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• Hélix Cano Tocas

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AMONÍACO

Características

 El amoniaco es el punto de partida para la obtención de muchos compuestos industriales. En el amoniaco tenemos átomos de hidrógeno unidos al nitrógeno, que es un átomo pequeño y electronegativo, por lo que el amoniaco presentará enlaces intermoleculares de puentes de hidrógeno al igual que la molécula de agua. Es un gas incoloro y tiene un olor picante característico que irrita los ojos y es de sabor cáustico. La molécula tiene forma piramidal Es muy soluble en agua y se evapora rápidamente.

Características Es estable a temperatura ambiente pero se descompone por la acción del calor

Carácter Ácido-Base: en las reacciones químicas el amoniaco puede actuar como base. Así puede aceptar un protón H2O + NH3 → NH4+ + OHCarácter Redox: el NH3 solo puede actuar como reductor en las reacciones redox. Así, por ejemplo, a temperatura elevada se oxida con oxigeno molecular.

4 NH3 + 5O2→ 6H2O + 4NO El amoniaco es fácilmente biodegradable

Características

El amoniaco en estado líquido es muy poco conductor de la electricidad. Arde en presencia del oxígeno puro con una llama poco luminosa, desprendiendo vapor de agua y de nitrógeno Es muy poco reactivo debido a los tres enlaces presentes en el Nitrógeno.  Es altamente soluble en agua, actúa como un electrolito fuerte.  Al reaccionar con ácidos forma las sales de amonio.

Características Propiedades físicas:

Fórmula química

NH3

Peso molecular

17,03

Temperatura ebullición (1 atm)

-33,4 ºC

Temperatura crítica

132,44 oC

Presión crítica

112,77 kg/cm2

Densidad gas (20 ºC, 1 atm)

0,723 g/l

Densidad líquido (p.e., 1 atm)

0,683 kg/l

Peso específico (aire=1)

0,60

Temp. de autoignición en aire

651 ºC

Calor latente de vaporización

327,4 cal/g

Usos y Aplicaciones Sales de amonio.

Materia prima para producción de derivados fertilizantes

Nitrofosfatos Nitratos y nitritos de Ca, K.

Urea. Amoniaco NH3

Obtención de acido nítrico

Compuestos nitrogenados (explosivos)

Obtención de aminas y melanina. Disolvente. Producción de pigmentos colorantes. Otros usos

Base de nutrientes nitrogenados. Materia prima para obtener polímeros. (monómeros)

Usos y Aplicaciones

Se utiliza como materia prima para la fabricación de numerosos productos de la industria pesada tales como sosa, urea, sulfato amónico y otros abonos orgánicos e inorgánicos.  Así

como también para producir derivados como las aminas

primarias, secundarias, terciarias y cuaternarias. En

Venezuela la producción de amoníaco está destinada a la

producción de urea, otros fertilizantes, ácido nítrico, sulfato de amonio, acrilonitrilo, carbonato de sodio.

Usos y Aplicaciones

El amoniaco es material nitrogenado mas importante. El gas amoniaco se emplea directamente como fertilizante, en tratamientos térmicos, en la fabricación de pulpa de papel, en la manufactura del ácido nítrico y de los nitratos, en la obtención de éster del ácido nítrico y de compuestos nitro. El uso del amoniaco como fertilizante es muy grande, pero todavía esta por debajo del deseable para la máxima producción de cosechas.

Figura Nº1. Usos del amoníaco.

Efectos en la Salud •

El amoniaco es un gas altamente irritante incoloro y muy soluble, que se absorbe en la parte superior de las vías respiratorias a través de las membranas mucosas, y su presencia altera los mecanismos de defensa de los animales, permitiendo la acumulación de bacterias patógenas en el tracto respiratorio y la presencia de enfermedades.

•

la respiración de gases que contengan NH3 aumenta la presión sanguínea y una exposición duradera puede causar la muerte y lo mismo sucede con la disolución acuosa concentrada si se ingiere por error.

•

A concentraciones muy elevadas actúa como asfixiante y en presencia de humedad es muy agresivo con la piel, los ojos y las mucosas.

Efectos en el Ambiente

El amoniaco adiciona nitrógeno al ambiente , lo cual produce efectos tóxicos en las plantas, peces y animales y cambios en el balance de las especies. Puede causar acidificación del suelo por su rápida conversión a nitrato liberando iones hidrogeno como otros ácidos . Las lluvias ácidas constituyen actualmente una preocupación mundial porque corroen los metales, destruyen el equilibrio de la naturaleza y son muy peligrosas para la salud humana. El ácido nítrico formado en la atmósfera a partir de óxidos de nitrógeno generados en las tormentas y desprendidas por muchas fábricas de productos químicos contribuye a la lluvia ácida.

Datos Económicos Plantas de producción de amoníaco en Venezuela

En el país se dispone actualmente de 4 plantas productoras de amoníaco: 

Dos en EL TABLAZO. Producción: 1.900 TM/día ó 567.000 TM/año.



Una en MORÓN. Producción: 630 TM/día ó 205.000 TM/año.



Una en JOSE. Producción: 1.500 TM/día

Materias Primas

El Amoníaco, se puede obtener a partir de la: .- Descomposición de la materia orgánica.

