Процесс Габера

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Проце́сс Хабе́ра (Габе́ра) — промышленный процесс (изобретен Фрицем Хабером и Карлом Бошем), в котором атмосферный азот «связывается» путем синтеза аммиака. Смесь азота и водорода пропускается через нагретый катализатор под высоким давлением [1]. При этом за счет высокого давления равновесие в реакции N2+3H2 ↔ 2NH3 смещается в сторону аммиака.

К истории синтеза аммиака[править | править вики-текст]

Первоначально перед химиками стояла задача химического связывания азота, и в 19 веке ее пытались решить, окисляя азот кислородом при температурах выше 2200°С. Этот процесс был осуществлен учеными Х.Биркеландом и О.Эйде в вольтовой дуге. Также ими было обнаружено, что реакция ускоряется в присутствии Fe2O3. В 1901 г. был зарегистрирован патент на имя А.Ле Шателье на реакцию синтеза аммиака из азота и водорода. В патенте указывалась необходимость высокого давления, а также присутствие катализатора. В 1904-1907 гг. В.Оствальдом, В.Нернстом и Ф.Габером были выполнены работы, позволившие установить равновесные концентрации водорода, азота и аммиака в зависимости от давления и температуры. В марте 1909 г. Ф.Габер впервые получил аммиак при 600°С и 17,5 МПа, используя в качестве катализатора порошкообразный осмий. Результаты ученый передал в фирму BASF, которая построила в 1913 первый завод по синтезу аммиака. Аппаратуру для него разработал инженер К.Бош.

В фирме BASF было изучено более 8000 катализаторов процесса. Уже в 1910 г. было показано, что лучшим катализатором является плавленое железо с добавками оксидов алюминия, калия и кальция. Этот катализатор стал основным для синтеза аммиака на 90 лет.

Первое производство в СССР было основано в 1928 г. на Чернореченском химическом заводе в Дзержинске. В 1990 г. СССР был лидером по производству аммиака - 28 млн т/год. На середину 2000-х на территории бывшего СССР действует 42 агрегата синтеза аммиака мощностью от 1360 до 1420 т/сут (около 450 тыс.т/год). Общая мощность установок в России составила в 2001 г. 14,2 млн т/год, а всего в странах СНГ - 22 млн т/год[2].

Важным свойством процесса Габера является его безотходность. Реакция образования аммиака из водорода и азота равновесная и экзотермическая, поэтому при высоких температурах (необходимых для достижения приемлемой скорости реакции) равновесие смещается в сторону азота и водорода, и выход аммиака за один проход катализатора в промышленных условиях не превышает 14-16 %. Поэтому образовавшуюся смесь охлаждают до конденсации аммиака, жидкий аммиак отделяют сепаратором, а оставшуюся смесь водорода и азота направляют на рециркуляцию — вновь нагревают и пропускают через катализатор. Таким образом, в процессе Габера теоретический выход в реакции синтеза аммиака составляет 100 %.

Несмотря на то что реакция синтеза аммиака — экзотермическая, процесс Габера очень энергоёмкий: средний расход электрической энергии на производство 1 т аммиака составляет 3200 кВт·ч. Энергия затрачивается на сжатие и нагрев смеси азота и водорода и частично рассеивается в тепло при охлаждении, необходимом для конденсации и отделения аммиака.

Любопытно, что биофиксация атмосферного азота микрорганизмами — ещё более энергоёмкий процесс: для ассимиляции 1 молекулы азота требуется не менее 12 молекул АТФ, что эквивалентно 5000 кВт·ч на 1 тонну аммиака.

Разработчики[править | править вики-текст]

Лидерами по внедрению технологий синтеза аммиака являются известные компании Haldor Tospoe, Kellog, Brown-Root, Ammonia Casale, ICICF Braun, Uhde, Linde, Lurgi и другие[3]:[стр. 296-297].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Словарь, 2009
  2. О.В.Крылов. Гетрогенный катализ. Учебное пособие для вузов. — Москва: ИКЦ «Академкнига», 2004. — 679 с. — ISBN 5-94628-141-0.
  3. В.Е.Агабеков, В.К.Косяков. Нефть и газ. Технологии и продукты переработки. — Ростов н/Д: Феникс, 2014. — 458 с. — ISBN 978-5-222-21726-9.

Ссылки[править | править вики-текст]

  • Процесс Габера в словаре (рус.). — Определение процесса Габера в научно-техническом словаре. Проверено 28 сентября 2009. Архивировано из первоисточника 8 апреля 2012.
  • Семенов В. П., Киселев Г. Ф., Орлов А. А. Производство аммиака / Под ред. В. П. Семенова. — М.: Химия, 1985. — 365 с.
  • Справочник азотчика: Физико-химические свойства газов и жидкостей. Производство технологических газов. Синтез аммиака. — М.: Химия, 1986. — 512 с.
  • Кузнецов Л.Д., Дмитренко Л.М., Рабина П.Д., Соколинский Ю.А. Синтез аммиака. — М.: Химия, 1982. — 296 с.