зоны, где достигают максимума, а затем постепенно уменьшаются. Подобным же образом происходит изменение почвенных запасов фосфора, с той лишь разницей, что их максимум приходится на степную зону. Запасы калия в почве максимальны в лесной зоне и к югу от нее уменьшаются. На одной и той же широте ресурсов азота больше на территории восточных районов, чем в Европейской части, а фосфора и калия меньше. Для всех производств минеральных удобрений характерна высокая тепло- и энергоемкость (доля энергоносителей в себестоимости продукции составляет от 25 до 50%).

Исходное сырье для производства азотных удобрений (аммиачная селитра, карбомид, сернокислый аммоний и др.) - аммиак. Ранее аммиак получали из кокса и коксового газа, поэтому прежде центры его получения совпадали с металлургическими районами. И поныне некоторые заводы, производящие азотные удобрения (как правило, небольшие), размещены в пределах важнейших металлургических баз страны: это, прежде всего, Кемерово, Череповец, Заринск, Новотроицк, Челябинск, Магнитогорск, Липецк. Во многих этих городах даже не существует специализированных предприятий по выпуску минеральных удобрений, и азотные удобрения выпускают сами металлургические комбинаты в качестве попутной продукции.

В последнее время на смену коксу и коксовому газу в качестве основного сырья для производства аммиака пришел природный газ, что позволило гораздо свободнее размещать заводы азотных удобрений. Теперь они ориентированы больше на магистральные газопроводы, например, крупнейшие из заводов - в Великом Новгороде, Новомосковске, Кирово-Чепецке, Верхнеднепровском (под Дорогобужем), Россоши, Невинномысске, Тольятти. Некоторые центры азотной подотрасли возникли на основе использования отходов нефтепереработки (Салават, Ангарск).

Суммарные действующие мощности по производству аммиака в России составляют около 9% от мировых (третий показатель в мире после Китая и США). Однако потенциал предприятий используется не полностью, и по объему производства аммиака Россия занимает четвертое место в мире после Китая, США и Индии, производя примерно 6% этого вида продукции. От того, насколько эффективно работают агрегаты по производству аммиака, зависит себестоимость выпускаемых азотных удобрений. Чем меньше расходуется природного газа на тонну аммиака, тем ниже издержки и тем выше конкурентоспособность.

Производство фосфорных удобрений в меньшей степени ориентировано на источники сырья, чем азотная подотрасль. Простой суперфосфат (наиболее распространенное фосфорное удобрение) содержит растворимого фосфора всего лишь примерно в 2 раза меньше по сравнению с исходным сырьем. В то же время часть предприятий расположена в непосредственной близости от месторождений фосфорного сырья - фосфоритов (Воскресенск, Кингисепп). Производством фосфорных удобрений заняты также некоторые центры цветной металлургии (в России - Красноуральск), где сырьем служат отходящие при металлургическом процессе газы, насыщенные серой.

Основные добытчики фосфорного сырья в России - ОАО «Апатит» и Ковдорский ГОК. Оба расположены в Мурманской обл., за полярным кругом, что существенно повышает расходы на транспортировку до центров производства удобрений, особенно до Балакова, Мелеуза и Белореченска. И если относительно высокие цены на внешнем рынке позволяют предприятиям вести экспортную деятельность хотя бы с минимальной прибылью, то для внутренних потребителей фосфорные удобрения становятся всё менее доступными из-за высоких цен на рудное сырье, которое составляет сегодня до 40-60% себестоимости различных групп удобрений.

Лидерами в производстве фосфорных удобрений остаются ОАО «Аммофос» (Череповец), ОАО «Воскресенские минеральные удобрения» и ОАО «Акрон» (Великий Новгород). Уровень использования мощностей в производстве фосфорных удобрений еще ниже, чем в производстве азотных. В среднем по России он едва превышает 50%, только предприятия в Воскресенске и Великом Новгороде работают на 80% мощностей.

Производство калийных удобрений прочно привязано к единственному в России источнику сырья - Верхнекамскому месторождению калийных солей, где действуют два основных предприятия: ОАО «Уралкалий» (Березники) и ОАО «Сильвинит» (Соликамск). Основной вид калийных удобрений - хлорид калия. Основная часть затрат производящих предприятий приходится на добычу калийной руды, поэтому по причине очень большой материалоемкости калийное сырье перерабатывается на месте. В отличие от азотных и фосфорных, производство калийных удобрений в последние годы устойчиво нарастает, чему способствует благоприятная ситуация на внешнем рынке.

Значительное место в производстве удобрений занимают сложные минеральные удобрения (такие, как аммофос, диаммофос, азофоска и т.п.), содержащие два или три питательных вещества. Промышленность минеральных удобрений ориентирована на выпуск продукции в гранулированном виде, удобном для транспортировки и потребления (базовые удобрения часто смешиваются в разных пропорциях перед их внесением в почву).

Ежегодный прирост населения мира составляет около 70 млн человек. Их нужно обеспечить растительной пищей в условиях устойчиво сокращающихся посевных площадей. Единственный путь решения этой задачи - интенсификация мирового земледелия, которую невозможно проводить без дальнейшего увеличения объемов производства минеральных удобрений. В связи с этим перспективы развития отечественной промышленности минеральных удобрений, во многом ориентированной на экспорт, вполне оптимистичны.

Крупнейшие холдинги в промышленности
минеральных удобрений

По данным РосБизнесКонсалтинг

Производство минеральных удобрений в регионах РФ
(в пересчете на 100% питательных веществ, тысяч тонн)

По данным Госкомстата РФ

Федеральное агентство по образованию

Тверской государственный технический университет

Кафедра «Технологии полимерных материалов»

Производство минеральных удобрений

Выполнила: Томилина О.С.

ФАС, группа БТ-0709

Проверил: Комаров А. М.

Минеральными удобрениями называют соли, содержащие элементы, необходимые для питания растений и вносимые в почву для получения высоких и устойчивых урожаев. Минеральные удобрения являются одним из важнейших видов продукции химической промышленности. Рост численности населения выдвигает перед всеми странами мира одну и ту же проблему – умелое управление способностью природы воспроизводить жизненные ресурсы и прежде всего продовольственные. Задача расширенного воспроизводства продуктов питания уже давно решается применением в сельском хозяйстве минеральных удобрений. Научными прогнозами и перспективными планами предусматривается дальнейшее увеличение мирового выпуска минеральных и органоминеральных удобрений, удобрений с регулируемым сроком действия.

Производство минеральных удобрений - одна из важнейших подотраслей химической промышленности, его объем во всем мире составляет более 100млн. т в год. В наибольших количествах вырабатывают и потребляют соединения натрия, фосфора, калия, азота, алюминия, железа, меди, серы, хлора, фтора, хрома, бария и др.

Классификация минеральных удобрений

Минеральные удобрения классифицируют по трем главным признакам: агрохимическому назначению, составу и свойствам.

1. По агрохимическому назначению удобрения делят на прямые, являющиеся источником питательных элементов для растений, и косвенные, служащие для мобилизации питательных веществ почвы улучшением ее физических, химических и биологических свойств. К косвенным удобрениям принадлежат, например, известковые удобрения, применяемые для нейтрализации кислых почв.

Прямые минеральные удобрения могут содержать один или несколько разных питательных элементов.

2. По количеству питательных элементов удобрения подразделяют на простые (одинарные) и комплексные.

В простые удобрения входит только один из трех главных питательных элементов. Соответственно простые удобрения делят на азотные, фосфорные и калийные.

Комплексные удобрения содержат два или три главных питательных элемента. По числу главных питательных элементов комплексные удобрения называют двойными (например, типа NP или РК) или тройными (NPK); последние также называют полными. Удобрения, содержащие значительные количества питательных элементов и мало балластных веществ, называют концентрированными

Комплексные удобрения, кроме того, разделяют на смешанные и сложные. Смешанными называют механические смеси удобрений, состоящие из разнородных частиц, получаемые простым тукосмешением. Если же удобрение, содержащее несколько питательных элементов, получается в результате химической реакции в заводской аппаратуре. Оно называется сложным.

Удобрения, предназначенные для питания растений элементами, стимулирующими рост растений и требующимися в весьма малых количествах, называются микроудобрениями, а содержащиеся в них питательные элементы – микроэлементами. Такие удобрения вносят в почву в очень небольших количествах. К ним относятся соли, содержащие бор, марганец, медь, цинк и другие элементы.

3. По агрегатному состоянию удобрения подразделяют на твердые и жидкие (аммиак, водные растворы и суспензии).

Большое значение имеют физические свойства удобрений. Водорастворимые удобрительные соли должны быть сыпучими, легко рассеиваться, не быть сильно гигроскопичными, не слеживаться при хранении; должны обладать такими, чтобы сохраняться на почве в течение некоторого времени, не слишком быстро вымываться дождевой водой и сдуваться ветром. Этим требованиям в наибольшей мере обладают крупнокристаллические и гранулированные удобрения. Гранулированные удобрения можно вносить не поля механизированными методами с использованием туковых машин и сеялок в количествах, строго соответствующих агрохимическим требованиям.

