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Die Ammoniaksynthese. Das Haber-Bosch-Verfahren. Ammoniak. NH 3 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 - PowerPoint PPT Presentation
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Die AmmoniaksyntheseDie Ammoniaksynthese
Das Haber-Bosch-VerfahrenDas Haber-Bosch-Verfahren
AmmoniakAmmoniak
NHNH33
Siedepunkt: -33°CSiedepunkt: -33°C Stark riechendes, giftiges GasStark riechendes, giftiges Gas Leichter als LuftLeichter als Luft Sehr gut wasserlöslichSehr gut wasserlöslich Reagiert alkalischReagiert alkalisch Jährliche Produktion: 120 Mio TonnenJährliche Produktion: 120 Mio Tonnen
Anwendungen von AmmoniakAnwendungen von Ammoniak
Hohe Verdampfungswärme: KühlschrankHohe Verdampfungswärme: Kühlschrank Ausgangsstoff für Synthese von:Ausgangsstoff für Synthese von:
– SalpetersäureSalpetersäure– SprengstoffeSprengstoffe– MedikamenteMedikamente– DüngemittelDüngemittel– HarnstoffHarnstoff– ……
Synthese von AmmoniakSynthese von Ammoniak
Aber wie stellt man Ammoniak her ?Aber wie stellt man Ammoniak her ?
?Fritz Haber Carl Bosch
Synthese von AmmoniakSynthese von AmmoniakAus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff:Aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff:
NN22 + 3 H + 3 H22 2 NH 2 NH3 3 H=-92,5kJ/molH=-92,5kJ/mol
Hin-Reaktion: exothermHin-Reaktion: exotherm
Erhöhung der Temperatur: Erhöhung der Temperatur:
Beschleunigung des Erreichens des GGW‘sBeschleunigung des Erreichens des GGW‘s
aber: GGW verschiebt sich nach linksaber: GGW verschiebt sich nach links
Also: bei möglichst tiefer Temperatur arbeitenAlso: bei möglichst tiefer Temperatur arbeiten
Synthese von AmmoniakSynthese von Ammoniak
NN22 + 3 H + 3 H22 2 NH 2 NH3 3 H=-92,5kJ/molH=-92,5kJ/mol
Die Zugabe eines Katalysators erhöht dieDie Zugabe eines Katalysators erhöht dieGeschwindigkeit ohne das GGW zuGeschwindigkeit ohne das GGW zuVerschieben.Verschieben.
Synthese von AmmoniakSynthese von Ammoniak
NN22 + 3 H + 3 H22 2 NH 2 NH3 3 H=-92,5kJ/molH=-92,5kJ/mol
Erhöhung des Drucks:Erhöhung des Drucks:Verschiebung des GGW nach rechtsVerschiebung des GGW nach rechts
Also: Die besten Bedingungen sind:Also: Die besten Bedingungen sind:möglichst tiefe Temperatur (immerhin 500°C)möglichst tiefe Temperatur (immerhin 500°C)Hoher DruckHoher DruckGeeigneter KatalysatorGeeigneter Katalysator
Die industrielle HerstellungDie industrielle Herstellung
1913 in Ludwigshafen an der BASF1913 in Ludwigshafen an der BASF
Heute arbeiten allein in Ludwigshafen 34 150 Mitarbeiter der BASF
Experimentalaufbau zur Synthese von Ammoniak
Die industrielle HerstellungDie industrielle Herstellung
Erzeugung des Synthesegasgemischs:Erzeugung des Synthesegasgemischs: N N22 + 3 H + 3 H22 2 NH 2 NH3 3
Stickstoff ist der Hauptbestandteil der Luft, Stickstoff ist der Hauptbestandteil der Luft, der Sauerstoff muss noch entfernt werdender Sauerstoff muss noch entfernt werden
Wasserstoff muss durch Dampfspaltung von Wasserstoff muss durch Dampfspaltung von Methan gewonnen werdenMethan gewonnen werden
Erzeugung des Erzeugung des SynthesegasgemischsSynthesegasgemischs
Herstellung von WasserstoffHerstellung von Wasserstoff
Sekundärreformer2 CH4 + O2 2 CO + 4 H2
(hier wird der Sauerstoff
aus der Luft entfernt)
PrimärreformerCH4 + H2O CO + 3 H2
Konvertierer:CO + H2O CO2 + H2
Erzeugung des Erzeugung des SynthesegasgemischsSynthesegasgemischs
Am Ende dieses Prozesses ist also der Am Ende dieses Prozesses ist also der Sauerstoff aus der Luft entfernt worden und Sauerstoff aus der Luft entfernt worden und es liegt folgendes Gasgemisch vor:es liegt folgendes Gasgemisch vor:– StickstoffStickstoff– WasserstoffWasserstoff– KohlenstoffdioxidKohlenstoffdioxid
Erzeugung des Erzeugung des SynthesegasgemischsSynthesegasgemischs
Kohlenstoffdioxid wird mit KKohlenstoffdioxid wird mit K22COCO33 ausgewaschen:ausgewaschen:COCO22 + H + H22O + KO + K22COCO33 2 K(HCO 2 K(HCO33))22
Synthese von AmmoniakSynthese von Ammoniak
Nun liegt das Synthesegasgemisch vor:Nun liegt das Synthesegasgemisch vor:– 1 Teil Stickstoff 1 Teil Stickstoff – 3 Teile Wasserstoff3 Teile WasserstoffNN22 + 3 H + 3 H22 2 NH 2 NH3 3 H=-92,5kJ/molH=-92,5kJ/mol
Synthese von AmmoniakSynthese von Ammoniak
Das kalte Synthesegas wird durch Das kalte Synthesegas wird durch Kompressoren auf den Reaktionsdruck Kompressoren auf den Reaktionsdruck gebracht.gebracht.
Die Reaktion ist exotherm: Die Reaktion ist exotherm: es wird Wärme freigesetzt.es wird Wärme freigesetzt. N N22 + 3 H + 3 H22 2 NH 2 NH3 3
H=-92,5kJ/molH=-92,5kJ/mol Das heiße Gasgemisch erhitzt das Synthesegas Das heiße Gasgemisch erhitzt das Synthesegas
auf 500°C.auf 500°C.
Synthese von AmmoniakSynthese von AmmoniakDie Synthese wird im Kreislauf betrieben, das gebildete Ammoniak wird abgekühlt, verflüssigt und abgetrenntdie Stoffe die nicht reagiert haben werden erneut eingespeist.
Synthese von AmmoniakSynthese von Ammoniak
Der Reaktor, in dem die Reaktion abläuft Der Reaktor, in dem die Reaktion abläuft produziert täglich 1500 Tonnen Ammoniak produziert täglich 1500 Tonnen Ammoniak und ist 30 m hoch.und ist 30 m hoch.
Moderne Reaktoren enthalten bis zu 100Moderne Reaktoren enthalten bis zu 100Tonnen Katalysator.Tonnen Katalysator.
Zusammenfassung:Zusammenfassung: