DE102016002413A1 - Process for the production of ammonia - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak mit den Schritten eines Bereitstellens eines Metallchlorids, insbesondere Alkalimetallchlorids, einer elektrolytischen Umwandlung des Metallchlorids, insbesondere Alkalimetallchlorids in ein Metall, insbesondere Alkalimetall und Chlor (Cl2), einer Reaktion des Metalls (M), insbesondere Alkalimetalls mit Stickstoff zu einem Metallnitrid (MN), insbesondere Alkalimetallnitrid, einer Reaktion des Metallnitrids (MN), insbesondere Alkalimetallnitrids mit Wasser (H2O) zu einem Metallhydroxid, insbesondere Alkalimetallhydroxid und Ammoniak (NH3) und eines Versetzens des Metallhydroxids (MOH), insbesondere Alkalimetallhydroxids mit Salzsäure (HCl) zur Erzeugung des Metallchlorids, insbesondere Alkalimetallchlorids vor.The invention provides a process for producing ammonia comprising the steps of providing a metal chloride, in particular alkali metal chloride, an electrolytic conversion of the metal chloride, in particular alkali metal chloride in a metal, in particular alkali metal and chlorine (Cl2), a reaction of the metal (M), in particular alkali metal with nitrogen to a metal nitride (MN), in particular alkali metal nitride, a reaction of the metal nitride (MN), in particular alkali metal nitrate with water (H2O) to a metal hydroxide, in particular alkali metal hydroxide and ammonia (NH3) and a displacement of the metal hydroxide (MOH), in particular alkali metal hydroxide with Hydrochloric acid (HCl) for the production of the metal chloride, in particular alkali metal chloride before.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak gemäß dem Anspruch 1.The invention relates to a process for the preparation of ammonia according to
Da Ammoniak eine Basis für alle großtechnisch produzierten stickstoffhaltigen Verbindungen darstellt, deren Palette von Düngemitteln bis zu Sprengstoffen reicht, kommt den Verfahren seiner Herstellung im industriellen Alltag eine große Bedeutung zu. Das nach seinen Erfindern Fritz Haber und Carl Bosch benannte Haber-Bosch-Verfahren stellt heutzutage die bedeutendste Methode zur großtechnischen Herstellung von Ammoniak aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff dar. Der benötigte Stickstoff wird dabei aus der Luft entnommen, während der Wasserstoff durch die Reaktion von Methan aus Erdgasquellen mit Wasserdampf erhalten wird.Since ammonia is a basis for all industrially produced nitrogen-containing compounds, ranging from fertilizers to explosives range, the processes of its production in industrial everyday life is of great importance. Named after its inventors Fritz Haber and Carl Bosch, the Haber-Bosch process is today the most important method for the large-scale production of ammonia from the elements nitrogen and hydrogen. The required nitrogen is taken from the air, while the hydrogen is removed by the reaction of Methane is obtained from natural gas sources with water vapor.
Das Wasserstoffgas wird dabei in mehreren Schritten durch Abtrennung von unerwünschten Verunreinigungen aus dem Erdgas gereinigt, bevor es für die eigentlich angestrebte Ammoniaksynthese verwendet werden kann. Denn es wird bei dem Haber-Bosch-Verfahren hochreiner Wasserstoff benötigt, dessen Aufreinigung einen Großteil der Prozesskosten ausmacht.The hydrogen gas is purified in several steps by separating unwanted impurities from the natural gas, before it can be used for the actually desired ammonia synthesis. Because the Haber-Bosch process requires highly pure hydrogen, the purification of which makes up a large part of the process costs.