Фосфорные удобрения

Фосфорные удобрения в зависимости от их состава в различной степени растворимы в почвенных растворах и, следовательно, неодинаково усваиваются растениями. По степени растворимости фосфорные удобрения разделяют на водорастворимые, усвояемые растениями, и нерастворимые фосфаты. К водорастворимым относятся простой и двойной суперфосфаты. К усвояемым, т.е. растворимым в почвенных кислотах, относятся преципитат, термофосфат, плавленые фосфаты и томас-шлак. Нерастворимые удобрения содержат трудноусваемые соли фосфата, растворимые только в сильных минеральных кислотах. К ним фосфоритная мука, апатиты, костяная мука.

Сырьем для производства элементарного фосфата, фосфорных удобрений и других соединений фосфора служат природные фосфаты: апатиты и фосфориты. В этих рудах фосфор находится в нерастворимой форме, главным образом в виде фторапатита Ca 5 F(PO 4) 3 или гидроксилапатита Ca 5 OH(PO 4) 3 . Для получения легкоусваиваемых фосфорных удобрений, применяемых в любых почвах, требуется перевести нерастворимые фосфорные соли природных фосфатов в водорастворимые или легкоусваемые соли. В этом и состоит основная задача технологии фосфорных удобрений.

Растворимость фосфорнокислых солей повышается по мере увеличения их кислотности. Средняя соль Са 3 (РО 4) 2 растворима лишь в минеральных кислотах, СаНО 4 растворима в почвенных кислотах, а наиболее кислая соль СаН 2 РО 4) 2 растворима в воде. В производстве фосфорных удобрений стремятся получить возможно большую часть фосфора в виде монокальцийфосфата Са(Н 2 РО 4) 2 . Перевод нерастворимых природных солей в растворимые осуществляется разложением их кислотами, щелочами,нагреванием (термическая возгонка фосфора). Одновременно с получением растворимых солей стремятся получить фосфорные удобрения с возможно большей концентрацией фосфора.

Производство суперфосфата

Химическая промышленность выпускает простой и двойной суперфосфаты. Простой суперфосфат – самое распространенное фосфорное удобрение. Он представляет собой порошок (или гранулы) серого цвета, содержащий в основном монофосфат кальция Са(Н2РО4)2*Н2О и сульфат кальция СаSO4*0,5Н2О. В состав суперфосфата входят примеси: фосфаты железа и алюминия, кремнезем, а также фосфорная кислота. Сущность производства суперфосфата состоит в разложении природных фосфатов серной кислотой. Процесс получения суперфосфата при взаимодействии серной кислоты с кальцийфторапатитом является многофазным гетерогенным процессом, протекающим в основном в диффузионной области. Этот процесс можно условно разбить на два этапа. Первый этап – это диффузия серной кислоты к частицам апатита, сопровождаемая быстрой химической реакцией на поверхности частиц, которая идет до полного израсходования кислоты, и кристаллизация сульфата кальция:

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 (а)

Второй этап – диффузия образовавшейся фосфорной кислоты в порах неразложившихся частиц апатита, сопровождаемая реакцией

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

Образующийся монокальцийфосфат находится сначала в растворе, при перенасыщении которого начинает кристаллизоваться. Реакция (а) начинается сразу же после смещения и заканчивается в реакционной суперфосфатной камере в течении 20-40 мин в период схватывания и затвердения суперфосфатной массы, которые происходят за счет сравнительно быстрой кристаллизации малорастворимого сульфата кальция и перекристаллизации полугидрата в ангидрит по уравнению реакции

2CaSO 4 *0,5H 2 O=2CaSO 4 +H 2 O

Последующая стадия процесса – созревание суперфосфата, т.е. образование и кристаллизация монокальцийфосфата, происходит медленно и заканчивается лишь на складе (дозревание) при вылеживание суперфосфата в течение 6-25сут. Малая скорость этой стадии объясняется замедленной диффузией фосфорной кислоты через образовавшуюся корку монокальцийфосфата, покрывающую зерна апатита, и крайне медленной кристаллизацией новой твердой фазы Са(Н 2 РО 4) 2 *Н 2 О.

Оптимальный режим в реакционной камере определяется не только кинетикой реакций и диффузией кислот, но и структурой образовавшихся кристаллов сульфата кальция, которая влияет на суммарную скорость процесса и качество суперфосфата. Ускорить диффузионные процессы и реакции (а) и (б) можно повышением начальной концентрации серной кислоты до оптимальной температуры.

