Аммиак

Польза, которую попаданец
получает от аммиака
очень и очень значительна.

Теперь надо бы разобраться, как попаданцу его получить.

Да и вообще — возможно ли это, что для этого нужно и к какому году можно построить промышленное производство аммиака…

Во-первых — аммиак ядовит. Отравиться им очень просто, тем более, что он действует на нервную систему. Но в первую очередь достается легким. Единственный плюс — запах аммиака легко определяется, это «запах нашатырного спирта». Запах очень резкий и улавливается носом в слабых концентрациях.

Сам аммиак фактически не применяется. То есть сейчас есть применения (например, холодильный агент в холодильниках), но попаданцу он вряд ли понадобится. Ну разве что давать понюхать ватку при потере сознания, а то были эпохи, когда в обморок падать было модно.

Поэтому всякие методы получения аммиака из селитры можно забыть — аммиак и нужен исключительно для того, чтобы сделать селитру.

То есть — задача у попаданца получить аммиак из простых элементов, его составляющих.

Аммиак — это NH₃, то есть получать его следует из азота и водорода.

А это — это и есть пресловутый «процесс Габера», за который Фриц Габер получил нобелевскую премию в 1918 году. Вообще интересно, что Габер был подданным Германии, разрабатывал в Первую Мировую отравляющие газы и… был евреем по национальности. При этом он успел дожить до момента, когда в его родном институте фашисты устроили чистку евреев, причем доверили это самому Габеру. Габер отказался.

При этом производство синтетического аммиака было придумано вынуждено — потому, что во время Первой Мировой союзники закрыли Германии доступ к чилийской селитре, которая была нужна как для удобрения, так и для взрывчатых веществ (все-таки мировая война). Но, как только процесс Габера был открыт, то им стали пользоваться везде в мире. Он оказался дешевле ископаемой селитры, хотя на производство энергоемкое (сейчас 3-5% природного газа в мире тратится именно на процесс Габера).

Как результат — в 1925 году в Чили добывали 2.5 миллиона тонн селитры по $45 за тонну, а в 1934 году — только 0.8 млн тонн по $19 за тонну. Добыча вынуждена была снижать цены, чтобы конкурировать с синтетическим аммиаком, но все равно — для взрывчатых веществ чилийская селитра куда хуже той, что получается из синтетического аммиака, синтетическая примитивно чище.

Итак, сам процесс Габера выглядит так: N₂+3H₂ 2NH₃

Тут вся засада в этой стрелочки между частями формулы — она двунаправленная.

То есть аммиак может чудесно превратиться в водород и азот, и для нас главное — создать условия, чтобы действовала стрелочка вправо, а никак не назад.

А условия эти — просто песня!

Для процесса нужна температура порядка 500^oC и давление порядка 300 атмосфер.

Напоминаю — в 1803 году был сделан паровоз с давлением в котле 3.5 атмосферы и это было безумно много — просто потому, что из материалов того времени котлы высокого давления не получались. А те, что получались — грозили взрывом уже на 3 атмосферах.

Вот как выглядела одна из первых колонн синтеза аммиака, которая работала в Германии в первую мировую:

Вообще, температура и давления всегда были проблемны для человеческих технологий.

И проблемны до сих пор — мы никак не можем создать такие давления и температуры, чтобы зажечь термоядерный реактор.

А если вы в Древнем Риме или в средневековье и хотите массовое производство селитры…

Ну, возможно, что построить флот кораблей и завоевать Чили выйдет дешевле, чем мастырить колонну синтеза аммиака…

Но что прискорбно — ведь одной колонной не обойтись.

Во-первых, кроме нее нужно иметь катализатор. Самый простой — железный, легированный калием. Ну, желательно еще присутствие щелочных металлов. Но вот только кусок железа не подойдет, тут нужны монокристаллы железа. Их получают, восстанавливая окислы железа в азотно-водородной смеси. А оксид железа тут не простая ржавчина, она должна быть очень высокой чистоты и ее делают искусственно, сжигая железо ацетиленом. Можете представить цены на такие катализаторы.

Но тут возникает очередное «НО». Такой катализатор очень легко отравляется. А отравляется он примитивными вещами — парами воды, кислородом, угарным газом или сернистыми соединениями. При этом достаточно иметь концентрацию отравляющих веществ порядка десятитысячных долей процента — как катализатор перестает работать. Представляете, какая чистота должна быть у исходных газов и каким образом ее добиваться в древности?

Хорошо, что большинство катализаторов для аммиака достаточно просто восстанавливается — окислением и восстановлением. Это если он отравился кислородом или водяным паром. А если отравился сернистыми соединениями или оксидом углерода — можно его выбрасывать.

Вопросы хранения и транспортировки аммиака на этом фоне рассматривать уже не имеет смысла.

Процесс Габера — наверное, самый массовый процесс в химической промышленности в текущее время. Но он совсем так не прост.

И я очень сомневаюсь, что он мог бы опередить время хотя бы лет на 50. Синтетический аммиак появился ровно тогда, когда он мог появиться, когда технологии позволили ему появиться. Разница во времени — ну может всего пару лет, увы.

Ну что, будем строить колонну или флот?

И последнее — цикл Габера мало изменился за последние сто лет. Однако, исследования продолжаются, сейчас проводятся эксперименты с катализаторами на основе рутения, обещают процесс при температуре 50^oC.

Где бы найти попаданца из будущего, который бы нам сейчас рассказал про лучший катализатор?