Что такое синтез аммиака?

Синтез аммиака - это производство аммиака из комбинации водорода и азота. Большая часть производимого аммиака используется в качестве удобрения, хотя его можно использовать и для других целей, например, для изготовления взрывчатых веществ. Процесс был разработан в Германии в начале 1900-х годов.

Атмосфера полна газообразного азота, но она не реагирует и обычно не сочетается с другими элементами. Основная стратегия получения аммиака NH ₃ заключается в объединении газообразного водорода Н ₂ с газообразным азотом N ₂ при высокой температуре и высоком давлении. С химической точки зрения это сложная реакция, поэтому для ускорения процесса требуется агент.

Катализатор - это соединение, которое ускоряет реакцию. В синтезе аммиака в качестве катализатора обычно используется железо. Тип используемого железа - восстановленная магнетитовая руда . Есть и другие химические вещества, которые можно использовать в качестве катализаторов, но железо является наиболее распространенным.

Источником газообразного водорода обычно является природный газ, также известный как метан, СН ₄ . Это описывает основной процесс синтеза аммиака. Многие другие шаги происходят в установке синтеза аммиака. Соединения серы сначала удаляются из природного газа путем взаимодействия с оксидом цинка, который превращается в сульфид цинка. Это оставляет свободный метан, который проходит еще несколько преобразований, чтобы произвести водородный газ.

Используемая температура составляет около 1482 ° F (400 ° C). Используемое давление меньше, чем оптимально для реакции. Из соображений безопасности используется давление около 200 атмосфер (атм). Выход составляет около 10-20% в этих условиях. Когда смесь покидает реактор, она охлаждается, и аммиак становится жидким. Тепло улавливается и повторно используется для нагрева поступающих газов.

Этот метод синтеза аммиака известен как процесс Хабера , потому что он был создан немецким химиком Фрицем Хабером, который разработал условия для химической реакции. Он разработал его во время нехватки азотсодержащих удобрений в начале 1900-х годов, и потому что Германии понадобились взрывчатые вещества для Первой мировой войны. В настоящее время аммиак производится в больших масштабах во всем мире.

Альтернативный способ получения водорода для реакции заключается в электролизе воды. Электролиз использует электричество для расщепления соединений. В этом случае вода разлагается на водород и кислород. Это было сделано в связи с производством электроэнергии на гидроэлектростанциях. Еще в 1911 году электролиз воды использовался для получения водорода для синтеза аммиака.

Некоторые микроорганизмы могут использовать газообразный азот из воздуха для производства аммиака. Этот процесс называется азотфиксацией . В этом случае катализаторы представляют собой сложные ферменты, известные как нитрогеназы . Бактерии, которые осуществляют этот процесс, живут на корнях бобовых, таких как горох. Фиксация азота значительно улучшила питательный статус многих почв.