Die durch die Dreifachbindung des Stickstoffs bedingte hohe Aktivierungsenergie der Reaktion erfordert trotz eines Einsatzes von Katalysatoren eine Prozessführung bei hohem Druck (ca. 250 bar) und hoher Temperatur (ca. 450°C). Entsprechend ist die Herstellung von Ammoniak über das Haber-Bosch-Verfahren sehr energie- und ressourcenintensiv, was sich darin widerspiegelt, dass für die Ammoniakproduktion mit Stand des Jahres 2008 etwa 3% der weltweit produzierten Energie benötigt werden. Eine Optimierung der Reaktionsbedingungen konnte diesen Nachteil bisher nicht beseitigen. Weitere Nachteile sind die Verwendung von Erdgas – einem fossilen Rohstoff – als Ausgangsstoff für die Bereitstellung des Wasserstoffs und dem damit verbundenen Anfall von Kohlenstoffdioxid als Abfallstoff sowie die grundsätzliche Nutzung von Wasserstoff und dem damit verbundenen Gefahrenpotential.The high activation energy of the reaction due to the triple bond of the nitrogen requires, despite the use of catalysts, a process at high pressure (about 250 bar) and high temperature (about 450 ° C). Accordingly, the production of ammonia using the Haber-Bosch process is very energy- and resource-intensive, which is reflected in the fact that ammonia production as of 2008 accounts for around 3% of the world's energy production. An optimization of the reaction conditions has not been able to eliminate this disadvantage. Other disadvantages are the use of natural gas - a fossil raw material - as a raw material for the provision of hydrogen and the associated accumulation of carbon dioxide as a waste and the basic use of hydrogen and the associated risk potential.
Im Stand der Technik gibt es zur Verbesserung des Haber-Bosch-Verfahrens eine Vielzahl von Ansätzen, die sich mit einer Verbesserung der bei dem Verfahren genutzten Katalysatoren beschäftigen.In the prior art, to improve the Haber-Bosch process, there are a variety of approaches that deal with improving the catalysts used in the process.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zur Ammoniaksynthese zu entwickeln, welches kosten- und Ressourcen-schonender als das Haber-Bosch-Verfahren ist.The invention is therefore based on the object to develop an alternative method for ammonia synthesis, which is cost and resource-saving than the Haber-Bosch method.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The invention solves this problem with the features of
Demgemäß sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniak mit den Schritten eines Bereitstellens eines Metallchlorids, insbesondere Alkalimetallchlorids, einer elektrolytischen Umwandlung des Metallchlorids, insbesondere Alkalimetallchlorids in ein Metall, insbesondere Alkalimetall und Chlor (Cl2), einer Reaktion des Metalls (M), insbesondere Alkalimetalls mit Stickstoff zu einem Metallnitrid (MN), insbesondere Alkalimetallnitrid, einer Reaktion des Metallnitrids (MN), insbesondere Alkalimetallnitrids mit Wasser (H2O) zu einem Metallhydroxid, insbesondere Alkalimetallhydroxid und Ammoniak (NH3) und eines Versetzens des Metallhydroxids (MOH), insbesondere Alkalimetallhydroxids mit Salzsäure (HCl) zur Erzeugung des Metallchlorids, insbesondere Alkalimetallchlorids vor.Accordingly, the invention provides a process for producing ammonia comprising the steps of providing a metal chloride, in particular alkali metal chloride, an electrolytic conversion of the metal chloride, in particular alkali metal chloride to a metal, in particular alkali metal and chlorine (Cl 2 ), a reaction of the metal (M), in particular alkali metal with nitrogen to a metal nitride (MN), in particular alkali metal nitride, a reaction of the metal nitride (MN), in particular alkali metal nitrate with water (H 2 O) to a metal hydroxide, in particular alkali metal hydroxide and ammonia (NH 3 ) and a displacement of the metal hydroxide (MOH ), in particular alkali metal hydroxide with hydrochloric acid (HCl) to produce the metal chloride, in particular alkali metal chloride before.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt eine Reaktion des Metalls, insbesondere Alkalimetalls zu einem Metallnitrid und dessen Reaktion mit Wasser zu Ammoniak aus.The inventive method utilizes a reaction of the metal, in particular alkali metal to a metal nitride and its reaction with water to ammonia.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit Vorteil wirtschaftlich nutzbar ist. Darüber hinaus bringt die Erfindung den Vorteil mit sich, das Metall, insbesondere Alkalimetall in einem geschlossenen Kreislauf zu halten.The process according to the invention can advantageously be used economically. In addition, the invention has the advantage of keeping the metal, in particular alkali metal in a closed circuit.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantages emerge from the subclaims.
Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Schritt der elektrolytischen Umwandlung als Schmelzflusselektrolyse ausgestaltet ist.An embodiment of the method according to the invention is characterized in that the step of the electrolytic conversion is designed as a fused-salt electrolysis.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Schritt der elektrolytischen Umwandlung ein Zusetzen eines weiteren Metallchlorids, insbesondere weiteren Alkalimetallchlorids zur Bildung eines eutektischen Gemisches mit einem im Vergleich zu den Schmelzpunkten des Metallchlorids, insbesondere Alkalimetallchlorids und des weiteren Metallchlorids, insbesondere weiteren Alkalimetallchlorids geringeren Schmelzpunkt umfassen.In the process according to the invention, the step of electrolytic conversion may comprise adding a further metal chloride, in particular further alkali metal chloride, to form a eutectic mixture having a relative to the melting points of the metal chloride, in particular alkali metal chloride and the further metal chloride, in particular further alkali metal chloride lower melting point.
In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Metallchlorid Lithiumchlorid (LiCl). Bevorzugt basiert das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Ammoniak dann auf einer Gewinnung von Ammoniak mittels Stickstoff und Lithium.In one embodiment of the process according to the invention, the metal chloride comprises lithium chloride (LiCl). The process according to the invention for the production of ammonia is then preferably based on the recovery of ammonia by means of nitrogen and lithium.
Erfindungsgemäß kann das weitere Metallchlorid Kaliumchlorid (KCl) umfassen. Vorteile ergeben sich dann hinsichtlich der Temperatur der elektrolytischen Umwandlung durch eine Bildung eines eutektischen Gemisches. Die elektrolytischen Umwandlung erfolgt vorzugsweise mit Vorteil bei 355°C.According to the invention, the further metal chloride may comprise potassium chloride (KCl). Advantages then arise with regard to the temperature of the electrolytic conversion by formation of a eutectic mixture. The electrolytic conversion is preferably carried out at 355 ° C with advantage.
In einer weiteren Verfahrensführung kann der gewonnene Ammoniak (NH3) zur Bestimmung der Ammoniakausbeute einer quantitativen Analyse zugeführt werden.In a further process procedure, the ammonia (NH 3 ) obtained can be used to determine the ammonia yield for a quantitative analysis.
