Hvad er Haber-Bosch-processen?

Haber-Bosch-processen, eller simpelthen Haber-processen, er en procedure, der anvendes til fremstilling af ammoniak i stor skala. Denne proces blev opkaldt efter Fritz Haber og Carl Bosch, de to tyske kemikere, som opfandt processen i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Haber-Bosch-processen blev udviklet til at erstatte de mindre effektive metoder, der tidligere blev anvendt i ammoniakproduktion, såsom Frank-Caro-processen. I dag anvendes Haber-Bosch-processen hovedsageligt i produktionen af ​​ammoniak anvendt i gødning, i modsætning til i dens opfindelsesår, hvor det blev brugt til at give ammoniak til sprængstoffer, der blev brugt i første krig.

Baggrund

Haber-Bosch-processen blev opfundet for at imødekomme de høje krav til ammoniak i det 19. århundrede. Efterspørgslen efter ammoniak steg på grund af dets krav til gødning og produktion af husdyravl. I begyndelsen af ​​det 20. århundrede besluttede Haber at komme med en alternativ metode til at opretholde efterspørgslen efter ammoniak. Haber Fritz kom sammen med sin assistent op med en proces, der krævede brug af katalysatorer og en højtrykt enhed. Demonstrationsprocessen var lille skala på laboratorieniveau. Demonstrationen fandt sted sommeren 1909. Ammoniak blev dannet som dråber med en hastighed på 125 ml pr. Time. Denne proces fik anerkendelse og blev købt af BASF, et tyskbaseret kemikaliefirma. Carl Bosch fik pligten til at sikre, at processen blev opgraderet til et industrielt niveau, som han med succes gjorde i 1910. Den store produktion af ammoniak begyndte i 1913 på Oppau-fabrikken, som ejes af BASF. Anlægget formindskede produktionen af ​​ammoniak, som ramte 20 tons om dagen i 1914. Haber-Bosch-processen var et aktiv for Tyskland under Første Verdenskrig I. Haber vandt Nobelprisen i 1913, og Bosch vandt samme pris i 1931.

Processen

Ammoniak dannes ved en proces, der involverer reaktionen af ​​nitrogen og hydrogen. Processen foregår under temperaturer mellem 400 og 500 grader Celsius. Kvælstof- og hydrogengasser føres over katalysatorer med konstante temperaturforskrifter for at holde ligevægten stabil. Gasserne ledes over fire sæt katalysatorer. Ved hvert sæt reagerer ca. 15% gas til dannelse af ammoniak. De gasser, der ikke har reageret, sendes igen og igen gennem katalysatorerne. I slutningen har næsten 97% af gassen reageret. Kvælstof er ikke reaktivt på grund af de stærke tredobbelt bindinger, som holder sine molekyler sammen. For at sikre, at det reagerer med hydrogen, kræves høje temperaturer og katalysatorer. Brintet, der anvendes i Haber-Bosch-processen, erhverves hovedsageligt fra metan. For at få hydrogen fra methan udføres dampreformeringsprocessen, hvorved gassen sættes under høje temperaturer og tryk og en nikkelkatalysator. For at øge produktionshastigheden bliver ammoniak produceret ofte fjernet fra systemet. De almindeligt anvendte katalysatorer i Haber-processen indbefatter de jernbaserede katalysatorer, uran og osmium.

Økonomiske og miljømæssige aspekter

Efter at Haber-Bosch-processen blev opfundet, måtte den konkurrere med cyanamidprocessen. Cyanamidprocessen var ineffektiv, fordi den udnyttede store mængder magt og arbejdskraft. Haber-processen har intensiveret til et niveau, der årligt producerer ca. 450 millioner tons kvælstofgødning. Den store produktion af gødning har ført til, at store jordområder er under landbrug. Ammoniakgødning har øget landbrugsudbyttet og rigelig fødevareforsyning, hvilket fører til øget befolkningstilvækst.

Anbefalet

Største byer i Filippinerne
2019
Hvad var det store spring fremad i Kina?
2019
De mest populære attraktioner i Frankrig
2019