ปุ๋ยไนโตรเจน

ปุ๋ยไนโตรเจน

ปุ๋ยไนโตรเจนที่ใช้อาจจัดเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ ปุ๋ยไนโตรเจนประเภทอินทรีย์ และปุ๋ยไนโตรเจนประเภทอนินทรีย์หรือปุ๋ยเคมี

ปุ๋ยไนโตรเจนประเภทอนินทรีย์หรือปุ๋ยเคมี ส่วนใหญ่ได้จากการสังเคราะห์ทางเคมี ปัจจุบันนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อเพิ่มผลผลิตทางการเกษตร แบ่งเป็นหลายประเภท เช่นปุ๋ยแอมโมเนีย (NH3)ปุ๋ยโซเดียมไนเตรต (NaNO3)ปุ๋ยแคลเซียมไซยาไนด์ (CaCN2)ปุ๋ยแอมโมเนียมไนเตรตซัลเฟต (NH4 NO3 .(NH4)2SO4)เป็นต้น

กรรมวิธีการผลิตปุ๋ยไนโตรเจน  โรงงานอุตสาหกรรมผลิตปุ๋ยสามารถใช้ไนโตรเจนจากอากาศมาผลิตเป็นปุ๋ยไนโตรเจน  ในที่นี้จะเน้นการผลิตปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต ((NH4)2SO4) และปุ๋ยยูเรีย (NH2CONH2)

1.การผลิตปุ๋ยยูเรีย (NH₂CONH₂)
เตรียมได้จากปฏิกิริยาระหว่างแก๊ส NH₃ กับแก๊สCO₂ โดยใช้อุณหภูมิประมาณ  180-210 องศาเซลเซียส และความดัน 140-250 บรรยากาศ จะได้แอมโมเนียมคาร์บาเมต (NH₂CONH₄) กับน้ำ ดังสมการ
2NH_{3 (g)} + CO_{2 (g)} → NH₂CONH_{4 (aq)}
NH₂CONH_{4 (aq)  →} NH₂CONH_{2 (aq)} + H₂O _(l)
NH₃ กับCO₂ เตรียมได้จากก๊าซธรรมชาติ
NH₃ เตรียมจาก N₂ และ H₂ ในอากาศ โดยนำอากาศมากลั่นลำดับส่วน  คือ ลดอุณหภูมิลงมากๆ พร้อมกับเพิ่มความดันจนอากาศกลายเป็นของเหลว
เริ่มต้นเตรียม N₂ จากอากาศโดยกระบวนการ liquefaction คือ ทำให้อากาศกลายเป็นของเหลวทั้งหมดก่อนโดยการลดอุณหภูมิลงมากๆ และเพิ่มความดันสูงๆ จากนั้นนำอากาศเหลวซึ่งมี N₂ และ O₂ เป็นส่วนใหญ่มากลั่นลำดับส่วนแยกออกจากกัน N₂ ซึ่งมีจุดเดือดต่ำกว่า O₂ จะแยกออกมาก่อนแล้ว O₂ จึงกลั่นออกมา ภายหลัง
การเตรียม H₂ ในกรณีที่มีก๊าซปิโตรเลียมหรือก๊าซธรรมชาติ โดยนำ O₂ ที่ได้จากการกลั่นลำดับส่วนอากาศมาทำปฏิกิริยาดังสมการ  โดยใช้ภาวะที่เหมาะสมและใช้ Niเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จะได้ H₂ และCO₂ ซึ่งเรียกรวมกันว่า water gas
2CH_{4 (g)} + O_{2 (g)} →        2CO _(g) + 4H_{2 (g)}
หรืออาจใช้ไอน้ำทำปฏิกิริยากับก๊าซ CH₄ โดยตรง จะได้ก๊าซ CO และH₂ เช่นเดียวกัน
CH_{4 (g)} + H₂O _(g) →      CO _(g) + 3H_{2 (g)}
เมื่อแยกก๊าซ H₂ ออกจากก๊าซผสมแล้ว จึงนำก๊าซ COที่เหลือไปทำปฏิกิริยากับก๊าซ CH₄ อีกภายใต้อุณหภูมิสูง และมีตัวเร่งปฏิกิริยาเหมาะสม จะได้ก๊าซ CO₂ และH₂


ก๊าซผสมทั้งหมด (CO+H₂) สามารถแยกออกจากกันได้โดยผ่านเข้าไปในหอคอยที่มีน้ำพ่นลงมา ก๊าซ CO₂ ละลายน้ำได้ เกิดเป็นกรด H₂CO₃ไหลออกทางส่วนล่างของหอคอยพร้อมกับน้ำ
CO_{2 (g)} + H₂O _(l) → H₂CO_{3 (aq)}
สำหรับก๊าซ H₂ ซึ่งไม่ละลายน้ำจะผ่านขึ้นไปออกทางส่วนบนของหอคอย เก็บไว้ทำปฏิกิริยากับ N₂ เพื่อเตรียมก๊าซ NH₃ ต่อไป
สำหรับกรด H₂CO₃ นำไปแยกสลายให้กลับมาเป็นก๊าซ CO₂ได้ โดยนำ H₂CO₃ ไปลดความดันและเพิ่มอุณหภูมิ