Die quantitative Analyse umfasst ein Destillationsverfahren mit einem Austreiben von Ammoniak aus einer wässrigen Lösung und eine Kondensation in einer Salzsäure-Lösung umfasst. Das Destillationsverfahren ist vorzugsweise eine Wasserdampfdestillation.The quantitative analysis involves a distillation process comprising expelling ammonia from an aqueous solution and comprising condensation in a hydrochloric acid solution. The distillation process is preferably a steam distillation.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Kondensation, insbesondere Wasserdampfdestillation eine Neutralisierung der Salzsäure, wobei die Menge des Ammoniaks ist aus einer Differenz der Stoffmenge an Salzsäure vor und nach der Wasserdampfdestillation bestimmbar.In another embodiment of the process according to the invention, the condensation, in particular steam distillation, comprises neutralization of the hydrochloric acid, the amount of ammonia being determinable from a difference in the molar amount of hydrochloric acid before and after the steam distillation.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich vorzugsweise durch eine Herstellung des Metallchlorids, insbesondere Alkalimetallchlorids und eine Isolierung des Ammoniaks (NH3) aus einer wässrigen Lösung auszeichnen.The process according to the invention may preferably be distinguished by a preparation of the metal chloride, in particular alkali metal chloride, and an isolation of the ammonia (NH 3 ) from an aqueous solution.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Lithium durch zusätzliche Schritte aufgearbeitet und wiederverwertet. Dadurch kann der Bedarf an Lithium gering gehalten werden. Bei dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, das Lithium in einem geschlossenen Kreislauf zu führen. Durch eine solche Wiederverwendung des Lithiums wird mit Vorteil vermieden, Lithium immer wieder neu in den Verfahrensablauf zugeben zu müssen.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the lithium is worked up by additional steps and recycled. As a result, the demand for lithium can be kept low. In this embodiment of the method according to the invention, it is possible to conduct the lithium in a closed circuit. Such a reuse of the lithium advantageously avoids having to add lithium to the process again and again.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei auf die in unterschiedlichen Maßstäben gehaltenen und zum Teil schematisch stark vereinfachten Figuren Bezug genommen wird. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments, reference being made to the figures held at different scales and in some cases greatly simplified. Show it:
Bei einem in
Elektrolyseelectrolysis
-
2LiCl → 2Li + Cl2 6Li + N2 → 2Li3N 1 dargestellt ist gemäß der folgenden ReaktionsgleichungLi3N + 3H2O → NH3 + 3LiOH LiOH + HCl → LiCl + H2O 2LiCl → 2Li + Cl 2 next step 2 under a N 2 atmosphere as follows6Li + N 2 → 2Li 3 N process step 3 in1 is shown according to the following reaction equationLi 3 N + 3H 2 O → NH 3 + 3LiOH step 4LiOH + HCl → LiCl + H 2 O
Zur Herstellung von Lithiumnitrid wird erfindungsgemäß elementares Lithium benötigt, welches mittels einer Schmelzflusselektrolyse aus dem Lithiumchlorid gewonnen wird. Dabei wird Kaliumchlorid hinzugesetzt, um ein eutektisches Gemisch zu erzeugen, das eine deutlich niedrigere Schmelztemperatur aufweist als reine Salze. So liegt der Schmelzpunkt von Lithiumchlorid (LiCl) bei 605°C, wohingegen der Schmelzpunkt des Kaliumchlorids 770°C beträgt. Das Kalium wird bei der Elektrolyse nicht an der Kathode abgeschieden, da es ein niedrigeres Elektrodenpotential besitzt und somit nur das gewünschte Lithium aus der Elektrolyse hervorgeht. Für einen möglichst niedrigen Energieverbrauch muss der Schmelzpunkt so tief wie möglich gesetzt werden. Daher werden erfindungsgemäß Massenanteile von 52% Lithiumchlorid und 48% Kaliumchlorid verwendet, um eine eutektische Mischung zu erhalten, die Schmelztemperatur so auf ein Minimum von 352°C zu senken und ein Verflüssigen beider Komponenten bei der gleichen Temperatur zu erreichen.For the production of lithium nitride elemental lithium is required according to the invention, which is obtained by means of a fused-salt electrolysis of the lithium chloride. In this case, potassium chloride is added to produce a eutectic mixture, which has a much lower melting temperature than pure salts. Thus, the melting point of lithium chloride (LiCl) is 605 ° C, whereas the melting point of potassium chloride is 770 ° C. The potassium is not deposited at the cathode during the electrolysis because it has a lower electrode potential and thus only the desired lithium from the electrolysis results. For the lowest possible energy consumption, the melting point must be set as low as possible. Therefore, according to the invention, proportions by mass of 52% lithium chloride and 48% potassium chloride are used to obtain a eutectic mixture, to lower the melting temperature to a minimum of 352 ° C and to liquefy both components at the same temperature.
Wie schematisch in
Ein der Eisenelektrode
Mit der über einen nicht gezeigten Transformator regelbaren Gleichspannungsquelle
Nach hinreichender Zeit kann der Strom abgestellt werden. Das Lithium, welches sich in Form eines Tropfens an der Elektrode gesammelt hat, kann so aus der Schmelze genommen werden. Das restliche Lithium, welches aufgrund seiner geringeren Dichte auf der Oberfläche der Schmelze schwimmt, kann mithilfe eines Verbrennungslöffels entnommen werden. Das Metall wird sofort in Paraffinöl gegeben, um eine Oxidation an der Luft zu verhindern. Zum Schutz vor noch flüssigem und möglicherweise beim Eintauchen spritzenden Lithium müssen übliche Schutzmaßnahmen ergriffen werden. Da nur ein geringer Teil des Lithium-Metalls an der Elektrode haftet, ist ein Einsatz des Verbrennungslöffels zur Erhöhung der Ausbeute vorteilhaft. Das entstandene Lithium wird nun direkt an der Kathode durch angefeuchtetes Phenolphthalein-Papier nachgewiesen. Dabei reagiert es mit dem Wasser auf dem Papier zu Lithiumhydroxid, das einen Farbumschlag des Indikators verursacht.After sufficient time, the power can be turned off. The lithium, which has collected in the form of a drop at the electrode, can be taken out of the melt. The remaining lithium, which floats on the surface of the melt due to its lower density, can be removed using a combustion tray. The metal is immediately poured into paraffin oil to prevent oxidation in the air. To protect against still liquid lithium, which may splash when immersed, usual protective measures must be taken. Since only a small portion of the lithium metal adheres to the electrode, use of the combustion spoon to increase the yield is advantageous. The resulting lithium is now detected directly on the cathode by moistened phenolphthalein paper. It reacts with the water on the paper to lithium hydroxide, which causes a color change of the indicator.
Durch eine Verwendung des Verbrennungslöffels zur Entnahme des flüssigen Lithiumanteils kann bei der Schmelzflusselektrolyse die Ausbeute etwa verdoppelt werden. Allgemein kann jedoch gesagt werden, dass erfindungsgemäß ein Ertrag von einer Laufzeit der Apparatur abhängt, da die Bildung des elementaren Lithiums von dem Elektronenfluss abhängt. Der Vorteil einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Industrieanlage liegt darin, dass diese dauerhaft in Betrieb ist und Salz regelmäßig nachgegeben werden kann. Dadurch wird nur noch verhältnismäßig wenig Energie benötigt, zum Aufschmelzen des Salzes benötigt. Weiter kann das Lithium ständig abgeschöpft werden. Durch eine solche Dimensionierung wäre es auch erheblich leichter, das Metall frei von Verunreinigungen durch Kaliumchlorid aus der Schmelze zu nehmen. By using the combustion spoon to remove the liquid lithium fraction, the yield can be approximately doubled in fused-salt electrolysis. In general, however, it can be said that, according to the invention, a yield depends on a running time of the apparatus, since the formation of elemental lithium depends on the flow of electrons. The advantage of carrying out the method according to the invention with an industrial plant is that it is permanently in operation and salt can be added regularly. As a result, only relatively little energy is needed to melt the salt needed. Next, the lithium can be constantly skimmed off. By such a dimensioning, it would also be much easier to remove the metal from the melt free of impurities by potassium chloride.
Wie in
Erfindungsgemäß werden zur Erwärmung des Stickstoffgases wenigstens zwei Dimrothkühler
Der Dreihalskolben
Das gewonnene Lithiumnitrid wird erfindungsgemäß in einen mit Wasser befüllten und fast geschlossenen Erlenmeyerkolben gegeben. Trotz der für Lithiumnitrid untypischen weißen Farbe der Probe reagiert das Lithiumnitrid in Kontakt mit Wasser geahnt heftig und hydrolysiert unter Bildung von Lithiumhydroxid und Ammoniak. Die Lösung weist einen mittels üblicher pH-Meter gemessenen pH-Wert von 14 auf. Die Lösung ist eine anorganische Superbase, welche sich dadurch definiert, dass sie eine stärkere Base als Natriumhydroxid ist. Eine Bildung von Wasserstoff, die auf eine Reaktion von nicht vollständig zu Lithiumnitrid reagiertem Lithium mit Wasser zu Lithiumhydroxid und Wasserstoff zurückzuführen wäre, kann durch eine Knallgasprobe ausgeschlossen werden. Weiter wird nach der Reaktion ein starker Ammoniakgeruch vernommen.The recovered lithium nitride according to the invention is placed in a water-filled and almost closed Erlenmeyer flask. Despite the atypical white color of the sample being lithium nitride, the lithium nitride, in contact with water, unexpectedly violently reacts and hydrolyzes to form lithium hydroxide and ammonia. The solution has a measured by conventional pH meter pH of 14. The solution is an inorganic superbase defined by being a stronger base than sodium hydroxide. Hydrogen formation, which would be due to a reaction of lithium which is not fully lithium nitride-reacted with lithium to form lithium hydroxide and hydrogen, can be precluded by a sample of a nugatory gas. Furthermore, a strong smell of ammonia is heard after the reaction.
In Tabelle 1 werden Ergebnisse zweier unterschiedlicher Aufbauten des Lithiumnitid-Reaktors dargestellt. Wie aus einem Vergleich der Ergebnisse ersichtlich ist, hat eine Veränderung des Lithiumnitridreaktors nach einem ersten Aufbau zu einer verbesserten Umsetzung des Lithiums zu Lithiumnitrid geführt. Angegeben sind die verwendete Menge des Lithium-Metalls, die Masse der Probe nach Ende des Versuchs sowie die daraus resultierende Umsetzung des Lithiums zu Lithiumnitrid in Prozent. Tabelle 1
Es entstehen keine Verluste durch nicht reagiertes Lithium, da es in Wasser zu Lithiumhydroxid reagiert, welches im nächsten Schritt weiter in Lithiumchlorid umgesetzt wird. Die Ausbeute kann durch Aufschmelzen des Lithium-Metalls erhöht werden. Nachteilig dabei ist, dass dann verwendete, unter Spannung durch wieder erkaltetes Lithiumnitrid stehende Dreihalskolben rissig werden und damit unbrauchbar sind.There are no losses due to unreacted lithium, since it reacts in water to lithium hydroxide, which is further reacted in the next step in lithium chloride. The yield can be through Melting of the lithium metal can be increased. The disadvantage here is that then used under tension by again cooled lithium nitride standing three-necked flask are cracked and thus are useless.
Eine der aus den beschriebenen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens hervorgehende Probe wird für eine Reaktion des Lithiumnitids mit Wasser weiterverwendet, deren theoretische Ammoniak- und Lithiumhydroxidfreisetzung in Tabelle 2 dargestellt ist. Tabelle 2
Der Versuch wird einmalig durchgeführt, weil keine Vergleichswerte benötigt werden, da eine vollständige Umsetzung des Lithiumnitrids zu erwarten ist.The experiment is carried out once, because no comparative values are needed, since complete conversion of the lithium nitride is to be expected.
Die Lösung aus Wasser, Ammoniak und Lithiumhydroxid dient als Ausgangsstoff für einen nächsten Verfahrensschritt. Die Lösung wird dabei zunächst erwärmt, wodurch der Ammoniak ausgetrieben und abgefangen wird. Das Ammoniak-Gas wird in einen Dimrothkühler geleitet und in kondensierter Form aufgefangen. Die restliche Lösung wird nun mit Salzsäure versetzt, worauf das Lithiumhydroxid zu Lithiumchlorid reagiert und ohne weiteres Abfangen des Dampfs erhitzt wird, bis Lithiumchlorid-Salz als kristalliner Feststoff zurückbleibt. Das entstandene Lithiumchlorid kann jetzt aus dem Glas entfernt werden und gemörsert erneut für die Elektrolyse verwendet werden.The solution of water, ammonia and lithium hydroxide serves as starting material for a next process step. The solution is first heated, whereby the ammonia is expelled and intercepted. The ammonia gas is passed into a Dimroth cooler and collected in condensed form. Hydrochloric acid is added to the remaining solution, whereupon the lithium hydroxide reacts to lithium chloride and is heated without further trapping of the vapor until lithium chloride salt remains as a crystalline solid. The resulting lithium chloride can now be removed from the glass and mortared reused for the electrolysis.
Eine quantitative Auswertung der Ammoniakausbeute erfolgt wie nachfolgend beschrieben. Die Konzentration des im vorigen Schritt aufgefangenen Ammoniaks ist unbekannt, da durch das Erwärmen der Lösung ebenfalls Wasserdampf mitgenommen wurde. Der Ammoniak-Gehalt wird in Anknüpfung an das Verfahren der „Kjeldahlschen Stickstoffbestimmung” quantitativ bestimmt. Dabei lässt man Stickstoffverbindungen in einer Probe mit Schwefelsäure zu Ammoniumsulfat reagieren, welches in einem Überschuss an Schwefelsäure gelöst vorliegt. Diese wird mittels einer Base wie Natriumhydroxid unter Bildung von Ammoniak neutralisiert. Das erfindungsgemäß genutzte Verfahren setzt an dieser Stelle ein, da der Ammoniak bereits vorliegt.A quantitative evaluation of the ammonia yield is carried out as described below. The concentration of the ammonia collected in the previous step is unknown since steam was also carried along by heating the solution. The ammonia content is determined quantitatively by reference to the method of "Kjeldahl's nitrogen determination". Nitrogen compounds in a sample are allowed to react with sulfuric acid to form ammonium sulfate, which is dissolved in an excess of sulfuric acid. This is neutralized by means of a base such as sodium hydroxide to form ammonia. The process used according to the invention starts at this point, since the ammonia already exists.
Wie in
Bei der Herstellung des Lithiumchlorids wird das zuvor gebildete Lithiumhydroxid mit Salzsäure versetzt und ausgekocht. Ein Rückstand wird gewogen. Tabelle 3
In Tabelle 3 festgehaltene Versuchsergebnisse zeigen, dass auch in diesem Teilschritt eine fast vollständige Umsetzung möglich ist, weshalb dieser Versuch trotz der einfachen Methode theoretisch optimiert ist.Test results recorded in Table 3 show that even in this partial step, an almost complete conversion is possible, which is why this experiment is theoretically optimized despite the simple method.
