Cara membuat baja nitrogen: analisis proses dan proses pengeluaran baja nitrogen

Baja nitrogen adalah sejenis baja yang sangat diperlukan dalam pertanian moden, dan memainkan peranan penting dalam meningkatkan hasil tanaman dan mendorong pertumbuhan tanaman. Dalam industri baja, proses pengeluaran baja nitrogen adalah proses yang kompleks dan halus yang melibatkan pelbagai hubungan teknikal dan proses reaksi. Bagaimana untuk membuat baja nitrogen? Artikel ini akan memperincikan proses utama pengeluaran baja nitrogen dan aplikasinya.

1. Definisi dan jenis baja nitrogen

Sebelum memasuki proses pembuatan baja nitrogen, anda perlu terlebih dahulu memahami definisi baja nitrogen. Baja nitrogen terutamanya merujuk kepada baja yang mengandungi nitrogen. Baja nitrogen biasa termasuk urea, ammonia, dan ammonium nitrat. Mereka memainkan peranan penting dalam pertanian, dapat menyediakan sumber nitrogen yang diperlukan oleh tumbuhan dan mempromosikan pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan.

Jenis baja nitrogen

1. Urea: Kandungan nitrogen yang tinggi, sesuai untuk kebanyakan tanaman.
2. Air ammonia: Penyelesaian baja nitrogen, sering digunakan untuk persenyawaan.
3. Ammonium nitrat: Baja nitrogen biasa yang boleh membekalkan nitrogen.

Pengeluaran baja nitrogen ini tidak dapat dipisahkan dari tindak balas kimia di persekitaran suhu tinggi dan tekanan tinggi.

2. Bahan mentah teras untuk pembuatan baja nitrogen: nitrogen dan hidrogen

Langkah pertama dalam pembuatan baja nitrogen adalah untuk mendapatkan sumber nitrogen. Pengeluaran baja nitrogen biasanya memerlukan proses sintesis ammonia. Tindak balas utama ammonia sintetik adalah Kaedah Haber-Bosch. Proses ini menggunakan tindak balas sintesis nitrogen dan hidrogen untuk mendapatkan amonia (NH). Oleh itu, bahan mentah utama untuk pengeluaran baja nitrogen adalah nitrogen dan hidrogen.

Sumber Nitrogen

Nitrogen umumnya diekstrak dari udara, dan kandungan nitrogen di udara adalah sekitar 78%, yang dapat dipisahkan dari udara dengan pecahan.

Sumber hidrogen

Hidrogen biasanya berasal dari reaksi pembaharuan gas asli atau diperoleh melalui gasifikasi arang batu. Hidrogen adalah bahan mentah yang sangat diperlukan dalam proses pembuatan baja nitrogen.

3. Proses sintesis ammonia

Langkah utama ammonia sintetik adalah tindak balas Haber. Rumus tindak balas khusus adalah:

[ N2(g) + 3H2(g) \ rightharrow 2NH_3(g) ]

Keadaan tindak balas kaedah Haber

Kaedah tindak balas Haber perlu dilakukan pada suhu tinggi (kira-kira 400-500 ° C) dan tekanan tinggi (kira-kira 150-300 atmosfera), dan memerlukan tindakan pemangkin untuk meningkatkan kadar tindak balas.

Peranti untuk proses tindak balas

Dalam pengeluaran sebenar, tindak balas Haber perlu dilakukan melalui menara sintesis ammonia. Menara ammonia sintetik penuh dengan pemangkin, dan amonia selepas tindak balas akan disejukkan dan dimampatkan, dan akhirnya ammonia cair akan diperoleh.

4. Dari ammonia ke baja nitrogen: penukaran baja nitrogen seterusnya

Selepas pengeluaran ammonia sintetik, ia boleh diubah menjadi pelbagai jenis baja nitrogen. Berikut adalah beberapa cara biasa untuk menghasilkan baja nitrogen.

