Что такое процесс Хабера-Боша?
Процесс Хабера-Боша, или просто процесс Хабера, - это процедура, используемая при крупномасштабном производстве аммиака. Этот процесс был назван в честь Фрица Хабера и Карла Боша, двух немецких химиков, которые изобрели этот процесс в начале 20 века. Процесс Хабера-Боша был разработан для замены менее эффективных методов, которые ранее использовались при производстве аммиака, таких как процесс Франка-Каро. Сегодня процесс Хабера-Боша в основном используется для производства аммиака, используемого в удобрениях, в отличие от периода его изобретения, когда он использовался для получения аммиака для взрывчатых веществ, которые использовались в первой войне.
Предыстория
Процесс Хабера-Боша был изобретен для удовлетворения высоких потребностей в аммиаке в 19 веке. Спрос на аммиак вырос из-за его потребности в удобрениях и производстве кормов для скота. В начале 20-го века Хабер решил предложить альтернативный метод поддержания спроса на аммиак. Хабер Фриц вместе со своим помощником придумал процесс, который требовал использования катализаторов и устройства под высоким давлением. Демонстрационный процесс был маломасштабным на лабораторном уровне. Показательный процесс состоялся летом 1909 года. Аммиак выделялся в виде капель со скоростью 125 мл в час. Этот процесс получил признание и был куплен немецкой химической компанией BASF. Карлу Бошу было поручено обеспечить доведение технологического процесса до промышленного уровня, что он успешно и сделал в 1910 году. Крупномасштабное производство аммиака началось в 1913 году на заводе в Оппау, который принадлежал BASF. Завод увеличил производство аммиака, которое к 1914 году достигло 20 тонн в день. Процесс Хабера-Боша был ценным приобретением Германии во время Первой мировой войны. Хабер получил Нобелевскую премию в 1913 году, а Босх получил ту же премию в 1931 году.
Процесс
Аммиак образуется в результате процесса, включающего реакцию азота и водорода. Этот процесс происходит при температуре от 400 до 500 градусов Цельсия. Газы азота и водорода пропускают через катализаторы при постоянном регулировании температуры для поддержания устойчивого равновесия. Газы пропускают через четыре комплекта катализаторов. При каждом наборе примерно 15% газа вступает в реакцию с образованием аммиака. Газы, которые не вступили в реакцию, снова и снова пропускаются через катализаторы. В конце концов, почти 97% газов вступили в реакцию. Азот не реагирует из-за сильных тройных связей, удерживающих его молекулы вместе. Чтобы обеспечить его реакцию с водородом, требуются высокие температуры и катализаторы. Водород, используемый в процессе Хабера-Боша, в основном получается из метана. Для получения водорода из метана проводят процесс парового риформинга, при котором газ подвергают воздействию высоких температур и давления и никелевого катализатора. Чтобы увеличить скорость производства, образующийся аммиак часто удаляют из системы. Обычно используемые катализаторы в процессе Хабера включают катализаторы на основе железа, урана и осмия.
Экономические и экологические аспекты
После изобретения процесса Хабера-Боша ему пришлось конкурировать с цианамидным процессом. Цианамидный процесс был неэффективен, поскольку требовал больших затрат энергии и труда. Процесс Хабера активизировался до уровня, который приводит к производству примерно 450 миллионов тонн азотных удобрений в год. Большое производство удобрений привело к тому, что большие участки земли были отведены под сельское хозяйство. Аммиачные удобрения повысили урожайность сельскохозяйственных культур и обеспечили достаточное количество продовольствия, что привело к увеличению темпов роста населения.
