informe AMONIACO

“AÑO DE LA INTEGRACION NACIONAL Y EL RECONOCIMIENTO DE NUESTRA DIVERSIDAD”

Universidad Nacional del Centro del Perú Facultad de Ingeniería Química

Departamento Académico de Química, Ingeniería y Tecnología

FABRICACION DEL AMONIACO

INDUSTRIAS QUIMICAS - 073-B

Presentado a : Dr. Sc Abraham A. Palacios Velásquez Presentado por: BALDEÓN TIMOTEO Nataly Fiorella Semestre

:

VII

Fecha de presentación:

13-04-12

HUANCAYO-PERÚ 2012

FABRICACION DEL AMONIACO

INDUSTRIAS QUIMICAS

RESUMEN En el presente informe se describirá acerca del amoniaco, un importante compuesto químico que se encuentra en el medio ambiente, ya sea en las plantas, animales, el agua y el ser humano, se estudiará la producción de este compuesto a nivel industrial, y también conoceremos acerca de su impacto ambiental, pues como sabemos todo producto en exceso es dañino. El amoníaco, es también llamado, trihidruro de nitrógeno, hidruro de nitrógeno (III), azano, espíritu de Hartshorn, nitro-sil, vaporole, gas de amonio o AM-FOL 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. El nombre de amoníaco deriva del nombre dado a una divinidad egipcia: Amón. Los egipcios preparaban un compuesto, cloruro amónico, a partir de la orina de los animales en un templo dedicado a este Dios. Cuando se llevo a Europa mantuvo ese nombre en recuerdo de la sal de Amón. Propiedades físico-químicas del amoníaco        

Gas incoloro en condiciones normales Temperatura de solidificación –77,7ºC Temperatura normal de ebullición –33,4ºC Calor latente de vaporización a 0ºC 302 kcal/kg Presión de vapor a 0ºC 4,1 atm. Temperatura crítica 132,4ºC Presión crítica 113atm. Densidad del gas (0ºC y 1atm.) 0,7714 g/l

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INTRODUCCION El amoníaco es un gas incoloro de olor muy penetrante. Ocurre naturalmente y es también manufacturado. Se disuelve fácilmente en el agua y se evapora rápidamente. Generalmente se vende en forma líquida. La cantidad de amoníaco producido industrialmente cada año es casi igual a la producida por la naturaleza. El amoníaco es producido naturalmente en el suelo por bacterias, por plantas y animales en descomposición y por desechos animales. El amoníaco es esencial para muchos procesos biológicos. Es uno de los productos intermedios más importantes de la industria química. La mayor parte del amoniaco (80%) se destina a la fabricación de fertilizantes, como:   

Nitrato amónico: NH4NO3 Sales amónicas: (NH4)2SO4, (NH4)3PO4 Urea: (NH2)2C=O

Otros usos del amoníaco incluyen:      

Fabricación de HNO3. Explosivos. Caprolactama, nylon. Poliuretanos. Gas criogénico por su elevado poder de vaporización. Productos de limpieza domésticos tales como limpiacristales.

Por lo tanto su costo energético influye de manera importante en los otros sectores de la industria química.

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FABRICACION DEL AMONIACO OBJETIVOS Objetivo general 

Estudiar el proceso de fabricación del amoniaco

Objetivos específicos    

Conocer el aspecto físico del amoniaco Estudiar la síntesis de Haber-Bosch Reconocer los procesos de elaboración del amoniaco Conocer las diversas materias primas que pueden ser usadas

MARCO TEORICO AMONIACO A temperatura ambiente, es un gas incoloro de olor muy penetrante y nauseabundo. Se produce naturalmente por descomposición de la materia orgánica y también se fabrica industrialmente. Se disuelve fácilmente en el agua y se evapora rápidamente. Generalmente se vende en forma líquida. La cantidad de amoníaco producido industrialmente cada año es casi igual a la producida por la naturaleza. El amoníaco es producido naturalmente en el suelo por bacterias, por plantas y animales en descomposición y por desechos animales. El amoníaco es esencial para muchos procesos biológicos. [1] 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. Su nombre fue dado por el químico sueco Torbern Bergman al gas obtenido en los depósitos de sal cerca del templo de Amón, en Libia y viene del griego, ammōniakón, que significa lo perteneciente a Amón. [2] HISTORIA Y ESTADO NATURAL El amoniaco era conocido por los antiguos alquimistas, que describieron su obtención y sus propiedades. Primeramente se obtuvo calentando orina con sal común y tratando el producto resultante con álcalis. El gas así obtenido se denominó espíritu volátil. El cloruro amónico se importó