Наиболее медленным процессом является дозревание. Ускорить дозревание можно охлаждением суперфосфатной массы и испарением из нее воды, что способствует кристаллизации монокальцийфосфата и повышает скорость реакции (б) вследствие увеличения концентрации Н 3 РО 4 в растворе. Для этого на складе перемешивают и распыляют суперфосфат. Содержание Р 2 О 5 в готовом суперфосфате примерно в два раза ниже, чем в исходном сырье, и составляет при переработке апатитов 19-20% Р 2 О 5.

Готовый суперфосфат содержит некоторое количество свободной фосфорной кислоты, увеличивающей его гигроскопичность. Для нейтрализации свободной кислоты суперфосфат смешивают нейтрализующими твердыми добавками или аммонизируют, т.е. обрабатывают газообразным аммиаком. Эти мероприятия улучшают физические свойства суперфосфата – уменьшают влажность, гигроскопичность, слеживаемость, а при аммонизации вводится еще один питательный элемент – азот.

Существуют периодические, полунепрерывные и непрерывные способы производства суперфосфата. В настоящее время большинство действующих заводов осуществлют непрерывный способ производства. Схема непрерывного способа производства суперфосфата приведена на рис. 1

Измельченный апатитовый концентрат (или фосфоритная мука) системой транспортеров, шнеков элеваторов передается со склада на автоматический весовой дозатор, из которого дозируется в смеситель непрерывного действия.

Серная кислота (75%-ная башенная H 2 SO 4) непрерывно разбавляется водой в дозаторе-смесителе до концентрации 68% H 2 SO 4 , контролируемой концентратомером, и подается в смеситель, в котором происходит механическое смешивание фосфатного сырья с серной кислотой. Образующаяся пульпа из смесителя передается в реакционную суперфосфатную камеру непрерывного действия, где происходит образование суперфосфата (схватывание и затвердевание пульпы в начальный период созревания суперфосфатной массы). Из суперфосфатной камеры измельченный суперфосфат подкамерным конвейером передается в отделение дообработки – склад суперфосфата, по которому равномерно распределяется разбрасывателем. Для ускорения дозревания суперфосфата его перемешивают на складе грейферным краном. Для улучшения физических свойств суперфосфата его гранулируют во вращающихся барабанах-грануляторах. В грануляторах порошкообразный суперфосфат увлажняется водой, подаваемой внутрь барабана форсунками, и «закатывается» в гранулы различных размеров, которые затем сушат, рассеивают на фракции и тарируют в бумажные мешки.

Основным аппаратом суперфосфатного производства служит суперфосфатная камера. Питание ее пульпой производится из смесителя, укрепленного непосредственно над крышкой камеры. Для непрерывного питания суперфосфатных камер применяются шнековые смесители и камерные смесители с механическим перемешиванием.

Недостатком простого суперфосфата является сравнительно небольшое содержание питательного элемента – не более 20% Р 2 О 5 из апатитового концентрата и не более 15% Р 2 О 5 из фосфоритов. Более концентрированные фосфорные удобрения можно получить при разложении фосфатной породы фосфорной кислоты.

Азотные удобрения

Большинство азотных удобрений получают синтетически: нейтрализацией кислот щелочами. Исходными материалами для получения азотных удобрений служат серная и азотная кислоты, диоксид углерода, жидкий или газообразный аммиак, гидроксид кальция и т.п. Азот находится в удобрениях или в форме катиона NH 4 + , т.е. в аммиачной форме, в виде NH 2 (амидные), или аниона NO 3 - , т.е. в нитратной форме; удобрение одновременно может содержать и аммиачный и нитратный азот. Все азотные удобрения водорастворимы и хорошо усваиваются растениями, но легко выносятся вглубь почвы при обильных дождях или орошении. Распространенным азотным удобрением является нитрат аммония или аммиачная селитра.

Производство аммиачной селитры

Аммиачная селитра – безбалластное удобрение, содержащее 35% азота в аммиачной и нитратной форме, благодаря чему она применяется на любых почвах и для любых культур. Однако это удобрения обладает неблагоприятными для его хранения и применения физическими свойствами. Кристаллы и гранулы аммиачной селитры расплываются на воздухе или слеживаются в крупные агрегаты в результате их гигроскопичности и хорошей растворимости в воде. Кроме того при изменении температуры и влажности воздуха во время хранения аммиачной селитры могут происходить полиморфные превращения. Для подавления полиморфных превращений и повышения прочности гранул аммиачной селитры применяют добавки, вводимые в процессе ее изготовления, - фосфаты и сульфаты аммония, борную кислоту, нитрат магния и др. Взрывоопасность аммиачной селитры осложняет ее производство, хранение и транспортировку.

Аммиачную селитру производят на заводах, вырабатывающих синтетический аммиак и азотную кислоту. Производственный процесс складывается из стадий нейтрализации слабой азотной кислоты газообразным аммиаком, упарки полученного раствора и гранулирования аммиачной селитры. Стадия нейтрализации основана на реакции

NH 3 +HNO 3 =NH 4 NO 3 +148, 6 кДж

Этот хемосорбционный процесс, при котором поглощение газа жидкостью сопровождается быстрой химической реакцией, идет в диффузионной области и сильно экзотермичен. Теплота нейтрализации рационально используется для испарения воды из растворов нитрата аммония. Применяя азотную кислоту высокой концентрации и подогревая исходные реагенты, можно непосредственно получить плав аммиачной селитры (конценрацией выше 95-96% NH 4 NO 3) без применения выпаривания.

Наиболее распространены схемы с неполным упариванием раствора аммиачной селитры за счет теплоты нейтрализации (рис. 2).

Основная масса воды упаривается в химическом реакторе –нейтрализаторе ИТН (использование теплоты нейтрализации). Этот реактор – цилиндрический сосуд из нержавеющей стали, внутри которого находится другой цилиндр, куда непосредственно вводится аммиак и азотная кислота. Внутренний цилиндр служит нейтрализационной частью реактора (зона химической реакции), а кольцевое пространство между внутренним цилиндром и корпусом реактора – испарительной частью. Образовавшийся раствор аммиачной селитра поступает из внутреннего цилиндра в испарительную часть реактора, где испарение воды происходит за счет теплообмена между нейтрализационной и испарительной зонами через стенку внутреннего цилиндра. Образовавшийся соковый пар отводится из нейтрализатора ИТН и используется затем как греющий агент.

Сульфатно-фосфатная добавка дозируется в азотную кислоту в виде концентрированных серной и фосфорной кислот, которые нейтрализуются вместе с азотной аммиаком в нейтрализаторе ИТН. При нейтрализации исходной азотной кислоты 58%-ный раствор аммиачной селитры на выходе из ИТН содержит 92-93% NH 4 NO 3 ; этот раствор направляется в донейтрализатор, в который подается газообразный аммиак с таким расчетом, чтобы раствор содержал избыток аммиака (около 1 г/дм 3 своб. NH 3), что обеспечивает безопасность дальнейшей работы с плавом NH 4 NO 3 . Донейтрализованный раствор концентрируют в комбинированном тарельчатом трубчатом выпарном аппарате с получением плава, содержащего 99,7-99,8% NH 4 NO 3 . Для гранулирования высококонцентрированной аммиачной селитры плав погруженными насосами перекачивается наверх грануляционной башни высотой 50-55м. Гранулирование производится разбрызгиванием плава с помощью акустических виброгрануляторов ячеечного типа, обеспечивающих однородный гранулометрический состав продукта. Охлаждение гранул производится воздухом в холодильнике кипящего слоя, состоящем из нескольких последовательных ступеней охлаждения. Охлажденные гранулы опрыскиваются ПАВ в барабане с форсунками и передаются на упаковку.

Ввиду недостатков аммиачной селитры целесообразно изготовление на ее основе сложных и смешанных удобрений. Смешением аммиачной селитры с известняком, сульфатом аммония получают известково-аммиачную селитру, сульфатнитрат аммония и др. Нитрофоску можно получить сплавлением NH 4 NO 3 с солями фосфора и калия.

Производство карбамида

Карбамид (мочевина) среди азотных удобрений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском хозяйстве. Он обладает большой устойчивостью к выщелачиванию по сравнению с другими азотными удобрениями, т.е. менее подвержен вымыванию из почвы, менее гигроскопичен, может применяться не только как удобрения, но и в качестве добавки к корму крупного рогатого скота. Карбамид, кроме того, широко используется для получения сложных удобрений, удобрений с регулируемым сроком действия, а также для поучения пластмасс, клеев, лаков и покрытий.

Карбамид CO(NH 2) 2 – белое кристаллическое вещество, содержащее 46.6% азота. Его получение основано на реакции взаимодействия аммиака с диоксидом углерода

2NH 3 +CO 2 =CO(NH 2) 2 +H 2 O H=-110,1 кДж (1)

Таким образом, сырьем для производства карбамида служат аммиак т диоксид углерода, получаемый в качестве побочного продукта при производстве технологического газа для синтеза аммиака. Поэтому производство карбамида на химических заводах обычно комбинируют с производством аммиака.

Реакция (1) – суммарная; она протекает в две стадии. На первой стадии происходит синтез карбамата:

2NH 3 +CO 2 =NH 2 COONH 4 H=-125,6 кДж (2)

газ газ жидкость

На второй стадии протекает эндотермический процесс отщепления воды от молекул карбамата, в результате которого и происходит образование карбамида:

NH 2 COONH 4 = CO(NH 2) 2 + Н 2 О Н=15.5 (3)

жидкость жидкость жидкость

Реакция образования карбамата аммония – обратимая экзотермическмя, протекает с уменьшением объема. Для смещения равновесия в сторону продукта ее необходимо проводить при повышенном давлении. Для того, чтобы процесс протекал с достаточно высокой скоростью, необходимы и повешенные температуры. Увеличение давления компенсирует отрицательное влияние высоких температур на смещение равновесия реакции в обратную сторону. На практике синтез карбамида проводят при температурах 150-190 С и давление 15-20 МПа. В этих условиях реакция протекает с высокой скоростью и до конца.

Разложение карбомата аммония – обратимая эндотермическая реакция, интенсивно протекающая в жидкой фазе. Чтобы в реакторе не происходило кристаллизации твердых продуктов, процесс необходимо вести при температуре ниже 98С (эвтектическая точка для системы CO(NH 2) 2 - NH 2 COONH 4).

Более высокие температуры смещают равновесие реакции вправо и повышают ее скорость. Максимальная степень превращения карбамата в карбамид достигается при 220С. Для смещения равновесия этой реакции вводят также избыток аммиака, который связывая реакционную воду, удаляет ее из сферы реакции. Однако добиться полного превращения карбамата в карбамид все же не удается. Реакционная смесь по мимо продуктов реакции (карбамида и воды) содержит также карбамат аммония и продукты его разложения – аммиак и СО 2 .

Для полного использования исходного сырья необходимо либо предусмотреть возвращение непрореагировавших аммиака и диоксида углерода, а также углеаммонийных солей (промежуточных продуктов реакции) в колонну синтеза, т.е. создание рецикла, либо отделение карбамида от реакционной смеси и направление оставшихся реагентов на другие производства, например на производство аммиачной селитры, т.е. проведение процесса по открытой схеме.

В крупнотоннажном агрегате синтеза карбамида с жидкостным рециклом и применением стриппинг-процесса (рис. 3) можно выделить узел высокого давления, узел низкого давления и систему грануляции. Водный раствор карбамата аммония и углеаммонийных солей, а также аммиак и диоксид углерода поступают в нижнюю часть колонны синтеза 1 из карбаматного конденсатора высокого давления 4. В колонне синтеза при температуре 170-190С и давлении 13-15 МПа заканчивается образование карбамата и протекает реакция синтеза карбамида. Расход реагентов подбирают таким образом, чтобы в реакторе молярное отношение NH 3:CO 2 составляло 2,8-2,9. Жидкая реакционная смесь (плав) из колонны синтеза карбамида поступает в отдувочную колонну 5, где стекает по трубам вниз. Противотоком к плаву подают сжатый в компрессоре до давления 13-15МПа диоксид углерода, к которому для образования пассивирующей пленки и уменьшения коррозии оборудования добавлен воздух в количестве, обеспечивающем в смеси концентрацию кислорода 0,5-0,8%. Отдувочная колонна обогревается водяным паром. Парогазовая смесь из колонны 5, содержащая свежий диоксид углерода, поступает в конденсатор высокого давления 4. В него же вводят жидкий аммиак. Он одновременно служит рабочим потоком в инжекторе 3, подающем в конденсатор раствор углеаммонийных солей из скруббера высокого давления 2 и при необходимости часть плава из колонны синтеза. В конденсаторе образуется карбамат. Выделяющуюся при реакции теплоту используют для получения водяного пара.

Из верхней части колонны синтеза непрерывно выходят непрореагировавшие газы, поступающие в скруббер высокого давления 2, в котором большая часть их конденсируется вследствие водного охлаждения, образуя раствор карбамата и углеаммонитйных солей.

Водный раствор карбамида, выходящий из отдувочной колонны 5, содержит 4-5% карбамата. Для окончательного его разложения раствор дросселируют до давления 0,3-0,6 МПа и затем направляют в верхнюю часть ректификационной колонны 8.

Жидкая фаза стекает в колонне вниз по насадке противотоком к парогазовой смеси, поднимающейся снизу вверх. Из верхней части колонны выходят NH 3 ,CO 2 и водяные пары. Водяные пары конденсируются в конденсаторе низкого давления 7, при этом растворяется основная часть аммиака и диоксида углерода. Полученный раствор направляют в скруббер 2. Окончательная очистка газов, выбрасываемых в атмосферу, проводится абсорбционными методами.

70%-ный раствор карбамида, выходящий из нижней части ректификационной колонны 8, отделяют от парогазовой смеси и направляют после снижения давления до атмосферного сначала на выпарку, а затем на грануляцию. Перед распылением плава в грануляционной башне 12 к нему добавляют кондиционирующие добавки, например мочевиноформальдегидную смолу, чтобы получить неслеживающееся удобрение, не портящееся при хранении.

