Методы связывания атмосферного азота

Высокая энергия связи в молекуле азота обеспечила особый технологический режим проведения процессов с участием атмосферного азота:

- применение высоких температур;

- высоких давлений;

- специфических катализаторов.

В начале XX века почти одновременно были разработаны три технических метода синтеза соединений из атмосферного молекулярного азота: дуговой, цианамидный и аммиачный.

1) В основе дугового метода лежит эндотермическая реакция прямого окисления азота кислородом воздуха, протекающая при температуре около 3000˚С в пламени вольтовой дуги:

N₂ + O₂ = 2NO + Q

с последующим доокислением азота и получением нитрата кальция:

NO + Ca(OH)₂ + O₂ = Ca(NO₃)₂

2) Цианамидный метод основан на способности тонкоизмельчённого карбида кальция реагировать при температуре 1000˚С с молекулярным азотом с образованием кальцийцианамида:

CaC₂ + N₂ = CaCN₂ + C + Q,

с последующим превращением кальцийцианамида в аммиак:

CaCN₂ + 3H₂O = 2NH₃ + CaCO₃ - Q

3) Аммиачный метод, в основе которого лежит реакция взаимодействия азота и водорода:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃ + Q

Сравнительная энергоемкость этих методов фиксации азота приведена в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Энергоемкость методов фиксации азота.

Метод	Энергетические затраты на производство 1 т аммиака, кДж
Дуговой	7 × 104
Цианамидный	1.2 × 104
Аммиачный	0.5 × 104

Энергетически наиболее выгоден аммиачный метод фиксации, что и обусловило его широкое внедрение в промышленности.

Таким образом, вследствие разработки и внедрения промышленных методов фиксации атмосферного азота, биохимический цикл азота, характеризуемый кругооборотом по схеме:

растения ® животные ® поступление в почву продуктов жизнедеятельности и отмирания растений и животных ® биохимические процессы разложения ®захват растениями усвояемых форм азота превращается в технобиогеохимический цикл, в котором преобладающее значение имеет техносфера.