Name: Síntesis del amoníaco a baja presión (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 14 s
Description: Aprende la síntesis de amoníaco a baja presión usando un absorbente selectivo sólido y energía eólica. Este método reduce emisiones de CO₂ y mejora la eficiencia de la reacción química.

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Este trabajo fue financiado principalmente por ARPA-E, una parte del Departamento de energía, por el medio ambiente de Minnesota y el fondo de recursos naturales, como recomienda la Comisión legislativa y los ciudadanos sobre los recursos de Minnesota y por MNDRIVE, una iniciativa de la Universidad de Minnesota. Apoyo adicional proviene de la Fundación de Dreyfus.

1. piloto puesta en marcha de la planta generador de <ol><li>sistema de producción de nitrógeno <ol><li>vuelta en el aire, el compresor de aire y el nitrógeno. Compruebe que hay al menos 800 kPa de aire en el tanque del compresor de aire. Esto mantiene enviando nitrógeno acumulador hasta que hay no más de 0.004% (40 ppm) de oxígeno en el nitrógeno.</li>
		Aumentador de presión del gas <li>encienda el nitrógeno. El aumentador de presión de gas comienza a llenar los tanques de suministro de nitrógeno, a presiones de hasta 17 MPa.</li>
	</ol></li> <li>Sistema de producción de hidrógeno <ol><li>encienda el refrigerador, la unidad de desionización de agua y el electrolizador. El electrolizador no funciona sin un sistema de ventilación, ya que hay un sensor de flujo que mide la presión negativa ventilación para permitir que el electrolizador a empezar. El hidrógeno se produce con una tasa de 0,54 kg/h, y la presión de descarga será aproximadamente 1,5 MPa.</li>
		Aumentador de presión del gas <li>encender el hidrógeno. Verifique que el refrigerador está funcionando y el líquido refrigerante fluye a través. Los tanques de suministro de hidrógeno se llenará hasta 17 MPa.</li>
	</ol></li> <li>Arranque de resbalón del amoníaco <ol><li>utilizar el ordenador en la sala de control lo siguiente: <ol><li>verificar las salidas de emergencia para la construcción.</li>
			<li>Asegurarse de que las concentraciones de oxígeno, hidrógeno y amoníaco en el edificio son menos de 20%, 19 ppm y 35 ppm, respectivamente.</li>
			<li>Verificar que los tanques de suministro de hidrógeno y nitrógeno se cargan a 17 MPa.</li>
			<li>Asegúrese de que el sampler de amoníaco y las válvulas de tanque de peso se pasa por alto.</li>
			<li>Presurice el resbalón con nitrógeno estableciendo el resbalón &#39; regulador de entrada de nitrógeno s a 2,5 MPa. Ajustar el regulador de presión de nitrógeno a 300 psi y después abra el nitrógeno bypass válvula para llenar el resbalón con nitrógeno a 300 psi. Luego cierre la válvula de nitrógeno cuando se alcanza esa presión. Del sistema de la regular a 1.200 psi y abra la válvula de hidrógeno para permitir que el patín llenar hasta 1.200 psi. Luego cierre la válvula del puente de hidrógeno.</li>
			<li>Abra la válvula de entrada de hidrógeno y establezca el resbalón &#39; regulador de entrada de hidrógeno s a 10 MPa.</li>
			<li>Conjunto regulador de presión de NH 3 a 1 MPa.</li>
			<li>Usar la GUI de software de control para cerrar o abrir múltiples válvulas de by-pass en el resbalón, el compresor y las válvulas de aire.</li>
			<li>Utilice la GUI de software de control para girar un par de los controladores PID para asegurar que el patín se alimenta con una relación 1:3 N 2: H 2.</li>
			<li>De la sala de control y utilizando la GUI principal software de control, iniciar el deslizamiento. El compresor comienza a recircular el gas en el resbalón e inyecte la alimentación fresca.</li>
			<li>En la interfaz gráfica de usuario control de software, ajuste la temperatura de reacción y la condensación. Las temperaturas del reactor y condensador se fijan en 440 ° C y -25 ° C, respectivamente. 
			Nota: Tarda hasta 4 días para el reactor a la temperatura de consigna y alcanzar una condición de estado estacionario.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 2. Puesta de aparato experimental catalizador <ol><li>reducción y preparación de Reactor <ol><li>pesan 3 g de la pre-reducción. Reducir el tamaño de partícula de las partículas de catalizador a menos de 1 mm, utilizando un mortero y una maja.</li>
		<li>Cargar el catalizador en 0.25 en la tubería y colocar lana de cuarzo en ambos lados.</li>
		<li>Usar un controlador PID y aumentar la temperatura del reactor a la temperatura de reacción (400 ° C) con rampas adecuadas, mientras que el hidrógeno que fluye a través del reactor con un caudal de 500 centímetros cúbicos estándar por minuto (SCCM). Uso de las rampas (resumidas en la tabla 1). 
		Nota: El aumento de la temperatura debe ser muy suave para obtener la actividad del catalizador adecuado.</li>
		<li>Continuar con el proceso de reducción para 24 h. asegurarse de que no hay aire o impurezas entra en contacto con el catalizador. Mantenga siempre el reactor bajo una manta de nitrógeno.</li>
	</ol></li> <li>Preparación de amortiguador <ol><li>80 g de CaCl 2 absorbente de la carga en la columna de amortiguador (ID: 2,3 cm, longitud: 30 cm). Según diversos tamaños absorbente, amortiguador de diferentes soportes de embalaje se utilizará en ambos lados del amortiguador, para inmovilizar la cama embalada.</li>
		<li>Para quitar humedad, aumentar la temperatura del absorbedor a 350 ° C mientras que el nitrógeno que fluye con la velocidad de flujo de 200 SCCM para 24 h.</li>
	</ol></li> <li>Pruebas de separación de reacción a partir <ol><li>aumentar la temperatura del reactor y amortiguador a 400 ° C y 180 ° C, respectivamente. 
		Nota: Use las rampas de temperatura adecuada para aumentar la temperatura del reactor. Utilizar transformadores para hacer el control de temperatura más suave. Mantener el sistema en modo inactivo bajo el manto de nitrógeno. Antes de comenzar cualquier prueba, cargar el sistema con nitrógeno a 5 MPa un par de veces y luego afloje la presión.</li>
		<li>Usar la GUI para el control de los controladores de flujo de masa de hidrógeno y nitrógeno.</li>
		<li>Cargar el aparato a las presiones de destino con nitrógeno e hidrógeno, con el cociente de 1:3.</li>
		<li>Una vez lograda la presión objetivo, cerrar las válvulas de entrada, abra la válvula de salida del reactor y encienda la bomba de recirculación. Debido a la reacción exotérmica y la absorción, las temperaturas del reactor y amortiguador pueden requerir un control más cuidadoso al principio del proceso de.</li>
		<li>Continuar la prueba de 5 horas, hasta el punto cuando el amortiguador comienza a breakthrough.</li>
	</ol></li> <li>Desorción de amoníaco <ol><li>Abra las válvulas de entrada y salida.</li>
		<li>Reducir el sistema de &#39; de la presión a la presión atmosférica y aumentar la temperatura del absorbedor mientras que nitrógeno que fluye con un caudal de 100 SCCM para 5 h a la desorción de amoníaco en el material absorbente.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Erisman, J. W., Sutton, M. A., Galloway, J., Klimont, Z., Winiwarter, W. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/ngeo/journal/v1/n10/abs/ngeo325.html">How a century of ammonia synthesis changed the world.</a> Nat Geosci. 1 (10), 636-639 (2008).</li>
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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Pasos críticos del aparato Experimental de la reacción de absorción:
Asegúrese de que no hay ninguna impureza en el sistema de nitrógeno e hidrógeno. Los materiales absorbentes cambiará después de cada ciclo. En la mayoría de los casos, a alta temperatura y en presencia de amoníaco, los materiales absorbentes fusionan y forman un gran hormigón. Según las propiedades termodinámicas de los halogenuros metálicos y ammine complejo, deben emplearse las temperaturas adecuadas para la absorción y desorc...

El amoníaco es un producto químico industrial clave. Se produce mediante el proceso Haber de Bosch –, que se conoce como una de las más importantes innovaciones de la 20th siglo1,2. Síntesis de amoniaco se lleva a cabo en presencia de un catalizador heterogéneo a temperaturas elevadas (&#62; 375 ° C) y presiones (&#62; 100 bar)3. Estos requisitos de temperatura y presión alta hacen amoníaco síntesis muy energía - y uso intensivo de capital. Aproximadamente, 150 millones de toneladas de amoníaco se producen cada año4, 1-3% de consumo de energía del mundo, 5% del consumo de gas natural y hasta el 3% del cambio climático gases emisiones5,6, 7.
El amoníaco tiene dos grandes usos potenciales. En primer lugar, el amoníaco es un fertilizante de nitrógeno sintético1. Sin este fertilizante, la mitad de la población no tendría acceso a comida suficiente. En segundo lugar, el amoniaco puede servir como vector energético, como un combustible líquido de carbón-neutral o como una indirecta hidrógeno portador8,9,10,11. Por lo general, recursos renovables (p. ej. viento) están disponibles en las zonas rurales despobladas, donde pueda ser capturada; este tipo de energías solar y eólica aislada se llama "sin recursos". En este escenario, las energías térmicas y eléctricas de la fuente de las energías renovables se convierten en energía-denso amoníaco líquido neutro en carbono. El amoníaco líquido producido a continuación puede ser enviado a centros urbanos, donde puede ser utilizado directamente en las células de combustible con base de amoniaco12 y motores de combustión interna13, o que se puede descomponer en hidrógeno y luego ser utilizado en pilas de combustible de hidrógeno o estaciones de servicio de hidrógeno. Como resultado, podemos mover el viento de las praderas de Estados Unidos a las zonas urbanas densamente pobladas de los Estados Unidos
Sobre todo debido al uso de fertilizantes, fabricación de amoníaco es una industria importante. A temperatura ambiente, la reacción de síntesis del amoníaco es exotérmica y por lo tanto, al menos en principio — espontánea14, sin embargo, lograr la reacción bajo condiciones ambientales es extremadamente difícil debido a la adherencia fuerte nitrógeno nitrógeno 15. para superar esto, Fritz Haber famoso utilizan altas temperaturas para alcanzar la cinética rápida, pero estas altas temperaturas significan que la reacción reversa inhibe la producción. Para reducir las inhibiciones de esta reacción inversa, Haber utiliza alta presión para mejorar la conversión. Él llevó a cabo la reacción a gran escala en un barril del arma, que todavía adorna la planta BASF en Ludwigshafen.
La necesidad de usar alta temperatura y presión, cuando la reacción potencialmente podría funcionar bajo condiciones mucho más modestas tiene frustrados químicos para más de un siglo2. Incluso después de que el proceso fue comercializado, Karl Bosch y una gran cohorte en BASF batido a través de toda la tabla periódica en busca de mejores catalizadores. Mientras que Bosch tuvo poco éxito, la búsqueda continúa. Incluso el año pasado, un nuevo programa de investigación dirigido a la búsqueda de un nuevo catalizador fue iniciado16,17. La química detallada de la síntesis del amoníaco es ahora bien entendido14, y si la búsqueda para el catalizador nuevo tiene éxito, sería ciertamente vale la pena el esfuerzo. Sin embargo, en nuestra opinión, los fracasos del pasado reducen las posibilidades de éxito en el futuro.
En el siguiente texto, se describe el proceso de síntesis de amoníaco en pequeña escala, y se explica la motivación para investigar un proceso alternativo.
El proceso de pequeña escala:
Amoníaco generado por el viento Estamos mejorando el Haber – Bosch proceso para sintetizar amoníaco, buscando un proceso mucho más pequeño, más simple que puede utilizarse localmente pero produce cantidades insignificantes de dióxido de carbono. Ya ha demostrado la viabilidad de la fabricación de amoníaco local de vientos en una planta piloto situada en Morris, Minnesota y se muestra en la figura 118. Morris se encuentra en la cresta de búfalos, una formación de sesenta millas de colinas en la esquina sudoeste de Minnesota. La cresta tiene inusualmente estable, fuerte viento, rodando por la pradera. Como resultado, es una Meca para energía eólica.
Con esta electricidad, ya fabricamos amoniaco del viento, utilizando esta planta que es cuarenta mil veces menor que las existentes operaciones comerciales de los combustibles fósiles. Algunos energía eólica se utiliza para hacer el nitrógeno del aire por adsorción del oscilación de presión, un método establecido para la separación de aire utilizado, por ejemplo, para pacientes con enfisema que necesitan aire oxígeno-enriquecido. Sin embargo, más de la electricidad se utiliza para hacer hidrógeno por electrólisis del agua. Estos gases se combinan sobre un catalizador convencional en el proceso que se muestra esquemáticamente en la figura 2. Después de la reacción, los gases son separados por refrigeración para condensar el amoníaco líquido. Los gases, así como el amoníaco destilaciones, es reciclado.
Detalles de la planta piloto En nuestra planta piloto, de la Universidad de Minnesota hidrógeno renovable y planta piloto de amoníaco, se proporciona la energía eléctrica de una turbina de viento ubicada de 1,65 MW. La planta piloto utiliza aproximadamente 10% de la energía generada con la energía restante en la Universidad de Minnesota, campus de Morris.
