AMMONIAC

Production d'ammoniac

L'ammoniac, fixé à l'état de sulfate ou de phosphate d'ammonium lors du traitement des gaz de fours à coke, ne représente qu'un faible pourcentage de l'ammoniac préparé par synthèse directe ; celui-ci constitue donc la base de l'industrie des engrais azotés. Il s'agit là d'une fabrication très importante et en pleine expansion ; sa production annuelle mondiale était en effet de l'ordre de 100 millions de tonnes au milieu de la décennie 1990 et, en France comme aux États-Unis, les tonnages d'ammoniac produits, toujours exprimés en tonnes d'azote, ont sensiblement doublé de 1958 à 1965, puis de 1965 à 1981. Depuis lors, la production a diminué aux États-Unis (7,8 millions de tonnes d'azote en 2008), tandis qu'en France, après s'être maintenue fixe, elle a diminué pour atteindre seulement 1,35 million de tonnes en 2008. L'ammoniac, produit à partir de gaz naturel, est de plus en plus fabriqué et exporté par les pays producteurs de cette matière première et, en particulier, par la Chine, par la Russie, l'Indonésie, les pays du Golfe....

La synthèse de l'ammoniac repose sur la réaction équilibrée :

Soulignons que de tels taux de transformation, qui correspondent à l'établissement de l'équilibre, sont très éloignés de ceux que l'on peut prétendre obtenir dans un réacteur industriel, dans lequel les gaz ne séjournent qu'un temps déterminé, appelé durée de contact ; la nécessité d'adopter des températures suffisamment basses pour que le taux de transformation soit encore satisfaisant exige, compte tenu de la lenteur avec laquelle s'opère alors la réaction, l'emploi d'un catalyseur. On est donc amené à travailler sous pression vers 400-500 ⁰C en présence de fer, activé par des promoteurs (alumine et oxyde de potassium).

F.  Haber, qui, en collaboration avec Carl Bosch, a mis au point au début du xx^e siècle la synthèse industrielle, opérait sous 250 bars (1 bar = 10⁵ Pa). Georges Claude, qui a réalisé cette synthèse en France en 1917, a adopté des hyperpressions de 1 000 bars. Par la suite, divers procédés (Fauser, Casale) ont utilisé des pressions intermédiaires de 400 à 600 bars qui, combinées à une température de l'ordre de 400-500 ⁰C, permettent d'atteindre des taux de transformation de l'ordre de 20-25 p. 100 ; on sépare par liquéfaction l'ammoniac des gaz n'ayant pas réagi et l'on recycle ceux-ci.

La nouvelle tendance consiste à opérer sous des pressions plus faibles et les six nouvelles unités de 1 000 tonnes par jour qui ont été construites en France entre 1965 et 1990, travaillent sous des pressions qui ne dépassent pas 150 à 250 bars.

Si les modes de préparation du mélange gazeux peuvent être assez différents d'une usine à l'autre, même lorsqu'elles utilisent la même matière première (le gaz naturel, par exemple), les ateliers de synthèse sont beaucoup plus comparables entre eux ; ils comportent tous une boucle de synthèse dont le fonctionnement est indiqué sur la figure, qui schématise la boucle d'un atelier Fauser. Un mélange gazeux purifié et comprimé (A) est mélangé en B aux gaz sortant du tube de synthèse. Le gaz résultant, déshuilé, traverse le réfrigérant-condenseur R. L'ammoniac liquide, qui se sépare en S, dissout les faibles quantités d'argon introduit avec l'azote, et le méthane provenant de l'hydrogénation de traces de monoxyde de carbone présent dans le mélange gazeux. Les gaz saturés d'ammoniac passent dans l'échangeur E où ils s'échauffent en refroidissant les gaz issus du tube T ; puis, après avoir[...]