Amoníaco

Características, usos, importancia del amoniaco.
Síntesis, proceso.
Proceso Haber. Cinética y termodinámica.
Catalizadores.

1. Realizado por: Sabrina Cangemi C.I. 26.053.886 Julio, 2020. INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” AMPLIACIÓN MARACAIBO QUÍMICA INDUSTRIAL SAIA 2020-I. Amoníaco Características y Producción Industrial.

2. Amoníaco.

3. Características Es un gas tóxico, corrosivo, incoloro y más ligero que el aire. Su peso molecular es de 17,031 g/mol. Su temperatura de ebullición es de -33,3ºC y de fusión -77,7ºC a 1atm. Es soluble en disolventes orgánicos y sobre todo en agua. Carácter Ácido-Base .Carácter Redox . Se envasa como gas licuado en cilindros de alta presión y también en estado líquido en tanques adecuados para ello. Es un irritante y la exposición al mismo ocasiona ardor en los ojos, conjuntivitis, irritación en la piel, congestión pulmonar e incluso puede ocasionar muerte por fallo respiratorio debido a un edema pulmonar. Es muy poco reactivo debido a los tres enlaces presentes en el Nitrógeno. El amoniaco es el punto de partida para la obtención de muchos compuestos industriales.

4. Usos

5. Importancia. Debido a sus elevados usos y aplicaciones, el amoniaco se gana el título de el material nitrogenado más importante. En la naturaleza es de vital importancia en las cadenas alimenticias, por esto su comportamiento biodegradable que le permite ser muy útil en el campo agrícola. Mientras que en la industria, brinda la posibilidad de elaborar sustancias que no se obtienen en la naturaleza directamente.

6. Vías más Importantes de Producción de Amoníaco.

7. Se obtiene por los siguientes procesos de preparación del gas de síntesis: Materia prima Proceso de preparación del gas de síntesis Reacción de conversión de la alimentación Gas natural Reformado con vapor C n H (2n+2) + nH 2 O → nCO + (2n+1)H 2 Nafta Reformado con vapor Gasóleos Oxidación parcial C n H (2n+2) + n/2 O 2 → nCO + (n+1)H 2 Coque Gasificación C + ½ O 2 → CO Agua Electrólisis H 2 O → ½ O 2 + H 2

8. Materia Orgánica. La reducción biológica de nitrógeno por la enzima Nitrogenasa , que se encuentra solo en un grupo de bacterias del suelo capaces de fijar nitrógeno a expensa de energía que se suministra in vivo en forma de ATP. Finalmente, 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.

9. Reformado con vapor. La reacción de desplazamiento de vapor de agua (en inglés water gas shift reaction ); es de gran interés industrial. En ella el agua gaseosa; desplaza el equilibrio hacia la formación de hidrógeno.

10. Reacción : CO + CO2 + 7 H2O → <CH4 + 3 H2O + calor

11. Proceso de conversión

12. Posteriormente, el proceso de lavado o purificación El proceso de Lavado consta de dos partes : una absorci ó n y una de despojo o desorci ó n .

13. Elección del solvente adecuado para la remoción de CO2:

14. Luego del proceso de lavado y metanación , y posterior compresión, Ocurre el proceso de síntesis:

15. Oxidación Parcial Diagrama de bloques para la producción de amoniaco por oxidación parcial.

16. Dentro de los procesos industriales existen 2 principales para producir en gas de síntesis para el amoniaco, que son el reformado de vapor de gas natural o hidrocarburos ligeros y la oxidación parcial de fuel oil pesado. Sin embargo, la síntesis del amoníaco es independiente del proceso empleado para el gas de síntesis, aunque la calidad de este afecta al diseño del bucle de síntesis y a las condiciones de operación. Hay tres secciones fundamentales en el proceso de fabricación, y la gasificación forma parte de una de ellas: Gasificación Reformado. Gasificación del carbón. Conversión-depuración :Conversión de CO a H2 y CO2 Bucle de síntesis: Compresión y reacción a alta presión y temperatura. (Es necesario realizar una purga de inertes). Gasificación (carbón)

17. Electrólisis Dicha tecnología lleva a la producción de hidrógeno puro, por electrólisis, a partir de agua, con electrolito alcalino, para materia prima. La invención se relaciona con el campo de la tecnología química más específicamente con la electrólisis del agua, y propone un método de obtención de una corriente de gases a través del paso de una corriente de aire sobre una superficie iónica, útil para su aplicación en la generación de energía Un procedimiento para la obtención de una corriente gaseosa caracterizado porque se pone en contacto una corriente de aire húmedo sobre la superficie de una capa sólida catalítica y una superficie acuosa iónica provocada por electrodos metálicos energizados con corriente eléctrica; luego del paso por una barrera semipermeable en donde reacciona con ilmenita contenida es su superficie, a una temperatura entre 12-80 °C y presión ambiental o vacío, dando lugar a una corriente gaseosa. Una alternativa lógica es pensar en usar la corriente eléctrica para, evitando el paso intermedio del metano, producir la electrolisis del nitrógeno del aire y el vapor de agua para producir el amoniaco. Su único inconveniente es que sólo el 1% equivalente de la electricidad consumida se convierte en amoniaco. El proceso de Licht et al. aumenta esta cifra hasta un 35% de eficiencia empleando un catalizador consistente en hidróxido fundido en el que están suspendidas nanopartículas de óxido de hierro.

18. Síntesis de amoníaco a partir de N2 y H2O usando una estrategia de electrificación de ciclos de litio a presión atmosférica. Esta es una   nueva estrategia de producción de amoníaco, ejemplificada en un proceso electroquímico de ciclo de litio, que proporciona una vía para la síntesis de amoníaco sostenible gracias a la capacidad de acoplarla directamente a fuentes renovables de electricidad, pudiendo facilitar la producción localizada

19. Síntesis de amoniaco. Proceso Haber-Bosch. Es un proceso catalítico que corresponde a la siguiente reacción química. 3 H 2(g) + N 2(g) 2NH 3 = - 92.4 KJ·mol -1 (298 K)

20. Termodinámica y Cinética del Proceso.

21. Equilibrio químico En dicho proceso o reacción reversible existe una situación de equilibrio. Este equilibrio es dinámico, es decir, las dos reacciones del proceso reversible se siguen realizando, pero permanecen invariables en el tiempo las concentraciones de todas las sustancias que intervienen en el proceso.

22. Principio de Le Châtelier . El principio de Le Châtelier establece que si se aplica un cambio de condiciones a un sistema químico en equilibrio, éste responderá en la forma que mejor se oponga a dicho cambio, evolucionando el sistema hasta un nuevo estado de equilibrio. Los valores a considerar son la concentración , la presión y temperatura.

23. En el caso del amoniaco:

24. Al observar la reacción química, se deduce que,  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.

25. Una reacción química consiste en un número de etapas individuales llamadas mecanismo de reacción. 1. Proceso de adsorción disociativa 2. Reacción de los átomos adsorbidos 3. Proceso de desorción del producto N 2 , (g) N 2 * 2 N* H 2 , (g) 2 H* N* + H* NH* NH 2 * H* H* NH 3 * NH 3 * NH 3 , G

26. Catálisis heterogénea Pese a que el proceso global es ligeramente exotérmico, la etapa inicial, que es la disociación de N2 (g) e H2 (g), es altamente endotérmica. El calentamiento de una mezcla de N2(g) e H2 (g) a temperaturas suficientemente elevadas como para disociar una fracción importante del N2 (g) requeriría una temperatura más alta que todo el NH3 (g) formado se disociara de los reactantes. En conclusión, la fase gas entre N2 y H2 no es una ruta practica para la síntesis del amoniaco. Sin embargo, la vía para soslayar esta dificultad es encontrar otra secuencia de reacción para la que los cambios de entalpia en las etapas individuales no sean prohibitivamente grandes. Para la reacción de síntesis del amoniaco, tal ruta es una reacción catalítica heterogénea usando hierro.

27. Catalizadores Para mantener pequeño el tamaño del equipo, la velocidad de la reacción se debe aumentar en forma sustancial, ya que el H2 y N2 solo reaccionan muy lentamente. La síntesis comercial requiere un catalizador eficiente para aumentar la velocidad de reacción hasta un valor aceptable. Aquellos metales que adsorban N2 , en un proceso de quimisorción disociativa , presentarán actividad catalítica, Los catalizadores usados son: óxidos de hierro, platino, osmio, manganeso, tungsteno, uranio, rodio y otros metales que tengan incompleta la segunda capa atómica exterior; siendo los de hierro, osmio, renio y uranio los más activos.

28. “La síntesis de amoniaco se efectúa a temperaturas de 400-500ºC y en presencia de catalizadores sólidos.” Magnetita

29. Características

30. Aspectos técnicos Etapas