Հաբերի պրոցես արդյունաբերական գործընթաց (ստեղծված Ֆրից Հաբերի և Կարլ Բոշի կողմից), որի ընթացքում կապվում է մթնոլորտային ազոտը և սինթեզվում ամոնիակ: Ազոտի և ջրածնի խառնուրդը բարձր ճնշման տակ անցկացվում է տաք կատալիզատորի վրայով[1]: Բարձր ճնշման շնորհիվ N2+3H2 ⇄ 2NH3 ռեակցիայի հավասարակշռությունը շեղվում է ամոնիայի առաջացման կողմը: Ամոնիակի ստացման համար օգտագործվող ջրածինը ստանում են մեթանից վերջինս մշակելով ջրագազով (սինթեզգազ) [2]:

Ամոնիակի սինթեզի պատմությունԽմբագրել

 
Ֆրից Հաբեր

Ի սկզբանե քիմիկների առջև խնդիր էր դրված քիմիապես կապել մթնոլորտային ազոտը և 19-րդ դարում այս խնդիրը կարծես լուծվեց՝ 2200°С-ից բարձր ջերմաստիճանում թթվածնով ազոտը օքսիդացնելու միջոցով: Այս պրոցեսը վոլտյան աղեղի միջոցով իրականացրեցին քիմիկներ Ք. Բիրկելանդը և Ս. Էյդեն: Նրանք նկատեցին, որ ռեակցիան արագանում է Fe2O3 առկայությամբ: 1901 թվականին ազոտի և ջրածնի փոխազդեցությունից ամոնիակի ստացման արտոնագիր գրանցվեց Հ. Լուի Լե Շատելյեի անունով: Արտոնագրում նշվում էր բարձր ճնշման անհրաժեշտությունը և կատալիզորդի առկայությունը: 1904-1907 թվականներին Վ. Օստվալդի, Վ. Նեռնստի և Ֆ. Հաբերի կողմից իրականացվել են աշխատանքներ, որոնք հնարավորություն են տալիս ջեմաստիճանի և ճնշման փոփոխությամբ հավասարակշռություն հաստատել ջրածնի, ազոտի և ամոնիակի կոնցենտրացիաների միջև: 1909 թվականի մարտին Ֆ. Հաբերը առաջին անգամ ստացավ ամոնիակ 600°С ջերմաստիճանում և 17,5 ՄՊա ճնշման տակ, որպես կատալիզորդ օգտագործելով փոշենման օսմիում: Գիտնականը արդյունքները ներկայացրեց BASF (համաշխարհային քիմիական կոնցերն), որը 1913 թվականին կառուցեց ամոնիակի ստացման առաջին գործարանը: Գործարանում կիրառվող տեխնիկան նախագծեց ինժեներ Կ. Բոշը:

BASF ֆիրմայում ամոնիակի սինթեզի համար ուսումնասիրվել է ավելի քան 8000 տեսակի կատալիզորդ: Արդեն 1910 թվականին նշվեց, որ լավագույն կատալիզորդը հալված երկաթն է՝ ալյումինի օքսիդի, կալիումի և կալցիումի հավելումներով: Այս կատալիզորդը ամոնիակի սինթեզում որպես հիմնական կատալիզորդ կիրառվեց 90 տարի:

1928 թվականին առաջին անգամ ԽՍՀՄ-ում՝ Ձերժինսկում հիմնադրվեց Չեռնորեչենսկի քիմիական գործարանը: 1990 թվականին ԽՍՀՄ-ում առաջատարն էր 28 մլն տոննա տարեկան ամոնիակի արտադրությամբ: 2000-ական թվականներին նախկին ԽՍՀՄ տարածքում գործում էր ամոնիակ սինթեզող 1360տ/օր մինչև 1420տ/օր (տարեկան մոտ 450000 տոննա) հզորությամբ 42 ագրեգատներ: 2001 թվականին Ռուսաստանի ընդհանուր հզորությունը կազմում է տարեկան 14,2 մլն տոննա, իսկ ամբողջ ԱՊՀ-ում տարեկան 14,2 մլն տոննա[3]:

Հաբերի պրոցեսի հատկություններԽմբագրել

 
Ամոնիակի սինթեզ

Հաբերի պրոցեսի կարևոր հատկանիշը անթափոնությունն է: Ջրածնից և ազոտից ամոնիակի առաջացման ռեակցիան դարձելի է և ջերմանջատիչ (էկզոթերմիկ), որի պատճառով բարձր ջերմաստիճանում ռեակցիայի հավասարակշռությունը տեղաշարժվում է ազոտի և ջրածնի առաջացման ուղղությամբ և գազային խառնուրդից ամոնիակի դուրս բերումը կատարվում է կատալիզորդի միջոցով: Արդյունաբերության մեջ այս եղանակի արդյունավետությունը կազմում է 14-16%[4]: Այս գազային խառնուրդը ուղղում են խողովականման սառնարան, որտեղ ճնշման ազդեցությամբ ամոնիակը հեղուկանում է: Հեղուկ ամոնիակը սեպարատորի միջոցով առանձնացնում են: Ռեակցիայի մեջ չմտած ազոտն և ջրածինը շրջանառու մխոցով նորից մղում են հպումային սարք: Այսպիսով Հաբերի պրոցեսի արդյունավետությունը տեսականորեն 100% է:

