Grundstoffe

Hohe Drücke und geringe Temperaturen begünstigen die Reaktion

− Höhere Drücke begünstigen zwar die Reaktion, jedoch steigen auch die Kosten für die Anlage sowie für die Verdichtung der Gase stark an (Druckbereich von 100-300 bar)

− Thermodynamisch sind geringe Temperaturen günstig, um jedoch einen hohen Umsatz zu erreichen sind hohe Reaktionstemperaturen notwendig.

− Durch die exotherme Reaktion wird Wärme frei, die zu einem Temperaturanstieg im Reaktor führen kann.

− Kontrolle der Temperatur im Katalysatorbett notwendig, um die Reaktionsbedingungen zwischen den Limits der thermodynamischen Gleichgewichtslage und der optimalen Reaktionsgeschwindigkeit einstellen zu können.

• Die Oxidation von Ammoniak zu NO über Pt Katalysatoren ist seit 150 Jahren bekannt.

• Das stöchiometrische Verhältnis von 14.2 mol% NH3 in Luft liegt oberhalb der Explosionsgrenze von NH3 in Luft (12.4 mol% bei 0.8 MPa).

• Für die Reaktion werden ~11 mol% NH3 in Luft auf 300°C vorgewärmt und bei kurzer Kontaktzeiten von 1 ms umgesetzt, wobei die Temperatur auf ~750 °C ansteigt.

• Als Katalysatoren werden Netze aus Pt verwendet. Die Reaktion unterliegt einer starken Transport-Limitierung.

• Nach der Reaktion werden die Gase durch einen keramischen Wärmetauscher unterhalb des Katalysators rasch abgekühlt und in Wasser absorbiert.

• Alle kommerziellen Katalysatoren basieren auf metallischem Eisen, welches Promotoren (Al2O3, K2O, CaO und MgO) enthält.

Durch ein re-cirkulieren der Reaktionsgase wird bei der Ammoniaksynthese trotz ungünstiger Gleichgewichtslage der Umsatz erhöht. Das Synthesegas wird durch den Reaktor geleitet und der gebildete Ammoniak kondensiert, während unverbrauchtes Synthesegas in den Reaktandenstrom rückgeführt wird.