Современная химия




Новые секреты синтеза аммиака

новые секреты синтеза аммиака

Исследователи из Кембриджа работают над увеличением эффективности хорошо известного химического процесса – синтеза аммиака. Результаты их исследования могут оказать существенное влияние, как на сельское хозяйство, так и на энергетический сектор мировой экономики.

Производство аммиака – единственный в настоящее время масштабный промышленный процесс фиксации атмосферного азота

Аммиак является одним из самых важных продуктов крупнотоннажного химического производства, главным образом он применяется в производстве удобрений и азотной кислоты. Наиболее часто применяющийся метод получения аммиака – процесс Габера или Боша-Габера, из аммиака, получающегося таким способом, ежегодно получают около миллиона тонн удобрений ежегодно, что обеспечивает нужды сельского хозяйства около трети населения Земли.

В природе аммиак вырабатывается в результате жизнедеятельности растений (преимущественно бобовых) и бактерий, связывающих атмосферный азот в результате биохимических процессов. Биохимическая фиксация атмосферного азота происходит при обычных температурах и атмосферном давлении, однако для промышленного получения аммиака требуется большое давление (150-250 атмосфер) и высокие температуры (300-550°C). На производство аммиака расходуется около 3-5% природного газа, что составляет 1-2% мировых энергетических запасов.

Стив Дженкинс (Steve Jenkins), принимавший активное участие в исследовании, отмечает, что, хотя процесс Боша-Габера был разработан еще в начале ХХ века, к настоящему времени он практически не изменился. Таким образом, учитывая масштабы производства аммиака, даже незначительное увеличение эффективности получения этого продукта должно приводить к значительному экономическому выигрышу не только на рынке химических удобрений, но и к изменению ситуации на энергетическом рынке.

Ключом для процесса Боша-Габера является катализатор – железо, на котором происходит диссоциация молекулярного азота, образующиеся в результате этой термической диссоциации атомы азота последовательно гидрируются до NH, NH2 и NH3.

За последние десятилетие было проведено большое количество исследований, посвященных исследованию механизма работы катализатора, почему легирование железа некоторыми элементами (например, калием) увеличивает эффективность катализа, и можно ли a priori теоретически предсказать состав и строение эффективного катализатора.

Исследователи из группы Дженкинса решили изучить механизм реакции образования аммиака, взяв высокочистый монокристалл железа и проводя эксперименты при сверхвысоком разрежении.

Это кристалл железа бомбардировали ионами азота, стремясь получить покрытие из ионов азота, расположенных на поверхности железа. Сверхвысокое разрешение позволило исследовать такую поверхность помощью Оже электронной спектроскопии [Auger Electron Spectroscopy (AES)] позволило количественно определить степень заселенности поверхности железа атомами азота, после чего обработали образец молекулярным водородом, нагнетенным при давлении 0.6 миллибар. Это давление конечно невозможно сравнивать с давлением, применяющимся в промышленных процессах получения аммиака, хотя и при таком давлении применять Оже электронную спектроскопию уже не удавалось.

После выдерживания образца в атмосфере водорода в течение нескольких минут (за это время уже успевало пройти гидрирование части атомов азота) в камере с образцом снова создавали ультравысокое разрежение и с помощью спектроскопии AES определяли, какое количество атомов азота осталось связанным с поверхностью образца. После такого измерения образец снова подвергали воздействию водорода, затем снова создавали разрежение и т.д. Несколько таких циклов позволило отобразить скорость гидрирования атомов азота как функцию времени и температуры. Полученные результаты можно использовать для оптимизации стадии гидрирования в промышленном производстве аммиака.

 

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Новинки полимеров:

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

News image

- В 2010 г. наблюдательный совет РОСНАНО одобрил участие Корпорации в проекте по расширению производства модификатора асфальтобетонных смесей «Унире...

КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ГОРНОЙ ДОБЫЧЕ

News image

Руда добывается либо подземной проходкой выработки по породе, либо же снятием слоя за слоем почвы и прохождением сквозь горные породы с помощью техн...

СИНТЕЗ ОКСИДА ПРОПИЛЕНА НА ОСНОВЕ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА

News image

Dow и BASF были отмечены за совместную разработку способа получения оксида пропилена из пероксида водорода. Данная технология, сокращенно именуемая ...

ВИДЫ ЛКМ ДЛЯ АЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИТНЫХ ПАНЕЛЕЙ

News image

Полиэстер - относительно недорогое покрытие с глянцевой поверхностью, подходящее для любых климатических условий. Основа покрытия - полиэфирная крас...

Новые продукты оргсинтеза:

НОВЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ СРЕД

News image

Даже специалисты с высшим техническим или естественнонаучным образованием в рамках обучения усваивают из этой проблемы лишь пару простейших основополагающих истин.

ЛИМОННАЯ КИСЛОТА: свойства, применение, рынок

News image

Специалисты утверждают, что, она содержится, по крайней мере, в половине всех пищевых продуктов.

ПРЕИМУЩЕСТВА ГЛЮКОЗНО-ФРУКТОВЫХ СИРОПОВ

News image

Положительное влияние, которое оказывает сироп на безалкогольный напиток, основывается на его составе и технологии производства.

Авторизация



YOU ARE HERE: Главная - Новости неорганической химии - Новые секреты синтеза аммиака

Великие химики:

ДАЛЬТОН (Dalton), Джон

News image

Английский физик и химик Джон Дальтон родился в деревне Иглсфилд в Камбеоленде в семье ткача. Образование он получил самостоятельно, если не считать...

ДЭВИ (Cavendish), Гемфри

News image

Английский физик и химик Генри Кавендиш родился в Ницце; второй сын лорда Чарлза Кавендиша, герцога Девонширского. В 1749–1753 гг. обучался в Кембри...

Институты химии:

Центр фотохимии РАН

News image

Учреждение Российской академии наук Центр фотохимии РАН работает в формирующейся области науки на границе между физикой и химией - фотоника супрамол...

Учреждение российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РА

News image

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии Наук (акроним ИСМАН) является молодым развивающимся академическим ...