L’ammoniaca pura, spesso chiamata ammoniaca anidra, funge da pietra angolare nell’agricoltura, nell’industria e nella ricerca. A differenza dell’ammoniaca domestica, che è una soluzione acquosa diluita, l’ammoniaca anidra è un composto denso e di elevata purezza prodotto su scala commerciale da gas naturale, aria e vapore. I passaggi seguenti delineano il processo consolidato e su larga scala che fornisce ammoniaca liquida di qualità industriale.
Il gas naturale viene prima fatto passare attraverso un flusso ricco di idrogeno che reagisce con i composti dello zolfo per formare idrogeno solforato (H₂S). L'H₂S viene quindi lavato con letti di ossido di zinco, convertendolo in solfuro di zinco (ZnS) e acqua. Il flusso di gas risultante è ora in gran parte metano (CH₄) con una contaminazione minima di zolfo.
Il metano purificato viene riscaldato a circa 1.500 ° F (≈820 ° C) in presenza di vapore e un catalizzatore di ossido ferrico. Questa reazione di steam reforming produce una miscela di monossido di carbonio (CO), idrogeno (H₂) e una piccola quantità di vapore acqueo:
CH₄ + H₂O → CO + 3H₂
Le successive reazioni di spostamento del gas acqua convertono la CO in anidride carbonica (CO₂) e ulteriore H₂:
CO + H₂O → CO₂ + H₂
La CO₂ e l'eventuale CO residua vengono rimossi utilizzando assorbenti come soluzioni di etanolamina. Il flusso purificato viene quindi trattato con idrogeno in eccesso per portare l'equilibrio verso metano e acqua, producendo un flusso di gas H₂ di elevata purezza.
Viene introdotta esattamente una mole di azoto (N₂) per ogni tre moli di idrogeno e la miscela viene sottoposta a un catalizzatore di ossido ferrico ad alta pressione (tipicamente 150-300 bar). La reazione catalitica procede come:
3H₂ + N₂ → 2NH₃
Il gas di ammoniaca appena formato viene raffreddato a –30°F (≈–34°C) mantenendo la pressione, condensandolo in un liquido denso. Questo liquido viene quindi immagazzinato in serbatoi isolati e a pressione per la distribuzione.
Durante tutto il processo, sono essenziali rigorosi protocolli di sicurezza a causa della manipolazione di gas ad alta temperatura, recipienti ad alta pressione e idrogeno infiammabile. Anche i controlli ambientali, come la cattura dello zolfo e il sequestro della CO₂, sono parte integrante della produzione sostenibile di ammoniaca.
