Diskussion:Haber-Bosch-Verfahren/Archiv/2007
Reaktionsbedingung
In meinem Chemieskript sowie in "Chemie für Ingenieure" von Wiley-VCH steht etwas von 250-350 bar, im Artikel 400 bar. Vielleicht sollte man diese Zahl nocheinmal überdenken? MfG Philipp
- Der erste Reaktor von Bosch arbeitete bei diesen Druckverhältnissen (30 MPa). Leider habe ich keine Zahlen von modernen Anlagen, aber da dürften die Zahlen höher sein. Das ist auch logisch, denn nach dem Prinzip von Le Chatelier sorgt ein hoher Druck dafür, dass die volumenverkleinernde Reaktion abläuft, was ganz klar die Reaktion zu Ammoniak ist.
- Allerdings weichen die Quellen stark auseinander, ich werde mal ein paar Chemiebücher wälzen und gucken, ob ich dein Buch bestätigen kann... --elTom Diskussion 19:19, 18. Mär. 2007 (CET)
- Es finden sich durchaus unterschiedliche Angaben in den verschiedenen Quellen, was schlicht daran liegt, dass es nunmal unterschiedliche Anlagen gibt. Der Holleman-Wiberg spricht von 500°C/200bar, der Riedel von 400-500°C/250-350bar, ergänzt aber noch, dass auch Anlagen bis 1000bar betrieben würden. Um 50 bar wird sich da sicher auch niemand streiten wollen.
- Gruß, Daniel. --84.56.124.28 16:50, 5. Mai 2007 (CEST)
- Richtig ist, dass der Prozentsatz des Synthesegasgemisches (Sickstoff und Wasserstoff), der zu Ammoniak umgesetzt wird, umso höher ist, je höher der Druck im Synthesekreislauf ist. Höherer Druck bedeutet aber mehr Energieaufwand zur Kompresssion des Synthesegases, und größere Wandstärken der druckbelasteten Apparate. Letzteres wird etwas kompensiert durch die kleineren Volumina der Apparate die bei höheren Drücken nur benötigt werden.
Eine niedrigere Umsatzrate beim Durchlauf des Synthesegasgemisches durch den Katalysator bedingt aber eine größeren Kreislaufgasmenge im Verhältnis zum Frischgaseinsatz. Aus diesem Grund müssen die Volumina der Apparate und Rohrleitungen im Kreislauf bei niedrigen Synthesedrücken nochmals größer werden.
Für die großen Synthesegasmengen, die für Ammoniakproduktionen bis zu 3000 tato verdichtet werden müssen, kommen die anfangs verwendeten Kolbenverdichter nicht mehr in Frage. Die heute verwendeten Turboverdichter stoßen bei ca. 300 bar Ausgangsdruck an ihre Grenzen. Wirtschaftlich, auf Grund der oben angeführten Überlegungen, ist ein Druck von 140 bis 200 bar.
Die Reaktionstemperatur hält man zwischen 400 und 500°C. Da es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt und bei höheren Temperaturen mehr Ammoniak zu Wasserstoff und Stickstoff rückverwandelt wird als neues Ammoniak entsteht, muss der Prozess so ausgelegt werden, dass die Reaktionstemperatur nicht über ca. 500°C hinausgeht. Da die Reaktion exotherm ist erwärmt sich das Gemisch aus Synthesegas und Ammoniak beim Durchtritt durch den Katalysator sehr stark und würde schnell höhere Temperaturen erreichen, wenn der Katalysator nicht in mehrere separate Abschnitte geteilt wäre. Zwischen diesen Katalysatorpaketen wird das Gas immer wieder auf die Anfangstemperatur von etwa 400°C abgekühlt. Dies geschieht entweder durch Zugabe von kaltem Frischgas oder durch zwischengeschaltete Wärmetauscher. Die Zugabe von Frischgas ist technisch einfacher, ist aber ungünstig für den Wirkungsgrad des Verfahrens, da das mit Ammoniak angereichertuuuuuuue Kreislaufgas jeweils wieder verdünnt wird. Die Zwischenschaltung von Wärmetauschern ist technisch aufwändiger. In neueren Großanlagen befindet sich allerdings das letzte Katalysatorpaket in einem separaten Behälter, was den Einbau eines Wärmetauschers zwischen den beiden Apparaten vereinfacht. Die Wärmetauscher ausgangs der Katalysatorpakete sind zum Teil Dampferzeuger. Die Abwärme der NH3 Synthese ist damit eine enorme Quelle wertvoller Wärmeenergie. So erzeugt eine Synthese für 1000tato Ammoniak etwa 30to/h Hochdruckdampf mit 160bar bei 350°C. Der Darstellung der Haber Bosch Synthese als Energieverbraucher ist damit etwas irreführend. Der Energieeinsatz geht einzig in die Erzeugung von Wasserstoff im Front-End der Anlage. Auch hier fällt Abwärme auf sehr hohem Temperaturniveau an, mit der der komplette Bedarf an mechanischer und elektrischer Energie der gesamten Produktionsanlage gedeckt werden kann.
MfG Reinhard
- Archivierung dieses Abschnittes wurde gewünscht von: Linksfuss 22:42, 13. Okt. 2010 (CEST)