안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
화학 현장에서는 화학 평형 상태의 반응계에 외부 변화가 가해지면 그 변화를 완화하는 방향으로 평형이 이동한다는 르샤틀리에의 원리를 활용해 생성물의 수율을 극대화합니다. 농도, 압력, 온도를 인위적으로 조절하여 정반응이 우세하게 일어나도록 시스템을 조작합니다. 대표적인 예로 비료 생산의 핵심인 암모니아 합성 공정에서 질소와 수소가 반응해 암모니아가 되는 반응은 기체 분자 수가 4몰에서 2몰로 줄어드는 발열 반응입니다. 공장에서는 압력을 200기압 이상으로 높여 기체 분자 수를 줄이려는 정반응을 유도하고, 생성된 암모니아를 즉시 냉각, 액화시켜 계 밖으로 계속 제거함으로써 반응이 정지하지 않고 오른쪽으로 계속 진행되도록 만듭니다.
또한, 천연가스로부터 수소를 얻는 수증기 개질 공정은 열을 흡수하는 흡열 반응입니다. 이 공정에서는 700°C 이상의 고온을 지속적으로 가해 시스템이 열을 소비하려는 방향으로 정반응을 촉진하며, 값싼 수증기를 과량 투입하여 상대적으로 비싼 메탄이 완전히 수소로 전환되도록 유도합니다. 이처럼 산업 현장에서는 생성물을 나오는 족족 제거하거나, 싸게 구할 수 있는 반응물을 과량 투입하고, 반응 특성에 맞춰 온도와 압력을 제어하는 방식으로 평형 반응의 한계를 극복하고 경제성을 극대화합니다.