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Die Ammoniaksynthese

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

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Die Ammoniaksynthese

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Presentation Transcript

  1. Die Ammoniaksynthese Das Haber-Bosch-Verfahren

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

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

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

  5. 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

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

  7. 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

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

  9. 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

  10. Erzeugung des Synthesegasgemischs • Herstellung von Wasserstoff PrimärreformerCH4 + H2O  CO + 3 H2 • Sekundärreformer2 CH4 + O2 2 CO + 4 H2(hier wird der Sauerstoff aus der Luft entfernt) Konvertierer:CO + H2O  CO2 +H2

  11. 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

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

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

  14. 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.

  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. • Moderne Reaktoren enthalten bis zu 100Tonnen Katalysator.

  17. Zusammenfassung:

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