Ποια είναι η διαδικασία Haber-Bosch;

Η διαδικασία Haber-Bosch, ή απλώς η διαδικασία Haber, είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιείται στην παραγωγή αμμωνίας σε μεγάλη κλίμακα. Αυτή η διαδικασία ονομάστηκε από τους Fritz Haber και Carl Bosch, τους δύο γερμανούς χημικούς που εφευρέθηκαν στη διαδικασία στις αρχές του 20ου αιώνα. Η διαδικασία Haber-Bosch αναπτύχθηκε για να αντικαταστήσει τις λιγότερο αποτελεσματικές μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν νωρίτερα για την παραγωγή αμμωνίας, όπως η διαδικασία Frank-Caro. Σήμερα, η διαδικασία Haber-Bosch χρησιμοποιείται κατά κύριο λόγο στην παραγωγή της αμμωνίας που χρησιμοποιείται στα λιπάσματα, αντίθετα με τα χρόνια της εφεύρεσης, όταν χρησιμοποιήθηκε για την παροχή αμμωνίας για εκρηκτικά που χρησιμοποιήθηκαν στον πρώτο πόλεμο.

Ιστορικό

Η διαδικασία Haber-Bosch επινοήθηκε για να καλύψει τις υψηλές απαιτήσεις αμμωνίας τον 19ο αιώνα. Η ζήτηση αμμωνίας αυξήθηκε λόγω των απαιτήσεών της για την παραγωγή λιπασμάτων και ζωοτροφών. Στις αρχές του 20ού αιώνα, ο Χάμπερ αποφάσισε να προτείνει μια εναλλακτική μέθοδο για τη διατήρηση της ζήτησης αμμωνίας. Ο Haber Fritz, μαζί με τον βοηθό του, κατέληξαν σε μια διαδικασία που απαιτούσε τη χρήση καταλυτών και συσκευής υψηλής πίεσης. Η διαδικασία επίδειξης ήταν μικρής κλίμακας σε εργαστηριακό επίπεδο. Η διαδικασία επίδειξης πραγματοποιήθηκε το καλοκαίρι του 1909. Η αμμωνία δημιουργήθηκε ως σταγόνες με ρυθμό 125ml ανά ώρα. Η διαδικασία αυτή αναγνωρίστηκε και αγοράστηκε από την BASF, χημική εταιρεία με έδρα τη Γερμανία. Ο Carl Bosch ανατέθηκε στο καθήκον να εξασφαλίσει ότι η διαδικασία αναβαθμίστηκε σε βιομηχανικό επίπεδο, πράγμα που το έκανε με επιτυχία το 1910. Η παραγωγή αμμωνίας μεγάλης κλίμακας ξεκίνησε το 1913 στο εργοστάσιο της Oppau που ανήκε στην BASF. Το εργοστάσιο πολλαπλασίασε την παραγωγή αμμωνίας που χτύπησε 20 τόνους την ημέρα μέχρι το 1914. Η διαδικασία Haber-Bosch αποτελούσε πλεονέκτημα για τη Γερμανία κατά τη διάρκεια του Α 'Παγκοσμίου Πολέμου. Ο Haber κέρδισε το βραβείο Νόμπελ το 1913 και η Bosch κέρδισε το ίδιο βραβείο το 1931.

Η διαδικασία

Η αμμωνία σχηματίζεται μέσω μιας διαδικασίας που περιλαμβάνει την αντίδραση αζώτου και υδρογόνου. Η διαδικασία εμφανίζεται υπό θερμοκρασίες μεταξύ 400 και 500 βαθμών Κελσίου. Τα αέρια αζώτου και υδρογόνου περνούν πάνω από καταλύτες, με σταθερούς κανονισμούς θερμοκρασίας για να διατηρούν σταθερή την ισορροπία. Τα αέρια διοχετεύονται σε τέσσερις ομάδες καταλυτών. Σε κάθε σετ, περίπου 15% αέριο αντιδρά για να σχηματίσει αμμωνία. Τα αέρια που δεν έχουν αντιδράσει διοχετεύονται ξανά και ξανά μέσω των καταλυτών. Στο τέλος, σχεδόν 97% των αερίων έχουν αντιδράσει. Το άζωτο δεν είναι δραστικό λόγω των ισχυρών τριπλών δεσμών που συγκρατούν τα μόρια μαζί. Για να διασφαλιστεί ότι αντιδρά με το υδρογόνο, απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες και καταλύτες. Το υδρογόνο που χρησιμοποιείται στη διαδικασία Haber-Bosch αποκτάται κυρίως από μεθάνιο. Για να επιτευχθεί υδρογόνο από το μεθάνιο, διεξάγεται διαδικασία αναμόρφωσης ατμού, όπου το αέριο τίθεται υπό υψηλές θερμοκρασίες και πίεση και καταλύτη νικελίου. Για να αυξηθεί ο ρυθμός παραγωγής, η παραγόμενη αμμωνία αφαιρείται συχνά από το σύστημα. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενοι καταλύτες στη διαδικασία Haber περιλαμβάνουν τους καταλύτες με βάση το σίδηρο, το ουράνιο και το όσμιο.

Οικονομικές και περιβαλλοντικές πτυχές

Αφού επινοήθηκε η διαδικασία Haber-Bosch, έπρεπε να ανταγωνιστεί τη διαδικασία κυαναμιδίου. Η διαδικασία κυαναμιδίου ήταν αναποτελεσματική επειδή χρησιμοποίησε μεγάλες ποσότητες ενέργειας και εργασίας. Η διαδικασία Haber έχει ενταθεί σε επίπεδο που οδηγεί στην παραγωγή περίπου 450 εκατομμυρίων τόνων αζωτούχων λιπασμάτων ετησίως. Η μεγάλη παραγωγή λιπασμάτων οδήγησε σε μεγάλες εκτάσεις γης που τέθηκαν υπό τη γεωργία. Το λίπασμα αμμωνίας έχει αυξήσει τις γεωργικές αποδόσεις και την άφθονη προσφορά τροφίμων, οδηγώντας σε αυξημένους ρυθμούς αύξησης του πληθυσμού.

Συνιστάται

Είναι η Ολλανδία μια χώρα;
2019
Πώς λειτουργούν οι γενικές εκλογές του Ηνωμένου Βασιλείου;
2019
Ποιες είναι οι κύριες αιτίες της αποτυχίας του φράγματος;
2019