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Das Haber-Bosch-Verfahren
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DAS HABER-BOSCH-VERFAHREN Reaktionsbedingungen der Ammoniaksynthese. Man geht von folgender. Gleichung aus: Stickstoff N₂ + 3H₂ 2NH3 Ammoniak Da der Stickstoff sehr reaktionsträge ist, ist eine hohe Aktivierungsenergie erforderlich,. weshalb bei tiefer Temperatur und hohem Druck keine Reaktion abläuft.. Gewählte Bedingungen: ● SHR = -92kJ Problem: Bei niedriger Temperatur kann sich das chemische GG nicht schnell genung einstellen, da die Reaktionsgeschwindigkeit fast Null ist. → keine. Reaktion. Läuft ab Bei höherer Temperatur ist die Reaktionsgeschwindigkeit höher, aber das GG liegt eher auf der Seite der Edukte. wir brauchen, aber. Produkt NH 3. Lösung: => mittlere". Temperatur und Katalysator. "1 ● Temperatur: 450-500 °C lungünstig Druck 200-300 bar Katalysator: Osmium (Edelmetall). Ausbeute an NH 3: 17,6 Vol - %. → aber hohe T. aktiviert Kat.) GG-Verschiebung. nach rechts: - mehr N₂ und/oder H₂ → NH3 immer entfernen. → Druckerhöhung → Temperaturerniedrigung (4D theoretisch sogar NHz wird ständig aus dem GG entfernt 38%) Chemisches Gleichgewich 100 90 Volumenanteil NH3 (in %) 80 70 60 50 40 30 20 10 20 MPa 30 MPa 10 MPa 3 MPa 0,1 MPa 0 200 300 100 MPa 400 500 600 700 Temperatur (in °C) 3 Volumenanteil an Ammoniak (in %) in Abhängigkeit von Temperatur und Druck Großtechnische Verwirklichung • Katalysator → Eisenoxidmischkatalysator Fein verleilles Eisen mit Zusätzen verschiedener Metalloxide, z. B. Al₂O3; k₂O, CaO sowie SiO₂. Temperaturoptimum : - 600°C Reaktor Früher: Cim Stahl reagiert mit H₂ 2H₂ Heute: + C innen: C-armes Weicheisen. (Futterrohr) 1 Doppelmantel nach C. Bosch CH4. (Methan) ↑ Reaktor geht kaputt; müsste oft getauscht werden 11 außen: brüchiger Stahl " Stahlmantel mit Bosch-Löchern" zur Ableitung des eindiffundierten H₂ Kontaktraum: heißes Gas + Katalysator. • Synthesegas: wird kalt an der äußeren. Wand vorbeigeleitet • Crom - Molybdánstahl: enthält nur noch...
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Kohlenstoffspuren; sehr fest und stabil Aufgrund der sehr stabilen und festen Außenwand könnte heute prinzipiell auf die Doppelmantel - Konstruktion verzichtet werden. →→→stattdessen wird das ehemalige . Futterrohr durch Isolierschichlen. ersetzt. Zudem kann wegen möglicher Gasverluste auch von Boschlöchern" abgesehen werden.. P d .P .R OBLE H LOSU NJ G + Katalysator Good = heißes Gas →>. = Isolierung Chrom-Molybdan - Stahlwand Synthesegas (N₂ und H₂). Gewinnung der Ausgangsstoffe. (Synthesegas). N₂: Fraktionierte Destillation flüssiger Luft. H₂: Methan bei 700-800° an einem Kat. mit Wasserdampf umsetzen; Methan stammt aus Erdöl / Erdgas! CH4, H₂O steam - Reforming (Reformieren). CH + H2O Ni-/Al-oxid-kat. Pi 700-800°C! N₂, 0₂ H₂O H₂O Entfernen des CO durch konvertieren. CỌ + H2O Erzeugung des Synthesegasgemisches - Kapazitāt: 1500-1700+ NH3 pro Tag (1) 500% Zno/Cno-Kal. 1. Schritt: CH4 + H₂O durch Druckwäsche mit 2.B. K₂CO3-Lsg.; CO + CO₂ sind Kal. -gifle! 3. Schrilt: CO + H₂O 3H₂ + CO (Wassergasprozess) Kataly- H₂, CO Kataly- N₂, H₂, Kataly- N2, H₂, sator sator sator 800 °C 1000 °C CO 500 °C CO2 800°C / Kat. /p 2. Schritt 2 CH4 + 4 N₂ + O₂ CO2 + H2 ↓ Entfernen 500°C/Kat CO+ 3H₂ 1000°C / Kat. CO2 + H2. 4. Schritt: 2 (4N₂+O₂) + 10 H₂O + 7 CH4. Luft AHR > OKJ H2O, CO2 Waschen N2, H₂ Steam-Reforming 2C0+ 4N₂. + 4H₂ 8 (N₂ + 3H₂) + 7CO₂ Synthesegas Abfall Erzeugung von Ammoniak (5 Kataly- sator 450 °C 300 bar NH3, N2, H₂ 6 Kühler H₂, N₂ NH3 flüssig Der Kreisprozess N₂i H₂ Kompressor Reaktionsbedingungen: 450-500°C; p= CH4 = 300 bar N₂, H₂, NH3 => theoretische Ausbeute: bis 38% NH3 N₂, H₂ NH3 flüssig Exotherme Reaktion Liefert einen Teil der Energie.. Nicht verbrauchtes N₂ und H₂ werden erneut dem Reaktor zugeführt, zusammen mit frischem Synthesegas. NH3 wird durch Verflüssigung ständig aus dem Gasgemisch entfernt. → keine GG-Verschiebung. Kühler Praxis: 11-17% NH3. (wegen kurzer Verweildauer. im. Reaktor) Bei der NH₂-Synthese werden unter den entsprechenden Reaktionsbedingungen nur geringe Ausbeute an NH3 erziehlt. -D Die Wirtschaftlichkeit wird durch einen ständigen Kreisprozess gewährleistet. Vorteile des Verfahrens der Ammoniakgewinnung (Skizze vgl. Blatt): Fast 100%-iger Verbrau des Synthesegases bei genügend großer Zahl an Verfahrensdurchläufen (Kreisprozess mit neuem Frischgas). Abgeführte Energie beim Kühlen und aus der exothermen Reaktion wird zum Vorheizen des Synthesegases genutzt sowie zum Antrib von Dampfturbinen gebraucht. Die exotherme Reaktion"trägt sich fast selbst". Kompressoren brauchen aber viel Energie. Umweltfreundlich: Kein nennenswertes Müllaufkommen, Edukte (Wasser, Luft und Methan)sind günstig. Produktion: ca. 2000 t/d/Reaktor nach kontinuierlichem Verfahren (ständiges Einspeisen und Entfernen von Stoffen) und positiver Energiebilanz! NH3
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