Що таке процес Хабер-Бош?

Процес Haber-Bosch, або просто процес Haber, є процедурою, що використовується у великомасштабному виробництві аміаку. Цей процес був названий на честь Фріца Хабера і Карла Боша, двох німецьких хіміків, які винайшли цей процес на початку 20 століття. Процес Haber-Bosch був розроблений для заміни менш ефективних методів, які раніше використовувалися у виробництві аміаку, таких, як Франк-Каро. Сьогодні процес Haber-Bosch в основному використовується у виробництві аміаку, використовуваного в добривах, на відміну від років його видобутку, коли його використовували для забезпечення аміаку для вибухових речовин, які використовувалися в першій війні.

Фон

Процес Haber-Bosch був винайдений для задоволення високих вимог до аміаку в 19 столітті. Потреба в аміаку зросла через вимоги до виробництва добрив та тваринництва. На початку 20-го століття Хабер вирішив запропонувати альтернативний метод для підтримки попиту на аміак. Хабер Фріц разом зі своїм помічником придумали процес, який вимагав використання каталізаторів і пристрою з високим тиском. Процес демонстрації був невеликим на лабораторному рівні. Процес демонстрації відбувся влітку 1909 року. Аміак утворювався у вигляді крапель зі швидкістю 125 мл на годину. Цей процес отримав визнання і був куплений німецькою хімічною компанією BASF. Карлу Бошу було покладено обов'язок гарантувати, що процес був підвищений до промислового рівня, який він успішно здійснив у 1910 році. Велике виробництво аміаку почалося в 1913 році на заводі Оппау, який належав компанії BASF. Завод помножив виробництво аміаку, який до 1914 р. Досягав 20 тонн на добу. Процес Хабер-Босх був важливим для Німеччини під час Першої світової війни.

Процес

Аміак утворюється в процесі реакції азоту і водню. Процес відбувається при температурі від 400 до 500 градусів Цельсія. Гази азоту і водню передаються над каталізаторами, причому регулятори постійної температури підтримують рівновагу. Гази пропускають над чотирма наборами каталізаторів. На кожному наборі приблизно 15% газу реагує з утворенням аміаку. Гази, які не прореагували, пропускаються знову і знову через каталізатори. Зрештою, майже 97% газів відреагували. Азот не реактивний через сильних потрійних зв'язків, що тримають його молекули разом. Для забезпечення його реагування з воднем необхідні високі температури і каталізатори. Водень, який використовується в процесі Хабера-Боша, отримують переважно з метану. Для отримання водню з метану проводять процес парового риформінгу, за допомогою якого газ подають під високими температурами і тиском і каталізатором нікелю. Для збільшення швидкості виробництва аміак часто видаляється з системи. Найчастіше використовувані каталізатори в процесі Хабера включають каталізатори на основі заліза, уран і осмій.

Економічні та екологічні аспекти

Після того, як був винайдений процес Хабера-Боша, він повинен був конкурувати з процесом цианаміду. Процес цианаміду був неефективним, оскільки він використовував великі обсяги енергії та праці. Процес Хабера посилився до рівня, що призводить до виробництва приблизно 450 мільйонів тон азотних добрив щорічно. Велике виробництво добрив призвело до того, що великі земельні ділянки потрапили під сільське господарство. Аміачне добриво збільшило врожайність сільськогосподарських культур та достатню кількість продовольства, що призвело до збільшення темпів зростання населення.