2NH3(g) (DH = -92,2 kj/mol)Ammóniagyártás
Fritz Haber elméleti számításait és laboratóriumi kísérleteit felhasználva 1913-ban Carl Bosch valósította meg a nagynyomású ammóniaszintézist, amely során az ammónia előállítása elemeiből történik szintézis útján:
N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) (DH = -92,2 kj/mol)
4 mól gázból 
2
mól gáz keletkezik
A reakció reverzibilis, egyensúlyra vezető, exoterm folyamat, ezért az előállításnál az a cél, hogy a reakciót az ammónia keletkezésének az irányába eltolják.
Mivel a folyamat exoterm, ezért az egyensúly szempontjából a hőmérséklet csökkentése a kedvező. Alacsony hőmérsékleten azonban kicsi a reakciósebesség, így a gyakorlatban vaskatalizátor jelenlétében kb. 400-500 °C-on valósítják meg a szintézist.
A reakció molekulaszám csökkenéssel, vagyis térfogatcsökkenéssel járó gázreakció, emiatt a nyomás növelése is kedvez az ammóniaképződésnek, ezért a szintézist nagy nyomáson (kb. 30MPa) végzik.
A kiindulási gázelegynek így is csak mintegy 15 %-a alakul át ammóniagázzá, az át nem alakult gázelegyet visszavezetik a reakciótérbe. A keletkezett ammóniagázt hűtik és a cseppfolyósodott ammóniát acélpalackokban hozzák forgalomba.
A reakció kémiájával kapcsolatban el kell mondani, hogy a reakció lényege a reaktánsok disszociatív (atomos) adszorpciója a katalizátor felületén, ahol lépcsőzetesen épül fel az NH3 molekula. A H2 ilyen típusú adszorpciója jó néhány fémen lejátszódhat, a vas kitüntetett szerepe abban nyilvánul meg, hogy felületén 200 °C fölött a N2 is atomosan kemiszorbeállódik.
Az ammóniagyártás technológiai lépései három fő csoportba sorolhatók:
1. |
A szintézisgáz előállítása A nitrogént a levegő cseppfolyósítását követő desztillációval nyerik; a tiszta hidrogén előállítása a víz elektrolízisével is megvalósítható, de költséges volta miatt a gyakorlatban inkább a szén, a kőolaj és a földgáz alapon történő szintézisgázgyártás valósul meg. |
| 2. | A szintézisgáz tisztítása A tisztítási műveletek közül a szén-dioxid, szén-monoxid eltávolítása, valamint a kéntelenítés a legfontosabb feladat. |
| 3. | Szintézis A szintézis első lépése a gázelegy sztöchiometrikus összetételének beállítása, amit a több száz bar nyomásra történő kompresszió követ. A nagynyomású gázelegy azután belép a reaktorba, ahol 400-500 °C körüli hőmérsékleten a katalizátorral rövid ideig érintkezve lejátszódik a reakció. A reaktorból kilépő gázelegy ammóniatartalma kb. 20 térfogatszázalék, amiből az ammóniát cseppfolyósítással távolítják el: előbb vízzel környezeti hőmérsékletre, majd folyékony ammóniával -25 °C-ra hűtik, s így elválasztható az át nem alakult szintézisgáztól. Ez utóbbi természetesen ismét felhasználható a szintézisre, ezért friss gázzal keverve visszavezetik, azaz recirkuláltatják. |
