Một nhà máy sản xuất ammonia theo phương pháp Haber – Bosch. Để thu được nitrogen ($N_2$) và hydrogen ($H_2$) từ methane, không khí và nước, các giai đoạn chính được thực hiện như sau:
- Giai đoạn 1: Cho hỗn hợp gồm khí methane và hơi nước với tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3 qua tháp phản ứng chứa xúc tác ở 900 °C, xảy ra phản ứng sau:
$C{H}_4(g)+H_{2}O(g)\rightleftharpoons CO(g)+3H_2(g)$
Hiệu suất chuyển hoá $C{H}_4$ ở giai đoạn này là h %.
- Giai đoạn 2: Hỗn hợp thu được sau giai đoạn 1 được trộn với không khí (chứa 80% $N_2$ và 20% $O_2$ theo thể tích) để oxi hoá hết methane theo phản ứng:
$2C{H}_4(g)+O_2(g)\stackrel{xt,t^{\circ }}{\to }2CO(g)+4H_2(g)$
- Giai đoạn 3: Trộn hỗn hợp thu được sau giai đoạn 2 với hơi nước dư để oxi hoá hết CO thành $C{O}_2$ theo phản ứng:
$CO(g)+H_{2}O(g)\stackrel{t^{\circ }}{\to }C{O}_2(g)+H_2(g)$
- Giai đoạn 4: Dẫn hỗn hợp thu được sau giai đoạn 3 vào tháp hấp thụ để tách $C{O}_2$ và hơi nước. Hỗn hợp khí còn lại chỉ gồm $N_2$ và $H_2$ với tỉ lệ mol tương ứng là 1 : 3 được sử dụng để tổng hợp ammonia. Coi các phản ứng khác trong các giai đoạn từ 1 đến 4 xảy ra không đáng kể. Xác định giá trị của h (không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng tới hàng phần mười).