Für die Ammoniakherstellung
benötigt man Stickstoff und Wasserstoff im Verhältnis 1 : 3.
Im Prinzip wäre es möglich, Stickstoff aus der Luft durch Tieftemperaturdestillation
(analog der Gewinnung des Stickstoffs zum Abfüllen von Stahlflaschen)
und Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser zu gewinnen. Dieser Weg ist
aber für die großtechnische Verwendung viel zu teuer.
Stickstoff wird aus Luft gewonnen.
Dazu wurde früher der darin enthaltene Sauerstoff z. B. mit Kohlenstoff
zu Kohlenstoffdioxid umgesetzt. Nach Abtrennen des 
,
das mit Wasser ausgewaschen werden kann, bleibt Stickstoff zurück.
Wasserstoff wurde anfangs aus Kohle und Wasser gewonnen, was kostengünstiger ist als die Elektrolyse von Wasser.
Nach Umwandlung (Konvertierung) von 
kann letzteres wieder durch Waschen abgetrennt werden.
Steamreforming
Wesentlich günstiger ist es, anstelle von Kohle oder Erdölfraktionen
dafür Erdgas (Methan)
einzusetzen, da durch die Mitnutzung des Wasserstoffanteils aus
Methan Wasserstoff viel effektiver bereitgestellt werden kann. Daher wird
im überwiegenden Fall das Synthesegas
für die Ammoniaksynthese aus Erdgas (Methan), Wasserdampf und Luft
hergestellt.
Dieser Prozess - auch als Steamreforming
bezeichnet - wird hier beschrieben (Bild 2).
1. Erdgas wird im Kompressor (1) komprimiert. Alle Stufen laufen bei einem Druck von 2 - 3 MPa ab.
2. Methan wird mit Wasserdampf im Primärreformer (2) an einem Nickelkatalysator bei 750°C umgesetzt.
Das Mengenverhältnis Methan : Wasserdampf ist so gewählt, dass etwa 10% des Methans nicht umgesetzt werden. Die Wärme für die endotherme Reaktion wird durch externe Beheizung des Reaktors zugeführt.
3. Im zweiten Reaktionsschritt wird Luft zugemischt. Diese reagiert mit dem noch vorhandenen Methan im Sekundärreformer (3) an einem Nickelkatalysator bei ca. 1100°C zu einem Gemisch aus Kohlenstoffmonooxid und Kohlenstoffdioxid.
4. Nach Abkühlen in einem Wärmetauscher wird Kohlenstoffmonooxid im CO-Konverter (Konvertierungsreaktor) (4) vollständig in Kohlenstoffdioxid überführt.
Die Konvertierung läuft in zwei Stufen ab, zuerst an einem Eisenoxid / Chromoxidkontakt bei 350°C, danach an einem Zinkoxid / Kupferoxidkontakt bei 250°C. Man gewinnt dabei zusätzlich Wasserstoff.
5. Kohlenstoffdioxid wird anschließend in einem Wäscher (5)
entfernt. Als Waschmittel kann z. B. kaltes Methanol eingesetzt werden,
worin sich
besser als in Wasser löst. Beim Erwärmen wird
aus Methanol wieder freigesetzt und kann beispielsweise mit Ammoniak zur
Herstellung von Harnstoff (Stickstoffdünger)genutzt werden.
Ein anderes eingesetztes Waschmittel ist eine Kaliumcarbonatlösung
Im Wäscher liegt das Gleichgewicht bei tiefen Temperaturen (40 -
50°C) auf der Seite des Hydrogencarbonats, Kohlenstoffdioxid wird
also absorbiert. Beim Erwärmen der Lösung im Regenerator auf
etwa 100°C verschiebt sich das Gleichgewicht auf die Seite des Carbonats.
Das
wird ausgetrieben und die Carbonatlösung im Kreislauf in den Wäscher
zurückgeführt.
Alle Teilschritte sind so aufeinander abgestimmt, dass nach dem
- Wäscher ein Gasgemisch mit einem 
- Verhältnis von 1 : 3 anfällt, das direkt zur Ammoniaksynthese
eingesetzt werden kann.