Das Haber-Bosch-Verfahren Die Ammoniaksynthese Das Haber-Bosch-Verfahren

Ammoniak NH3 Siedepunkt: -33°C Stark riechendes, giftiges Gas Leichter als Luft Sehr gut wasserlöslich Reagiert alkalisch Jährliche Produktion: 120 Mio Tonnen

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

/ ? Synthese von Ammoniak Aber wie stellt man Ammoniak her ? Fritz Haber Carl Bosch

Synthese von Ammoniak Aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff: N2 + 3 H2  2 NH3 DH=-92,5kJ/mol Hin-Reaktion: exotherm Erhöhung der Temperatur: Beschleunigung des Erreichens des GGW‘s aber: GGW verschiebt sich nach links Also: bei möglichst tiefer Temperatur arbeiten

Synthese von Ammoniak N2 + 3 H2  2 NH3 DH=-92,5kJ/mol Die Zugabe eines Katalysators erhöht die Geschwindigkeit ohne das GGW zu Verschieben.

Synthese von Ammoniak N2 + 3 H2  2 NH3 DH=-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

Die industrielle Herstellung 1913 in Ludwigshafen an der BASF Experimentalaufbau zur Synthese von Ammoniak Heute arbeiten allein in Ludwigshafen 34 150 Mitarbeiter der BASF

Die industrielle Herstellung Erzeugung des Synthesegasgemischs: N2 + 3 H2  2 NH3 Stickstoff ist der Hauptbestandteil der Luft, der Sauerstoff muss noch entfernt werden Wasserstoff muss durch Dampfspaltung von Methan gewonnen werden

Erzeugung des Synthesegasgemischs Herstellung von Wasserstoff Primärreformer CH4 + H2O  CO + 3 H2 Sekundärreformer 2 CH4 + O2 2 CO + 4 H2 (hier wird der Sauerstoff aus der Luft entfernt) Konvertierer: CO + H2O  CO2 + H2

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

Erzeugung des Synthesegasgemischs Kohlenstoffdioxid wird mit K2CO3 ausgewaschen: CO2 + H2O + K2CO3  2 K(HCO3)2

Synthese von Ammoniak Nun liegt das Synthesegasgemisch vor: 1 Teil Stickstoff 3 Teile Wasserstoff N2 + 3 H2  2 NH3 DH=-92,5kJ/mol

Synthese von Ammoniak Das kalte Synthesegas wird durch Kompressoren auf den Reaktionsdruck gebracht. Die Reaktion ist exotherm: es wird Wärme freigesetzt. N2 + 3 H2  2 NH3 DH=-92,5kJ/mol Das heiße Gasgemisch erhitzt das Synthesegas auf 500°C.

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.

Synthese von Ammoniak 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.

Zusammenfassung: