clase 8 fabricación de amoniaco
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PROCESOS QUIMICOS
ROOSVELTH CANTARO SOTELO
MG. ING. PETROQUIMICO
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CAPITULO N° 8
PRODUCCIÓN DE AMONIACO, DE ACIDO NITRICO Y NITRATOS
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PRODUCCIÓN DE AMONIACO
OBJETIVOS
Aprender e interpretar el proceso químico para la obtención del gas de síntesis.
Estudiar la composición de los compuestos contaminantes del gas Natural y sus posibles efectos dentro del proceso químico.
Reconocer los beneficios de la obtención del amoniaco a partir de sustancias con elevada cantidad de carbono como por ejemplo los hidrocarburos.
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PRODUCCIÓN DE AMONIACO
GENERALIDADES
El amoniaco, es uno de los productos intermedios más importantes de la industria química.
El 80% de su producción se destina a la fabricación de fertilizantes.
Acido nítrico
Explosivos
Plástico y textiles
Fertilizantes:
Nitrato amónico: NH4NO3
Sales amónicas: (NH4)2SO4, (NH4)3PO4
Urea: (NH2)2C=O
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PRODUCCIÓN DE AMONIACO
PROCEDENCIA Y DESTINO DEL AMONIACO
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PRODUCCIÓN DE AMONIACO
ETAPAS DE LA PRODUCCIÓN DEL AMONIACO
Desulfuración.
Reformado (Reforming).
Purificación.
Conversión.
Eliminación de CO2.
Metanización.
Síntesis.
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PRODUCCIÓN DE AMONIACO
DESULFURIZACIÓN
Materia prima: gas natural
Disminución del contenido de azufre en el gas natural.
Compuesto azufrados:
Mercaptanos (R-S-H)
Sulfuros (R-S-R)
Disulfuros (R-S-S-R)
Tiofenos
H2S,
Disulfuro de carbono (CS2)
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PRODUCCIÓN DE AMONIACO
DESULFURIZACIÓN
Formación de hidrocarburos puros.
Eliminación de los compuestos.
R-SH(g) + H2(g) → RH(g) + H2S(g) Hidrogenación
H2S(g) + ZnO(s) →H2O(v) + ZnS(s) Adsorción
También pueden usarse columnas de carbón activado
Co-Ni
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PRODUCCIÓN DE AMONIACO
REFORMADO CON VAPOR (STEAM REFORMING)
Producción industrial de hidrógeno
Las materias primas: vapor de agua y gas natural
El gas natural se pone en contacto con vapor de agua a 800°C y catalizadas con NiO.
CH4(g) + H2O(v) ↔CO(g) + 3H2(g) ΔH = 206 kJ/mol
CH4(g) + 2 H2O(v) ↔ CO2(g) + 4H2(g) ΔH = 166 kJ/mol
Producción del “Gas de Síntesis”
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PRODUCCIÓN DE AMONIACO
PURIFICACIÓN Y CONVERSIÓN
El gas antes de entrar a la reacción principal debe limpiarse de CO y CO2 , por eso se pasa a un convertidor que convierta el CO remanente en CO2.
CO(g) + H2O(v) ↔ CO2(g) + H2(g) ΔH = -41 kJ/mol
La reacción se lleva a cabo en dos pasos,
a). A aprox. 400°C con Fe3O4.Cr2O3 como catalizador ocurre un 75% de la conversión.
b). A aprox. 225°C con un catalizador más activo y más resistente al envenenamiento: Cu-ZnO es prácticamente la conversión completa.
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PRODUCCIÓN DE AMONIACO
ELIMINACIÓN DE CO2
El CO2 se elimina por adsorción con agua
Posteriormente por absorción química con solución de carbonato de potasio K2CO3 a contracorriente, formándose KHCO3 según:
K2CO3(ac) + CO2(g) + H2O(l) → 2KHCO3(ac)
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PRODUCCIÓN DE AMONIACO
METANIZACIÓN
El CO y CO2 remanentes se convierten en metano a 300°C y en presencia de catalizador de Ni.
CO(g) + 3H2(g) ↔ CH4(g) + H2O(v) ΔH = -49217 kJ/mol
CO2(g) + 4H2(g) ↔ CH4(g) + 2 H2O(v) ΔH = -13500 kJ/mol
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PRODUCCIÓN DE AMONIACO
SINTESIS DEL AMONIACO
El nitrógeno entra al proceso cuando se mezcla aire con gas de reformado primario lográndose una relación de 1:3 de N2/H2.
Ya en el reactor principal comprimido 150 – 300 atm (compresor centrífugo con turbina de vapor) y a 500°C sobre un lecho catalítico de Fe mezclado con promotores o activadores de óxido de potasio y soporte de Al2O3.
N2(g) + H2(g) ↔ NH3(g)
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PRODUCCIÓN DE AMONIACO
SINTESIS DEL AMONIACO POR REFORMADO DEL GAS NATURAL
R-SH2+H2 RH+ H2S
CH4+H2O CO+H2
CO + H2O CO2 + H2
C2O + H2O + KCO3 2CO3HK
CO + H2 CH4 + H2O
N2 + H2 NH3
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PRODUCCIÓN DE ACIDO NITRICO HNO3
Sirve para elaborar:
1. Sales de amonio (nitratos, sulfatos,
cloruro, fosfatos).
2. Urea.
3. Explosivos.
4. Plásticos y textiles.
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OXIDACIÓN DEL AMONIACO
4 NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(l)
Reacción exotérmica y adiabática: -216, 7 kcal.
Relación de: Amoniaco/aire es de 1/9.
Usa catalizador de Platino-Rodio.
Luego los gases pasan por intercambiadores de calor y enfriadores.
Se genera con el oxígeno en exceso:
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)
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OXIDACIÓN DEL AMONIACO
3 NO2(g) + H2O(l)↔ 2 HNO3(l) + NO(g) -58,7 KJ/Kmol
Reacción en equilibrio.
Ácido: concentrado o caliente favorece a la reacción inversa.
Además con el ácido nítrico salen mezclados NO2, NO, HNO2 (cuando la concentración del ácido nítrico está entre 20 y 45%), N2O4 (cuando la concentración es más del 55%)
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PRODUCCIÓN DE NITRATO DE AMONIO
NH3(g) + HNO3(ac) →NH4NO3(ac) H = -10 600 cal
Reacción exotérmica y explosiva
Las mezclas del nitrato de amonio con petróleo se utilizan como explosivos y se le denominan ANFO.
Este compuesto también es responsable de la mayor parte de los accidentes graves con los fertilizantes.
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PRODUCCIÓN DE NITRATO DE AMONIO
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GRACIAS POR SU ATENCIÓN