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科普:化肥是从哪来的?


科普:化肥是从哪来的?

  发展农业离不开化肥,化肥中最主要的是氮肥,生产氮肥的原料过去是煤,现在主要是天然气和石油,尤其是天然气。

  尿素、硝酸铵和硫酸铵等无论哪种氮肥都是以氨为原料制成的,所以第一步都是要先合成出氨来。氨是由3个氢原子和1个氮原子构成的化合物,氮元素在空气里大量存在,只是如何加以分离和利用的问题。在天然气和石油中则含有大量氢元素。所以,要合成氨首先得从天然气或石油中制氢气。

  制氢有多种方法,其中主要是蒸汽转化法和部分氧化法。所谓蒸汽转化法,就是将天然气或轻油在800摄氏度至900摄氏度高温和以镍为主要成分的催化剂作用下,与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳,然后再进一步用另外一些催化剂把一氧化碳与水蒸气转化为氢气和二氧化碳,接着除去二氧化碳便是氢气了。这样既利用了烃类中的氢,又利用了水中的氢。

  所谓部分氧化法是指以重油为原料,在高温下与氧气或富氧空气进行反应,其中一部分重油完全燃烧,生成二氧化碳,同时放出大量热能。这些热能又提供给另一部分重油与二氧化碳和水蒸气作用生成一氧化碳和氢气。后面的步骤就和蒸汽转化法基本相同。

  有了氢气和氮气,要合成出来氨也不是轻而易举的,必须在高达300大气压(30兆帕)的压力和500摄氏度高温下,采用以铁为活性成分的高效催化剂,才能取得满意的转化率。其关键是催化剂,假如没有高效催化剂,氢和氮即使在高温高压下也会视同陌路,长期共处也难结合。

  农业上所用的氮肥中一多半是尿素,尿素是由氨和二氧化碳反应生成的。它们的反应温度为180摄氏度至200摄氏度,要求压力要在140至240大气压(14至兆帕24兆帕)。

  (摘自石油工业出版社《走进石油》)




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