.- Subproducto de la coquización del carbón. .- Industrialmente se obtiene a partir de sus elementos. Los procesos industriales actuales utilizan como materia prima el aire atmosférico para el Nitrógeno; y además este también puede obtenerse de la reacción entre el hidrógeno y otros gases combustibles que se queman con el Oxígeno, y para el Hidrogeno, principalmente se obtiene de la reacción del gas natural (metano) con vapor de agua

Materias Primas

La producción de amoniaco con materias primas que se encuentran en la naturaleza, como carbón, petróleo o gas natural constituye unos de los procesos que más energía consumen

El gas natural es considerado el mejor para la producción de amoniaco comparado con otros derivados del crudo como la nafta y la hulla.

Materias Primas

Hidrocarburos Ligeros

Gas Natural

Naftas Ligeras

REFORMADO CON VAPOR

Carbón Pesados

Fuel Oil Pesado

Resíduos de vacío

OXIDACION PARCIAL

GASIFICACION

Materias Primas

Materia prima

Proceso de preparación del gas de síntesis

Gas natural

Reformado con vapor

CnH(2n+2) + nH2O

nCO + (2n+1)H2

Nafta

Reformado con vapor

CnH(2n+2) + nH2O

nCO + (2n+1)H2

Gasóleos

Oxidación parcial

CnH(2n+2) + n/2 O2

Coque

Gasificación

Agua

Electrólisis

Reacción de conversión de la alimentación

C + ½ O2

H2O

nCO + (n+1)H2 CO

½ O2 + H2

Materias Primas

Energía requerida para la producción de amoniaco de acuerdo al tipo de materia prima

Proceso y Materia prima Conversion del gas natural con vapor Conversion de la nafta con vapor Oxidación Parcial de hidrocarburos pesados Gasificación de Coque ( a 2,5*10 6 Pa absolutos) Gasificación de Coque ( a Presiones Atmosferica) Electrolisis del Agua

Consumo por ton de NH3 33 42 44 55 70 130

Síntesis de Haber- Bosh  La mayoría del amoníaco se produce sintéticamente partir de hidrógeno y nitrógeno por el proceso de Haber, que consiste en pasar una mezcla estequiométrica de H2 y N2 a través de un lecho catalizador, formado principalmente por óxido de hierro, en el que se mantiene una temperatura de unos 500°C, pues aún empleando catalizadores, la velocidad es muy lenta a temperaturas inferiores y no es rentable económicamente.

Síntesis del Amoniaco

Proceso Haber-Bosch, desde 1913:

primer proceso industrial a alta presión.

N2 + 3H2

2 NH3

Presión de 300 bar, temperaturas de 500 ºC, catalizador de hierro con promotores de Al2O3, K2O, CaO El paso determinante de la velocidad es la disociación de las moléculas de dinitrógeno enlazadas a la superficie del catalizado. La velocidad de reacción es independiente de la presión de hidrógeno y de primer orden con respecto al N2.

Síntesis del Amoniaco

Aspectos Termodinamicos La reacción reversible para la síntesis es:

 La expresión del calor de reacción en función de la temperatura es, ΔH° (T) = -77294 – 54.24 T + 0.01919 T ² Log Kp = (2940/T) – 6.178

Síntesis del Amoniaco

Aplicando las reglas del equilibrio termodinámico, la formación de amoníaco se ve favorecida con las siguientes condiciones.

Altas presiones (15-25MPa)

Bajas temperaturas

La reacción ocurre con disminución del número de moles.

Por ser una reacción exotérmica la constante de equilibrio disminuye si la temperatura aumenta.

Síntesis del Amoniaco

La gran estabilidad y poca reactividad del nitrógeno como molécula, hace necesario que la reacción sea llevada a cabo a elevadas temperaturas (450500ºC) , y sea acelerada utilizando un catalizador (mezcla con Fe, Mo y Al2O3).

Equilibrio de la síntesis de amoníaco.

Aspectos Cineticos  La ecuación básica más aceptada para expresar la cinética de la síntesis de NH3 es la Temkim y Pyzhev (1940). Esta expresa la velocidad de reacción como función de las presiones parciales de los reactantes y productos,

PNH3 t

 PN PH 1.5   PNH  3  2 2 K   K1  2  PNH   PH 1.5  3    2 

Donde K1 y K2 son las constantes de velocidad de las reacciones de síntesis y descomposición.

Aspectos Cinéticos

Velocidad de reacción de la síntesis de amoníaco.

Aspectos Cinéticos

La alta velocidad de reacción se obtiene dentro del circuito a una relación inferior a 3. En la mayoría de los casos la dependencia optima se encuentra entre 2.7 y 2.9.  Si la relación va por encima de 3.21 y por debajo de 2.5 la velocidad de reacción en el convertidor decrecerá y la presión tiende a subir. Si no se toma las medidas correctivas durante esta etapa la reacción de síntesis disminuye gradualmente hasta pararse y el convertidor se enfriara rápidamente. Determinación de la máxima velocidad de reacción de la síntesis de amoníaco.

Aspectos Cinéticos

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 requieren un catalizador eficiente para aumentar la velocidad de reacción hasta un valor aceptable. Se han probado más de 20.000 catalizadores para este proceso, pero no se ha conseguido (aún) ninguno que opere a temperatura ambiente. Aquellos metales que adsorban N2 , en un proceso de quimisorción disociativa, presentarán actividad catalítica. La actividad catalítica presenta determinadas tendencias: Cr