Výroba amoniaku v laboratorním a průmyslovém měřítku

Amoniak (NH3) je chemická sloučenina vodíku s dusíkem. Jeho jméno pochází z řeckého slova "hals ammniakos" nebo latinsky "sal ammoniacus", který je přeložen osamoceně - "amoniak". Jde o tuto látku chlorid amonný přijatých v libyjské poušti v oáze amoniaku.

Amoniak je považován za velmi toxickou látku, která může dráždit sliznice očí a dýchacích cest. Primární příznaky otravy amoniakem jsou hojné slzení, dušnost a pneumonie. Současně je však čpavková látka cenná chemická látka, která se široce používá k výrobě anorganických kyselin, například dusičnanu, kyanidu a močoviny a solí obsahujících dusík. Kapalný čpavek je vynikajícím pracovním materiálem chladírenských kontejnerů a strojů, protože má vysoké specifické odpařování. Voda roztoky amoniaku se používají jako kapalná hnojiva, jakož i pro amoniaci superfosforečnanů a tukových směsí.

Výroba amoniaku z výfukových plynů v procesu koksování uhlí je nejstarší a nejvíce přístupná metoda, ale dosud je zastaralá a prakticky se nepoužívá.

Moderním a základním způsobem je získání amoniaku v průmyslu na základě Haberova procesu. Jeho podstatou je přímá interakce dusíku a vodíku, která vzniká v důsledku přeměny uhlovodíkových plynů. Výchozí materiál je obvykle zemní plyn, plyny rafinace ropy, přidružené ropné plyny, zbytkové plyny z výroby acetylenu. Podstatou metody konverze amoniaku je rozklad metanu a jeho homologů při vysokých teplotách na složky: vodík a oxid uhelnatý s účinkem oxidantů - kyslíku a vodní páry. Současně se s přeměněným plynem mísí vzduch, obohacený kyslíkem, nebo atmosférický vzduch. Zpočátku reakce pro výrobu amoniaku na bázi konvertibilního plynu probíhá s uvolňováním tepla, ale s poklesem objemu reakčních výchozích materiálů:

N2 + 3H2 harr-2NH3 + 45,9 kJ

Produkce amoniaku v průmyslovém měřítku se však provádí za použití katalyzátoru a za uměle vytvořených podmínek, které zvyšují výtěžnost hotového výrobku. V atmosféře, kde probíhá výroba amoniaku, se tlak zvyšuje na 350 atmosfér a teplota stoupá na 500 stupňů Celsia. Za takových podmínek je výtěžek amoniaku asi 30%. Plyn se z reakční zóny odstraní metodou chlazení a dusík a vodík, které nereagovaly, se nevrátí zpět do syntézní kolony a znovu se mohou účastnit reakcí. Během syntézy je velmi důležité vyčistit směs plynů z katalytických jedů, látky, které mohou negativně ovlivnit účinek katalyzátorů. Takové látky jsou vodní páry, CO, As, P, Se, O2, S.

Porézní železo s nečistotami hliníku a oxidů draslíku působí jako katalyzátor reakcí syntézy dusíku a vodíku. Pouze tato látka, ze všech 20 tisíc dříve zkoušených, umožňuje dosáhnout rovnovážného stavu reakce. Tento princip získávání amoniaku je považován za nejekonomičtější.

Výroba amoniaku v laboratoři je založená na technologii jeho vytěsňování z amonných solí se silnými alkáliemi. Schematicky je tato reakce následující:

2NH4Cl + Ca (OH) 2 = 2NH3 uarr- + CaCl2 + 2H2O

nebo

NH4C1 + NaOH = NH3uarr + NaCl + H20

Pro odstranění přebytečné vlhkosti a pro odvod amoniaku je procházen směsí louhu sodného a vápna. Výroba velmi suchého amoniaku se dosáhne rozpuštěním kovového sodíku a pak destilací směsi. Nejčastěji se takové reakce provádějí v uzavřeném kovovém systému ve vakuu. Takový systém musí odolat vysokému tlaku, který je dosažen vypouštěním výparů amoniaku až do 10 atmosfér při pokojové teplotě.