Определение оптимальных параметров поглощения диоксида углерода аммиачным раствором нитрата аммония

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрен  процесс карбонизации водно-аммиачного раствора в зависимости от температуры, степени карбонизации и мольного соотношения исходных компонентов. Показано что содержание азота в азотных удобрениях, в том числе и в жидких, является очень важным показателем его качества.  В качестве второго компонента использовали диоксид углерода, который на азотнотуковых заводах получается как отход.

ABSTRACT

This article discusses the process of carbonization of an aqueous ammonia solution depending on temperature, degree of carbonization, and molar ratio of the starting components. It is shown that the nitrogen content in nitrogen fertilizers, including liquid ones, is a very important indicator of its quality. As the second component, carbon dioxide was used, which is obtained as waste in nitrogen-fertilizer plants.

Ключевые слов: экспанзерный газ, азотнотуковых, карбонизация, углеаммиакат.

Keywords: expansion gas, nitrogen-nitrogen gas, carbonization, carbon ammonia.

С целью установления оптимальных параметров изучен процесс карбонизации водно-аммиачного раствора в зависимости от температуры, степени карбонизации и мольного соотношения исходных компонентов. Для исследования применяли 23; 25, и 27 %-ные водные растворы аммиака, так как в условиях азотнотуковых заводов Республики имеется в наличии аммиачная вода, концентрация которой находится в указанных пределах [1].

В качестве второго компонента использовали диоксид углерода, который на азотнотуковых заводах получается как отход (экспанзерный газ). Исследования проводили в температурном интервале 0-60 °С через каждые 10-15°С с определением максимальной степени поглощения диоксидауглерода для каждой температуры. Для температур выше 60°С исследования не проводились, так в этом случае образуется в основном гидрокарбонат, в котором содержание аммонийного азота минимально.

Содержание азота в азотных удобрениях, в том числе и в жидких, является очень важным показателем его качества. Результаты экспериментов по определению содержания общего азота в жидких углеаммиакатах в зависимости от мольного соотношения аммиака к диоксиду углерода, степени карбонизации концентрации аммиачной воды представлены в табл.1.

Из приведенных данных следует, что с увеличением концентрации карбонизируемой аммиачной воды, степени карбонизации и уменьшение мольного соотношения аммиака к диоксиду углерода содержание общего азота в жидких углеаммиакатах постоянно уменьшается [4].

При карбонизации 23%-ной аммиачной воды с уменьшением мольного соотношения аммиака к диоксиду углерода от 3,98:1,0 до 2,67:1,0 и увеличением степени карбонизации (СК) от 50,20 до 74,25 содержание общего азота уменьшается с 16,48 до 15,48 %, т.е. на 6,01 %, при 2,26:1,0 и СК = 88,23-на 8,98 %, при 2,11:1,0 и СК = 94,76-на 10,32%, при 1,69:1,0 и СК= 118,04-на 14,93 %.

Таблица 1.

Содержание общего азота в углеаммиакатах в зависимости от соотношения аммиака к диоксиду углерода, концентрации аммиачной воды и степени карбонизации

Данные показывают, что с уменьшением мольного соотношения аммиака диоксиду углерода, увеличением степени карбонизации, концентрации аммиачной воды, и уменьшением содержания общего азота температура кристаллизации жидких азотных удобрений повышается с 0 до 50 °С.

При карбонизации 23%-ного водного раствора аммиака (C_NH3=23 %) до степени карбонизации (СК) 50,20%, мольном соотношении аммиака к диоксиду углерода (NH₃:CО₂) 3,98:1,0, содержании общего азота (ΣN) 16,48%,температура кристаллизации (Т_кр) жидкого азотного удобрения - 0°С. С изменением перечисленных параметров (NH₃: СО₂) 2,67 : 1,0; СК = 74,25%;  ΣN - 15,49 % температура кристаллизации жидкого удобрения повышается составляет уже 10°С.

 При  NH₃: С0₂= 2,26 : 1,0 СК = 88,23 ΣN- 15,00%; Т_кр=+15°С, при NH₃: СО₂= 2,11:1,0 СК = 94,76% ΣN= 14,78%; Т_кр= 20°С.

Дальнейшее изменение параметров приводит к резкому скачку температуры кристаллизации жидкого удобрения, которая поднимается до, +50°С (NH₃:CО₂=1,69:1,0; СК - 118,04%; ΣN-14,02%).

При карбонизации 25% - ного водного раствора аммиака до степен карбонизации 38,99%, мольном соотношении аммиака к диоксиду углерода 5,17:1,0, содержании общего азота 18,29%, температура кристаллизации жидкого азотного удобрения также равняется 0°С.

