Синтез аммиака

Сильно погружаться в тонкости химического производства мы не будем, тем более что половина информации из учебников уже устарела 🤓

В промышленности аммиак получают процессом Габера — прямым взаимодействием простых веществ:
N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃

Это обратимая, каталитическая, гомогенная, экзотермическая.
В качестве оксида используется губчатое, или пористое, железо с добавлением Al₂O₃ и K₂O.

Мы знаем, что для увеличения скорости реакции нужно увеличить температуру, но не всё так просто! При увеличении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, в нашем случае это в сторону обратной реакции 😬
Получается, что просто повысить температуру недостаточно.

Химики-технологи долго искали оптимальные условия синтеза и нашли! Синтез проводят при высоком давлении ≈300 атм. и температуре ≈500°C. Спокойно, цифры запоминать не обязательно 😅

1️⃣ Такое большое давление обеспечивает турбокомпрессор. Он сжимает исходную смесь и создает необходимое давление.

2️⃣ Сжатая газовая смесь попадает в колонну синтеза, где на катализаторе и происходит реакция. Таким образом удается превратить в аммиак только 20% смеси.

3️⃣ Из колонны синтеза смесь азота, водорода и аммиака поступает в холодильник. Там смесь охлаждается и аммиак становится жидким (азот и водород всё ещё газы).

4️⃣ Смесь попадает в сепаратор, где жидкий аммиак отделяется от газообразной азот-водородной смеси. Аммиак отправляется на склад.

5️⃣ Циркуляционный компрессор отправляет газовую смесь обратно в колонну синтеза, и всё начинается сначала

Благодаря такому принципу циркуляции удается увеличить выход до 95%!