QUIMICA INDUSTRIAL

1. Republica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
I.U.P.Santiago Mariño
Maracaibo-Edo.Zulia
AMONIACO
Realizado por:
• Virginia Guanipa
CI:23,744,100
Maracaibo, Diciembre de 2019

2. ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
• Características del Amoníaco
• Usos del Amoníaco
• Importancia del Amoníaco
2. Vías importantes de producción de amoníaco
• Reformado con vapor de agua o Secuencia de etapas
• Oxidación parcial
• Síntesis a partir de hidrógeno como subproducto
• Síntesis biológica
3. Termodinámica y cinética en la producción de amoníaco
• Mecanismo de reacción
• Catalizadores en la síntesis de amoníaco
• Influencia de la temperatura
4. Etapa de conversión en el proceso de obtención de amoníaco
5. Etapa de remoción de CO2 en el proceso de obtención de amoníaco
• Elección del solvente adecuado para la remoción de CO2
6. Proceso de síntesis de amoníaco
CONCLUSIÓN
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3. INTRODUCCIÓN
El amoníaco se encuentra en pequeñas cantidades en la atmósfera, siendo
producido por la putrefacción de la materia nitrogenada proveniente de plantas
y animales. La cantidad de amoníaco producido industrialmente cada año es
casi igual a la producida por la naturaleza. 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. Por lo tanto, su costo energético influye de manera importante
en los sectores de la industria química.

4. CARACTERISTICAS DEL AMONIACO
DENSIDAD:0,73Kg/m3
MASA MOLAR: 17,03 g/mol
PUNTO DE FUSIÓN: -78 OC
PUNTO DE EBULLICIÓN: -33 OC
PUNTO DE DESCOMPOSICION: 500 OC
PUNTO DE INFLAMABILIDAD: 11 OC
• Gas incoloro en condiciones
normales
• Fórmula química:NH3
• Solubilidad en agua con
liberación de vapor
• Olor penetrante y desagradable
característico que irrita los ojos
• Estable a temperatura ambiente,
se descompone por el calor

5. USOS DEL AMONIACO
• Fertilizantes.
• Precursor de compuestos
de nitrógeno.
• Limpiador.
• Fermentación.
• Agente antimicrobiano
para alimentos.
• Fertilizante agrícola.
USOS PRINCIPALES
USOS MENORES Y
EMERGENTES
• Refrigeración.
• Remediación de emisión de
gases.
• Combustible.
• Industria textil.
• Gas de levantamiento.
• Tratamiento de la madera.

6. IMPORTANCIA DEL AMONIACO
• Es una materia prima importante.
La mayor parte (más del 80 %) del
amoníaco producido en plantas
químicas es usado para fabricar
abonos y para su aplicación directa
como abono.
• El resto es usado en textiles,
plásticos, explosivos, en la
producción de pulpa y papel,
alimentos y bebidas, productos de
limpieza domésticos, refrigerantes y
otros productos.
También se usa en sales aromáticas.

7. IMPORTANCIA DEL AMONIACO
• El amoníaco es una importante
fuente de nitrógeno para sistemas
vivos. Aunque el nitrógeno
atmosférico abunda (más del 75 %),
algunas criaturas vivas son capaces
de usar el nitrógeno atmosférico en
su forma diatómica, N2 gas.
• De esta manera, la fijación de
nitrógeno es requerida para la síntesis
de aminoácidos, los cuales son la base
de la proteína. Algunas plantas usan el
amoníaco del nitrógeno atmosférico.

8. VÍAS MÁS IMPORTANTES DE
PRODUCCIÓN DE AMONÍACO

9. 1- REFORMADO CON VAPOR
DE AGUA
Debido a que la ruta química
más utilizada es el
reformado con vapor, las
plantas de producción se
basan en esta reacción y en
los tratamientos de las
materias primas para
llevarla a cabo

10. 1- REFORMADO CON VAPOR
DE AGUA
La materia prima
utilizada es gas
natural, el cual
traerá cierta
cantidad de
azufre orgánico
consigo y que es
retirada en la
etapa de
desulfuración.
Esto se logra
convirtiendo el
azufre en
sulfuro de
hidrógeno
utilizando un
reactor de
hidrogenación
que utiliza un
catalizador de
cobalto-
molibdeno.
Siguiente a
esto, se
utiliza un
lecho de
óxido de
Zinc para
absorber el
sulfuro
producido
Este mecanismo
es útil sólo cuando
la concentración
de azufre es baja,
caso contrario se
utiliza la
absorción en
algún ácido.
Cuando hay
presencia de
compuestos
clorados, se
utiliza un lecho de
alúmina para
absorberlos.

