Из чего состоит аммиак: Свойства аммиака – химические и физические

Содержание

Аммиак газ, физические свойства аммиака, химические свойства аммиака.

Продажа Производство Доставка

Газообразный

Жидкий

Аммиак — NH3, нитрид водорода, при нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта), почти вдвое легче воздуха, ядовит. Растворимость NH3 в воде чрезвычайно велика — около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды. В холодильной технике носит название R717, где R — Refrigerant (хладагент), 7 — тип хладагента (неорганическое соединение), 17 — молекулярная масса.

Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Три неспаренных p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи N−H), четвёртая пара внешних электронов является неподелённой, она может образовать донорно-акцепторную связь с ионом водорода, образуяион аммония NH4+. Благодаря тому, что не связывающее двухэлектронное облако строго ориентировано в пространстве, молекула аммиака обладает высокой полярностью, что приводит к его хорошей растворимости в воде.

В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями. Сравнение физических свойств жидкого аммиака с водой показывает, что аммиак имеет более низкие температуры кипения (tкип −33,35 °C) и плавления (tпл −77,70 °C), а также более низкую плотность, вязкость (вязкость жидкого аммиака в 7 раз меньше вязкости воды), проводимость и диэлектрическую проницаемость. Это в некоторой степени объясняется тем, что прочность этих связей в жидком аммиаке существенно ниже, чем у воды, а также тем, что в молекуле аммиака имеется лишь одна пара неподелённых электронов, в отличие от двух пар в молекуле воды, что не дает возможность образовывать разветвлённую сеть водородных связей между несколькими молекулами. Аммиак легко переходит в бесцветную жидкость с плотностью 681,4 кг/м³, сильно преломляющую свет. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования водородных связей. Жидкий аммиак практически не проводит электрический ток. Жидкий аммиак — хороший растворитель для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. Твёрдый аммиак — бесцветные кубические кристаллы.

Химические свойства
  • Благодаря наличию неподеленной электронной пары во многих реакциях аммиак выступает как нуклеофил или комплексообразователь. Так, он присоединяет протон, образуя ион аммония:
NH3 + H+ → NH4+
  • Водный раствор аммиака («нашатырный спирт») имеет слабощелочную реакцию из-за протекания процесса:
NH3 + H2O → NH4+ + OH; Ko=1,8×10−5
  • Взаимодействуя с кислотами даёт соответствующие соли аммония:
NH3 + HNO3 → NH4NO3
  • Аммиак также является очень слабой кислотой (в 10 000 000 000 раз более слабой, чем вода), способен образовывать с металлами соли — амиды. Соединения, содержащие ионы NH2, называются амидами, NH2− — имидами, а N3− — нитридами. Амиды щелочных металлов получают, действуя на них аммиаком:
2NH3 + 2К = 2KNH2 + Н2

Амиды, имиды и нитриды ряда металлов образуются в результате некоторых реакций в среде жидкого аммиака. Нитриды можно получить нагреванием металлов в атмосфере азота.

Амиды металлов являются аналогами гидроксидов. Эта аналогия усиливается тем, что ионы ОН и NH2, а также молекулы Н2O и NH3 изоэлектронны. Амиды являются более сильными основаниями, чем гидроксиды, а следовательно, подвергаются в водных растворах необратимому гидролизу:

NaNH2 + H2O → NaOH + NH3
CaNH + 2H2O → Ca(OH)2 + NH3
Zn3N2 + 6H2O → 3Zn(OH)2 + 2NH3

и в спиртах:

KNH2 + C2H5OH → C2H5OK + NH3

Подобно водным растворам щелочей, аммиачные растворы амидов хорошо проводят электрический ток, что обусловлено диссоциацией:

MNH2 → M+ + NH2

Фенолфталеин в этих растворах окрашивается в красный цвет, при добавлении кислот происходит их нейтрализация. Растворимость амидов изменяется в такой же последовательности, что и растворимость гидроксидов: LiNH2 — нерастворим, NaNH2 — малорастворим, KNH2, RbNH2 и CsNH2 — хорошо растворимы.

  • При нагревании аммиак проявляет восстановительные свойства. Так, он горит в атмосфере кислорода, образуя воду и азот. Окисление аммиака воздухом на платиновом катализаторе даёт оксиды азота, что используется в промышленности для получения азотной кислоты:
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H20
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

На восстановительной способности NH3 основано применение нашатыря NH4Cl для очистки поверхности металла от оксидов при их пайке:

3CuO + 2NH4Cl → 3Cu + 3H2O +2HCl + N2

Окисляя аммиак гипохлоритом натрия в присутствии желатина, получают гидразин:

2NH3 + NaClO → N2H4 + NaCl + H2O
  • Галогены (хлор, йод) образуют с аммиаком опасные взрывчатые вещества — галогениды азота (хлористый азот, иодистый азот).
  • С галогеноалканами аммиак вступает в реакцию нуклеофильного присоединения, образуя замещённый ион аммония (способ получения аминов):
NH3 + CH3Cl → CH3NH3Cl (гидрохлорид метиламмония)
  • С карбоновыми кислотами, их ангидридами, галогенангидридами, эфирами и другими производными даёт амиды. С альдегидами и кетонами — основания Шиффа, которые возможно восстановить до соответствующих аминов(восстановительное аминирование).
  • При 1000 °C аммиак реагирует с углём, образуя HCN и частично разлагаясь на азот и водород. Также он может реагировать с метаном, образуя ту же самую синильную кислоту:
CH4 + NH3 + 1,5O2 → HCN + 3H2O

История названия

Аммиак (в европейских языках его название звучит как «аммониак») своим названием обязан оазису Аммона в Северной Африке, расположенному на перекрестке караванных путей. В жарком климате мочевина (NH2)2CO, содержащаяся в продуктах жизнедеятельности животных, разлагается особенно быстро. Одним из продуктов разложения и является аммиак. По другим сведениям, аммиак получил своё название от древнеегипетского слова

амониан. Так называли людей, поклоняющихся богу Амону. Они во время своих ритуальных обрядов нюхали нашатырь NH4Cl, который при нагревании испаряет аммиак.

Жидкий аммиак

Жидкий аммиак, хотя и в незначительной степени, диссоциирует на ионы, в чём проявлется его сходство с водой:

2NH3 → NH4+ + NH2

Константа самоионизации жидкого аммиака при −50 °C составляет примерно 10−33 (моль/л)².

Жидкий аммиак, как и вода, является сильным ионизирующим растворителем, в котором растворяется ряд активных металлов: щелочные, щёлочноземельные, Mg, Al, а также Eu и Yb. Растворимость щелочных металлов в жидком NH3 составляет несколько десятков процентов. В жидком аммиаке NH3 также растворяются некоторые интерметаллиды, содержащие щелочные металлы, например Na

4Pb9.

Разбавленные растворы металлов в жидком аммиаке окрашены в синий цвет, концентрированные растворы имеют металлический блеск и похожи на бронзу. При испарении аммиака щелочные металлы выделяются в чистом виде, а щелочноземельные — в виде комплексов с аммиаком [Э(NH3)6] обладающих металлической проводимостью. При слабом нагревании эти комплексы разлагаются на металл и NH3.

Растворенный в NH3 металл постепенно реагирует с образованием амида:

2Na + 2NH3 → 2NaNH2 + H2­

Получающиеся в результате реакции с аммиаком амиды металлов содержат отрицательный ион NH2, который также образуется при самоионизации аммиака. Таким образом, амиды металлов являются аналогами гидроксидов. Скорость реакции возрастает при переходе от Li к Cs. Реакция значительно ускоряется в присутствии даже небольших примесей H2O.

Металлоаммиачные растворы обладают металлической электропроводностью, в них происходит распад атомов металла на положительные ионы и сольватированные электроны, окруженные молекулами NH3. Металлоаммиачные растворы, в которых содержатся свободные электроны, являются сильнейшими восстановителями.

Комплексообразование

Благодаря своим электронодонорным свойствам, молекулы NH3 могут входить в качестве лиганда в комплексные соединения. Так, введение избытка аммиака в растворы солей d-металловприводит к образованию их аминокомплексов:

CuSO4 + 4NH3 → [Cu(NH3)4]SO4
Ni(NO3)2 + 6NH3 → [Ni(NH2)6](NO3)2

Комплексообразование обычно сопровождается изменением окраски раствора, так в первой реакции голубой цвет (CuSO4) переходит в темно-синий (окраска комплекса), а во второй реакции окраска изменяется из зелёной (Ni(NO

3)2) в сине-фиолетовую. Наиболее прочные комплексы с NH3 образуют хром и кобальт в степени окисления +3.

Биологическая роль

Аммиак является конечным продуктом азотистого обмена в организме человека и животных. Он образуется при метаболизме белков, аминокислот и других азотистых соединений. Он высоко токсичен для организма, поэтому большая часть аммиака в ходе орнитинового цикла конвертируется печенью в более безвредное и менее токсичное соединение — карбамид (мочевину). Мочевина затем выводится почками, причём часть мочевины может быть конвертирована печенью или почками обратно в аммиак.

Аммиак может также использоваться печенью для обратного процесса — ресинтеза аминокислот из аммиака и кетоаналогов аминокислот. Этот процесс носит название «восстановительное аминирование». Таким образом из щавелевоуксусной кислоты получается аспарагиновая, из α-кетоглутаровой — глутаминовая и т. д.

Физиологическое действие

По физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы. Аммиак обладает как местным, так и резорбтивным действием.

Пары аммиака сильно раздражают слизистые оболочки глаз и органов дыхания, а также кожные покровы. Это мы и воспринимаем как резкий запах. Пары аммиака вызывают обильное слезотечение, боль в глазах, химический ожог конъюнктивы и роговицы, потерю зрения, приступы кашля, покраснение и зуд кожи. При соприкосновении сжиженного аммиака и его растворов с кожей возникает жжение, возможен химический ожог с пузырями, изъязвлениями. Кроме того, сжиженный аммиак при испарении поглощает тепло, и при соприкосновении с кожей возникает обморожение различной степени. Запах аммиака ощущается при концентрации 37 мг/м³.

Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны производственного помещения составляет 20 мг/м³. Следовательно, если чувствуется запах аммиака, то работать без средств защиты уже опасно. Раздражение зева проявляется при содержании аммиака в воздухе 280 мг/м³, глаз — 490 мг/м³. При действии в очень высоких концентрациях аммиак вызывает поражение кожи: 7—14 г/м³ — эритематозный, 21 г/м³ и более — буллёзныйдерматит. Токсический отёк лёгких развивается при воздействии аммиака в течение часа с концентрацией 1,5 г/м³. Кратковременное воздействие аммиака в концентрации 3,5 г/м³ и более быстро приводит к развитию общетоксических эффектов. Предельно допустимая концентрация аммиака в атмосферном воздухе населённых пунктов равна: среднесуточная 0,04 мг/м³; максимальная разовая 0,2 мг/м³.

В мире максимальная концентрация аммиака в атмосфере (больше 1 мг/м³) наблюдается на Индо-Гангской равнине, в Центральной долине США и в Южно-Казахстанской области .

Применение

Аммиак относится к числу важнейших продуктов химической промышленности, ежегодное его мировое производство достигает 150 млн. тонн. В основном используется для производства азотных удобрений (нитрат и сульфат аммония, мочевина), взрывчатых веществ и полимеров, азотной кислоты, соды (по аммиачному методу) и других продуктов химической промышленности. Жидкий аммиак используют в качестве растворителя.

В холодильной технике используется в качестве холодильного агента (R717)

В медицине 10% раствор аммиака, чаще называемый нашатырным спиртом, применяется при обморочных состояниях (для возбуждения дыхания), для стимуляции рвоты, а также наружно — невралгии, миозиты, укусы насекомых, обработка рук хирурга. При неправильном применении может вызвать ожоги пищевода и желудка (в случае приёма неразведённого раствора), рефлекторную остановку дыхания (при вдыхании в высокой концентрации).

Применяют местно, ингаляционно и внутрь. Для возбуждения дыхания и выведения больного из обморочного состояния осторожно подносят небольшой кусок марли или ваты, смоченный нашатырным спиртом, к носу больного (на 0,5–1 с). Внутрь (только в разведении) для индукции рвоты. При укусах насекомых — в виде примочек; при невралгиях и миозитах — растирания аммиачным линиментом. В хирургической практике разводят в тёплой кипяченой воде и моют руки.

Поскольку является слабым основанием при взаимодействии нейтрализует кислоты.

Физиологическое действие нашатырного спирта обусловлено резким запахом аммиака, который раздражает специфические рецепторы слизистой оболочки носа и способствует возбуждению дыхательного и сосудодвигательного центров мозга, вызывая учащение дыхания и повышение артериального давления.

Получение

Промышленный способ получения аммиака основан на прямом взаимодействии водорода и азота:

N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3(г) + 45,9 кДж

Это так называемый процесс Габера (немецкий физик, разработал физико-химические основы метода).

Реакция происходит с выделением тепла и понижением объёма. Следовательно, исходя из принципа Ле-Шателье, реакцию следует проводить при возможно низких температурах и при высоких давлениях — тогда равновесие будет смещено вправо. Однако скорость реакции при низких температурах ничтожно мала, а при высоких увеличивается скорость обратной реакции. Проведение реакции при очень высоких давлениях требует создания специального, выдерживающего высокое давление оборудования, а значит и больших капиталовложений. Кроме того, равновесие реакции даже при 700 °C устанавливается слишком медленно для практического её использования.

Применение катализатора (пористое железо с примесями Al2O3 и K2O) позволило ускорить достижение равновесного состояния. Интересно, что при поиске катализатора на эту роль пробовали более 20 тысяч различных веществ.

Учитывая все вышеприведённые факторы, процесс получения аммиака проводят при следующих условиях: температура 500 °C, давление 350 атмосфер, катализатор. Выход аммиака при таких условиях составляет около 30 %. В промышленных условиях использован принцип циркуляции — аммиак удаляют охлаждением, а непрореагировавшие азот и водород возвращают в колонну синтеза. Это оказывается более экономичным, чем достижение более высокого выхода реакции за счёт повышения давления.

Для получения аммиака в лаборатории используют действие сильных щелочей на соли аммония:

NH4Cl + NaOH = NH3↑ + NaCl + H2O.

