Co to jest synteza amoniaku?

Synteza amoniaku to wytwarzanie amoniaku z kombinacji wodoru i gazów azotowych. Większość wytwarzanego amoniaku jest stosowana jako nawóz, chociaż może być stosowany do innych celów, takich jak tworzenie materiałów wybuchowych. Proces ten został opracowany w Niemczech na początku XX wieku.

Atmosfera jest pełna gazu azotowego, ale jest niereaktywna i ogólnie nie łączy się z innymi elementami. Podstawową strategią wytwarzania amoniaku, NH _{3 , jest połączenie gazu wodorowego, H 2 , z gazem azotowym, N 2 , w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem. Chemicznie jest to trudna reakcja, więc wymaga środka, aby przyspieszyć proces.}

Katalizator to związek, który czyni reakcję szybciej. W syntezie amoniaku zastosowanym katalizatorem jest ogólnie żelazo. Rodzaj zastosowanego żelaza to redukowana ruda magnetytu . Istnieją inne chemikalia, które można stosować jako katalizatory, ale żelazo jest najczęstsze.

Źródłem gazu wodoru jest zwykle NATGaz ural, znany również jako metan, CH _{4 . Opisuje to podstawowy proces syntezy amoniaku. Wiele innych kroków odbywa się w roślinie syntezy amoniaku. Związki siarki są najpierw usuwane z gazu ziemnego poprzez reagowanie z tlenkiem cynku, który jest przekształcany w siarczek cynkowy. Pozostawia to wolny metan, który przechodzi kilka kolejnych transformacji w celu wytworzenia gazu wodorowego.}

Zastosowana temperatura wynosi około 1482 ° F (400 ° C). Zastosowane ciśnienie jest mniejsze niż optymalne dla reakcji. Ze względów bezpieczeństwa stosuje się ciśnienie około 200 atmosfer (ATM). Wydajność wynosi około 10-20% w tych warunkach. Gdy mieszanina opuszcza reaktor, jest chłodzona, aby amoniak stał się płynem. Ciepło jest wychwytywane i ponownie wykorzystywane w celu podgrzewania przychodzących gazów.

Ta metoda syntezy amoniaku jest znana jako Haber Process , ponieważ został stworzony przez niemieckiego chemika FRITZ Haber, który opracował warunki reakcji chemicznej. Rozwinął go podczas niedoboru nawozów zawierających azot na początku XX wieku, a ponieważ Niemcy potrzebowały materiałów wybuchowych do I wojny światowej, obecnie amoniak jest wytwarzany na dużą skalę na całym świecie.

Alternatywnym sposobem wykonania wodoru dla reakcji jest elektroliza wody. Elektroliza wykorzystuje energię elektryczną do rozkładania związków. W tym przypadku woda jest rozkładana na wodór i tlen. Dokonano tego w połączeniu z produkcją energii elektrycznej z roślin hydroelektrycznych. Już w 1911 roku zastosowano elektrolizę wody do dostarczania wodoru do syntezy amoniaku.

Niektóre mikroorganizmy są w stanie wykorzystywać gaz azotowy z powietrza do produkcji amoniaku. Proces ten nazywa się utrwalanie azotu . W tym przypadku katalizatory to złożone enzymy znane jako azotki . Bakterie, które wykonują ten proces, żyją na korzeniach roślin strączkowych, takich jak Pea PLants. Połączenie azotu znacznie poprawiło stan składników odżywczych wielu gleb.