Métodos de desarrollo de amoníaco sintético
1. Método tradicional; el ciclo de Haber-Bosmann es el método más antiguo de síntesis de amoníaco, inventado por los químicos alemanes Haber y Bosmann en 1913. El proceso incluye principalmente dos pasos: el nitrógeno y el hidrógeno reaccionan a alta temperatura y presión para generar amoníaco; el amoníaco reacciona con el oxígeno del aire bajo la acción de un catalizador para generar nitrógeno y vapor de agua para lograr la circulación. El ciclo de Hubble-Bosman tiene las desventajas de un alto consumo de energía, un alto costo y una baja selectividad, pero era un método muy eficaz para sintetizar amoníaco en las condiciones técnicas de la época.
2. El método Fritz-Haber es una mejora del ciclo Haber-bosman inventado por el químico alemán Fritz Haber en la década de 1960. En este proceso, se utilizan catalizadores a base de hierro (como hierro, cobalto, molibdeno, etc.) para aumentar la velocidad de reacción, aumentando así la tasa de conversión de nitrógeno e hidrógeno. Además, el método Fritz-Haber también utiliza un fraccionador para separar el amoníaco de la mezcla, mejorando la pureza del amoníaco. El proceso Fritz-Haber tiene una alta eficiencia de utilización de energía y bajos costos de producción.
3. Método moderno; la producción de hidrógeno por reformado con vapor es un método de producción de hidrógeno impulsado por vapor de alta temperatura y alta presión generado a partir de combustibles fósiles como el carbón y el gas natural. En este método, los combustibles fósiles se convierten primero en gas de síntesis (compuesto principalmente de CO y H2) y luego el gas de síntesis se envía al reformador de vapor como agente reductor, donde se produce una reacción de reformado a alta temperatura y presión para generar hidrógeno. La producción de hidrógeno mediante reformado con vapor tiene las ventajas de contar con abundantes materias primas y un bajo costo, pero también presenta problemas como un alto consumo de energía y grandes emisiones de gases de efecto invernadero.
4. La oxidación del metano para producir hidrógeno es un proceso en el que el metano y el oxígeno reaccionan a altas temperaturas para producir dióxido de carbono y agua. En este método, el metano se mezcla con aire y se envía a la cámara de combustión. Se produce una reacción de oxidación a alta temperatura para generar dióxido de carbono y vapor de agua, luego el vapor de agua se recicla y se purifica mediante el condensador para obtener hidrógeno. La oxidación de metano para producir hidrógeno tiene las ventajas de una alta utilización de energía y ninguna emisión de gases de efecto invernadero, pero tiene altos costos de inversión y requiere una gran cantidad de recursos hídricos.
5. La descomposición del metanol para producir hidrógeno es un método de producción de hidrógeno que utiliza metanol como materia prima. El metanol se descompone a altas temperaturas para producir vapor de agua e hidrógeno, y luego el condensador recicla y purifica el vapor de agua para obtener hidrógeno. La descomposición del metanol para producir hidrógeno tiene las ventajas de contar con amplias fuentes de materias primas y un bajo costo, pero existen riesgos para la seguridad (como fugas de metanol que pueden causar explosiones) y problemas de emisiones de gases de efecto invernadero.
6. El método de separación por licuefacción por etapas de aire es un método que utiliza las características de cambio de fase del aire a diferentes temperaturas y presiones para producir hidrógeno. El método incluye los siguientes pasos: primero, enfriar el aire a baja temperatura y baja presión para licuarlo, luego ajustar la temperatura y la presión para separar componentes con diferentes puntos de ebullición para obtener hidrógeno de alta pureza; El método de separación por licuefacción de clasificación de aire tiene un equipo simple y bajos costos operativos, pero consume mucha energía y tiene un cierto impacto en el medio ambiente.
El uso de amoníaco sintético
El amoníaco sintético es una materia prima química importante y se utiliza ampliamente en campos industriales. El amoníaco sintético es una materia prima clave para fabricar fertilizantes nitrogenados. El amoníaco se genera mediante la reacción del gas de síntesis y el hidrógeno a alta temperatura y presión, y luego se convierte en diversos fertilizantes nitrogenados, como urea, nitrato de amonio, fosfato de amonio, etc. Estos fertilizantes nitrogenados son sustancias indispensables en la producción agrícola y pueden mejorar el rendimiento y la calidad de los cultivos.
El amoníaco sintético también se puede utilizar para fabricar otros productos químicos, como metanol y etanol. Además, el amoníaco sintético también se puede utilizar para preparar materias primas industriales como plásticos, caucho y tintes.