ก๊าซ N₂ ที่เตรียมจากอากาศ และ H₂ ที่ได้จากก๊าซธรรมชาตินำมาทำปฏิกิริยากันจะได้ NH₃ เนื่องจากเป็นปฏิกิริยาที่มีภาวะสมดุลจึงต้องเลือกภาวะที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ก๊าซ มากที่สุด โดยทั่วๆไปใช้อุณหภูมิประมาณ 300 องศาเซลเซียส 350 บรรยากาศ และใช้ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
เมื่อนำก๊าซ NH₃ไปทำปฏิกิริยากับก๊าซ CO₂ จะได้ปุ๋ยยูเรีย
CH_{3 (g)} + CO_{2 (g)  →} NH₂CONH_{2 (s)} + H₂O _(l)
นอกจากนี้ ถ้าใช้ถ่านหินลิกไนต์เป็นวัตถุดิบแทนก๊าซธรรมชาติ จะเตรียม CO₂ และ H₂ ได้โดยการเผารวมกับ O₂ จะได้ CO₂9.4%,CO 59.9%, H₂ 28.6% และก๊าซอื่นๆ 2.1%
เมื่อแยกก๊าซอื่นๆที่ไม่ต้องการ เช่น H₂S และNO ออกไปแล้วจึงทำให้ CO กลายเป็นCO₂ โดยนำก๊าซผสมไปทำปฏิกิริยากับไอน้ำที่ความดันสูงๆ และมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม CO จะรวมตัวกับ H₂O ได้เป็น
CO₂ และ H₂
หลังจากได้ก๊าซผสม CO₂ และ H₂ แล้ว กระบวนการต่อๆไป สำหรับเตรียมปุ๋ยยูเรีย จะเหมือนกับกรณีที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นวัตถุดิบ

2.การผลิตปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต (NH₄)₂SO₄
เตรียมก๊าซ NH₃ และกรด H₂SO₄ ก่อนแล้วจึงนำมาทำปฏิกิริยากันเป็นปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต
ก๊าซ NH₃ เตรียมได้โดยวิธีการเดียวกับการผลิตปุ๋ยยูเรีย
กรด H₂SO₄ เตรียมได้โดยใช้ S เป็นสารตั้งต้นซึ่งส่วนใหญ่จะได้จากถ่านลิกไนต์ โดยนำ S มาหลอมเหลวแล้วเผารวมกับก๊าซ O₂ จะได้ก๊าซ SO₂
S _(l) + O_{2 (g)  →} SO_{2 (g)}
เมื่อนำก๊าซ SO₂ทำปฏิกิริยาต่อกับ O₂ จะได้ก๊าซ SO₃แต่เนื่องจากเป็นปฏิกิริยาที่มีสมดุลจึงต้องเลือกภาวะของอุณหภูมิและความดันที่เหมาะสม คือ 330 องศาเซลเซียส  และใช้ V₂O₅ หรือ Pt เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจะเหมาะสมได้ก๊าซ มากที่สุด
เมื่อผ่านก๊าซ SO₃ ลงในสารละลายกรด H₂SO₄ เข้มข้น(เกือบบริสุทธิ์) จะเกิดปฏิกิริยาได้เป็น H₂S₂O₇ หรือ H₂SO₄ ^. SO₃ เรียกว่า โอเลียม(oleum) หรือ fuming sulfuric acid
H₂SO_{4 (aq)} + SO_{3 (g)  →} H₂S₂O_7 (aq)
เมื่อต้องการกรด H₂SO₄ กลับคืน ให้นำ H₂S₂O₇ ไปทำปฏิกิริยากับน้ำ
เมื่อนำก๊าซ NH₃ และกรด H₂SO₄ มาทำปฏิกิริยากันจะได้ปุ๋ย (NH₄)₂SO₄ ตามต้องการ
2NH_{3 (g)} + H₂SO_{4 (aq)  →} (NH₄)₂SO_4(s)
หมายเหตุ
การเตรียมกรด H₂SO₄ จะไม่เตรียมจากปฏิกิริยาระหว่าง SO_{3 (g)} กับ H₂O _(l) โดยตรง  ตามสมการ
H₂O _(l) + SO_{3 (g)  →} H₂SO_4(aq)

เนื่องจาก เกิดปฏิกิริยายาก และมีการคายความร้อนสูงมาก รวมทั้งยังมีก๊าซบางอย่างระเหยออกมาตลอดเวลา ซึ่งอาจทำให้เกิดอันตรายได้ง่าย

หน้าแรก