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Wasserstoff aus Erdgas
AFB I–IIDer Wasserstoff für die Ammoniaksynthese wird überwiegend aus Erdgas gewonnen. Im Reformer reagiert Methan bei etwa 800 °C und 30 bar an einem Nickelkatalysator mit Wasserdampf: \(\ce{CH4(g) + H2O(g) <=> CO(g) + 3 H2(g)}\). Anschließend wird das Kohlenstoffmonoxid bei 200–400 °C an einem zweiten Katalysator mit weiterem Wasserdampf umgesetzt (Konvertierung): \(\ce{CO(g) + H2O(g) <=> CO2(g) + H2(g)}\). Das Kohlenstoffdioxid wird danach ausgewaschen.
M1Standard-Bildungsenthalpien
| Stoff | \(\ce{CH4(g)}\) | \(\ce{H2O(g)}\) | \(\ce{CO(g)}\) | \(\ce{CO2(g)}\) |
|---|---|---|---|---|
| \(\Delta_f H^\circ\) in \(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\) | −74,8 | −241,8 | −110,5 | −393,5 |
- Formulieren Sie die Gesamtgleichung für die Wasserstoffgewinnung aus Methan, wenn beide Reaktionen vollständig nacheinander ablaufen.
- Berechnen Sie die Reaktionsenthalpien beider Teilreaktionen und der Gesamtreaktion.
- Begründen Sie die hohe Temperatur im Reformer und geben Sie an, welcher Druck für die Lage des Reformer-Gleichgewichts günstig wäre.
- Erläutern, warum die Konvertierung bei deutlich tieferer Temperatur durchgeführt wird als die Reformierung.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Addieren Sie die beiden Gleichungen; CO kürzt sich heraus.
Hinweis zu Aufgabe b)
Produkte minus Edukte; die Gesamtenthalpie ist die Summe der Teilenthalpien (Satz von Hess).
Hinweis zu Aufgabe c)
Vorzeichen von ΔrH und Zahl der Gasteilchen links und rechts.
Hinweis zu Aufgabe d)
Vergleichen Sie Vorzeichen der Reaktionsenthalpie und Gasteilchenzahl mit der Reformierung.Erläutern: Einen Sachverhalt so darstellen, dass Zusammenhänge und Bedingungen verständlich werden – mit Beispielen oder Belegen.