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Die Ammoniaksynthese Das Haber-Bosch-Verfahren. Ammoniak NH 3 NH 3 Siedepunkt: -33°C Siedepunkt: -33°C Stark riechendes, giftiges Gas Stark riechendes,

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1 Die Ammoniaksynthese Das Haber-Bosch-Verfahren

2 Ammoniak NH 3 NH 3 Siedepunkt: -33°C Siedepunkt: -33°C Stark riechendes, giftiges Gas Stark riechendes, giftiges Gas Leichter als Luft Leichter als Luft Sehr gut wasserlöslich Sehr gut wasserlöslich Reagiert alkalisch Reagiert alkalisch Jährliche Produktion: 120 Mio Tonnen Jährliche Produktion: 120 Mio Tonnen

3 Anwendungen von Ammoniak Hohe Verdampfungswärme: Kühlschrank Hohe Verdampfungswärme: Kühlschrank Ausgangsstoff für Synthese von: Ausgangsstoff für Synthese von: –Salpetersäure –Sprengstoffe –Medikamente –Düngemittel –Harnstoff –…–…–…–…

4 Synthese von Ammoniak Aber wie stellt man Ammoniak her ? Aber wie stellt man Ammoniak her ? ? Fritz HaberCarl Bosch /

5 Synthese von Ammoniak Aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff: N H 2 2 NH 3 H=-92,5kJ/mol Hin-Reaktion: exotherm Erhöhung der Temperatur: Beschleunigung des Erreichens des GGWs aber: GGW verschiebt sich nach links Also: bei möglichst tiefer Temperatur arbeiten

6 Synthese von Ammoniak N H 2 2 NH 3 H=-92,5kJ/mol Die Zugabe eines Katalysators erhöht die Geschwindigkeit ohne das GGW zu Verschieben.

7 Synthese von Ammoniak N H 2 2 NH 3 H=-92,5kJ/mol Erhöhung des Drucks: Verschiebung des GGW nach rechts Also: Die besten Bedingungen sind: möglichst tiefe Temperatur (immerhin 500°C) Hoher Druck Geeigneter Katalysator

8 Die industrielle Herstellung 1913 in Ludwigshafen an der BASF 1913 in Ludwigshafen an der BASF Heute arbeiten allein in Ludwigshafen Mitarbeiter der BASF Experimentalaufbau zur Synthese von Ammoniak

9 Die industrielle Herstellung Erzeugung des Synthesegasgemischs: N H 2 2 NH 3 Erzeugung des Synthesegasgemischs: N H 2 2 NH 3 Stickstoff ist der Hauptbestandteil der Luft, der Sauerstoff muss noch entfernt werden Stickstoff ist der Hauptbestandteil der Luft, der Sauerstoff muss noch entfernt werden Wasserstoff muss durch Dampfspaltung von Methan gewonnen werden Wasserstoff muss durch Dampfspaltung von Methan gewonnen werden

10 Erzeugung des Synthesegasgemischs Herstellung von Wasserstoff Herstellung von Wasserstoff Sekundärreformer 2 CH 4 + O 2 2 CO + 4 H 2 (hier wird der Sauerstoff aus der Luft entfernt) Primärreformer CH 4 + H 2 O CO + 3 H 2 Konvertierer: CO + H 2 O CO 2 + H 2

11 Erzeugung des Synthesegasgemischs Am Ende dieses Prozesses ist also der Sauerstoff aus der Luft entfernt worden und es liegt folgendes Gasgemisch vor: Am Ende dieses Prozesses ist also der Sauerstoff aus der Luft entfernt worden und es liegt folgendes Gasgemisch vor: –Stickstoff –Wasserstoff –Kohlenstoffdioxid

12 Erzeugung des Synthesegasgemischs Kohlenstoffdioxid wird mit K 2 CO 3 ausgewaschen: CO 2 + H 2 O + K 2 CO 3 2 K(HCO 3 ) 2 Kohlenstoffdioxid wird mit K 2 CO 3 ausgewaschen: CO 2 + H 2 O + K 2 CO 3 2 K(HCO 3 ) 2

13 Synthese von Ammoniak Nun liegt das Synthesegasgemisch vor: Nun liegt das Synthesegasgemisch vor: –1 Teil Stickstoff –3 Teile Wasserstoff N H 2 2 NH 3 H=-92,5kJ/mol

14 Synthese von Ammoniak Das kalte Synthesegas wird durch Kompressoren auf den Reaktionsdruck gebracht. Das kalte Synthesegas wird durch Kompressoren auf den Reaktionsdruck gebracht. Die Reaktion ist exotherm: es wird Wärme freigesetzt. N H 2 2 NH 3 H=-92,5kJ/mol Die Reaktion ist exotherm: es wird Wärme freigesetzt. N H 2 2 NH 3 H=-92,5kJ/mol Das heiße Gasgemisch erhitzt das Synthesegas auf 500°C. Das heiße Gasgemisch erhitzt das Synthesegas auf 500°C.

15 Synthese von Ammoniak Die Synthese wird im Kreislauf betrieben, das gebildete Ammoniak wird abgekühlt, verflüssigt und abgetrennt die Stoffe die nicht reagiert haben werden erneut eingespeist.

16 Synthese von Ammoniak Der Reaktor, in dem die Reaktion abläuft produziert täglich 1500 Tonnen Ammoniak und ist 30 m hoch. Der Reaktor, in dem die Reaktion abläuft produziert täglich 1500 Tonnen Ammoniak und ist 30 m hoch. Moderne Reaktoren enthalten bis zu 100 Tonnen Katalysator. Moderne Reaktoren enthalten bis zu 100 Tonnen Katalysator.

17 Zusammenfassung:


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