Обычно лабораторным способом получают получают слабым нагреванием смеси хлорида аммония с гашеной известью. 2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O

Для осушения аммиака его пропускают через смесь извести с едким натром.

Очень сухой аммиак можно получить, растворяя в нём металлический натрий и впоследствии перегоняя. Это лучше делать в системе, изготовленной из металла под вакуумом. Система должна выдерживать высокое давление(при комнатной температуре давление насыщенных паров аммиака около 10 атмосфер)[2]. В промышленности аммиак осушают в абсорбционных колоннах.

Аммиак в медицине

При укусах насекомых аммиак применяют наружно в виде примочек. Возможны побочные действия: при продолжительной экспозиции (ингаляционное применение) аммиак может вызвать рефлекторную остановку дыхания. Местное применение противопоказано при дерматитах, экземах, других кожных заболеваниях, а также при открытых травматических повреждениях кожных покровов. При ингаляционном применении — рефлекторная остановка дыхания, при местном применении — раздражения, дерматиты, экземы в месте аппликации. Местное применение возможно только на неповрежденную кожу. При случайном поражении слизистой оболочки глаза промыть водой (по 15 мин через каждые 10 мин) или 5 % раствором борной кислоты. Масла и мази не применяют. При поражении носа и глотки — 0,5 % раствор лимонной кислоты или натуральные соки. В случае приема внутрь пить воду, фруктовый сок, молоко, лучше — 0,5 % раствор лимонной кислоты или 1 % раствор уксусной кислоты до полной нейтрализации содержимого желудка. Взаимодействие с другими лекарственными средствами неизвестно. (Инструкция по применению)

 

Аммиак: способы получения и химические свойства

 

Аммиак

 

Строение молекулы и физические свойства

 

В молекуле аммиака NH3 атом азота соединен тремя одинарными ковалентными полярными связями с атомами водорода:

Геометрическая форма молекулы аммиака — правильная треугольная пирамида. Валентный угол H-N-H составляет 107,3о:

 У атома азота в аммиаке на внешнем энергетическом уровне остается одна неподеленная электронная пара. Эта электронная пара оказывает значительное влиение на свойства аммиака, а также на его структуру. Электронная структура аммиака — тетраэдр , с атомом азота в центре:

Аммиак – бесцветный газ с резким характерным запахом. Ядовит. Весит меньше воздуха. Связь N-H — сильно полярная, поэтому между молекулами аммиака в жидкой фазе возникают водородные связи. При этом аммиак очень хорошо растворим в воде, т.к. молекулы аммиака образуют водородные связи с молекулами воды.

 

Способы получения аммиака

В лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами. Поскольку аммиак очень хорошо растворим в воде, для получения чистого аммиака используют твердые вещества.

Например, аммиак можно получить нагреванием смеси хлорида аммония и гидроксида кальция. При нагревании смеси происходит образование соли, аммиака и воды:

 

2NH4Cl    +  Са(OH)2   →   CaCl2  + 2NH3  +   2Н2O

 

Тщательно растирают ступкой смесь соли и основания и нагревают смесь. Выделяющийся газ собирают в пробирку (аммиак — легкий газ и пробирку нужно перевернуть вверх дном). Влажная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака.

Видеоопыт получения аммиака из хлорида аммония и гидроксида кальция можно посмотреть здесь.

Еще один лабораторный способ получения аммиака – гидролиз нитридов.

Например, гидролиз нитрида кальция:

 

Ca3N2    +   6H2O  →  ЗСа(OH)2    +    2NH3

 

В промышленности аммиак получают с помощью процесса Габера: прямым синтезом из водорода и азота.

N2    +   3Н2    ⇄    2NH3

 

Процесс проводят при температуре 500-550оС и в присутствии катализатора.  Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непровзаимодействовавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.

Более подробно про технологию производства аммиака можно прочитать здесь.

 

Химические свойства аммиака

 

1. В водном растворе аммиак проявляет основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H+), он превращается в ион аммония. Реакция может протекать и в водном растворе, и в газовой фазе:

:NH3   +   H2O    ⇄    NH4+   +   OH

 

Таким образом, среда водного раствора аммиака – щелочная. Однако аммиак – слабое основание. При 20 градусах один объем воды поглощает до 700 объемов аммиака.

Видеоопыт растворения аммиака в воде можно посмотреть здесь.

2. Как основание, аммиак взаимодействует с кислотами в растворе и в газовой фазе с образованием солей аммония.

Например, аммиак реагирует с серной кислотой с образованием либо кислой соли – гидросульфата аммония (при избытке кислоты), либо средней соли – сульфата аммония (при избытке аммиака):

 

NH3    +    H2SO4    →    NH4HSO4

2NH3   +   H2SO4    →   (NH4)2SO4

 

Еще один пример: аммиак взаимодействует с водным раствором углекислого газа с образованием карбонатов или гидрокарбонатов аммония:

 

NH3    +    H2O   + CO2  →    NH4HCO3

2NH3   +   H2O   + CO2    →   (NH4)2CO3

 

Видеоопыт взаимодействия аммиака с концентрированными кислотами – азотной, серной и и соляной можно посмотреть  здесь.

В газовой фазе аммиак реагирует с летучим хлороводородом. При этом образуется густой белый дым – это выделяется хлорид аммония. 

 

NH3   +   HCl  →   NH4Cl

 

Видеоопыт взаимодействия аммиака с хлороводородом в газовой фазе (дым без огня) можно посмотреть здесь.

 

3. В качестве основания, водный раствор аммиака реагирует с растворами солей тяжелых металлов, образуя нерастворимые гидроксиды.

Например, водный раствор аммиака реагирует с сульфатом железа (II) с образованием сульфата аммония и гидроксида железа (II):

FeSO4  + 2NH3  + 2H2O  →  Fe(OH)2  + (NH4)2SO4

 

4. Соли и гидроксиды меди, никеля, серебра растворяются в избытке аммиака, образуя комплексные соединения – аминокомплексы.

Например, хлорид меди (II) реагирует с избытком аммиака с образованием хлорида тетрамминомеди (II):

4NH3    +  CuCl2  →  [Cu(NH3)4]Cl2

Гидроксид меди (II) растворяется в избытке аммиака:

4NH3    +   Cu(OH)2   → [Cu(NH3)4](OH)2

 

5. Аммиак горит на воздухе, образуя азот и воду:

4NH3    +   3O2    →  2N2   +   6H2O

Если реакцию проводить в присутствии катализатора (Pt), то азот окисляется до NO:

4NH3    +   5O2    →    4NO  +   6H2O

 

6. За счет атомов водорода в степени окисления +1 аммиак может выступать в роли окислителя, например в реакциях с щелочными, щелочноземельными металлами, магнием и алюминием. С металлами реагирует только жидкий аммиак.

Например, жидкий аммиак реагирует с натрием с образованием амида натрия:

2NH3   +    2Na   →   2NaNH2   +  H2

 Также возможно образование Na2NHNa3N.

При взаимодействии аммиака с алюминием образуется нитрид алюминия:

2NH3    +   2Al   →   2AlN   +   3H2

 

7. За счет азота в степени окисления -3 аммиак проявляет восстановительные свойства. Может взаимодействовать с сильными окислителями — хлором, бромом, пероксидом водорода, пероксидами и оксидами некоторых металлов. При этом азот окисляется, как правило, до простого вещества.

Например, аммиак окисляется хлором до молекулярного азота:

2NH3    +   3Cl2    →  N2   +   6HCl

Пероксид водорода также окисляет аммиак до азота:

2NH3    +   3H2O2    →  N2   +   6H2O

Оксиды металлов, которые в электрохимическом ряду напряжений металлов расположены справа — сильные окислители. Поэтому они также окисляют аммиак до азота.

Например, оксид меди (II) окисляет аммиак:

2NH3    +   3CuO   →    3Cu   +   N2   +   3H2O

Прокормить человечество станет дешевле

Российские ученые удешевили процесс производства самого тоннажного в мире химиката — аммиака

Ежегодно в мире производится 200 млн тонн аммиака, примерно 25 килограммов на каждого жителя планеты. Россия входит в тройку лидеров по объемам его производства. Аммиак широко применяется в мире для производства азотных удобрений, которые незаменимы для повышения урожайности. Азот необходим всем живым организмам, поскольку он входит в состав многих белков и аминокислот. И хотя атмосфера Земли почти на 80% состоит из молекулярного азота (N2), в такой форме он практически не усваивается организмами. Поэтому человечество производит так много удобрений, которые содержат азот в связанной форме, то есть в виде разных химических соединений с другими атомами, из которых живым организмам уже гораздо проще извлечь азот для своих нужд. А большинство азотных удобрений, в свою очередь, получают из аммиака (NH3). В настоящее время азотные удобрения — это значимый фактор в обеспечении продовольственной безопасности.

 Большинство азотных удобрений, которые являются значимым фактором в обеспечении продовольственной безопасности, получают из аммиака. Помимо этого из аммиака получают различные виды пластиков, взрывчатые вещества, хладагенты для бытового и промышленного оборудования, нашатырный спирт и добавки в стройматериалы, обеспечивающие их морозостойкость. Аммиак применяется даже в микроэлектронике

Помимо этого из аммиака получают различные виды пластиков, взрывчатые вещества, хладагенты для бытового и промышленного оборудования, нашатырный спирт и добавки в стройматериалы, обеспечивающие их морозостойкость. Аммиак применяется даже в микроэлектронике.

Широкий спектр применения и тоннажность производства аммиака означают, что удешевление метода его получения может дать огромный экономический эффект. Содружество ученых-химиков из Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева, Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева и Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского разработало новый процесс синтеза аммиака, применив гибридную технологию, сочетающую возможности мембранной очистки и современных абсорбентов. Они доказали, что таким образом можно получать аммиак чистотой до 99%, затрачивая гораздо меньше энергии.

Руководитель проекта профессор Илья Воротынцев, заведующий лабораторией SMART полимерных материалов и технологий РХТУ

Личный архив Ильи Воротынцева

Новый метод

Инновация российских ученых состоит в применении мембранной технологии в процессе получения аммиака. «Руководящая роль в нашем содружестве принадлежит ученым РХТУ имени Менделеева. Часть исследований проведена в Нижнем Новгороде. Университет Лобачевского, например, занимался аналитической работой», — рассказал «Стимулу» руководитель проекта профессор Илья Воротынцев, заведующий лабораторией SMART полимерных материалов и технологий РХТУ. Исследовательская работа заняла два года и проходила при поддержке Российского научного фонда.

Разработанная учеными гибридная технология очистки газов протекает в аппарате их собственной конструкции. Он разделен мембраной на две части: в верхнюю поступает смесь газов — NH3, N2, H2 (аммиак, азот и водород), — которая пропускается через абсорбент, нанесенный на мембрану. Она накапливает большие количества аммиака и почти не абсорбирует азот и водород, которые выходят обратно из абсорбента в ту же самую полость над мембраной. Молекулы же аммиака (NH3) выводятся из абсорбента через мембрану в другую часть аппарата: между полостями над мембраной и под ней создают большой перепад давления, под действием которого аммиак диффундирует через мембрану в нижнюю часть аппарата, из которой отводят поток очищенного газа. Результаты исследований опубликованы в высокорейтинговом журнале Chemical Engineering Journal.

Схематическое изображение установки для очистки газообразной смеси продуктов синтеза аммиака

Пресс-служба Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева

«Зеленые» растворители

В качестве абсорбента ученые использовали четыре разных вещества, которые, по предварительным данным, выглядели перспективными для очистки аммиака. Все они были глубокими эвтектическими растворителями, ГЭР (эвтектической называется такая смесь двух веществ, температура плавления которой ниже температуры плавления отдельных компонентов). Такие растворители получают из доступных реагентов с помощью простого синтеза, а поскольку они остаются жидкими в широком диапазоне температур, их принято считать перспективными классом «зеленых» растворителей.

 Промышленный процесс получения аммиака был разработан немецким химиком Фрицем Габером в 1909 году. В 1913 году фирма BASF построила первый завод по синтезу аммиака. Затем технология распространилась по всему миру. В СССР производство аммиака началось в 1928 году на Чернореченском заводе в Дзержинске

Исследователи работали с тремя уже испытанными ГЭР на основе тиоцианата аммония, которые, по данным литературы, могут абсорбировать большие количества аммиака, и одним уникальным составом на основе метансульфоната 1-бутил-3-метилимидазолия, который был перспективен уже по данным предварительных экспериментов исследователей.

Лучший результат в лаборатории показал абсорбент на основе ГЭР из тиоцианата аммония, смешанного с глицеролом: с ним чистота аммиака на выходе составляла почти 99%. Однако после повышения скорости подачи газовой смеси эффективность этого абсорбента сильно падала, что может быть критично при масштабировании технологии до реального производства. Поэтому для внедрения в производство ученые склонны рекомендовать растворители на основе смеси тиоцианата аммония и мочевины или этиленгликоля: с ними чистота аммиака даже при повышенных скоростях подачи составляла от 98,4 до 98,7%, что сопоставимо с промышленными показателями.

Карл Бош, Нобелевская премия по химии за 1931 год (1/2 премии, совместно с Фридрихом Бергиусом). Формулировка Нобелевского комитета: «За заслуги по введению и развитию методов высокого давления в химии. Фриц Габер, Нобелевская премия по химии 1918 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За синтез аммиака из составляющих его элементов»

bbvaopenmind.com

Скачок через сто лет

Промышленный процесс получения аммиака был разработан немецким химиком Фрицем Габером в 1909 году. Он решал как научную задачу химического связывания азота, содержащегося в атмосферном воздухе, так и технологическую — возможность промышленного производства. Аппаратуру для синтеза аммиака разработал инженер Карл Бош. Габер получил аммиак при температуре 600 °С и давлении 17,5 МПа, используя в качестве катализатора порошкообразный осмий. В 1913 году фирма BASF построила первый завод по синтезу аммиака. Затем технология распространилась по всему миру. В СССР производство аммиака началось в 1928 году на Чернореченском заводе в Дзержинске (сейчас предприятие, основанное в 1915 году, называется ООО «Корунд»).