Ein Abfangen des Ammoniaks ist bei der Größenordnung der Probe mit den eingesetzten Mitteln nicht möglich gewesen, weshalb sich eine quantitative Auswertung der Ammoniakausbeute auf einen Blindversuch zur Genauigkeit der verwendeten Methode beschränkt:
Folgende Angaben zu den verwendeten Chemikalien werden dargelegt:
Probe: 10 ml NH3 (0,2 mol/L), Vorlage: 100 ml HCl (0,2 mol/L)
Neutralisation (leichte Färbung des Indikators): 18,2 ml NaOH (1 mol/L)
(benötigte Molmenge NaOH für eine Neutralisierung, Molmengen der HCl-Vorlage)
The following information on the chemicals used is given:
Sample: 10 ml NH 3 (0.2 mol / L), original: 100 ml HCl (0.2 mol / L)
Neutralization (slight coloration of the indicator): 18.2 ml NaOH (1 mol / L)
(required molar amount of NaOH for neutralization, molar amounts of the HCl template)
Die Ergebnisse zeigen, dass das erfindungsgemäße Verfahren zuverlässig ist und bei weiteren Tests mit Ammoniaklösungen unbestimmter Zusammensetzung deren Konzentrationen genau angegeben werden kann.The results show that the method according to the invention is reliable and its concentrations can be specified precisely in further tests with ammonia solutions of indeterminate composition.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die in vielfacher Art und Weise abgeändert werden können. So kann anstelle des Dreihalskolbens (
Anstelle des Walzens des Lithium-Metalls kann erfindungsgemäß auch ein Pressen des Lithium-Metalls zu dünnen Blättern eingesetzt werden, um eine Vergrößerung der Oberfläche zu erreichen.Instead of rolling the lithium metal can be used according to the invention also a pressing of the lithium metal to thin sheets in order to achieve an enlargement of the surface.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist anhand einer Durchführung unter Versuchslabormäßigen Bedingungen beschrieben worden. Es versteht sich aber, dass die Erfindung auch weitere, in einem großtechnisch einsetzbaren Verfahren benutzbare Maßnahmen bzw. Gerätschaften umfassen kann. Entsprechend sind die vorliegend beschriebenen Mittel auf verfahrenstechnisch entsprechende Mittel für einen industriellen Einsatz in chemischer Verfahrens- bzw. Produktionstechnik analog übertragbar.The process according to the invention has been described on the basis of a performance under experimental laboratory conditions. It is understood, however, that the invention may also comprise other measures or equipment that can be used in an industrially applicable process. Accordingly, the agents described herein are analogous to procedural corresponding means for industrial use in chemical process or production technology transferable.
So versteht es sich beispielsweise auch, genaue Mengenverhältnisse der Edukte der zugrundeliegenden Reaktionen zu berechnen und experimentell stärker zu berücksichtigen, um Verluste gering zu halten und den Herstellungsprozess noch Ressourcen-schonender ausgestalten zu können. So könnten etwa Versuchsreihen in größeren Maßstäben angesetzt werden, um die Effizienz zu verbessern. Beispielsweise bei einer industriellen Anlage zur Schmelzflusselektrolyse oder bei einem Verwenden von aufgeschmolzenem Lithium zur Lithiumnitridproduktion.For example, it is also possible to calculate the exact proportions of the reactants of the underlying reactions and to consider them more experimentally in order to minimize losses and to make the production process even more resource-conserving. For example, larger series of tests could be used to improve efficiency. For example, in an industrial plant for fused-salt electrolysis or when using molten lithium for lithium nitride production.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021004440A1 (en) | 2021-09-01 | 2023-03-02 | Karsten Olbricht | Process for the production of ammonia from nitrogen and hydrogen |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050087449A1 (en) * | 2002-03-04 | 2005-04-28 | Adrian Denvir | Electrochemical synthesis of ammonia |
US20120241328A1 (en) * | 2011-03-23 | 2012-09-27 | Joshi Ashok V | Ammonia synthesis using lithium ion conductive membrane |
EP2610214A1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-03 | King Saud University | Method for converting nitrogen (N2) into ammonia and/or nitrate |
-
2016
- 2016-02-26 DE DE102016002413.5A patent/DE102016002413A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050087449A1 (en) * | 2002-03-04 | 2005-04-28 | Adrian Denvir | Electrochemical synthesis of ammonia |
US20120241328A1 (en) * | 2011-03-23 | 2012-09-27 | Joshi Ashok V | Ammonia synthesis using lithium ion conductive membrane |
EP2610214A1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-03 | King Saud University | Method for converting nitrogen (N2) into ammonia and/or nitrate |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Wikipedia – die freie Enzyklopädie, Stichwort: Schmelzflusselektrolyse; Version online am 16.01.2016; URL: https://de.wikipedia.org; [abgerufen am 04.10.2016] * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021004440A1 (en) | 2021-09-01 | 2023-03-02 | Karsten Olbricht | Process for the production of ammonia from nitrogen and hydrogen |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |