Haber-Bosch-Verfahren

Bedeutung von Ammoniak:

Ammoniak ist eine der wichtigsten Grundchemikalien. Im Jahr 1986 wurden weltweit 120 Millionen Tonnen Ammoniak produziert (davon 2 Millionen Tonnen in Deutschland). Der größte Teil (80%) des hergestellten Ammoniak wird für die Produktion von Düngemitteln verwendet. Außerdem wird Ammoniak zur Herstellung von Vorprodukten für Kunststoffe, Pflanzenschutzmittel und Sprengstoffen benötigt.

Um derart große Mengen an Ammoniak herstellen zu können, musste ein Verfahren entwickelt werden, dass schnell und ökonomisch ist.

Grundlegende Forschungstarbeit für die Ammoniaksynthese leistete der deutsche Chemiker Fritz Haber (1868- 1934), die in der von Carl Bosch (1874- 1940) entwickelten Technik ihre Anwendung fand.

Am 9. September 1913 wurde die erste großtechnische Anlage zur Synthese von Ammoniak nach dem Haber- Bosch- Verfahren von der Badischen Anilin- und Sodafabrik (BASF) in Betrieb genommen.

Abb.: Schema einer großtechnischen Anlage nach Haber und Bosch

1.      Wasserstoff wird aus Erdgas und Wasser gewonnen. Erdgas wird mit Wasserdampf bei ca. 750°C unter Druck an Nickeloxid/ Aluminiumoxid- Katalysatoren umgesetzt.

       CH4 (g) + H2O (g) " CO + 3H2                                                        ΔRH= 206 kJ\mol          

2.      Überschüssiges Methan wird mit Luft umgesetzt. Es entsteht Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff, während der Stickstoff aus der Luft unverändert bleibt.

       2CH4 (g) + O2 (g) " 2CO + 4H2 (g)                                                  ΔRH= -71 kJ\mol

3.      Da das Kohlenstoffmonoxid bei der Synthese von Ammoniak als Katalysatorengift wirken würde, wird es in einer Konvertierungsanlage mit Wasserdampf in Gegenwart von Kupferoxid/Zinkoxid- Katalysatoren umgesetzt.

       CO (g) + H2O (g) " CO2 (g) + H2 (g)                                               ΔRH= -41 kJ\mol

4.      Das Kohlenstoffdioxid wird durch Waschen mit einer wässrigen Kaliumcarbonat- Lösung aus dem Gasgemisch entfernt.

5.      Im Ammoniak- Reaktor wird der Stickstoff und der Wasserstoff (Verhältnis 1:3) bei einem Druck von 230- 330 bar und einer Temperatur von 450°C zu Ammoniak umgesetzt.