تولید سایر ترکیبات نیتروژن منحصراً از طریق آمونیاک صورت می گیرد. سالانه بیش از 100 میلیون تن در سراسر جهان تولید می شود که بیشتر آنها به کودهای نیتروژنی تبدیل می شوند.
استفاده از آمونیاک
آمونیاک یک محصول اساسی مهم در صنایع شیمیایی است که به عنوان ماده اولیه برای بسیاری از سنتزهای شیمیایی عمل می کند. حدود 80-85٪ برای ساختن انواع مختلف استفاده می شود کود مورد استفاده قرار می گیرد، مابقی، از جمله، برای تولید محصولات میانی ارگانیک مختلف و همچنین پلاستیک و الیاف مصنوعی استفاده می شود.
سنتز فنی آمونیاک
سنتز فنی آمونیاک از عناصر نیتروژن و هیدروژن بر اساس واکنش تعادلی :
تشکیل آمونیاک از عناصر گرمازا بوده و حجم آن کاهش می یابد. بعد از اصل حداقل محدودیت بنابراین، دماهای پایین و فشارهای بالا باعث تشکیل آمونیاک می شود. بررسی تعادل نشان داد که تا حد زیادی در سمت آمونیاک فقط در دمای زیر 200 درجه سانتیگراد و فشار بیش از 10 مگاپاسکال قرار دارد (شکل 2). با این حال، در این دماها، سرعت واکنش بسیار کم است، زیرا نیتروژن به طور خاص بسیار بی اثر است.
اگرچه برقراری تعادل را می توان با استفاده از یک کاتالیزور تسریع کرد، کاتالیزورهای مناسب صنعتی فقط در دمای بالای 400 درجه سانتیگراد به اندازه کافی موثر هستند.
بنابراین یکی در فناوری در دمای 400 تا 520 درجه سانتیگراد و فشارهای 25 تا 30 مگاپاسکال کار می کند. در این شرایط، تعادل به سمت مواد اولیه برمی گردد، به طوری که از نظر تئوری می توان به نسبت 35-40 درصد آمونیاک دست یافت. با این حال، از آنجایی که زمان اقامت در راکتور برای ایجاد تعادل کامل کافی نیست، تبدیل در واقع با یک عبور از راکتور تنها 15 تا 20٪ است.
بنابراین آمونیاک از مخلوط گاز واکنش با مایع شدن با خنک کردن آن جدا می شود. مواد اولیه واکنش نداده به طور مداوم به راکتور بازگردانده می شوند. با اعمال این اصل چرخه educt ها را می توان به طور کامل تبدیل کرد (شکل 3).
به دست آوردن مواد اولیه
مواد اولیه برای سنتز آمونیاک از تبدیل کاتالیزوری گاز طبیعی (متان) با بخار و هوا به دست می آید. این یک مخلوط گازی از هیدروژن و نیتروژن به نسبت 3:1 ایجاد می کند گاز سنتز استفاده می شود. استفاده از متان در اینجا ارزان تر از زغال سنگ یا فراکسیون های نفتی است، زیرا هیدروژن برای سنتز آمونیاک مورد نیاز است، که قبلاً توسط متان تامین می شود.
مکانیسم تشکیل آمونیاک
تعدادی کاتالیزور برای تسریع واکنش مواد اولیه برای تشکیل آمونیاک مناسب هستند. در مرکز اصلی آزمایش FRITZ HABER، از اسمیوم به عنوان یک استفاده شد کاتالیزور استفاده شده. با این حال، توسعه یک کاتالیزور ارزان‌تر با عمر طولانی‌تر برای موفقیت فرآیند مهم بود آلوین میتاش. تحت رهبری او، حدود 3000 کاتالیزور مختلف در بیش از 20000 آزمایش آزمایش شدند. تماسی ساخته شده از آهن فلزی که با احیای مگنتیت () منشأ و اضافات از برای فعال سازی و تثبیت دما
را مکانیسم واکنش در نهایت در سال 1983 – دهه‌ها پس از شروع تولید فنی – که شامل کاتالیزور می‌شود، مشخص شد. ERTL (که بعدها جایزه نوبل را دریافت کرد) با استفاده از روش‌های طیف‌سنجی مدرن، که امکان توصیف دقیق‌تر ذرات جذب‌شده روی سطوح کاتالیزور را فراهم می‌کند، نشان داد که گام تعیین‌کننده، جذب نیتروژن با تفکیک به اتم است. در این شکل، نیتروژن اتمی بسیار واکنش پذیرتر از نیتروژن مولکولی است (شکل 4).
| هیدروژن نیز با تفکیک جذب می شود. |
| سپس نیتروژن اتمی با هیدروژن اتمی جذب شده واکنش می دهد و در سه مرحله متوالی آمونیاک تشکیل می دهد. |
| در نهایت آمونیاک جذب شده به فاز گاز رها می شود. این فرآیند دفع نامیده می شود. |
اصول اولیه سنتز فنی آمونیاک از هیدروژن و نیتروژن را توسعه داد فریتز هابر در سال های 1905 تا 1910 در آزمایشگاه، اجرای صنعتی شایستگی است کارل بوش. اولین کارخانه برای سنتز آمونیاک در مقیاس بزرگ با ظرفیت روزانه 30 تن آمونیاک در Badische Anilin-und Sodafabrik (BASF) در اوایل سال 1913 به بهره برداری رسید. آثار Leuna سپس در سال 1915 به طور خاص به منظور سنتز آمونیاک ساخته شد. کارخانه های مدرن در مقیاس بزرگ امروزی 1000 تا 1500 تن آمونیاک در روز تولید می کنند.
/* خطوط شکست عمدا حذف شده اند! -رابرت */ ?>