11. 2- REFORMADO CON VAPOR
DE AGUA
El segundo proceso es la
reformación de los
hidrocarburos utilizando
vapor de proceso. Esto es
llevado a cabo en dos
etapas para maximizar la
conversión, y utilizando
reactores catalíticos que
siguen las siguientes
reacciones:
CH4 + 2H2O ←→ CO + 3H2 CH3CH3 +
2H2O ←→ 2CO + 5H2 CH3CH2CH3 +
3H2O ←→ 3CO + 7H2

12. 3-REFORMADO CON VAPOR
DE AGUA
En esta etapa se forma
el hidrógeno necesario
en la síntesis de
amoniaco. El
catalizador utilizado es
óxido de níquel en un
soporte de alúmina.
Debido a que son
reacciones
endotérmicas, se
requiere adicionar
calor al sistema
En la primera etapa se
utiliza un sistema de
calentamiento
indirecto, quemando
algún combustible,
mientras que en la
segunda etapa se suele
quemar parte de la
mezcla de
alimentación para
reducir el contenido
de hidrocarburos lo
más posible.
Al realizar esta
combustión de la
mezcla de
alimentación, se
generan cantidades
apreciables de
monóxido y dióxido
de carbono, que
requieren ser
eliminadas para
evitar
envenenamiento del
catalizador en la
síntesis del
amoniaco.

13. 4-REFORMADO CON VAPOR
DE AGUA
El monóxido de carbono es
la especie que se trata
primero. Se utiliza un
reactor catalizador en el
que se transforma el
monóxido en dióxido
utilizando vapor de agua:
CO + H2O ←→ CO2 + H2 La corriente de
salida de esta
etapa es enfriada
por medio de un
enfriador de agua o
por salida libre del
calor en exceso a la
atmósfera.
Esta corriente tiene
concentraciones altas de
dióxido de carbono, el cual
debe ser retirado antes de
la reacción principal. Se
utiliza un sistema de
absorbedor- despojador
utilizando solventes afines
(metilaminas) para tal fin.

14. 5-REFORMADO CON VAPOR
DE AGUA
Después de la
etapa de
remoción de los
compuestos
oxigenados,
se realiza un
tratamiento de
los
residuos de éstos
compuestos.
Se utiliza la
metanación, la
cual se basa en
las
reacciones
inversas del
proceso de
reformación y
del proceso de
transformación
del
monóxido:
CO2 + H2 ←→ CO
+ H2O
CO + 3H2 ←→ CH4
+ H2O

15. 2-OXIDACIÓN PARCIAL
En esta ruta se utilizan
principalmente como materias
primas hidrocarburos pesados que
no son adecuados para el
reformado con vapor, donde se
incluyen nafta, petróleo crudo,
fuel-oil pesado, asfalto y alquitrán

16. 3-SÍNTESIS A PARTIR DE
HIDRÓGENO COMO SUBPRODUCTO
En esta vía de producción, se toma el hidrógeno
generado en equipos cuyo propósito principal no es la
producción del mismo.
• Por ejemplo, en varias operaciones en la refinación del
petróleo como lo son el cracking catalítico o la
coquización.
• Otras fuentes de hidrógeno como subproducto son los
crackers de etileno o el gas de salida de procesos
industriales de electrólisis.
• Se realiza un tratamiento del hidrógeno dependiendo de
su procedencia y se hace reaccionar con nitrógeno en las
condiciones mencionadas anteriormente.

17. 4-SÍNTESIS BIOLÓGICA
En esta posible ruta se estudia la
eliminación del nitrógeno para
fertilizantes. Esto se lograría con base en
el aislamiento de los genes de fijación del
nitrógeno de los organismos fijadores,
como las cianobacterias, y la consecuente
transferencia y expresión de dichos genes
en diferentes cultivos.

18. TERMODINÁMICA Y CINÉTICA EN LA
PRODUCCIÓN DE AMONÍACO
El conocimiento de la ecuación cinética de la síntesis
de amoniaco es de gran utilidad para el diseño de reactores
industriales para este proceso, determinación de
condiciones óptimas de reacción y elaboración de sistemas
de control computarizado para plantas de amoniaco.
Las ecuaciones desarrolladas para describir el proceso
de síntesis de amoniaco debe contemplar la dependencia de
la velocidad de formación de amoniaco respecto a
condiciones de operación como presión, temperatura,
composición del gas, composición de equilibrio,
concentración de venenos y limitaciones de transferencia de
masa y calor, los cuales son factores determinantes en un
proceso industrial.

