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Tutorial MenueHomogene KatalyseLerneinheit 6 von 12

Monsanto-Verfahren

Kohlenmonoxid-Konvertierung

Kohlenmonoxid und Wasserdampf setzen sich in einer schwach exothermen Reaktion zu Kohlendioxid und Wasserstoff um:

CO+ H2O(g) Kat. H2+ CO2 Δ H = 41,2   kJ   mol-1

Diese Reaktion wird als Kohlenmonoxid-Konvertierung (engl.: water-gas shift reaction) bezeichnet. Das Gleichgewicht heißt Konvertierungs- oder Wassergas-Gleichgewicht. Die Gleichgewichtskonstante K besitzt bei 830 °C den Wert 1,0. Da es sich um eine exotherme Reaktion handelt, muss bei möglichst tiefen Temperaturen gearbeitet werden, um das Gleichgewicht nach rechts zu verschieben. Die Einstellung des Gleichgewichts erfolgt unter diesen Bedingungen sehr langsam und kann durch heterogene Katalysatoren beschleunigt werden:

Hochtemperaturkonvertierung (T = 350-380 °C, Restgehalt an CO 3-4 Vol-%) an Fe/Cr- oder Cr/Mo-haltigen Katalysatoren,

Tieftemperaturkonvertierung (T = 200-250 °C, Restgehalt an CO < 0.3 Vol-%) an Cu/Zn-haltigen Katalysatoren.

Es sind auch homogene Katalysatoren bekannt. In homogenkatalysierten Reaktionen, in denen Wasser zugegen ist und CO als Substrat verwendet wird, ist die Katalyse der Kohlenmonoxid-Konvertierung eine unerwünschte Nebenreaktion. Das trifft z.B. für den Monsanto-Prozess, die Hydrocarboxylierung von Olefinen und die Fischer-Tropsch-Synthese zu.

Der Mechanismus der Reaktion, wie er in den wesentlichen Schritten für Fe(CO)5 als Katalysator nachgewiesen ist, ist im folgenden Schema dargestellt.

Abb.

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