PROCESSO HABER BOSCH: PRODUÇÃO DE AMÔNIA

Engenharia Química

Química Inorgânica

Orientadores: Viviana Mateus

o Celiane Gomes

o Denizália Macedo

o Gabriela Cabalero

o Larisse Favilla

Objetivo

Apresentar o processo de Haber-Bosch na

produção da amônia, trabalho este com pré-requisito de

nota na disciplina de Inorgânica.

IntroduçãooNitrogênioo Gás incolor, inodoro e sem gostoo Não reativoo Base de proteína para as plantas: fornecimento através

de fertilizantes.

oAmônia

o Composto de nitrogênio mais importante

o Gás toxico incolor com aroma pungente

o Responsável por 40% da alimentação humana mundial

o Preparada comercialmente pelo processo de Haber Bosch

Introdução

oO processo de Haber-Bosch foi criado por Fritz Haber (1868–1934) e William Carl Bosch (1874–1940).

oÉ uma reação entre o nitrogênio e o hidrogênio para produzir amoníaco.

oPara a produção da amônia, o nitrogênio é obtido do ar atmosférico e o hidrogênio a partir do gás natural.

oA síntese da amônia pelo processo de Haber-Bosch é economicamente viável e vastamente utilizada.

Produção

o Princípio de Le Chatelier: altas pressões e baixas temperaturas para deslocar o equilíbrio para a direita

o Temperaturas menores: % de conversão é maior, mas a reação atinge o equilíbrio muito lentamente, sendo necessário um catalisador

o É mais econômico usar uma temperatura mais elevada, pois o equilíbrio será alcançado mais rapidamente 3

Produção

o A reação entre nitrogênio e hidrogênio é reversível, portanto, o rendimento na produção do amoníaco depende de algumas condições:

oTemperaturaoPressãooConcentraçãooCatalisador

3

Produção

oTemperatura

Diminuição da temperatura: Reação exotérmica.

oReações exotérmicas oTemperaturas moderadamente baixasoConsegue-se com temperaturas da ordem dos 400ºc

a 600°c.oColisões eficazes entre moléculas de reagentes 3

Produção

oPressão

Aumento da pressão: Menor volume gasoso

oAltas pressõesoAs pressões usadas são cerca de 150 a 300 vezes

maiores do que a pressão atmosférica normal.

3

Produção

oConcentrações

Diminuição da concentração: Produção da substância

oAs condições de concentração prendem-se com o custo dos reagentes.

oMaior concentração de reagentes, mais amoníaco produzido.

oA estequiometria da reação sugere entre H2 e N2 de 3:1

Produção

oCatalisadoresoNa produção de usa-se o ferro como catalisador. oA adição de ferro em pó misturado com óxidos de

potássio e alumínio aumenta a velocidade da reação.

Produção

1. Uma mistura gasosa de N2 e H2 é colocada em um reator;

2. Ao reagir e atingir o equilíbrio, a mistura de N2 e H2 é transferida para um condensador;

3. Nesta etapa a amônia formada se encontra no estado gasoso: NH3(g), mas quando passa pelo condensador se converte em líquida;

4. A parte da mistura de N2 e H2 que não reagiu é levada novamente para o reator, repetindo-se o processo.

5. Estando a amônia liquefeita é então retirada e pode ser usada.

3

Produção

Produção

Produção

oObtenção do H2:oO preço do hidrogênio é um dos principais fatores que

influenciam o custo do processo

oA partir do Metano (CH4) numa atmosfera de vapor

1.Hidrodessulfuração para remoção do enxofre;

RSH + H2 RH + H2S

2.Reforma primário/reforma a vapor

3

CH4 + 2H2O CO2 + 4 H2

CH4 + H2O CO + 3H2

CH4 + 2H2O CO2 + 4 H2

CH4 + H2O CO + 3H2

Produção

3. Reforma Secundária

CH4 + H2O 3H2 + CO

(4N2 + O2) + 2H2 4N2 + 2H2O

Adiciona-se certa quantidade de ar a mistura de gases obtida. O oxigênio reage com parte do H2 até que a proporção correta dos reagentes N2 e H2 de 1:3 seja alcançada.

3

Produção

oRemoção do CO:

1.MUDANÇA A ALTA TEMPERATURA: Adição de H20 - T = 350°C

CO + H2O CO2 + H2

1.MUDANÇA A BAIXA TEMPERATURA: Adição de H20 - T = 200°C

CO + H2O CO2 + H2

oRemoção de CO2:

2.Utilizando uma solução concentrada de carbonato de potássio ou de solventes (Monoetanolamina - MEA);

3

Produção

Produção

Aplicação x Meio Ambiente

oMuito usado em ciclos de compressão (refrigeração);

oO amoníaco e seus derivados ureia, nitrato de amônio e outros são usados na agricultura como fertilizantes. Também é componente de vários produtos de limpeza.

oO amoníaco é facilmente biodegradável as plantas o absorvem com muita facilidade

oEm concentrações muito altas na água de consumo pode causar danos graves, já que o amoníaco interfere no transporte do oxigênio pela hemoglobina. 3

Utilização

o 75 % da amônia são empregados como fertilizantes

o Fabricação de HNO3, o qual pode ser usado na preparação de NH4NO3 (fertilizante) ou explosivos como o TNT

o Preparação de hexametilenodiamina, empregada na fabricação de náilon

o Empregada como líquido refrigerante

o Limpeza: amônia em solução

3

Referencias bibliográficaso ALVES; Líria. Obtenção da Amônia: processo de Haber-Bosch. Brasil

Escola. Disponível em: http://www.brasilescola.com/quimica/obtencao-amonia-processo-haberbosch.htm. Aceso em: 23 de nov. de 2014.

o ATKINS, Peter William; SHRIVER, Durward F. Química inorgânica. 4. ed. Porto Alegre, RS: Bookman, 2008.

o CHAGAS; Aécio Pereira. A Síntese da Amônia: Aspectos Históricos. Química Nova, v. 30, n. 1, 2007. Disponível em: http://qnint.sbq.org.br/qni/visualizarTema.php?idTema=37. Acesso em: 20 de Nov. de 2014.

o LEE, John David. Química inorgânica não tão concisa. São Paulo, SP: Edgard Blucher, 1999.

o Max Appl "Ammonia" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2006 Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a02_143.pub2

Referencias bibliográficas ROSA, Ana. Síntese da Amônia. 2013. Disponível em:

<https://www.passeidireto.com/arquivo/2306010/aula-9a-e-9b---sintese-da-amonia>. Acesso em: 23 nov. 2014.

WELIKSON, Camila. Fritz Haber e a Síntese da Amônia. 2013. Disponível em: <http://web.ccead.puc-rio.br/condigital/mvsl/linha tempo/Fritz_Haber/PDF_LT/LT_Texto_Fritz_Haber.pdf>. Acesso em: 22 nov. 2014.

PEREIRA, Ema Dulce de Brito. Passado, presente e futuro da produção industrial do amoníaco: uma investigação documental. 2009. 204 f. Tese (Doutorado) - Curso de Química, Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, Porto, 2009. Disponível em: <http://moodle.esffl.pt/pluginfile.php?file=/32478/mod_resource/content/1/Passado,presente e futuro da produção industrial do amoniaco.pdf>. Acesso em: 22 nov. 2014.