Mi a Haber-Bosch folyamat?
A Haber-Bosch folyamat, vagy egyszerűen a Haber folyamat, az ammónia nagyszabású gyártásához használt eljárás. Ezt a folyamatot nevezték el Fritz Haber és Carl Bosch, a két német vegyész, akik a 20. század elején találták ki a folyamatot. A Haber-Bosch folyamatot úgy fejlesztették ki, hogy helyettesítse a korábban kevésbé hatékony módszereket, amelyeket korábban az ammóniagyártásban használtak, mint például a Frank-Caro folyamatot. Ma a Haber-Bosch folyamatot elsősorban a műtrágyában használt ammónia előállítására használják, ellentétben a találmány éveivel, amikor az első háborúban használt robbanóanyagok ammóniájának biztosítására használták.
Háttér
A Haber-Bosch folyamatot a 19. században az ammónia magas igényeinek kielégítésére fejlesztették ki. Az ammónia iránti kereslet a műtrágyák és az állati takarmánygyártás követelménye miatt emelkedett. A 20. század elején Haber úgy döntött, hogy alternatív módszert dolgoz ki az ammónia iránti kereslet fenntartására. Haber Fritz asszisztenseivel együtt olyan folyamatot hozott létre, amely katalizátorok és nagynyomású készülék használatát igényelte. A demonstrációs folyamat laboratóriumi szinten kis léptékű volt. A demonstrációs folyamat 1909 nyarán zajlott le. Az ammóniát cseppenként 125 ml / óra sebességgel állították elő. Ez a folyamat elismerést kapott, és a BASF, egy németországi vegyipari vállalat vásárolta meg. Carl Boschnak feladata volt, hogy biztosítsa, hogy a folyamatot ipari szintre emeljék, amit 1910-ben sikeresen hajtott végre. Az ammónia nagyszabású termelése 1913-ban kezdődött a BASF tulajdonában lévő Oppau üzemben. Az üzem 1914-ben megszorította a napi 20 tonnát elérő ammónia-termelést. A Haber-Bosch folyamat Németország számára hasznos volt az első világháború alatt. 1913-ban Haber nyerte Nobel-díjat, és a Bosch 1931-ben nyerte ugyanazt a díjat.
A folyamat
Az ammóniát a nitrogén és a hidrogén reakciójával kapcsolatos eljárással képezzük. A folyamat 400 és 500 Celsius fok közötti hőmérsékleten megy végbe. A nitrogén- és hidrogéngázokat katalizátorokon vezetjük át, állandó hőmérsékleti előírásokkal, hogy az egyensúly stabil maradjon. A gázokat négy katalizátor-készleten vezetjük át. Minden készletnél körülbelül 15% -os gáz reagál ammónia képződésére. A nem reagált gázok újra és újra áthaladnak a katalizátorokon keresztül. Végül a gázok közel 97% -a reagált. A nitrogén nem reaktív az erős tripla kötések miatt, amelyek a molekuláikat együtt tartják. Annak biztosítása érdekében, hogy reagáljon a hidrogénnel, magas hőmérséklet és katalizátor szükséges. A Haber-Bosch folyamatban használt hidrogént elsősorban metánból nyerik. A hidrogén metánból történő előállításához gőzreformálási eljárást hajtanak végre, amelynek során a gáz magas hőmérsékleten és nyomáson és nikkelkatalizátorba kerül. A termelési sebesség növelése érdekében a gyártott ammóniát gyakran eltávolítják a rendszerből. A Haber-eljárásban általában használt katalizátorok közé tartoznak a vasalapú katalizátorok, az urán és az ozmium.
Gazdasági és környezeti szempontok
Miután a Haber-Bosch folyamatot feltalálták, a Cyanamid eljárással kellett versenyeznie. A cianamid-eljárás hatástalan volt, mert nagy mennyiségű energiát és munkaerőt használt. A Haber-folyamat olyan szintre erősödött, amely évente mintegy 450 millió tonna nitrogén műtrágyát eredményez. A műtrágyák nagy termelése következtében nagy földterületek kerültek a mezőgazdaságba. Az ammónia műtrágya megnövelte a mezőgazdasági hozamokat és az élelmiszer-ellátottságot, ami a népesség növekedésének növekedéséhez vezetett.
