terug
In de kraakoven vinden twee reacties plaats:
CH4 + H2O → CO + 3 H2 (reactie 1)
CO + H2O → CO2 + H2 (reactie 2)
Beide reacties treden niet volledig op.
De temperatuur in de kraakoven is ongeveer 800 ºC.
Het warmte-effect van reactie 1 is tegengesteld aan het warmte-effect van reactie 2. Daarom is het op voorhand niet te voorspellen of de kraakoven moet worden verhit of gekoeld om deze op een constante temperatuur te houden.
Bereken de reactiewarmte van reactie 1 en de reactiewarmte van reactie 2 in J per mol H2O.
Vraag 7
Ammoniak wordt bereid uit een mengsel van stikstof en waterstof in de
molverhouding N2: H2 = 1 : 3. Dit gasmengsel, ook wel synthesegas genoemd,
wordt in de ammoniakfabriek gemaakt uit aardgas, water en lucht. Op de
volgende pagina’s staat een beschrijving met bijbehorend blokschema van een
productieproces van ammoniak. De beschrijving en het blokschema zijn
ontleend aan een brochure van DSM.
brochure
| In de nieuwe ammoniakfabriek 3 - kortweg AFA 3 genaamd - wordt uit de
grondstoffen aardgas, water en lucht ammoniak gemaakt. Uit deze grondstoffen
wordt een gasmengsel gesynthetiseerd dat bestaat uit stikstof en waterstof in de
verhouding 1 : 3. Uit dit gasmengsel, synthesegas genaamd, wordt ammoniak gemaakt. Het productieproces van ammoniak kan in de volgende zeven stappen worden onderverdeeld:
Aardgas (dat voor ongeveer 88% uit methaan bestaat) en stoom worden in een kraakoven omgezet in waterstof, koolstofmonooxide en koolstofdioxide. Vervolgens wordt lucht aan het gasmengsel toegevoerd in de zogenoemde naverbrander om de benodigde stikstof in te brengen en de resterende methaan te kraken. Het ruwe gasmengsel dat de naverbrander verlaat, bestaat uit waterstof, stikstof, koolstofmonooxide, koolstofdioxide en stoom. Stap 2 De koolstofmonooxide in het ruwe gasmengsel wordt met stoom en onder invloed van een katalysator omgezet in koolstofdioxide. Stap 3 In een waskolom worden koolstofdioxide en water uit het gasmengsel verwijderd met behulp van een wasvloeistof. De wasvloeistof wordt vervolgens in druk verlaagd, waarbij de opgenomen koolstofdioxide weer vrijkomt. De wasvloeistof wordt daarna door een zogeheten stripper gevoerd, waar de laatste resten koolstofdioxide eruit worden verwijderd. De vloeistof wordt vervolgens teruggepompt naar de waskolom. Stap 4 Na stap 3 noemt men het verkregen gas synthesegas. Dit gas bevat nog resten koolstofmonooxide en koolstofdioxide. Om die resten te verwijderen, wordt het gasmengsel over een zogenoemde methaniseringsinstallatie geleid, waarbij de gassen samen met een klein gedeelte van de aanwezige waterstof reageren tot methaan en waterdamp. Stap 5 Het synthesegas afkomstig uit stap 4 wordt op de gewenste druk van 210 bar gebracht. Stap 6 Het hogedruk mengsel van waterstof en stikstof wordt toegevoerd aan de synthesereactor waarin het reageert tot gasvormige ammoniak. Ook deze reactie vindt plaats onder invloed van een katalysator. Stap 7 Het is onmogelijk alle waterstof en stikstof in één keer om te zetten in ammoniak. Daarom bevat de gasstroom uit de reactor behalve ammoniak ook nog waterstof en stikstof. Door het afkoelen van de gasstroom tot – 23 graden Celsius wordt de gevormde ammoniak vloeibaar en kan uit de gasstroom worden afgescheiden. Het resterende waterstof/stikstof-mengsel wordt teruggevoerd naar de synthesereactor. blokschema  |
CH4 + H2O → CO + 3 H2 (reactie 1)
CO + H2O → CO2 + H2 (reactie 2)
Beide reacties treden niet volledig op.
De temperatuur in de kraakoven is ongeveer 800 ºC.
Het warmte-effect van reactie 1 is tegengesteld aan het warmte-effect van reactie 2. Daarom is het op voorhand niet te voorspellen of de kraakoven moet worden verhit of gekoeld om deze op een constante temperatuur te houden.
Bereken de reactiewarmte van reactie 1 en de reactiewarmte van reactie 2 in J per mol H2O.