khimie.ru

Синтез аммиака по способу Габера-Боша основан на возможности актипцропатв катализатором реакцию между азотом и водородом при температурах, лежащих значительно ниже той, при которой равновесие:

3/2N₂ + 3/2H₂ ↔ NH₃

практически полностью смещено влево, и, далее, − на использовании давления для смещения этого равновесия вправо в сторону увеличения концентрации аммиака.

Влияние температуры и давления па равновесие качественно определяется на основании принципа Ле-Шателье. В соответствии с этим принципом равновесие при повышении температуры должно смещаться в сторону, указываемую нижней стрелкой, а при повышении давления − в сторону, указываемую верхней стрелкой.

Выход аммиака зависит не только от давления, но в значительной мере также и от температуры синтсза, т. е. от активности катализатора. Особенно активны в этом отношении рутений, осмий и уран. Они активны уже при температурах, близких к 400 °С, однако их применение в технике препятствует высокая стоимость. Хорошим катализатором для технических целей оказалось железо, которым пользовался еще Габер в своих опытах. Обычно его каталитическое действие проявляется только при температуре выше 650 ºС, это действие можно значительно усилить соответствующими добавками.

В качестве катализаторов пригодны также активированные добавками оксид и цианид железа. Обычно используют давление 200 атм. и температуру 500 °С.

Бошу удалось преодолеть технические трудности, связанные с изготовлением специальной аппаратуры, которая должна выдерживать высокую температуру и тщачительное давление. Так как при соединении азота с водородом выделяется тепло, то при надлежащем устройстве контактных печей необходимая для реакции температура поддерживается за счет теплоты, выделяемой самой реакцией.

Водород для синтеза аммиака получают в большинстве случаев путем взаимодействия водяного пара с СО в присутствии катализатора. Стоимость водорода значительно отражается на общей стоимости синтетического аммиака.

Лежащие в основе современного промышлепного синтеза аммиака исследования равновесии его распада и образования были выполнены в 1905-1910 гг. в основном Габером. Первая установка для получения синтетического аммиака была пущена летом 1913 г. Ее производительность составляла около 4000 т/год NН₃. В годы первой мировой войны в связи с потребностью в азотном сирье производство амиака чрезвычайно возросло. В 1911 г. было получено уже 40000 т синтетического NH₃, в 1917 − более 60 000 т. После войны и в других странах на этой же основе начинает развиваться производство аммиака, так, во Франции был разработан метод Клоде, в котором применяли давление 1000 атм. Достигаемое при этом увеличение содержания аммиака в газовой смеси, проходящей через катализатор, упрощало способ работы. Однако это преимущество уравновешивалось увеличением стоимости аппаратуры и т. д. В дальнейшем во Фрапции и Италии был разработан способ Фаузера и Казале, в котором применяют давление 250-800 атм. В других методах, например в методе Монт-Цени, используют меньшие давления (90-100 атм.) и добиваются удовлетворительного выхода, проводя реакцию при возможно более низкой температуре (400 °С). В настоящее время во всем мире подавляющее количество аммиака приготовляют синтетически.