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Ammoniaksynthese und Kontaktverfahren

Koala

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11/12/13

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Ammoniaksynthese mit Erzeugung der Rohstoffe und Haber-Bosch-Verfahren; gängige Kunstdünger: Nitrophoska, Hakaphos; Herstellung von Düngern; Kontaktverfahren; bunte Abbildungen

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Chemie Ammoniaksynthese 3H₂ + N₂ 2NH3, exotherm Erzeugung der Rohstoffe Das Kohlenstoffdioxid kann aus dem Gasgemisch mit Wasser ausgewaschen werden. Die Prozesse werden so gefahren, dass man später ein Gasgemisch mit dem Volumenverhältnis H₂O: N₂ → 3:1 erhält Dampfspaltung von Methan mit Wasserdampf: CH4 + H₂O ⇒ CO + 3H₂ Partielle Oxidation von Methan mit Luftsauerstoff: 2CH4 + O₂ → 2CO + 4H₂ Probleme bei der Ammoniaksynthese: Die Anlage muss hohen Drücken und Temperaturen standhalten. Das Kohlenstoffmonoxid wird durch Konvertierung in Kohlenstoffdioxid umgesetzt CO + H2O = CO2 + H2 Haber-Bosch-Verfahren Entwickelt in der BASF, die erste Anlage ging 1913 in Betrieb. Eine Anlage produziert pro Tag ca. 1000t Ammoniak. Die Synthese findet bei ca. 300bar und 450°C statt. Methan CH4 Wasser H₂O Luft 1 CH4+H₂O Primär- reformer co + 3H₂ 1 O₂ N₂ 2 2CH4+0₂ Sekundär- reformer 2C0+4H₂ 5 Erzeugung des Synthesegemisches H₂O DAS HABER-BOSCH-VERFAHREN Erzeugung von Ammoniak Vorwärmer N2. H₂. CO Kon- Na Hz. CO, verter Kataly- Kom- sator pressor 500°C H₂O 3 Wasch- turm HẠO. CO, 4 Reaktor N₂ H₂ 5 HD- Kom- pressor 2NH Wasser » Katalysator >>> 450 °C » 300 bar N2. H₂ Kreislauf- Kompressor Bei 800°C reagiert Methan CH4 mit Wasserdampf H₂O zu Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H₂ 2 Der Sauerstoff O₂ der zugeführten Luft reagiert mit CH4 zu CO und H₂, der träge Stickstoff N₂ reagiert nicht 3 Das Katalysatorgift CO reagiert bei 500°C mit H₂O zu Kohlendioxid CO₂ -Dampf Abhitzkessel Na Hz. NH, Kühler Bildquelle: https://chemie.osz-biv.de/LK2_2013/kontaktverfahren.php https://heureka-stories.de/images/Haber/capture_060_08012018_165649.png 4 Das Katalysatorgift CO₂ muss entfernt werden, es wird mit einem wässerigen Lösungsmittel ausgewaschen Im Reaktor bildet sich bei 450°C und ca. 300...

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bar Ammoniak NH3, mit Hilfe eines Eisenoxid-Misch-Katalysators wird die Dreifachbindung der N-Atome aufgebrochen, schrittweise lagern sich drei H-Atome am N-Atom an NH3 Ammoniak (flüssig) 6 Die Reaktionsstoffe N₂, H₂ und NH3 werden von 450°C heruntergekühlt, das NH3 kondensiert aus. Die noch nicht reagierten Gase N₂ und H₂ werden über einen Kreislaufkompressor dem Reaktor wieder zugeführt. Der im 7 Abhitzekessel entstehende Wasserdampf wird zur Erwärmung des Frischgases benutzt 7 Chemie Gängige Kunstdünger Nitrophoska (NPK-Dünger: KNO3, K3PO4) Hakaphos (NPK-Dünger: Harnstoff) Rohstoffe für die Dünger Salpetersäure (Ostwald-Verfahren) 4NH3 + 502 6H₂O + 4NO 2NO+ 0₂ 2NO₂ 4NO₂ + 2H₂O + O₂ + 4HNO3 Schwefelsäure aus dem Kontaktverfahren, Calciumphosphat+ Kaliumchlorid aus dem Bergwerk Umsetzung der Stoffe: NH3 + HNO3 → NH4NO3 KOH + HNO3 KNO3 + H₂O 2NH3 + H₂SO4 Kontaktverfahren Dampf Wasser Luft Schwefel SO₂, 0₂ Abhitzkessel Verbrennungsofen (NH4)2SO4 (Ammoniumsulfat) Wärmetauscher Kontaktofen SO,SO₂¹⁰₂ Oleum-Tank Absorbertürme SO₂, 0₂ Wärmetauscher Schwefelsäure-Tank Kontaktofen Bildquelle: https://chemie.osz-biv.de/LK2_2013/kontaktverfahren.php https://heureka-stories.de/images/Haber/capture_060_08012018_165649.png Restgas Absorberturm Wasser OOSZBV 2013 Pumpe