Oare cum se fabrica amoniacul?

[chimistul]

Stie cineva cum se fabrica amoniacul?

reactia simpla 3H2 + N2 ---> 2 NH3 cred ca o stie toata lumea. Dar cum ajungem sa avem aceste elemente? De unde?

Astept!

[Adi]

Hidrogenul si azonul se pot extrage din aer, nu?

Intrebarea o pui pentru ca nu ii stii tu raspunsul, sau pentru ca il stii si ne provoci pe noi sa il invatam si noi? Ambele variante sunt acceptabile, numai ca ar trebui cumva sa stim care este cazul de fata. Mai ales acum ca e vacanta, e super sa mai discutam chestii generale de chimie, ca sa invat si eu chestii noi, care sunt cu fizica. Si totodata sa dezvoltam si sectiunea de chimie a forumului.

[chimistul]

Salut!

Adi, fabricarea amoniacului presupune sa ai cunostinte profunde atat din fizica cat si din chimie. Exista reactii endoterme, exoterme, separari de faza, absorbtii, refrigerare, condensare, evaporare, catalizatori, viteze de reactie, coroziune, generare abur, transformari de faza pa presiune constanta, detenta de gaz, turbine, etc. Nu cred ca exista fenomen termodinamic sau chimic care sa nu fie implicat. De asta mi-ar placea sa incercam sa dezbatem un proces de fabricare a unui produs (aici amoniacul) care implica mai multe faze si fenomene si sa incerce lumea sa gaseasca sanguri solutii.

Eu stiu raspunsunsul pt ca produc amoniac. De aceea am intrebat ca sa vad daca cineva stie sau poate incerca sa gaseasca o solutie.
Azotul intra-adevar se scoate din aer pt ca e 78% dar H2 nu este prezent in aer. Care ar fi sursa disponibila in cantitate mare si accesibila pentru a produce hidrogen?

[Adi]

Mersi de clarificari. Bun, deci N2 din aer. Atunci H2 se obtine din apa, prin electroliza apei, iar electroliza pe baza de curent electric. Dar atunci trebuie apa pura, sau apa de la robinet? Deci trebuie intai sa se faca distilarea apei?

[chimistul]

Salut!

Ar fi si apa o sursa buna dar pretul de cost este foarte ridicat. Altfel ar fideja hidrogenul folosit ca si combustibil. O sursa mai buna si mai accesibila este gazul metan. Si direct in stare gazoasa astfel incat poate fi transportat usor si comprimat fapt care ne permite lucrul cu cantitati mari. De ordinul milioanelor de mc/zi. Intrebarea mea ar fi cum am putea obtine hidrogenul din gazul metan?

[Adi]

Ah, uite ca invat zilnic cate ceva! Intai o paranteza. La ce se foloseste amoniacul in practica? Are legatura cu ingrasamintele chimice pentru agricultura? Caci daca e asa, mi-am raspuns la o mare intrebare! De ce aveam nevoie de gaz metan de la rusi pentru a produce ingrasaminte pentru agricultura romaneasca. Si de ce atunci cand vom ajunge la productia maxima de petrol, va trebuie sa compensam cu gaz metan si atunci va creste pretul la gaz metan si va creste pretul si la alimente (in cazul cel mai bun, in care creste doar pretul si exista totusi gaz metan, ca daca nu vom avea suficient, agricultura va muri, ca acum solurile sunt toate erodate de agricultura intensiva si nu merge decat cu ingrasaminte).

Poti confirma ca am inteles corect?

[chimistul]

Salut!

Ai dreptate! Deja suntem prea multi si agricultura traditionala cu ingrasamant de la vaca si arat cu plugul cu boi nu mai ajunge. Ne trebuie mai multa mancare si aceasta o poti obtine numai dand solului ingrasaminte chimice. Amoniacul este caramida de baza in producerea lor. Cand se va termina gazul metan va fi intr-adevar o problema. Multi s egandesc la masina si al focul din aragaz. Eu am gandesc la lipsa unei alternative pentru medicamente, vopsele, mase plastice, etc, etc. Totul pleaca de la gaz si petrol. Asta e paranteza. ramane inrebarea. Cum scoatem hidrogenul din metan?

[Adi]

Aha, mersi de clarificare. Pai formula metanului este CH4. Trebuie sa fie o reactie chimica care sa aiba ca produs de reactie si hidrogen. Nu stiu care e. Dar cautai pe google si gasii asta. Ceea ce ma sperie. Unul din cele mai tari laboratoare din lume in fizica aplicata se mandreste ca scoate hidrogen mai eficient, tot din metan! Adica speranta noastra, hidrogenul, de fapt e dependent de gaz metan, care e o resursa finita! Incredibil! Nu constientizasem cat de grava e situatia. Pai atunci hidrogenul nu e energie regenerabila, decat daca cumva il obtinem din energie solara sau eoliana. Bine, hidrogenul e mai mult o baterie, nu energie. Dar daca cea mai buna metoda de obtinere este gazul metan, e clar ca e situatia grava.

