Zuivere ammoniak, vaak watervrije ammoniak genoemd, dient als hoeksteen in de landbouw, de industrie en het onderzoek. In tegenstelling tot huishoudelijke ammoniak, dat een verdunde waterige oplossing is, is watervrije ammoniak een dichte, zeer zuivere verbinding die op commerciële schaal wordt geproduceerd uit aardgas, lucht en stoom. De volgende stappen schetsen het gevestigde, grootschalige proces dat vloeibare ammoniak van industriële kwaliteit levert.

Stap1 – Ontzwaveling van aardgas

Aardgas wordt eerst door een waterstofrijke stroom geleid die reageert met zwavelverbindingen om waterstofsulfide (H₂S) te vormen. Het H₂S wordt vervolgens gewassen met zinkoxidebedden, waarbij het wordt omgezet in zinksulfide (ZnS) en water. De resulterende gasstroom bestaat nu grotendeels uit methaan (CH₄) met minimale zwavelverontreiniging.

Stap2 – Steam-reforming

Het gezuiverde methaan wordt verwarmd tot ongeveer 1.500 °F (≈820 °C) in aanwezigheid van stoom en een ijzeroxidekatalysator. Deze stoomreformreactie produceert een mengsel van koolmonoxide (CO), waterstof (H₂) en een kleine hoeveelheid waterdamp:

CH₄ + H₂O → CO + 3H₂

Daaropvolgende water-gas-shiftreacties zetten de CO om in kooldioxide (CO₂) en extra H₂:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Stap3 – Gaszuivering

CO₂ en eventuele resterende CO worden verwijderd met behulp van absorbeermiddelen zoals ethanolamine-oplossingen. De gezuiverde stroom wordt vervolgens behandeld met een overmaat aan waterstof om het evenwicht in de richting van methaan en water te brengen, wat een zeer zuivere H₂-gasstroom oplevert.

Stap4 – Ammoniaksynthese

Op elke drie mol waterstof wordt precies één mol stikstof (N₂) toegevoegd en het mengsel wordt onder hoge druk (doorgaans 150–300 bar) onderworpen aan een ijzeroxidekatalysator. De katalytische reactie verloopt als:

3H₂ + N₂ → 2NH₃

Stap5 – Vloeibaar maken en opslaan

Het vers gevormde ammoniakgas wordt afgekoeld tot –30 °F (≈–34 °C) terwijl de druk behouden blijft, waardoor het condenseert tot een dichte vloeistof. Deze vloeistof wordt vervolgens opgeslagen in geïsoleerde, drukbestendige tanks voor distributie.

Belangrijke materialen

• Aardgas (voornamelijk methaan)
• Waterstofgas (H₂)
• Stoom (H₂O)
• IJzeroxide (Fe₂O₃) katalysator
• Ethanolamineabsorbentia voor CO₂/CO-verwijdering

Gedurende het hele proces zijn strenge veiligheidsprotocollen essentieel vanwege de omgang met gassen met hoge temperaturen, hogedrukvaten en ontvlambare waterstof. Milieucontroles, zoals het afvangen van zwavel en het vastleggen van CO₂, zijn ook een integraal onderdeel van de duurzame productie van ammoniak.