Фриц Габер, известный также как отец химического оружия, свою Нобелевскую премию по химии 1918 года получил все же именно за процесс производства аммиака.

 Содружество российских ученых-химиков разработало новый процесс синтеза аммиака, применив гибридную технологию, сочетающую возможности мембранной очистки и современных абсорбентов. Они доказали, что таким образом можно получать аммиак чистотой до 99%, затрачивая гораздо меньше энергии

«Процесс Габера—Боша очень простой: взяли азот, водород, катализатор и получили аммиак. Но он настолько элегантно сделан, что все его улучшения до настоящего времени носили технологический характер — менялось технологическое оформление того же самого процесса. Тогда была другая по качеству запорная арматура и компрессорное оборудование, чем сейчас. И только благодаря этому промышленное производство аммиака на современных заводах отличается по эффективности от того процесса, который был создан более ста лет назад. Улучшение происходило эволюционно: стала лучше техника — повысилась эффективность», — рассказал Илья Воротынцев.

Улучшить саму суть процесса ученые пытались неоднократно, но это не приносило успеха до тех пор, пока российские химики не применили мембранную технологию — не добавили блок разделения аммиака и способ выделения продукта из зоны реакции, значительно снизив энергозатраты. «Мы считаем, что здесь должен быть экономический эффект», — говорит Илья Воротынцев. По его словам, даже если снизить затраты на доли процента, удастся сэкономить огромные деньги — миллионы, миллиарды. А там будут не доли процента, а гораздо больше. Более точные расчеты ученые собираются произвести с привлечением технологов.

Дорога на завод

На данный момент российские химики имеют лабораторную установку и обсуждают вариант создания большого промышленного модуля, который можно поставить на заводе. В России таких предприятий много. По оценке Ильи Воротынцева, эта работа займет пару лет. «Получить экономический эффект можно будет уже через четыре года», — полагает эксперт.

 Улучшить саму суть процесса ученые пытались неоднократно, но это не приносило успеха до тех пор, пока российские химики не применили мембранную технологию — не добавили блок разделения аммиака и способ выделения продукта из зоны реакции, значительно снизив энергозатраты

Но у науки и производства разная логика. «Ученые и производственники мыслят по-разному. У нас есть идея, мы ее проверили, посмотрели, протестировали, вроде как работает. Дальше появляется какая-то другая идея. А у них есть завод, оборудование, завод работает. И чтобы они пошли на внедрение инноваций, мы должны им доказать, что наша идея будет работать в течение долгого времени и все капитальные затраты, которые компания понесет, окупятся, показать, насколько увеличится ее прибыль. Это основная причина того, что производственники не очень ратуют за инновации в непосредственном виде, когда нужно что-то поменять на работающем заводе. Им выгодна стабильность, когда у них все работает в том виде, в котором есть», — пояснил Илья Воротынцев.

У Ильи Воротынцева и его коллег уже есть опыт успешного применения гибридного процесса в микроэлектронике. «Мы уже применяли наш гибридный процесс для синтеза хлористого водорода, организовывали по заданию нобелевского лауреата Жореса Ивановича Алферова производство высокочистого аммиака для микроэлектроники (для производства светодиодов), — рассказал Илья Воротынцев. — А теперь наши интересы сместились в область более массового производства». Козырем тут, по его мнению, может стать существенный экономический эффект и возможность технологического лидерства в самом тоннажном в мире производстве.

Аммиак

Группа компаний «ГИАП» располагает разработками, на основе которых была создана крупнейшая в мире и передовая по уровню технических решений азотная промышленность, а также решениями для модернизации производств по увеличению мощности крупных агрегатов аммиака

Решения ГИАП для производств аммиака

Установка осушки свежего синтез-газа. 

Установка предназначена для полного удаления влаги и кислородсодержащих соединений
из свежего синтез-газа перед подачей его в контур синтеза аммиака.

Основные цели внедрения установки:

  • Снижение удельного энергопотребления
  • Увеличение производительности агрегата 

 

 

Конверсия природного газа по технологии «Тандем». 

Система «Тандем» состоит из двух основных аппаратов: трубчатого реактора и реактора вторичного риформинга, связанных между собой двумя трубопроводами. Кроме этого, имеется система рекуперации тепла отходящих потоков и предварительного нагрева входящих потоков. Эта система может быть интегрирована в нитку для производства аммиака, метанола или водорода. Система «Тандем» позволяет получать конвертированный газ, пригодный для производства водорода, аммиака, метанола, высших спиртов и СЖТ.

Основные преимущества системы «Тандем»:

  • Низкое потребление природного газа — до 695 – 800 нм3/т аммиака.
  • Отсутствие вредных выбросов в атмосферу.
  • Высокая надежность оборудования

 

Усовершенствованная конструкция радиальной насадки колонны синтеза аммиака.

Отличительной особенностью радиальной насадки колонны синтеза конструкции ГИАП является наличие дополнительных перфорированных коллекторов, установленных по периметру катализаторной корзины у газоподводящей стенки.

Такая конструкция насадки позволяет:

  • Равномерно распределить газовый поток по слою катализатора;
  • Снизить гидравлическое сопротивление колонны синтеза;
  • Исключить разрушение катализаторной сетки и прилегающего слоя катализатора;

 

Технические решения ГИАП по модернизации крупнотоннажных агрегатов аммиака

Основываясь на большом опыте, ГИАП может предложить технические решения, направленные на:

  • Увеличение производительности
  • Снижение энергопотребления
  • Повышение надежности работы оборудования

 

преимущества и недостатки безводного аммиака — Latifundist.com

01

Что такое безводный аммиак?

Безводный аммиак — высококонцентрированное азотное удобрение (82,3% азота). По внешнему виду представляет собой бесцветную подвижную жидкость с резким запахом. При попадании в почву превращается в газ и образует гидроксид аммония, который быстро схватывается почвой, не вымывается и не улетучивается.

Каковы преимущества и недостатки использования безводного аммиака в качестве основного азотного удобрения, какие существуют нюансы транспортировки и внесения в почву, разбирался Latifundist.com. Помогали нам в этом эксперты компаний «СБПМ» и «Агроинновации».

02

Когда и под какие культуры вносится?

Безводный аммиак вносят под зерновые, технические культуры, овощи, сахарную свеклу. Работы по внесению удобрения проводятся либо поздней осенью под зяблевую вспашку, либо ранней весной за три недели до посева, чтобы избежать ожогов семян и слабых всходов. Поскольку безводный аммиак вносится во влажную почву, то оптимальное время внесения для засушливых регионов — весна.

Использовать его можно и для подкормки пропашных культур. В таком случае его рекомендуют закладывать на расстояние 10-12 мм от растений или же на середину междурядий. В противном случае растения могут получить ожоги.

03

Какой должна быть температура почвы?

Специалисты отмечают, что для того, чтобы безводный аммиак работал наиболее эффективно, оптимальная температура почвы должна быть не выше 10 °С, а температура воздуха — не выше 15 °С.

04

Какова глубина внесения удобрения в почву?

Жидкий аммиак вносят на глубину до 18-25 см в зависимости от механического состава почвы. При внесении нужно учитывать влажность грунта. При недостаточном содержании влаги в почве неизбежны значительные потери азота. Но если почва будет переувлажнена, возникнут технические проблемы — грунт будет налипать на рабочие органы культиватора-аппликатора. Из-за возможного забивания трубок аппликатора равномерность распределения азота будет ухудшаться, возможны его потери. Более подробно об особенностях внесения безводного аммиака в грунт можно узнать из материала наших коллег с сайта Superagronom.com.

05

Как подготовить почву?

Вноситься он может под разные виды обработки почвы: традиционную, минимальную, нулевую и no-till. Также нужно учитывать состав почвы. Как отмечают специалисты Университета штата Пенсильвания, для грубых и каменистых почв лучше использовать другой вид азотных удобрений, поскольку из-за камней грунтовые ножи культиватора будут выпадать из почвы и азот будет выветриваться в атмосферу. О том, как подготавливают почву к внесению безводного аммиака в агрофирме «МЮННТ», рассказал в видеоблоге на канале «Агросфера» исполнительный директор Николай Монашок.

«При внесении безводного аммиака главное, чтобы была влажная почва… Глубина внесения — 15-18 см, скорость культиватора должна быть не более 10 км/ч, в зависимости от почвы. Если скорость будет больше, то культиватор начнет прыгать и начнутся потери удобрения. При внесении из-под лапы не должен выходить газ. Под аммиак должна быть хорошо подготовлена почва: либо культивация, либо хорошее рыхление. Неровностей не должно быть, в противном случае удобрение будет на 10-30% выветриваться. Поэтому наша задача — хорошо подготовить почву, чтобы при внесении аммиак не выветривался, а сразу связывался с влажной почвой», — отметил  Николай Монашок.

06

Какие нормы внесения аммиака для разных культур?

Специалисты компании «Агроинновации» рекомендуют придерживаться таких норм внесения аммиака за один прием:

  • под зерновые — 60-150 кг/га;
  • под технические культуры — 60-120 кг/га;
  • под овощи — 50-70 кг/га;
  • под сахарную свеклу — 120-200 кг/га на фоне фосфорно-калийных удобрений.

07

Какая техника используется для внесения жидкого аммиака?

Комплекс для внесения безводного аммиака в почву состоит из трактора, прицепа, системы дозирования и специального ленточного агрегата — аммиачного культиватора. Производительность одного комплекса 180-200 га в сутки. В основном используются тракторы фирм Case, John Deere и культиваторы Blu-Jet, DMI. Средняя стоимость одного комплекса составляет около $300 тыс.

Компании, которые занимаются внесением аммиака — агрохимы. Они управляют комплексами по внесению и закрывают логистику последней мили (доставка от вагона/трубы в поле).

08

Как хранят безводный аммиак?

Хранят и перевозят безводный аммиак в специальных толстостенных стальных цистернах под давлением. Цистерна должна заполняться не более чем на 85%, поскольку при повышении внешней температуры внутри цистерны температура жидкости также повышается, что приводит к ее расширению. При неправильном открытии крышки или крана аммиак разбрызгивается, в результате человек может получить ожоги. 

В Украине аммиачными хранилищами владеют крупные химические заводы («Одесский припортовый завод», «Северодонецкое объединение «Азот», «Азот» (г. Черкассы), «Ривнеазот», «Сумыхимпром»), а также эксплуатируются легально несколько больших складов для хранения безводного аммиака общим объемом около 5 тыс. т и мелкие склады, объемом до 200 т, которые используются в небольших фермерских хозяйствах. 

Собственный склад хранения аммиака есть у агрокомпании «Земля и Воля». На строительство потратили около $15 млн. Аммиак поставляется в цистернах с давлением 22-23 атмосферы. Вносят его в грунт с помощью специальных агрегатов, закупленных в США.

«Мы отказались от аммиачной селитры, на которой сидел весь Советский Союз. Она окисляет и уничтожает почву. Кислотность повышается. Мы вносим безводный аммиак… Я покупаю удобрения, когда их никто не берет. Тот же аммиак, если ты его купил и привез, надо сразу вносить. Ты заложник времени и цены. А я — нет, ведь у меня есть терминал для хранения аммиака. Я уже завез 20 дней назад аммиак на весь урожай 2020 года. Знаете, сколько я сэкономил на тонне? 4,5 тыс. грн. Когда он стоит 12-13 тыс. грн, я беру за 8 тыс.», — рассказал в интервью генеральный директор Леонид Яковишин.

09

Аммиак чьего производства получают украинские аграрии?

В Украине есть аммиак как собственного производства, так и импортного. 

«Из года в год объемы импорта и производства в разы отличаются. Но тенденция наблюдается в сторону увеличения импорта, поскольку внутренний производитель вынужден конкурировать с дешевым российским аммиаком (базовое сырье для аммиака природный газ). Также нужно учитывать специфику внутреннего производителя, который монополизирует рынок и поднимает стоимость аммиака. Именно импорт сдерживает рост цены у производителя. Здоровая конкуренция только на пользу конечному потребителю», — отметил директор «СБПМ» Евгений Воробьев.

Читать по теме: Крупнейшие производители минеральных удобрений в Украине

В 2019 году «СБПМ» отгрузила на рынок порядка 50 тыс. т, что составило 10% рынка импортного аммиака.

«Планируем на 2020 выполнить объем в 70 тыс. т. Дополнительно видим развитие новых направления по сбыту аммиака», — рассказал директор.

10

Какие существуют нюансы транспортировки аммиака?

Транспортировка аммиака в Украину осуществляется железнодорожным транспортом в цистернах, магистральным аммиакопроводом и специальным автотранспортом. Поскольку аммиак является особо опасным грузом, то для его транспортировки необходима специальная лицензия. 

«Наша компания осуществляет все три типа поставок аммиака в Украину. Мы сотрудничаем с «Укрхимтрансаммиаком» уже больше 4 лет. Реализовываем аммиак со всех раздаточных станций, расположенных в Харьковской, Луганской, Днепропетровской, Запорожской, Николаевской и Одесской областях. История сотрудничества была разная, но на данный момент менеджмент трубы очень профессионально себя показал, и мы отгрузили в сезон весь заявленный объем (10 тыс. т за 3 месяца). Это означает, что агрохимы и аграрии получили весь товар в срок, в нужный период и по хорошей цене», — рассказал Евгений Воробьев.

«Укрхимтрансаммиак» — оператор части аммиакопровода Тольятти-Одесса, который проходит по территории Украины. В прошлом году компания транспортировала рекордные со времени своего основания 2,51 млн т аммиака. С ноября 2019 года и.о. директора назначен Максим Немчинов.

В «СБПМ» отметили, что в этом сезоне поставки аммиака в ж/д вагонах составили порядка 15 тыс. т. На сегодня ж/д поставки аммиака занимают основной объем рынка. К основным проблемам такой транспортировки относятся простои вагонов и возврат. Внесение аммиака в грунт зависит от погодных условий. Во время осадков работы не проводятся, и компания вынуждена держать вагоны с товаром на станциях, соответственно, неся убытки на простоях.

11

Какие преимущества внесения безводного аммиака?

Среди основных преимуществ безводного аммиака директор Восточного кластера Ukrlandfarming Юрий Щербак называет то, что он является самым концентрированным азотным удобрением.

«Во-первых, ни одно из сыпучих удобрений даже близко не имеет такой концентрации азота, как аммиак. Больше всего азота среди сыпучих удобрений в карбамиде — 46%. А в безводном аммиаке 82%. Во-вторых, в пересчете стоимости на действующее вещество, по сравнению с аммиачной селитрой и карбамидом, в безводном аммиаке стоимость одной единицы получается самой дешевой. В-третьих, безводный аммиак не вымывается с осадками, в итоге растение получает больше азота. Ну и хозяйственная польза такого удобрения в том, что оно жидкое и на него никто не позарится. Ведь никто на предприятии не застрахован от краж», — отметил Юрий Щербак.

Он добавил, что там, где осенью после основной обработки почвы вносили безводный аммиак, получили урожайность кукурузы выше, чем там, где вносили сыпучие удобрения.

«По моему мнению, безводный аммиак лучше сыпучих удобрений. Но его нужно стараться вносить именно осенью», — рассказывает Юрий Щербак.

К преимуществам использования безводного аммиака также стоит отнести упрощение производственного процесса, более равномерное распределение азота в почве и отсутствие слеживания. Особенно удобна такая технология для больших посевных площадей из-за возможности полностью механизировать транспортировку и внесение удобрения в почву. 

«Те же самые США и Канада — 100% вносят у себя безводный аммиак из года в год. Европа его вносит меньше. А почему? Потому что там в фермерских хозяйства в основном 20-40 га земли. Им нецелесообразно тратиться на эти материалы и всю эту кухню, связанную с применением безводного аммиака», — подытожил Юрий Щербак.

12

Какие существуют недостатки у безводного аммиака?

Имеет безводный аммиак и свои недостатки по сравнению с твердыми удобрениями, а именно: улетучивание азота в атмосферу, высокие затраты на технику для хранения и внесения, риски для здоровья человека при неправильном обращении с этим удобрением.

Как нам рассказал Юрий Щербак, обустройство лицензионного пункта раздачи безводного аммиака влечет определенные финансовые затраты. Сегодня компания имеет свою железнодорожную ветку, куда поставляются жидкие удобрения (в том числе и безводный аммиак). Получают его в цистернах. Потом через специальные насосы закачивают в автоцистерны. Их закупали в России и Турции. В Украине такие цистерны не делают. Перевозку и маршрут безводного аммиака согласовывают с определенными службами. Водители проходят обучение и знают, как вести себя с этим сырьем. Плюс обеспечиваются необходимыми защитными костюмами и материалами.

«Мы каждый год тестируем в государственных органах бочки, которые перевозят безводный аммиак. Также тестируем агрегаты по внесению безводного аммиака. Их мы закупаем в Канаде. Вносим удобрение только в дневное время. Одним агрегатом за день обрабатываем 80-100 га», — отметил директор Восточного кластера Ukrlandfarming.

Также существует мнение, что безводный аммиак уничтожает почвенную биоту в местах его внесения. Однако исследования показали, что этот эффект имеет локализованный и временный характер. Спустя небольшой промежуток времени эти потери с лихвой компенсируются.

13

Какова тенденция спроса на применение безводного аммиака в аграрных хозяйствах?

По мнению экспертов «СБПМ», в дальнейшем спрос на безводный аммиак будет только увеличиваться, ведь переход агропроизводства на жидкие удобрения позволяет существенно сэкономить на азотной подкормке. Но пока что на безводный аммиак приходится только 12% удобрений азотной группы, отметили в «СБПМ».

Наталия Родак, Latifundist.com

ПАО «Акрон»

Один из крупнейших производителей минеральных удобрений и промышленной продукции, расположенный в Великом Новгороде

  • 5,5
    млн т
    общий товарный выпуск продукции в 2020 году
  • 4,4
    млн т
    товарный выпуск минеральных удобрений в 2020 году

ПАО «Акрон» — ведущее предприятие Группы и одно из крупнейших промышленных производств Северо-Западного региона России. Производственные мощности ПАО «Акрон» введены в строй в 1960–1980-х годах и впоследствии модернизированы в 1990–2000-х годах. Несколько современных производств было построено в 2006–2016 годах. С 2017 года началась новая волна модернизации действующих производств и строительства новых в рамках обновленной стратегии развития Группы до 2025 года. ПАО «Акрон» производит широкую линейку азотных и сложных удобрений, а также промышленные продукты.

В состав ПАО «Акрон» также входит обособленное структурное подразделение, которое осуществляет управление парком железнодорожных вагонов для перевозки сырья на производства Группы и готовой продукции потребителям на внутреннем рынке и к морским портам. ОСП ПАО «Акрон» использует более 1 700 собственных вагонов и цистерн, а также привлекает арендованный подвижной состав в количестве более 2 тыс. вагонов. 

Производственные мощности

Производство Краткое описание Мощности тыс.т/г
Аммиак Состоит из двух аналогичных агрегатов, введенных в эксплуатацию в 1975 и 1979 годах и впоследствии модернизированных в 1990–2000-х годах, а также из современного, запущенного в 2016 году агрегата «Аммиак-4» и модернизированного в 2017-2020 годах. 2220
NPK Состоит из двух агрегатов, введенных в эксплуатацию в 1982 и 1983 годах и впоследствии модернизированных в 2016–2019 годах 1690

Аммиачная селитра   
Состоит из двух агрегатов, введенных в эксплуатацию в 1976 и 1978 годах и модернизированных в 2017-2019 годах. Эти агрегаты используются для производства селитры промышленного и сельскохозяйственного назначения
2230*
В т. ч. мощности по гранулированию 1480
Карбамид Состоит из шести агрегатов, четыре из которых введены в эксплуатацию в 1969–1970 годах и два – в 2012 и 2018 годах
1970
В т. ч. мощности по гранулированию/приллированию 1400
КАС Производство было введено в эксплуатацию в 2007 году, и впоследствии его мощность была расширена
1700
Метанол Производство введено в эксплуатацию в 1967 году и модернизировано в 1997 году 110
Формалин Состоит из пяти агрегатов, введенных в эксплуатацию в 1971–1973 годах, и одной установки, введенной в эксплуатацию в 2006 году 240
КФС Производство карбамидоформальдегидных смол состоит из восьми агрегатов, два из которых введены в эксплуатацию в 1973 году, два — в 1984–1985 годах, три — в 2006 году, один — в 2010 году 290
Азотная кислота Состоит из десяти агрегатов, семь из которых были введены в эксплуатацию в 1976–1980 годах, и три – в 2019-2020 годах 2050

* Включая конверсионный раствор с агрегатов NPK.

Контакты

Аварийно химические опасные вещества

Аварийно химические опасные вещества (аммиак, хлор). Их воздействие на организм человека. Предельно допустимые и поражающие концентрации

Растет ассортимент применяемых в промышленности, сельском хозяйстве и быту химических веществ. Некоторые из них токсичны и вредны. При проливе или выбросе в окружающую среду способны вызвать массовые поражения лю­дей, животных, приводят к заражению воздуха, почвы, воды, растений. Их на­зывают аварийно химические опасные вещества(АХОВ). Определенные виды АХОВ находятся в больших количествах на предприятиях, их производя­щих или использующих в производстве. В случае аварии может произойти по­ражение людей не только непосредственно на объекте, но и за его пределами, в ближайших населенных пунктах.

Крупными запасами опасных веществ располагают предприятия химической, целлюлозно-бумажной, оборонной, нефтеперерабатывающей и не­фтехимической промышленности, черной и цветной металлургии, промыш­ленности минудобрений.

Значительные их количества сосредоточены на объектах пищевой, мясо-мо­лочной промышленности, холодильниках, торговых базах, различных АО, в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Наиболее распространенными из них являются хлор, аммиак, сероводород, двуокись серы (сернистый газ), нитрил акриловой кислоты, синильная кислота, фосген, метилмеркаптан, бензол, бромистый водород, фтор, фтористый водо­род.

Хлор

При нормальных условиях газ желто-зеленого цвета с резким раздражающим специфическим запахом. При обычном давлении затвердевает при -101 °С и сжи­жается при -34° С. Тяжелее воздуха примерно в 2,5 раза. Вследствие этого сте­лется по земле, скапливается в низинах, подвалах, колодцах, тоннелях.

Ежегодное потребление хлора в мире достигает 40 млн. т.

Используется он в производстве хлорорганических соединений (винил хло­рида, хлоропренового каучука, дихлорэтана, хлорбензола и др.). В большинстве случаев применяется для отбеливания тканей и бумажной массы, обеззаражи­вания питьевой воды, как дезинфицирующее средство и в различных других отраслях промышленности.

Хранят и перевозят его в стальных баллонах и железнодорожных цистернах под давлением. При выходе в атмосферу дымит, заражает водоемы.

В первую мировую войну применялся в качестве отравляющего вещества уду­шающего действия. Поражает легкие, раздражает слизистые и кожу.

Первые признаки отравления — резкая загрудинная боль, резь в глазах, сле­зоотделение, сухой кашель, рвота, нарушение координации, одышка. Сопри­косновение с парами хлора вызывает ожоги слизистой оболочки дыхательных путей, глаз, кожи.

Воздействие в течение 30 — 60 мин при концентрации 100 — 200 мг/м3 опас­но для жизни.

Если все-таки произошло поражение хлором, пострадавшего немедленно вы­носят на свежий воздух, тепло укрывают и дают дышать парами спирта или воды.

При интенсивной утечке хлора используют распыленный раствор каль­цинированной соды или воду, чтобы осадить газ. Место разлива заливают ам­миачной водой, известковым молоком, раствором кальцинированной соды или каустика с концентрацией 60 —80% и более (примерный расход — 2л раствора на 1 кг хлора).

Аммиак

При нормальных условиях бесцветный газ с характерным резким запахом («нашатырного спирта»), почти в два раза легче воздуха. При выходе в атмос­феру дымит. При обычном давлении затвердевает при температуре -78°С и сжижается при -34°С. С воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах 15 — 28 объемных процентов.

Растворимость его в воде больше, чем у всех других газов: один объем воды поглощает при 20°С около 700 объемов аммиака, 10%-й раствор аммиака посту­пает в продажу под названием «нашатырный спирт». Он находит применение в медицине и в домашнем хозяйстве (при стирке белья, выведении пятен и т.д.). 18-20%-й раствор называется аммиачной водой и используется как удобрение.

Жидкий аммиак — хороший растворитель большинства органических и не­органических соединений.

Мировое производство аммиака ежегодно составляет около 90 млн.т. Его используют при получении азотной кислоты, азотосодержащих солей, соды, мочевины, синильной кислоты, удобрений, диазотипных светокопировальных материалов. Жидкий аммиак широко применяется в качестве рабочего веще­ства (хладагента) в холодильных машинах и установках.

Перевозится в сжиженном состоянии под давлением. Предельно допустимые концентрации (ПДК) в воздухе населенных мест: среднесуточная и максималь­но разовая — 0,2 мг/м3, в рабочем помещении промышленного предприятия — 20 мг/м3. Если же его содержание в воздухе достигает 500 мг/м3, он опасен для вдыхания (возможен смертельный исход).

Вызывает поражение дыхательных путей. Признаки: насморк, кашель, зат­рудненное дыхание, удушье, учащается сердцебиение, нарастает частота пуль­са. Пары сильно раздражают слизистые оболочки и кожные покровы, вызыва­ют жжение, покраснение и зуд кожи, резь в глазах, слезотечение. При сопри­косновении жидкого аммиака и его растворов с кожей возникает обмороже­ние, жжение, возможен ожог с пузырями, изъязвления.

Если поражение аммиаком все же произошло, следует немедленно вынести пострадавшего на свежий воздух. Транспортировать надо в лежачем положе­нии. Необходимо обеспечить тепло и покой, дать увлажненный кислород. При отеке легких искусственное дыхание делать нельзя.

В случае аварии необходимо опасную зону изолировать, удалить людей и не допускать никого без средств защиты органов дыхания и кожи. Около зоны следует находиться с наветренной стороны. Место разлива нейтрализуют сла­бым раствором кислоты, промывают большим количеством воды. Если про­изошла утечка газообразного аммиака, то с помощью поливомоечных машин, авторазливочных станций, пожарных машин распыляют воду, чтобы погло­тить пары.

Зоны заражения АХОВ

В большинстве случаев при аварии и разрушении емкости давление над жид­кими веществами падает до атмосферного, АХОВ вскипает и выделяется в атмосферу в виде газа, пара или аэрозоля. Облако газа (пара, аэрозоля) АХОВ, образовавшееся в момент разрушения емкости в пределах первых 3 минут, называется первичным облаком зараженного воздуха. Оно распространяется на большие расстояния. Оставшаяся часть жидкости (особенно с температу­рой кипения выше 20°С) растекается по поверхности и также постепенно ис­паряется. Пары (газы) поступают в атмосферу, образуя вторичное облако зараженного воздуха, которое распространяется на меньшее расстояние.

Таким образом, зона заражения АХОВ — это территория, зараженная ядо­витыми веществами в опасных для жизни людей пределах (концентрациях).

Глубина зоны распространения зараженного воздуха зависит от концентрации АХОВ и скорости ветра. Например, при ветре 1 м/с за один час облако от места аварии удалится на 5 — 7 км, при 2 м/с — на 10 — 14, а при З м/с — на 16 — 21 км. Значительное увеличение скорости ветра (6-7 м/с и более) способствует его быстрому рассеиванию. Повышение температуры почвы и воздуха ускоряет ис­парение АХОВ, а следовательно, увеличивает концентрацию его над заражен­ной территорией. На глубину распространения АХОВ и величину его концент­рации в значительной степени влияют вертикальные перемещения воздуха, как мы говорим, погодные условия.

Форма (вид) зоны заражения АХОВ в значительной мере зависит от скорости ветра. Так, например, при скорости менее 0,5 м/с она принимается за окружность, при скорости от 0,6 до 1 м/с — за полуокружность, при скорости от 1,1 м/с до 2 м/ с — за сектор с углом в 90°, при скорости более 2м/с — за сектор с углом в 45°.

Надо иметь в виду, что здания и сооружения городской застройки нагреваются солнечными лучами быстрее, чем расположенные в сельской местности. По­этому в городе наблюдается интенсивное движение воздуха, связанное обычно с его притоком от периферии к центру по магистральным улицам. Это способ­ствует проникновению АХОВ во дворы, тупики, подвальные помещения и со­здает повышенную опасность поражения населения. В целом можно считать, что стойкость АХОВ в городе выше, чем на открытой местности.

Вот почему все население, проживающее вблизи химически опасного объекта, должно знать, какие АХОВ используются на этом предприятии, какие ПДК уста­новлены для рабочей зоны производственных помещений и для населенных пун­ктов, какие меры безопасности требуют неукоснительного соблюдения, какие средства и способы защиты надо использовать в различных аварийных ситуаци­ях.

Защита от АХОВ


Защитой от АХОВ служат фильтрующие промышленные и гражданские проти­вогазы, промышленные респираторы, изолирующие противогазы, убежища ГО.

Промышленные противогазы надежно предохраняют органы дыхания, глаза и лицо от поражения. Однако их используют только там, где в воздухе содер­жится не менее 18% кислорода, а суммарная объемная доля паро- и газообразных вредных примесей не превышает 0,5%.

Недопустимо применять промышленные противогазы для защиты от ни­зкокипящих, плохо сорбирующихся органических веществ (метан, ацетилен, эти­лен и др.)

Если состав газов и паров неизвестен или их концентрация выше максимально допустимой, применяется только изолирующие противогазы ИП-4 и ИП-5.

    

Коробки промышленных противогазов строго специализированы по на­значению (по составу поглотителей) и отличаются окраской и маркировкой. Некоторые из них изготавливаются с аэрозольными фильтрами, другие без них. Белая вертикальная полоса на коробке означает, что она оснащена филь­тром.

Рассмотрим несколько примеров по основным АХОВ. Для защиты от хлора можно использовать промышленные противогазы марок А (коробка ко­ричневого цвета), БКФ (защитного), В (желтого), Г (половина черная, пол­овина желтая), а также гражданские противогазы ГП-5, ГП-7 и детские.

          

А если их нет? Тогда ватно-марлевую повязку, смоченную водой, а лучше 2%-м раствором питьевой соды.

От аммиака защищает противогаз с другой коробкой, марки КД (серого цве­та) и промышленные респираторы РПГ-67КД, РУ-60МКД.

      

У них две сменных коробки (слева и справа). Они имеют ту же маркировку, что и противогазы. Надо помнить, что гражданские противогазы от аммиака не защищают. В крайнем случае надо воспользоваться ватно-марлевой повязкой, смоченной водой или 5%-м раствором лимонной кислоты.

Для защиты от АХОВ в очаге аварии используются в основном средства ин­дивидуальной защиты кожи (СИЗК) изолирующего типа, общевой­сковой защитный комплект ОЗК.

Для населения рекомендуются подручные средства защиты кожи в комплекте с противогазами. Это могут быть обычные непромокаемые накидки и плащи, а также пальто из плотного толстого материала, ватные куртки. Для ног — рези­новые сапоги, боты, калоши. Для рук — все виды резиновых и кожаных перча­ток и рукавицы.

В случае аварии с выбросом АХОВ убежища обеспечивают надежную за­щиту. Во-первых, если неизвестен вид вещества или его концентрация слиш­ком велика, можно перейти на полную изоляцию (третий режим), можно также какое-то время находиться в помещении с постоянным объемом воздуха. Во-вторых, фильтропоглотители защитных сооружений препятствуют проникно­вению хлора, фосгена, сероводорода и многих других ядовитых веществ, обес­печивая безопасное пребывание людей.

В крайнем случае при распространении газов, которые тяжелее воздуха и сте­лются по земле, как хлор и сероводород, можно спасаться на верхних этажах зда­ний, плотно закрыв все щели в дверях, окнах, задраив вентиляционные отверстия.

Выходить из зоны заражения нужно в одну из сторон, перпендикулярную на­правлению ветра, ориентируясь на показания флюгера, развевание флага или любого другого куска материи, наклон деревьев на открытой местности.

Первая помощь пораженным АХОВ

Она складывается из двух частей. Первая — обязательная для всех случаев поражения, вторая — специфическая, зависящая от характера воздействия вред­ных веществ на организм человека.

Итак, общие требования. Надо как можно скорее прекратить воздействия АХОВ. Для этого необходимо надеть на пострадавшего противогаз и вынести его на свежий воздух, обеспечить полный покой и создать тепло. Расстегнуть ворот, осла­бить поясной ремень. При возможности снять верхнюю одежду, которая может быть заражена парами хлора, сероводорода, фосгена или другого вещества.

Специфические. Например, при поражении хлором, чтобы смягчить раздра­жение дыхательных путей, следует дать вдыхать аэрозоль 0,5%-го раствора пи­тьевой соды. Полезно также вдыхать кислород. Кожу и слизистые промывать 2%-м содовым раствором не менее 15 мин. Из-за удушающего действия хлора пострадавшему передвигаться самостоятельно нельзя. Транспортируют его толь­ко в лежачем положении. Если человек перестал дышать, надо немедленно сде­лать искусственное дыхание методом «изо рта в рот».

При поражении аммиаком пострадавшему следует дышать теплыми водяными парами 10%-го раствора ментола в хлороформе, дать теплое молоко с боржоми или содой. При удушье необходим кислород, при спазме голосовой щели — тепло на область шеи, теплые водяные ингаляции. Если произошел отек легких, искусственное дыхание делать нельзя. Слизистые и глаза промывать не менее 15 мин водой или 2%-м раствором борной кислоты. В глаза закапать 2-3 капли 30%-го раствора альбуцида, в нос — теплое оливковое, персиковое или вазели­новое масло. При поражении кожи обливают чистой водой, накладывают при­мочки из 5%-го раствора уксусной, лимонной или соляной кислоты.


Вода и воздух — это все, что вам нужно для производства аммиака — одного из самых важных химических веществ в мире

Более зеленые удобрения идут к вам. Предоставлено: Джеймс Т.М. Товилл, CC BY-SA.

Исследователи разработали метод получения аммиака просто из воздуха и воды. Он не только более энергоэффективен, чем столетний процесс Габера-Боша, который в настоящее время используется во всем мире, но и более экологичный.

Аммиак, состоящий из трех частей водорода и одной части азота (или NH 3 ), оказал огромное влияние на общество.По оценкам, без массового производства этого химического вещества треть из нас не выживет. Это связано с тем, что его основное использование — производство удобрений, которые помогли повысить урожайность и поддерживать большую популяцию.

Разработанный в 1909 году процесс Габера-Боша, часто упоминаемый как самое важное изобретение 20-го века, включает нагревание очищенных газообразных азота и водорода при очень высокой температуре и давлении в присутствии железного катализатора. Необходимо наличие катализатора, который не участвует в реакции, но снижает энергетический порог реакции.Несмотря на это, производство аммиака – около 140 млн тонн в 2012 году – потребляет почти 2% мировых энергоресурсов.

Помимо больших энергетических потребностей для достижения условий реакции, текущий метод производства неэффективен, поскольку для него требуется газообразный водород, который получают путем переработки природного газа. Побочным продуктом процесса является углекислый газ. Стюарт Лихт и его коллеги из Университета Джорджа Вашингтона считали, что они могли бы добиться большего успеха, если бы нашли способ использовать воду вместо природного газа в качестве источника водорода.

Предыдущие попытки соединения воды (состоящей из двух частей водорода и одной части кислорода) с воздухом (который состоит на 78% из азота) для образования аммиака были менее успешными. Решение Лихта состояло в том, чтобы пропускать влажный воздух через смесь крошечных частиц оксида железа и расплавленных химикатов (состоящих из гидроксидов натрия и калия), которые были поражены электричеством.

Любая химическая реакция — это в основном обмен электронами между атомами. В этом случае эти электроны необходимы, чтобы отделить водород от воды, а затем соединиться с азотом.«При подаче электричества оксид железа захватывает электроны, позволяя воде и воздуху напрямую реагировать с образованием аммиака», — сказал Лихт.

Утверждается, что этот метод использует только две трети энергии процесса Габера-Боша. Наряду с устранением необходимости производить водород из природного газа общие выбросы снижаются довольно значительно. Весь процесс также происходит в более мягких условиях, не требующих температуры 450°C и 200-кратного атмосферного давления, как в процессе Габера-Боша.

Это не все, что делает метод Лихта привлекательным. Часть энергии поступает с помощью другой технологии, разработанной Лихтом, которая называется солнечным термоэлектрохимическим производством или STEP. Он считается одним из самых эффективных солнечных элементов, используемых в настоящее время. STEP при производстве аммиака приводит к производству водорода в качестве побочного продукта.

По словам Дэвида Фермина, профессора электрохимии Бристольского университета, этот побочный продукт подойдет для водородных топливных элементов, еще одного популярного направления для энтузиастов чистой энергии.«Водород, полученный таким образом, значительно чище», — сказал он.

Однако одно дело — демонстрировать успех химического производства в лабораториях, и совсем другое — воспроизвести его в промышленных масштабах. Лихт признает, что есть возможности для улучшения, но он уверен, что это сработает. У Фермина есть предостережение, чтобы добавить: «Прежде чем переходить к полномасштабному масштабированию, потребуется лучшее понимание механизма этой сложной реакции переноса нескольких электронов».

Но даже с методом Лихта, как указывает Фермин, мы далеки от того, чтобы воспроизвести естественную эффективность преобразования азота из воздуха в полезные химические вещества, что делают азотфиксирующие бактерии.«Что действительно примечательно, так это то, что природа делает это невероятно эффективно при низких температурах», — добавил Фермин.

И все же, если что-то более эффективное сможет заменить процесс Габера-Боша, это снизит затраты энергии на производство одного из самых важных химических веществ в мире и приведет к заметному сокращению глобальных выбросов CO 2 .


Ученые обнаружили канал, используемый катализатором для производства аммиака, жизненно важного для пищевых и топливных культур.
Дополнительная информация: «Синтез аммиака с помощью N2 и паровой электролиз в расплавленных суспензиях гидроксида наноразмерного Fe2O3», С.Лихт и др. Наука, www.sciencemag.org/lookup/doi/… 1126/science.1254234

Эта история опубликована с разрешения The Conversation (под лицензией Creative Commons-Attribution/Без производных).

Цитата : Вода и воздух — это все, что вам нужно для производства аммиака — одного из важнейших химических веществ в мире (8 августа 2014 г.) получено 10 марта 2022 г. с https://физ.org/news/2014-08-air-ammoniaone-world-important-chemicals.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Аммиак — возобновляемое топливо, получаемое из солнца, воздуха и воды — может обеспечить энергией планету без углерода | Наука

СИДНЕЙ, БРИСБЕН И МЕЛЬБУРН, АВСТРАЛИЯ — Древние засушливые ландшафты Австралии — благодатная почва для новой растительности, говорит Дуглас Макфарлейн, химик из Университета Монаш в пригороде Мельбурна: обширные леса с ветряными мельницами и солнечными панелями.На страну падает больше солнечного света на квадратный метр, чем на любую другую, а сильные ветры дуют на ее южное и западное побережье. В целом Австралия может похвастаться потенциалом возобновляемой энергии в 25 000 гигаватт, что является одним из самых высоких показателей в мире и примерно в четыре раза превышает установленную мощность производства электроэнергии на планете. Тем не менее, с небольшим населением и несколькими способами хранения или экспорта энергии его возобновляемые ресурсы в значительной степени не используются.

Вот здесь и появляется МакФарлейн. Последние 4 года он работал над топливным элементом, который может преобразовывать возобновляемую электроэнергию в безуглеродное топливо: аммиак.Топливные элементы обычно используют энергию, запасенную в химических связях, для производства электричества; MacFarlane’s работает наоборот. В своей лаборатории на третьем этаже он демонстрирует одно из устройств, размером с хоккейную шайбу, обшитое нержавеющей сталью. Две пластиковые трубки на его задней стороне питают его газообразным азотом и водой, а шнур питания обеспечивает электричество. Через третью трубку на передней части он бесшумно выдыхает газообразный аммиак, и все это без тепла, давления и выбросов углерода, которые обычно необходимы для производства химиката.«Это вдыхание азота и выдыхание аммиака», — говорит Макфарлейн, сияя, как гордый отец.

Компании во всем мире уже ежегодно производят аммиак на сумму 60 миллиардов долларов, в основном в качестве удобрения, и устройство Макфарлейна может позволить им производить его более эффективно и чисто. Но у него есть амбиции сделать гораздо больше, чем просто помогать фермерам. Преобразуя возобновляемую электроэнергию в богатый энергией газ, который можно легко охладить и сжать в жидкое топливо, топливный элемент Макфарлейна эффективно поглощает солнечный свет и ветер, превращая их в товар, который можно отправить в любую точку мира и преобразовать обратно в электричество или энергию. газообразный водород для питания автомобилей на топливных элементах.Газ, выходящий из топливного элемента, бесцветен, но с точки зрения окружающей среды, по словам Макфарлейна, аммиак настолько зелен, насколько это возможно. «Жидкий аммиак — это жидкая энергия», — говорит он. «Это устойчивая технология, которая нам нужна».

Аммиак — один атом азота, связанный с тремя атомами водорода — может показаться не идеальным топливом: химическое вещество, используемое в бытовых чистящих средствах, имеет неприятный запах и токсично. Но его плотность энергии по объему почти вдвое больше, чем у жидкого водорода — его основного конкурента в качестве экологически чистого альтернативного топлива — и его легче транспортировать и распространять.«Его можно хранить, транспортировать, сжигать и снова превращать в водород и азот, — говорит Тим ​​Хьюз, исследователь в области хранения энергии из производственного гиганта Siemens в Оксфорде, Великобритания. — Во многих отношениях это идеально».

Исследователи по всему миру гонятся за одним и тем же видением «экономики аммиака», и Австралия позиционирует себя как лидера. «Все только начинается», — говорит Алан Финкель, главный научный сотрудник Австралии, базирующийся в Канберре. По словам Финкеля, федеральные политики еще не предложили какого-либо серьезного закона в поддержку возобновляемого аммиака, что, возможно, понятно для страны, давно приверженной экспорту угля и природного газа.Но в прошлом году Австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии заявило, что создание экспортной экономики для возобновляемых источников энергии является одним из его приоритетов. В этом году агентство объявило о первоначальном выделении 20 миллионов австралийских долларов на поддержку технологий экспорта возобновляемых источников энергии, включая транспортировку аммиака.

