Als erstes Verfahren stellen wir Ihnen das Haber-Bosch-Verfahren vor. Es dient zur Herstellung von Ammoniak ($ NH_3 $).
Es ist besonders deshalb so relevant, da Ammoniak in beinahe 90 % aller Düngemittel enthalten ist. Die Wissenschaftler, die dieses Verfahren entwickelt haben, sind die beiden Namensgeber Fritz Haber (Chemiker) und Carl Bosch (Ingenieur). Zu Beginn des 19. Jahrhunderts entdeckten sie, dass sich aus Stickstoff $ N_2 $ und Wasserstoff $ H_2 $ Ammoniak herstellen lässt.
Zuvor musste Ammoniak aufwendig aus Vogelkot gewonnen werden, was eine großindustrielle Gewinnung unmöglich machte.
Die bereits bekannte Reaktionsgleichung ist:
Methode
Die Hinreaktion zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass sie sehr exotherm abläuft und zu einer Volumenverringerung führt. Zusätzlich ist eine besonders hohe Aktivierungsenergie erforderlich.
Neben der hohen Aktivierungsenergie sind weitere Reaktionsbedingungen erforderlich um eine optimale Ausbeute an Ammoniak zu erhalten:
1. Reaktionstemperatur: $ T = 550° C = 823,15 K
2. Die Verwendung eines Katalysators
3. Stickstoff muss überschüssig in die Reaktion eingehen.
4. Reaktionsdruck: $ p = 150 - 250 bar.
Obwohl die hohe Reaktionstemperatur der Hinreaktion entgegenwirkt [exotherm], wird sie für den Einsatz des Katalysators erforderlich.
Ammoniakgewinnung im industriellen Maßstab
In der nachfolgenden Tabelle haben wir Ihnen die einzelnen Verfahrensschritte zur industriellen Ammoniakgewinnung aufgeführt:
| Verfahrensschritt | Verwendete Technologie |
Verdichtung: Gasgemisch wird unter Druckeinwirkung komprimiert und gleichzeitig konzentriert | Kompressor |
Reinigung: Gasgemisch wird gereinigt indem beispielsweise Schwefelverbindungen auf dem Gemisch abgeschieden werden. | Gasreinigungssystem, Purifier-System |
Hauptreaktion: Reaktion des Gasgemisches erfolgt bei der oben genannten Temperatur in einem druckfesten Zylinder. Währendessen strömt das Gasgemisch entlang eines Katalysators auf Basis von Eisenoxid und Aluminiumoxid. Letztlich erhält man Ammoniakgas mit einer Umsetzungsrate von ca. 15. %. | Kontaktofen |
Kühlvorgang: Das Ammoniakgas ist noch sehr heiß und muss anschließend gekühlt werden. | Kühler |
Trennung und Rückführung: Im letzten Verfahrensschritt wird das Produkt vom Edukt getrennt und das unverbrauchte Gas wird zurückgeführt | Abscheider |
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