INDUSTRIA DEL AMONIÁCOQUÍMICA INDUSTRIAL INORGÁNICA

INTRODUCCIÓNEl amoniaco es un compuesto químico cuya molécula consiste en un átomo de nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H) de acuerdo a la fórmula NH3. Naturalmente se encuentra en estado gaseoso, no presenta colorantes, es de olor muy fuerte y fatigoso, es uno de los compuestos que ayudan tanto a que la naturaleza como la industria y la población cumplan con su función.

La mayor parte del amoníaco producido en plantas químicas es usado para fabricar abonos y para su aplicación directa como abono.

Cuando el amoniaco es producido o elaborado a nivel industrial todo va a depender de la planta donde va hacer elaborado, el proceso más usado es el Haber- Bosch.

OBJETIVOS

• El objetivo primordial de este trabajo es explicar de forma general el proceso productivo que tienen las industrias para la obtención del amoniaco.

•Mostrar características y efecto que tiene este compuesto químico.

• Dar a conocer los usos y aplicaciones que tiene esta sustancia química; a favor y en contra de las personas.

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AMONIACO (NH3)

• Los alquimistas medievales lo obtenían calentando en retornas pezuñas y cuernos.

• Otros lo conseguían calentando orina con sal común y tratando el producto con álcalis.

• En 1785, Berthollet demostró que el amoníaco es un compuesto de nitrógeno e hidrógeno.

• El amoníaco se encuentra donde hay descomposición de materia orgánica como consecuencia de las alteraciones químicas que experimentan las sustancias nitrogenadas.

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COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA

• En el amoniaco tenemos átomos de hidrógeno unidos al nitrógeno, que es un átomo pequeño y electronegativo, por lo que el amoniaco presentará enlaces intermoleculares de puentes de hidrógeno al igual que la molécula de agua. Este tipo de enlace provoca que sus puntos de fusión y ebullición, al calor de vaporización, etc. Sean anormalmente altos.

• Según la Teoría de repulsión entre pares de electrones de la capa de valencia , los pares electrónicos de valencia del nitrógeno en la molécula se orientan hacia los vértices de un tetraedro Existe un par solitario, por lo que la geometría de la molécula es piramidal trigonal.

INFORMACIÓN GENERAL

• La mayor parte (más del 80 %) del amoníaco producido en plantas químicas es usado para fabricar fertilizantes, mientras que el restante se emplea en distintas aplicaciones industriales, como la producción, plásticos, fibras, explosivos, hidracina, aminas, amidas, nitrilos y otros compuestos orgánicos de nitrógeno que sirven de productos intermedios en la fabricación de tintes y productos farmacéuticos

EN LA INDUSTRIA QUÍMICAEntre los productos inorgánicos que se fabrican a partir del amoniaco destacan el ácido nítrico, la úrea y el cianuro de sodio.

En 2003, la capacidad mundial de producción de amoniaco alcanzó los 109 millones de toneladas. La mayor parte de esta capacidad se encontraba en las regiones que se enumeran a continuación:

• Asia (46 % de la capacidad mundial)

• Europa del Este y Asia central (14 %)

• América del Norte (11 %)

• Europa occidental (9 %)

• Oriente Próximo (7 %)

• América Latina (6 %)

• Europa central (4 %)

• África (1 %)

• Oceanía (1 %)

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CARÁCTERÍSTICAS GENERALES

• Es un gas incoloro de característico olor sofocante.

• Puede licuarse a temperaturas ordinarias.

• Es muy soluble en agua y el volumen del líquido incrementa notablemente; .

• Tiene carácter básico:• NH3 + H2O NH4

+ +OH–

• A partir de los 400-450 ºC empieza a descomponerse en N2 y H2.

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MÉTODO: PRODUCCIÓN DE AMONIACO POR BIOTECNOLOGÍA

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FLOWSHEET

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SÍNTESIS CATÁLICA( PROCESO DE HABER BOSCH )

• N2 + 3 H2 2NH3 ; H = –92,4 kJ

• El rendimiento del amoníaco disminuye al aumentar la temperatura, pero la reacción es muy lenta por eso se necesita un catalizador (una mezcla con hierro, molibdeno y Al2O3).

• La temperatura de compromiso es de 450 ºC.

• Para que se aproveche industrialmente la reacción ha de realizarse a altas presiones (200 a 1000 atm).

• El hidrógeno y el nitrógeno que se usan deben ser puros, para evitar el envenenamiento del catalizador.

