PROCESOS QUIMICOS

ROOSVELTH CANTARO SOTELO

MG. ING. PETROQUIMICO

CAPITULO N° 8

PRODUCCIÓN DE AMONIACO, DE ACIDO NITRICO Y NITRATOS

PRODUCCIÓN DE AMONIACO

OBJETIVOS

Aprender e interpretar el proceso químico para la obtención del gas de síntesis.

Estudiar la composición de los compuestos contaminantes del gas Natural y sus posibles efectos dentro del proceso químico.

Reconocer los beneficios de la obtención del amoniaco a partir de sustancias con elevada cantidad de carbono como por ejemplo los hidrocarburos.

PRODUCCIÓN DE AMONIACO

GENERALIDADES

El amoniaco, es uno de los productos intermedios más importantes de la industria química.

El 80% de su producción se destina a la fabricación de fertilizantes.

Acido nítrico

Explosivos

Plástico y textiles

Fertilizantes:

Nitrato amónico: NH4NO3

Sales amónicas: (NH4)2SO4, (NH4)3PO4

Urea: (NH2)2C=O

PRODUCCIÓN DE AMONIACO

PROCEDENCIA Y DESTINO DEL AMONIACO

PRODUCCIÓN DE AMONIACO

ETAPAS DE LA PRODUCCIÓN DEL AMONIACO

Desulfuración.

Reformado (Reforming).

Purificación.

Conversión.

Eliminación de CO2.

Metanización.

Síntesis.

PRODUCCIÓN DE AMONIACO

DESULFURIZACIÓN

Materia prima: gas natural

Disminución del contenido de azufre en el gas natural.

Compuesto azufrados:

Mercaptanos (R-S-H)

Sulfuros (R-S-R)

Disulfuros (R-S-S-R)

Tiofenos

H2S,

Disulfuro de carbono (CS2)

PRODUCCIÓN DE AMONIACO

DESULFURIZACIÓN

Formación de hidrocarburos puros.

Eliminación de los compuestos.

R-SH(g) + H2(g) → RH(g) + H2S(g) Hidrogenación

H2S(g) + ZnO(s) →H2O(v) + ZnS(s) Adsorción

También pueden usarse columnas de carbón activado

Co-Ni

PRODUCCIÓN DE AMONIACO

REFORMADO CON VAPOR (STEAM REFORMING)

Producción industrial de hidrógeno

Las materias primas: vapor de agua y gas natural

El gas natural se pone en contacto con vapor de agua a 800°C y catalizadas con NiO.

CH4(g) + H2O(v) ↔CO(g) + 3H2(g) ΔH = 206 kJ/mol

CH4(g) + 2 H2O(v) ↔ CO2(g) + 4H2(g) ΔH = 166 kJ/mol

Producción del “Gas de Síntesis”

PRODUCCIÓN DE AMONIACO

PURIFICACIÓN Y CONVERSIÓN

El gas antes de entrar a la reacción principal debe limpiarse de CO y CO2 , por eso se pasa a un convertidor que convierta el CO remanente en CO2.

CO(g) + H2O(v) ↔ CO2(g) + H2(g) ΔH = -41 kJ/mol

La reacción se lleva a cabo en dos pasos,

a). A aprox. 400°C con Fe3O4.Cr2O3 como catalizador ocurre un 75% de la conversión.

b). A aprox. 225°C con un catalizador más activo y más resistente al envenenamiento: Cu-ZnO es prácticamente la conversión completa.

PRODUCCIÓN DE AMONIACO

ELIMINACIÓN DE CO2

El CO2 se elimina por adsorción con agua

Posteriormente por absorción química con solución de carbonato de potasio K2CO3 a contracorriente, formándose KHCO3 según:

K2CO3(ac) + CO2(g) + H2O(l) → 2KHCO3(ac)

PRODUCCIÓN DE AMONIACO

METANIZACIÓN

El CO y CO2 remanentes se convierten en metano a 300°C y en presencia de catalizador de Ni.

CO(g) + 3H2(g) ↔ CH4(g) + H2O(v) ΔH = -49217 kJ/mol

CO2(g) + 4H2(g) ↔ CH4(g) + 2 H2O(v) ΔH = -13500 kJ/mol

PRODUCCIÓN DE AMONIACO

SINTESIS DEL AMONIACO

El nitrógeno entra al proceso cuando se mezcla aire con gas de reformado primario lográndose una relación de 1:3 de N2/H2.

Ya en el reactor principal comprimido 150 – 300 atm (compresor centrífugo con turbina de vapor) y a 500°C sobre un lecho catalítico de Fe mezclado con promotores o activadores de óxido de potasio y soporte de Al2O3.

N2(g) + H2(g) ↔ NH3(g)

PRODUCCIÓN DE AMONIACO

SINTESIS DEL AMONIACO POR REFORMADO DEL GAS NATURAL

R-SH2+H2 RH+ H2S

CH4+H2O CO+H2

CO + H2O CO2 + H2

C2O + H2O + KCO3 2CO3HK

CO + H2 CH4 + H2O

N2 + H2 NH3

PRODUCCIÓN DE ACIDO NITRICO HNO3

Sirve para elaborar:

1. Sales de amonio (nitratos, sulfatos,

cloruro, fosfatos).

2. Urea.

3. Explosivos.

4. Plásticos y textiles.

OXIDACIÓN DEL AMONIACO

4 NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(l)

Reacción exotérmica y adiabática: -216, 7 kcal.

Relación de: Amoniaco/aire es de 1/9.

Usa catalizador de Platino-Rodio.

Luego los gases pasan por intercambiadores de calor y enfriadores.

Se genera con el oxígeno en exceso:

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

OXIDACIÓN DEL AMONIACO

3 NO2(g) + H2O(l)↔ 2 HNO3(l) + NO(g) -58,7 KJ/Kmol

Reacción en equilibrio.

Ácido: concentrado o caliente favorece a la reacción inversa.

Además con el ácido nítrico salen mezclados NO2, NO, HNO2 (cuando la concentración del ácido nítrico está entre 20 y 45%), N2O4 (cuando la concentración es más del 55%)

PRODUCCIÓN DE NITRATO DE AMONIO

NH3(g) + HNO3(ac) →NH4NO3(ac) H = -10 600 cal

Reacción exotérmica y explosiva

Las mezclas del nitrato de amonio con petróleo se utilizan como explosivos y se le denominan ANFO.

Este compuesto también es responsable de la mayor parte de los accidentes graves con los fertilizantes.

PRODUCCIÓN DE NITRATO DE AMONIO

GRACIAS POR SU ATENCIÓN