19. MECANISMO DE REACCIÓN
De forma general, la síntesis de amoniaco
procede a través de pasos elementales donde
tanto el nitrógeno como el hidrógeno se adsorben
y se disocian sobre la superficie, considerando la
adición paso a paso de hidrógeno atómico a
nitrógeno atómico y la desorción de amoniaco
desde la superficie del catalizador.
Diversos estudios han determinado que bajo
las condiciones típicas de operación, la etapa
limitante de la velocidad de reacción comprende
la adsorción y disociación de nitrógeno; en otros
estudios se observó una gran similitud entre la
velocidad de adsorción de nitrógeno sobre
catalizadores de hierro y la velocidad de reacción
de síntesis de amoniaco, fortaleciendo la hipótesis
de que los pasos 2 y 3 comprenden las etapas
limitantes en el mecanismo de reacción
planteado.

20. TERMODINÁMICA Y CINÉTICA EN LA
PRODUCCIÓN DE AMONÍACO
Los factores que aumentan el rendimiento, al desplazar
el equilibrio de la reacción hacia los productos (Principio de
Le Châtelier), son las condiciones de alta presión (150-300
atmósferas) y altas temperaturas (400-500 °C), resultando
en un rendimiento del 10-20%.
N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) ΔHº = -92,4 KJ
ΔH representa la variación de energía , también llamado
entalpía, y equivale a -92,4 kJ/mol. Al ser negativa, libera
calor, por lo que la reacción es exotérmica.

21. CATALIZADORES EN LA SÍNTESIS DE
AMONÍACO
• La síntesis de Haber-Bosch es una reacción
lenta, puesto que tiene una energía de
activación muy alta. Por esa razón, no
conviene trabajar a temperaturas demasiado
bajas, porque entonces la reacción es
excesivamente lenta.
• Para conseguir que el equilibrio se alcance en un
tiempo razonable, la temperatura de trabajo es
media, del orden de 450 ºC, y se utiliza un
catalizador para disminuir la barrera de energía.
• Como la reacción de nitrógeno e hidrógeno
gaseosos para producir amoníaco, es muy lenta, se
acelera con un catalizador de hierro (Fe3+) y
óxidos de aluminio (Al2O3) y potasio (K2O)
permitiendo que el equilibrio se alcance con mayor
rapidez.

22. INFLUENCIA DE LA
TEMPERATURA
Puesto que la reacción es exotérmica,
según el Principio de Le Chatelier, la
formación de amoniaco se verá favorecida
por una disminución de la temperatura. Sin
embargo, la velocidad de una reacción
química aumenta con la temperatura, en
cualquiera de los dos sentidos; es decir, el
factor cinético se favorece a elevadas
temperaturas.
A medida que la temperatura
disminuye, la velocidad de la reacción se
hace cada vez menor y, en consecuencia, la
obtención del amoníaco no tendría interés
en la práctica, ya que se tardaría mucho
tiempo para conseguir una pequeña
concentración de NH3.

23. INFLUENCIA DE LA
TEMPERATURA
Por tanto, aquí se presenta un dilema:
• Si se aumenta la temperatura, se aumenta
la velocidad de la reacción, pero entonces
dentro del reactor hay mucho N2 y H2 y poco
NH3.
• Si se disminuye la temperatura, la reacción
es lentísima.
• En la práctica, para resolver esta dificultad,
se trabaja a una temperatura de 500-600ºC y
se añade un catalizador (de platino,
tungsteno u óxidos de hierro), para aumentar
así la velocidad de la reacción química.

24. ETAPA DE CONVERSIÓN EN EL PROCESO
DE OBTENCIÓN DE AMONÍACO
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 ΔHº = -41 KJ/mol
La reacción se produce en dos etapas, con una eliminación de calor intermedia.
En la primera etapa, el gas de proceso atraviesa un lecho de catalizador de óxido de hierro/óxido
de cromo a 350 – 380 °C, seguido de un catalizador de óxido de cobre/óxido de zinc a 200 – 220 °C
aproximadamente.
El contenido final de CO residual en el gas oscila entre 0,2 % y 0,4 %. Si se continúa investigando en
esta dirección, se podría conseguir una conversión catalítica isotérmica en una sola etapa con
refrigeración interna del gas de proceso mediante tuberías de refrigeración que atraviesen las capas de
catalizador.
• Condensados del proceso. 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.

25. ETAPA DE CONVERSIÓN EN EL PROCESO
DE OBTENCIÓN DE AMONÍACO
• Condensados del proceso: Los condensados
con un contenido aproximado de entre 1500 y
2000 ppm de amoniaco y de 800 a 1200 ppm
de metanol se pueden reciclar en el proceso
de distintas maneras. El calor que se
desprende durante la refrigeración y
condensación se puede aprovechar para varios
procesos, por ejemplo, para regenerar la
solución de depuración del CO2, para hacer
funcionar una unidad de refrigeración por
absorción o para precalentar el agua de
alimentación de la caldera.

26. ETAPA DE REMOCIÓN DE CO2 EN EL
PROCESO DE OBTENCIÓN DE AMONÍACO
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.

27. ETAPA DE REMOCIÓN DE CO2 EN EL
PROCESO DE OBTENCIÓN DE AMONÍACO
Elección del solvente adecuado para la remoción de CO2
Los disolventes que se utilizan en los
procesos de absorción química suelen ser
soluciones aminas acuosas.
• Por ejemplo, monoetanolamina (MEA),
metil-dietanolamina activada (aMDEA) o
soluciones de carbonato potásico
caliente.
• Para los procesos de absorción física se
suelen utilizar dos disolventes distintos:
glicol-dimetiléter (selexol) y carbonato
de propileno. El proceso MEA requiere
una elevada energía de regeneración.

28. ETAPA DE REMOCIÓN DE CO2 EN EL
PROCESO DE OBTENCIÓN DE AMONÍACO
Otro proceso emergente en este ámbito es la
adsorción con modulación de presión (PSA), que
permite combinar en una sola etapa el proceso
clásico de eliminación de CO2 y la metanización
(siguiente etapa del proceso).
• Este método resulta adecuado cuando la pureza del
CO2 es poco relevante.
• Sin embargo, cuando se desee obtener CO2 puro
como producto, se puede optar por una depuración
clásica con disolvente del efluente gaseoso de baja
presión del PSA para recuperar el CO2.

29. PROCESO DE SÍNTESIS
DE AMONÍACO
El NH3 se obtiene por el
método denominado proceso
Haber-Bosch (por su puesta en
marcha Fritz Haber y Carl Bosch
recibieron el Premio Nobel de
Química en los años 1918 y
1931), que consiste en la
reacción directa entre el
nitrógeno y el hidrógeno
gaseosos.

30. PROCESO DE SÍNTESIS
DE AMONÍACO
Las condiciones en las que se produce esta síntesis se describen a
continuación:
• Altas presiones, superiores a 300 atmósferas.
• Elevadas temperaturas, entre 400 y 500 ºC.
• Uso de catalizadores férricos u óxidos de aluminio

31. PROCESO DE SÍNTESIS
DE AMONÍACO
El nitrógeno se
suministra en
grandes cantidades,
y se obtiene por
destilación
fraccionada del aire
licuado. El
hidrógeno se
obtiene haciendo
reaccionar vapor de
agua con metano.
En estas
condiciones,
alrededor del 30
% de los reactivos
se transforman
en amoniaco
Los gases
calientes de la
cámara de
reacción se
enfrían para
licuar y retirar el
amoniaco. De
esta manera, se
separan el
nitrógeno y el
hidrógeno que no
han reaccionado
y se reciclan.

32. PROCESO DE SÍNTESIS
DE AMONÍACO
Si observamos la reacción química, deducimos que,
efectivamente, un exceso de reactivo, la retirada continua
de producto y un aumento de la presión conduce a una
mayor producción de amoniaco.
• Sin embargo, se trata de una reacción exotérmica, por lo
que las temperaturas altas favorecen el proceso inverso, de
disociación del amoniaco.
• Aunque las temperaturas elevadas no favorecen la
obtención de amoniaco, su uso se justifica por el
considerable aumento de la velocidad que provocan (junto
con el uso de catalizadores adecuados).
• Se enfrentan los factores termodinámicos a los cinéticos, y
éstos últimos son los que determinan la viabilidad del
proceso.

33. CONCLUSIÓN
El proceso Haber para la obtención de amoníaco es de gran
importancia puesto que produce más de 100 millones de toneladas de
fertilizante de nitrógeno al año. El 8,27% del consumo total de energía
mundial en un año se destina a este proceso.
Los fertilizantes que se obtienen son responsables tanto del
sustento de más de un tercio de la población mundial debido a que la
extracción de nutrientes del suelo por parte de la agricultura y
ganadería es cuantiosa y por ende deben ser repuestos de manera
artificial, aunque el mal uso de los fertilizantes producen numerosos
problemas ambientales por la erosión y el escurrimiento de nutrientes a
napas y cuerpos de agua siendo el más emblemático la eutrofización.