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Ammoniaksynthese und Ostwaldverfahren
Ammoniaksynthese und Ostwaldverfahren
Ammoniaksynthese und Ostwaldverfahren
Leonie
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Grundlagen, Technische Herstellung von Ammoniak, Reaktionsbedingungen, Arbeitsweise, optimale Bedingungen Ostwaldverfahren
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a MMAMLAVCVNITURСЕ m mo ni ak s yn + he XIII III IN GRUNDLAGEN 4.Reaktionsgleichung: U₂(g) + 3H₂(g) 2UH3(g) 2. Reaktionswärme exotherm 3. Volumenverhältnisse: V(Ausgangsstoffe): V(Reaktionsprodukte) = 4:2 (2:1) 4. Begünstigung von Bildung oder Zerfall von Ammoniak bei • Emiedrigung der Temperatur: Bildung von Ammoniak • Erhöhung der Temperatur: Zerfall von Ammoniak • Verringerung des Drucks: Zerfall von Ammoniak • Erhöhung des Drucks: Bildung von Ammoniak 5. Größte Wirksamkeit des Katalysators bei 400-500°C 6. Beeinflussen des chemischen Gleichgewichts zugunsten einer hohen Ausbeute on Ammoniak durch: • niedrige Temperatur und hoher Druck TECHNISCHE HERSTELLUNG VON AMMONIAK Das Gemisch aus Stickstoff und wasserstoff muss zunächst hergestellt werden. Dazu wird Erdgas, das überwiegend aus Methon besteht, erst mit wasserdampf und dann mit Luft an Katalysatoren umgesetzt. Dabei bilden sich Kohlenstoff und Wasserstoff. Der Stickstoff aus der Luft reagiert nicht und wird als Ausgangsstoff für die Ammoniaksynthese genutzt. Kohlenstoff wird an einem Katalysator mit Wasser zur Reaktion gebracht, dabei werden wasserstoff und Kohlenstoffdioxid gebildet. Das Kohlenstoffdioxid wird ausgewaschen, zurück bleibt ein Gemisch aus wasserstoff und Stickstoff. Dieses Gosgemisch gelangt über einen Vorwärmer in den Reaktor. Dort wird bei hohem Druck und hoher Temperatur Ammoniak gebildet. Dieses wird verflüssigt und abgetrennt, nicht umgesetztes Synthesegas wird wieder in den Reaktor geleitet. REAKTIONSBEDINGUNGEN • Temperatur: 450°C-500°C •Druck:30 μPa optimale Temperatur für Katalysator Eisen (11/11)-oxid • Katalysator: Eisenaxidmischkatalysator ARBEITSWEISE Thermischer Gegenstrom: •Kaltes Synthesegas strömt heißem Reaktionsgas entgegen...
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und wird vorgewärmt kontinuierliche Arbeitsweise • Reaktion findet stetig und ohne Unterbrechung statt Kreislaufprinzip • nicht umgesetzter Stickstoff und Wasserstoff werden dem Prozess emeut zugeführt OPTIMALE BEDINGUNGEN 1. Temperatur S LOL -theoretisch niedrige Temperatur, da exotherm 2.Druck! •praktisch hohe Temperatur: 450°C, da der Katalysator sonst nicht arbeitet .theoretisch hoher Druck, da Hinreaktion unter Volumenverminderung abläuft •praktisch auch hoher Druck 30 μPa 3.Konzentration der Ausgangsstoffe. •theoretisch ein AS im Überfluss, da dadurch die Hinreaktion besser verläuft •praktisch AS im stöchiometrischen Verhältnis von Stickstoff: Wasserstoff = 1:3, da kreislaufprinzip ACTLIAL N/PDEA I IDEA wi o s + w a I a ver fahren TWILKY V LI\I/ INLI Wärme- aus- tausch Ammoniak Luft Ammoniak- verbrennungs- ofen. Katalysator UNH3 +502 Luft 200+ 02 លោក 13 4NO₂ + O₂ + 2H+₂0 Sekunde-berühren, da ansonsten das Stickstoffmonoaxial wieder in die Elemente zerfällt. nicht umgesetztes Stickstoffdioxial wasser 4 → 2002 UNO+ 6H₂O Oxidationsturm Stickstoffmonooxid Kühl- wasser ← Stickstoff- dioxid