Ammoniak

Ammoniak ist eine anorganische Grundchemikalie mit der chemischen Formel NH₃ und dient als Ausgangsstoff für viele technische Anwendungen, vor allem aber für die Düngemittelproduktion und für Hilfsstoffe in der Papierverarbeitung und Holzverarbeitung.

Herstellung

Der Prozess der Ammoniaksynthese ist in Abbildung 1 dargestellt. Ziel der ersten Prozessschritte ist die Bereitstellung von Wasserstoff für die Synthesereaktion. Der Primärreformer nutzt die Dampfreformierung und konvertiert Methan und Wasserdampf zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff. Der Sekundärreformer dient der Konversion des restlichen Methans zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff. Die Kohlenstoffmonoxid-Konvertierung nutzt die Wassergas-Shift-Reaktion, um das Kohlenstoffmonoxid im Synthesegas mit zusätzlich eingespeistem Wasser zu Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff zu wandeln. Dieser Schritt ist notwendig, weil Kohlenstoffdioxid leichter aus dem Gemisch entfernt werden kann als Kohlenstoffmonoxid. Nach der Abtrennung von CO₂ wird der Wasserstoff in den Synthesereaktor eingeleitet. Der notwendige Stickstoff kann beispielsweise durch eine Luftverflüssigung bereitgestellt werden.

Der Syntheseprozess von Ammoniak erfolgt im NH₃-Reaktor nach dem Haber-Bosch-Verfahren. Dabei handelt es sich um eine exotherme Reaktion. Als Katalysator für die Synthese wird heutzutage meist Eisenoxid mit unterschiedlichen Zusätzen genutzt. Bei Temperaturen zwischen 400 °C und 500 °C sowie einem Prozessdruck zwischen 150 bar und 200 bar werden Stickstoff und Wasserstoff stöchiometrisch zu Ammoniak umgesetzt. Das stöchiometrische Verhältnis zwischen Stickstoff und Wasserstoff beträgt hierbei 1:3. Das Produktgas wird nach dieser Reaktion durch Abkühlung kondensiert und liegt dann flüssig vor.

Prozessparameter

Verschiedene Parameter haben einen Einfluss auf die Prozessführung der Ammoniaksynthese. Dazu zählen der Druck und die Temperatur. Eine Erhöhung des Drucks bewirkt eine höhere Geschwindigkeit und Ausbeute und verringert den Bedarf an Katalysatoren. Es werden jedoch höhere Investitionskosten beim Reaktor und höhere Energiekosten fällig. Höhere Temperaturen bewirken einen weniger vollständigen Umsatz der Ausgangsstoffe zu Ammoniak. Allerdings steigt die Reaktionsgeschwindigkeit.

Englische Übersetzung(en):

ammonia