ハーバーボッシュプロセスとは何ですか？

ハーバーボッシュ法、または単にハーバー法は、アンモニアの大規模製造に使用される方法である。このプロセスは、20世紀初頭にこのプロセスを発明した2人のドイツ人化学者であるFritz HaberとCarl Boschにちなんで名付けられました。 Haber-Boschプロセスは、Frank-Caroプロセスのような、アンモニア製造で以前に使用されていた効率の悪い方法に代わるものとして開発されました。今日、ハーバーボッシュ法は、最初の戦争で使用された爆発物のためにアンモニアを供給するために使用されていた発明年の間とは異なり、主に肥料に使用されるアンモニアの製造に使用される。

バックグラウンド

Haber-Boschプロセスは、19世紀のアンモニアの高い要求を満たすために考案されました。アンモニアの需要は、肥料や畜産食品の製造が求められているために増加しました。 20世紀の初めに、Haberはアンモニアの需要を維持するための代替方法を考え出すことにしました。 Haber Fritzは、彼の助手と共に、触媒と高圧装置の使用を必要とするプロセスを思いつきました。実証プロセスは実験室レベルで小規模であった。デモンストレーションプロセスは1909年の夏に行われました。アンモニアは1時間に125mlの割合で滴として発生しました。このプロセスは承認され、ドイツの化学会社BASFに買収されました。 Carl Boschには、プロセスを確実に工業レベルにアップグレードする義務があり、それは1910年に成功しました。アンモニアの大規模生産は、1913年にBASFが所有するOppau工場で始まりました。 1914年までに1日当たり20トンに達するアンモニアの生産量を増やした工場。第一次世界大戦中、ハーバー - ボッシュ製法はドイツの資産でした。

プロセス

アンモニアは、窒素と水素の反応を含むプロセスによって形成されます。このプロセスは400〜500℃の温度で行われます。窒素ガスと水素ガスは、平衡状態を安定に保つために一定の温度調節で触媒上を通過する。ガスは４組の触媒上を通過する。各組において、約１５％のガスが反応してアンモニアを形成する。反応しなかったガスは触媒を何度も通過する。最後に、ガスのほぼ97％が反応しました。窒素はその分子を一緒に保持している強い三重結合のために反応性ではない。それが水素と反応することを確実にするために、高温および触媒が必要とされる。 Haber-Boschプロセスで使用される水素は、主にメタンから取得されます。メタンから水素を得るために、水蒸気改質プロセスが行われ、それによってガスが高温高圧下に置かれ、そしてニッケル触媒が置かれる。生産速度を上げるために、生産されたアンモニアはしばしば系から除去される。ハーバー法で一般的に使用されている触媒には、鉄系触媒、ウラン、およびオスミウムが含まれる。

経済的および環境的側面

Haber-Boschプロセスが発明された後、それはシアナミドプロセスと競合しなければなりませんでした。シアナミドプロセスは大量の電力と労働力を利用するため、効果がありませんでした。 Haberプロセスは、年間約4億5000万トンの窒素肥料の生産につながるレベルまで強化されています。肥料の大量生産は農業の下に置かれている広大な土地をもたらしました。アンモニア肥料は農業収量と十分な食糧供給を増加させ、人口増加率を高めました。