Kas ir amonjaka sintēze?

Atmosfēra ir pilna ar slāpekļa gāzi, taču tā ir nereaģējoša un parasti nesavienojas ar citiem elementiem. Amonjaka NH3 iegūšanas pamatstratēģija ir apvienot ūdeņraža gāzi H2 ar slāpekļa gāzi N2 augstā temperatūrā un zem augsta spiediena. Ķīmiski tā ir sarežģīta reakcija, tāpēc procesa paātrināšanai ir nepieciešams līdzeklis.

Katalizators ir savienojums, kas liek reakcijai noritēt ātrāk. Amonjaka sintēzē parasti tiek izmantots dzelzs katalizators. Izmantotais dzelzs veids ir reducēta magnetīta rūda. Ir arī citas ķīmiskas vielas, kuras var izmantot kā katalizatorus, taču visizplatītākā ir dzelzs.

Ūdeņraža gāzes avots parasti ir dabasgāze, kas pazīstama arī kā metāns, CH4. Tas apraksta amonjaka sintēzes pamatprocesu. Amonjaka sintēzes rūpnīcā notiek daudzas citas darbības. Sēra savienojumi vispirms tiek atdalīti no dabasgāzes, reaģējot ar cinka oksīdu, kas tiek pārveidots par cinka sulfīdu. Tas atstāj brīvu metānu, kas tiek pakļauts vēl vairākām transformācijām, lai radītu ūdeņraža gāzi.

Izmantotā temperatūra ir aptuveni 1482 ° F (400 ° C). Izmantotais spiediens ir mazāks par reakcijai optimālo. Drošības apsvērumu dēļ tiek izmantots aptuveni 200 atmosfēras (atm) spiediens. Šādos apstākļos raža ir aptuveni 10-20%. Kad maisījums iziet no reaktora, tas tiek atdzesēts, lai amonjaks kļūtu šķidrs. Siltums tiek uztverts un atkārtoti izmantots, lai sildītu ienākošās gāzes.

Šī amonjaka sintēzes metode ir pazīstama kā Hābera process, jo to izveidoja vācu ķīmiķis Frics Hābers, kurš izstrādāja ķīmiskās reakcijas apstākļus. Viņš to izstrādāja slāpekli saturoša mēslošanas līdzekļu trūkuma laikā 1900. gadu sākumā un tāpēc, ka Vācijai bija vajadzīgas sprāgstvielas Pirmā pasaules kara vajadzībām. Pašlaik amonjaks tiek ražots plašā mērogā visā pasaulē.

Alternatīvs veids, kā iegūt ūdeņradi reakcijai, ir ūdens elektrolīze. Elektrolīzē savienojumu sadalīšanai izmanto elektrību. Šajā gadījumā ūdens tiek sadalīts līdz ūdeņradim un skābeklim. Tas darīts saistībā ar elektroenerģijas ražošanu hidroelektrostacijās. Jau 1911. gadā ūdens elektrolīzi izmantoja, lai nodrošinātu ūdeņradi amonjaka sintēzei.

Daži mikroorganismi spēj izmantot slāpekļa gāzi no gaisa, lai ražotu amonjaku. Šo procesu sauc par slāpekļa fiksāciju. Šajā gadījumā katalizatori ir sarežģīti fermenti, kas pazīstami kā nitrogenāzes. Baktērijas, kas veic šo procesu, dzīvo uz pākšaugu saknēm, piemēram, zirņu augiem. Slāpekļa fiksācija ir ievērojami uzlabojusi daudzu augšņu uzturvielu stāvokli.