Обзор процесса Хабера-Боша

Процесс Хабера-Боша это процесс, который связывает азот с водородом для производства аммиака - важной части в производстве удобрений для растений. Процесс был разработан в начале 1900-х годов Фрицем Хабером, а позже был изменен, чтобы стать производственным процессом для производства удобрений Карлом Бошем. Многие ученые и ученые считают процесс Хабера-Боша одним из важнейших технологических достижений 20-го века.

Процесс Хабера-Боша чрезвычайно важен, потому что он был первым из разработанных процессов, который позволил людям массово производить растительные удобрения благодаря производству аммиака. Это был также один из первых промышленных процессов, разработанных с использованием высокого давления для создания химической реакции (Rae-Dupree, 2011). Это позволило фермерам выращивать больше продуктов питания, что, в свою очередь, позволило сельское хозяйство чтобы поддержать большее население. Многие считают процесс Хабера-Боша ответственным за течение Земли демографический взрыв поскольку «примерно половина белка у современных людей происходит с азотом, фиксированным в процессе Хабера-Боша» (Rae-Dupree, 2011).

К периоду индустриализация численность населения значительно выросла, и в результате возникла необходимость увеличить производство зерна, и сельское хозяйство началось в новых областях, таких как Россия, Америка и Австралия (Morrison, 2001). Чтобы повысить урожайность сельскохозяйственных культур в этих и других районах, фермеры начали искать способы добавления азота в почву, и использование навоза, а затем и гуано и ископаемого нитрата возросло.

В конце 1800-х и начале 1900-х годов ученые, в основном химики, начали искать способы разработки удобрений путем искусственного связывания азота, как это делают бобовые в своих корнях. 2 июля 1909 года Фриц Хабер произвел непрерывный поток жидкого аммиака из водорода и азота газы, которые подавались в горячую железную трубу под давлением над катализатором из осмия и металла (Morrison, 2001). Это был первый раз, когда кто-то смог выработать аммиак таким способом.

Позже Карл Бош, металлург и инженер, работал над совершенствованием этого процесса синтеза аммиака, чтобы его можно было использовать в мировом масштабе. В 1912 году в Оппау, Германия, началось строительство завода с коммерческой производственной мощностью. Завод мог производить тонну жидкого аммиака за пять часов, и к 1914 году завод производил 20 тонн азота в день (Morrison, 2001).

С началом Первая Мировая Войнапроизводство азота для удобрений на заводе прекратилось, и производство переключилось на производство взрывчатых веществ для траншейной войны. Позже в Саксонии, Германия, был открыт второй завод для поддержки военных действий. В конце войны оба завода вернулись к производству удобрений.

Сегодня процесс работает так же, как и при использовании чрезвычайно высокого давления для химической реакции. Он работает путем фиксации азота из воздуха с водородом из природного газа для производства аммиака (диаграмма). Процесс должен использовать высокое давление, потому что молекулы азота удерживаются вместе с сильными тройными связями. В процессе Хабера-Боша используется катализатор или контейнер из железа или рутения с внутренней температурой более 800 F (426 C) и давление около 200 атмосфер, чтобы объединить азот и водород вместе (Rae-Dupree, 2011). Затем элементы выходят из катализатора в промышленные реакторы, где элементы в конечном итоге превращаются в жидкий аммиак (Rae-Dupree, 2011). Затем жидкий аммиак используется для создания удобрений.

Сегодня химические удобрения составляют около половины азота, поступающего в мировое сельское хозяйство, и это число выше в развитых странах.

Сегодня места с наибольшим спросом на эти удобрения также являются местами, где население мира растет быстрее всего. Некоторые исследования показывают, что «около 80 процентов мирового роста потребления азотных удобрений в период с 2000 по 2009 год приходилось на Индию и Китай» (Mingle, 2013).

Несмотря на рост в крупнейших странах мира, значительный рост населения во всем мире после Развитие процесса Хабера-Боша показывает, насколько важно было для глобальных изменений Население.

Текущий процесс фиксации азота также не полностью эффективен, и большое количество теряется после того, как он применяется к полям из-за стока, когда идет дождь, и естественного выделения газов, когда он сидит в поля. Его создание также чрезвычайно энергоемко из-за высокого температурного давления, необходимого для разрыва молекулярных связей азота. В настоящее время ученые работают над созданием более эффективных способов завершения процесса и созданием более экологически чистых способов поддержки сельского хозяйства и растущего населения мира.