हैबर-बॉश प्रक्रिया क्या है?

हैबर-बॉश प्रक्रिया, या बस हैबर प्रक्रिया, अमोनिया के बड़े पैमाने पर निर्माण में उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया है। इस प्रक्रिया का नाम फ्रिट्ज हैबर और कार्ल बॉश के नाम पर रखा गया, जो दो जर्मन रसायनज्ञ थे जिन्होंने 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में इस प्रक्रिया का आविष्कार किया था। हैबर-बॉश प्रक्रिया को कम कुशल तरीकों को बदलने के लिए विकसित किया गया था जो पहले अमोनिया उत्पादन में ऐसे फ्रैंक-कारो प्रक्रिया में उपयोग किए गए थे। आज, हैबर-बॉश प्रक्रिया का उपयोग उर्वरक में प्रयुक्त अमोनिया के उत्पादन में प्रमुख रूप से किया जाता है, इसके आविष्कार के वर्षों के विपरीत जब इसका इस्तेमाल उन विस्फोटक के लिए अमोनिया प्रदान करने के लिए किया गया था जो पहले युद्ध में उपयोग किए गए थे।

पृष्ठभूमि

19 वीं शताब्दी में अमोनिया की उच्च मांगों को पूरा करने के लिए हैबर-बॉश प्रक्रिया का आविष्कार किया गया था। उर्वरकों और पशुधन खाद्य विनिर्माण के लिए इसकी आवश्यकता के कारण अमोनिया की मांग बढ़ी। 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में, हैमर ने अमोनिया की मांग को बनाए रखने के लिए एक वैकल्पिक विधि के साथ आने का फैसला किया। हैबर फ्रिट्ज ने अपने सहायक के साथ मिलकर एक ऐसी प्रक्रिया शुरू की, जिसके लिए उत्प्रेरक और उच्च दबाव वाले उपकरण के उपयोग की आवश्यकता थी। प्रयोगशाला स्तर पर प्रदर्शन प्रक्रिया छोटे पैमाने पर थी। प्रदर्शन की प्रक्रिया 1909 की गर्मियों में हुई थी। अमोनिया 125 मिली प्रति घंटे की दर से बूंदों के रूप में उत्पन्न हुई थी। इस प्रक्रिया को मान्यता मिली और इसे जर्मन की एक रासायनिक कंपनी बीएएसएफ ने खरीदा। कार्ल बॉश को यह सुनिश्चित करने का कर्तव्य सौंपा गया था कि प्रक्रिया को औद्योगिक स्तर पर अपग्रेड किया जाए, जो उन्होंने 1910 में सफलतापूर्वक किया था। अमोनिया का बड़े पैमाने पर उत्पादन 1913 में ओप्पू संयंत्र में शुरू हुआ था, जो बीएएसएफ के स्वामित्व में था। संयंत्र ने अमोनिया के उत्पादन को कई गुना बढ़ा दिया जो 1914 तक प्रति दिन 20 टन तक पहुंच गया। प्रथम विश्व युद्ध के दौरान हैबर-बॉश प्रक्रिया जर्मनी के लिए एक संपत्ति थी। हैबर ने 1913 में नोबेल पुरस्कार जीता और बॉश ने 1931 में उसी पुरस्कार को जीता।

प्रक्रिया

अमोनिया नाइट्रोजन और हाइड्रोजन की प्रतिक्रिया को शामिल करने वाली प्रक्रिया के माध्यम से बनता है। यह प्रक्रिया 400 से 500 डिग्री सेल्सियस के बीच के तापमान में होती है। नाइट्रोजन और हाइड्रोजन गैसों को उत्प्रेरक के ऊपर पारित किया जाता है, जिससे संतुलन बनाए रखने के लिए निरंतर तापमान नियम होते हैं। उत्प्रेरक के चार सेटों पर गैसों को पारित किया जाता है। प्रत्येक सेट पर, लगभग 15% गैस अमोनिया बनाने के लिए प्रतिक्रिया करती है। जिन गैसों ने प्रतिक्रिया नहीं की है उन्हें उत्प्रेरक के माध्यम से बार-बार पारित किया जाता है। अंत में, लगभग 97% गैसों ने प्रतिक्रिया व्यक्त की है। अपने अणुओं को एक साथ रखने वाले मजबूत ट्रिपल बांड के कारण नाइट्रोजन प्रतिक्रियाशील नहीं है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया होती है, उच्च तापमान और उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है। हैबर-बॉश प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले हाइड्रोजन को मुख्य रूप से मीथेन से प्राप्त किया जाता है। मीथेन से हाइड्रोजन प्राप्त करने के लिए, भाप सुधार प्रक्रिया को अंजाम दिया जाता है जिससे गैस को उच्च तापमान और दबाव और एक निकल उत्प्रेरक के तहत रखा जाता है। उत्पादन की दर बढ़ाने के लिए, उत्पादित अमोनिया को अक्सर सिस्टम से हटा दिया जाता है। हैबर प्रक्रिया में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले उत्प्रेरक में लोहे पर आधारित उत्प्रेरक, यूरेनियम और ऑस्मियम शामिल हैं।

आर्थिक और पर्यावरणीय पहलू

हैबर-बॉश प्रक्रिया का आविष्कार होने के बाद, इसे साइनामाइड प्रक्रिया से मुकाबला करना पड़ा। सायनमाइड प्रक्रिया अप्रभावी थी क्योंकि इसमें बड़ी मात्रा में शक्ति और श्रम का उपयोग किया जाता था। हेबर प्रक्रिया एक स्तर तक तेज हो गई है जो सालाना लगभग 450 मिलियन टन नाइट्रोजन उर्वरकों के उत्पादन की ओर जाता है। उर्वरकों के बड़े उत्पादन के कारण भूमि का बड़ा हिस्सा कृषि के अधीन आ गया है। अमोनिया उर्वरक ने कृषि पैदावार और पर्याप्त खाद्य आपूर्ति में वृद्धि की है, जिससे जनसंख्या वृद्धि दर बढ़ी है।

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