Im ersten Schritt wird das Ammoniak (NH3) mit Sauerstoff (0₂) in Gegenwart eines Platin-Rhodium-Katalysators (bei neueren Anlagen wird ein spezielles Rückgewinnungsnetz eingesetzt, um das teure Plotin zurückzugewinnen) bei 600-700 °C zu Wasser (H₂O) und Stickstoffmonoaxial (NO) umgesetzt. Das Gasgemisch darf den Katalysator nur ganz kurz - nur etwa eine tausendsel → 2N₂ + 6H₂0 O ooo o Oooo Absorptions- turm -Raschig - Ring schichten 2 Im 2. Schritt sinkt die Temperatur des Stickstoffmanoxia (NO) auf unter 50°C und es läuft eine weitere Oxidation mit Sauerstoff (0₂) zu Stickstoffdioxid (10₂) ab K Luft Salpetersäure 3 Dieses wird im 3. Schritt in Rieseltürmen mit wasser zu Salpetersäure (HNO3) umgesetzt. Als Zwischenprodukte entstehen Stickstoffmanooxid (NO) und die salpetrige Säure (HIJO₂) → UHUO3 (09) 4 Eine unerwünschte Nebenreaktion, die auch ohne Katalysator abläuft, ist die Oxidation des Ammoniaks zu elementorem Stickstoff unter Bildung von wasser: UNH3 +30₂ Die Reaktion wird durch eine möglichst hohe Netztemperatur und niedrigen Druck zurückgedrängt
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und wird vorgewärmt kontinuierliche Arbeitsweise • Reaktion findet stetig und ohne Unterbrechung statt Kreislaufprinzip • nicht umgesetzter Stickstoff und Wasserstoff werden dem Prozess emeut zugeführt OPTIMALE BEDINGUNGEN 1. Temperatur S LOL -theoretisch niedrige Temperatur, da exotherm 2.Druck! •praktisch hohe Temperatur: 450°C, da der Katalysator sonst nicht arbeitet .theoretisch hoher Druck, da Hinreaktion unter Volumenverminderung abläuft •praktisch auch hoher Druck 30 μPa 3.Konzentration der Ausgangsstoffe. •theoretisch ein AS im Überfluss, da dadurch die Hinreaktion besser verläuft •praktisch AS im stöchiometrischen Verhältnis von Stickstoff: Wasserstoff = 1:3, da kreislaufprinzip ACTLIAL N/PDEA I IDEA wi o s + w a I a ver fahren TWILKY V LI\I/ INLI Wärme- aus- tausch Ammoniak Luft Ammoniak- verbrennungs- ofen. Katalysator UNH3 +502 Luft 200+ 02 លោក 13 4NO₂ + O₂ + 2H+₂0 Sekunde-berühren, da ansonsten das Stickstoffmonoaxial wieder in die Elemente zerfällt. nicht umgesetztes Stickstoffdioxial wasser 4 → 2002 UNO+ 6H₂O Oxidationsturm Stickstoffmonooxid Kühl- wasser ← Stickstoff- dioxid Im ersten Schritt wird das Ammoniak (NH3) mit Sauerstoff (0₂) in Gegenwart eines Platin-Rhodium-Katalysators (bei neueren Anlagen wird ein spezielles Rückgewinnungsnetz eingesetzt, um das teure Plotin zurückzugewinnen) bei 600-700 °C zu Wasser (H₂O) und Stickstoffmonoaxial (NO) umgesetzt. Das Gasgemisch darf den Katalysator nur ganz kurz - nur etwa eine tausendsel → 2N₂ + 6H₂0 O ooo o Oooo Absorptions- turm -Raschig - Ring schichten 2 Im 2. Schritt sinkt die Temperatur des Stickstoffmanoxia (NO) auf unter 50°C und es läuft eine weitere Oxidation mit Sauerstoff (0₂) zu Stickstoffdioxid (10₂) ab K Luft Salpetersäure 3 Dieses wird im 3. Schritt in Rieseltürmen mit wasser zu Salpetersäure (HNO3) umgesetzt. Als Zwischenprodukte entstehen Stickstoffmanooxid (NO) und die salpetrige Säure (HIJO₂) → UHUO3 (09) 4 Eine unerwünschte Nebenreaktion, die auch ohne Katalysator abläuft, ist die Oxidation des Ammoniaks zu elementorem Stickstoff unter Bildung von wasser: UNH3 +30₂ Die Reaktion wird durch eine möglichst hohe Netztemperatur und niedrigen Druck zurückgedrängt