Kas ir Haber-Bosch process?
Haber-Bosch process vai vienkārši Haber process ir procedūra, ko izmanto amonjaka liela mēroga ražošanā. Šis process tika nosaukts pēc Fritz Haber un Carl Bosch, diviem vācu ķīmiķiem, kuri izgudroja šo procesu 20. gadsimta sākumā. Haber-Bosch process tika izstrādāts, lai aizstātu mazāk efektīvās metodes, kas agrāk tika izmantotas amonjaka ražošanā, piemēram, Frank-Caro process. Šodien Haber-Bosch process tiek izmantots galvenokārt mēslošanas līdzekļos izmantojamā amonjaka ražošanā, atšķirībā no tās izgudrojuma gadiem, kad to izmantoja, lai nodrošinātu amonjaku sprāgstvielām, kuras tika izmantotas pirmajā karā.
Pamatinformācija
Haber-Bosch process tika izgudrots, lai apmierinātu augstās amonjaka prasības 19. gadsimtā. Ammonjaka pieprasījums palielinājās, pateicoties tā prasībai par mēslošanas līdzekļiem un lopkopības pārtikas ražošanu. 20. gadsimta sākumā Habers nolēma nākt klajā ar alternatīvu metodi, lai uzturētu amonjaka pieprasījumu. Haber Fritz kopā ar viņa palīgu nāca klajā ar procesu, kuram vajadzēja izmantot katalizatorus un augsta spiediena ierīci. Demonstrācijas process bija neliels laboratorijas līmenī. Demonstrācijas process notika 1909. gada vasarā. Amonjaks tika iegūts kā pilieni ar ātrumu 125 ml stundā. Šis process tika atzīts, un to iegādājās Vācijas ķīmijas uzņēmums BASF. Carl Bosch tika piešķirts pienākums nodrošināt, ka process tika modernizēts līdz rūpnieciskajam līmenim, ko viņš veiksmīgi darīja 1910. gadā. Lielais amonjaka ražošana sākās 1913. gadā Oppau rūpnīcā, kas piederēja BASF. Iekārta palielināja amonjaka ražošanu, kas sasniedza 20 tonnas dienā līdz 1914. gadam. Haber-Bosch process bija Vācijas ieguvums pasaules kara laikā. 1913. gadā Haber ieguva Nobela prēmiju un 1931. gadā Bosch ieguva to pašu balvu.
Process
Amonjaks veidojas, izmantojot procesu, kas saistīts ar slāpekļa un ūdeņraža reakciju. Process notiek temperatūrā no 400 līdz 500 grādiem pēc Celsija. Slāpekļa un ūdeņraža gāzes tiek novadītas pa katalizatoriem, ar nemainīgu temperatūras regulējumu, lai saglabātu līdzsvaru. Gāzes tiek novadītas pa četriem katalizatoru komplektiem. Katrā komplektā aptuveni 15% gāzes reaģē, veidojot amonjaku. Gāzes, kas nav reaģējušas, tiek nodotas atkal un atkal caur katalizatoriem. Beigās gandrīz 97% gāzes ir reaģējušas. Slāpeklis nav reaktīvs, jo spēcīgās trīskāršās saites saista molekulas kopā. Lai nodrošinātu, ka tā reaģē ar ūdeņradi, ir nepieciešamas augstas temperatūras un katalizatori. Haber-Bosch procesā izmantoto ūdeņradi galvenokārt iegūst no metāna. Lai iegūtu ūdeņradi no metāna, tiek veikts tvaika reformēšanas process, kur gāze tiek pakļauta augstām temperatūrām un spiedienam un niķeļa katalizatoram. Lai palielinātu ražošanas apjomu, saražotā amonjaka bieži tiek izņemta no sistēmas. Habera procesā plaši izmantotie katalizatori ietver katalizatorus ar dzelzi, urānu un osmiju.
Ekonomiskie un vides aspekti
Kad Haber-Bosch process tika izgudrots, tam bija jākonkurē ar cianamīda procesu. Cianamīda process bija neefektīvs, jo tas izmantoja lielu jaudu un darbaspēku. Haberas process ir pastiprinājies līdz līmenim, kas noved pie aptuveni 450 miljonu tonnu slāpekļa mēslošanas līdzekļu ražošanas gadā. Lielā mēslošanas līdzekļu ražošana ir novedusi pie lieliem zemes gabaliem lauksaimniecībā. Amonjaka mēslojums ir palielinājis lauksaimniecisko ražu un pietiekami daudz pārtikas, kā rezultātā palielinājās iedzīvotāju skaita pieauguma temps.
