Процесс Габера
Проце́сс Га́бера (Ха́бера) — промышленный процесс (изобретен Фрицем Габером и Карлом Бошем), в котором атмосферный азот «связывается» путём синтеза аммиака. Смесь азота и водорода пропускается через нагретый катализатор под высоким давлением[1]. При этом за счет высокого давления равновесие в реакции N2+3H2 ⇄ 2NH3 смещается в сторону аммиака. Водород для получения аммиака извлекают из метана, обрабатывая его водяным паром[2].
Содержание
1 К истории синтеза аммиака
2 Свойства процесса Габера
3 Разработчики
4 См. также
5 Примечания
6 Ссылки
К истории синтеза аммиака |
Первоначально перед химиками стояла задача химического связывания азота, и в 19 веке её пытались решить, окисляя азот кислородом при температурах выше 2200 °С. Этот процесс был осуществлен учеными Х. Биркеландом и С. Эйде в вольтовой дуге. Также ими было обнаружено, что реакция ускоряется в присутствии Fe2O3. В 1901 г. был зарегистрирован патент на имя А. Ле Шателье на реакцию синтеза аммиака из азота и водорода. В патенте указывалась необходимость высокого давления, а также присутствие катализатора. В 1904—1907 гг. В. Оствальдом, В. Нернстом и Ф. Габером были выполнены работы, позволившие установить равновесные концентрации водорода, азота и аммиака в зависимости от давления и температуры. В марте 1909 г. Ф.Габер впервые получил аммиак при 600°С и 17,5 МПа, используя в качестве катализатора порошкообразный осмий. Результаты учёный передал в фирму BASF, которая построила в 1913 первый завод по синтезу аммиака. Аппаратуру для него разработал инженер К. Бош.
В фирме BASF было изучено более 8000 катализаторов процесса. Уже в 1910 г. было показано, что лучшим катализатором является плавленое железо с добавками оксидов алюминия, калия и кальция. Этот катализатор стал основным для синтеза аммиака на 90 лет.
Первое производство в СССР было основано в 1928 г. на Чернореченском химическом заводе в Дзержинске. В 1990 г. СССР был лидером по производству аммиака — 28 млн т/год. На середину 2000-х на территории бывшего СССР действует 42 агрегата синтеза аммиака мощностью от 1360 до 1420 т/сут (около 450 тыс.т/год). Общая мощность установок в России составила в 2001 г. 14,2 млн т/год, а всего в странах СНГ — 22 млн т/год[3].
Свойства процесса Габера |
Важным свойством процесса Габера является его безотходность. Реакция образования аммиака из водорода и азота равновесная и экзотермическая, поэтому при высоких температурах (необходимых для достижения приемлемой скорости реакции) равновесие смещается в сторону азота и водорода, и выход аммиака за один проход катализатора в промышленных условиях не превышает 14-16 %. Поэтому образовавшуюся смесь охлаждают до конденсации аммиака, жидкий аммиак отделяют сепаратором, а оставшуюся смесь водорода и азота направляют на рециркуляцию — вновь нагревают и пропускают через катализатор. Таким образом, в процессе Габера теоретический выход в реакции синтеза аммиака составляет 100 %.
Несмотря на то что реакция синтеза аммиака — экзотермическая, процесс Габера очень энергоёмкий: средний расход электрической энергии на производство 1 т аммиака составляет 3200 кВт·ч. Энергия затрачивается на сжатие и нагрев смеси азота и водорода и частично рассеивается в тепло при охлаждении, необходимом для конденсации и отделения аммиака.
Любопытно, что биофиксация атмосферного азота микроорганизмами — ещё более энергоёмкий процесс: для ассимиляции 1 молекулы азота требуется не менее 12 молекул АТФ, что эквивалентно 5000 кВт⋅ч на тонну аммиака.
Разработчики |
Лидерами по внедрению технологий синтеза аммиака являются известные компании Haldor Topsøe, KBR (Kellogg Brown & Root), Ammonia Casale, ICI, CF Braun (KBR), Uhde (ThyssenKrupp), Linde, Lurgi и другие[4]:[стр. 296—297].
См. также |
- Химическая кинетика
- Скорость химической реакции
- Биофиксация азота
Примечания |
↑ Словарь, 2009.
↑ Экологичный синтез аммиака
↑ О.В.Крылов. Гетрогенный катализ. Учебное пособие для вузов. — Москва: ИКЦ «Академкнига», 2004. — 679 с. — ISBN 5-94628-141-0.
↑ В. Е. Агабеков, В. К. Косяков. Нефть и газ. Технологии и продукты переработки. — Ростов н/Д: Феникс, 2014. — 458 с. — ISBN 978-5-222-21726-9.
Ссылки |
- Процесс Габера в словаре (рус.). — Определение процесса Габера в научно-техническом словаре. Проверено 28 сентября 2009. Архивировано 8 апреля 2012 года.
- Семенов В. П., Киселев Г. Ф., Орлов А. А. Производство аммиака / Под ред. В. П. Семенова. — М.: Химия, 1985. — 365 с.
- Справочник азотчика: Физико-химические свойства газов и жидкостей. Производство технологических газов. Синтез аммиака. — М.: Химия, 1986. — 512 с.
- Кузнецов Л.Д., Дмитренко Л.М., Рабина П.Д., Соколинский Ю.А. Синтез аммиака. — М.: Химия, 1982. — 296 с.
