INDUSTRIA DEL AMONIACO

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CONDICIONES ÓPTIMAS PARA LA OBTENCIÓN DEL AMONIACO:

Aplicando las reglas del equilibrio termodinámico, la formación del amoniaco se ve favorecido por las siguientes condiciones:

- Altas presiones:[pic 14]

Dada la naturaleza de la reacción, las altas presiones desplazan el equilibrio hacia la formación dela amoniaco. En la actualidad se trabajan a presiones entre 15 y 25 MPa abs para alimentaciones muy puras, incluso algunos procesos trabajan a presiones menores de 5 MPa abs. Sin embargo, ocasiona el uso de mucho más catalizador y más cantidad de gas recirculado no convertido.

- Bajas temperaturas:

Por ser una reacción exotérmica la constante de equilibrio disminuye si la temperatura aumenta, por lo que se obtendría un mayor rendimiento de amoniaco si la reacción se llevase a acabo a la menor temperatura posible. Además sería ideal realizarla a bajas temperaturas ya que el punto de ebullición del amoniaco esta alrededor de los -33.5 º C y por consiguiente a medida que se forma se condensaría rápidamente y se eliminaría cómodamente del sistema; el hidrogeno y el nitrógeno seguirán siendo gases a esa temperatura. Entonces la reacción se desplazaría de izquierda a derecha. Sin embrago, el nitrógeno es una molécula muy estable y no muy reactiva, por lo tanto para acelerar la reacción se utiliza un catalizador ( Fe, Mo y Al2O3, así como una temperatura elevada (450-500ºC).

[pic 15]

Actualmente, en torno a un 80 % del amoníaco 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 amoníaco destacan el ácido nítrico, la urea y el cianuro de sodio. El amoníaco también se utiliza en medidas de protección para el medio ambiente, por ejemplo, para eliminar los NOx de los gases de combustión. El amoníaco líquido es un disolvente destacado y también se utiliza como refrigerante.[pic 16]

[pic 17]

En 2003, la capacidad mundial de producción de amoníaco alcanzó los 109 millones de toneladas. La mayor parte de esta capacidad se encontraba en las regiones que se enumeran a continuación:

- Asia (46 % de la capacidad mundial)

- Europa del Este y Asia central (14 %)

- América del Norte (11 %)

- Europa occidental (9 %), en comparación con el 13 % que se registró en 1988

- Oriente Próximo (7 %)

- América Latina (6 %)

- Europa central (4 %)

- África (1 %)

- Oceanía (1 %)

En 1974, en los países en vías de desarrollo se concentraba un 27 % de la capacidad mundial de producción de amoníaco. En 1998, este porcentaje había aumentado hasta un 51 %. En estos países, el amoníaco se utiliza para producir urea para el cultivo de arroz.

Una planta moderna de producción de amoníaco suele contar con una capacidad de entre 1000 y 2000 t/d, mientras que las plantas más nuevas pueden alcanzar hasta 2200 t/d. En la Unión Europea, el sector del amoníaco produce aproximadamente 11 millones de toneladas de amoníaco al año (2001) en unas 50 plantas.

Con el aumento del precio de las materias primas y la dura competencia del mercado, muchos productores han optado por renovar o modernizar sus instalaciones, más antiguas y menos eficientes, para que continúen siendo competitivas. En la mayoría de proyectos de renovación realizados, se aumentó ligeramente la capacidad de producción, puesto que parte de la maquinaria original estaba sobredimensionada y sólo fue necesario eliminar obstáculos específicos que no acarreaban un gasto excesivo. Dado que las posibilidades de mercado para una empresa no aumentan de 1000 a 1500 t/d sino que mejoran paulatinamente, este incremento moderado de la capacidad comporta un menor riesgo y resulta más económico que construir una planta nueva.

Instalaciones de producción de amoniaco en la Unión Europea:[pic 18][pic 19]

[pic 20]El NH3 se obtiene exclusivamente por el método denominado Haber-Bosh (Fritz Haber y Carl Bosh). El proceso consiste en la reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos.

3H2 (g) + N2 (g) 2NH3 (g) + Calor[pic 21]

Es una reacción exotérmica por lo que un excesivo aumento de temperatura no favorece la formación de amoníaco.

25 ºC K = 6,8x 105 atm.

450 ºC K = 7,8x10-2 atm.

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 Bosh.

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 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.