암모니아 합성이란?
암모니아 합성은 수소와 질소 가스의 조합에서 암모니아를 생산하는 것입니다. 생산되는 암모니아의 대부분은 비료로 사용되지만 폭발물 만들기와 같은 다른 목적으로도 사용될 수 있습니다. 이 과정은 1900 년대 초 독일에서 개발되었습니다.
대기는 질소 가스로 가득 차 있지만 비 반응적이고 일반적으로 다른 원소와 결합하지 않습니다. 암모니아 (NH 3) 를 만들기위한 기본 전략은 고온과 고압에서 수소 가스 (H 2 )와 질소 가스 (N 2 )를 결합하는 것입니다. 화학적으로 이것은 어려운 반응이므로 프로세스 속도를 높이려면 에이전트가 필요합니다.
촉매는 반응을보다 빠르게 진행시키는 화합물입니다. 암모니아 합성에서, 사용 된 촉매는 일반적으로 철이다. 사용 된 철의 종류는 자 철광석을 감소시킨다 . 촉매로 사용할 수있는 다른 화학 물질이 있지만 철이 가장 일반적입니다.
수소 가스의 공급원은 일반적으로 메탄 CH4로도 알려진 천연 가스이다. 이것은 암모니아 합성의 기본 과정을 설명합니다. 많은 다른 단계들이 암모니아 합성 플랜트에서 발생합니다. 황 화합물은 산화 아연과 반응하여 천연 가스로부터 먼저 제거되며, 이는 황화 아연으로 변환된다. 이것은 자유 메탄을 남기고, 수소 가스를 생성하기 위해 몇 가지 변형을 더 거친다.
사용 된 온도는 약 1482 ° F (400 ° C)입니다. 사용 된 압력은 반응에 최적 인 것보다 적다. 안전상의 이유로 약 200 기압 (atm)의 압력이 사용됩니다. 이러한 조건에서 수율은 약 10-20 %입니다. 혼합물이 반응기를 떠나면서, 냉각되어 암모니아가 액체가된다. 유입되는 가스를 가열하기 위해 열이 포집되어 재사용됩니다.
이 암모니아 합성법은 화학 반응의 조건을 개발 한 독일 화학자 프리츠 하버 (Fritz Haber)에 의해 만들어 졌기 때문에 하버 공정 (Haber process )으로 알려져있다. 그는 1900 년대 초에 질소 함유 비료가 부족한 상태에서 개발했으며 독일은 제 1 차 세계 대전의 폭발물이 필요했기 때문에 현재 암모니아는 전 세계적으로 대량 생산되고 있습니다.
반응을 위해 수소를 만드는 대안적인 방법은 물의 전기 분해를 통한 것이다. 전기 분해는 전기를 사용하여 화합물을 분해합니다. 이 경우 물은 수소와 산소로 분해됩니다. 이것은 수력 발전소의 전기 생산과 관련하여 수행되었습니다. 1911 년까지 물의 전기 분해는 암모니아 합성을 위해 수소를 제공하는 데 사용되었습니다.
일부 미생물은 대기에서 질소 가스를 사용하여 암모니아를 생성 할 수 있습니다. 이 과정을 질소 고정 이라고합니다. 이 경우 촉매는 질소 효소라고 알려진 복잡한 효소입니다. 이 과정을 수행하는 박테리아는 완두콩 식물과 같은 콩류의 뿌리에 삽니다. 질소 고정은 많은 토양의 영양 상태를 크게 개선했습니다.