Nawóz z powietrza

We wrześniu 1913 roku w zakładach firmy BASF w Ludwigshafen powstała pierwsza instalacja do produkcji amoniaku na skalę przemysłową. Nawet w sto lat po uroczystym rozpoczęciu przemysłowej produkcji amoniaku chemicznego, wizyta w dwóch zakładach produkcji amoniaku firmy BASF w Ludwigshafen nadal robi ogromne wrażenie.

Proces syntezy amoniaku Habera-Boscha, przeprowadzony tutaj po raz pierwszy we wrześniu 1913 roku, stał się przyczynkiem do wkroczenia w erę nawozów mineralnych. 
Innowacja ta stała się kluczowym czynnikiem dla rozwoju społeczeństwa przemysłowego, a dzisiaj nadal jest skuteczną metodą zapewniającą pożywienie dla miliardów ludzi. Wysokociśnieniowy reaktor przed nami jest następcą instalacji zbudowanej przez Carla Boscha (dużo większym, ale o podobnej konstrukcji). Nowocześniejszy obiekt stojący obok opiera się na bardziej zaawansowanej technologii i posiada mniej historycznych podobieństw. Dwie placówki produkcyjne wytwarzają razem ponad 2000 ton popytnego związku NH3 w ciągu doby.
Przeprowadzanie syntezy amoniaku na skalę przemysłową wymagało podjęcia ogromnego ryzyka ekonomicznego i dużej woli przetrwania” – podkreśla kierownik produkcji Michael Mauss. „Procesy i urządzenia dla tej pionierskiej technologii musiały być opracowywane od zera.” Tak odważne podejście pozwoliło rozwijającej się wówczas firmie chemicznej BASF stworzyć drugi potężny filar działalności. Produkcja  barwników, która do tej pory była głównym obszarem działań firmy, została uzupełniona przez produkcję amoniaku. „Doświadczenie zdobyte w zakresie technologii wysokociśnieniowych i postępy w dziedzinie badań nad katalizą dokonujące się w następnych dziesięcioleciach umożliwiły rozwój kolejnych innowacyjnych metod produkcji, takich jak synteza metanolu” – dodaje Mauss. Bliska współpraca pomiędzy  chemikami a inżynierami w zakresie prac nad rozwojem złożonych procesów, czyli  symbioza nauki i technologii  stały się gwarantem dalszych sukcesów firmy BASF.
Podstawy „Syntezy amoniaku z pierwiastków” zostały nakreślone przez profesora Fritza Habera, który począwszy od 1904 roku pracował nad tym w Instytucie Technologii w Karlsruhe. Firma BASF powierzyła zadanie zwiększenia skali syntezy amoniaku Carlowi Boschowi w 1909 roku. Niestety początkowo napotkał on nieprzewidziane problemy, ponieważ proces wysokociśnieniowy wymagał ciśnienia i temperatury znacznie przewyższających dotychczasowe możliwości techniczne. Pierwsze instalacje nie wytrzymywały tak wysokiego ciśnienia, a reaktory wykonane ze stali wybuchały. Bosch, jako chemik doświadczony w dziedzinie metalurgii, podczas dokładnych badań metali użytych do wykonania reaktora zidentyfikował przyczynę problemów. Rozgrzany wodór pod  wpływem dużego ciśnienia wchodził w reakcję z węglem zawartym w stalowych ścianach osłabiając je w ten sposób i przyczyniając się do ich skruszenia. Bosch pokonał ten problem dzięki instalacji aparatury z cienkiego żelaza o niskiej zawartości węgla i wywierceniu otworów w ścianach reaktora. Pozwoliło to na wydostawanie się wodoru z materiału, uniemożliwiając jego uszkodzenie. Ta innowacyjna technologia wysokociśnieniowa wymagała dodatkowych elementów, które nie były nigdzie dostępne i musiały być zaprojektowane oraz przetestowane w firmie. W tym celu firma BASF utworzyła pierwszą placówkę badań nad materiałami w 1912 roku.
Nawet dzisiaj produkcja przemysłowa amoniaku nadal odbywa się na granicy możliwości technologicznych. W warunkach wysokociśnieniowej syntezy wymagania wobec materiałów i rozwiązań technologicznych aparatury produkcyjnej są ogromne” – wyjaśnia dr Jürgen Korkhaus, Szef działu Inżynierii Materiałowej, porównując obecny proces produkcyjny z ówczesnym. „Nawet niewielkie zmiany w procesie mogą narazić materiały na ogromne obciążenia. Instalacja musi zatem być zaprojektowana i wykonana ze szczególną starannością”. Reaktor nowszej instalacji do produkcji amoniaku, w którym na złożu katalizatora zachodzi reakcja mieszaniny gazów syntezowych przy temperaturze przekraczającej 400oC oraz ciśnieniu wynoszącym ponad 150 bar, posiada bardzo wytrzymałe ściany wykonane ze stali o grubości 15 centymetrów. Wysokiej jakości zaawansowany stop jest odporny na sprężony wodór, dzięki czemu sławetna obudowa reaktora jest już dzisiaj niepotrzebna.
Obecna produkcja różni się również surowcem wykorzystywanym do wytwarzania gazu syntezowego. W procesie Habera-Boscha przez kilka pierwszych dekad  stosowano metodę rozkładania pary wodnej przy użyciu rozgrzanego koksu na złożu przygotowanym przez dużą grupę pracowników. Dzisiejsze instalacje produkujące amoniak wykorzystują gaz ziemny jako strumień zasilający i źródło energii, które stanowi również lwią część kosztów produkcji. Produkcja amoniaku jest drugą co do wielkości działalnością pochłaniającą największą ilość gazu ziemnego  w ośrodku Ludwigshafen – zaraz po obiektach wytwarzających energię elektryczną. Tak jak w początkowej fazie produkcji, niezbędny dla procesu azot otrzymywany jest z powietrza, co z kolei nie pociąga za sobą żadnych kosztów.
Przemysłowa synteza amoniaku chemicznego stała się niezbędnym elementem produkcji w systemie Verbund. Na obszarze ośrodka BASF w Ludwigshafen materiał ten wykorzystywany jest do produkcji klejów na bazie mocznika oraz żywic impregnacyjnych dla tworzyw drewnopochodnych, służy też do otrzymywania  aminów i kaprolaktamu – surowców niezbędnych do wytwarzania tworzyw poliamidowych. Jednakże trzy czwarte amoniaku produkowanego na całym świecie nadal wykorzystywane jest do produkcji nawozów sztucznych.
Źródło: BASF

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany, podajesz go wyłącznie do wiadomości redakcji. Nie udostępnimy go osobom trzecim. Nie wysyłamy spamu.
Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem*.
Please enter your name here
Please enter your comment!

Polityka Prywatności