Հաբերի պրոցես

Հաբերի պրոցես (նաև կոչվում է Հաբեր-Բոշի գործընթաց) 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։ 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) ։

Ամոնիակի սինթեզի պատմություն 

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։

Հաբերի պրոցեսի հատկություններ 

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%։ 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։

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։

Շահագործողներ 

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<sup>:

Արտաքին հղումներ

Տես նաև 

 Քիմիական կինետիկա
 Ազոտի ֆիքսում

Ծանոթագրություններ 

Քիմիական պրոցեսներ
Կատալիզ
Քիմիական ռեակցիաներ
Անվանական ռեակցիաներ օրգանական քիմիայում
1909 Գերմանիայում