作氨气需要从智利进口硝酸钠,但由于战争使其供应不稳定。
最终,哈伯也以此项发明获得1918年诺贝尔化学奖!
合成氨的原料氮气来自于空气(以液态空气的分馏取得),氢气来自于水和燃料。
原料气包含杂质,因此在参与反应前需要去除杂质,即原料气的净化。
第一步先把原料中的硫化物清除,是因为硫化物会毒害哈柏法所使用的催化剂。
催化加氢可以把有机硫化物变成硫化氢:
h2+ rsh → rh + h2s(g)
产生的硫化氢会被氧化锌吸收,变成水和硫化锌:
h2s + zno → zns + h2o
在镍的催化下与水反应,经脱硫的碳氢化合物(如甲烷)转变成氢气和一氧化碳的混合物:
ch4+ h2o → + 3 h2
一氧化碳与水反应,转化成二氧化碳及制造更多的氢气:
+ h2o → 2+ h2(可逆反应)
接下来二氧化碳可经2-氨基乙醇溶液吸收或使用变压吸附(pressure sg adrption,psa,在此使用具有专利的固态吸附媒介)清除。
制备氢的最后步骤是以使用催化剂的甲烷化(thanation)移除在氢气中残留的少量一氧化碳及二氧化碳:
+ 3 h2→ ch4+ h2o
2+ 4 h2→ ch4+ 2 h2o
水蒸气重组,一氧化碳变换,清除二氧化碳及甲烷化的步骤在25至35巴(10帕)的压强进行。
由于化石燃料短缺,制氨用的氢理论上可以用水的电解(现今4的氢由电解制备)或热化裂解(theral cheical crackg)制得,但现在来说,这些方法都是不实际的。
热裂解所需的热能可以从核能反应中取得,而风力发电、太阳能发电及水力发电产的的过剩电能可以用来电解水制氢。
现在为止,从空气及燃料制氨以外的替代方案是不经济的,而且这些方法对环保的作用仍未被确定。
步骤过程: