Применение аммиака в промышленности¶

Аммиак — химическое соединение азота и водорода с формулой NH₃, при нормальных условиях бесцветный газ с резким характерным запахом, легче воздуха, хорошо растворимый в воде. Это одно из важнейших веществ химической промышленности: его используют для производства удобрений, взрывчатых веществ, холодильной техники, лекарств и множества других продуктов. Мировое производство аммиака измеряется сотнями миллионов тонн в год, что делает его одним из самых массовых химических продуктов на планете.

¶Химические свойства и значение

Молекула аммиака состоит из одного атома азота и трёх атомов водорода. Азот в составе аммиака находится в восстановленной форме, поэтому вещество активно вступает в реакции: окисляется, образует соли с кислотами, реагирует с водой с образованием гидроксида аммония. Именно эти свойства определяют его промышленную ценность — аммиак служит удобным «носителем» азота и исходным сырьём для множества синтезов.

Основной способ получения — процесс Габера — Боша: синтез из азота и водорода при высоком давлении и температуре в присутствии катализатора. Метод был разработан в Германии в начале XX века и до сих пор остаётся главным в мировой практике.

¶Производство удобрений

Главное направление использования аммиака — сельское хозяйство. Около 80 % всего производимого аммиака идёт на изготовление азотных удобрений. Растения нуждаются в азоте для синтеза белков и нуклеиновых кислот, а почвы часто бедны доступными формами азота, поэтому внесение удобрений напрямую влияет на урожайность.

Из аммиака получают:

• нитрат аммония (аммиачная селитра) — одно из самых распространённых удобрений;
• сульфат аммония — удобрение и компонент для промышленных нужд;
• карбамид (мочевина) — концентрированное азотное удобрение, а также сырьё для производства смол и пластмасс;
• фосфаты аммония — комплексные удобрения, содержащие и азот, и фосфор.

Без синтетического аммиака массовое сельское хозяйство в его современном виде невозможно: именно азотные удобрения позволили существенно повысить продовольственную обеспеченность населения Земли в XX веке.

¶Промышленность и химический синтез

Аммиак — ключевое сырьё для многих химических производств:

• производство азотной кислоты — через каталитическое окисление аммиака; кислота затем идёт на удобрения, взрывчатые вещества, красители;
• синтез взрывчатых веществ — на основе аммиака получают аммиачную селитру и другие компоненты промышленных взрывчатых составов, применяемых в горном деле и строительстве;
• производство полимеров — из аммиака и его производных делают капролактам (сырьё для нейлона), меламин, полиуретаны;
• изготовление красителей, лекарств и фотоматериалов — аммиак участвует в синтезе множества органических соединений.

В металлургии аммиак применяют для азотирования стали — насыщения поверхностного слоя металла азотом для повышения твёрдости и износостойкости. В нефтехимии и нефтепереработке его используют для нейтрализации кислотных примесей.

¶Холодильная техника

Аммиак обладает высокой теплотой испарения и хорошими термодинамическими характеристиками, поэтому издавна применяется как хладагент (обозначение R717). Его используют в промышленных холодильных установках: на пищевых производствах, складах-холодильниках, мясокомбинатах, в системах кондиционирования крупных объектов.

К достоинствам аммиака как хладагента относят дешевизну, эффективность и отсутствие разрушающего воздействия на озоновый слой. Главный недостаток — токсичность: утечка опасна для здоровья, поэтому такие системы требуют строгого соблюдения техники безопасности и обслуживаются обученным персоналом.

¶Медицина и быт

В медицине слабый раствор аммиака (нашатырный спирт) применяют как средство первой помощи при обмороках — вдыхание паров раздражает дыхательные центры и способствует возвращению сознания. Раствор также используют наружно как антисептик и в составе некоторых мазей.

В быту водный раствор аммиака применяется для чистки стёкол, фарфора, ювелирных изделий и удаления пятен; он входит в состав средств для мытья посуды и поверхностей. В пищевой промышленности аммиак зарегистрирован как добавка E527 и применяется в небольших количествах при обработке некоторых продуктов.

¶Экология и безопасность

Аммиак токсичен: при высоких концентрациях в воздухе он раздражает слизистые оболочки, вызывает кашель и удушье, а в больших дозах опасен для жизни. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны строго нормируется. На производствах применяют системы контроля утечек, вентиляцию и средства индивидуальной защиты.

С экологической точки зрения значимым является не сам аммиак, а его соединения: избыток азотных удобрений вымывается в водоёмы, вызывая эвтрофикацию — «цветение» воды и гибель рыбы. Кроме того, производство аммиака энергоёмко и связано со значительными выбросами углекислого газа, поэтому активно разрабатываются технологии «зелёного» аммиака на основе возобновляемой энергии.

¶Перспективы

Аммиак рассматривается как перспективный энергоноситель и топливо: его можно использовать в судовых двигателях и энергетических установках без выбросов CO₂ при сгорании. Ведутся работы по применению аммиака для хранения и транспортировки водорода, поскольку в связанном виде его перевозить проще и дешевле. Эти направления делают аммиак одним из ключевых веществ для будущей низкоуглеродной экономики.