Síntesis del amoniaco

Proceso Haber-BoschEl NH3 se obtiene por el método denominado

proceso Haber-Bosch (por su puesta en marcha Fritz Haber y Carl Bosch recibieron el Premio

Nobel de Química en los años 1918 y 1931).

La reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos.

N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g); ΔHr = -92,4 kJEs una reacción lenta, puesto que tiene una

energía de activación muy alta. La presión, es alta, del orden de 500-600 atmósferas.

Condiciones de reacción

La temperatura de trabajo es media, del orden de 450 ºC, y se utiliza un catalizador  para disminuir la barrera de energía.

450 ºC K = 7,8x10-2 atm.

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 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.

Los catalizadores pueden ser (de platino, tungsteno u óxidos de hierro)

Problema IngenierilEl costo energético El amoniaco, es uno de los productos intermedios más importantes de la industria química. Fabricación de HNO3.Explosivos.Nylon.Poliuretanos. Gas criogénico por su elevado poder de

vaporización.Productos de limpieza domésticos tales como

limpiacristales. .

El 77% de la producción mundial de amoniaco emplea Gas natural como materiaprima. El 85% de la producción mundial de amoniaco emplea procesos dereformado con vapor.

Factores que Influyen en el Consumo EnergéticoLa utilización de tubos catalíticos de flujo radial, con menor

pérdida de carga, hace que el catalizador pueda ser de grano más fino, aumentando la velocidad espacial y por lo tanto, la capacidad de producción. A partir de 600 ton NH3/día es rentable energéticamente, producir vapor a alta presión y descargarlo a través de una turbina que accione los compresores

Una presión elevada da más conversión, más capacidad y concentración de amoniaco, pudiendo condensarse una cantidad elevada del mismo, con un simple enfriamiento de gases, sin necesidad de equipo refrigerante. Posibilitando igualmente una mayor recuperación de calor. Pero en contra está el mayor consumo de energía y las mayores dificultades constructivas.

La presencia de inertes en la alimentación hace disminuir la presión parcial de los gases, traduciéndose en un desplazamiento del equilibrio que perjudica la formación de amoniaco. Para contrarrestar la presencia de inertes, se aumenta la potencia del compresor, con el consiguiente aumento del consumo energético.

DIISTRIBUCIÓN DE LOS CONSUMOS DE ENERGÍALos consumos específicos son función, de las siguientes variables: proceso defabricación empleado, capacidad de producción, materia prima, y antigüedad de lainstalación. En las grandes instalaciones, a partir de 600 ton/día, aparte del ahorroenergético debido a la economía de escala, se pueden utilizar grandes reactoresde flujo radial por lo que disminuye la pérdida de carga y hace posible lasustitución de los compresores alternativos por centrífugos de mayor rendimiento,empleándose turbinas de vapor para accionarlos.

Porcentaje de energía Consumida por Operación.

MEDIIDAS DE AHORRO DE ENERGÍA REFORMADOR PRIMARIO DE TIPO IINTERCAMBIO DE CALOR CON

RECUPERACIÓN DE CALOR RESIDUALEl calor residual del proceso, con una temperatura de aproximadamente 1000°Cen el escape del reformador secundario, se usa como calor de reacción para elreformador primario. EL reformador primario (ver Figura 6) es un reactor de tipo deintercambio de calor. Los tubos de transferencia de calor están llenos de uncatalizador que contiene Ni, y el gas de escape del reformador secundario; esto es el fluido calentador, que fluye al lado de la cubierta. Este proceso elimina lanecesidad de calentar el combustible en el reformador primario de tipo de horno de calentamiento convencional.

Detalles de la mejora:1. Se usan tubos de catalizador de tipo bayoneta y vaina, y una mezcla dematerial precalentado y vapor fluye por la parte anular entre los tubosexteriores e interiores, que están llenos del catalizador.2. La reacción ocurre cuando la mezcla fluye hacia abajo en el lecho catalizador.El gas saliendo del lecho catalizador sube en el tubo interior, y luego hacia eltubo conectado con el reformador secundario.

3. Se aplica material aislador al tubo interno, reduciendo el intercambio de calorcon el gas de entrada.4. Todos los tubos externos están rodeados por tubos de cubierta externa. Elgas de alta temperatura del reformador secundario fluye por la parte anularentre el tubo de cubierta y el tubo externo.