Pembuatan Urea

Pengeluaran urea adalah kaedah baja ammonia yang biasa, dan proses pengeluarannya agak matang. Proses pembuatan urea secara amnya dicapai melalui reaksi amonia dan reaksi dehidrasi:

[ 2NH3 + CO2 \ rightharrow (NH2)2CO + H_2O ]

Ammonia sintetik bertindak balas dengan karbon dioksida untuk menghasilkan urea dan air, dan kemudian mengeluarkan air melalui penyejatan untuk mendapatkan urea pepejal.

Pembuatan ammonium nitrat

Ammonium nitrat adalah baja nitrogen biasa yang lain. Semasa proses pengeluaran, ammonia perlu ditukar menjadi asid nitrik melalui reaksi sintesis asid nitrik, dan kemudian bertindak balas dengan amonia untuk mendapatkan ammonium nitrat:

[ NH3 + HNO3 \ rightharrow NH4NO3 ]

Ammonium nitrat yang dihasilkan dengan kaedah ini boleh digunakan secara langsung sebagai baja atau dicampur dengan bahan kimia lain untuk membuat baja kompaun.

Pengeluaran ammonia

Pengeluaran ammonia agak mudah, terutamanya diperoleh dengan melarutkan ammonia di dalam air. Ammonia biasanya digunakan untuk pengairan pertanian, atau untuk pemprosesan lanjut sebagai bahan mentah untuk baja.

5. Perlindungan alam sekitar dan cabaran teknikal pengeluaran baja nitrogen

Dalam proses pengeluaran baja nitrogen, selain sintesis dan penukaran bahan mentah, ia juga menghadapi banyak cabaran perlindungan alam sekitar dan teknikal. Pengeluaran baja nitrogen memerlukan banyak tenaga, terutamanya gas asli dan elektrik, dan tindak balas dalam keadaan suhu tinggi dan tekanan tinggi memerlukan peralatan yang lebih tinggi.

Isu pelepasan

Semasa pengeluaran baja nitrogen, sejumlah besar gas rumah hijau, terutama karbon dioksida, dikeluarkan. Ini mempunyai kesan tertentu terhadap alam sekitar. Oleh itu, banyak kilang baja meneroka kaedah pengeluaran yang lebih mesra alam, seperti meningkatkan kecekapan tenaga dan memulihkan karbon dioksida.

Penggunaan sumber

Pengeluaran baja nitrogen bukan sahaja memerlukan banyak tenaga, tetapi juga banyak sumber air. Cara mengurangkan penggunaan sumber sambil memastikan kecekapan pengeluaran adalah cabaran utama yang dihadapi industri baja nitrogen.

6. Trend pengeluaran baja nitrogen masa depan

Dengan peningkatan keperluan perlindungan alam sekitar, teknologi pengeluaran baja nitrogen juga terus meningkat. Pada masa akan datang, trend pembuatan baja nitrogen mungkin berkembang dalam aspek berikut:

1. Penjimatan tenaga dan pengurangan penggunaan: Dengan mengoptimumkan keadaan tindak balas, meningkatkan kecekapan tenaga dan mengurangkan kos pengeluaran.
2. Teknologi perlindungan alam sekitar: Kembangkan proses pengeluaran baja nitrogen pelepasan rendah atau sifar untuk mengurangkan pelepasan gas rumah hijau.
3. Teknologi ammonia sintetik hijau: Gunakan tenaga boleh diperbaharui (seperti tenaga angin dan tenaga suria) untuk menyediakan hidrogen untuk menggantikan sumber gas asli tradisional.

Kesimpulan

Cara membuat baja nitrogen bukan hanya masalah reaksi kimia, tetapi juga melibatkan pelbagai cabaran seperti tenaga dan perlindungan alam sekitar. Dengan kemajuan teknologi yang berterusan, proses pengeluaran baja nitrogen akan menjadi lebih cekap dan mesra alam. Untuk pembangunan pertanian dan keselamatan makanan, bekalan baja nitrogen yang berterusan dan kemajuan teknologi pembuatan akan memainkan peranan yang semakin penting.