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:

TЕХНОЛОГИИ 3М: холодная усадка кабельной изоляции

News image

Холодная усадка была впервые изобретена компанией 3М в 1968 году, и с тех пор приобрела широкую популярность во многих странах мира в качестве альте...

НОВЫЕ АНТИПРИГАРНЫЕ ПОКРЫТИЯ TEFLON

News image

Покрытия, в основу которых положена запатентованная технология, первыми в своей отрасли получили допуск к контакту с пищевыми продуктами.

ПОКРЫТИЯ из ПОЛИВИНИЛИДЕНФТОРИДА (PVDF)

News image

PVDF обладает долговременной устойчивостью к воздействию ультрафиолетовых лучей, прекрасной устойчивостью к воздействию сильнодействующих химических...

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

News image

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

Новые продукты оргсинтеза:

РЕШЕНИЯ BASF ДЛЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ПИВА

News image

Компания BASF представила разработки в технологических вспомогательных средств для фильтрации, используемых в производстве пива, на выставке Brau Beviale (г. Нюрнберг, Германия) Потребители при...

НОВЫЕ ЗАМЕНИТЕЛИ АРЕ

News image

Кроме того, алкилфенолэтоксилаты применяют в производстве универсальных пигментных концентратов. Это водно-дисперсионные пигментные пасты, предназначенные для колеровки как водно-дисперсионных, так ...

ПРИМЕНЕНИЕ ЖИРНЫХ СПИРТОВ В МОЮЩИХ СРЕДСТВАХ

News image

Дерево высших жирных спиртов исключительно мощное и ветвистое . Объясняется это тем, что в их молекулах содержится легко уязвимая гидроксильная группа, которая либо вся целиком, либо атом водоро...

Авторизация



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

Великие химики:

ВААГЕ (Waage), Петер

News image

Норвежский химик Петер Вааге (правильнее – Воге) родился в г. Флеккефьорд. Изучал медицину и минералогию в университете Кристиании (ныне Осло); посл...

ДИЛЬС (Diels), Отто

News image

Немецкий химик Отто Пауль Герман Дильс родился в Гамбурге и был вторым из трех сыновей Германа Дильса, учителя и известного филолога, и Берты Дильс ...

Институты химии:

Институт геохимии и аналитической химии им.В.И.Вернадского

News image

В первые годы после войны Институт занимался проблемами атомной энергетики. Принимал участие в аналитическом обеспечении технологических процессов п...

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

News image

История Института начинается за много лет до его формального рождения в 1945 году, когда он получил название «Институт физической химии». Фактически...