MATERIAS PRIMAS

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PRODUCCIÓN DEL AMONIACO

PASOS A SEGUIR EN EL PROCESO

Desulfuración

Reformador primario y secundario

Conversión catalítica

Eliminación del Co2-

Metanización

Compresión y Síntesis de NH3

I. DESULFURACIÓN

El catalizador utilizado en el proceso de reformado con vapor es muy sensible a los compuestos de azufre que, por lo tanto, se deben reducir hasta alcanzar una concentración menor a 0,15 mg de S/Nm3 en el gas de alimentación. Para ello, el gas de alimentación se precalienta entre 350 ºC y 400 ºc.

II.REFORMADO PRIMARIO

El índice de conversión de hidrocarburo en el reformador primario de una planta de reformado convencional con vapor se sitúa en torno al 60 %. En conjunto, la reacción es muy endotérmica:

CH4 + H2O CO + 3H2 H0 = 206 kJ/mol

El gas procedente del desulfurador se mezcla con vapor de agua y la mezcla precalentada se introduce en el reformador primario a una temperatura de entre 400 ºC y 600 ºC.

El reformador primario está formado por un gran número de tubos llenos de catalizador. En algunas plantas nuevas o modernizadas, la mezcla de vapor precalentado y gas atraviesa un pre-reformador adiabático y, a continuación, se vuelve a calentar en la sección de convección.

III.REFORMADO SECUNDARIOEl objetivo principal del reformado secundario es añadir el nitrógeno necesario para la síntesis y para completar la conversión de la alimentación de hidrocarburo

Para ello, se efectúa una combustión interna de parte del gas de reacción antes de que atraviese los catalizadores que contienen níquel y, de este modo, se obtiene el calor de reacción y la temperatura necesarios.

Ejemplo de una sección radiante de un reformador y un reformador secundario.

(1) Colector de entrada, (2) Quemadores, (3)

Tuberías del reformador, (4) Colector de

salida, (5) entrada de aire de proceso, (6)

Lecho catalizador, (7) Salida de gas.

IV.CONVERSIÓN CATALÌTICA

El gas de proceso del reformador secundario contiene entre un 12 % y un 15 % de CO (gas seco).

La mayor parte de este CO se convierte en CO2 y H2 en la sección catalítica a través de esta reacción:

CO + H2O CO2 + H2 H0 = - 41 kJ/mol

El gas que sale del reactor catalítico de baja temperatura se enfría y, después de condensar y eliminar la mayor parte del exceso de vapor, se envía a un sistema de eliminación de CO2.

Este paso es necesario para prevenir la dilución del disolvente de eliminación de CO2 y mantener un correcto balance de equilibrio.

V. ELIMINACIÓN DEL CO2

Esta etapa del proceso elimina el CO2 del gas de reacción, cuya cantidad equivale a casi todo el carbono introducido como gas de alimentación en el proceso. El contenido de CO2 residual suele variar entre 50 y 3000 ppmv. El CO2 se elimina mediante un proceso de absorción química o física

Este se hace pasar por dos torres a baja presión para desorber el CO2, el bicarbonato pasa a carbón liberando CO2. (Subproducto- para fabricación de bebidas refrescantes).

VI. METANIZACIÓN

Las pequeñas cantidades de CO y CO2 que permanecen en el gas de síntesis pueden envenenar el catalizador de síntesis del amoniaco y, por lo tanto, se deben eliminar. El proceso más habitual es la conversión en CH4 mediante hidrogenación en el metanizador.

CO + 3H2 CH4 + H2O H = -206 kJ/mol

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O H = -165 kJ/mol

Estas reacciones se producen a una temperatura de unos 300 ºC en un reactor lleno de un catalizador a base de níquel.

VII. COMPRESIÓN

En las instalaciones modernas de producción de amoniaco se utilizan compresores centrífugos para presurizar el gas de síntesis hasta conseguir el nivel necesario (100 – 250 bar, 350 – 550 °C) para la síntesis del amoniaco.

Durante la etapa de compresión, una pequeña cantidad de condensado, que todavía contiene amoniaco, se elimina del gas de síntesis. Además, los aceites lubricantes del equipo mecánico, que se suelen eliminar en los separadores de aceite/agua, también los pueden contaminar.

VIII. SÍNTESIS DE NH3 Una vez que se obtiene el gas de síntesis necesario como materia prima, se procede a la producción de amoniaco propiamente dicha. Sin embargo, hemos de tener en cuenta que, con el proceso anterior, se obtiene un gas de síntesis con restos de CH4sin reaccionar que actúa como inerte. Por lo que es necesario recuperar este reactivo. A continuación el gas se comprime a la presión de 200 atm, y se lleva al reactor donde tiene lugar la producción del amoníaco, sobre un lecho catalítico de Fe.

La reacción no es completa en un solo paso por el reactor (tiene rendimiento del 14-15%). Por tanto, el gas de síntesis que no ha reaccionado se recircula al reactor pasando antes por dos operaciones:

• Extracción del amoníaco mediante una condensación.

• Eliminación de inertes mediante una purga, la acumulación de inertes es mala para el proceso. El gas de purga se conduce a la unidad de recuperación de donde se obtienen nuevamente N2 y H2 que se introducen de nuevo en el bucle de síntesis.

Una vez obtenido, el amoníaco se almacena en un tanque criogénico a -33ºC, el amoníaco que se evapora (necesario para mantener la temperatura) se vuelve a introducir en el tanque.

A continuación se presenta un diagrama general de la producción del amoniaco, donde queda reflejado el bucle de síntesis y los ciclos de compresión de productos.

PRINCIPALES EQUIPOS USADOS

PURIFICADORES

E001

COMPRESORES

E002

REACTORES

E003

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APLICACIONES

• Es uno de los productos químicos de mayor utilización industrial.

• Se usa en la fabricación de fertilizantes, fibras, plásticos, pegamentos, colorantes explosivos, productos farmacéuticos y ácido nítrico.

• La disolución del amoníaco se suele emplear en usos domésticos .

• También se utiliza en sopletes oxhídricos, en máquinas frigoríficas y en la fabricación del hielo.

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ASPECTOS GENERALES AMBIENTALES

• La mejor vía para la reducción de las emisiones, vertidos y residuos en general en la industria es su prevención en origen. La aplicación de técnicas de prevención de la contaminación mejora la eficiencia de los procesos e incrementa los beneficios a la vez que minimiza el impacto ambiental de la actividad. La minimización en origen puede hacerse de varias formas, ya sea reduciendo las entradas de materias primas y auxiliares, rediseñando el proceso, reutilizando productos secundarios, mejorando la gestión, reutilizando recursos como el agua, incrementando la eficiencia energética, substituyendo productos tóxicos y peligrosos por otros más benignos, etc. El uso de técnicas de prevención de la contaminación tiene muchas ventajas respecto a las soluciones a final de línea, es decir, la aplicación de las tecnologías de tratamiento final.

EFECTOS NOCIVOS• Inhalación :A concentraciones elevadas se produce

irritación de garganta, inflamación pulmonar, daño vías respiratorias, y ojos. A medida que aumenta la concentración puede llegar a producir edema pulmonar.

• Contacto con la piel: el amoníaco gaseoso puede producir irritación de la piel, sobre todo si la piel se encuentra húmeda. Se puede llegar a producir quemaduras y ampollas en la piel.

• Ingestión : puede causar destrucción de la mucosa gástrica, provocando severas patologías digestivas; pudiendo causar inclusive la muerte.

CONCLUSIONES• El amoniaco es uno de los compuestos más usados a nivel mundial. Gracias a su composición, es muy útil en el ámbito agrícola, doméstico, industrial.

• Asia es el continente que produce más amoniaco (50.14 millones de toneladas alcanzó en el 2003)

• El amoniaco es una sustancia nociva para la salud, en tanto se deben tomar en consideración las precauciones necesarias al trabajar con este compuesto.

RECOMENDACIONES• Construir las instalaciones para almacenar y gestionar el amoniaco

a una distancia segura de viviendas, escuelas, hospitales o cualquier zona donde pueda estar presente un número elevado de personas.

• Los contenedores deberán almacenarse lejos de fuentes de ignición y separados de otros químicos como oxidantes, ácidos y halógenos.

• Debe conocer con exactitud cuáles son las medidas de seguridad existentes, poniendo especial hincapié en las salidas de emergencia.

• Si Usted nota una fuga de gas amoníaco (se reconoce fácilmente por su olor quemante), abandone rápidamente el recinto de trabajo, desplácese a un lugar con aire fresco y guarde reposo.

WEBGRAFÍA

• 1. Proceso de Producción de Amoniaco. Método de Reformado de Vapor. Disponible en Internet: http://www.textos cienticicos.com.

• 2. Amoniaco. Disponible en Internet: http://www.textos cienticicos.com.

• 3. Alternativas de Prevención de la Contaminación en el Sector de la Química en Discontinuo. Centro de Actividad Regional para la Producción Limpia (CAR/PL). Plan de Acción para el Mediterráneo. España 2006.

• 4. http://www.galeon.com/quimica3cch/Haber-Bosh.html