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Referate und Hausarbeiten : Chemie

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ammoniaksynthese

Die Ammoniaksynthese
Die Ammoniak-Synthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren ist das bedeutendste großtechnische Verfahren zur Herstellung von Ammoniak. Die Entwicklung dieses Verfahrens hat wie kein anderes die moderne, technische Chemie entscheidend gefördert, insbesondere die Katalyse und die Entwicklung der Hochdrucktechnik.
Reaktionsgleichung der Ammoniaksynthese:
3 H2+N2 2 NH3
Die Grundlage der Ammoniak-Synthese bilden die Elemente Stickstoff und Wasserstoff. Diese reagieren in einer stark exothermen Reaktion zu Ammoniak. In diesem geschlossenem System stellt sich ein chemisches Gleichgewicht ein, das stark temperatur- und druckabhängig ist. Nach dem Prinzip von Le Chatelier ergibt sich ein hoher Anteil von Ammoniak, wenn die Temperatur gering und der Druck hoch ist. Bei Zimmertemperatur verläuft diese Reaktion jedoch extrem langsam weil Stickstoff sehr reaktionsträge ist. Wenn man die Temperatur erhöht, läuft die Reaktion zwar schneller ab, aber die Gleichgewichtslage verschiebt sich zu den Ausgangsstoffen hin. Um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, verwendet man Katalysatoren. Als Temperatur wählt man den Bereich in dem der Katalysator aktiv ist. Somit erreicht man einen Kompromiss zwischen Reaktionsgeschwindigkeit und Gleichgewichtslage. Jetzt läuft die Reaktion zwar schneller ab, es entsteht aber nur sehr wenig Ammoniak. Um den Ammoniakertrag zu steigern, erhöht man deswegen den Druck, was zudem auch zur Verbesserung der Gleichgewichtslage führt. Auch hier muss man wieder einen Kompromiss finden. Ein extrem hoher Betriebsdruck ist aus chemischer Sicht zwar äußerst effektiv, aus wirtschaftlicher Sicht jedoch sinnlos, da mit steigendem Betriebsdruck auch die Investitionskosten und die technischen Probleme bei der Herstellung des Drucks steigen und somit der Erhöhung des Betriebsdrucks von der wirtschaftlichen aber auch technischen Seite Grenzen gesetzt sind. Heute arbeitet man mit einer Temperatur von ca. 500 °C und 200 bis 300 bar.
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