Frage von Jonolo, 16

Ammoniaksynthese: Wasserstoff aus Erdgas (Methan) oder aus Wasser - welche Möglichkeit ist besser?

Für die Ammoniaksynthese kann Wasserstoff aus Erdgas oder Wasser gewonnen werden. Welche Möglichkeit wäre besser aus chemischer, wirtschaftlicher und aus Sicht der Umwelt am besten?

Antwort
von Mandrin1000, 4

Zur Produktion von Ammoniak werden als Ausgangsstoffe Wasserstoff und Stickstoff benötigt. Der Wasserstoff kann günstig mit Hilfe eines Nickelkatalysators bei einer Temperatur von 700°C
bis 900°C und einem Druck von 25 Bar bis 30 Bar aus Wasserdampf und Methan aus Erdgas nach der Formel CH4 + H2O = CO und 3 H2 ,wobei zunächst Kohlenmonoxid und Wasserstoff entstehen, hergestellt werden. Das Kohlenmonoxid
wird mit Hilfe eines Eisen-(3)-Oxidkatalysators zusammen mit weiteren Wasserdampf bei einer Temperatur von 450°C bis 500°C und einem Druck von 25 bis 50 Bar in Kohlendioxid, welches bei 25 Bar mit Wasser herausgewaschen
wird und weiteren Wasserstoff nach der Formel CO + H2O = CO2 + H2 umgesetzt. Das ist billiger als die elektrolytische Zerlegung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Im Ammoniakkontaktofen entsteht aus Stickstoff und Wasserstoff
bei einer Temperatur von 400°C bis 500°C und einem Druck von 250 bis 300 Bar mit mit Hilfe eines Eisenkatalysators nach der Formel 3 H2 + N2  = 2 NH3 Ammoniak. Da der Katalysator erst bei einer Temperatur zwischen
400°C und 500°C beginnt wirksam zu werden und bei dieser Temperatur viel Ammoniak nach der Formel 2 NH3 = 3 H2 + N2 wieder in seine Ausgangsstoffe Stickstoff und Wasserstoff zerfällt, sind die hohen Drücke
von 250 Bar bis 300 Bar erforderlich, um das Gleichgewicht in Richtung das Ammoniaks zu verschieben, wobei die Ausbeute an Ammoniak nur max 20% beträgt. Die beiden Ausgangsstoffe Stickstoff und Wasserstoff werden wieder
in den Prozess zurückgeführt.

 

Antwort
von Mandrin1000, 4

Hallo, Zur Produktion von Ammoniak werden als Ausgangsstoffe Wasserstoff und Stickstoff benötigt. Der Wasserstoff kann günstig mit Hilfe eines Nickelkatalysators bei einer Temperatur von 800°C bis 900°C und einem Druck von 25 Bar 30 Bar aus Wasserdampf und Methan aus Erdgas nach der Formel CH4 + H2O = CO und 3 H2 ,wobei zunächst Kohlenmonoxid und Wasserstoff entstehen, hergestellt werden. Das Kohlenmonoxid wird mit Hilfe eines Eisen-(3)-Oxidkatalysators zusammen mit weiteren Wasserdampf bei
einer Temperatur von 250°C bis 450°C und einem Druck von 250 bis 300 Bar in Kohlendioxid, welches mit Wasser herausgewaschen wird und weiteren Wasserstoff nach der Formel CO + H2O = CO2 + H2 umgesetzt. Das ist billiger als die elektrolytische Zerlegung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Im Ammoniakkontaktofen entsteht aus Stickstoff und Wasserstoff bei einer Temperatur von 400°C bis 500°C und einem Druck von 250 bis 300 Bar mit mit Hilfe eines Eisenkatalysators nach der Formel 3 H2 + N2  = 2 NH3 Ammoniak. Da der Katalysator erst bei einer Temperatur zwischen 400°C und 500°C beginnt wirksam zu werden und bei dieser Temperatur viel Ammoniak nach der Formel 2 NH3 = 3 H2 + N2 wieder in seine Ausgangsstoffe Stickstoff und Wasserstoff zerfällt, sind die hohen Drücke von 250 Bar bis 300 Bar erforderlich, um das Gleichgewicht in Richtung das Ammoniaks zu verschieben, wobei die Ausbeute an Ammoniak nur max 20% beträgt. Die beiden Ausgangsstoffe Stickstoff und Wasserstoff werden wieder in den Prozess zurückgeführt.

Antwort
von jobul, 16

Die in jeder Beziehung günstigste Möglichkeit ist die Gewinnung aus Erdgas. Die Gewinnung aus Wasser ist nur sinnvoll, wenn ansonsten nicht verwertbarer Strom (z.B. aus Windkraft) zur Verfügung steht.

Antwort
von Jo3591, 13

Die andere Alternative wäre die historische: Umsetzung von Wasserdampf mit Koks zu Wasserstoff und CO bzw. Konvertierung zu CO2. Ein Teil des Koks geht durch Verbrennung verloren, um die hohe Reaktionstemperatur zu erreichen. Auch dieses Verfahren kann durchaus noch konkurrieren, wenn die Kohlepreise günstig sind. Der Aufwand zur Reinigung des Gasgemischs ist allerdings recht hoch.

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