Процесс Хабера или процесс Хабера-Боша является основным промышленным методом, используемым для производства аммиака или исправить азот. Процесс Хабера реагирует азот и водород газ с образованием аммиака:
N2 + 3 ч2 → 2 NH3 (ΔH = −92,4 кДж · моль−1)
История хаберского процесса
Фриц Хабер, немецкий химик, и Роберт Ле Россиньоль, британский химик, продемонстрировали первый процесс синтеза аммиака в 1909 году. Они образуют аммиак по каплям из сжатого воздуха. Однако не существовало технологии для расширения давления, требуемого в этом настольном устройстве, для коммерческого производства. Карл Бош, инженер BASF, решил технические проблемы, связанные с промышленным производством аммиака. Немецкий завод BASF в Оппау начал производство аммиака в 1913 году.
Как работает процесс Хабера-Боша
Оригинальный процесс Хабера сделал аммиак из воздуха. Промышленный процесс Хабера-Боша смешивает газообразный азот и газообразный водород в сосуде под давлением, который содержит специальный катализатор для ускорения реакции. С термодинамической точки зрения реакция между азотом и водородом благоприятствует продукту при комнатной температуре и давлении, но реакция не генерирует много аммиака. Реакция
экзотермический; при увеличении температуры и атмосферного давления равновесие быстро переключается в другое направление.Катализатор и повышенное давление - научная магия этого процесса. Первоначальным катализатором Bosch был осмий, но BASF быстро остановился на менее дорогом катализаторе на основе железа, который все еще используется сегодня. В некоторых современных процессах используется рутениевый катализатор, который более активен, чем железный катализатор.
Хотя Bosch первоначально электролизовал воду для получения водорода, современный вариант процесса использует природный газ для получения метана, который обрабатывается для получения газообразного водорода. По оценкам, 3-5 процентов мировой добычи природного газа идет на процесс Хабера.
Газы проходят через слой катализатора несколько раз, так как конверсия в аммиак составляет всего около 15 процентов каждый раз. К концу процесса достигается конверсия азота и водорода в аммиак около 97 процентов.
Важность процесса Хабера
Некоторые люди считают процесс Хабера самым важным изобретением последних 200 лет! Основная причина, по которой процесс Хабера важен, заключается в том, что аммиак используется в качестве удобрения для растений, что позволяет фермерам выращивать достаточно культур для поддержания постоянно растущего населения мира. Процесс Хабера обеспечивает 500 миллионов тонн (453 миллиардов килограммов) азотных удобрений в год, что, по оценкам, обеспечивает пищу для трети людей на Земле.
Есть и негативные ассоциации с процессом Хабера. Во время Первой мировой войны аммиак использовался для производства азотной кислоты для производства боеприпасов. Некоторые утверждают, что, к лучшему или к худшему, демографический взрыв не произошел бы без увеличения продовольствия из-за удобрения. Кроме того, выброс соединений азота оказал негативное воздействие на окружающую среду.
Ссылки
Обогащение Земли: Фриц Хабер, Карл Бош и трансформация мирового производства продуктов питания, Вацлав Смил (2001) ISBN 0-262-19449-X.
Агентство США по охране окружающей среды: изменение человека в глобальном азотном цикле: причины и последствия Питер М. Витусек, Председатель, Джон Абер, Роберт В. Ховарт, Джин Е. Ликенс, Памела А. Мэтсон, Дэвид В. Шиндлер, Уильям Х. Шлезингер и Г. Дэвид Тилман
Фриц Хабер БиографияНобелевский электронный музей, найден 4 октября 2013 г.