Das Haber-Bosch-Verfahren

Das Verfahren bindet den reaktionsträgen Luftstickstoff — Ammoniak ist der Grundstoff fast aller Stickstoffdünger.

• Reaktion:\(\ce{N2(g) + 3 H2(g) <=> 2 NH3(g)}\), \(\Delta_rH = -92\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) — exotherm, aus 4 Gasteilchen werden 2.
• Rohstoffe:Stickstoff aus der Luft, Wasserstoff aus Erdgas und Wasserdampf; Synthesegas im Verhältnis \(\ce{N2}:\ce{H2} = 1:3\).
• Hoher Druck:verschiebt zur Seite mit weniger Gasteilchen, also zum Ammoniak: etwa 200–300 bar.
• Temperatur:Tiefe Temperatur gäbe mehr \(\ce{NH3}\), die Reaktion wäre aber zu langsam — Kompromiss etwa 450 °C.
• Katalysator:Eisen mit Zusätzen (Promotoren \(\ce{Al2O3}\), \(\ce{K2O}\)) macht die Reaktion bei 450 °C schnell genug.

• Ein Durchgang:Nach dem Reaktor enthält das Gas nur etwa 15 % \(\ce{NH3}\) — die Verweilzeit reicht nicht einmal bis zum Gleichgewicht.
• Abtrennen:Kühlen verflüssigt das Ammoniak (Siedetemperatur −33 °C bei Normaldruck); das Produkt wird dem Gleichgewicht entzogen.
• Kreislaufgas:Nicht umgesetzter Stickstoff und Wasserstoff werden mit Frischgas zurückgeführt — so werden insgesamt rund 98 % umgesetzt.
• Wärmetauscher:Die Reaktionswärme des heißen Produktgases heizt das kalte Gas vor dem Reaktor vor.

Wickle den Kreislauf ab: Starte mit ▶ oder ziehe das Gaspaket von Station zu Station (Tastatur: Paket fokussieren, → nächste, ← vorige Station). Achte auf Temperatur, Druck und Zusammensetzung — und auf den Rundenzähler.

Halte fest: Je Durchgang entsteht nur wenig Ammoniak — erst das Abtrennen des Produkts und der Kreislauf des Restgases bringen den Gesamtumsatz auf fast 100 %.