アンモニア合成とは
アンモニア合成とは、水素ガスと窒素ガスの組み合わせからアンモニアを生成することです。 生成されたアンモニアのほとんどは肥料として使用されますが、爆発物の製造など、他の目的にも使用できます。 このプロセスは、1900年代初期にドイツで開発されました。
大気は窒素ガスで一杯ですが、反応性がなく、一般に他の元素と結合しません。 アンモニアNH 3を作るための基本的な戦略は、水素ガスH 2を窒素ガスN 2と高温および高圧で結合させることです。 化学的には、これは難しい反応であるため、プロセスを高速化するためにエージェントが必要です。
触媒は、反応をより迅速に進行させる化合物です。 アンモニア合成では、使用される触媒は一般的に鉄です。 使用される鉄の種類は還元磁鉄鉱鉱石です。 触媒として使用できる他の化学物質もありますが、鉄が最も一般的です。
水素ガスの供給源は通常、メタン、CH 4とも呼ばれる天然ガスです。 これは、アンモニア合成の基本プロセスを説明しています。 他の多くのステップは、アンモニア合成プラントで行われます。 硫黄化合物は、酸化亜鉛と反応して天然ガスから最初に除去され、酸化亜鉛は硫化亜鉛に変換されます。 これにより遊離のメタンが残り、さらにいくつかの変換を経て水素ガスが生成されます。
使用される温度は約1482°F（400°C）です。 使用される圧力は、反応に最適な圧力よりも低くなります。 安全上の理由から、約200気圧（atm）の圧力が使用されます。 これらの条件下での収率は約10-20％です。 混合物が反応器を出ると、アンモニアが液体になるように冷却されます。 熱は捕らえられ、再利用されて入ってくるガスを加熱します。
このアンモニア合成法は、化学反応の条件を開発したドイツの化学者フリッツハーバーによって作成されたため、 ハーバープロセスとして知られています。 彼は、1900年代初期の窒素含有肥料の不足の間に、そしてドイツが第一次世界大戦のために爆発物を必要としていたので、それを開発しました。現在、アンモニアは世界中で大規模に生産されています。
反応のために水素を作る別の方法は、水の電気分解によるものです。 電気分解は、電気を使用して化合物を分解します。 この場合、水は水素と酸素に分解されます。 これは、水力発電所からの電力生産に関連して行われています。 1911年まで、水の合成はアンモニアの合成に水素を供給するために使用されてきました。
一部の微生物は、空気からの窒素ガスを使用してアンモニアを生成できます。 このプロセスは窒素固定と呼ばれます。 この場合、触媒はニトロゲナーゼとして知られる複雑な酵素です。 このプロセスを実行する細菌は、エンドウ植物などのマメ科植物の根に生息しています。 窒素固定は、多くの土壌の栄養状態を著しく改善しました。