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:

НОВЫЕ ЛИТЬЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

News image

Инновационные технологии, такие как многокомпонентное литье, литье с декорированием в форме и литье со вставками, литье со вспениванием, литье с впр...

ИННОВАЦИИ BASF: связующие для водных красок

News image

Например, в области не содержащих растворы древесных покрытий проблема заключается в создании максимально эластичного лакокрасочного покрытия, спосо...

ОБРАБОТКА ПОЛИМЕРА УГЛЕКИСЛЫМ ГАЗОМ

News image

Исследователи Фраунгоферовского Института Безопасности Окружающей среды и Энергетических технологий (UMSICHT) в Оберхаузене, преследуя новую идею ис...

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:

НОВИНКИ BASF для КОЖЕВЕННОЙ ОТРАСЛИ

News image

Девиз “Edition Caprileone” («Издано в Каприлеоне») используется применительно к ассортименту модных разновидностей кожи, отличающихся летней свежестью расцветок и преобладанием «натуральных» тонов. ...

РОЛЬ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В СОСТАВЕ УДОБРЕНИЙ

News image

Элементы питания с приставкой «микро» оказывают макроэффект, если они обеспечивают необходимый баланс питания. Данное обстоятельство является ключевым при выборе и способе применения минеральных ...

НОВАЯ ЛИНЕЙКА ЦЕФАЛОСПОРИНОВ «СИНТЕЗА»

News image

ОАО «Синтез» продолжает расширять линию инъекционных антибиотиков-цефалоспоринов и начинает выпуск новых препаратов: – антибиотика–цефалоспорина III поколения ЦЕФОПЕРУС® (международное название ...

Авторизация



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

Великие химики:

ЗИГМОНДИ (Zsigmondy), Рихард Адольф

News image

Немецкий химик Рихард Адольф Зигмонди (Жигмонди) родился в Австрии, в Вене, в семье Ирмы (фон Закмари) и Адольфа Зигмонди, у которых было четверо де...

ВИРТАНЕН (Virtanen), Арттури Илмари

News image

Финский биохимик Арттури Илмари Виртанен родился в Хельсинки, в семье Серафимы (Изотало) Виртанен и Каарло Виртанен. Окончив классический лицей в Ви...

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 органической и физической химии им. А.Е. Арбузова РАН

News image

Казанская химическая школа ведет свою историю с первой половины ХIХ века. Она получила всемирное признание благодаря плеяде выдающихся химиков Казан...