Չնայած, որ ամոնիակի սինթեզի ռեակցիան ջերմանջատիչ է Հաբերի պրոցեսը շատ էներգատար է՝ 1տ ամոնիակի արտադրության hամար էլեկտրական էներգայի միջին ծախսը կազմում է 3200 կՎտ⋅ժ: Էներգիան ծախսվում է ազոտի և ջրածնի խառնուրդի խտացման և տաքացման, մասամբ էլ ռեակցիայի հետևանքով առաջացած խառնուրդի սառեցման և ամոնիակի անջատման ժամանակ:

2010 թվականին ԱՄՆ-ում ազոտական ​​պարարտանյութերի արտադրությունում օգտագործվել է վառելիքի այրումից անջատված 148 ՊՋ ջերմային էներգիա, 13 ՊՋ էլեկտրական էներգիա և 196 ՊՋ էներգիային համարժեք մեթան՝ որպես ջրածնի աղբյուր, արդյունքում ստացվել է 8,7 մլն տ ամոնիակ[5]:

Այսպիսով 1 տ ամոնիակի ստացման համար ծախսվել է 4700 կՎտ⋅ժ ջերմային էներգիա, 415 կՎտ⋅ժ էլեկտրական էներգիա և մեթանում պահեստավորված 6300 կՎտ⋅ժ ջերմային էներգիա: Սակայն էներգիայի այս ծախսը գնահատելի է, քանի որ վիճակագրական տվյալները հասանելի են միայն ամբողջական արտադրության, ոչ թե առանձին ամոնիակի սինթեզի համար:

Հետաքրքիր է, որ միկրոօրգանիզմների կողմից մթնոլորտային ազոտի կապումն ավելի շատ էներգատար է՝ 1 մոլեկուլ ազոտ ֆիքսելու համար անհրաժեշտ է 12 մոլեկուլ ԱԵՖ, որը համարժեք է 1 տ ամոնիակի համար 5000 կՎտ⋅ժ էներգիայի ծախսին:

ՇահագործողներԽմբագրել

Ամոնիակի սինթեզի առաջատար ընկերություններ են համարվում Haldor Topsøe, Ammonia Casale, Imperial Chemical Industries (ICI), CF Braun (KBR), Uhde (ThyssenKrupp), The Linde Group (Linde), (Lurgi) և այլն[6]:

Արտաքին հղումներԽմբագրել

  • «Процесс Габера в словаре» (ռուսերեն)։ Արխիվացված է օրիգինալից 2012-04-08-ին։ Վերցված է 2009-09-28 
  • Семенов В. П., Киселев Г. Ф., Орлов А. А. Производство аммиака / Под ред. В. П. Семенова. — М.: Химия, 1985. — 365 с.
  • Справочник азотчика: Физико-химические свойства газов и жидкостей. Производство технологических газов. Синтез аммиака. — М.: Химия, 1986. — 512 с.
  • Кузнецов Л.Д., Дмитренко Л.М., Рабина П.Д., Соколинский Ю.А. Синтез аммиака. — М.: Химия, 1982. — 296 с.

Տես նաևԽմբագրել

ԾանոթագրություններԽմբագրել

  1. Словарь, 2009
  2. Экологичный синтез аммиака
  3. О.В.Крылов. Гетрогенный катализ. Учебное пособие для вузов. — Москва: ИКЦ «Академкнига», 2004. — 679 с. — ISBN 5-94628-141-0
  4. Ходаков Ю. В., Эпштейн Д. А., Глориозов П. А. § 19. Взаимодействие азота с водородом // Неорганическая химия. Учебник для 9 класса. — 7-е изд. — М.: Просвещение, 1976. — С. 38—41. — 2 350 000 экз.
  5. «Energy Efficiency and Cost Saving Opportunities for Ammonia and Nitrogenous Fertilizer Production» An ENERGY STAR® Guide for Energy & Plant Managers; March 2017 https://www.energystar.gov/sites/default/files/tools/Fertilizer_guide_170418_508.pdf
  6. В. Е. Агабеков, В. К. Косяков. Нефть и газ. Технологии и продукты переработки. — Ростов н/Д: Феникс, 2014. — 458 с. — ISBN 978-5-222-21726-9