При NH₃:CО₂= 3,13:1,0 СК = 64,21%; ΣN= 17,05%; Т_кр= +10°С,

при NH₃:CО₂-3,13:1,0СК = 99,78%; ΣN= 17,05%; Т_КР= +10°С,

при NH₃:CО₂-2,20:1,0СК = 99,78%; ΣN=15,91%; Т_кр=+20°С,

при NH₃:CО₂= 2,01:1,0СК =104,20%; ΣN- 15,45%; Т_КР= +30°С

при NH₃: СО₂= 1,84:1,0 СК = 108,60%; ΣN= 15,23%; Т_кр= +40°С.

При наименьшем мольном соотношении NH₃:CО₂= 1,69:1,0 СК =117,83% ΣN= 14,91 также происходит резкое изменение температуры кристаллизации и она достигает 55°С.

При карбонизации 27%-ного водного раствора аммиака до степени карбонизации 29,0%, мольном соотношении, аммиака к диоксиду углерода 6.89:1.0 содержании общего азота 20,19%, температура кристаллизации жидкого азотного  удобрения как и в предыдущих двух случаях равна 0°С.

При  дальнейшем изменении параметров температура кристаллизации меняется следующим образом:

при NH₃:СО₂-3,55:1,0 СК = 56,14%; ΣN- 18,59%; Т_кр= ₊10°С, при NH₃:CО₂= 2,47:1,0 СК =80,72%; ΣN= 17,34%; Т_Кр= 20°С, при NH₃:C0₂= 2,16; 1,0 СК = 92,37%; ΣN= 16,81%; Т_КР= 2 5°С. при NH₃:CО₂= 2,05:1,0 СК = 96,42%; ΣN= 17,98%; Т_кр= +30°С,при NН₃:СО₂= 1,89:1,0 СК = 104,78;ΣN= 17,72%; Т_кр=+40°С.

И при карбонизации 27 %-ного раствора водного аммиака в дальнейшем происходит резкое изменение температуры кристаллизации жидкого азотного удобрения, которая достигает 60°С. При NH₃:CO₂= 1,67:1,0СК-119,18 %;ΣN= 17,28 %.

Следовательно, в зависимости от значений различных технологических параметров температура кристаллизации рассматриваемых жидких азотных удобрений находится в пределах 0 - 60°С.

На основе проведенных экспериментов, в диаграмме растворимости системы NH₃-CО₂-H₂О выделены следующие оптимальные составы жидких азотных удобрений:

1. Полученные карбонизацией 23 %-ной аммиачной воды.

а) (NH₄)₂CО₃ -39,71% NH₃, - 4.75 %  Н₂О -55,49% Сумма азота -15,49 % Температура кристалл изации - + 10°С

б) (NR,)₂CО₃ -45.38%  NH₃ -2.14%  H₂O 15.00% Сумма азота -15.00% Температура кристаллизации - +15°С

Полученные карбонизацией 25 %-ной аммиачной воды

(NH₄)₂CО₃  -49.53%  NH₃ -1.78%  H₂O -48.69% Сумма азота  -15.91 %

Температура кристаллизации- +20°С

Полученные карбонизацией 27 %-ной аммиачной воды

а) (NH₄)₂CО₃ 48.0 %  NH₃ 4.06 %  Н₂О 47.94% Сумма азота - 17,34% Температура кристаллизации +20°С

б) (NH₄)₂CО₃ 53.24%  NH₃ 1.56%  Н₂О -45.20% Сумма азота  -16,81% Температура кристаллизации - +25 °С

Таким образом, на основании результатов исследований по изучению карбонизации 23-27%-ных водных растворов аммиака установлены три оптимальных состава жидких азотных удобрений с температурой кристаллизации +10- +25°С. Используя синтезированный карбонат аммония были приготовлены жидкие азотные удобрения не только оптимального состава, но и с содержанием 10, 20, 30, 40, и 50% основного вещества –(NH₄)₂СО₃.

Список литературы:
1. А.А. Исматов, Н.П. Исмаилов, Т.А. Атакузиев, Ф.М. Мирзаев. Ноорганик модцалар кимёвий технологияси // Тошкент.- Фан.- 2002.- 105 с.
2. Р.С. Соколовский. Химическая технология // М.- Владос- 2002.- 81 с.
3. П.Баранов и др. Жидкие азотные удобрения // М., Сельхозгаз.-1961-с.4.
4. Nitrogen - 1966.- № 43.-13 с.
5. Nitrogen - 1971. - № 73 - 23 с.