[chimistul]

Salut!

Asa se pare! Ideea asta cu separarile prin membrane sau sitele moleculare cu zeoliti sau alte metode sunt metode de separare daca bine pricep eu. Eu asta inteleg prin "extracting". adica o metoda mai eficienta de a separa componentele. Gazul metan impreuna cu abur incalzit la 800C si trecut peste un catalizator de Ni  totul la o presiune de 40 bari se descompune prin reactia de cracare in CO2 CO H2 si 10% metan rezidual. Reactia este endoterma si avem nevoie de un cuptor mare in care arde gaz metan pentru a genera 1000 C care incalzeste amestecul de metan+abur care trece prin tevi cu catalizator in acea incinta si reactioneaza. Ideea lor cred ca e sa gaseasca o metoda mai eficienta de a separa acest amestec pentru ca de aici urmeaza cateva etape prin care separam amestecul acesta de gaze. Totusi gazul metan maia re si compusi cu sulf care "otravesc catalizatorul" . Cum am putea separa sau scapa de sulf din gazul metan. cantitatea in care se gaseste in gaz este de ordinul mg/mc sau ppm.

[Adi]

Aha, reactie de cracare. De la "to crack", adica "a sparge in bucatele", nu? Suna tare interesant. Deci de acolo se ia hidrogenul. Si la fabrica ta cum se face efectiv? Ce ai descris e ce vor astia de la cercetare, sau ce se foloseste deja in Romania? Noi avem astfel de fabrici in Romania, nu?

[chimistul]

Salut!

Avem asa ceva. Asta e metoda care se foloseste peste tot si este cea mai eficienta metoda. Etapa se numeste reformare primara sau cracare. Totusi cum am spus mai ramane un procent de 9-10% CH4 netransformat. Cum scapam de el? Dar de sulf caci nu putem avea reactia de cracare. In scurt timp am distruge catalizatorul daca ar ajunge sulf. O metoda specifica pentru a scapa de sulf?

[Adi]

Intai nu vad de unde ar aparea sulful.

Apoi nu vad daca e problema ca ramane ceva CH4 rezidual. Il iei frumos cu o teava si il aduci iar in reactie acolo la punctul initial.

Nu?

[chimistul]

Salut!

Sulful vine impeuna cu gazul natural din depozitele subterane. Tin sa amintesc ca avem un amestec de gaze. Nu este usor sa separi metanul de celeleate gaze. Este destul de stabil (vezi temperatura la care reactioneaza).

[Adi]

Salut!

Ai putea sa explici din ce anume este format mai precis gazul care este extras caruia noi ii zicem gaz metan, dar care e de fapt un amestec de mai multe gaze, intre care gazul metan are concentratia cea mai mare? Ce concentratie ar fi aceasta? Ce alte gaze mai sunt in general si cam in ce concentratii?

Inteleg de la tine ca daca ramane prea multe gaze de sulf in amestec, atunci acest sulf ar reactiona cu catalizatorul de nichel, stricand catalizatorul. Atunci ori ar trebui separat compusul de sufl de gazul metan la inceputul procesului, ori pe parcus inlocuit catalizatorul de nickel cu altul. Prima optiune pare mai fezabila, mai ales ca nu vrei sa intri in furnal mereu si sa schimbi catalizatorul, chiar daca ai avea nichel nou, nu?

[Skolon]

Am impresia că autorul acestei discuţii, o spun cu toată consideraţia, suferă de "deformaţie profesională". 

Nu am nicicum intenţia să jignesc pe cineva însă vreau doar să atrag atenţia că domeniul de care vorbiţi aici (chimia) nu este nicidecum invenţia omului. Ea este folosită "din greu" de către toate fiinţele vii, de cele mai multe ori de mii de ori mai eficient decât o facem noi. Atunci de ce să nu luăm exemplul lor sau, şi mai bine, să le punem pe ele la treabă?

Soluţia propusă de chimistul pentru obţinerea de H₂ mi se pare una extrem de costisitoare şi cu implicaţii negative majore asupra mediului.
Haide mai bine să folosim algele pentru a obţine mai ieftin şi mai curat H₂. O mică referinţă despre asta (găsită la repezeală) se poate vedea aici.