Ветреные побережья Австралии предлагают огромное количество энергии, которую она может однажды экспортировать в виде безуглеродного топлива.

СОВЕТ ПО ЗАЩИТЕ БЕРЕГОВ, ЮЖНАЯ АВСТРАЛИЯ

В штатах Австралии политики рассматривают возобновляемый аммиак как потенциальный источник местных рабочих мест и налоговых поступлений, говорит Бретт Купер, председатель Renewable Hydrogen, консалтинговой фирмы по возобновляемым видам топлива в Сиднее.В Квинсленде официальные лица обсуждают создание экспортного терминала аммиака в портовом городе Гладстон, который уже является центром доставки сжиженного природного газа в Азию. В феврале штат Южная Австралия выделил 12 миллионов австралийских долларов в виде грантов и кредитов на проект по производству возобновляемого аммиака. А в прошлом году международный консорциум объявил о планах построить комбинированную ветряную и солнечную электростанцию ​​стоимостью 10 миллиардов долларов США, известную как Азиатский центр возобновляемой энергии в штате Западная Австралия. Хотя большая часть из 9000 мегаватт электроэнергии проекта будет передаваться по подводному кабелю для питания миллионов домов в Индонезии, часть этой энергии может быть использована для производства аммиака для экспорта на большие расстояния.«Аммиак является ключевым фактором экспорта возобновляемых источников энергии», — говорит Дэвид Харрис, директор по исследованиям технологий с низким уровнем выбросов Австралийской организации научных и промышленных исследований (CSIRO) Energy в Пулленвейле. «Это мост в совершенно новый мир».

Однако сначала проповедникам возобновляемого аммиака придется заменить один из крупнейших, самых грязных и проверенных временем промышленных процессов в современном мире: то, что называется Габер-Бош.

Завод по производству аммиака, металлический мегаполис труб и резервуаров, расположен там, где красные скалы пустыни Пилбара в Западной Австралии встречаются с океаном.Завод, принадлежащий Yara, крупнейшему в мире производителю аммиака, построенный в 2006 году, до сих пор блестит. Он находится в авангарде технологий и является одним из крупнейших заводов по производству аммиака в мире. Тем не менее, его ядром являются стальные реакторы, в которых до сих пор используется вековой рецепт производства аммиака.

До 1909 года азотфиксирующие бактерии производили большую часть аммиака на планете. Но в том же году немецкий ученый Фриц Габер обнаружил реакцию, которая с помощью железных катализаторов могла расщепить жесткую химическую связь, удерживающую вместе молекулы азота, N 2 , и соединить атомы с водородом, чтобы получить аммиак.Реакция требует грубой силы — до 250 атмосфер давления в высоких узких стальных реакторах — процесс, впервые внедренный в промышленность немецким химиком Карлом Бошем. Процесс довольно эффективен; около 60% энергии, затрачиваемой на установку, в конечном итоге накапливается в связях аммиака. Этот процесс, масштабированный до заводов размером с Yara, может производить огромное количество аммиака. Сегодня предприятие производит и отгружает 850 000 метрических тонн аммиака в год, что более чем в два раза превышает вес Эмпайр-стейт-билдинг.

Большинство используется в качестве удобрения. Растения жаждут азота, используемого для построения белков и ДНК, а аммиак доставляет его в биологически доступной форме. Реакторы Габера-Боша могут производить аммиак намного быстрее, чем естественные процессы, и в последние десятилетия эта технология позволила фермерам прокормить стремительно растущее население мира. Подсчитано, что по крайней мере половина азота в человеческом организме сегодня поступает из завода по производству синтетического аммиака.

Габер-Бош привел к зеленой революции, но процесс совсем не зеленый.Для этого требуется источник газообразного водорода (H 2 ), который отделяется от природного газа или угля в ходе реакции с использованием перегретого пара под давлением. Углекислый газ (CO 2 ) остается позади, на его долю приходится около половины выбросов всего процесса. Второе сырье, N 2 , легко отделяется от воздуха, состоящего на 78% из азота. Но для создания давления, необходимого для смешивания водорода и азота в реакторах, требуется больше ископаемого топлива, а значит больше CO 2 .Выбросы складываются: производство аммиака потребляет около 2% мировой энергии и генерирует 1% CO 2 .

Зеленый способ производства аммиака

Реверсивные топливные элементы могут использовать возобновляемую энергию для производства аммиака из воздуха и воды, что является гораздо более экологически чистым методом, чем промышленный процесс Габера-Боша. Возобновляемый аммиак может служить удобрением (традиционная роль аммиака) или энергоемким топливом. V. ALTOUNIAN/ SCIENCE

Yara делает первый шаг к экологизации этого процесса, открывая пилотный завод рядом с существующим заводом Pilbara в 2019 году.Вместо того, чтобы полагаться на природный газ для производства H 2 , новое дополнение будет подавать энергию от солнечной батареи мощностью 2,5 мегаватта в группу электролизеров, которые расщепляют воду на H 2 и O 2 . Предприятие по-прежнему будет использовать реакцию Габера-Боша для соединения водорода с азотом для получения аммиака. Но источник водорода на солнечной энергии сокращает общие выбросы CO 2 примерно вдвое.

Другие проекты следуют их примеру. В феврале штат Южная Австралия объявил о планах строительства завода по производству аммиака стоимостью 180 млн австралийских долларов, который снова будет полагаться на электролизеры, работающие на возобновляемых источниках энергии.Завод, который планируется открыть в 2020 году, станет региональным источником удобрений и жидкого аммиака, который можно сжигать в турбине или пропускать через топливный элемент для производства электроэнергии. Поставка жидкой энергии поможет стабилизировать электросеть в Южной Австралии, в которой в 2016 году произошло серьезное отключение электричества.

Аммиак, произведенный таким образом, должен привлечь покупателей в таких странах, как Европейский Союз и Калифорния, которые создали стимулы для покупки экологически чистого топлива. А по мере роста рынка будут расти и пути сбыта импорта аммиака и технологии его использования, говорит Харрис.К тому времени топливные элементы, такие как у Макфарлейна, могут быть готовы заменить саму компанию Haber-Bosch, а полузеленый подход к производству аммиака может стать полностью зеленым.

Вместо применения устрашающего тепла и давления обратные топливные элементы производят аммиак, ловко взаимодействуя с ионами и электронами. Как и в заряжаемой батарее, заряженные ионы текут между двумя электродами, на которые подается электричество. Анод, покрытый катализатором, расщепляет молекулы воды на O 2 , ионы водорода и электроны.Протоны проходят через электролит и протонную проницаемую мембрану к катоду, а электроны путешествуют по проводу. На катоде катализаторы расщепляют молекулы N 2 и побуждают ионы водорода и электроны реагировать с азотом и образовывать аммиак.

В настоящее время урожайность скромная. При комнатной температуре и давлении реакции топливных элементов обычно имеют эффективность от 1% до 15%, а производительность очень мала. Но Макфарлейн нашел способ повысить эффективность, заменив электролит.В электролите на водной основе, который используют многие группы, молекулы воды иногда реагируют с электронами на катоде, похищая электроны, которые в противном случае пошли бы на производство аммиака. «Мы постоянно боремся с тем, чтобы электроны превращались в водород», — говорит Макфарлейн.

Компонент обратного топливного элемента использует возобновляемую энергию для соединения воды и азота для производства аммиака.

СТИВЕН МОРТОН/ЧЛЕН КОРОЛЕВСКОГО ФОТОГРАФИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА

Чтобы свести к минимуму эту конкуренцию, он выбрал то, что называется ионно-жидким электролитом.Такой подход позволяет большему количеству N 2 и меньшему количеству воды находиться рядом с катализаторами на катоде, увеличивая производство аммиака. В результате эффективность топливного элемента резко возросла с 15% до 60%, как он и его коллеги сообщили в прошлом году в отчете Energy & Environmental Science . С тех пор результат улучшился до 70%, говорит МакФарлейн, но с компромиссом. Ионная жидкость в его топливном элементе вязкая, в 10 раз более вязкая, чем вода. Протоны должны пробиваться к катоду, замедляя скорость образования аммиака.«Это причиняет нам боль, — говорит Макфарлейн.

Чтобы ускорить процесс, Макфарлейн и его коллеги экспериментируют со своими ионными жидкостями. В исследовании, опубликованном в апреле в ACS Energy Letters , они сообщают о разработке вещества, богатого фтором, который облегчает прохождение протонов и ускоряет производство аммиака в 10 раз. его клетки могут соответствовать целям, установленным для этой области Министерством энергетики США (DOE), которые могут начать бросать вызов Габеру-Бошу.

Рядом с Университетом Монаша Сарб Гидди и его коллеги из офиса CSIRO Energy в Клейтоне производят аммиак с помощью своего «мембранного реактора». Он основан на высоких температурах и скромных давлениях — гораздо меньших, чем в реакторе Габера-Боша, — которые, по сравнению с ячейкой Макфарлейна, повышают производительность, жертвуя эффективностью. В конструкции реактора используется пара концентрических длинных металлических труб, нагретых до 450°С. В узкий зазор между трубками течет H 2 , который может быть создан электролизером на солнечной или ветровой энергии.Катализаторы, заполняющие щель, расщепляют молекулы H 2 на отдельные атомы водорода, которые под небольшим давлением проталкиваются через атомную решетку стенки внутренней трубы к ее полому сердцу, где их ждут молекулы N 2 . Каталитически активный металл, такой как палладий, выстилает внутреннюю поверхность, расщепляя N 2 и заставляя водород и азот объединяться в аммиак — гораздо быстрее, чем в ячейке Макфарлейна. До сих пор только небольшая часть вводимого количества H 2 реагирует на каждом заданном проходе — еще один удар по эффективности реактора.

Другие подходы находятся в разработке. В Колорадской горной школе в Голдене исследователи под руководством Райана О’Хейра разрабатывают реверсивные топливные элементы размером с пуговицу. Изготовленный из керамики, чтобы выдерживать высокие рабочие температуры, элемент может синтезировать аммиак с рекордной скоростью — примерно в 500 раз быстрее, чем топливный элемент Макфарлейна. Как и мембранные реакторы Гидди, керамические топливные элементы жертвуют некоторой эффективностью ради производительности. Тем не менее, по словам О’Хейра, им все еще необходимо повысить производительность еще в 70 раз, чтобы выполнить задачи Министерства энергетики.«У нас много идей, — говорит О’Хейр.

Пока неизвестно, окажется ли какой-либо из этих подходов эффективным и быстрым. «Сообщество все еще пытается понять, в каком направлении двигаться», — говорит Лорен Гринли, инженер-химик из Арканзасского университета в Фейетвилле. С ним согласен Григорий Соловейчик, менеджер в Вашингтоне, округ Колумбия, программы Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США по производству возобновляемых видов топлива. «Производить [зеленый] аммиак несложно, — говорит он.«Делать это экономически в больших масштабах сложно».

Похоже, есть достаточно интереса, чтобы начать эту отрасль.

  • Дэвид Харрис, CSIRO Energy

Какой бы отдаленной ни была перспектива идущих в Азию танкеров, полных зеленого австралийского аммиака, возникает следующий вопрос. «После того, как вы доставите аммиак на рынок, как вы извлечете из него энергию?» — спрашивает Майкл Долан, химик из CSIRO Energy в Брисбене.

По словам Долана, самый простой вариант — использовать зеленый аммиак в качестве удобрения, как сегодня, но без штрафа за углерод.Кроме того, аммиак может быть преобразован в электричество на электростанции, предназначенной для сжигания аммиака, или в традиционном топливном элементе, как это планирует сделать завод в Южной Австралии. Но в настоящее время наибольшая ценность аммиака заключается в том, что он является богатым источником водорода, используемого для питания автомобилей на топливных элементах. В то время как аммиачное удобрение продается по цене около 750 долларов за тонну, водород для автомобилей на топливных элементах может стоить более чем в 10 раз больше.

В Соединенных Штатах автомобили на топливных элементах кажутся почти мертвыми, побежденными автомобилями с батарейным питанием.Но Япония по-прежнему активно поддерживает топливные элементы. Страна потратила более 12 миллиардов долларов США на водородные технологии в рамках своей стратегии по сокращению импорта ископаемого топлива и выполнению своих обязательств по сокращению выбросов CO 2 в рамках Парижского соглашения по климату. Сегодня в стране насчитывается всего около 2500 автомобилей на топливных элементах. Но к 2030 году японские чиновники ожидают 800 000 человек. И нация присматривается к аммиаку как к топливу для них.

Преобразование водорода в аммиак только для того, чтобы снова превратить его обратно, может показаться странным.Но водород трудно транспортировать: его нужно сжижать, охлаждая до температуры ниже -253 °C, используя треть содержащейся в нем энергии. Аммиак, напротив, сжижается при температуре -10°C под небольшим давлением. Энергетические затраты на преобразование водорода в аммиак и обратно примерно такие же, как при охлаждении водорода, говорит Долан, а поскольку уже существует гораздо больше инфраструктуры для обработки и транспортировки аммиака, аммиак является более безопасным вариантом.

Этот последний шаг — отделение водорода от молекул аммиака — это то, над чем работают Долан и его коллеги.На похожем на пещеру металлическом складе в кампусе CSIRO, который долгое время использовался для изучения горения угля, двое коллег Долана собирают двухметровый реактор, который кажется карликом по сравнению с соседним угольным реактором. При включении реактор «расщепляет» аммиак на две составляющие: H 2 для продажи и N 2 для возврата в воздух.

Этот реактор представляет собой увеличенную версию мембранного реактора Гидди, работающую в обратном направлении. Только здесь в пространство между двумя концентрическими металлическими трубами подается газообразный аммиак.Тепло, давление и металлические катализаторы расщепляют молекулы аммиака и толкают атомы водорода к полой сердцевине трубки, где они объединяются, образуя H 2 , который высасывается и хранится.

В конечном счете, говорит Долан, реактор будет производить 15 килограммов водорода чистотой 99,9999% в день, что достаточно для питания нескольких автомобилей на топливных элементах. В следующем месяце он планирует продемонстрировать реактор автопроизводителям, используя его для заполнения баков Toyota Mirai и Hyundai Nexo, двух автомобилей на топливных элементах. Он говорит, что его команда на поздней стадии обсуждает с компанией возможность построить коммерческую экспериментальную установку на основе этой технологии.«Это очень важная часть головоломки, — говорит Купер.

После 2030 года Япония, вероятно, будет импортировать водород на сумму от 10 до 20 миллиардов долларов каждый год, согласно дорожной карте возобновляемых источников энергии, недавно опубликованной Министерством экономики, торговли и промышленности Японии. Япония, Сингапур и Южная Корея начали переговоры с австралийскими официальными лицами о создании портов для импорта водорода или аммиака, произведенных из возобновляемых источников. «Как все это сочетается экономически, я не знаю, — говорит Харрис.«Но похоже, что есть достаточно интереса, чтобы начать эту отрасль».

Купер знает, как он хочет, чтобы все закончилось. За кофе дождливым утром в Сиднее он описывает свое футуристическое видение возобновляемого аммиака. Когда он прищуривается, он может увидеть, может быть, через 30 лет, побережье Австралии, усеянное супертанкерами, пришвартованными к морским буровым установкам. Но они не будут заправляться маслом. Линии электропередач на морском дне будут доставлять к буровым установкам возобновляемую электроэнергию от ветряных и солнечных электростанций на берегу. На борту одно устройство будет использовать электричество для опреснения морской воды и подачи пресной воды в электролизеры для производства водорода.Другое устройство будет фильтровать азот с неба. Реверсивные топливные элементы соединят их вместе в аммиак для загрузки в танкеры — щедрую энергию солнца, воздуха и моря.

Это мечта, которой так и не удалось достичь ядерному синтезу, говорит он: неисчерпаемая безуглеродная энергия, только на этот раз из аммиака. «Он никогда не иссякнет, и в системе нет углерода».

%PDF-1.5 % 4 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 4 89 0000000016 00000 н 0000002374 00000 н 0000002470 00000 н 0000003127 00000 н 0000003407 00000 н 0000003807 00000 н 0000004309 00000 н 0000004484 00000 н 0000004922 00000 н 0000005240 00000 н 0000005275 00000 н 0000005320 00000 н 0000012383 00000 н 0000018943 00000 н 0000019078 00000 н 0000025966 00000 н 0000032268 00000 н 0000039220 00000 н 0000046101 00000 н 0000046484 00000 н 0000052860 00000 н 0000060353 00000 н 0000063001 00000 н 0000063600 00000 н 0000063713 00000 н 0000063826 00000 н 0000063941 00000 н 0000064052 00000 н 0000064121 00000 н 0000064213 00000 н 0000072273 00000 н 0000072546 00000 н 0000072814 00000 н 0000072839 00000 н 0000073231 00000 н 0000074221 00000 н 0000074498 00000 н 0000074828 00000 н 0000076899 00000 н 0000077220 00000 н 0000077612 00000 н 0000077695 00000 н 0000082381 00000 н 0000082826 00000 н 0000083359 00000 н 0000083466 00000 н 0000083992 00000 н 0000084292 00000 н 0000084605 00000 н 0000086644 00000 н 0000086948 00000 н 0000087338 00000 н 0000099095 00000 н 0000099355 00000 н 0000099824 00000 н 0000106551 00000 н 0000106817 00000 н 0000107167 00000 н 0000118401 00000 н 0000118438 00000 н 0000118667 00000 н 0000119056 00000 н 0000119174 00000 н 0000119325 00000 н 0000119554 00000 н 0000119958 00000 н 0000120076 00000 н 0000120227 00000 н 0000120456 00000 н 0000120857 00000 н 0000120975 00000 н 0000121126 00000 н 0000121199 00000 н 0000121312 00000 н 0000121385 00000 н 0000127821 00000 н 0000128069 00000 н 0000128399 00000 н 0000128674 00000 н 0000129064 00000 н 0000129435 00000 н 0000129508 00000 н 0000194419 00000 н 0000194456 00000 н 0000203194 00000 н 0000204142 00000 н 0000204690 00000 н 0000205569 00000 н 0000002076 00000 н трейлер ]/предыдущая 208583>> startxref 0 %%EOF 92 0 объект >поток hb«c`a«`€ Xc$L2Lc˨ «]’I’u^U_cyY.{&; apOf𙁁1(FC VBK01~efT`(Θ{5)=’x002j(] Hr3g4dŘ`Gy67suiF `

Часто задаваемые вопросы о безводном аммиаке | TFI

Что такое аммиак?

Безводный аммиак (Nh4) является основой для всех азотных (N) удобрений. Хотя почти 80 процентов земной атмосферы состоит из азота, он не находится в химически и биологически непригодной для растений форме. Используя сложный метод, называемый процессом Габера-Боша, азот улавливается из воздуха, соединяется с источником водорода и преобразуется в форму, пригодную для выращивания растений.Аммиак в этой форме также известен как газообразный аммиак или безводный («без воды») аммиак. При комнатной температуре аммиак представляет собой бесцветный газ с резким запахом и легче воздуха. При минус 28 градусах по Фаренгейту аммиак хранится в виде жидкости. Аммиак легко растворяется в воде.

 

Почему это важно?

Удобрения составляют 50 процентов мирового производства продуктов питания. Азот является важным элементом для жизни растений, животных и человека. Он содержится в воде, почве и воздухе и является источником столь необходимого азота для растений и животных.

 

Как аммиак применяется в качестве удобрения?  

Когда безводный аммиак вносится непосредственно в почву, он представляет собой жидкость под давлением, которая сразу же превращается в пар после выхода из резервуара для хранения. Безводный аммиак всегда вводят на глубину не менее 10–20 см ниже поверхности почвы, чтобы предотвратить его потерю в виде паров обратно в атмосферу. Для размещения NH₃ в нужном месте используются различные типы прицепных аппликаторов.

 

Как это регулируется?

•    Безводный аммиак, хранящийся в торговых точках, регулируется как на федеральном уровне, так и на уровне штатов.Розничные торговцы сельскохозяйственной продукцией, которые обрабатывают, перегружают, транспортируют или иным образом работают с аммиаком, должны иметь водительские права, быть обученными, чтобы понимать свойства аммиака, быть компетентными в безопасных методах работы и быть в состоянии предпринять соответствующие действия в случае утечки или чрезвычайная ситуация. Повышение квалификации должно проходить не реже одного раза в три года. Федеральное правительство и некоторые штаты имеют нормативные исключения из этих правил для сельскохозяйственного оборудования, эксплуатируемого производителями.

•    U.S. Министерство транспорта (DOT) требует, чтобы каждое судно под давлением, перевозящее опасные материалы в коммерческих целях по дорогам общего пользования, было оснащено разборчивой табличкой данных Американского общества инженеров-механиков (ASME). DOT разрешает резервуары с отсутствующими или неразборчивыми табличками данных при условии, что они проверяются каждые 5 лет и проходят визуальные испытания, испытания на толщину и давление.

•    Каждый питательный бак должен быть оснащен следующим защитным оборудованием и функциями:

  • Для оказания первой помощи не менее 5 галлонов чистой воды в контейнере, предназначенном для обеспечения свободного доступа к воде для промывания любого участка тела, контактировавшего с аммиаком;

В некоторых штатах также требуется, чтобы санитарные цистерны были оборудованы следующим:

  • Разборчивая наклейка с пошаговыми инструкциями по перекачке аммиака; и
  • Разборчивая наклейка с описанием действий по оказанию первой помощи при отравлении аммиаком.

•    Объекты хранения безводного аммиака в количестве 10 000 фунтов. или больше требуется, чтобы иметь план программы управления рисками Закона о чистом воздухе, одобренный EPA, для предотвращения случайных выбросов аммиака. На каждом объекте, подпадающем под действие закона, требуется провести анализ последствий наихудшей аварии за пределами площадки, оценку опасности и программу предотвращения аварий.

 

Защита от аммиака

При обращении с безводным аммиаком необходимо уделять особое внимание безопасности.На складах, перед транспортировкой и во время применения в полевых условиях необходимо использовать соответствующие средства индивидуальной защиты. Так как он растворим в воде, свободный аммиак будет быстро реагировать с влагой тела, такой как легкие и глаза, вызывая серьезные повреждения.

  • Розничные продавцы удобрений проявляют исключительную осторожность при обращении с аммиаком, используя специальное оборудование, которое проверено и сертифицировано, обеспечивая тщательное обучение персонала и предоставляя сотрудникам специальные средства индивидуальной защиты.
  • Индустрия удобрений стремится к безопасности своих сотрудников и членов сообществ, в которых она работает. Обучение аварийно-спасательных служб проводится государственными ассоциациями удобрений, отдельными компаниями и TRANSCAER® (Осведомленность транспортного сообщества и реагирование на чрезвычайные ситуации), поддерживаемой отраслью национальной информационно-просветительской деятельностью, которая помогает сообществам подготовиться к инциденту с транспортировкой аммиака и отреагировать на него.

 

Внешние ссылки:

•    Руководство ATSDR по медицинскому лечению острого воздействия аммиака

•    Обучение аварийно-спасательных служб TRANSCAER® при выбросах аммиака

•    ResponsibleAg — отраслевая инициатива, которая предоставляет розничным торговцам инструменты для оценки их соблюдения применимых федеральных отношений

.

•    Институт Асмарк Национальный ресурсный центр, обслуживающий розничную торговлю сельскохозяйственной продукцией.Asmark обслуживает розничные агропредприятия, государственные и национальные торговые ассоциации, образовательные учреждения и правительственные учреждения.

 

Контакт для СМИ : Кэти Мазерс

Аммиак | Encyclopedia.com

Аммиак в прошлом

Физические и химические свойства аммиака

Источники и производство аммиака

Использование аммиака

Будущие перспективы

Ресурсы

Аммиак,

Аммиак, Это легковоспламеняющийся и токсичный газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде, где он действует как основание в своих химических реакциях.

Аммиак присутствовал в первичной атмосфере Земли и, возможно, был источником азота для самых ранних форм жизни, хотя по поводу деталей существует много споров. В Древнем Египте соединения аммония использовались в обрядах, посвященных богу Аммону, от которого и произошло название, которое мы до сих пор используем для обозначения газа и его соединений. Ранние химики научились получать аммиак из частей животных, таких как оленьий рог, и получали аммиачные препараты (дух оленьего рога и т. д.), но Джозеф Пристли (1733-1804) первым собрал чистое вещество и провел эксперименты с ним.К. Л. Бертолле (1748—1822) доказал, что аммиак состоит из азота и водорода.

В девятнадцатом веке аммиак иногда производили путем воздействия пара на цианамид кальция, что называлось цианамидным процессом, который, в свою очередь, производился путем взаимодействия карбида кальция с азотом при высоких температурах. В начале двадцатого века немецкие химики Фриц Габер и Карл Бош научились производить аммиак в больших количествах с помощью каталитических реакций азота (из воздуха) с водородом под высоким давлением.Оба человека были удостоены Нобелевской премии — Габера в 1918 году и Боша в 1931 году. Процесс Габера-Боша является основой современного производства аммиака, хотя в детали технологии было внесено много усовершенствований.

Аммиак (температура кипения °28,03°F [-33,35°C]) можно получить в лаборатории путем нагревания хлорида аммония с известью, а газ собрать путем вытеснения воздуха вниз или вытеснения ртути. Этим методом можно получить водные растворы аммиака, называемые гидроксидами аммония, содержащие до 28% аммиака по весу.Гидроксид аммония проявляет свойства слабого основания, окрашивая лакмусовую бумагу в синий цвет и нейтрализуя кислоты с образованием солей аммония. Ионы переходных металлов либо осаждаются в виде гидроксидов (железа [II], железа [III]), либо превращаются в аммиачные комплексы (медь [II], никель [II], цинк [II], серебро [I]). Аммиачный комплекс меди (II) в растворе имеет темно-синий цвет и служит качественным тестом на медь. Он также обладает способностью растворять целлюлозу и использовался в процессе изготовления регенерированных целлюлозных волокон или вискозы.

Молекулы аммиака имеют пирамидальную форму с атомом азота в вершине. Эти молекулы постоянно подвергаются типу движения, называемому инверсией, при котором атом азота проходит через плоскость трех атомов водорода, как зонтик, выворачивающийся наизнанку на ветру. Когда аммиак действует как основание, атом азота связывается либо с протоном (с образованием иона аммония), либо с катионом металла.

Соли аммония, такие как хлорид аммония, называемый нашатырным спиртом, растворимы в воде и летучи при нагревании.Часто обнаруживается, что при растворении солей аммония в воде поглощается значительное количество тепла, что приводит к резкому снижению температуры. Соли аммония, содержащие анионы слабых кислот (карбонатных, сульфидных), легко выделяют аммиак благодаря склонности протона отрывать атом азота и связываться с анионом слабой кислоты.

В жидком или замороженном аммиаке молекулы притягиваются друг к другу за счет общего атома водорода между одной молекулой и другой, что называется водородной связью. При этом притяжении, называемом ассоциацией, соединения, явно содержащие свободные электроны, могут быть получены путем обработки растворов натрия/аммиака комплексообразователями.

Аммиак является горючим газом и реагирует с кислородом с образованием азота и воды или оксида азота (II) и воды. Окисление аммиака в растворе приводит к гидразину, коррозионному и летучему компоненту топлива. Аммониевые соли окисляющих анионов — нитраты, дихроматы и перхлораты — нестойки и при нагревании могут взрываться или дефлаграции. Аммиачная селитра используется как бризантное взрывчатое вещество; перхлорат аммония входит в состав ракетного топлива. Дихромат аммония используется в популярной демонстрации искусственного вулкана, в которой коническая куча соли воспламеняется и энергично горит, выбрасывая большое количество зеленого оксида хрома (III) — лавы.

При обработке гидроксида аммония кристаллами йода образуется взрывоопасное коричневое твердое вещество, трийодид азота. В сухом виде это вещество настолько чувствительно, что от малейшего прикосновения оно взорвется с треском и выбросом фиолетовых паров йода.

Аммиак получают реакцией водорода с азотом в присутствии железного катализатора, известной как процесс Габера-Боша. Реакция экзотермическая и сопровождается концентрированием по объему.(Аммиак занимает меньший объем, чем газы, из которых он сделан.) Используются условия высокого давления (150–250 бар) и диапазон температур от 752–932°F (400–500°C). Смешанные газы циркулируют через катализатор, образуется и удаляется аммиак, рециркулируют непрореагировавшие реагенты. Крупные заводы по производству аммиака могут производить более 1000 тонн в день. Каждая тонна аммиака требует 3 100 кубических ярдов (2 400 м3) водорода и 1050 кубических ярдов (800 м3) азота, а также 60 гигаджоулей энергии.Большая часть энергии расходуется на нагрев реагентов и работу компрессоров, необходимых для достижения высокого давления, используемого в синтезе. Дополнительная энергия необходима для производства водорода из углеводородного сырья и для отделения азота от воздуха. Сама реакция синтеза выделяет некоторое количество тепла, и большое внимание уделяется тепловой эффективности и использованию отработанного тепла. Газы, поступающие в каталитический нейтрализатор, должны быть высокоочищенными и не содержать соединений серы, отрицательно влияющих на катализатор.Катализатор готовят на месте водородной обработкой магнетита, оксида железа, содержащего гидроксид калия и другие оксиды в небольших количествах в качестве промоторов. Крупный завод по производству аммиака может иметь до 100 тонн катализатора.

Поскольку водород обычно получают из природного газа, называемого метаном, цена на аммиак очень чувствительна к наличию или цене топлива. Производство аммиака в Соединенных Штатах достигло 17 миллионов тонн в 1991 году, а спрос был даже больше, чем производство в США, что привело к примерно двум миллионам тонн импорта.Мировое производство аммиака составляет около 100 миллионов тонн в год, что составляет около 40 фунтов (18 кг) на каждого человека на Земле.

Аммиак образуется из азота в воздухе под действием азотфиксирующих бактерий, которые существуют в почве на корнях некоторых растений, таких как люцерна. Фиксация азота также может осуществляться сине-зелеными водорослями в море. Эти бактерии и водоросли обладают ферментом, называемым нитрогеназой, который позволяет им превращать азот в аммиак при температуре 77°F (25°C) и давлении 1 бар, что является гораздо более мягкими условиями, чем в процессе Габера-Боша.Известно, что нитрогеназа представляет собой сложный белок, содержащий атомы металлов, таких как железо, молибден и сульфид-ионы, но ее структура и механизм действия до конца не изучены даже после десятилетий исследований. Недавние исследования показывают, что молекула азота может связываться с атомами железа в ферменте на стадии реакции.

Аммиак может образовываться в организме человека и может аномально накапливаться во время серьезных заболеваний, таких как синдром Рея. Большая часть азота обычно выделяется людьми (и другими млекопитающими) в виде мочевины, водорастворимого твердого вещества, но рыбы могут выделять аммиак напрямую.

Мочевина в конечном итоге вступает в реакцию с водой с образованием аммиака, который поэтому обычно в некоторой степени присутствует в сточных водах. Низкие концентрации аммиака в воде можно обнаружить и измерить с помощью раствора, называемого реактивом Несслера, который дает сильный цвет в присутствии аммиака. Согласно недавней инвентаризации токсичных веществ, проведенной правительством Соединенных Штатов, в 1989 году в окружающую среду было выброшено 200 000 тонн аммиака. Эта цифра не включает внесение аммиака в качестве удобрения.

Хотя атмосфера Земли не содержит аммиака, жидкий и твердый аммиак существует на других планетах, таких как Юпитер, где он, возможно, изначально образовался из нитридов металлов, реагирующих с водой. Аммиак также был обнаружен в межзвездном пространстве с помощью радиоастрономии.

Наиболее широко аммиак используется в удобрениях, которые вносятся в почву и помогают повысить урожайность таких культур, как кукуруза, пшеница и соя. Жидкий аммиак, водные растворы аммиака и химические вещества, полученные из аммиака, такие как соли аммония и мочевина, используются в качестве источников растворимого азота.Мочевина, которая производится из аммиака и углекислого газа, также может использоваться в качестве кормовой добавки для крупного рогатого скота, помогая животным быстро накапливать белок.

Все другие важные химические вещества, содержащие азот, в настоящее время производятся из аммиака. В реакции, называемой процессом Оствальда, азотная кислота получается в результате окисления аммиака в присутствии платинового катализатора с последующей обработкой полученных оксидов азота водой. Азотная кислота и нитраты необходимы для производства взрывчатых веществ, таких как тротил, нитроглицерин, порох, а также для порохов в патронах для винтовок и пулеметов.

Два типа полимеров, необходимых для искусственных волокон, требуют использования аммиака, полиамидов (нейлон) и акрилов (орлон). Оригинальный полиамид, названный нейлоном, производился компанией DuPont Chemical Co. и состоял из двух компонентов: адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Азот во втором названном компоненте получен из аммиака. Акриловые краски изготавливаются из трехуглеродного соединения азота, акрилонитрила. Акрилонитрил получают в результате реакции пропена, аммиака и кислорода в присутствии катализатора.

Благодаря своим основным свойствам аммиак способен реагировать с кислыми газами, такими как оксиды азота и оксиды серы, с образованием солей аммония. Таким образом, аммиак

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Комплексы аммиака — Виды, обычно положительно заряженные ионы, образованные путем связывания нескольких молекул аммиака через их атомы азота с ионом переходного металла.

Гигаджоуль— Миллиард джоулей. Количество энергии, равное 277 киловатт-часам, или примерно столько электроэнергии потребляет американская семья в месяц.

Полиамид — Полимер, такой как нейлон, содержащий повторяющиеся амидные группы, соединяющие сегменты полимерной цепи.

используется в скрубберах, удаляющих кислые газы перед их выбросом в окружающую среду.

Аммиак по-прежнему будет иметь важное значение для сельского хозяйства и всей азотной химической промышленности. По мере того, как страны Азии и Латинской Америки будут повышать уровень жизни и укреплять экономику, им потребуются собственные заводы по производству аммиака. По этой причине мощности и производство будут продолжать расти.Могут появиться новые области применения, особенно аммиака в качестве относительно недорогой основы с уникальными свойствами, жидкого аммиака в качестве растворителя и в качестве среды для хранения водорода по мере перехода стран к альтернативным видам топлива.

См. также Амиды.

КНИГИ

Buechel, K.H., et al. Промышленная неорганическая химия . Нью-Йорк: VCH, 2000.

Гринвуд, Н. Н. и А. Эрншоу. Химия элементов . Нью-Йорк: Баттерворт-Хайнеманн, 1997. Ежегодник полезных ископаемых 2000 . Вашингтон, округ Колумбия: Правительственная типография, 2001.

ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ИЗДАНИЯ

Зайлер, Н. «Аммиак и болезнь Альцгеймера». Международная нейрохимия 41, вып. 2-3 (2002): 187-207.

ДРУГОЕ

«Аммиак (безводный) химический фон» Национальный совет по безопасности: перекресток (по состоянию на 14 октября 2006 г.) .

Джон Р.Phillips

Аммиак жидкий – обзор

1 Реакция группы лактонов с аммиаком и аминами

Альдонамиды легко получают реакцией лактонов с жидким аммиаком (86,99,100), с гидроксидом аммония (101,102) или барботированием аммиака газа в спиртовые растворы лактонов сахаров (103–104). Альдонамиды тетроновых кислот устойчивы в водном растворе (105), а пентон- или гексонамиды гидролизуются, о чем свидетельствует изменение оптического вращения растворов амидов (106).Гидролиз катализируется кислотами и основаниями, продуктом является аммониевая соль альдоновой кислоты.

Альдонолактоны также реагируют с различными аминами, образуя замещенные амиды. Так, нагревание l-гулонолактона с p -фенетидинами приводило к N -замещенным гулонамидам, продуктам, обладающим жаропонижающим и обезболивающим действием (107). Конденсация альдонолактонов с алкенаминами (такими как аллиламин) или ненасыщенными производными мочевины дает алкенамиды и уреиды полиоксиалифатических кислот, подходящие промежуточные продукты для синтеза меркурированных диуретических соединений (108).Глюконолактон и метиларабинонат конденсировали с n -дециламином и более высокими гомологами в поисках синтетических эмульгаторов (109). Арабинамиды мало растворимы в воде и не обладают эмульгирующими свойствами. Глюконамиды 98 лучше растворимы в воде и являются слабыми эмульгаторами.

Агрегационные свойства восьми диастереомерных N -октилальдогексонамидов d-ряда, трех l-ряда и соответствующих рацематов были исследованы, главным образом, с помощью электронной микроскопии (110).Амиды получали электролитическим окислением соответствующих гексоз до лактонов и амидированием октиламином. В зависимости от расположения гидроксильных групп и конформации цепи наблюдались разные типы агрегатов.

Лактоновые дисахариды (такие как лактобионо-1,5-лактон) реагировали с длинноцепочечными первичными аминами с образованием модельных гликолипидов нового типа (111, 112). Для образования N -замещенных альдонамидов из альдоновых кислот и аминов в качестве конденсирующего агента использовали N N ‘-дициклогексилкарбодиимид.Однако в случае лактонов катализатор не требовался. Синтетические гликолипиды (например, 99 ) получали в кристаллическом виде из этанола.

Альдонолактоны мальтоолигосахаридов реагируют с этилендиамином с образованием N -(2-аминоэтил)альдонамидов (113–115), которые успешно прививаются к носителям через амидные связи. Мальтоолигосахариды получали расщеплением амилозы альфа-амилазой. После очистки олигосахаридов их переводили в лактоны гипойодитным или электролитическим окислением.

Описан аминолиз различных лактонов, включая лактоны уроновой кислоты, под высоким давлением (116). Однако процедура не применялась к альдонолактонам.

Ароматические полиамины реагируют с лактонами сахаров с образованием гетероциклических соединений, имеющих присоединенный полигидроксиалкильный заместитель с открытой цепью. Так, при обработке альдонолактонов o -фенилендиамином были получены (117) 2-полигидроксиалкилимидазолы ( 100 ).

Конденсация d-глюконо-1,5-лактона с 4:5-диамино-6-диэтиламино-2-метилпиримидином дала 8-полигидроксиалкилпурин 101 , C-нуклеозид сахара с открытой цепью (118 ).Некоторые другие пиримидины давали аналогичные продукты из d-глюконо- или d-рибонолактонов.

Аналогично, C-нуклеозиды аденина с открытой цепью были получены путем конденсации 4,5,6-триаминопиримидина с альдоновыми кислотами (или альдонолактонами) с различной длиной цепи. Сначала образовавшиеся амиды ( 102 ) подвергали термической циклизации с получением 8-(гидроксиалкил)аденинов ( 103 ) с довольно низкими выходами (119).

N -Ацилиндолы, полученные из амидов, использовались для превращения лактонов в защищенные гидроксикислоты.Так, 2-(2-пропенил)анилид (хлорметил)алюминия реагирует (120) с 1,4- и 1,5-лактонами, как, например, пер- O трет--бутилдиметилсилил-d-рибоно-1. ,4-лактон ( 104 ) с получением гидроксиамидов. После защиты свободной гидроксильной группы эти амиды превращали озонолизом в N -ацилиндолы, 105 , которые легко омылялись до кислоты 106 .

Методика оказалась общей для получения защищенных оксикислот из лактонов (121).Этот кажущийся тривиальным процесс часто трудно осуществить, поскольку попытка дериватизации γ или δ -гидроксикислот часто приводит к релактонизации, а не к защите гидроксила. Этот метод был применен к нескольким альдонолактонам для получения соответствующих промежуточных гидроксиамидов. Защита с использованием [(2-триметилсилил)этоксиметилхлорида, метоксиметилхлорида, трет--бутилхлордиметилсилана или трет--бутилхлордифенилсилана с последующим озонолизом давала защищенный N- ( γ- или )производные индола.Мягкое омыление дало индол и гидроксикислоты, защищенные ацеталем или силилом.

Аммиак – обзор | Темы ScienceDirect

b. Свойства аммиака

Аммиак представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом. Это мощный стимулятор сердца, и чрезмерное вдыхание может привести к серьезным последствиям — даже к смерти. В газообразном состоянии аммиак существует в виде дискретных полярных молекул пирамидальной структуры (рис. 22.1). В жидком и твердом состояниях аммиак широко связан посредством водородных связей , как и следовало ожидать, учитывая высокую электроотрицательность азота.

РИСУНОК 22.1.

Многие химические свойства аммиака обусловлены наличием в валентной оболочке атома азота неподеленной пары электронов. Это позволяет аммиаку действовать как основание Льюиса , то есть донор электронной пары.

На основную природу аммиака указывает его реакция с водой. Аммиак чрезвычайно растворим в воде, растворяя около 700 объемов в 1 объеме растворителя при 20°С и давлении 1 атм. Процесс растворения сопровождается реакцией

Nh4(г)аммиак+h3O(ж)⇄Nh5+аммоний  ион+OH−   Kb=1.6×10−5 при  25°C

Аммиак является слабым основанием в воде, и растворы содержат лишь небольшое количество ионов аммония и гидроксида. Хотя такие растворы обычно называют гидроксидом аммония, соединение NH 4 OH никогда не выделялось.

Основная природа аммиака проявляется также в его реакции с протонными кислотами с образованием солей аммония; например, газообразный NH 3 и HCl дают соль хлорида аммония.

Аммиак соединяется за счет отдачи электронной пары с большинством d ионов переходных металлов и с ионами цинка, кадмия и ртути(II) с образованием положительно заряженных комплексных ионов .Группа NH 3 в комплексах называется амминогруппой . Некоторыми примерами амминовых комплексов являются [Ag(NH 3 ) 2 ] + , [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ и [Cu(NH 3 )

0 0 . ] 2+ . В каждом случае каждая молекула аммиака соединяется с металлом через неподеленную пару электронов на атоме азота. (Природа комплексов подробно обсуждается в главе 28.)

Другие важные химические реакции аммиака зависят от его способности действовать как восстановитель , особенно при повышенных температурах; азотсодержащие продукты окисления меняются в зависимости от условий реакции.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.