کاربردهای دیگر آمونیاک

در متد استفاده از زغال سنگ، یک سطح زمین هموار و گرم در جوی شامل اکسیژن و بخار مورد نیاز است. قسمتی از زغال سنگها با سرعت زیاد در اکسیژن می سوزند (در کمتر از 0.1 ثانیه) که باعث افزایش درجه حرارت در کوره ها و به دنبال آن واکنش بقیه زغال سنگها با بخار می شود:

گاز حاصل شامل 55٪ مونوکسید کربن، 30٪ هیدروژن، 10٪ دی اکسید کربن و مقدار کمی متان و دیگر هیدروکربنها می باشد. این مخلوط از واکنش شیفت حاصل می شود.

مشکل اصلی در استفاده از زغال سنگ این است که مقادیر زیادی از دی اکسید گوگرد و تری اکسید تولید شده در هنگام سوزاندن زغال سنگ و همچنین مقدار قابل توجهی از سایر ناخالصی های حاصل مانند آرسنیک و برم، محصولاتی بسیار مضر سمی هستند که در مراحل بعدی این پروسه باعث مسمومیت شدید کاتالیزگرها می شوند. به علاوه محصولات مذکور برای طبیعت و هوا نیز بسیار مضر و باعث مسمومیت جانداران و گیاهان هستند. در نهایت مشکل دیگری که با آن روبرو هستیم، دفع رسوبات سمی حاصل از محیط زیست می باشد

قلب این فرایند، واکنش بین هیدروژن و نیتروژن در یک " راکتور بستر ثابت" است. گازها، در نسبت استوکیومتری، گرم و تحت فشار بیش از یک کاتالیزگر می باشند (شکل3).

نسبت آمونیاک در مخلوط موازنه با افزایش فشار و کاهش درجه حرارت (اصل لوشاتلیه) افزایش می یابد. داده های آماری در جدول 1موجود هستند. برای نیل به عملکرد مطلوب ، فشار بالا، دمای معتدل و یک کاتالیزگر مورد نیاز است.

جدول 1: درصد حجمی آمونیاک در مخلوطی موازنه شده جهت واکنش

بین نیتروژن و هیدروژن در طیف وسیعی از دما و فشار

بسته به ساخت راکتور، طیف گسترده ای از شرایط دمایی (بین 600 تا 700 درجه کلوین) مورد استفاده قرار می گیرد. فشار نیز بین 100 تا 200 اتمسفر متفاوت است. تلاشهای بی وقفه ای به منظور بهبود اثر کاتالیزگرها در فشارهای پایینتر (بعنوان مثال 50اتمسفر) جهت راحتتر صورت پذیرفتن این پروسه در حال انجام است.

آمونیاک معمولا در یک انبار (مرحله7 ) ذخیره و پس از تولید کود (اوره یا نمک آمونیوم) در صورت نیاز به بخشها یا کارخانه های دیگر حمل می شود. این حمل و نقل از طریق دریا (شکل 4) و یا از طریق جاده می تواند صورت پذیرد.

اکسید آهن کالیزگر اصلی مورد استفاده در متد هابر است که بواسطه هیدروژن خود باعث تولید آهن می شود. تلاشهای زیادی برای بهبود وضعیت کاتالیزوراسیون انجام شد و در نهایت مشخص گردید که اضافه نمودن مقدار کمی از هیدروکسید پتاسیم برای نیل به این مقصود بسیار مناسب خواهد بود.

اخیرا پژوهشهایی به منظور بهبود اثر کاتالیزگرها در فشارهای پایینتر جهت راحتتر صورت پذیرفتن این پروسه انجام شده است.

یکی از امیدوارکننده ترین این پژوهشها، متد استفاده از روتنیوم بر روی یک سطح گرافیتی می باشد.

فرایند هابر از اهمیت بسیار بالایی در حیات بشر برخوردار است. این اهمیت به میزانی است که دانشمندان آلمانی در طی یک دوره حدودا 90 ساله رکورد قابل توجهی در دست یافتن به جایزه های نوبل شیمی از خود به یادگار نهادند.

در سال 1918 جایزه نوبل شیمی به فریتس هابر، یک شیمیدان آلمانی که فرایند هابر را برای اولین بار بصورت آزمایشگاهی انجام داد، تعلق یافت. در سال 1931 برای دومین بار این جایزه به کارل بوش، بدلیل مهارت بالا در طرحبندی روندی مناسب برای فرایند مذکور در مقیاسی گسترده تر از مقیاس آزمایشگاهی اعطا شد.

در سال 2007، گرهارد ارتل جایزه نوبل را برای کار بر روی کاتالیزوراسیون واکنشهای گازی در جامدات به خود اختصاص داد. در میان طیف گسترده ای از واکنش های مورد مطالعه، او شواهدی در جذب مولکول های نیتروژن و مولکولهای هیدروژن در سطح آهن به دست آورد و عنوان نمود که این مولکولهای جذب شده در نهایت به اتمهای تشکیل دهنده خود تجزیه می شوند. این اتم ها سپس در مراحل بعدی طبق فرمول مولکول آمونیاک با یکدیگر ترکیب شده و منجر به تولید آمونیاک می شوندقابل ذکر است که در این مطالعات کمتر از10-10 اتم مورد استفاده قرار می گیرند. این اتمها در شرایط آزمایشگاهی مورد بررسی قرار می گیرند که این شرایط بسیار متفاوت از شرایط واقعی و موجود در صنعت هستند.

کل فرایند تولید آمونیاک از گاز متان در شکل5 خلاصه شده است. اگر زغال سنگ و یا نفتا محصول خام باشد، فرآیندهای بیشتری جهت تولید هیدروژن مورد نیاز است. نفتا قبل از پالایش اولیه به متان و اکسید کربن تبدیل می شود و از آنجا به مرحله واکنش شیفت می رود. ذغال سنگ نیز به مخلوط هیدروژن و اکسیدهای کربن تبدیل شده و این مخلوط سپس به مرحله واکنش شیفت می رود.