Παραγωγή αμμωνίας σε εργαστηριακή και βιομηχανική κλίμακα

Η αμμωνία (NH3) είναι μια χημική ένωση υδρογόνου με άζωτο. Πήρε το όνομά του από την ελληνική λέξη "hals ammniakos" ή τη λατινική "sal ammoniacus", τα οποία μεταφράζονται μόνοι - "αμμωνία". Αυτή η ουσία ονομάζεται χλωριούχο αμμώνιο που ελήφθη στην έρημο της Λιβύης στην όαση του αμμωνίου.

Η αμμωνία θεωρείται πολύ τοξική ουσία που μπορεί να ερεθίσει τις βλεννώδεις μεμβράνες των ματιών και της αναπνευστικής οδού. Τα πρωταρχικά συμπτώματα της δηλητηρίασης από αμμωνία είναι άφθονη δακρύρροια, δύσπνοια και πνευμονία. Αλλά ταυτόχρονα, η αμμωνία είναι μια πολύτιμη χημική ουσία που χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή ανόργανων οξέων, για παράδειγμα νιτρικού, κυανιούχου και ουρίας και αλάτων που περιέχουν άζωτο. Η υγρή αμμωνία είναι μια εξαιρετική ουσία εργασίας των ψυκτικών δοχείων και μηχανών, καθώς έχει υψηλή ειδική θερμότητα εξάτμισης. Υδατικά διαλύματα αμμωνίας χρησιμοποιούνται ως υγρά λιπάσματα, καθώς και για την αμμωνία υπερφωσφορικών και λιπαρών μειγμάτων.

Η απόκτηση αμμωνίας από τα καυσαέρια στη διαδικασία του άνθρακα είναι η παλαιότερη και πιο προσιτή μέθοδος, αλλά μέχρι σήμερα έχει καταστεί άνευ αντικειμένου και πρακτικά δεν χρησιμοποιείται.

Ο σύγχρονος και βασικός τρόπος είναι η απόκτηση αμμωνίας στη βιομηχανία με βάση τη διαδικασία Haber. Η ουσία του στην άμεση αλληλεπίδραση αζώτου και υδρογόνου, η οποία συμβαίνει ως αποτέλεσμα της μετατροπής αερίων υδρογονανθράκων. Ως πρώτη ύλη, χρησιμοποιείται συνήθως φυσικό αέριο, αέρια διυλιστηρίων, συναφή αέρια πετρελαίου, υπολείμματα αερίων από την παραγωγή ακετυλενίου. Η ουσία της μεθόδου μετατροπής της παραγωγής αμμωνίας είναι η αποσύνθεση του μεθανίου και των ομόλογών του σε υψηλή θερμοκρασία σε συστατικά: υδρογόνο και μονοξείδιο του άνθρακα με τη συμμετοχή οξειδωτικών παραγόντων - οξυγόνου και υδρατμών. Συγχρόνως, ο αέρας που έχει εμπλουτιστεί με οξυγόνο ή ο ατμοσφαιρικός αέρας αναμειγνύεται με το μετατρεμμένο αέριο. Αρχικά, η αντίδραση για την παραγωγή αμμωνίας με βάση το μετατρέψιμο αέριο προχωρά με την απελευθέρωση θερμότητας, αλλά με μείωση του όγκου των πρώτων υλών αντίδρασης:

Ν2 + 3Η2 ↔ 2ΝΗ3 + 45,9 kJ

Ωστόσο, η παραγωγή αμμωνίας σε βιομηχανική κλίμακα πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας καταλύτη και υπό τεχνητά δημιουργούμενες συνθήκες που αυξάνουν την απόδοση του τελικού προϊόντος. Στην ατμόσφαιρα, όπου παράγεται αμμωνία, η πίεση αυξάνεται σε 350 ατμόσφαιρες και η θερμοκρασία αυξάνεται στους 500 βαθμούς Κελσίου. Υπό αυτές τις συνθήκες, η απόδοση αμμωνίας είναι περίπου 30%. Το αέριο αφαιρείται από τη ζώνη αντίδρασης με τη μέθοδο ψύξης και το άζωτο και το υδρογόνο, τα οποία δεν έχουν αντιδράσει, επιστρέφουν στη στήλη σύνθεσης και μπορούν να συμμετέχουν και πάλι στις αντιδράσεις. Κατά τη διάρκεια της σύνθεσης είναι πολύ σημαντικό να καθαριστεί το μείγμα αερίων από καταλυτικά δηλητήρια, ουσίες που μπορούν να αναιρούν την επίδραση των καταλυτών. Τέτοιες ουσίες είναι υδρατμοί, CO, As, P, Se, O2, S.

Ο πορώδης σίδηρος με προσμίξεις αλουμινίου και οξειδίων του καλίου ενεργεί ως καταλύτης στις αντιδράσεις της σύνθεσης του αζώτου και του υδρογόνου. Μόνο αυτή η ουσία, από όλους τους 20.000 που δοκιμάστηκαν προηγουμένως, επιτρέπει την επίτευξη της κατάστασης ισορροπίας της αντίδρασης. Αυτή η αρχή της απόκτησης αμμωνίας θεωρείται η πιο οικονομική.

Η παραγωγή αμμωνίας στο εργαστήριο βασίζεται στην τεχνολογία της μετατόπισης από αμμωνιακά άλατα με ισχυρά αλκάλια. Σχηματικά, αυτή η αντίδραση έχει ως εξής:

2ΝΗ4ΟΙ + Ca (OH) 2 = 2NH3 ↑ + CaCl2 + 2Η2Ο

Or

NH4CI + ΝαΟΗ = ΝΗ3 + + NaCl + Η2Ο

Για την απομάκρυνση της υπερβολικής υγρασίας και για την αποστράγγιση της αμμωνίας, διέρχεται μέσω ενός μείγματος καυστικής σόδας και ασβέστου. Η παραγωγή αμμωνίας είναι πολύ ξηρή, ως αποτέλεσμα της διάλυσης μεταλλικού νατρίου σε αυτό και μετέπειτα απόσταξη του μίγματος. Πιο συχνά, τέτοιες αντιδράσεις διεξάγονται σε κλειστό μεταλλικό σύστημα υπό κενό. Επιπλέον, ένα τέτοιο σύστημα πρέπει να αντέχει σε υψηλή πίεση, η οποία επιτυγχάνεται με την εκπομπή ατμών αμμωνίας, μέχρι 10 ατμόσφαιρες σε θερμοκρασία δωματίου.