تولید آمونیاک در صنعت | روش های صنعتی تهیه NH3

تولید آمونیاک در صنعت | شرکت سپهر گاز کاویان: 02146835980 -02146837072 – 09022734708

آمونیاک یک ترکیب شیمیایی با فرمول شیمیایی NH3 است. این گاز بی‌رنگ، با بوی تند و خفه کننده، یکی از مهم‌ترین ترکیبات نیتروژنی است که کاربردهای بسیار گسترده‌ای در صنعت و کشاورزی دارد.

ویژگی‌های آمونیاک

گازی بی رنگ با بوی تند: بوی آمونیاک بسیار مشخص و تیز است و حتی در غلظت‌های کم قابل تشخیص است.

حلالیت بالا در آب: آمونیاک به راحتی در آب حل می‌شود و محلول قلیایی ضعیفی به نام آمونیوم هیدروکسید (NH4OH) تشکیل می‌دهد.

خاصیت بازی: آمونیاک یک باز ضعیف است و می‌تواند با اسیدها واکنش داده و نمک‌های آمونیوم را تولید کند.

چگالی کمتر از هوا: چگالی آمونیاک کمتر از هوا است و به همین دلیل، در صورت نشت، به سمت بالا حرکت می‌کند.

روش‌های تولید آمونیاک در صنعت

آمونیاک (NH3) یکی از مهم‌ترین ترکیبات شیمیایی است که در صنایع مختلف از جمله تولید کود، مواد منفجره و پلاستیک کاربرد گسترده‌ای دارد. روش‌های مختلفی برای تولید آمونیاک وجود دارد که در ادامه به بررسی برخی از مهم‌ترین آن‌ها می‌پردازیم.

روش هابر-بوش (Haber-Bosch Process)

این روش مهم‌ترین و رایج‌ترین روش صنعتی تولید آمونیاک است که در اوایل قرن بیستم توسط فریتس هابر و کارل بوش توسعه یافت و به نام مخترعان آن نامگذاری شده است. در این روش، هیدروژن (H2) و نیتروژن (N2) در حضور یک کاتالیزور آهن و در شرایط دمایی و فشاری خاص با هم ترکیب می‌شوند و آمونیاک تولید می‌کنند. واکنش کلی این فرآیند به صورت زیر است:

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

مراحل کلی فرآیند هابر-بوش:

1. تولید گاز هیدروژن: هیدروژن معمولاً از طریق اصلاح بخار متان تولید می‌شود. در این فرآیند، متان با بخار آب واکنش داده و گاز سنتز (مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن) تولید می‌شود. سپس مونوکسید کربن با بخار آب واکنش داده و دی‌اکسید کربن و هیدروژن تولید می‌شود.
2. تولید گاز نیتروژن: نیتروژن از طریق تقطیر جزئی هوا به دست می‌آید.
3. سنتز آمونیاک: گازهای هیدروژن و نیتروژن با نسبت استوکیومتری مناسب وارد یک راکتور می‌شوند. در داخل راکتور، کاتالیزور آهن دمای واکنش را کاهش داده و سرعت واکنش را افزایش می‌دهد. این واکنش برگشت‌پذیر است و برای افزایش بازده تولید، آمونیاک تولید شده به طور مداوم از مخلوط واکنش جدا می‌شود و هیدروژن و نیتروژن واکنش نداده مجدداً به راکتور بازگردانده می‌شوند.

شرایط بهینه برای فرآیند هابر-بوش:

دما: دمای بهینه برای این واکنش حدود 450 تا 500 درجه سانتی‌گراد است. در دماهای بالاتر، واکنش به سمت چپ (تجزیه آمونیاک) پیش می‌رود.

فشار: فشار بالا (حدود 200 تا 300 اتمسفر) باعث می‌شود که واکنش به سمت راست (تولید آمونیاک) پیش رود.

کاتالیزور: کاتالیزور آهن با افزودن برخی مواد دیگر مانند اکسید پتاسیم و اکسید آلومینیوم، فعالیت خود را افزایش می‌دهد.

مزایا و معایب روش هابر-بوش

مزایا: بازده تولید بالا، امکان تولید در مقیاس صنعتی.

معایب: نیاز به انرژی زیاد، شرایط عملیاتی سخت، تولید گازهای گلخانه‌ای.

روش‌های دیگر (کمتر رایج) تولید آمونیاک

علاوه بر فرآیند هابر-بوش، روش‌های دیگری نیز برای تولید آمونیاک وجود دارد که از نظر صنعتی اهمیت کمتری دارند. این روش‌ها عبارتند از:

1. فرآیند قوس الکتریکی: در این روش، هوا از میان قوس الکتریکی عبور داده می‌شود تا نیتروژن و اکسیژن با هم ترکیب شده و اکسیدهای نیتروژن تولید کنند. سپس اکسیدهای نیتروژن با هیدروژن واکنش داده و آمونیاک تولید می‌کنند. این روش به دلیل مصرف انرژی بسیار بالا، امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
2. فرآیند سیانامید: در این روش، کربن کلسیم با نیتروژن واکنش داده و سیانامید کلسیم تولید می‌شود. سپس سیانامید کلسیم با آب واکنش داده و آمونیاک تولید می‌کند. این روش نیز به دلیل مصرف انرژی بالا و تولید محصولات جانبی نامطلوب، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

عوامل مؤثر بر انتخاب روش تولید

در دسترس بودن مواد اولیه: مهم‌ترین عامل در انتخاب روش تولید، در دسترس بودن مواد اولیه مانند گاز طبیعی، زغال سنگ و هوا است.

• هزینه تولید: هزینه انرژی، مواد اولیه و تجهیزات از عوامل مهم در انتخاب روش تولید هستند.
• میزان تولید مورد نیاز: برای تولید در مقیاس کوچک، ممکن است روش‌های ساده‌تری مانند فرآیند سیانامید انتخاب شود، در حالی که برای تولید در مقیاس بزرگ، روش هابر-بوش مناسب‌تر است.
• ملاحظات زیست محیطی: امروزه، کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای و آلودگی محیط زیست از مهم‌ترین ملاحظات در انتخاب روش تولید آمونیاک است.

به طور خلاصه، روش هابر-بوش به دلیل بازده بالا و امکان تولید در مقیاس صنعتی، رایج‌ترین روش تولید آمونیاک در جهان است. با این حال، تحقیقات برای توسعه روش‌های جدید و بهبود روش‌های موجود همچنان ادامه دارد تا بتوان آمونیاک را با هزینه کمتر و با تأثیر کمتر بر محیط زیست تولید کرد.

اهمیت تولید آمونیاک

آمونیاک به عنوان ماده اولیه برای تولید بسیاری از محصولات مهم مانند کودهای شیمیایی، نیترات آمونیوم (ماده منفجره)، اوره و مواد شیمیایی مختلف استفاده می‌شود. همچنین در صنایع پتروشیمی و داروسازی نیز کاربرد دارد.

نکته: امروزه فرآیند هابر-بوش به عنوان روش اصلی تولید آمونیاک در جهان استفاده می‌شود.

جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره خرید و قیمت گاز آمونیاک با کارشناسان شرکت سپهر گاز کاویان – دارنده گواهینامه ISO17025، آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد، مجهز به آزمایشگاه کالیبراسیون و آزمایشگاه آزمون – تماس حاصل فرمایید: 02146835980 – 02146837072 – 09022734708