AMMONIACA

AMMONIACA (III, p. 2; App. I, p. 112)

I maggiori progressi conseguiti nel campo dell'ammoniaca sintetica sono dovuti principalmente ai perfezionamenti realizzati nella produzione dell'idrogeno, poiché per ogni mc. di azoto, che si ricava economicamente dall'atmosfera, occorrono 3 mc. di idrogeno assai costoso.

Produzione dell'idrogeno. - a) Dall'elettrolisi dell'acqua. - Questo procedimento permette di produrre ammoniaca sintetica partendo unicamente da aria, acqua ed energia elettrica.

Recentemente sono stati realizzati elettrolizzatori bipolari di grande potenza, che, a parità di rendimento, pesano appena 1 : 3 ed occupano 1 : 5 dello spazio richiesto dalle vecchie celle monopolari. Per produrre 1 mc. di idrogeno a 99,9% e ½ mc. di ossigeno a 99,8% (a 0° C. e 760 mm. di mercurio) occorrono circa 5 kWh di corrente continua e quindi, tenuto conto dell'energia richiesta per la produzione di azoto, il consumo di energia per ottenere 1 kg. di ammoniaca risulta di 12 kWh. Pertanto il processo elettrolitico ha potuto svilupparsi soltanto nelle regioni ricche di energia idroelettrica a basso prezzo (Italia, Svezia, Norvegia, Canada, Giappone, Svizzera).

b) Dal gas d'acqua. - Gli impianti di questo genere presentano il vantaggio di consumare una quantità limitata di energia e quindi di poter sorgere nelle località più favorevoli alla distribuzione dei prodotti. Fino a qualche anno fa il gas d'acqua era prodotto esclusivamente da coke in gasogeni a funzionamento intermittente, nei quali l'iniezione di vapore acqueo viene alternata con aria per mantenere la temperatura elevata necessaria alla reazione. Un notevole progresso è stato realizzato adottando gasogeni a funzionamento continuo, nei quali la gasificazione è ottenuta mediante una miscela di vapore con ossigeno (v. gas di gasogeno, in questa App.). Tali gasogeni permettono di utilizzare combustibili scadenti, con elevata percentuale di ceneri, ed anche ligniti e carboni fossili a pezzatura minuta, che hanno un prezzo di costo assai inferiore a quello del coke. Nelle fabbriche dell'I. G. Farbenindustrie a Leuna vennero installati gasogeni a funzionamento continuo, aventi una produzione unitaria di un milione di mc. di gas d'acqua al giorno.

La conversione dell'ossido di carbonio, che ha luogo secondo la reazione: CO + H₂O = CO₂ + H₂ + 10 cal., nei vecchi impianti veniva effettuata alla pressione atmosferica in presenza di adatti catalizzatori alla temperatura di circa 450°, e successivamente i gas compressi a 10-20 atm. venivano sottoposti a lavaggio con acqua per separare l'anidride carbonica. Negli impianti moderni invece la conversione viene effettuata sotto pressione: in tal modo si evita di comprimere l'anidride carbonica e si riduce notevolmente il volume della camera di catalisi.

L'ossido di carbonio residuo è stato finora eliminato mediante lavaggio con una soluzione ammoniacale di formiato di rame, alla pressione di 200 atm. Tale operazione richiede un sensibile consumo di energia elettrica per comprimere la soluzione, e di vapore per la sua rigenerazione. Recentemente sono stati realizzati impianti di conversione con catalizzatori particolarmente attivi, che permettono di ridurre la percentuale di ossido di carbonio nel gas convertito a meno di 0,05%, cosicché il gas può essere utilizzato per la sintesi dell'ammoniaca senza ulteriore depurazione.

Per produrre 1 kg. di ammoniaca mediante il processo al gas d'acqua occorrono: coke (al 90% di C) kg. 1,3; vapore kg. 7; energia elettrica 1,2 kWh.

c) Dai gas di cokeria. - Anche questo processo, basato sul frazionamento a bassa temperatura dei gas provenienti dai forni a coke, ha raggiunto un grado di perfezionamento assai elevato. In luogo delle vecchie casse di desolforazione con ossido di ferro, sono stati realizzati recentemente diversi metodi di lavaggio assai più economici, i quali permettono di ricuperare l'idrogeno solforato sotto la forma di zolfo.

Si evita cosi la perdita d'idrogeno (4% circa) lamentata nel vecchio sistema di lavaggio del gas con acqua sotto pressione, perdita causata dalla solubilità in acqua dell'idrogeno, e si realizza anche una economia d'energia.

L'anidride carbonica era separata dai gas per assorbimento con acqua sotto pressione, ma questo metodo richiede un notevole consumo d'energia e porta ad una perdita del 4% circa d'idrogeno per la sua solubilità nell'acqua. L'assorbimento dell'anidride carbonica si preferisce farlo oggi mediante soluzione ammoniacale che torna in ciclo, perché si ridecompone col riscaldamento il carbonato ammonico formatosi.

Inoltre nei moderni impianti l'etilene contenuto nel gas di cokeria viene separato dai gas residui, ed utilizzato per la preparazione di numerosi prodotti chimici.

d) Dal metano, per ossidazione con vapor d'acqua, secondo la reazione

che si effettua alla temperatura di 800 °C. in presenza di catalizzatori, oppure per semplice piroscissione, a 1.400 °C. Questo metodo presenta notevole interesse quando si dispone di gas naturali a basso prezzo; durante la guerra sono sorti in America 6 impianti di questo genere, con una potenzialità complessiva annuale di 400.000 t. di ammoniaca. Lo stesso procedimento viene applicato per trasformare in idrogen0 il metano contenuto nei gas residui di alcune raffinerie di petrolio.

Sintesi dell'ammoniaca. -Notevoli progressi sono stati realizzati nelle apparecchiature ad alta pressione, tanto che a parità di produzione si è potuto ridurne il peso a circa la metà. Perfezionando la costruzione delle camere di reazione si è raggiunto un elevato rendimento di conversione, realizzando colonne di catalisi fornenti una produzione unitaria di 150 t. di ammoniaca al giorno, le quali possono funzionare ininterrottamente per oltre 3 anni senza il rinnovo della massa catalitica. L'impiego di acciai speciali ha permesso di risolvere le difficoltà inerenti all'attacco chimico dell'idrogeno a pressioni e temperature elevate.

Recentemente è stato realizzato il ricupero del calore dei gas uscenti dalle colonne di catalisi, ricavando gratuitamente circa 0,4 t. di vapore per t. di ammoniaca prodotta, e riducendo in pari tempo il fabbisogno di acqua per la refrigerazione dei gas.

L'industria italiana dell'ammoniaca sintetica. - In seguito agli eventi bellici alcuni impianti di ammoniaca sintetica sono rimasti gravemente danneggiati, ed altri completamente distrutti. La situazione attuale è la seguente:

La produzione attuale è sufficiente a soddisfare le richieste dell'agricoltura e dell'industria italiana.