El sistema de producción de hidrógeno utiliza un electrolizador, un compresor booster y una enfriadora térmica. Este sistema produce 0,54 kg de gas de hidrógeno por hora, que se encuentra a 2.400 psi usando 24 kWh de electricidad. Agua de un pozo en el lugar se purifica mediante un sistema reverso ósmosis y desionización. El agua entonces se suministra para el electrolizador a una velocidad de hasta 15 L/h. que nitrógeno se genera mediante un generador de nitrógeno, un compresor de aire antes, un secador de aire y un compresor booster. El gas nitrógeno se almacena en 2.400 psi usando aproximadamente 6 kWh de electricidad.
La síntesis de amoníaco utiliza un patín personalizado. Incluye un compresor, un reactor, un circuito de refrigeración enfriamiento y un calentador eléctrico de 20 kW. El resbalón utiliza aproximadamente 28 kWh de electricidad para producir 2,7 kg de amoniaco por hora que se almacenará a 150 psi. El proceso de producción de amoníaco es controlado con sistemas de PLC y HMI integrados. El hidrógeno producido y el nitrógeno se almacenan en el sitio en stora nitrógeno 18tanques de GE y 54 tanques de almacenamiento de hidrógeno. El amoníaco también es almacenado en el sitio dentro de un recipiente de 3.100 galones.
Generación eólica es costoso La electricidad para que este proceso se hace viento, y el combustible para la fabricación de amoníaco es gratis, sin utilizar ningún combustible fósil. Sin embargo, los costos de capital para esta planta piloto están dominados por las inversiones para la producción de hidrógeno y para la síntesis del amoníaco. Las operaciones hasta la fecha sugieren que el costo de fabricación de amoniaco en pequeña escala son sobre dos veces la de amoníaco convencional basado en combustibles fósiles. Mientras continuamos a optimizar nuestro proceso, creemos que amoníaco en pequeña escala viento generado no será competitivo en los precios actuales del gas natural. La capital los costos por amoníaco masa hecha podrían reducirse por un proceso convencional más grande, o por un proceso alternativo que describe siguiente en este artículo.
El proceso de absorción:
Absorción aumenta la producción El catalizador utilizado para la síntesis de amoníaco se ha mantenido casi sin cambios durante el último siglo19. Como resultado, hemos realizado una aproximación diferente en esta investigación. Aplicar el catalizador actual y temperatura de funcionamiento, pero absorber amoniaco a presiones modestas como está formado. Reciclar cualquier sin reaccionar hidrógeno y nitrógeno. El proceso es esquemáticamente como en la figura 3, similar al proceso convencional, pero con un amortiguador de lecho empacado sustituir el condensador.
Cinética de la reacción inicial no cambia Experimentos con este sistema de conversión baja muestran una tasa de reacción inicial que es consistente con muchos de los estudios anteriores en este sistema3,14,15,20,21 , 22 , 23, como se muestra en la figura 4. El panel izquierdo muestra las tarifas iniciales, que varían fuertemente con la temperatura. Si bien estas tasas también varían con la presión, las variaciones son más pequeñas, como se muestra en el panel derecho. En nuestro nuevo proceso, utilizamos el mismo catalizador y condiciones de operación similares, pero buscando formas de mejorar la producción de amoniaco mediante absorción en una presión más baja. Así esperamos poder reducir los costos de capital para la síntesis del amoníaco.
Absorción mejora la conversión En nuestro trabajo, hemos reemplazado el condensador en el proceso de pequeña con una cama llena, que es un recipiente cilíndrico llenado de pequeñas partículas de la absorbente. Hemos enfatizado absorbentes principalmente de cloruro de magnesio y cloruro de calcio11,24. Estos absorbentes ammine tienen dos efectos. En primer lugar, reducen la concentración de amoníaco presente en los gases reciclados a casi cero. En segundo lugar, efectivamente reducen el tiempo de separación a casi cero. Esta estrategia es productivo25,26,27. Por ejemplo, en la figura 5, nos muestran que la tasa de fabricación de amoníaco, que es proporcional a la caída de la presión total en el sistema, es mucho mayor con la absorción que sin. En particular, la reacción en el bar 90, mostrada por los círculos rojos, es menos completa que la reacción con el absorbente, se muestra por los triángulos azul27. Esto es cierto a pesar de la reacción sin absorbente lleva a cabo a una presión de casi el doble de la reacción con la absorción. En experimentos anteriores (no mostrados aquí), demostramos también que la eventual conversión del proceso es alrededor del 20% sin absorbente pero más del 95% con absorbente.
La velocidad de reacción varía mucho menos con temperatura con absorción de sin. Esto se muestra en la figura 6, que una vez más informes de síntesis del amoníaco como presión total versus tiempo27. Cambiando la temperatura de reacción de 60 ° C tiene poco efecto sobre la velocidad de reacción. Esto contrasta con las tasas iniciales en la figura 4, que muestra un cambio de tarifa de la reacción de casi un orden de magnitud. Los resultados en la figura 4 y figura 6 son diferentes porque se ha reducido el efecto de la reacción inversa, por lo que la cinética química ya no son el único responsable de la tasa general de paso.

