L'ammoniac pur, souvent appelé ammoniac anhydre, constitue la pierre angulaire de l'agriculture, de l'industrie et de la recherche. Contrairement à l’ammoniac domestique, qui est une solution aqueuse diluée, l’ammoniac anhydre est un composé dense et de haute pureté produit à l’échelle commerciale à partir de gaz naturel, d’air et de vapeur. Les étapes suivantes décrivent le processus établi à grande échelle qui fournit de l'ammoniac liquide de qualité industrielle.
Le gaz naturel passe d’abord par un flux riche en hydrogène qui réagit avec les composés soufrés pour former du sulfure d’hydrogène (H₂S). Le H₂S est ensuite lavé avec des lits d'oxyde de zinc, le convertissant en sulfure de zinc (ZnS) et en eau. Le flux gazeux résultant est désormais constitué en grande partie de méthane (CH₄) avec une contamination minimale par le soufre.
Le méthane purifié est chauffé à environ 1 500 °F (≈820 °C) en présence de vapeur et d'un catalyseur d'oxyde ferrique. Cette réaction de reformage à la vapeur produit un mélange de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H₂) et d'une petite quantité de vapeur d'eau :
CH₄ + H₂O → CO + 3H₂
Les réactions ultérieures de conversion eau-gaz convertissent le CO en dioxyde de carbone (CO₂) et en H₂ supplémentaire :
CO + H₂O → CO₂ + H₂
Le CO₂ et tout CO résiduel sont éliminés à l'aide d'absorbants tels que des solutions d'éthanolamine. Le flux purifié est ensuite traité avec un excès d'hydrogène pour amener l'équilibre vers le méthane et l'eau, produisant ainsi un flux gazeux H₂ de haute pureté.
Exactement une mole d'azote (N₂) est introduite pour trois moles d'hydrogène et le mélange est soumis à un catalyseur d'oxyde ferrique sous haute pression (généralement 150 à 300 bars). La réaction catalytique se déroule comme :
3H₂ + N₂ → 2NH₃
L'ammoniac gazeux fraîchement formé est refroidi à –30 °F (≈–34 °C) tout en maintenant la pression, le condensant en un liquide dense. Ce liquide est ensuite stocké dans des réservoirs isolés et sous pression pour être distribué.
Tout au long du processus, des protocoles de sécurité rigoureux sont essentiels en raison de la manipulation de gaz à haute température, de récipients à haute pression et d'hydrogène inflammable. Les contrôles environnementaux, tels que le captage du soufre et la séquestration du CO₂, font également partie intégrante de la production durable d'ammoniac.