Elemente und Moleküle, Schulbuch

83 5.2 herSTellUng anOrganiScher grUnDcheMiKalien von Avogadro gegenüber den Produkten (2 mol) den doppelten Raumbedarf. Druck - erhöhung verschiebt das Gleichgewicht nach dem Prinzip vom kleinsten Zwang zu den Produkten. In der Praxis arbeitet man heute mit Drücken von 150–300 bar. Das N 2 /H 2 -Gasgemisch wird also auf Reaktionsdruck komprimiert und in einem röhren - förmigen Reaktor, der innen mit dem Katalysator belegt ist, zur Reaktion gebracht. Das Reaktionsrohr besteht aus wasserstoffbeständigem Cr-Ni-Stahl. Die Ammoniakausbeu - te beträgt bei modernen Anlagen 20–25 %. Beim Durchgang durch den Reaktor er - wärmt sich durch die exotherme Ammoniakbildung das Gasgemisch auf 530 °C. Die Reaktionswärme wird anschließend in einem Dampfkessel verwertet. Nun wird das Gasgemisch unter die kritische Temperatur des Ammoniaks abgekühlt. Durch den hohen Druck scheidet sich sonst gasförmiger Ammoniak flüssig ab. Das Restgas kann nicht direkt wieder in den Reaktor eingeleitet werden, da es Spuren von Methan (aus der CO-Umwandlung) und Argon (aus der Luft) enthält. Diese Gase würden sich durch Im-Kreis-Führen des Gasgemisches immer stärker konzentrieren. Methan lässt sich ähnlich wie Ammoniak bei tiefer Temperatur abtrennen und für den Prozess wiedergewinnen, mit Argon gelingt dies nur sehr schlecht (krit. Temp. –122,5 °C). Daher verwertet man nur den Wasserstoff. Dieser wird durch seine gute Diffusionsfähigkeit mit Hilfe einer Membran abgetrennt und im Prozess neuerlich eingesetzt. Stickstoff und Argon sind ein für die Atmosphäre unschädliches Abgas. Der größte Teil der Ammoniakweltproduktion wird zur Düngemittelherstellung ver- wendet. Durch Reaktion mit Salpetersäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure wer - den die Stickstoffdünger Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat und Ammoniumhyd - rogenphosphat erzeugt. Die Umsetzung von Ammoniak mit Kohlenstoffdioxid bei hohem Druck und anschlie- ßender Entwässerung führt zu Harnstoff (H 2 N–CO–NH 2 ). Dieser ist ebenfalls ein wichtiger Stickstoffdünger, dient aber auch als Ausgangsstoff zur Kunststofferzeu- gung (Harnstoff + Formaldehyd = Aminoplast). 2 NH 3 + CO 2 → H 2 N–CO–NH 2 + H 2 O Der zweite wichtige Verwendungszweck von Ammoniak ist die Produktion von Sal- petersäure, die selbst wieder einer der zentralen Grundstoffe in der chemischen Industrie ist (Kap. 5.2). Auf Grund seiner Druckverflüssigbarkeit und seiner hohen Verdampfungswärme dient Ammoniak als Wärmeüberträger in technischen Kühlanlagen. In Haushalts- kühlschränken wird er wegen seiner Giftigkeit nicht verwendet, hier sind die ungif- tigen CFKs (Chlor-Fluor-Kohlenwasserstoffe, auch FCKWs genannt) im Einsatz, die aber eine Gefahr für die Ozonschicht der Atmosphäre darstellen. Deshalb müssen sie aus gebrauchten Kühlschränken entsorgt und wiederverwertet werden. Heute verwendet man zunehmend ozonunschädliche Ersatzstoffe wie zB Propan. Als Ausgangsstoff zur Synthese organischer Stickstoffverbindungen werden große Mengen Ammoniak verbraucht. In Reinigungsmitteln kann Ammoniak als wässrige Lösung enthalten sein (Salmiakgeist). Luft (O 2 und N 2 ) Erdgas, Benzin oder Heizöl Verunreinigtes Synthesegas- gemisch Neben- produkte H 2 , N 2 H 2 , N 2 , NH 3 H 2 N 2 flüssiger Ammoniak Wasser Reinigung Kompressor Ammoniak- Synthese- reaktor Kühlung Abscheider Ventil Tank Synthesegas- Erzeugung NH 3 HNO 3 Harnstoff Soda Düngemittel Kunststoffe Abb. 83.2: Produkte ausgehend von Ammoniak Abb. 83.1: Schema der Ammoniakproduktion ■ 83.1: Die Bildung von Ammoniumchlorid Man füllt 25 % Ammoniak-Lösung und rauchende Salzsäure jeweils in eine Waschflasche. Nun bläst man Luft durch die Lösungen und hält die Öffnungen der Waschflaschen zusammen. Sofort entsteht dichter Ammoniumchloridrauch. LeHReRVeRSUCH Luft Luft NH 3 25%ig HCl 37%ig Rauch von NH 4 Cl Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv