Haber Bosch Verfahren zur Amoniaksythese

Mögliche allgemeine Fragen:

Erstellen Sie die Reaktionsgleichung zur Herstellung von Ammoniak
N₂ + 3 H₂ <----> 2 NH₃ + E

Durch welche Faktoren kann man die Ausbeute von Ammoniak erhöhen? Begründen Sie!
Druckerhöhung - Prinzip des kleinsten Zwangs, da Volumen auf der Rechten Seite kleiner wird.
Kühlen - Da die Reaktion exotherm ist
Abziehen von NH₃ - Um die Rückreaktion zu N₂ und H₂ zu verhindern.

Wie wird im Reaktor die Temperatur geregelt?
Man fährt Kaltgas von 150°C zwischen die einzelnen Horden.

Verfahrensbeschreibung:
Das Synthesegas (25 bar, Verhältnis 1:3 ; N₂:H₂) wird von 50°C auf -1°C abgekühlt und zusammen mit dem Rückgeführten Kreislaufgas (Ro NH₃ = 6%), mit einem Dampfbetriebenen (Dampf 100 bar) 3 Stufigen Turboverdichter auf 300 bar verdichtet. (Temp. steigt dabei auf 45°C). Das Synthesegas wird anschliessend mit 2 Wärmetauscher (= WT) zuerst auf 9°C und dann auf -1°C abgekühlt ( 2. WT =Tieftemperaturkühler; Kühlmedium Flüssiger Ammoniak). Das Kühlmedium NH₃ des 2. WT verdampft dabei und wird Gasförmig ins NH₃ Netz eingespeist. Das auf -1°C abgekühlte Synthesegas wird über einen Abscheider gefahren um es von Verunreinigungen wie Wasser und Öl zu Reinigen. ebenfalls wird NH₃ abgeschieden der in den Sammelbehälter fliest, der NH3 Gehalt im Gasstrom fällt dabei von 6% auf 2,5%. Der aus dem Abscheider kommende Produktstrom wird als Kühlmedium für den nach dem Verdichter kommenden WT eingesetzt und erhitzt sich darin auf 37°C. In einem 2. WT wird der Gasstrom weiter auf 150°C erhitzt, wobei dessen Heizmedium der aus dem Reaktor kommende Produktstrom ist, der zuvor mittels einem zur Dampferzeugung genutzten WT auf 170°C abgekühlt wurde.
Das Synthesegas ( 150°C ; 295 bar ) wird in 2 Produktströme aufgeteilt wobei der Hauptstrom von oben in den Reaktor geleitet wird und im Ausenmantel nach unten strömt, dann in einem Innenrohr wieder nach oben, wobei es sich auf 400°C aufheizt und anschliessend durch die Katalysatorbetten wieder nach unten strömt. Der Nebenproduktstrom (150°C) wird zur Temperatur Reglung direkt zu den 4 Katalysatorbetten geleitet. Beim Durchströmen der 4 Katalysatorbetten entsteht aus N₂ und H₂ das NH₃ ( Umsatz der 4 Kat.-Betten ca. 6%, 10%, 14%, 17%). Kat = alfa Eisen, Verweilzeit Gas im Rektor ca. 30s, Aktivatoren K₂O - CaO und MgO, Lebensdauer des Kat ca. 12 Jahre.
das aus dem Reaktor strömende Prozessgas wir mit 4 WT von 325°C auf 20°C abgekühlt und über einen NH₃ Abscheider gefahren.
Die 4 WT sind:
1. WT zur Dampferzeugung --> 170°C
2. WT zur Synthesegaserhitzung --> 69°C
3. WT Luftkühler--> 35°C
4. WT Tieftemperaturkühler mit fl. NH₃ --> 20°C
Das im Abscheider anfallende flüssige NH3 wird zum Sammelbehälter abgeführt. Die Gasphase des Sammelbehälters wird auf 12 bar weiter entspannt und ins Netz abgegeben. Der Rest des nicht umgesetzten Gasgemisches N₂ + H₂ mit 6% NH₃, 6% Ar und 10% CH₄ wird als Kreislaufgas wieder dem Turboverdichter zugeführt. Ein Teil des Gas wird als Keislaufentspannungsgas (Purgegas, Sprich: Pörtschgas) abgeführt um ein Ansteigen des CH₄ und Ar Anteils zu verhindern.

Verwendung des Purgegas:
H₂ = zum Hydrieren
Ar = Gewinnung durch Verflüssigung
CH₄ = Entsorgung durch Verbrennung