<table><tbody><tr><td><Aparato experimental>fuerte</fuerte></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cloruro de magnesio</td><td>Sigma Aldrich</td><td>7786-30-3</td><td>St. Louis, MO</td></tr><tr><td>Cloruro de calcio</td><td>Sigma Aldrich</td><td>10043-52-4</td><td>St. Louis, MO</td></tr><tr><td>Hidrógeno ultra puro</td><td>Matheson</td><td>SG PHYF30050</td><td>New Brighton, MN</td></tr><tr><td>Nitrógeno ultra puro</td><td>Matheson</td><td>SG G1881112</td><td>New Brighton, MN</td></tr><tr><td>Catalizador a base de hierro</td><td>Clariant/Sud Chemie-Charlotte</td><td></td><td>, NC</td></tr><tr><td>Bomba de pistón variable</td><td>PumpWorks Inc.</td><td>PW2070N</td><td>Minneapolis, MN</td></tr><tr><td>Omega Calentador cerámico</td><td>Omega</td><td>CRFC-36/115-A</td><td>Stamford, CT</td></tr><tr><td>Controlador PID</td><td>Omega</td><td>CN96211TR</td><td>Stamford, CT</td></tr><tr><td>Acondicionador de señal</td><td>Omega</td><td>DRG-SC-TC</td><td>Stamford, CT</td></tr><tr><td>Transductor de presión</td><td>WIKA 50426877</td><td></td><td>Lawrenceville, Georgia</td></tr><tr><td>Controlador de flujo másico</td><td>Brooks Instrumentos</td><td>SLA5850</td><td>Hatefield, PA</td></tr><<tr><td>strong>Name</td><td>Company</td><td>Número de catálogo</td><td>Comentarios</td></tr><tr><td>Pilot Plant</td>Electrolizador Proton <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>OnSite</td><td>H6 Series</td><td>Wallingford, CT</td></tr><tr><td>Booster de gas</td><td>Máquina PDC</td><td>3 2500&nbsp;</td><td>Warminster, Pensilvania</td></tr><tr><td>Turbina eólica</td><td>Vestas</td><td>V82</td><td>Portland, OR</td></tr><tr><td>Enfriador</td><td>Thermal Care Serie</td><td>SQ</td><td>Niles, IL</td></tr><tr><td>Purificador de agua</td><td>Elga Pure Lab</td><td>S-15</td><td></td></tr><tr><td>Generador de nitrógeno</td><td>Innovador sistema</td><td>de gas NS-10</td><td>Huoston, TX</td></tr><tr><td>Compresor de aire</td><td>Hydrovane</td><td>HV05</td><td></td></tr></tbody></table>

síntesis del amoníaco a baja presión

Ammonia Synthesis at Low Pressure

Amoníaco puede ser sintetizado a baja presión por el uso de un absorbente selectivo de amoníaco. El proceso puede ser conducido con energía eólica, disponible localmente en las áreas que requieren amoníaco para el fertilizante sintético. Tal energía del viento se denomina "trenzado", porque sólo está disponible de centros de población que puede ser utilizado directamente.
En el proceso de propuesta de baja presión, nitrógeno se realiza mediante la absorción del oscilación de la presión de aire e hidrógeno es producido por electrólisis del agua. Mientras que estos gases pueden reaccionar a aproximadamente 400 ° C en presencia de un catalizador convencional promovido, la conversión es a menudo limitada por la reacción inversa, que hace que esta reacción solo posible a altas presiones. Esta limitación se puede quitar por absorción en un cloruro de calcio o magnesio del ammine-como. Estos Haluros de metal alcalinos pueden quitar con eficacia el amoníaco, así suprimiendo las restricciones de equilibrio de la reacción. En el proceso de síntesis de amoníaco absorción mejorada propuesta, la velocidad de reacción puede ser controlada entonces no por la cinética química ni las tasas de absorción, sino por la tasa de reciclaje de gases unreacted. Se comparan favorablemente los resultados con amoníaco de pequeña escala convencional Haber Bosch – proceso.

Una planta piloto en Morris, Minnesota ha demostrado la viabilidad de utilizar el viento para la fabricación de amoníaco local18, como se muestra en la figura 1. El viento genera electricidad, que se utiliza para hacer nitrógeno e hidrógeno a través de la absorción del oscilación de la presión de aire y a través de la electrólisis del agua, respectivamente. Un reactor utiliza un catalizador convencional para combinar los gases nitrógen...

Amoníaco puede ser sintetizado a baja presión con un catalizador convencional y un absorbente selectivo de amoníaco.

Síntesis del amoníaco a baja presión

Ammonia can be synthesized at low pressure by the use of an ammonia selective absorbent. The process can be driven with wind energy, available locally in ...

El objetivo general de este procedimiento es producir amoníaco a partir de aire, agua y energía generada por el viento mediante un proceso de baja presión con emisiones despreciables de dióxido de carbono. Este método puede ayudar a abordar problemas clave en la producción de amoníaco, como la eficiencia de la reacción, la distribución del producto y las emisiones de dióxido de carbono. El proceso utiliza un absorbente sólido selectivo para el amoníaco en lugar de un condensador.La eliminación continua del amoníaco del sistema disminuye la ocurrencia de la reacción química inversa. La principal ventaja de este proceso es que puede realizarse a menor presión, lo cual es más seguro y menos costoso. Cory Marquart y yo operamos una planta para el proceso convencional que es 30.000 veces más pequeña que las plantas típicas.Esto proporciona un estándar para la comparación con el proceso absorbente. Mike Reese y Cory Marquart están operando la planta convencional a pequeña escala en Morris, Minnesota. El proceso basado en absorción será demostrado por Mahdi Malmali, un investigador postdoctoral afiliado a nuestro laboratorio.Antes de comenzar el proceso, encienda la planta de generación de amoníaco y eleve la temperatura del reactor catalítico a 440 grados Celsius. Ajuste la temperatura del condensador a menos 18 grados Celsius. A continuación, encienda el secador de aire, el compresor de aire y el generador de nitrógeno.Encienda el impulsor de gas nitrógeno para llenar los tanques de suministro de nitrógeno. Encienda el refrigerador, la unidad de desionización de agua, el electrolizador y el impulsor de gas hidrógeno. Verifique que el refrigerador esté funcionando y que el líquido de enfriamiento esté circulando.A continuación, ajuste el regulador de entrada de nitrógeno a 300 PSI. Abra la válvula de nitrógeno para comenzar a presurizar el skid de proceso. Cierre la válvula de derivación de nitrógeno cuando el skid alcance 300 PSI.A continuación, ajuste el regulador de entrada de hidrógeno a 1.200 PSI y abra la válvula de hidrógeno. Una vez que el skid alcance 1.200 PSI, cierre la válvula de hidrógeno. Inicie el skid para comenzar a hacer circular la mezcla de gas de nitrógeno a hidrógeno de uno a tres a través del sistema.Después de que el proceso haya terminado, almacene el amoníaco condensado a 150 PSI. Para preparar el reactor, utilice un mortero y un pistilo para moler las partículas del catalizador hasta un tamaño inferior a un milímetro. Empaquete el catalizador molido en tubos de 0,25 pulgadas.Para preparar el absorbedor, coloque 80 gramos de cloruro de calcio o una cantidad equivalente de otro absorbente selectivo para amoníaco en una columna de 30 centímetros de longitud y 2,3 centímetros de diámetro interno. Tape los extremos de la columna con material de soporte de embalaje suficiente para inmovilizar el absorbente. Instale el absorbedor y el reactor en el aparato experimental.Caliente el reactor a 450 grados Celsius utilizando el procedimiento recomendado de temperatura de activación, mientras fluye hidrógeno a través del reactor a 500 SCCM para finalizar la activación del catalizador. Mantenga el catalizador activado bajo una atmósfera de nitrógeno ultra puro cuando el sistema esté inactivo. Para iniciar el proceso de generación de amoníaco, cierre la válvula de salida y aumente la temperatura del reactor a 400 grados Celsius y la del absorbedor a 180 grados Celsius.Lave el sistema con gas nitrógeno ultra puro presurizando y despresurizando repetidamente el sistema. Luego, presurice el sistema con una mezcla de uno a tres de gases de nitrógeno e hidrógeno. Detenga los controladores de flujo másico de nitrógeno e hidrógeno.Cierre la válvula de entrada del reactor. Abra la válvula de salida del reactor e inicie la bomba de recirculación. Monitoree las temperaturas del reactor y del absorbedor cuando comience la reacción y ajústelas según sea necesario para compensar los procesos exotérmicos.Realice el proceso durante cinco horas o hasta que el absorbedor comience a presentar fugas, indicado por una disminución en el cambio de la presión del sistema con el tiempo. Abra la válvula de entrada de nitrógeno y la válvula de salida de amoníaco y reduzca el sistema a presión atmosférica. Pase nitrógeno a través del sistema a 100 SCCM mientras calienta el absorbedor durante cinco horas para liberar el amoníaco.Las altas presiones utilizadas en el método convencional son necesarias para favorecer la reacción directa a altas temperaturas. En el método de separación a baja presión, el amoníaco se separa de manera más completa antes de que pueda experimentar la reacción inversa. Se observó un aumento significativo en la velocidad de conversión en comparación con el método convencional.Las velocidades iniciales de reacción del método de separación fueron consistentes con los valores publicados y con experimentos independientes de cinética química. Se observó variación de temperatura en las velocidades iniciales de reacción del método de absorción por reacción. La velocidad global de reacción mostró una dependencia mucho menor respecto a la temperatura, lo que indica que la velocidad de reacción catalítica no es un factor limitante importante para la velocidad de conversión en el método de separación.El absorbente eliminó eficazmente el amoníaco del sistema, pero la capacidad de la columna disminuyó después de cada ciclo. Actualmente se está investigando cómo prolongar la vida útil de la columna de absorbente. No se encontró que la cinética de absorción fuera un factor limitante significativo para la producción de amoníaco.Se descubrió que la velocidad de flujo de recirculación se correlaciona con la velocidad de reacción, lo que indica que es el paso principal que controla el proceso. Este proceso puede producir amoníaco a partir de aire, agua y viento. El aire y el agua son fuentes de nitrógeno e hidrógeno mediante absorción por cambio de presión y electrólisis, respectivamente.La energía para el proceso proviene del viento. El proceso Haber-Bosch es una reacción centenaria que alimenta una gran fracción de la población mundial. Intentar mejorarlo conlleva un alto riesgo y una recompensa potencialmente elevada.Nuestra idea original para este trabajo fue hacer que las granjas familiares en zonas rurales de Minnesota fueran más autosuficientes en cuanto a su fertilizante nitrogenado. La posibilidad de obtener un combustible para ciudades con escasez de energía almacenando la energía eólica en forma de amoníaco líquido fue una ventaja inesperada. La clave del proceso basado en absorción consiste en desarrollar un absorbente estable y reutilizable que atrape eficientemente el amoníaco conforme se produce.Al reemplazar el condensador convencional por un lecho absorbente, estamos más cerca de un proceso de generación de amoníaco más económico y seguro, adecuado para la fabricación a pequeña escala.

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