Ablauf des Haber-Bosch-Verfahrens

Das Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniak-Herstellung ist ein komplexer technischer Prozess, der in mehreren Schritten abläuft. Hier wird der Ablauf des Verfahrens im Detail erklärt:

1. Kompression: Das Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff wird zunächst in einem Kompressor auf den erforderlichen hohen Druck von 200-300 bar gebracht. Moderne Anlagen verwenden dafür Turbokompressoren, die von Dampfturbinen angetrieben werden.

2. Gasreinigung: Unerwünschte Verunreinigungen werden aus dem Gasgemisch entfernt, um die Effizienz des Katalysators zu gewährleisten.

3. Kontaktofen: Das gereinigte Gasgemisch wird in einem druckfesten, zylinderförmigen Reaktionsrohr unter hohem Druck auf 400-500°C erhitzt. Hier findet die eigentliche Reaktion statt.

Example: Im Kontaktofen läuft die Reaktionsgleichung N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH3 ab, bei der sich drei Wasserstoffatome an ein Stickstoffatom anlagern.

4. Katalyse: Ein Eisenoxid-Mischkatalysator wird eingesetzt, um die Aktivierungsenergie der Reaktion zu senken und die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Der Katalysator bricht die starke Dreifachbindung der Stickstoffmoleküle auf und ermöglicht so die Bildung von Ammoniak.

Vocabulary: Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, ohne dabei selbst verbraucht zu werden.

5. Kühlung: Das aus dem Kontaktofen austretende Gasgemisch wird abgekühlt, wodurch das gebildete Ammoniak kondensiert.

6. Abscheidung: In einem Abscheider wird das flüssige Ammoniak vom restlichen Gasgemisch getrennt. Ammoniak wird bei -33°C flüssig, während die nicht umgesetzten Gase gasförmig bleiben.

7. Kreislaufführung: Die nicht umgesetzten Gase werden in den Prozess zurückgeführt und vor dem Kontaktofen wieder eingespeist, was die Effizienz des Verfahrens erhöht.

Highlight: Die Grüne Ammoniak-Herstellung ist eine zukunftsweisende Variante des Haber-Bosch-Verfahrens, bei der der benötigte Wasserstoff durch Elektrolyse mit erneuerbaren Energien gewonnen wird, um den Energiebedarf und die CO2-Emissionen zu reduzieren.

Die Verwendung von Ammoniak ist vielfältig, wobei die Düngemittelproduktion mit 80-85% den größten Anteil ausmacht. Ammoniak wird auch zur Herstellung von Kunststoffen, Farbstoffen und Salpetersäure verwendet.

Example: Ammoniumnitrat (NH4NO3), ein wichtiger Stickstoffdünger, entsteht durch die Neutralisation von Ammoniak mit Salpetersäure.

Das Haber-Bosch-Verfahren hat nicht nur die chemische Industrie revolutioniert, sondern auch weitreichende Auswirkungen auf die Landwirtschaft und das globale Bevölkerungswachstum gehabt. Es ermöglicht die Ammoniak-Produktion weltweit in großem Maßstab und ist damit ein Schlüsselfaktor für die Ernährungssicherheit der wachsenden Weltbevölkerung.