مرجع مواد شیمیایی ایران
آمونیاک

آمونیاک


آمونیاک یکی از مهمترین ترکیبات هیدروژن دار عنصر نیتروژن می باشد. این ماده در آب محلول است همچنین دارای محلولی بی رنگ با مزه ای فوق العاده تند و زننده که اشک آور بوده و خفه کننده نیز می باشد. آمونیاک یکی از مواد خام پایه مورد استفاده در صنایع به ویژه کشاورزی است. حدود ۸۰% آمونیاک تولیدی در تهیه کودهای شیمیایی استفاده می شود.

سنتز آمونیاک

تاریخچه گسترش این واکنش کلاسیک کاتالیستی انباشته از حکایات احتیاطی است که نشان دهنده آمیزش جالب علم و خوش اقبالی است که لازمه ایجاد یک فرآیند صنعتی بزرگ است. پیش بینی شد که کوشش های بسیار اخیر برای تاثیرگذاری بر ترکیب نیتروژن و هیدروژن با وسایل غیر کاتالیستی که تا انتهای قرن آخر صورت گرفتند با شکست مواجه شدند زیرا ترمودینامیک اساسی سیستم معلوم نبود. کار هابر (Haber) و همکارانش در اولین دهه این قرن که توسط بسیاری دیگر گسترش یافت و بهبود پیدا کرد، نشان داد که واکنش:آمونیاک

گرمازا است به طوری که بالاترین بهره های تعادلی محصول در دماهای پایین و فشارهای بالا به دست خواهد آمد این، مثال دیگر از حالتی است که ملاحظات سینتیکی و ترمودینامیکی با هم مغایر هستند و نیاز آشکاری به یک کاتالیست فعال و پایدار برای رساندن سیستم به تعادل در پایین ترین دمای عکس وجود دارد.

جستجو برای چنین کاتالیستی به طور صنعتی و دائمی توسط Haber، Basch و Mittasch در لابراتوارهای BASF؛ بین حدود سال های ۱۹۰۵ و ۱۹۱۰ انجام شد و داستان ناامیدی و پیروزی نهایی است. به زودی معلوم شد که تعدادی از فلزات شامل تنگستن، اورانیوم، آهن، روتنیم و اسمیم اندکی فعالیت داشتند. اما متاسفانه عمر کوتاهی دارند. قسمتی از برنامه، آزمایش سنگ های آهن حاصل از منابع مختلف بود که سپس برای تهیه آهن فلزی احیا می شدند.

موفقیت وقتی حاصل شد که یک کاتالیست از یک سنگ آهن به دست آمده از Gallivare در سوئد آزمایش شد و پایداری رضایت بخشی نشان داد. آنالیز نشان داد که حاصل مقداری آلومینا و اکسید پتاسیم است که راه برای گسترش کاتالیست آهن ارتقا یافته که هنوز با تنها تغییرات اندکی به کار می رود باز شد. تولید زیاد آمونیاک مصنوعی با استفاده از چنین کاتالیستی در سال ۱۹۱۴ در آلمان آغاز کرد.

اکنون کاتالیست با ذوب کردن مگنتیت به همراه مقادیر لازم ارتقا دهنده ها و سپس جامدکردن مذاب ساخته شده، خرد گشته و برای به دست آوردن اندازه ذرات مورد نظر غربال می شود. دلیل استفاده پیوسته از مگنتیت جالب است، مگنتیت ساختمانی اسپینل متشکل از یک packing مکعبی از یون های اکسید است که در محل های خالی آن یون های ۲+Fe و ۳+Fe متناوباً قرار گرفته اند. در اثر احیا ممکن است یا در واحد و یا در خارج از آن صورت گیرد هیچ گونه سستی در شبکه اتفاق نمی افتد.

بنابراین با زدودن یون های اکسید یک ماتریس متخلخل از آهن که دارای سطحی حدود m2/gr3 20 است باقی می ماند ارتقا دهنده ها یک بخش حیاتی اما پیچیده را در اطمینان از عمر طولانی کاتالیست بازی می کنند. کاتالیست (۴-۳۵: ICI) حاوی ۰/۸% اکسید پتاسیم، ۲% اکسید کلسیم، ۲/۵% آلومینا، ۰/۴% سیلیکا، ۰/۳% منگنز و مقادیر اندکی از اکسیدهای تیتانیم، زیرکونیم و وانادیم است.

نقش اساسی آلومینا پایدارسازی کریستالیتهای آهن در مقابل کلوخه شدن (Sintering) است. آلومینا اکثراً سطح آهن را می پوشاند و به صورت سدی در برابر ذوب ذرات کوچک آهن در می آید و به نام «ارتقا دهنده ساختمانی» خوانده می شود. اکسید پتاسیم یک قسمت متفاوت را بازی می کند و فعالیت سطح آهن را زیاد می نماید و لذا به نام ارتقا دهنده الکترونی خوانده می شود.

فرآیند معمولاً در atm 350-150 (MPa35-15) عمل می کند. تبدیل تعادلی آمونیاک در K670 حدود ۵۰% است. در برخی مواقع از فشارهای بسیار بالاتر (حدود atm 1000) استفاده می شود اما مزیت تبدیل های بالاتر به ندرت سرمایه افزایش یافته را جبران می نماید.

سینتیک های واکنش به وسیله بسیاری از افراد مورد بررسی قرار گرفته است اما مکانیسم واکنش به هیچ عنوان به طور واضح مشخص نشده است. برای مدت زمانی طولانی این باور وجود داشت که جذب سطحی نیتروژن مرحله تعیین کننده سرعت است اما اخیراً احتمال این که واکنش بین یک مولکول نیتروژن و یک مولکول هیدروژن جذب شده، مرحله کند باشد در نظر گرفته شده است. معادلات سینتیک مشتق شده برای توصیف سرعت به دلیل لزوم در نظر گرفتن واکنش برگشتی پیچیده هستند.

کاتالیست آهن مانند اکثر کاتالیست های فلزی نسبت به سموم شامل ترکیبات اکسیژن دارد مانند آب، مونو اکسید و دی اکسید کربن که باعث اکسیداسیون جزئی سطح می شوند و ترکیبات گوگرد که باعث سولفیده شدن سطح می گردند بسیار حساس هستند. ۰/۰۱% گوگرد در خوراک گازی تاثیر قابل مشاهده ای بر روی فعالیت می گذارد. تاثیر ترکیبات اکسیژن دار به شرط این که به مدتی بیش از چند روز باقی نمانده باشند برگشت پذیر است.

مرجع مواد شیمیایی ایران

نوشته شده در: