diapositivas del tema de amoniaco 20% 2do corte

1. AMONIACO
Andrés f. Bermúdez
C.I: 26.367.883

2. Indice
• Introducción
• características, usos e importancia del amoníaco
• vías más importantes de producción de amoníaco
• termodinámica y cinética en la producción de amoniaco
• catalizadores utilizados en la síntesis de amoníaco y cómo influye la temperatura
• la conversión en el proceso de obtención de amoníaco
• la secuencia de etapas en la reformación de hidrocarburos con vapor de agua
• proceso de síntesis de amoníaco.
• conclusión.

3. Introducción
• Actualmente, en torno a un 80 % del amoniaco que se produce en todo el mundo
se utiliza como fuente de nitrógeno para fabricar fertilizantes, mientras que el 20 %
restante se emplea en distintas aplicaciones industriales, como la producción de
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.
• Entre los productos inorgánicos que se fabrican a
partir del amoniaco destacan el ácido nítrico, la urea y el cianuro de sodio. El
amoniaco también se utiliza en medidas de protección para el medio ambiente, por
ejemplo, para eliminar los NOx de los gases de combustión. El amoniaco líquido es
un disolvente destacado y también se utiliza como refrigerante.

4. 1) Diga las características, usos e importancia del
amoníaco
• Características
• El amoniaco es el punto de partida para la
obtención de muchos compuestos industriales.
• Es un gas incoloro y tiene un olor picante
característico.
• La molécula tiene forma piramidal
• Es muy soluble en agua y se evapora
rápidamente.
• Es estable a temperatura ambiente.
• Carácter Ácido-Base .
H2O + NH3 → NH4+ + OH-
• Carácter Redox
4 NH3 + 5O2→ 6H2O + 4NO
• El amoniaco es fácilmente biodegradable
• El amoniaco en estado líquido es muy poco
conductor de la electricidad.
• Es muy poco reactivo debido a los tres enlaces
presentes en el Nitrógeno.
• Es altamente soluble en agua, actúa como un
electrolito fuerte.
• Al reaccionar con ácidos forma las sales de
amonio.

5. Usos
• Se utiliza como materia prima para la fabricación de numerosos productos de la
industria pesada tales como sosa, urea, sulfato amónico y otros abonos orgánicos e
inorgánicos.
• Así como también para producir derivados como las aminas primarias,
secundarias, terciarias y cuaternarias.
• En Venezuela la producción de amoníaco está destinada a la producción de urea,
otros fertilizantes, ácido nítrico, sulfato de amonio, acrilonitrilo, carbonato de sodio.
• El amoniaco es material nitrogenado mas importante.
• El gas amoniaco se emplea directamente como fertilizante, en tratamientos
térmicos, en la fabricación de pulpa de papel, en la manufactura del ácido nítrico y
de los nitratos, en la obtención de éster del ácido nítrico y de compuestos nitro.

6. 2) Explique las vías más importantes de
producción de amoníaco.
• Los procesos industriales actuales utilizan como materia prima el aire atmosférico para el
Nitrógeno; y además este también puede obtenerse de la reacción entre el hidrógeno y otros
gases combustibles que se queman con el Oxígeno, y para el Hidrogeno, principalmente se
obtiene de la reacción del gas natural (metano) con vapor de agua
• La producción de amoniaco con materias primas que se encuentran en la naturaleza, como
carbón, petróleo o gas natural constituye uno de los procesos industria química que más
energía consumen
• El gas natural es considerado el mejor para la producción de amoniaco comparado con otros
derivados del crudo como la nafta y la hulla.

8. 3) Explique la termodinámica y cinética en la producción de
amoniaco
Aspectos Termodinámicos
El amoníaco se puede obtener sin formación de productos
secundarios mediante la reacción:
N2 + 3 H2   2 NH3 2298 /92 NdemolkJHo
K 
3500
/5.54 NHdemolkJHo
Co 
El calor de reacción de la síntesis de amoníaco depende de la
temperatura y la presión
Comenzando con una expresión aproximada del valor de la constante
de equilibrio (Kp) de la forma:
178.6
2940
ln 
T
Kp
Se puede demostrar que la producción de amoníaco es favorecida a
altas presiones y bajas temperaturas.
El rendimiento de equilibrio a amoniaco en función de la presión
y de la temperatura para una mezcla de hidrógeno y nitrógeno de
composición estequiométrica que no contiene impurezas va desde
los 200°C hasta los 700°C

9. CINÉTICA
Si la reacción se lleva a cabo en un estado no demasiado alejado del
equilibrio, la velocidad de la reacción en presencia de catalizadores
industriales de hierro puede calcularse aproximadamente, mediante la
ecuación de Temkin (a bajas presiones):
3 H2 + N2 k
k
2
1
 
 
2 NH3
5.12
5.1
1
2
3
3
223
H
NH
NH
HNNH
p
p
k
p
pp
k
dt
dP

o en una forma más general,


















 3
2
2
3
22
3
3
2
213
H
NH
NH
H
NNH
p
p
k
p
p
pkr mol NH3/h.m3
catalizador
, ß > 0 ;  + ß = 1.0
Temkin:  = 0.5, para todos los catalizadores en base de Fe.
En cálculos exactos se deben considerar la actividad de los diferentes
componentes de la mezcla y la presencia del catalizador. Una de las
ecuación de Temkin (a bajas presiones):
3 H2 + N2 k
k
2
1
 
 
2 NH3
5.12
5.1
1
2
3
3
223
H
NH
NH
HNNH
p
p
k
p
pp
k
dt
dP

o en una forma más general,


















 3
2
2
3
22
3
3
2
213
H
NH
NH
H
NNH
p
p
k
p
p
pkr mol NH3/h.m3
catalizador
, ß > 0 ;  + ß = 1.0
Temkin:  = 0.5, para todos los catalizadores en base de Fe.
En cálculos exactos se deben considerar la actividad de los diferentes
componentes de la mezcla y la presencia del catalizador. Una de las
muchas ecuaciones derivadas que tiene en cuenta la influencia de estos
factores es la de Dyson y Simon (1968), la cual utiliza la siguiente
expresión:


























 1
3
2
2
3
2
3
3
2
2
2
23
H
NH
NH
H
NNH
f
f
f
f
fKkr

10. 4) Cuáles son los catalizadores utilizados en la síntesis de
amoníaco y cómo influye la temperatura.
• La síntesis de amoníaco en ausencia de un catalizador transcurre lentamente aún a altas
temperaturas. En la industria, para obtener una velocidad adecuada de reacción, la síntesis de
amoníaco se efectúa a temperaturas de 400-500 °C y en presencia de catalizadores sólidos.
• Los catalizadores utilizados en la síntesis de amoníaco son óxidos metálicos de hierro, platino,
osmio, manganeso, tungsteno, uranio, rodio y otros metales que tengan incompleta la segunda
capa atómica exterior. Los catalizadores de hierro, osmio, renio y uranio son los más activos.
• El catalizador más utilizado en la industria es el de hierro con tres promotores: Al2O3, K2O y CaO;
que tiene una alta actividad y resistencia a los sobrecalentamientos y a las impurezas. La Al2O3
aumenta el área superficial de las partículas, y K2O, SiO2, MgO, CaO, etc. mejoran la estabilidad,
e incrementa la actividad y la resistencia al envenenamiento. Actualmente se desarrollan
catalizadores sobre la base de derivados de rutenio, para reemplazar o ser utilizado junto a los de
hierro, modificados por compuestos de rubidio, titanio y cerio.

11. 5) Explique en qué consiste la conversión en el proceso de obtención de
amoníaco y en que se basa la elección del solvente adecuado para la remoción de
CO2 .
Uno de los principales contaminantes de proceso del producción de Amoniaco (NH3) es el Monóxido
de Carbono (CO) por lo que se hace necesario reducirlo a Dióxido de Carbono (CO2) el cual puede
fácilmente eliminarse por absorción.
Para esta eliminación se utiliza dos convertidores: Uno de alta temperatura y otro de baja
temperatura.
La reacción en ambos equipos es básicamente la misma pero difieren en los catalizadores
empleados y, por supuesto, en las condiciones a las que opera cada uno.
Tras enfriar la mezcla se conduce a un convertidor donde el CO se transforma en CO2 por reacción
con vapor de agua,
CO + H2O ↔ CO2 + H2 ΔH = -41 kj/mol
esta reacción requiere de un catalizador que no se desactive con el CO. La reacción se lleva a cabo
en dos pasos,
a) A aprox. 400ºC con Fe3O4.Cr2O3 como catalizador → 75% de la conversión.
b) A aprox. 225ºC con un catalizador más activo y más resistente al envenenamiento: Cu-ZnO →
prácticamente la conversión completa.

13. 6) Diga cuál es la secuencia de etapas en la reformación de
hidrocarburos con vapor de agua.
Se parte del gas natural constituido por una mezcla de hidrocarburos siendo el 90% metano (CH4) para obtener el H2 necesario para la síntesis de NH3.
• Desulfuración
Antes del reformado tenemos que eliminar el S que contiene el gas natural, dado que la empresa distribuidora le añade compuestos orgánicos de S para
olorizarlo.
• Reformado
Una vez adecuado el gas natural se le somete a un reformado catalítico con vapor de agua (craqueo- rupturas de las moléculas de CH4). El gas natural se
mezcla con vapor en la proporción (1 : 3,3)-(gas : vapor) y se conduce al proceso de reformado, el cual se lleva a cabo en dos etapas
• Purificación
El proceso de obtención de NH3 requiere un gas de síntesis de gran pureza, por ello se debe eliminar los gases CO y CO2.
• Etapa de conversión.
Tras enfriar la mezcla se conduce a un convertidor donde el CO se transforma en CO2 por reacción con vapor de agua,
• Etapa de eliminación del CO2.
Seguidamente el CO2 se elimina en una torre con varios lechos mediante absorción con K2CO3 a contracorriente, formándose KHCO3
• Etapa de metanización.
Las trazas de CO (0,2%) y CO2 (0,09%), que son peligrosas para el catalizador del reactor de síntesis, se convierten en CH4:
Las trazas de CO (0,2%) y CO2 (0,09%), que son peligrosas para el catalizador del reactor de síntesis, se convierten en CH4:
• Síntesis de amoníaco

14. 7) Explique el proceso de síntesis
de amoníaco.
• A continuación el gas se comprime a la presión de 200 atm. Aproximadamente (compresor centrífugo con
turbina de vapor) y se lleva al reactor donde tiene lugar la producción del amoníaco, sobre un lecho
catalítico de Fe.
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
En un solo paso por el reactor la reacción es muy incompleta con un rendimiento del 14-15%. Por tanto, el gas
de síntesis que no ha reaccionado se recircula al reactor pasando antes por dos operaciones,
a) extracción del amoníaco mediante una condensación.
b) 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
Ar para comercializarse, CH4 se utiliza como fuente de energía
N2 y H2 se introducen de nuevo en el bucle de síntesis.
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.

15. Conclusión
• Durante las ultimas décadas la producción de amoniaco ha tomado mayor importancia por
su gran factibilidad y rendimiento al ser uno de los productos mas importantes en distintas
áreas entre ellas el área agrícola.
En las actividades agrícolas se emplea para la fabricación de abonos y en este sentido es un
fertilizante que ha revolucionado la producción agrícola mundial.
En el hogar es una sustancia habitual para la limpieza.
En el mundo de la peluquería es muy habitual el uso de tintes con amoníaco. Se utiliza como
refrigerante en todo tipo de industrias.
En el sector textil se aplica en la elaboración de tintes y materiales como el nylon.
En medicina se ha empleado como remedio contra el vértigo y el mareo
Y por esta razón se ha convertido en un producto por excelencia en la industria química
debidoa su amplia gama de aplicación.