Охрана окружающей среды при производстве удобрений

При производстве фосфорных удобрений велика опасность загрязнения атмосферы фтористыми газами. Улавливание соединений фтора важно не только с точки зрения охраны окружающей среды, но также и потому, что фтор является ценным сырьем для получения фреонов, фторопластов, фторкаучуков и т.д. Соединения фтора могут попасть в сточные воды на стадиях промывки удобрений, газоочистки. Целесообразно для уменьшения количества таких сточных вод создавать в процессах замкнутые водооборотные циклы. Для очистки сточных вод от фтористых соединений могут быть применены методы ионного обмена, осаждения с гидроксидами железа и алюминия, сорбции на оксиде алюминия и др.

Сточные воды производства азотных удобрений, содержащие аммиачную селитру и карбамид, направляют на биологическую очистку, предварительно смешивая их с другими сточными водами в таких соотношениях, чтобы концентрация карбамида не превышала 700мг/л, а аммиака – 65-70мг/л.

Важной задачей в производстве минеральных удобрений является очистка газов от пыли. Особенно велика возможность загрязнения атмосферы пылью удобрений на стадии грануляции. Поэтому газ, выходящий из грануляционных башен, обязательно подвергается пылеочистке сухими и мокрыми методами.

Список литературы

А.М. Кутепов и др.

Общая химическая технология: Учеб. для вузов/А.М. Кутепов,

Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен.- 3-е изд., перераб. – М.: ИКЦ «Академкнига». 2003. – 528с.

И.П. Мухленов, А.Я. Авербух, Д.А Кузнецов, Е.С. Тумаркина,

И.Э. Фурмер.

Общая химическая технология: Учеб. для химико-техн. спец. вузов.

Производства и использования минеральных удобрений ………9 Проблемы охраны окружающей среды в связи с использованием минеральных удобрений ...

Несмотря на прогресс в науке и технике, существуют области, в которых без старых и проверенных методов не обойтись. Одна из них - сельское хозяйство. Вряд ли возможно выращивание хороших злаков, овощей и фруктов без применения удобрений. Производство в России давно уже поставлено на поток, более того, страна является одним из мировых лидеров по производству некоторых видов стимулирующих веществ. Где именно находятся предприятия, обеспечивающие страну и её партнёров удобрениями, и какие виды удобрений наиболее распространены в России?

Общая информация об отрасли

Начнём с теории. Производство минеральных удобрений в России и в других странах мира подразделяется на несколько видов. Азотные удобрения, лидером по выработке которых является Китай, способствуют формированию протеинов в растении, а также ускоряют рост и повышают урожайность. Что касается фосфорных удобрений, первенство в производстве которых достаётся США, они позволяют сформировать прочную корневую систему, а также улучшают процесс фотосинтеза. Третья категория - калийные удобрения, главным экспортёром которых является Канада, помогают выработать устойчивость к засухе и болезням.

На мировом рынке Россия занимает одно из лидирующих мест среди производителей. Это объясняется тем, что сырьё для производства минеральных удобрений в России гораздо более разнообразное, чем во многих других странах, обусловлено это огромной территорией страны, где встречаются самые разные полезные ископаемые. Стоит отметить, что после слияния двух крупнейших в России компаний, а именно - «Уралкалия» и «Сильвинита», на мировом рынке появился явный конкурент канадского лидера-производителя комплексных минеральных удобрений.

Отрасль в России

Основные заводы по производству минеральных удобрений в России были построены ещё в советские времена. Но если тогда они ориентировались исключительно на потребности Советского союза, то сегодня их основной задачей является удовлетворение мирового спроса на удобрения: доля России на мировом рынке различных видов минеральных удобрений составляет на сегодняшний момент 6%. В связи с этим важную роль в размещении предприятий по производству удобрений стал играть не только сырьевой, но и экспортный фактор - неудачное месторасположение завода повлечёт за собой дополнительные затраты на транспортировку.

Азотные удобрения

Наибольшее количество российских предприятий этой области находится в секторе азотных удобрений. Крупные центры производства минеральных удобрений в России представлены такими промышленными гигантами, как «Еврохим», «Уралхим» и «Акрон».

Основным экспортируемым продуктом в данной сфере является аммиак и его производное - карбамид. Перспективным регионом является Дальний Восток, где сосредоточены большие запасы исходного сырья - природного газа. Крупные центры производства минеральных удобрений в России поддерживают и такие компании с мировым именем, как «Газпром», запустившие газопровод «Сахалин-Хабаровск-Владивосток», а также новый канал передачи удобрений в Азию, что позволит существенно снизить расходы на транспортировку.

Фосфорные удобрения

В сегменте фосфорных удобрений центры производства минеральных удобрений в России - города Балаков (с предприятием «Балаковские минеральные удобрения», на долю которого приходится около 60% производимых в стране фосфорных удобрений) и Череповец (с холдингом «ФосАгро-Череповец»).

В принципе, экономическая ситуация в этом сегменте более или менее стабильная, хотя в последние годы наблюдается тенденция к снижению объёмов производства. Связано это с тем, что прежний основной партнёр, Индия, стал устанавливать неоправданно низкие цены, таким образом, подобная торговля была нецелесообразна для России. Основной задачей предприятий сегодня является модернизация с целью расширения ассортиментного ряда продукции. Перспективными партнёрами в сфере фосфорных удобрений эксперты считают страны Африки и Латинской Америки.

Калийные удобрения

Калийный сегмент - самый нестабильный в этой отрасли. В начале века, в связи с экономическим кризисом, наблюдался постоянный спад спроса, серьёзно повлиял на производство минеральных удобрений в России и разрыв с предприятием-партнёром «Беларуськалием». Основной производитель в данной области, «Уралкалий», смог скорректировать ситуацию снижением цен на экспорт.

Основными партнёрами России в этой отрасли являются Китай и Бразилия. Стоит отметить также то, что «Уралкалий» пересмотрел свою инвестиционную политику: в модернизацию будет вложено меньшее количество средств, что позволит избежать перепроизводства и застоя товара на складах.

Расположение основных предприятий

Главные районы производства минеральных удобрений в России сосредоточены в европейской части страны - это связано с тем, что основные сырьевые запасы находятся именно в этом регионе, тогда как Восток ещё недостаточно изучен в этом направлении. Основные производственные мощности сместились на Урал, хотя ранее центральный регион России был равномерно задействован в химической промышленности. Сейчас же, в связи с переориентацией отрасли на восток, прежнее размещение предприятий не является целесообразным.

Стоит отметить, что размещение предприятий-производителей обуславливается в большинстве своём экспортным фактором, так что существует тенденция к расположению их либо около непосредственных потребителей, либо около газопроводов, по которым можно передавать тот же аммиак, который является основой производства азотных удобрений; та же самая тенденция есть и в фосфатном сегменте: здесь главную роль играет наличие потребителя, именно поэтому большая часть заводов располагается в крупных сельскохозяйственных районах.

Текущее состояние отрасли

Крупнейшие центры производства минеральных удобрений в России - такие предприятия, как «Уралхим», «Еврохим», «Россошь» и «Акрон». Они занимаются экспортом комплексных удобрений, то есть сочетают несколько видов одновременно.

Резюмируя вышесказанное, стоит отметить, что Россия обладает уникальными сырьевыми запасами - масштабы её территории позволяют без особых затрат производить любые виды удобрений. В связи с тем, что промышленность больше ориентируется всё же на экспорт, эксперты отмечают недостаток удобрений в российских сельских хозяйствах: количество, которое применяется в сельхоз угодьях сравнимо с тем, что используется в Африке, но никак не в развитых странах. Рынок защищён от потрясений и относительно стабилен, так как отрасль относительно монопольна и контролируется крупными и устойчивыми концернами. Изменить текущую ситуацию может только неожиданное обнаружение залежей полезных ископаемых на Востоке, которое поможет существенно расширить географию области.

Перспективы развития

Производство минеральных удобрений в России сейчас полностью зависит от того, сможет ли страна преодолеть мировую конкуренцию. Остро стоит вопрос модернизации предприятий, направленной на снижение расходов энергии при производстве: мировой рынок постепенно насыщается более дешёвой продукцией, конкурировать с которой российские производители пока не в силах.

Что касается внутренних продаж, всё в руках государства: от размеров дотаций субъектам сельского хозяйства будет зависеть и внутренний спрос на удобрения. В последнее время политика России направляется на расширение угодий и посевных площадей, что невозможно без использования различных видов удобрений.

Заключение

Обобщая выше сказанное, следует отметить, что, несмотря на ряд трудностей, производство минеральных удобрений в России находится на очень высоком уровне и демонстрирует тенденции к развитию отрасли. Более того, нынешняя ориентация государства на развитие сельского хозяйства, а также повышение мирового спроса на удобрения являются отличнейшими стимулами для модернизации предприятий и расширения их ассортимента. Вполне вероятно, что именно это поможет России улучшить свои позиции на мировом рынке, переориентировавшись на новых, пока ещё неискушённых партнёров.