Procédé pour la production d'ammoniaque synthétique. La présente invention se rapporte à un nouveau procédé pour la synthèse de l'am moniaque par ses éléments, l'hydrogène et le nitrogène. L'étude de l'équilibre chimique entre l'ammoniaque et ses éléments avait déjà démontré qu'aux températures auxquelles il pouvait s'établir avec une rapidité suffi sante en présence de substances catalytiques convenables sa tendance était entièrement du côté de l'hydrogène et du nitrogène.
Pour obtenir des concentrations d'ammoniaque qu'on pouvait déterminer avec sûreté, Nernst dans un but purement scientifique et se fon dant sur un principe bien connu de chimie- physique exposé par le Chatelier dans son théorème, étudia l'équilibre sous pressions très élevées en nous montrant ainsi quelle était la voie qu'on devait prendre dans le cas d'une production synthétique de l'ammo niaque par ses éléments. La réalisation de cette production' industrielle suit en effet immédiatement.
On connait déjà un procédé pour la pro duction industrielle de l'ammoniaque synthé- thique, caractérisé en ce qu'on fait passer le mélange des deux éléments comprimés sur une substance catalytique maintenue à haute température, on fait ensuite refroidir à basse température les gaz qui ont réagi pour éli miner l'ammoniaque qui s'est formée et on reconduit encore une fois les gaz non combinés privés de l'ammoniaque sur la substance catalytique avec de nouvelles quan tités de mélange de nitrogène et d'hydrogène correspondant aux quantités qui ont réagi et qui ont été éliminées sous forme d'ammo niaque.
L'opération est exécutée d'une manière continue dans un cycle fermé, dans lequel on introduit continuellement le mélange com primé d'hydrogène et nitrogène et duquel la quantité correspondante d'ammoniaque est éliminée. Les pressions utiles citées à titre d'exemple pour ce genre de traitement sont d'environ 150 atmosphères.
L'inconvénient principal d'un tel cycle d'opérations aux pressions indiquées consiste dans la difficulté d'éliminer du circuit gazeux la plus grande partie de l'ammoniaque pro duite. par la catalyse.
Dans ce but, il est nécessaire de refroidir les gaz qui ont - réagi, jusqu'à 40-500 au- dessous de zéro, avec une dépense relative ment énorme pour l'installation frigorifique. On peut aussi éliminer l'ammonique au moyen d'une circulation d'eau sous pression ; dans ce cas, les dépenses pour l'installation frigo rifique, quoique encore considérables, dimi nuent, mais la solution acqueuse qu'on obtient est un produit commercial de moindre valeur par rapport à l'ammoniaque anhydre.
Et étant donné le pourcent pratique de combinaison des gaz qui réagissent aux pressions indi quées, il est nécessaire de pourvoir avec beaucoup de soin et d'exactitude et le plus possible à l'élimination complète de l'ammo niaque du circuit gazeux avant que les gaz non combinés retournent sur la masse cata lytique.
On peut remédier à cet inconvénient au moyen d'un autre procédé industriel connu de synthèse de l'ammoniaque, dans lequel la pression de catalyse s'élève à une valeur d'un millier d'atmosphères avec l'effet de tripler le pourcent de combinaison cataly tique et de permettre l'élimination de presque toute l'ammoniaque qui s'est formée par simple refroidissement. avec de l'eau à la tem pérature ordinaire.
Mais l'augmentation du pourcentage de combinaison et la diminution de la masse sur laquelle la chaleur de la réaction est distribuée sont cause que la réaction exother mique, non dangereuse aux pressions de <B>150-200</B> atmosphères, détermine aux nou velles pressions très élevées dans l'unité de masse un développement de chaleur beaucoup plus grand et par conséquent le danger d'rirre élévation spontanée de température dans la masse catalytique. Ce danger devient plus grave quand les dimensions des appareils de catalyse sont très grandes et le grand nombre des expédients ingénieux qu'on a étudié jus qu'à présent n'a pas encore résolu avec sû reté ce problème important.
Or, l'inventeur a trouvé qu'à une pression quelconque, quelque élevée qu'elle soit, on petit éviter tout danger d'une surchauffe en faisant arriver dans la chambre de catalyse le mélange des éléments avec une quantité considérable d'ammoniaque telle qu'elle em pêche une élévation préjudiciable de la tempé rature de catalyse.
On peut obtenir tout cela très simplement en éliminant des produits de la réaction seu lement une partie de l'ammoniaque qui s'est formée. -un même pourcentage initial du produit de la réaction aura une action d'au tant plus grande que la température de la réaction sera plus haute.
Par exemple, une teneur initiale de 5 % d'ammoniaque dans les gaz réagissant à une pression de 700 atmosphères réduit de peu le pourcent de combinaison provoquée par une masse cata lytique déterminée à une température d'en viron 500 0, mais réduit à une bien petite valeur le pourcent de combinaison provoquée par la même masse catalytique à une tem pérature de 750 0.
En effet, dans le premier cas, le pourcent d'équibre atteint le 37 0/0 tandis que dans le second il est à peine du 9%; la plus grande prodâction de chaleur possible dans le second cas au lieu d'être 1/.r de la production du premier cas descend à '/s à cause de la présence initiale
de 5 % du produit de la réaction.
Puisque le pourcent élevé de combinaison est la cause principale des dangers des sur chauffes de la masse catalytique, il est clair que ces dangers se manifestent également si, air lieu d'augmenter la pression, on diminue la température de catalyse en employant des masses catalytiques très actives à des tem pératures plus basses que celles maintenant cri usage.
Par exemple, avec une masse ca talytique capable de fonctionner normalement à 400 0 sous une pression de 200 atmosphères, on peut atteindre un pourcent de combinai- son de 36 %. On voit facilement comme même dans ce cas, lorsque pour une cause quelle qu'elle soit la température s'élève, la présence de l'ammoniaque dans la réaction des gaz a une influence rapide sur le pour cent de combinaison et, par conséquent, sur la quantité de chaleur de la réaction.
En effet, puisque à 6000 le pourcent d'ammo niaque dans le système en équilibre est de 8,25, l'effet thermique de la réaction à cette température se réduit d'un peu plus des 3/.4 de celui obtenu à 400 0; tandis que avec un pourcent initial d'ammoniaque de 5 % l'effet thermique qui se réduit seulement de '/7 à 4000, se réduit de 3/io à la tempé rature de 600 0.
En outre, la présence d'ammoniaque aug mente la chaleur spécifique du mélange de réaction, ce qui concourt au même but, quoique en moindre mesure, c'est-à-dire à réduire la possibilité des surchauffes dans la masse catalytique.
Enfin, un dernier avantage obtenu par la présente invention est l'influence bienfaisante du produit de la réaction au commencement de la catalyse sur l'activité aussi bien que sur la durée de la masse catalytique.