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 die

Geschwindigkeit ohne das GGW zuGeschwindigkeit ohne das GGW zu

Verschieben.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 Wasserstoff

NN22 + 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 Das heiße Gasgemisch erhitzt das Synthesegas auf 500°C.Synthesegas 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: