إنتاج الأمونيا من الأسمدة النتروجينية

إنّ أكثر من 95 % من الأسمده النيتروجينية المستخدمة فى الوقت الحالي قد صُنّعت أو أشتقت من الأمونيا الصناعية NH3، وال 5 % الأخرى صُنعت من نترات الصوديوم الطبيعية أو من NH3 المنتج الثانوي الناتج من غاز فرن الفحم والتى تسترد عادةً ككبريتات الأمونيوم، أو سيناميد الكالسيوم، أو من مصادر ثانوية أخرى، فعملية تصنيع الأمونيا تطورت من قبل فارتز هاربر، حيث استطاع إنتاج الأمونيا على مستوى مخبري صغير، ولكن بتنفيذ وانجاز العملية على مستوى صناعي ظهرت مشاكل جسيمة خاصة بتقنية ومواكبة التراكيب المتوفرة والمتاحة، نظراً للحرارة والضغط العاليين.
ولكن Carl Bosch والذي عمل مع هاربر استطاع أن يطور تلك العملية وانتاج 30 طن فى اليوم .
حيث أنّ كيمياء هذا التفاعل:
3H2 +N2 ↔2NH3
فهذا التفاعل ناشر للحرارة، وهو تفاعل عكسي، والحرارة الناتجة من هذا التفاعل تساوى ( 11000 كالورى/جرام –مول) عند درجة حرارة 18 درجة مئوية، مع الافتراض أنّ NH3 هو فى الحالة الغازية، والحرارة المتحررة من التفاعل تزداد بزيادة درجة الحرارة.
فالتفاعل السابق غير كامل وتفاعل عكسى وشروط الموازنة وتوجيه التفاعل نحو الأمونيا تكمن فى زيادة الضغط وامتصاص حراره التحويل، فمن المحتمل الحصول على مردود للتفاعل يفصل الى 90 % عند ضغط قدره 300 جو ودرجة حرارة 200 درجة مئوية ولكن عند نفس الحد من الضغط ضغط قدره 300 جو وعند الدرجة 200، فإنّ مردود التفاعل يصل فقط إلى % 7.3 وبدرجة حرارة تصل إلى 700، يزداد مردود التفاعل من وعند درجة حرارة ثابتة ومستقرة تصل إلى 450، 131.
2.1 عند ضغط 10 جو، إلى % 35.8 عند 300 جو، او إلى % 69.7 عند ضغط 1000 جو، ومع ذلك فإن مردود التفاعل يكون منخفضاً عند 200 درجه مئويه ويزداد مع زياده درجه الحرارة.
ومن هنا تم البحث عن وسيط مناسب في عام 1911، وجد أنّ بعض الملوثات قد زادت من نشاط وفعالية وسيط الحديد، وبعد أن اختبرت آلاف التركيبات المتعددة اختير وسيط الحديد مع كميات مضافة من البوتاسيوم والألومينا والكالسيوم (Fe3O4 Magnetite) الفعالية مضاعفة والناتجة عن المغنتيت، المغنتيت قد أرجع إلى حديد معدني بواسطة الهيدروجين خلال العملية، (هذا النوع من الوسيط لا يزال المادة النموذجية في الاستعمال حالياً، بالرغم من أن بعض التعديلات تجري عليه).
إن مردود التفاعل يبقى منخفضاً حتى مع أفضل الوسائط المتاحة، ولتوجيه التفاعل نحو اليمين بمردود أكبر فلابدَّ من اختيار الضغط المناسب والحرارة المناسبة والزمن الذي تبقى فيه الكتل المتفاعلة مع بعضها.
وبأفضل الشروط تم الوصول إلى مردود قدره % 80-70.
لتحسين مردود التحويل، فقد أبدع هاربر فكرة إزالة الأمونيا من وسط التفاعل، وهذه الفكرة تقوم على أساس أن الغازات التي تخرج من المحوّل تبرد من أجل تكثيف الأمونيا وإزالتها كسائل مع غازات التفاعل، ومن ثمّ فالغازات غير المتفاعلة تسخن مرة ثانية، وتعاد إلى المحوّل مع غاز H و N المتبقي صناعي نقي جديد.