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por primera vez en Europa desde Egipto, donde se preparaba a partir del sublimado que se formaba al quemar los excrementos de los camellos. Se cree que los antiguos sacerdotes egipcios conocían ésta sustancia, pues el nombre de sal amoniaco parece tener alguna relación con el dios egipcio Ra Ammon. Calentando en retornas algunas sustancias orgánicas, tales como pezuñas o cuernos de animales, desprendían amoniaco, y su disolución acuosa fue conocida primitivamente por espíritu de asta de ciervo; PRIESTLEY lo llamó aire alcalino. BERTHOLLET, en 1785, demostró que el amoniaco es un compuesto de hidrógeno y nitrógeno. El amoniaco se produce en la Naturaleza por la acción de bacterias de la putrefacción y de formación de amoniaco sobre la materia orgánica del suelo. Por éste motivo se percibe olor a amoniaco en establos y corrales, donde ésta acción tiene lugar. [3] SÍNTESIS INDUSTRIAL – SINTESIS DE HABER-BOSCH El NH3 se obtiene exclusivamente por el método denominado Haber-Bosch (Fritz Haber y Carl Bosh). El proceso consiste en la reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos.

………. (1) Es una reacción exotérmica por lo que un excesivo aumento de temperatura no favorece la formación de amoníaco:

…….. (2) Sin embargo, la velocidad a la que se forma NH3 a temperatura ambiente es casi nula. Es una reacción muy lenta, puesto que tiene una elevada energía de activación, consecuencia de la estabilidad del N2. La solución de Haber al problema fue utilizar un catalizador y aumentar la presión, ya que esto favorece la formación del producto. Convertir el método de Haber en un proceso de fabricación fue trabajo realizado por Carl Bosch. Los estudios sobre el mecanismo de la reacción indican que la etapa determinante de la velocidad de la reacción es la ruptura de la molécula de N2 y la coordinación a la superficie del catalizador. El otro reactivo, H2, se activa más fácilmente. Se producen una serie de reacciones de inserción entre las especies adsorbidas para producir el NH3. El catalizador funciona adsorbiendo las moléculas de N2 en la superficie del catalizador debilitando el enlace interatómico N-N; de esta forma se origina N atómico el cual reacciona con átomos de hidrogeno que provienen de la disociación de H2 que también tiene lugar en la superficie metálica. Existen numerosos métodos en la síntesis actual del amoniaco, pero todos ellos derivan del proceso Haber-Bosch original. Las modificaciones más importantes están

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relacionadas con la fuente del gas de síntesis, la diferencia en los procesos de preparación del gas de síntesis y las condiciones de obtención del amoniaco (figura 1). La fabricación de amoníaco constituye uno de los ejemplos de la industria química pesada. [4] MATERIAS PRIMAS El 77% de la producción mundial de amoniaco emplea Gas natural como materia prima. El 85% de la producción mundial de amoniaco emplea procesos de reformado con vapor (ver figura 1). [4]

Figura 1: materias primas Las previsiones son que el gas natural siga siendo la materia prima principal durante por lo menos los próximos 50 años. [5] Tabla 1: comparación entre materias primas

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PROCESO PRODUCTIVO DEL AMONIACO Actualmente la obtención del gas de síntesis se puede hacer a partir de cualquier materia prima que contenga carbono: hulla, coque, lignitos de cualquier riqueza, naftas, fuel-oíl, fracciones pesadas del petróleo, gas natural, etc. La selección de la materia prima dependerá en cada caso de la economía, disponibilidad y situación geográfica de la planta. Hay esencialmente dos procedimientos para la obtención del gas de síntesis: Reformado por vapor, siendo la materia prima utilizada gas natural, naftas ligeras o pesadas, que contengan hasta 1.000 p.p.m. de azufre. Oxidación parcial, tratamiento más enérgico que el anterior. Se puede emplear como materia prima fracciones pesadas del petróleo o carbón. Es necesaria una planta de fraccionamiento de aire. Existen también otros procedimientos menos empleados por ser solamente rentables en ciertos casos aislados, como son la obtención del hidrógeno por electrólisis y el aprovechamiento del gas de coquería. [5] MÉTODO DE REFORMADO CON VAPOR A continuación se explica el proceso de obtención de amoníaco teniendo como referencia el diagrama de flujo de bloques del método de reformado con vapor. Este método es el más empleado a nivel mundial para la producción de amoniaco. [5]

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1. PRODUCCIÓN DEL GAS DE SÍNTESIS 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 

Reformador primario

El gas junto con el vapor se hace pasar por el interior de los tubos del equipo donde tiene lugar las reacciones siguientes

Reacción fuertemente endotérmica Estas reacciones se llevan a cabo a 800ºC y están catalizadas por óxido de níquel (NiO), así se favorece la formación de H2. 

Reformador secundario

El gas de salida del reformador anterior se mezcla con una corriente de aire en este 2º equipo, de esta manera aportamos el N2 necesario para el gas de síntesis estequiométrica N2 + 3H2. Además, tiene lugar la combustión del metano alcanzándose temperaturas superiores a 1000ºC. CH4 + 2O2

CO2 + 2H2O ΔH