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Ammoniaksynthese und Kontaktverfahren
8.4.2021
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Chemie Ammoniaksynthese 3H₂ + N₂ + 2NH3, exotherm Erzeugung der Rohstoffe ▸ Dampfspaltung von Methan mit Wasserdampf: CH4 + H₂O CO + 3H₂ ▸ Partielle Oxidation von Methan mit Luftsauerstoff: 2CH4 + O₂2CO + 4H₂ Das Kohlenstoffmonoxid wird durch Konvertierung in Kohlenstoffdioxid umgesetzt CO + H2O = CO2 + H2 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 Probleme bei der Ammoniaksynthese: Die Anlage muss hohen Drücken und Temperaturen standhalten. 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. DAS HABER-BOSCH-VERFAHREN Erzeugung des Synthesegemisches Erzeugung von Ammoniak Vorwärmer Kon-N₂ H₂, CO₂ verter Kataly- Kom- ********* pressor sator ELETE Wasch- H₂O turm 500°C H₂O H,O, CO, Methan CH4 Wasser H₂O Primär-CH+H₂O Luft 1 reformer co + 3H₂ O₂N₂ 2 Sekundär-2CH₁+0₂ reformer 2C0+4H: N2, H₂, CO N₂ H₂ Reaktor N+3H HD- Kom- pressor 2NH Wasser » Katalysator »> 450 °C » 300 bar Abhitzkessel N₂, H₂ Kreislauf- Kompressor -Dampf Na Hz. NH, Bildquelle: https://chemie.osz-biv.de/LK2_2013/kontaktverfahren.php https://heureka-stories.de/images/Haber/capture_060_08012018_165649.png Kühler NH₂ 7 Ammoniak (flüssig) Bei 800°C reagiert Methan CH4 mit Wasserdampf H₂O zu Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H₂ Der Sauerstoff O₂ der zugeführten Luft reagiert mit CH4 zu CO und H₂, der träge Stickstoff N₂ reagiert nicht Das Katalysatorgift CO reagiert bei 500°C mit H₂O zu Kohlendioxid CO₂ 4 Das Katalysatorgift CO₂ muss entfernt werden, es wird mit einem wässerigen Lösungsmittel ausgewaschen Im Reaktor bildet sich bei 450°C und ca. 300 bar Ammoniak...
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Alternativer Bildtext:
NH3, mit Hilfe eines Eisenoxid-Misch-Katalysators wird die Dreifachbindung der N-Atome aufgebrochen, schrittweise lagern sich drei H-Atome am N-Atom an 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 Abhitzekessel entstehende Wasserdampf wird zur Erwärmung des Frischgases benutzt 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 (NH4)2SO4 (Ammoniumsulfat) Kontaktverfahren Dampf Luft Wasser Schwefel SO₂, 0₂ Abhitzkessel Verbrennungsofen Wärmetauscher Kontaktofen sos⁰₂ ⁰₂ 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 OSZBV 2013 Pumpe