Livre étudiant – Procédé Haber Bosch
Conditions d’achèvement
Le procédé Haber Bosch
Le procédé Haber-Bosch est un procédé chimique permettant de synthétiser de l’ammoniac, à partir de diazote et de dihydrogène. 75% de l’ammoniac produits sont utilisés pour la production d’engrais azotés. A ce jour, un peu plus de la moitié de la population mondiale ne pourrait être alimentée sans les engrais azotés de synthèse, issus de ce procédé Haber-Bosch.
Figure 1 : Évolution de la population mondiale alimentée avec ou sans engrais azotés de synthèse
L’objectif de cet exercice est d’étudier d’un point de vue thermodynamique ce procédé chimique (parties 1 et 2) puis d’en discuter les impacts environnementaux (parties 3 et 4).
Étude thermodynamique du procédé Haber Bosch
Description de la synthèse par le procédé Haber-Bosch de l’ammoniac :
- La synthèse de l’ammoniac (bloc 3 de la Figure 1) est réalisée par réaction directe entre le dihydrogène et le diazote, en présence d’oxydes de fer comme catalyseur.
- On opère à des pressions élevées (100 à 400 bars) et une température de l’ordre de 500°C, cette température étant une température de compromis.
- On fait réagir le diazote et le dihydrogène dans des proportions stœchiométriques.
- Le diazote provient de l’air. Le dihydrogène est produit par reformage du méthane (ou d’autres hydrocarbures plus lourds) par la vapeur d’eau (bloc 1 de la Figure 1).
- Il est nécessaire de limiter la présence de gaz inertes dans le réacteur afin d’améliorer le taux de conversion de la réaction.
- Il faut de plus éliminer toute trace de CO et CO2 afin d’éviter notamment la désactivation du catalyseur de la synthèse d’ammoniac.
- Le procédé industriel de Haber-Bosch, finalisé en 1913, répond aux différentes contraintes évoquées ci-dessus. Un schéma de principe, simplifié, est donné Figure 1.
Figure 2 : Schéma simplifié de la fabrication de
l’ammoniac à partir de méthane et d’air, via le procédé Haber Bosch.