VOM REAGENZGLAS ZUM REAKTOR Der Produktionsprozess der AmmoniakSynthese

„VOM REAGENZGLAS ZUM REAKTOR“ Der Produktionsprozess der Ammoniak-Synthese Folie 1

Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren Mögliche Arbeitsaufträge: Betrachte den Film und notiere die Prozess-Schritte. https: //www. basf. com/de/de/company/aboutus/sites/ludwigshafen/commitment-for-the-region/education/angebote-713/unterrichtsmaterialien/Ammoniaksynthese. html https: //www. youtube. com/watch? v=u. L 83 u. YZ 5 sm 8 Alternative: Lies den Text auf der nächsten Folie und notiere die Prozess. Schritte. Vervollständige das Schaubild. Zeichne die Stoffströme mit Pfeilen ein und notiere in kurzen Sätzen die in den Bauteilen ablaufenden Vorgänge. Folie 2

Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren Textbausteine für ein Verfahrensfließschema: Ammoniak wird nach dem Haber-Bosch-Verfahren aus den Elementen hergestellt. Dafür wird zunächst Wasserstoff und Stickstoff als Synthesegas bereitgestellt. Wasserstoff erhält man aus der Umsetzung von Methan (Erdgas) mit Wasserdampf und anschließend mit Luft. Aus der Luft erhält man gleichzeitig den benötigten Stickstoff. Die Bereitstellung des Synthesegases wird so gesteuert, dass die Gase im richtigen Volumenverhältnis vorliegen. Bei Raumtemperatur reagieren Stickstoff und Wasserstoff nicht zu Ammoniak. Stickstoff und Wasserstoff müssen auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden, damit sie miteinander reagieren. Druck beeinflusst chemische Reaktionen, an denen Gase beteiligt sind. Je höher der Druck, umso größer ist die Anzahl an Teilchen in einem bestimmten Volumen, umso höher ist die Wahrscheinlichkeit eines wirksamen Zusammenstoßes von Edukt-Teilchen. Hoher Druck z. B. in einem Kompressor begünstigt die Bildung von Ammoniak. Im Reaktorofen bei ca. 450 °C und 20 -30 MPa (Megapascal) strömt das vorgewärmte Synthesegas über einen Katalysator. Dabei reagiert ein Teil des Stickstoffs und des Wasserstoffs zu Ammoniak. Das Gasgemisch verlässt den Reaktionsofen und gibt im Vorwärmer nach dem Gegenstromprinzip Energie an das Synthesegas ab. Wasser nimmt im Abhitzekessel nach dem Gegenstromprinzip weitere Reaktionsenergie auf und kühlt das Gasgemisch weiter ab. Wasserstoff (-252 °C), und Stickstoff (-196 °C) haben wesentlich niedrigere Siedetemperaturen als Ammoniak (-33 °C). Das entstandene Ammoniak-Gas wird im Tiefkühler ab -33 °C flüssig, da es eine wesentlich höhere Siedetemperatur als Wasserstoff und Stickstoff besitzt. Es kann aus dem Gasgemisch abgetrennt werden. Das Restgasgemisch wird in den Reaktorofen zurückgeleitet. Folie 3

Vorwärmer Start Abhitzekessel Tiefkühler Reaktorofen Kompressor Ammoniak Kompressor 4

Vorwärmer Start Abhitzekessel Tiefkühler Reaktorofen Kompressor Ammoniak 5

Stickstoff Wasserstoff Vorwärmer Stickstoff Wasserstoff Ammoniak Abhitzekessel Stickstoff Wasserstoff Ammoniak Stickstoff Wasserstoff Tiefkühler Reaktorofen Stickstoff Wasserstoff Ammoniak Kompressor Ammoniak 6

Wärmeaustausch von Edukten und Produkten Vorwärmer Stickstoff Wasserstoff Ammoniak Abhitzekessel Wärmeaustausch von Produkten und Wasser Stickstoff Wasserstoff Reaktion der vorgewärmten Edukte am Katalysator Gasförmige Edukte gelangen wieder in den Reaktorofen. Tiefkühler Reaktorofen Komprimieren der Edukte Stickstoff Wasserstoff Ammoniak wird flüssig. Ammoniak Komprimieren der Edukte Kompressor Ammoniak 7

Vorwärmer Abhitzekessel Reaktorofen Tiefkühler Kompressor Ammoniak Kompressor 8

Hinweis für die Lehrkräfte: Bei diesen (und anderen) Verfahrensfließschemata handelt es sich um Darstellungen, die zum Teil im Hinblick auf die technisch realisierten, tatsächlichen Stoffströme oder Anlagenkonstruktionen stark vereinfacht sind. Der Fokus ist auf die Prozessoptimierungen der relevanten Anlagenteile gerichtet. 9

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